MODELAMIENTO TRIDIMENSIONAL CON FINES DIDÁCTICOS DE

ESTRUCTURAS HIDRÁULICAS DEL SISTEMA DE ACUEDUCTO Y

ALCANTARILLADO

ANDRES FELIPE QUIROGA CHINZA

COD: 20092085057

DIRECTOR:

JORGE ALBERTO VALERO FANDIÑO IC, MSc

Proyecto de grado como requisito parcial para optar por el título de Tecnólogo en

Saneamiento Ambiental

UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSE DE CALDAS

FACULTAD DEL MEDIO AMBIENTE Y RECURSOS NATURALES

TECNOLOGÍA EN SANEAMIENTO AMBIENTAL

BOGOTA D.C.

2016

NOTA DE ACEPTACION

____________________

____________________

____________________

FIRMA DIRECTOR

_________________________

JORGE ALBERTO VALERO FANDIÑO

FIRMA JURADO

_______________________

BOGOTA D.C, _________________

3

AGRADECIMIENTOS

Quiero expresar mi más profundo y sincero agradecimiento a todas aquellas

personas que con su ayuda han colaborado en la realización del presente trabajo de

grado, en especial al profesor Jorge Alberto Valero Fandiño director del proyecto, por

la orientación, el seguimiento y la supervisión continúa de la misma, pero sobre todo

por la motivación y el apoyo recibido a lo largo de este proceso.

Un agradecimiento muy especial merece la comprensión, paciencia y el ánimo

recibidos de cada uno de los familiares y amigos testigos del esfuerzo requerido para

la culminación de este proceso.

A todos ellos, muchas gracias.

4

Contenido RESUMEN .............................................................................................................................................. 7

ABSTRACT ............................................................................................................................................ 7

1. INTRODUCCIÓN ....................................................................................................................... 8

2. JUSTIFICACIÓN ...................................................................................................................... 10

3. OBJETIVOS ............................................................................................................................. 11

3.1 OBJETIVO GENERAL .................................................................................................... 11

3.2 OBJETIVOS EPECIFICOS ............................................................................................ 11

4 MARCO CONCEPTUAL ......................................................................................................... 12

4.1 MODELACIÓN GRAFICA 3D ........................................................................................ 12

4.2 SISTEMA DE ACUEDUCTO ......................................................................................... 13

4.3 SISTEMA DE ALCANTARILLADO ............................................................................... 15

5 METODOLOGIA ...................................................................................................................... 18

5.1 RECOPILACION DE LA INFORMACION .................................................................... 18

5.2 IDENTIFICACION DE ESTRUCTURAS A MODELAR ............................................. 18

5.3 MODELACIÓN 3D ........................................................................................................... 19

5.1 RENDERIZACION ........................................................................................................... 21

6 RESULTADOS ......................................................................................................................... 23

6.1 SISTEMA DE ACUEDUCTO ......................................................................................... 23

6.2 SISTEMA DE ALCANTARILLADO ............................................................................... 33

7 CONCLUSIONES .................................................................................................................... 50

8 BIBLIOGRAFÍA ......................................................................................................................... 52

5

CONTENIDO DE FIGURAS

Ilustración 1 Superficies Extruidas ........................................................................................ 19

Ilustración 2 Aplicación de colores ........................................................................................ 20

Ilustración 3 Aplicación de sombras ...................................................................................... 20

Ilustración 4 exteriores .......................................................................................................... 21

Ilustración 5 Interior. ............................................................................................................. 22

Ilustración 6 Efecto de agua. ................................................................................................. 22

Ilustración 7 isométrica Longitudinal. Bocatoma lateral con muro transversal ....................... 23

Ilustración 8 Bocatoma lateral con muro transversal ............................................................. 24

Ilustración 9 Vista isométrica planta. Bocatoma lateral con muro transversal ....................... 24

Ilustración 10 Vista isométrica Longitudinal. Bocatoma de fondo .......................................... 25

Ilustración 11 Vista isométrica transversal. Bocatoma de fondo ............................................ 26

Ilustración 12 Vista isométrica interior, compuerta de rebose ............................................... 26

Ilustración 13Vista isométrica transversal. Desarenador de alta tasa .................................... 27

Ilustración 14 Vista isométrica. Paneles hexagonales ........................................................... 28

Ilustración 15 Vista isométrica. Canales de recolección ........................................................ 28

Ilustración 16 Vista isométrica exterior. Tanque de almacenamiento semienterrado ............ 29

Ilustración 17 Vista interior en planta. Tanque de almacenamiento semienterrado ............... 30

Ilustración 18 tanque semienterrado vista exterior .......................................................... 30

Ilustración 19 Vista exterior. Tanque de almacenamiento elevado y cuarto de bombeo ........ 31

Ilustración 20 Vista interior transparencia. Tanque de almacenamiento elevado y cuarto de

bombeo................................................................................................................................. 32

Ilustración 21 Vista isométrica. Tanque de almacenamiento elevado y cuarto de bombeo ... 32

Ilustración 22 Conexión Domiciliaria ..................................................................................... 33

Ilustración 23 Vista isométrica. Pozo de inspección con cámara de caída a 45 Grados ........ 34

Ilustración 24 Vista isométrica interior. Pozo de inspección cañuelas ................................... 35

Ilustración 25 Vista isométrica interior. Pozo de inspección con tapa, cañuela, escalera y

tubería .................................................................................................................................. 35

Ilustración 26 Pozo de inspección con cámara de caída a 90 Grados .................................. 36

Ilustración 27 pozo de inspección con salida acampanada. .................................................. 37

Ilustración 28 Pozos de inspección con cámara de caída tipo muro interior. ......................... 38

6

Ilustración 29 Pozo de inspección con cámara de caída tipo escalera .......................... 39

Ilustración 30 vista interior escalas ....................................................................................... 39

Ilustración 31 Vista isométrica exterior. Sumidero mixto. ...................................................... 40

Ilustración 32 Vista isométrica interior. Sumidero mixto cámara lateral y longitudinal ........... 41

Ilustración 33 Vista isométrica interior. Sumidero mixto cámara lateral longitudinal .............. 42

Ilustración 34 Vista isométrica exterior. Rejilla sumidero transversal .................................... 43

Ilustración 35 Vista isométrica exterior. Canal de recolección sumidero transversal ............. 44

Ilustración 36 Vista isométrica exterior. Rejilla sumidero transversal .................................... 44

Ilustración 37 Vista isométrica. Canal triangular .................................................................... 45

Ilustración 38 Vista isométrica. Canal trapezoidal ................................................................. 46

Ilustración 39 Vista isométrica. Canal rectangular ........................................................... 47

Ilustración 40 Vista isométrica. Canal circular ....................................................................... 48

Ilustración 41 vista isométrica .canal herradura con pasillos laterales ................................... 49

7

TITULO: MODELAMIENTO TRIDIMENSIONAL CON FINES DIDÁCTICOS DE

ESTRUCTURAS HIDRÁULICAS DEL SISTEMA DE ACUEDUCTO Y

ALCANTARILLADO

.

RESUMEN:

Se elaboraron un total de 19 estructuras de los sistemas de acueducto y alcantarillado, en el software de diseño y modelamiento tridimensional 3D ¨SketchUp¨, las cueles fueron creadas a partir de la recopilación de información existente y con la intención de guiar didácticamente el aprendizaje de los estudiantes de las asignaturas de ¨acueducto y alcantarillado¨

Palabras Claves: acueducto y alcantarillado, estructuras, modelamiento 3D, imágenes, maquetas virtuales

ABSTRACT

They were developed total United Nations of 19 Structures Systems aqueduct and sewage system, software design three-dimensional modeling SketchUp, the Were you strain created from the collection of existing information and with the intention of didactically guide Learning Students of the subjects of water and sewage

Key Words: Water and sewage, structures, 3D modeling, images, virtual models

8

1. INTRODUCCIÓN

Involucrar la tecnología en el sector educativo ha permitido, a través de los años,

desarrollar herramientas que facilitan el proceso de aprendizaje para cada uno de los

estudiantes. Hoy por hoy el desarrollo tecnológico permite acceder a grandes

recursos de información, procesarlos y transformarlos en herramientas de

enseñanza.

Los software de diseño son herramientas que resultan ser útiles cuando su finalidad

es apoyar o complementar actividades educativas que se pretenden llevar a cabo. Un

claro ejemplo de esto es el material audiovisual disponible para uso académico que

permite que los estudiantes entiendan de forma clara, dinámica y pedagógica lo que

se quiere transmitir. (3D, s.f)

El proyecto curricular Tecnología en Saneamiento ambiental de la Universidad

Distrital Francisco José de Caldas, ofrece la formación de personas capaces de

desempeñarse en el área ambiental con diferentes enfoques, ya sea el trabajo con la

comunidad, tratamiento de agua potable o residual, salud pública, y demás espacios

que requieran de la intervención de proyectos o actividades en pro de un ambiente

sano. Dentro de la formación integral que reciben los estudiantes se abarca el tema

de los sistemas de acueducto y alcantarillado, no obstante, la complejidad del tema

no se maneja en el tiempo necesario y cada docente tiene que manejar la

información de manera superficial.

El sistema de acueducto busca distribuir agua apta para el consumo humano,

incluida su conexión y medición, además de las actividades complementarias tales

como captación de agua, procesamiento, tratamiento, almacenamiento y transporte.

(Lopez Cualla, 2004).

Por su parte el sistema de alcantarillado busca la recolección de residuos,

principalmente líquidos y/o aguas lluvias, por medio de tuberías y conducto, además

las actividades complementarias de transporte, tratamiento y disposición final de

tales residuos. (Lopez Cualla, 2004).

La definición de cada uno de los sistemas da una clara idea de la complejidad de los

contenidos que se deben abordar en la asignatura, cabe anotar que no solamente se

abarca la teoría, sino que la parte de diseño resulta ser esencial.

Al asimilar la información de cada uno de los componentes se intenta complementar

con visitas a sistemas que permitan percibir de manera visual cada uno de los

procesos, sin embargo, no siempre es posible cumplir a cabalidad el objeto de las

visitas.

9

El presente trabajo de grado presenta la modelización tridimensional con propósitos

pedagógicos de un total de 18 figuras de las cuales las bocatomas, el Desarenador y

el tanque de almacenamiento corresponden al sistema de acueducto y Los pozos de

inspección y sumideros corresponden al sistema de alcantarillado.

10

2. JUSTIFICACIÓN

El ejercicio de la educación se define como los procesos de comunicación entre dos

o más personas que quieren transmitir conocimientos adquiridos anteriormente, se

realizan por medio de métodos y técnicas de enseñanza que buscan simplificar la

asimilación de este conocimiento. (Santana, 2009)

Con el paso de los años, las metodologías de aprendizaje y técnicas han tenido

drásticos cambios donde la educación no se limita a exponer temas de interés sino a

la interacción de los estudiantes con inquietudes y aportes. De igual manera, las

herramientas que la tecnología ha permitido explorar y emplear, reduce el tiempo

necesario para acceder a cualquier tipo de información, este avance tecnológico y la

modernización en los métodos de enseñanzas combinados, priorizan el

entendimiento de la información y no la replicación de la misma.

El material audiovisual disponible para ser utilizado como herramienta pedagógica,

permite que la información que se quiere transmitir se reciba a través del sentido de

la vista y del oído, resultando así, ser motivador, sensibilizador y estimulante para el

interés de los estudiantes. (Santana, 2009)

Dentro del proceso académico de un estudiante de saneamiento ambiental se han

implementado actividades complementarias como las salidas pedagogías, sin

embargo muchas veces no se logran llevar a cabo, se reduce el presupuesto o

simplemente no cumple con las expectativas por cuestiones de tiempo.

Esto se puede evidenciar en el espacio curricular Fundamento de acueducto y

alcantarillado, en el que solamente se dispone de 64 horas de trabajo académico

para desarrollarse en 16 semanas. Es decir se abarcan los dos sistemas en un solo

espacio académico, las temáticas tratadas enmarcan en gran parte cada uno de los

componentes de los sistemas, su funcionamiento y algo de parámetros de diseño

según guías técnicas. Las visitas a las plantas de tratamiento de agua potable y

residual resultan ser espacios de familiarización con las estructuras reales vistas

teóricamente en clase, sin embargo el funcionamiento continuo de las estructuras

que conforman los sistemas de acueducto y alcantarillado no permiten detallar y

precisar la idea de la estructura en su totalidad.

Es por esto que el presente Trabajo de grado ofrece una herramienta para el

desarrollo de la asignatura en cuanto a la ilustración de las estructuras en

modelaciones 3D que facilita la exploración de manera virtual las características de

cada uno de los componentes del sistema de alcantarillado y de esta forma crear una

idea clara y concisa de los aspectos importantes en el diseño y evaluación de estas

estructuras.

11

3. OBJETIVOS

3.1 OBJETIVO GENERAL

Modelar tridimensionalmente con fines didácticos estructuras de los sistemas

de acueducto y alcantarillado

3.2 OBJETIVOS EPECIFICOS

Investigar y recopilar información actualizada sobre los sistemas de acueducto

y alcantarillado y cada uno de sus componentes

Ilustrar mediante modelados 3D las principales estructuras de los sistemas de

acueducto alcantarillado basado en sistemas nacionales.

Presentar las estructuras Modeladas en 3D como material didáctico por medio

magnético de fácil manejo y visualización.

12

4 MARCO CONCEPTUAL

4.1 MODELACIÓN GRAFICA 3D

La modelación 3D en términos gráficos es un archivo que contiene la información

necesaria para visualizar un objeto en 3 Dimensiones, este archivo se caracteriza por

contener la geometría de la figura y los atributos de la superficie. (3D, s.f)

Existen diversos Software que permiten la creación de figuras en 3 Dimensiones

entre los que se destacan los siguientes:

AutoCAD es un programa de diseño técnico de objetos, planos, cortes, entre

otros que facilita la edición de dibujo según la necesidad del usuario.

SketchUp es un programa que permite crear estructuras en 3D de edificios,

paisajes, escenarios, etc.

Cada uno de estos programas ofrece herramientas y opciones diferentes que se

adaptan a las necesidades del diseñador en el que el nivel de complejidad se

establece según los criterios de diseño iniciales. La principal desventaja que

presentan estos programas es que para la edición y manipulación de las estructuras

modeladas se requiere un conocimiento técnico para el manejo del mismo.

En busca de una solución práctica de manejo y acceso fácil de las estructuras

modeladas son utilizados programas adicionales, para este caso kerkythea1, que

permiten extraer imágenes (RENDERS) de las estructuras con ángulos, enfoques y

vistas tridimensionales diferentes que permiten visualizar cada una de las

características técnicas de las estructuras

El RENDER es el proceso de producir imágenes desde una vista de modelos

tridimensionales, en una escena 3D. En palabras sencillas, es “tomar una foto” de la

escena. (3D, s.f).

Los sistemas de acueducto y alcantarillado comprenden un gran número de

estructuras, sin embargo para efectos del desarrollo del proyecto se escogieron un

total de 18 estructuras de los dos sistemas, el criterio de selección corresponde a la

poca información disponible y a las escasas posibilidades de acceso a las

estructuras por su continuo funcionamiento y condiciones topográficas.

A continuación se presentan los conceptos básicos relacionados con las estructuras

modeladas tridimensionalmente.

1 Software de renderizado.

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4.2 SISTEMA DE ACUEDUCTO

Un sistema de acueducto o de abastecimiento de agua potable según el reglamento

técnico de sector de agua potable y saneamiento básico (Ministerio de vivienda,

ciudad y dearrollo , universidad de los andes, 2010) es el conjunto de instalaciones

que conducen el agua desde su captación en la fuente de abastecimiento hasta la

acometida domiciliaria en el punto de empate con la instalación interna del predio a

servir. El sistema comprende los siguientes componentes: fuente de abastecimiento,

la captación de agua superficial y/o agua subterránea, la aducción y conducción,

procesos de tratamiento, las redes de distribución, las estaciones de bombeo y los

tanques de compensación.

4.2.1 FUENTE DE ABASTECIMIENTO

La fuente de abastecimiento es un depósito o curso de agua superficial natural como

en los casos de ríos, lagos. Embalses o aguas lluvia, también puede ser subterránea

o artificial. (Ministerio de vivienda, ciudad y dearrollo , universidad de los andes,

2010)

4.2.2 OBRAS DE CAPTACIÓN

Estructuras utilizadas para la captación del agua, su diseño depende del tipo de

fuente de abastecimiento. (Lopez Cualla, 2004). Generalmente se conocen como

Bocatomas en casos de agua superficial, o pozos en caso de agua subterránea.

Los factores determinantes para la selección de la bocatoma son la naturaleza del

cauce y la topografía general del proyecto, para los cuales se encuentran

referenciados los siguientes tipos de bocatomas: (Lopez Cualla, 2004)

4.2.2.1 BOCATOMA LATERAL

Se utiliza en el caso de ríos caudalosos de gran pendiente y con reducidas

variaciones de nivel a lo largo del periodo hidrológico. Este tipo de captación la

estructura debe ubicarse a una orilla y a una altura conveniente sobre el fondo,

teniendo en cuenta los niveles mínimos en las épocas de estiaje. (Lopez Cualla,

2004)

4.2.2.2 BOCATOMA LATERAL CON MURO TRANSVERSAL

Se utiliza en ríos relativamente pequeños o quebradas, en donde la profundidad del

cauce no es muy grande. La finalidad del muro transversal el elevar la lámina de

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agua para ser captada lateralmente a través de una rejilla colocada en uno de los

muros laterales. (Lopez Cualla, 2004)

4.2.2.3 TOMA SUMERGIDA O BOCATOMA DE FONDO

El agua se capta a través de una rejilla colocada en la parte superior de una presa,

que a su vez se dirige en sentido normal de la corriente. El ancho de la presa puede

ser igual o menor que el ancho del rio.

Este tipo de bocatoma consta de una presa que esta al mismo nivel de la cota del

fondo del rio, construida generalmente en concreto ciclópeo. el canal de aducción

recibe el agua atreves de la rejilla , y entrega el agua captada a la cámara de

recolección , la sección de el canal puede ser de forma rectangular o semicircular.

(Lopez Cualla, 2004)

La cámara de recolección es cuadrada o rectangular con muros de concreto

reforzado en su interior se encuentra un vertedero de excesos lateral que entrega el

agua de nuevo al cauce de la fuente. (Lopez Cualla, 2004)

4.2.3 ADUCCIÓN

Se denomina aducción al transporte de agua sin tratamiento, este puede efectuarse

en tuberías o conductos a presión o por gravedad, todo depende de las condiciones

topográficas y la distancia a recorrer. Puede realizarse en conductos abiertos o

cerrados o abiertos. (Lopez Cualla, 2004)

4.2.4 DESARENADOR

Es una estructura cuyo único propósito es sedimentar partículas en suspensión por la

acción de la gravedad. Este elemento constituye un tratamiento primario. (Lopez

Cualla, 2004)

4.2.5 TANQUE DE ALMACENAMIENTO

Los tanques de almacenamiento o de compensación tiene la función de almacenar

agua y compensar las variaciones entre el caudal de entrada y el consumo a lo largo

del día (Ministerio de vivienda, ciudad y dearrollo , universidad de los andes, 2010),

estos pueden ser:

Tanques enterrados en el caso en el que todo el cuerpo del tanque se

encuentre por debajo de la superficie del terreno. (Lopez Cualla, 2004)).

Tanques semienterrados, cuando parte del cuerpo se encuentra por debajo de

la superficie del terreno. Los tanques enterrados, semienterrados para

15

sistemas de abastecimiento de agua por lo general son construidos en

hormigón, material que es poco sensible a los medios agresivos. (Lopez

Cualla, 2004)

Tanque elevado se proyecta cuando en las proximidades de la localidad no

existen terrenos a suficiente altura que permita presiones de servicio

adecuadas. Los tanques elevados pueden ser metálicos de mampostería o de

hormigón. (Fredy, 2005)

4.3 SISTEMA DE ALCANTARILLADO

4.3.1 POZOS DE INSPECCIÓN

Los pozos de inspección son la unión de tramos de la red del alcantarillado, estos

permiten el cambio de dirección en el alineamiento horizontal o vertical, el cambio de

diámetro o sección y las labores de inspección, limpieza y mantenimiento general del

sistema. (Lopez Cualla, 2004).

El pozo puede construirse en mampostería o concreto en el sitio o prefabricado y sus

dimensiones están estandarizadas generalmente.

Los pozos de inspección constan de los siguientes elementos:

Tapa de acceso: tiene como fin permitir el ingreso para la realización de

labores de limpieza y mantenimiento general de las tuberías, así como proveer

al sistema una adecuada ventilación para lo cual tiene varios orificios.

(Medellin, 2010)

Cilindro: es el cuerpo principal del pozo a una altura variable, según la

profundidad de la tubería concurrente. (EMCALI, 2011)

Reducción cónica: elemento ubicado entre la tapa y el cilindro que permite la

conexión estructural de estos elementos de diámetros diferentes. (EMCALI,

2011)

Cañuela: en la base del cilindro de localiza la cañuela, la cual es un canal

semicircular en concreto encargado de hacer la transición de flujo entre la

tuberías entrantes y el colector saliente de acuerdo con el régimen de flujo de

ellas y las pérdidas de energía ocasionadas. (EMCALI, 2011)

4.3.2 CÁMARA DE CAÍDA

Son estructuras utilizadas para realizar la unión de colectores en alcantarillados de

alta pendiente, con el objetico de evitar velocidades superiores a la máxima permitida

y la posible erosión de la tubería. (Ministerio de vivienda, ciudad y dearrollo ,

universidad de los andes, 2010)

16

El requerimiento mínimo para que exista una cámara e caída es que haya una

diferencia mayor al 0.75 m entre la cotas de batea de la tubería entrante y saliente

(Ministerio de vivienda, ciudad y dearrollo , universidad de los andes, 2010)

4.3.2.1 CAMARA DE CAÍDA TIPO ESCALERA

Son estructuras utilizadas cuando las pendientes en las tuberías es muy alta, estas

estructuras constas de escalas interiores que permiten reducir la velocidad de el

agua que circula por el sistema de alcantarillado. (EMCALI, 2011).

4.3.2.2 POZO DE INSPECCION CON CAMPANA O BOQUILLA DE

SALIDA

En este caso el pozo de inspección cuenta con una campana de concreto en un

costado el cual permite que el amarre del tubo sea por fuera del pozo para circular

los gases (EMCALI, 2011)

4.3.3 SUMIDEROS

Son las estructuras encargadas de recoger la escorrentía superficial de las calles e

introducirla a la tubería del alcantarillado pluvial o combinado. Se ubican a lado y

lado de la calle y en la esquina aguas debajo de la manzana antes del cruce

peatonal, también deben colocarse en todos los puntos bajo o depresiones de la red

vial en las reducciones de pendientes longitudinales de las vías, y antes de los

puentes vehiculares. (EMCALI, 2011)

4.3.3.1 SUMIDERO DE VENTANA O SUMIDERO LATERAL

Consiste en una captación lateral a través de una abertura vertical sobre el borde

de la acera, a manera de vertedero lateral en la cuneta de la calle. Al ser una

ventana abierta, capta muchos sedimentos y basuras que pasan por la caja de

recolección. (EMCALI, 2011)

4.3.3.2 SUMIDERO DE CUNETA O SUMIDERO LONGITUDINAL

Consiste en una captación con rejilla por el fondo de la cuneta de la calle. La

orientación de las rejillas es paralela a la dirección del flujo en la cuneta, pero en

algunos casos se orienta diagonalmente para facilitar el tránsito. (EMCALI, 2011)

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4.3.3.3 SUMIDERO MIXTO

Es la combinación de un sumidero de ventana y uno de cuneta. De esta manera

se incrementa la eficiencia de captación de la ventana y se reduce el ancho de la

rejilla necesaria. (EMCALI, 2011)

4.3.3.3.1 SUMIDERO DE CALZADA O TRANSVERSAL

Consiste en una captación por el fondo con rejilla a lo ancho de la calzada de la

vía. Se utiliza cuando el aporte de escorrentía superficial y de sedimentación es

alto. (EMCALI, 2011)

18

5 METODOLOGIA

La creación de la herramienta pedagógica que permite visualizar las características

principales de las estructuras que componen los sistemas de acueducto y

alcantarillado conlleva un proceso complejo que para el cumplimiento del objetivo

principal del presente trabajo de grado inició con la recopilación de la información de

cada una de estas estructuras.

5.1 RECOPILACION DE LA INFORMACION

Es necesario conocer de antemano el funcionamiento de los sistemas de acueducto

y alcantarillado y cada uno de sus procesos, para esto se consulto el reglamento

técnico de sector de agua potable y saneamiento básico, publicaciones sobre los

Fundamentos básicos de los sistemas de acueducto y alcantarillado, teoría y diseño

de los sistemas de acueducto y alcantarillado. Durante la revisión bibliográfica fue

posible evidenciar que cada uno de los autores referencia estructuras diferentes

dependiendo las condiciones de diseño.

Existen estructuras convencionales para cada proceso, sin embargo, cada una de

esas estructuras derivan una serie de alternativas que se adaptan a las

circunstancias de cantidad, calidad y localización, la documentación consultada

provee ilustraciones que da una idea muy banal de lo que puede ser la estructura en

realidad.

5.2 IDENTIFICACION DE ESTRUCTURAS A MODELAR

Se escogieron un total de 18 figuras que complementen el material didáctico y que

faciliten la asimilación de la información entregada a los estudiantes. Las estructuras

modeladas en 3D son:

Acueducto

Bocatoma lateral con muro transversal

Bocatoma de fondo

Desarenador de alta tasa

Tanque de almacenamiento semienterrado de doble compartimiento

Tanque de almacenamiento elevado

Alcantarillado

Pozos de inspección con cámara de caída 900,450, tipo escalera, muro interno

cañuela, boquilla, cono de reducción y escaleras.

Pozos de inspección y tuberías

Sumidero con cámara mixto

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Sumidero con cámara transversal

Canales de conducción triangulares

Canales de conducción trapezoidales

Canales de conducción rectangulares

Canales de conducción circulares

Canales de conducción tipo herradura con pasillos laterales

Conexión domiciliaria.

5.3 MODELACIÓN 3D

A través del programa SketchUp y gracias a cada una de sus herramientas fue

posible moldear en tercera dimensión cada estructura, se utilizaron figuras

geométricas como base principal de los dibujos, para luego extrudir cada una de

superficies y lograr la forma adecuada de cada estructura.

Esta modelación permitió visualizar la estructura en ausencia o en presencia de

algunas o todas sus partes. El software SketchUp permite ver las estructuras tipo

Rayos x, lo que da transparencia a los muros exteriores y perite visualizar el interior

de las estructuras.

Una vez realizadas las estructuras en 3D se aplicaron los materiales según el tipo de

estructura que se esté modelando, para la mayoría de los casos se utilizó el color

Cladding Stuco Sand Gray de la opción ladrillos y revestimientos para las superficies

de los muros; Color Corriente de agua en movimiento para generar el efecto de

lámina de agua para los cauces de agua potable y residual.

Ilustración 1 Superficies Extruidas

Fuente: Autor

20

Ilustración 2 Aplicación de colores

Fuente: Autor

Ilustración 3 Aplicación de sombras

21

Fuente: Autor

5.1 RENDERIZACION

La producción de RENDERS se realiza por medio del programa twilight, a cada

modelación realizada se le atribuyen características como el material, la

ambientación, iluminación, las texturas, entre otras. Se busca conseguir un efecto

realista de cada una de las estructuras permitiendo tomar imágenes desde varios

ángulos de la vista interna y externa.

Ilustración 4 exteriores

Fuente: Autor

22

Ilustración 5 Interior.

Fuente: Autor

Ilustración 6 Efecto de agua.

Fuente: Autor

23

6 RESULTADOS

6.1 SISTEMA DE ACUEDUCTO

6.1.1 BOCATOMA LATERAL CON MURO TRANSVERSAL

Estructura que consta de dos muros laterales que encausan el agua estos se crean

partiendo de un rectángulo en el piso, se les da un espesor a los muros de 25 cms,

una rejilla creada a partir de círculos ubicada en el muro longitudinal los cuales se

extruden para generar los barrotes de la rejilla, un muro transversal que hace las

veces de represa, con un cámara de recolección que se divide en dos con un muro

de rebose que contiene una compuerta que funciona atreves de una válvula de

tornillo.

Ilustración 7 isométrica Longitudinal. Bocatoma lateral con muro transversal

Fuente: Autor

24

Ilustración 8 Bocatoma lateral con muro transversal

Fuente: Autor

Ilustración 9 Vista isométrica planta. Bocatoma lateral con muro transversal

Fuente: Autor

25

6.1.2 BOCATOMA DE FONDO

Esta estructura cuenta con dos muros laterales de concreto reforzado los cuales se

crean por separado en planta y se extruden a la altura determinada 2.50mts, una

rejilla conformada por barrotes de acero que se crea a partir de círculos que se

dibujan en el muro y se extruden para generar los barrotes de la rejilla, esta se ubica

en el suelo de la estructura, de la cual se deriva la canaleta de recolección que

transporta el agua hasta la cámara de almacenamiento, esta está dividida con un

muro de rebose y así el agua excedente es devuelta al rio por medio de una

compuerta y una válvula de tornillo, el líquido que es retenido en la cámara es

enviado a la línea de aducción por una compuerta a través de una tubería.

Ilustración 10 Vista isométrica Longitudinal. Bocatoma de fondo

Fuente: Autor

26

Ilustración 11 Vista isométrica transversal. Bocatoma de fondo

Fuente: Autor

Ilustración 12 Vista isométrica interior, compuerta de rebose

Fuente: Autor

27

6.1.3 DESARENADOR DE ALTA TASA

En esta estructura se crean los muros laterales y transversales, conformando una

caja con un espesor de muro de 0.20 cms, luego se genera el dibujo de los

hexágonos del panal para después extrudirlos y darles la inclinación que es de 60

grados, cuenta con unas canaletas de recolección del agua clarificada y unas

válvulas de tornillo en la afluente del Desarenador de alta tasa.

Ilustración 13Vista isométrica transversal. Desarenador de alta tasa

Fuente: Autor

28

Ilustración 14 Vista isométrica. Paneles hexagonales

Fuente: Autor

Ilustración 15 Vista isométrica. Canales de recolección

Fuente: Autor

29

6.1.4 TANQUE DE ALMACENAMIENTO SEMIENTERRADO

El tanque de almacenamiento semienterrado es una estructura de forma cubica, en

concreto reforzado que se dibuja creando un cuadrado que se eleva a 3 mts, luego

se procede hacer los muros de 40 cms y generar la caja donde se ubican

estratégicamente las columnas que son creadas de igual manera que la caja

principal, pero en menor tamaño y se alargan hasta los 3 mts para que coincidan las

alturas. Parte del tanque se encuentra enterrado en el suelo, en un constado se

ubica una escalera tipo gato para el acceso en el techo del tanque la cual se dibujó

barrote por barrote. Esta comunica con la parte superior del tanque que es donde se

encuentra ubicados los respiradores, estos son tuberías de 10 pulgadas con un codo

de 90 grados adaptado y escalado para que coincidan los diámetros.

Ilustración 16 Vista isométrica exterior. Tanque de almacenamiento semienterrado

Fuente: Autor

30

Ilustración 17 Vista interior en planta. Tanque de almacenamiento semienterrado

.

Fuente: Autor

Ilustración 18 tanque semienterrado vista exterior

Fuente: Autor

31

6.1.5 TANQUE DE ALMACENAMIE ELEVADO

Un tanque elevado se proyecta cuando en las proximidades de la localidad no

existen terrenos a suficiente altura que permita presiones de servicio adecuadas. Los

tanques elevados pueden ser metálicos de mampostería o de hormigón. (Fredy,

2005).

El tanque elevado cuenta con una estructura de soporte Para la creación de esta

estructura se dibujaron cuatro círculos de 50 cms de diámetro que se elevan a la

altura de 12 mts, y un círculo de 1 de un metro de diámetro que se eleva a mismos

12 mts. partiendo de estos cilindros ya creados se generan los demás, los cuales

conforman la estructura con un comando del software que se llama¨ escalar ¨ el cual

permite darle largo, ancho y grosor específicos a cada uno de los cilindros ya

creados para pasar a ubicarlos de tal manera que le dé forma a la estructura de

soporte. El tanque de almacenamiento en si consta de una esfera hueca, con una

cama cóncava en la parte inferior.

Ilustración 19 Vista exterior. Tanque de almacenamiento elevado y cuarto de bombeo

Fuente: Autor

32

Ilustración 20 Vista interior transparencia. Tanque de almacenamiento elevado y cuarto de bombeo

Fuente: Autor

Ilustración 21 Vista isométrica. Tanque de almacenamiento elevado y cuarto de bombeo

Fuente: Autor

33

6.2 SISTEMA DE ALCANTARILLADO

6.2.1 CONEXIÓN DOMICILIARIA A LA RED PUBLICA

La conexión domiciliara consta de una tubería que es creada a partir de un circulo y

extruida hasta generar el cilindro. Se transporta por gravedad las aguas residuales

domésticas hasta la caja de inspección que es un cubo creado a través de un

cuadrado que a su vez va conectada por otra tubería que es la encarga de

conectarse con la tubería principal del alcantarillado.

Ilustración 22 Conexión Domiciliaria

Fuente: Autor

34

6.2.2 POZOS DE INSPECCIÓN CON CÁMARA DE CAÍDA A 900 CAÑUELA,

BOQUILLA, CONO DE REDUCCIÓN Y ESCALERAS.

Los pozos de inspección son la unión de tramos de la red del alcantarillado, estos

permiten el cambio de dirección en el alineamiento horizontal o vertical, el cambio de

diámetro o sección y las labores de inspección, limpieza y mantenimiento general del

sistema. (Lopez Cualla, 2004). Está compuesto por:

Tapa de acceso: se dibuja partiendo de un círculo al cual se le da altura y se

le pega una imagen encima para darle el efecto de grabado con el nombre de

la empresa prestadora del servicio.

Cilindro: se dibuja partiendo de un circulo de 1.50 mts de diámetro, se le da

espesor al cilindro y se eleva una altura de 2.50mts. Para efecto de generar el

cono de reducción se dibuja un circulo de menor diámetro que se ubica 60

cms por encima de la cota del cilindro, se uno con dos líneas paralelas y se

utiliza un comando que se llama ¨sígueme ¨

Cañuela: se crea con la interconexión de tuberías con la parte inferior del

cilindro y utilizando los comandos de ¨intersección de caras con el entorno¨.

Ilustración 23 Vista isométrica. Pozo de inspección con cámara de caída a 45 Grados

Fuente: Autor

35

Ilustración 24 Vista isométrica interior. Pozo de inspección cañuelas

Fuente: Autor

Ilustración 25 Vista isométrica interior. Pozo de inspección con tapa, cañuela, escalera y tubería

Fuente: Autor

36

6.2.3 POZOS DE INSPECCIÓN Y TUBERÍAS

Tapa de acceso: se dibuja partiendo de un círculo al cual se le da altura y se

le pega una imagen encima para darle el efecto de grabado con el nombre de

la empresa pública prestadora del servicio.

Cilindro: se dibuja partiendo de un circulo de 1.50 mts de diámetro, se le da

espesor al cilindro y se eleva una altura de 2.50mts. Para efecto de generar el

cono de reducción se dibuja un círculo de menor diámetro que se ubica 60

cms por encima de la cota del cilindro, se uno con dos líneas paralelas y se

utiliza un comando que se llama ¨sígueme ¨.

Cámara de caída a 900: se dibujan las tuberías y se conectan a través de un

codo de 90 grados, con el comando intercesión de modelos se crea el vacío

por donde entra el agua a el pozo de inspección.

Ilustración 26 Pozo de inspección con cámara de caída a 90 Grados

Fuente: Autor

37

6.2.4 POZOS DE INSPECCIÓN CON SALIDA ACAMPANADA

En algunos casos es necesario instalar una salida acampanada en la parte inferior

del pozo de inspección para que la altura de la lámina del agua dentro del pozo no

adopte valores demasiado grandes. A continuación se describe la creación de la

salida campanada.

Campana: se dibuja partiendo de dos cubos, uno más pequeño que el otro, se ubican

cara con cara y con el lápiz se dibuja una línea desde cada esquina del cubo de

mayor medida al de menor medida, con el comando sígueme seleccionamos

arrastrando el mouse hasta crear la figura, después insertamos la tubería y se

entrelazan las caras para generar el vacío en la estructura, por donde saldrá el agua

del pozo de inspección.

Ilustración 27 pozo de inspección con salida acampanada.

Fuente: Autor

38

6.2.5 POZOS DE INSPECCIÓN CON CÁMARA DE CAÍDA TIPO MURO INTERIOR

Para la creación del muro disipador de energía se siguieron los siguientes pasos:

teniendo el pozo dibujado, se crea un rectángulo el cual se eleva a 0.15 mts para

generar la pared interior, en la cara frontal del muro creado se dibujan 4 líneas a 0.10

mts una de la otra, para generar las escalas que tienen como función amortiguar el

golpe del agua y disminuir la velocidad con la que ingresa al pozo.

Ilustración 28 Pozos de inspección con cámara de caída tipo muro interior.

Fuente: Autor

6.2.6 POZOS DE INSPECCIÓN CON CÁMARA DE CAÍDA TIPO ESCALERA

Este dibujo consta de cuatro secciones, dos tuberías horizontales y una a 35 grados ambas

tuberías con un diámetro de 5 mts, y una caja de 6 mts de altura. En la tubería inclinada se

encuentran ubicadas las escalas. Estas se crearon a partir de un cubo que se interconecta

con la tubería, con el comando intersección de modelos se seleccionan los dos dibujos y se

da entrer. se borran las partes que quedan por fuera de la tubería y solo se deja lo que esta

por dentro para así crear las escalas que tienen como función reducir la velocidad de el agua

que baja .

39

Ilustración 29 Pozo de inspección con cámara de caída tipo escalera

Fuente: Autor

Ilustración 30 vista interior escalas

Fuente: Autor

40

5.1.1 SUMIDERO CON CÁMARA LATERAL

Los sumideros son las estructuras encargadas de recoger la escorrentía superficial

de las calles e introducirla a la tubería del alcantarillado pluvial o combinado. Se

ubican a lado y lado de la calle y en la esquina aguas debajo de la manzana antes

del cruce peatonal, también deben colocarse en todos los puntos bajo o depresiones

de la red vial en las reducciones de pendientes longitudinales de las vías, y antes de

los puentes vehiculares. (EAAB, 2006) (Lopez Cualla, 2004)

Para su represtación, se creó una caja con un espesor de muros de 10 cms, donde

se ubica la tapa en la parte posterior, en la parte interna de la caja se ubican los

barrotes en forma de C que hacen parte de la escalera de acceso y la tubería que

transporta las aguas lluvias 0,20m por debajo de la cota de la tapa, se encuentra la

rejilla o sumidero por donde ingresa el agua a la estructura

Ilustración 31 Vista isométrica exterior. Sumidero mixto.

Fuente: Autor

41

Ilustración 32 Vista isométrica interior. Sumidero mixto cámara lateral y longitudinal

Fuente: Autor

42

Ilustración 33 Vista isométrica interior. Sumidero mixto cámara lateral longitudinal

Fuente: Autor

43

5.1.2 SUMIDERO TRANSVERSAL

Para crear la acera y la vía donde se ubica la rejilla que atraviesa la carretera para

recoger el agua lluvia se crearon dos rectángulos que se elevan a 20 cms y uno se

ubica 30 cms por encima del otro para generar que la acera se encuentre 20 cm por

encima de la vía

En la parte posterior del dibujo se ubica la estructura de recolección del agua lluvia.

La canaleta se crea a partir de una caja la cual cuenta con una inclinación de 100

que dirige el agua al centro de la estructura donde una caja mas pequeña que

recibe el agua sin sedimentos y esta conectada a una tubería que lleva el agua

lluvia hacia el pozo de inspección

Ilustración 34 Vista isométrica exterior. Rejilla sumidero transversal

Fuente: Autor

44

Ilustración 35 Vista isométrica exterior. Canal de recolección sumidero transversal

Fuente: Autor

Ilustración 36 Vista isométrica exterior. Rejilla sumidero transversal

Fuente: Autor

45

5.1.3 CANALES DE CONDUCCIÓN TRIANGULARES

Adicionalmente se buscó modelar canales artificiales los cuales son frecuentemente

utilizados en la aducción de sistemas de acueducto y en sistemas de alcantarillados.

(Ministerio de vivienda, ciudad y dearrollo , universidad de los andes, 2010), el uso

de los diferentes tipos de canales está sujeto a los criterios iniciales de diseño,

condiciones ambientales, ecológicas, económicas y topográficas.

Esta estructura es originada a partir de dibujar un rectángulo el cual es elevado para

generar un caja. En la parte frontal de la caja se dibuja el triángulo y se extrude hasta

que el sólido del triángulo se elimine o desaparezca y así genera el canal triangular.

Por último se pasa a la aplicación de colores, texturas y el agua para dar un efecto

de realismo.

Ilustración 37 Vista isométrica. Canal triangular

Fuente: Autor

46

5.1.1 CANALES DE CONDUCCIÓN TRAPEZOIDALES

Se cran un rectángulo, se eleva para generar una caja, en la parte frontal se dibuja la

forma trapezoidal y con el comando ¨extrudir¨ se desplaza hasta crear el canal.

Ilustración 38 Vista isométrica. Canal trapezoidal

Fuente: Autor

47

5.1.2 CANALES DE CONDUCCIÓN RECTANGULAR

Esta estructura es originada a partir de dibujar un rectángulo el cual es elevado para

generar un caja. En la parte frontal de la caja se dibuja el rectángulo y se extrude

hasta que el sólido del rectángulo interno se elimine o desaparezca y así generar el

canal rectangular, por último se pasa a la aplicación de colores, texturas y el agua

para dar un efecto de realismo.

Ilustración 39 Vista isométrica. Canal rectangular

Fuente: Autor

48

5.1.3 CANALES DE CONDUCCIÓN CIRCULARES

Esta estructura es originada a partir de dibujar un circulo el cual es elevado para

generar un cilindro. En la parte frontal del cilindro se dibuja otro círculo de menor

diámetro y se extrude hasta que el cilindro interno se elimine o desaparezca y así

genera el canal triangular, por último se pasa a la aplicación de colores, texturas y el

agua para dar un efecto de realismo.

Ilustración 40 Vista isométrica. Canal circular

.

Fuente: Autor

49

5.1.4 CANALES DE CONDUCCIÓN TIPO HERRADURA CON PASILLOS

LATERALES

Esta estructura es originada a partir de dibujar un rectángulo el cual es elevado para

generar un caja. En la parte frontal de la caja se dibuja un semicírculo partiendo de

0.50 mts de la base de la caja lo cual forma una herradura y los pasillos del canal, se

extrude hasta que el sólido de la herradura se elimine o desaparezca y así genera el

canal tipo herradura. Por último se pasa a la aplicación de colores, texturas y el agua

para dar un efecto de realismo.

Ilustración 41 vista isométrica .canal herradura con pasillos laterales

Fuente: Autor

Cada una de las estructuras presentadas anteriormente se entrega en formato digital

(.Skp) como archivos editables que se deben visualizar por medio del Software

SketchUp PRO VER ANEXO 1.

Se presenta Una galería de imágenes en formato (Jpg.) de los RENDERS generados

de cada una de la estructuras en diferentes ángulos y enfoques de captura. VER

ANEXO 2.

50

6 CONCLUSIONES

Un sistema de acueducto está compuesto por la fuente de abastecimiento, las

obras de captación, la aducción, el tratamiento, el almacenamiento, la

conducción y la red de distribución.

Existen estructuras convencionales que no se adaptan a las condiciones de

cantidad, calidad y localización por lo cual es necesario implementar

alternativas que modifican el diseño inicial para adaptarse a las circunstancias

de diseño.

Existen más de 8 tipos de obras de captación de agua, cada una se diferencia

en su campo de aplicación determinado por las condiciones de la fuente de

abastecimiento.

Los RENDERS generados cuentan con la ventaja de exportarse como

archivos JPG, es decir, formato de imágenes que se pueden visualizar

mediante cualquier visor de imágenes.

Se requiere un conocimiento avanzado en interpretación de planos

arquitectónicos y estructurales para la comprensión de cada una de las

imágenes ilustradas en la bibliografía consultada. Mediante el presente trabajo

de grado se facilita la comprensión de cada estructura.

Las ayudas audiovisuales utilizadas como herramienta pedagógica, permiten

que la información que se quiere transmitir se reciba a través del sentido de la

vista y del oído, resultando así, ser motivador, sensibilizador y estimulante

para el interés de los estudiantes.

51

7 RECOMENDACIONES

Para un mejor desempeño en la creación del dibujo es necesario tener

conocimientos previos en el área de construcción e interpretación de planos

estructurales y arquitectónicos.

Es necesario contar con buenos y suficientes equipos para el desarrollo del

trabajo, la generación de RENDERS puede demorar varios minutos

dependiendo del procesador del computador, para lo cual es necesario contar

con un procesador adicional para agilizar el proceso de modelación.

Se recomienda fundamentar en la literatura y no en lo encontrado en la web,

dado que las estructuras son descritas de manera más precisa en los libros.

Se debe contar con el apoyo y la guía de profesionales en el área de sistemas

de acueducto y alcantarillado como la ingeniería sanitara, ingeniería civil,

arquitectura, entre otras.

Se debe tener conocimiento en programas de diseño y modelación 3D y 2D.

52

9 Bibliografía 3D, m. (s.f de s.f de s.f). Conceptos fundamentales del modelado 3D. Obtenido de Conceptos

fundamentales del modelado 3D: http://abc.mitreum.net/wp-content/uploads/clase2-

parte1-teoria.pdf

alfredo, l. c. (2000). acuaducto. bogota, colombia.

EAAB. (2006). . (2006 Plan maestro de acueducto y alcantarillado. Documento técnico de soporte

PMAA de Bogotá D.C.

EMCALI. (10 de 08 de 2011). Norma tecnica de recoleccion de aguas residuales. Obtenido de

https://www.emcali.com.co/documents/11733/154846/NDC-SE-RA-

001+Camaras+Inspeccion

Fredy, C. R. (2005). Teoria diseño de acueducto y alcantarillado. Medeliin: Universidad de Medellín.

Centro General de Investigaciones.

Lopez Cualla, R. A. (2004). Elementos de diseño para acueductos y alcantarillados. Escuela colombiana

de Ingeniería. bogota.

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https://www.epm.com.co/site/Portals/3/documentos/proveedores/cap8.pdf

Ministerio de vivienda, ciudad y dearrollo, universidad de los andes. (2010). RAS 2010. Obtenido de

RAS 2010: http://comunidad.udistrital.edu.co/javalerof/documentos-2/documentos/

Santana, m. s. (11 de 03 de 2009). LA ENSEÑANZA DE LAS MATEMÁTICAS Y LAS NTIC. UNA

ESTRATEGIA DE FORMACIÓN PERMANENTE. Obtenido de Enseñnasa y aprendizaje:

http://www.tdx.cat/bitstream/handle/10803/8927/D-TESIS_CAPITULO_2.pdf?sequence=4

territorio, M. d. (2000). Reglamento tecnico del sector de agua potable y saneamiento. En M. d.

territorio, Reglamento tecnico del sector de agua potable y saneamiento. bogota.