Sistemas Agua Potable Gravedad Poblaciones Rurales

Para poblaciones rurales

TECNOLOGIA INTERMEDIA (ITDG), 1988

Traducido por Carmen Flores de Falconi con apoyo del Save the Children Fund de Gran Bretana

O Tecnologia Intermedia (ITDG) 1988 Verderghen 235, Lima 18, Peru Telf.: 221361

Tecnologia Intermedia (ITDG) fue fundada en 1965 por el Dr. E.F. Schumacher. ITDG es una organizacion no-gubernamental que se dedica a investigar, desarrollar, evaluar y difundir alternativas tecnologicas para e l desarrollo.

PREFACDO

Este Manual Pretende recopilar /a informacion teorica y practica necesaria para la supervision, diseno y construccion de sistemas de agua potable por gravedad para pequenas poblaciones rurales. Aunque el Manual fue escrito para el caso especifico de Nepal, los principios que se presentan son aplicables a muchas zonas rurales del Peru. Se ha organizado el material como referencia para que los tecnicos; tanto aqueIlos con formacion en ingenieria, como sin ella, puedan entenderlo de manera facil y rapida.

El Manual fue publicado originalmente por UNICEF, Nepal, en 1980. Su traduccion y edicion ha sido posible gracias al apoyo del Save the Children Fund de Gran Bretana.

ABREVIATURAS Y SIMBOLOS

cm - - cma = cm3 = kg = kg/cm2 = LPS = m/seg = LPCPD = Q - - DI - - DE = AGC = CR = RF = m - -

- rna - m3 - - H - - @ - - 4 - - V I - - r =

-44 = LGH =

centimetros centimetros cuadrados centimetros cubicos kilogramo kilogramo por centimetro cuadrado litros por segundo (caudal) metros por segundo (velocidad) litros per capite por dia caudal diametro interior diametro exterior acero galvanizado corrugado concreto reforzado refuerzo metros metros cuadrados metros cubicos ca ida en diametro pulgadas raIz cuadrada superficie de agua del tanque (@ presion atmosferica) Linea de Gradiente Hidraulica.

OBSERVACION IMPORTANTE

Los problemas de tuberia trabajados como ejemplo en el texto y figuras de este manual se prepararon utilizando una tabla de perdida de carga por friccion para tubo PAD segun las especificaciones DIN (Alemanas). Dede que se trabajaron los ejemplos, se ha obtenido una nueva tabla de perdida de carga por friccion para tubo PAD fabricado segun espeCificaciones [SI (Indias), que son las adoptadas por UNICEF para el caso de Nepal. En las tablas de referen- cial al final'de este manual se incluyen las nuevas tablas de perdida de carga, pero los ejemplos originales no se han vuelto a trabajar.

1.1 Descripcion de sistemas

Este manual desarrolla el conocimiento, teoria y material necesarios para el estudio, diseno y construccion de un sistema de suministro de agua a una comunidad (SAC) para satisfacer los requerimientos de agua potable de aldeas rurales con poblaciones pequenas y medianas. Los sistemas aqu i descritos son del tipo flujo por gravedad; es decir, que utilizan l a fuerza de l a gravedad para transportar el agua de la fuente de suministro a la comunidad. En la figura 1-1 se muestra esquematicamente este tipo de sistema: La fuente adecuada de suministro esta ubicada a una elevacion superior a la de l a comunidad. Se contruye una estructura de represa y bocatoma para acumular e l agua que luego es canalizada a la comunidad por medio de un conducto subterraneo de tuberia de Palietileno de Alta Densidad (PAD). De ser necesario, se construye un tanque reservorio en lo alto de la comunidad.

De ahi el agua se distribuye a diversos puntos de conexion pu-

FUENTE (BOCATOMA)

TANQUE D E SEDIMENTACION

TANQUES INTERRUPTORES D E PRESION

TANQUE RESERVORIO

TUBERIA DE DlSTRlBUClON

PUESTOS DE TOMA

FIGURA 1-1

SISTEMA SAC TlPlCO

blicos ubicados estrateg: aamente en la comunidad, via la linea principal, Iineas secundarias y Iineas de conexion. Cuando se utilizan varias fuentes de suministro puede construirse un tanque de acopio y, debido a la topografia del terreno, podria requerirse l a construccion -en determiriados pantos- de tanques de limitadores de presion para evitar que las sitas presiones rorn-

7 2 Problemas fundamentales

pan la tuberia PAD. Si el agua de la fuente transporta muchas particulas en suspension, podria requerirse un tanque de sedimentacitn para eliminar estas impurezas.

En este manual se discuten cada uno de los componentes del sistema (bocatomas, tuberias, diferentes tipos de tanques, Iineas de conexion, etc.).

La construccion de un sistema de SAC en aldeas rurales a menudo se ve obstaculizado por muchos problemas que prolongan, frustran y hasta llevan a l a cancelacion del proyecto. Y aun cuando se logre superar estos problemas iniciales y llegue a completarse l a ejecucion del proyecto, el sistema puede fallar a cor- to plazo debido a un uso erroneo o a circunstancias imprevistas.

Entre los problemas tecnicos que se afrontan durante la construccion se pueden nombrar: terreno dificil para canalizar desprendimiento de tierra o erosiones que amenacen arrasar los tanques, o fuentes de agua que inesperadamente suministren menos agua que l a estimada (o aun se sequen completamente).

Estos son problemas que a menudo los comprende clara y facilmente el wpervisor a cargo de ia construccion, que normalmente planeara una estrategia para superarlos.

Sin embargo, e l "factor humano" genera problemas obvios. Debido a que tales proyectos scn esfuerzos 'comunales, a menudo se entrampan en plei- to; locales, discusiones y diferencias de tipo politico y economico. Los problemas que aqui surgen dificilmente pueden definirse claramente o resolverse facilmente. Entre los principales problemas tenemos los derechos de agua sobre las fuentes, la ubicacion de las Iineas de conexion y la division del trabajo; hasta que estos pro-blemas se solucionen (s i esto es posible) e l futuro del sistema -aunque se llegue a completar- es sombrio.

Los problemas humanos que afectan los sistemas de agua son factores como descuido (mantenimiento inadecuado o inexistente), maltrato (por parte de ninos y de adultos cuiiosos), o sabotaje deliberado (por comuneros descontentos que quieren castigar al resto, o por elementos egoistas que abren la tube

ria para irrigar sus tierras). Estos son problemas muy reales que efectivamente han destruido muchos sistemas de agua.

Los problemas tecnicos pueden ser detectados y resueltos por los ingenieros constructor y consultor, quienes estan capacitados para reconocer y solucionar estos problemas. Los problemas humanos ios puede reconocer y soiucio- nar la comunidad en su conjunto; a menudo esta es l a tarea mas dif ici!.

EI presente manual trata de solucionar los problemas tanto tecnicos como humanos. Por s i solas la teoria tecnica y las practicas de construccion n:, son suficientes para llevar a buen fin la construccion de un sistema deag~as. Muchas veces, si e l superintendente subestima la destructividad inocente de los ninos o no logra comprender algunas necesidades especiales de los comuneros, se perdera mucho tiempo, se deterioran materiales, se duplicara trabajo y se generali- zaran sentimientos de colera y frustracion. En la medida de lo posible, este manual trata de,mencionar estos problemas potenciales y sugerir soluciones para minimimarlos.

1.3 Organizacion del manual

El material aqui incluido esta ordenado de acuerdo a !as tres fases de un proyecto SAC: estudio, diseno y construccion del sistema. Todas las dimensiones y calculos estan expresados en unidades del sistema rnetrico, a excepcion de los tamanos de l a tuberia FG, que estan expresados en pulgadas (ya que en Nepal se consiguen de esa medida). Los disenos presentados han sido cuidadosamente calculados para producir la fuerza estructural y utilidad necesarias sin tener que sobredimensiona: el uso de materiales. Se discute cada companente del sistema en funcion de caracte~isticas funcionales y de buen diseiio,.y se proporciona diversos diagramas de estructuras construidas exitosamente. En las Ultimas paginas del manual consignamos tablas de referencia que permitan rapida consulta y sean fuente de informacion general.

2. EVALUACION DE LA CQMUNIDAD Y ESTUDIO DE FACTlBlLlDAD

2.1 Introduccion

La primera fase en la creacion de un sistema SAC es la visita de un exami- nador a la comunidad, a efectos de.determinar la factibilidad del proyecto propuesto. Si este determina que el proyecto es factible, el investigador debera efectuar un levantamiento topografico.

La evaluacion que se haga de l a comunidad es a l a vez un proceso objetivo y subjetivo. Objetivamente, el supervisor determina hechos: poblacion de la comunidad, disponibilidad local de materiales, oferta de mano de obra calificada, informacion logistica, etc. Subjetivamente, el investigador determina sentimientos: Personas influyentes de la comunidad, reacciones y actitudes de los comuneros hacia el proyecto, nivel de conciencia de los comuneros del trabajo que se esperan realicen y disponibilidad de llevarlo a cabo. son las necesidades de l a comunidad, y quien se beneficiara?

Se considerara que un proyecto es factible solo si tanto los factores tecnicos como los humanos apuntan hacia el exito. Para obtener respuestas precisas y confiables a los anteriores requerimientos, el investigador debera discutir el proyecto con l a mayor cantidad posible de comuneros. Es incorrecto confiar solo en dos o tres personas como fuente de informacion. El investigador debera pasearse por la comunidad, asistir a lugares publicos donde se congreguen los pobladores (como cafeteria, templos, etc.).

Una vez que el investigador detecte que los comuneros estan entusiasma- dos con e l proyecto, acometera los aspectos techicos de estudio del sistema.

Dificilmente podra llevarse a cabo en menos de dos dias la evaluacion glo- bal de l a comunidad y e l levantamiento topografico. Debe tomarse el tiempo ne cesario para estar seguros de llevar a cabo una investigacion completa y obtener resultados precisos. Cuando el investigador termina su trabajo de evaluacion en la comunidad, practicamente debe tener la certeza de si el trabajo debe o no reali-

zarse. Si piensa que s i debe realizarse el proyecto, entonces debera contar con todos los datos necesarios para que el mismo u otra persona efectue los disenos y estimados finales del sistema.

El presente capitulo fijara las pautas que el investigador utilizara ai ir a efectuar el estudio de factibilidad a una comunidad. En el siguiente capituls presentaremos detalles especificos de como efectuar el levantamiento topografico.

2.2 Estudio de poblacion

Es absolutamente necesario efectuar un estudio detallado de poblacion de l a comunidad, ya que el factor poblacion determina los requerimientos de agua. Para efectos de un sistema de agua, l a poblacion de una comunidad incluye a todas las personas que lo utilizaran como fuente de agua potable. Por tanto, se incluyen a pacientes en pastas sanitarias, estudiantes que viven en dormitorios, empleados de oficinas gubernamentales, etc. Aunque la mayoria de comunidades rurales en zonas de sierra normalmente no tendran estas poblaciones especiales, deberan considerarse en caso de haberlas.

Experiencias anteriores de trabajo de campo demuestran que normalmente los comuneros no tienen una idea clara de su propio volumen poblacional y tienden a sobreestimar enormemente las cifras reales. A menudo sesgaran sus respuestas, ajustandolas a sus propios intereses. Debe tenerse mucho cuidado a fin de obtener estimados precisos. Existen tres tecnicas que son probadamente bue nas:

1) Elaborar un listado escrito de cada vivienda y el numero de miembros que viven en ella.

2) Pasear por la comunidad contando las viviendas, determinando el numero de personas que viven en cada una.

3) En el caso de comunidades muy grandes, no resulta muy factible contar, una por una, el numero de personas que viven en l a comunidad. Mas bien su- gerimos:

- Determinar el numero de viviendas a ser atendido por cada linea de cone xion.

- Encuestar personalmente una muestra de unas doce de estas viviendas, y determinar el numero promedio de personas que habitan en cada una de ellas.

- Aplicar dicho promedio para determinar el numero de personas que debe ra atender esa I inea de conexion.

- Sumar l a poblacion total que debera ser atendida por las lineas de cone xion.

En cualquier caso, se debe tratar de discutir estas cifras con la mayor cantidad de comuneros, especialmente con los que viven en esa zona de la comunidad.

2.3 Entusiasmo y motivacion de la comunidad

Es dificil juzgar de antemano la capacidad de los comuneros de trabajar en conjunto y ejecutar l a coristruccion de un proyecto de agua potable. Con l a acu- ynulacion de experiencia se podran efectuar mejores estimados del "factor motivacion". Sin embargo, al efectuar l a visita a la comunidad, es indispensable formarse una idea de la motivacion, capacidad de cooperacion y potenciales con- flictos sociales y politicos. Conversar con l a gente, examinar anteriores esfuerzos constructivos de la comunidad (escuelas, iglesias, etc.); inspeccionar las condiciones de caminos, edificios, iglesias y areas publicas ((que tal mantenimiento tienen?), y conversar con funcionarios del gobierno local con todas iniciativas que daran luces sobre el posible exito o fracaso del esfuerzo de construccion. El investigador se esforzara por explicarle a los comuneros, con la mayor claridad posible, e l rol que e l gobierno y el proyecto esperan de ellos.

No importa cuan tecnicamente factible sea e l proyecto, solo tendra exito s i los comuneros estan verdaderamenie interesados y lo suficientemente preocu- pados para darle el mantenimiento a largo plazo requerido para mantener el sistema operativo.

2.4 Fuentes actuales de agua

Una de las mejores maneras de determinar la posible motivacion de los comuneros es examinando sus actuales fuentes de agua, e inferir cuan util sera verdaderamente un proyecto SAC. Los comuneros que vivan cerca de una fuente adecuada de suministro de agua se mostraran mas inclinados a trabajar en e l proyecto que aquellos que no lo estan. Este razonamiento, asimismo, puede aplicarse a toda la comunidad en su conjunto y el supervisor puede formarse una buena idea de que tan esencial sera un nuevo sistema.

2.5 Investigacion de la fuente

La investigacion de una fuente de un sistema de agua no debera limitarse tan solo a la fuente mas conveniente. A estas alturas, las tecnicas de tratamiento de agua en general, no resultan practicamente factibles para Nepal, por tanto es necesarjo localizar la fuente mas limpia aunque no este ubicada tan cerca de la comunidad. El perito no debera confiarse exclusivamente en lo que le digan los comuneros, sino debera visitar todas las fuentes posibles. Debera determinarse cantidad y calidad de los flujos, estudiarse maneras de desarrollar los trabajos en la cuenca hidrografica e investigarse los derechos de agua.

El perito, antes de iniciar su examen de fuentes, debera haber completado su estudio de poblacion. A partir de la informacion que presentamos en e l

capitulo 4, podra calcular los requerimientos diarios de agua de la comunidad, Ninguna fuente sera factible s i es que en 24 horas no puede proveer la cantidad de agua requerida.

Las fuentes mas comunes de sistemas de agua, son manantiales y arroyos pequenos. Eii la medida de lo posible, se considerara en primer lugar los manantiales ya que el agua de estos generalmente es de mejor calidad y mas facil de proteger contra faxores contaminantes.

Manantiales: Los manantiales son puntos donde el agua proveniente de una fuente subterranea puede filtrarse hacia la superficie. Normalmente el caudal es de menos de 2 LPS, aurque algunos pueden ser mayores. El caudal de un manan- t i a l se rige por diversos factores: area de la cuenca, razon de percolacion de agua a traves del suelo, esptzor del suelo sobre el acuifero (o sobrecapa) y la capacidad de almacenamiert~ del terreno. Los manantiales tienen un factor de variacion estacional, caracterizado por un efecto retardado con relacion a los patrones de Iluviac (los manar,?iales produciran caudales.normales hasta bien entrado el periodo de sequia, antes de disminuir paulatinamente, y quizhs el caudal normal no se reinicie hasta bien entrado e l periodo de lluvias). Debido a la percolacion y filtracion del terreno, mayormente los manantiales no presentan organi. mos patogenos causantes de tantas enfermedades. Sin embargo, muchos manantiales fluyen a traves de piedra caliza o grietas y fisuras geologicas en las rocas. En esos casos, los efectos de filtracion son minimos y el flujo puede estar con- taminado. Es posible, tambien, que la fuente no sea un verdadero manantial, sino un arroyo que tiene un pequeno trecho subterraneo y luego vuelve a emerger a l a superficie. Una investigacion en las inmediaciones de la fuente arrojara que tipo de manantial es. La figura 2-1 muestra l a geologia caracteristica de un manantial, mostrando los diferentes niveles de agua subterranea durante las estaciones de sequia y de lluvias.

Arroyos pequenos: No son fuentes tan deseables, especialmente si existen zonas habitadas o de pasteo animal aguas arriba. Sin embargo, a veces no existe otra fuente alternativa de agua en l a comunidad. Los arroyos tienen un fuerte factor de variacion estacional y pueden reaccionar fuerte (y rapidamente) a Ilu- vias diarias. Cuando se investigue un arroyo, debera ponerse cuidadosa atencion a la ubicacion de la bocatoma, en prevision de una futura erosion. Averigue con los comuneros los niveles de crecida del arroyo durante la epoca de lluvias fuertes.

Arroyos grandes y rios: Son las fuentes menos deseables de agua, ya que existe la casi certeza que estaran contaminadas desde aguas arriba. Sin embargo, s i constituyen las mejores fuentes para bombas hidraulicas a piston (hydrams'

N. del T. palebra compuesta, del ingles hydraulic ram pumps, que significa bombas hidraulicas a piston.

AClON DEL TE- ITA LA RAPIDA TIA DEL AGUA

QUE EL AGUA SE FILTRE EL TERRENO (INFIL-

MANANTIAL PERMANENTE

(EL AGUA N O PUEDE INFILTRARSE A TRAVES DE CAPAS IMPERMEABLES COMO ROCA O ARClLLAl

FIGURA 2-1 DIAGRAMA HIDROLOGICO DE MANANTIALES

que pueden surtir a las comunidades ubicadas a mayor altura y para las cuales no existe otra fuente factible. Vease capitulo 18 para informacion tecnica sobre hydrams.

2.6 Tecnicas de medicion de aforos

En la mayoria de estudios que intentan determinar una exacta medicion de aforos se requiere efectuar trabajos en el terreno, normalmente tan solo un tipo simple de banco de tierra, dique o canal de drenaje. Es recomendable ir acompanado de uno o dos comuneros con sus herramientas de excavacion y con un cuchillo tipo machete (para desbrozar la maleza, etc.). Despues de construir los canales o diques, espere unos minutos hasta que e l agua alcance un flujo estable y constante, antes de proceder a efectuar las mediciones.

A continuacion desarrollaremos tres metodos simples de medicion de aforos de manantiales y arroyos. Siempre mida el caudal varias veces, y calcule una lectura promedio. Debera repetirse cualquier medicion que obviamente se desvie del promedio. Averigue de los comuneros las variaciones estacionales del caudal.

Recipiente y Cronometro: La manera mas conveniente de medir los caudales de manantiales es utilizando un recipiente de boca ancha (de capacidad conocida) y cronometrar el tiempo que tarda en llenarse. Normalmente la comunidad contara con un recipiente grande de galletas o de kerosene (con capacidad de le20 litros) o con un balde. Para obtener resultados mas exactos, la capacidad del recipiente sera tal que demore por lo menos 15 segundos en llenarse (se usaran recipientes pequenos, como cantimploras, si no se cuenta con recipientes mas grandes). Para medir el tiempo puede utilizarse un reloj pulsera comun y corrien- t e (que cuente con segundero central) pero es mas conveniente s i dos personas trabajan en equipo: una que controle e l reloj y la otra que llene el recipiente. El caudal se calcula de la siguiente manera:

Q = C donde: Q = caudal (litros/segundo) - t C = capacidad del recipiente (litros)

t = tiempo que demora en llenarse (segundos)

Vertedero de aforos en V: Para medir los aforos de grandes manantiales Y arroyos pequenos puede usarse un vertedero de aforo en V. Este vertedero tiene un ang-o de 600, y se recomienda para el nivel de flujos que normalmente se encuentra en las fuentes de las comunidades. El perito podra lleva; bu propio verdadero, o pueden prepararse en la comunidad con un tablero de madera o lamina de hojalata. El vertedero se coloca a manera de dique perpendi- cular al flujo, con el agua rebosando por el vertice. El arroyo o canal de drenaje sobre el vertedero debe estar derecho y no obstruido en por lo menos una distancia de 2 metros. El caudal se determina utilizando una regla para medir l a

D (Profundidad cm)

w I

I F I G U R A 2-2

ESCLUSA CON MUESCA EN V (600) GRAFICO DE ESCOTADURA Y CAUDAL VERTATERA DE AFORO EN V.

profundidad del agua que rebasa por el vertice (medida en centimetros), y luego re lee en curva la calibracion que se muestra en la figura 2-2, donde tambien se muestran las dimensiones de un vertedero de aforos V de 600.

Metodo de Velocidad-Area: Este metodo demanda mas trabajo y no es tan preciso como el de vertedero de aforos en V, pero es mas facil s i se trata de arroyos especialmente anchos. Mida la velocidad del agua superficial del arroyo tomando e l tiempo de cuanto tarda un objeto flotante (como por ejsmplo, un bloque de madera) en llegar de un punto a otro del arroyo (habiendo previamente medido l a distancia entre ambos). Este segmento debe ser relativamente derecho y carecer de obstaculos por un trecho 6@ 10 veces l a profundidad promedio del agua. Mida e l area de la seccion transversal del arroyo. Deberan repetirse las mediciones varias veces, promediando los resultados. La velocidad promedio del arroyo es 85010 de la velocidad superficial y el caudal se calcula de la siguiente manera:

Q = 600 x V x A donde: Q = caudal (LPS) V = velocidad superficial (m/seg) A = area de la seccion transversal (m2 )

Este metodo de medicion del caudal se aplica a arroyos donde l a profundidad de agua es de por lo menos 30 centimetros. La figura 2-3 ilustra el metodo de medicion velocidad-area.

2.7 Aforo de seguridad (o minimo)

El aforo de seguridad de l a fuente sera el caudal minimo que la fuente puede asegurar durante l a temporada de sequia. El aforo de seguridad es e l caudal de agua que se puede esperar que l a fuente lleve durante todo e l ano; este es el caudal que se utiliza a l disenar los sistemas de agua. Aunque la medici6n de la fue.nte se efectue en la epoca de mayor sequia debe consultarseles a los comuneros para det&minar con la mayor precision posible cual es el aforo de seguridad de la fuente. Si los caudales de agua son criticos, las mediciones deberan repetirse durante la epoca de sequia o deberan seleccionarse fuentes de reserva.

Los aforos maximos tambien se determinaran en consulta con los comune ros. Asi como e l aforo de seguridad es importante para el diseno de acueductos y reservorios, e1 aforo maximo es tambien necesario para estimar la proteccion estructural de l a toma y los requerimientos de rebose.

AREA PROMEDIO DE LA SUPERFICIAL SECCION TRANSVERSAL DEL DE MEDlClON

/ VELOCIDAD PROMEDIO DEL ARROYO=85•‹/o DE LA

1 VELOCIDAD SUPERFICIAL LA DISTANCIA DE MEDIDA DEL CAUDAL DEBE SER DE 6

A 10 VECES LA PR0FUNDIT)AD PROMEDIO

Q = CAUDAL (LPS) . V = VELOCIDAD SUPERFICIAL ( r n l s )

A = AREA DE SECCION TRANSVERSAL (m21

FIGURA 2-3 VELOCIDAD-AREA METODO DE MEDIDA DEL CAUDAI.

2.8 Calidad del agua

En la actualidad no existe disponibilidad generalizada de esquemas praeti- cos de tratamiento de aguas, especialmente en proyectos ubicados en lugares re motos. Sin embargo, s i una fuente tiene problemas de turbidez, sabor y10 olor, estos pueden resolverse facilmente aplicando los simples esquemas de tratamien- to que desarrollamos en el capitulo 17.

' De cualquier forma, el investigador tendra que usar su propio juicio para determinar la adaptabilidad de una fuente. Los comuneros sabran por expe riencia propia s i e l agua de una determinada fuente se puede o no tomar; por tanto, deben ser consultados.

2.9 Desarrollo de la fuente

El perito al investigar una posible fuente, debera ir desarrollando ideas de como se efectuaran los trabajos de entrada al sistema. Debe ir pensando en m& todos de proteger la estructura contra la erosion, inundaciones y contaminacion por deslizamientos causados por las lluvias. se debera excavar? re

querira represa o canal de drenaje? medidas de proteccion deben tomarse para evitar que animales o comuneros curiosos interfieran con las obras? El investigador debe pensar todos estos aspectos con sumo cuidado y debe anotar medidas y hacer esquemas en su cuaderno de campo, asi como datos topografico~, areas circundantes, etc. Confiarse solamente en la memoria para e l diseno de los trabajos de entrada (cuando incluso pueden haber pasado semanas desde la visita a l a fuente) es poco profesional y nada confiable. La figura 2-4 da una idea del tipo de anotaciones que se hacen sobre una fuente en l a etapa de trabajo de campo.

2.10 Derechos de agua

El Ultimo aspecto de l a investigacion de la fuente es resolver los derechos de agua de la gente que en realidad depende de dicha fuente para la obtencion de su agua. Aunque no es responsabilidad del investigador resolver este asunto, sf es su responsabilidad asegurarse que las disputas se resuelvan satisfactoriamente. Si este tipo de problemas no tiene solucion, debera considerar fuentes alternativas. En el pasado, algunos proyectos han sido deliberadamente saboteadas por comuneros descontentos, que sentian que no se les estaba haciendo justicia. En estos casos, lamentablemente se pierde mucho tiempo, mano de obra y mate. riales.

2.1 1 Materiales locales, mano de obra y logfstica

Antes de retirarse de l a comunidad debera haber obtenido toda la informacion importante para los siguientes aspectos:

nombre completo de la comunidad y su ubicacion exacta (distrito, zona. etc.); nombre del camino principal mas cercano y distancia; nombre del campo de aterrizaje mas cercano y distancia; distancia, tiempo y tarifas entre camino principal, campo de aterrizaje y comunidad; oferta local de mano de obra calificada (albaniles, carpinteros, etc.) y sala- rios; .oferta local de materiales (pizarra, madera, ladrillos, etc.) y costos; fuentes de obtencion de arena y piedra; escuelas (numero de estudiantes) y postas sanitarias (numero de camas); nombres de los comuneros que colaboraron y mostraron buena disposicion al hacer el estudio de la ruta; volumen poblacional lo mas preciso posible; otra informacion necesaria sobre necesidades especiales de la comunidad.

El investigador debe registrar cuidadosamente estos datos en su cuaderno de campo.

22

MOTAS: 1. FUENTE No. 1: MANANTIAL@ 0.35 LPS. ELEV. 1M)Uvi 2. FUENTE No. 2: MANANTIAL@ 0.22 LPS. ELEV. 998M 3. TANQUE DE RECOLECCION @ ELEV. 993M 4. AREA DE FUENTE EN SELVA CON POCO CULTIVO O PASTU-

RA CUESTA ARRIBA 5, LINEA PRINCIPAL REQUIERE 1.5M DE TUBO FG PARA CRU-

CE DE BARRANCO 6. LEVANTAMIENTO SE INICIO EN FUENTE No. 2.

FIGURA 2.4

EJEMPLO DE ANOTACIONES Y BOCETO SOBRE LA FUENTE

3. LEVANTAMIENTO TOPOGRAFICO

3.1 Introduccion

El presente capitulo presentara metodos para efectuar un estudio topografico a lo largo de una ruta propuesta de acueducto. Tal estudio podra efectuarse utilizando un teodolito, altimetros barometricos, o un nivel de mano Abney. Discutiremos cada uno de estos metodos, aunque el enfasis principal del capitulo se centrara en el nivel de Abney, ya que es la tecnica mas sencilla y mas co- rnunmente utilizada.

3.2 Levantamiento con teodolito

El teodolito es un instrumento de alta precision, y su uso requiere de un entrenamiento especial. Se necesita un equipo de dos personas, una para visualizar a traves del instrumento en la direccion de su asistente, quien estara soste niendo un "nivel" de escala vertical a varios metros de altura. Aunque las medidas que se tomen con el teodolito tendran una exactitud con un rango de error de pocos centimetros, resulta un metodo relativamente lento. Normalmente no se requiere que el instrumento sea exacto en- la totalidad del recorrido del canal, aunque en oportunidades su uso resulta U t i l para medir l a profundidad de los perfiles en U, o para ubicar exactamente a los tanques limitadores de presion.

3.3 Levantamiento con altimetro barometrico

Conforme aumenta la altura, desciende la presion barometrica (presion de aire) de la atmosfera. Un altimetro barometrico mide la presion atmosferica y la elevacion correspondiente se lee directamente en el instrumento.

Los patrones climatolo~icos normales determinan que a cualquier altura la presion de aire fluctue ligeramente durante el dia. Por esta razon, aun si el altimetro marca un punto, la lectura de elevacion puede aumentar o descender en varios metros a lo largo del dia. Tales variaciones de presion deben medirse y tomarse en cuenta cuando se hace un levantamiento con altimetro barometrico.

Para hacer como se debe una medicion de este tipo, se necesitan tres personas, cada una con su propio altimetro. Se juntan los tres altimetros y se cali- bran a la misma lectura de altura a la vez. Un asistente traslada su altimetro al punto mas alto fijado para la medicion y el otro asistente al punto mas bajo. Ambos asistentes permanecen en las posiciones durante todo el tiempo que dure el estudio, y a intervalos regulares (cada 15 o 30 minutos, por ejemplo), registran las lecturas de elevacion de los altimetros, y la hora. El topografo transporta e l tercer altimetro a lo largo de la ruta del acueducto. Las distancias sobre e l terreno se miden con una cinta graduada y en cada estacion el topografo registra altura y hora. Mas adelante, con los cambios de presion registrados por los altimetros fijos, las lecturas del topografo pueden irse ajqstando hacia las elevaciones correctas.

Aunque necesariamente no tendra la misma exactitud , este tipo de medicion puede hacerse con dos altimetros: Uno fijo a elevacion intermedia de la ruta, mientras e l agrimensor porta el otro.

Este tipo de estudio es e l mas sencillo de efectuar, y la exactitud solo estara limitada por la exactitud de los altimetros mismos. Este metodo puede utilizarse mejor para estudios de factibilidad de un sistema, pudiendo en e l futuro efectuarse un estudio mas cuidadoso.

3.4 Levantamiento con el nivel de Abney

El metodo normalizado para efectuar estudios de sistemas de canales de agua es utilizando e l nivel manual de Abney (tecnicamente conocido como ecli- metro). Es mas rapido de usar que ei teodolito y, aunque no tan exacto, arroja resultados que se ubican dentro de los limites aceptables para este tipo de le vantamiento. Es un instrumento de peso ligero, facil de usar y de construccion simple, resultando un instrumento a la vez fuerte y facil de ajustar. Lo que resta del capitulo lo dedicaremos a diversos aspectos de utilizacion del nivel de Ab- ney, su ajuste y el adecuado registro de las notas de campo del levantamiento.

3.5 Descripcion

El nivel de Abney es basicamente un tubo cuadrado (dimensiones de 16 x 1.5 x 1.5 cm3 1 con un lente ocular en el extremo del observador y un pelo horizontal que cruza e l extremo del objetivo. La figura 3-1 muestra un nivel de Abney tipico. Casi en el centro del tubo hay un espejo de 450, que refleja la mitad de la linea de mira hacia arriba, a traves de una abertura en el tubo. Monta- do sobre l a abertura hay un nivel de burbuja con una marca de referencia grabada en el centro. El nivel de burbuja esta fijado a una palanca movil de marca, que se ajusta contra graduaciones de escala sobre un arco de niquel-plata. Algu- nos tipos de niveles de Abney tienen arcos intercambiables, mostrando tipos diferentes de escalas (tales corno grados, porcentaje, etc.). Para efectos de este manual, se usara e l arco en grados.

!DE MIRA NIVEL DE BURBUJA

I ESPEJO

I FIGURA 3-1 NIVEL DE ABNEY TIPICO

3.6 Observacion con el nivel de Abney

Para su utilizacion, el nivel de Abney se pega al ojo y se mira el objetivo, centrado el pelo transversal en direccion del mismo. Luego se ajusta l a palanca de marca hasta que la burbuja (visible en l a mitad derecha del campo de mira) se centre en direccion del objetivo, y del pelo transversal. Cuando el ajuste es

correcto, e l objetivo, el pelo transversal y la burbuja estan alineados horizontalmente, como se muestra en la figura 3-2. El angulo de vision (conocido tecnicamente como an- gula vertical) luego se lee en grados sobre el arco.

Si con anterioridad se fija l a marca en exactamente 00, entonces el nivel podra utilizarse casi como nivel de carpintero para la edificacion de paredes, vigas, etc.

BURBUJA (CENTRAD, EN EL PELO TRANSVERSAL

PELO TRANSVERSAL (CENTRADO EF OBJETIVO)

FIGURA 3-2 VlSlON A TRAVES DEL ABNEY CUANDO ESTA DEBIDAMENTE

NIVELADO

3.7 Ajuste del nivel de Abney

Como cualquier otro instrumento de precision, es posible que el nivel de Abney se desajuste de vez en cuando. Cuando se este utilizando en el campo, cada dia debe verificarse su regulacion. Ningun topografo debe empezar un le vantamiento utilizando un nivel de Abney con el que no esta familiarizado, o que haya estado en desuso por largo tiempo sin primero verificar que este bien regulado. Si alguna vez cae el instrumento, este debe revisarse antes de prose- guir.

Ajustar el nivel de Abney es tarea rapida y simple. A continuacion ex- pondremos los diversos metodos de regulacion:

Metodo de dos Puntales: Cuando se este verificando el ajuste del nivel en el campo, seleccione dos arboles, postes o esquinas de edificaciones que se en- cuentren a una distancia de 7@ 10 mts. entre si (ver figura 3-3). En la estacion A, el topografo sostiene el nivel de Abney contra una marca [ubicada aproximadamente a nivel de la vista) y con la marca del nivel pre-fijado en 00, mira hacia l a estacion B. Un asistente, apostado en la estacion B. mueve un objetivo (un lapiz, su dedo, un palo, etc.) para arriba o para abajo hasta que se encuentre en la linea de mira. En ese punto, hace una marca. Luego, el asistente y e l topografo intercambian lugares y el topografo mira desde la marca en la estacion B hacia la estacion A. El asistente fija una nueva marca en la estacion A que se ubique en esta linea de mira. Si coinciden las dos marcas de la estacion A, entonces el nivel de Abney esta verdaderamente nivelado y no requiere de ajuste. Si las marcas no coinciden, el asistente fija una tercera marca exactamente a mitad de camino entre las otras dos. Mirando hacia esta tercera marca, el topografo ajusta el nivel de burbuja hasta que esta se alinee con el pelo transversal y con la marca del objetivo.

Muchos instalaran lineas de mira permanentes, ajustadas, en sus oficinas o en construcciones anexas, de manera que les llevara poqu isimo tiempo revisar el nivel de Abney y ajustarlo ellos mismos (sin ayuda de un asistente).

Metodo de Superficie Plana: Este metodo, ademas de ajustar el nivel, sirve para efectuar los ajustes posteriores del nivel de burbuja y del espejo.

Se necesita una superficie plana y nivelada. Si no se cuenta con algo mejor, coloque un carton plano sobre un soporte firme acomodado de manera ta l que sea posible visualizar la superficie longitudinalmente. Coloque el nivel de Abney longitudinalmente sobre e l carton y trace su posicion con un Iapiz. Centre la burbuja contra la marca de referencia grabada del nivel de burbuja. Invierta los extremos del instrumento y coloquelo dentro del trazo en Iapiz. La burbuja debera centrarse. Si ello no ocurre, muevala a una distancia intermedia hacia la marca grabada (ajustando con la palanca de marca), luego acune el carton hasta centrar la burbuja. Invierta los extremos del instrumento, repitiendo todo el procedimiento hasta que la burbuja se centre con el instrumento en ambas posiciones. La posicion trazada a Iapiz sobre e l carton proporciona el nivel de superficie requerido para hacer los ajustes:

Graduacion de la burbuja: Gradue la palanca de marca a OO. Centre l a burbuja contra la marca grabada en e l nivel de burbuja, ajustando los tornillos de montaje (gire los tornillos en igual medida y en direcciones opuestas).

Graduacion del espejo: Manteniendo el instrumento en posicion, coloque una superficie blanca a unos cuantos centimetros delante del tubo de manera que el pelo horizontal pueda verse con toda claridad cuando se mire a traves del instrumento. La burbuja debera centrarse en el pelo horizontal cuando se mire a traves del instrumento. Si esto no ocurre, afloje el tornillo ubicado a la derecha del tubo y ajustelo y desajustelo hasta que la burbuja se centre debidamente contra el pelo horizontal. Ajuste e l tornillo y verifique l a cjraduacion.

Graduacion de la altura del nivel de burbuja: Sujete el instrumento firme mente al borde del carton, formando hacia abajo un angulo de 300 (vease figura 3-4). Centre la burbuja contra la marca de referencia grabada. Sostenga una tarje- t a blanca delante del tubo y mire a traves del instrumento. La burbuja debera centrarse en el pelo horizontal. Si ello no ocurre, ajuste l a altura del nivel de burbuja ajustando aflojando los tornillos de montaje, en igual medida y en la misma direccion. Si la burbuja aparece a un nivel muy bajo, entonces baje e l nivel ajustando los tornillos y viceversa. ~r

/iSlON A TRAVES DEL ABNEY

BURBUJA NIVELADA CONTRA LA MARCA

FIGURA 3-4 FlJAClON DE LA ALTURA DE NIVEL

30

NIVEL DE BURBUJA MUY ALTO !AJUSTAR

TORNILLOS)

NIVEL DE. BURBUJA- MUY BAJO (AFLOJAR'

TORNILLOS)

NIVEL DE BURBUJA A LA ALTURA CORRECTA

La anterior informacion ha sido extraida del manual No. 80 0204, de keuffe~ &'Esser Co., intitulado "Topographic Abney Levels". Para mayor infor- tiiacion relativa a niveles de Abney, sirvanse consultar este manual.

6.8 Levantamiento con e l nivel de Abney

Para efectuar un levantamiento con el nivel de Abney se requieren minimo dos personas y si'son mas, tanto mejor pues los terrenos con mucha maleza hay que limpiarlos exhaustivamente para tener lineas de mira claras. Se necesitan un nivel de Abney, una cinta de medida de 30 m. y un cuaderno de campo. Podra utilizarse un compas si se requieren soportes.

El estudio se inicia en algun punto fijo de referencia (como, por ejemplo, la fuente o algun pico sobresaliente a lo largo de l a ruta del conducto) y continua aguas arriba y aguas abajo a partir de ese punto, a lo largo de la ruta del canal o conducto propuesto. Algunas veces los comuneros conduciran al equipo por comodos senderos, cuando la linea del canal sea excavada a lo largo de una ruta diferente; t a l tecnica creara distancias de terreno erroneas.

La tecnica de levantamiento es sencilla: el agrimensor mira a traves del \re[ de Abney hacia un objetivo que sostiene su asistente y se mide la distarrcia de terreno que media entre ellos. Esta distancia, y el angulo vertical (angulo medido por e l nivel de Abney) se registran en el cuaderno de campo. Es importante que el objetivo hacia el cual mira e l agrimensor se encuentre a la misma distancia del suelo que e l nivel de Abney, que sera la misma que el nivel de visibilidad del agrimensor. Si e l asistente no es de la misma altura que e l agrimensor, entonces debera portar un palo objetivo cortado exactamente a la misma altura que l a del nivel de visibilidad del agrimensor. Se puede amarrar un pedazo de tela roja en la parte superior del palo, o e l asistente puede colocar su mano en la parte superior del mismo para que e l obetivo sea claro. Tambien resulta util que el agrimensor utilice un palo en forma de horqueta sobre e l cual se asiente el nivel de Abney, a fin de que la lectura sea mas uniforme (en este caso, el palo-objetivo debera ser del mismo tamano que la horqueta). mas uniforme (en este caso, e l palo-objetivo debera ser del mismoa tamano que la horqueta).

La figura 3-5 muestra l a disposicion basica y el calculo utilizado en l a nivelacion trigonometrica con el nivel de Abney: el agrimensor y su asistente se ubican entre s i a una distancia de 28 metros (distancia topografica), y el angulo vertical es de -160 (el angulo negativo indica que el agrimensor esta visualizando cuesta abajo). Consultando una tabla de senos naturales y utilizando principios trigonometricos, se puede calcular que l a distancia vertical entre ambos es de 7.7 mts. Al final de este manual se encuentran las tablas de referencia de senos naturales, y tambien los cambios de elevacion para diferentes distancias topograficas y angulos verticales.

DISTANCIA VERTICAL ENTRE ESTACIONES

e-ANGULO MEDIDO POR EL ABNEl

I DISTANCIA VERTlCAL=DlSTANClA DE TERRENO x SEN 8

EJEMPLO ILUSTRADO A CONTINUACION O = -le0 (SIGNO NEGATIVO INDICA VlSUALlZAClON CUESTA ABAJO) SEN 8=0.276 (DE TABLA TRlGONOMETRlCAl DISTANCIA DE TERRENO 28 METROS DISTANCIA VERTICAL '28 x 0.276z7.76 metros

I FIGURA3-5

LEVANTAMlENTOTRlGONOMETRlCOCON UN NIVEL DE ABNEY

3.9 Metodos de cainpo

El agrimensor, a la vez que efectua e! estudio, debe observar el terreno que recorre. Conforme efectua su trabajo, debe tener en mente que posteriormente el u otra persona tendran efectivamente, que excavar una linea de canal a lo largo de esa ruta. Por tanto, debera tomar nota del terreno que se esta trazando, como tramos de selva, campos cultivados, senderos, hondonadas, condiciones del terreno (grava, barro blando, roca viva, etc.). !Resulta facil investigar en e l terreno sobre el cual es muy dificil s i no imposible, construir un canal o acueducto! El agrimensor debe utilizar la mayor cantidad de puntos de referencia, de manera que s i en el futuro hay que volver a estudiar algun tramo del canal, puede ubicarse un punto de inicio conveniente. Los puntos de referencia deben ser permanentes o semipermanentes. Ejemplos adecuados serian los arboles grandes, salientes de rocas, etc. El agrimensor puede hacer en sus hitos marcas con esmalte de unas.

La figura 3-6 muestra un formato bueno y preciso para consignar anotaciones con exactitud.

3.10 Conclusion del levantamiento y limites de precision

Concluir el levantamiento equivale a enlazar el estudio en dos puntos de referencia de elevaciones conocidas, verificando asi las elevaciones materia del levantamiento. Para los efectos practicos de un levantamiento en los cerros dev Nepal, Ea conclusion del ievantamiento necesariamente debe pasar por repetir completamente el procedimiento, iniciandolo en el punto final original, termi- nandolo en el punto de partida original, mas no necesariamente a lo largo de l a misma ruta original. Esta demas decir que este proceso inourne mucho tiempo. Sin embargo, es aconsejable volver a efectuar el levantamiento de unas cuanta9 secciones pequenas del canal, especialmente en casos en que las diferencias do elevacion resultan criticas (tales como cruces sobre estribaciones de cumbres o bases de perfiles en U).

Una tecnica aceptable que permite una buena verificacion de la precision de las lecturas, requiere de un segundo asistente. Uno de ellos se ubicara en la nueva estacion delante del topografo, y el otro en la ultima estacion detras. El topografo hace una lectura visual inversa en la ultima estacion; el angulo vertical de la visual inversa debe ser igual (pero de signo contrario) que la primera lectura visual. El topografo apunta la Iinea de mira a la cabeza del asistente, y todos avanzan una estacion. Luego puede calcularse cada elevacion, utilizando el promedio de dos angulos verticales.

Cuando se concluye un levantamiento, la diferencia de las lecturas de elevacion de los dos levantamientos, debe concordar hasta en un 6010 de l a var'r cion de elevacion levantada originalmente.

LlNEA PRINCIPAL (AGUAS ABAJO DE LA FUENTE)

- --

FIGURA 3-6

EJEMPLO DE CUADERNO DE NOTAS DE CAMPO.

Ejemplo: La medicion original de la elevacion desde l a fuente hasta la ubicacion del reservorio de un sistema fue de 55 metros. E\ le\i;irtamiento de cierre desde el reseworio hasta la fuente, arrojo una elevacion de 53 metros. La diferem cia entre ambos levantamientos es de 2 metros, es decir 3.6010, lo cual esta dentro del limite permisible de 60/0 (2/55 x 9OOo/o = 3.6010).

Precision: ha precision de un calculo de elevacion depende de l a precision del equipo de levantamiento y de las tecnicas que se utilicen. Una practica comun, especialmente cuando se usan calculadoras electronicas, es calcular las e l e vaciones hasta varios puntos decimales (tales como "4.679" o "6.34lW, etc.). Tal "precision" es facil de estimar con la calculadora, aunque en r3alidad es una falsa precision. Calculos de ?al grado de precision implican que el equipo y tecnicas de levantamiento sean igualmente precisas, lo que definitivamente no es asi.

Las practicas ingenieriles y cientificas aceptadas indican que nifigun instrumento es mas preciso que la mitad de la unidad mas pequena de la escala de medicion. Por tanto, un nivel de Abney calibrado en divisiones de un grado no podra tener una lectura mas precisa que masfmenos 0.5 grados. Una cinta de medida cuya division mas pequena sea el centimetro no podra medir con mayor precision, que maslmenos 0.5 cmtc. Aunque e l ojo humano puede leer l a exala con mayor precision, el manufacturero no diseno el instrumento para que tenga el nivel de precision del ojo humano.

Otra limitacion a l a precision del levantamiento son las condiciones bajo las cuales se efectua: Las mediciones de campo son, por esencia, menos precisas que las de laboratorio.

Bajo las condiciones de estudio de campo existentes en Nepal, se deberan adoptar los siguientes patrones de precision:

angulo vertical: mas~~enos 0.5 grados

distancia topografica: masfmenos 0.1 mts. ( 10 cm.)

calculo de elevaciones: usando tecnica sumamente meticulosa, se puede obtener una precision de maslmenos 30 cm., pero para levantamientos generales, resulta correcta una precision de masfmenos 0.5 m.

4. PERIODO DE DISENO, POBLACION Y DEMANDAS DE AGUA

4.1 Introduccion

Este capitulo presentara el modo de calcular la demanda diaria de agua de una comunidad. Se utiliza la tasa de crecimiento poblacional de esa area de Ne- pal para estimar la poblacion actual de l a comunidad con respecto a la poblacion que tendra en 15 @ 24 anos. Luego, en base a la poblacion futura, se calculan las demandas de agua de l a comunidad.

4.2 Periodo de diseno

1.0s sistemas de suministro de agua para comunidades deben construirse para una vida U t i l de 15@ 25 anos. El investigador decidira s i e l periodo de diseno sera de 15,20 6 25 anos en base al monto de cambio potencial que puede an- ticipar para l a comunidad. Un area remota, alejada de futuros proyectos de desarrollo, bien puede disenarse con una proyeccion de demanda de agua de 25 anos. Sin embargo, en una area donde se planee construir una carretera o campo de aterrizaje, debera considerarse un periodo de diseno mas corto, porque no se pueden estimar con precision las demandas de agua a largo plazo.

El siguiente paso despues de seleccionar el periodo de diseno, es proyectar la poblacion de la comunidad para el ultimo ano del periodo seleccionado. Esta poblacion de diseno se calcula usando la poblacion actual de l a comunidad y el factor de crecimiento de la poblacion para el periodo de diseno, que presentamos en l a figura 4- 1.

Ejemplo: Un poblado en las montanas Occidentales de Nepal tiene actuab mente una poblacion de 436 individuos. El periodo de diseno seleccionado fue de 20 anos. es fa poblacion de diseno?

Poblacion futura = poblacion actual + 34010 = 436 x 1.316 - 584 personas

1961 -1 971

Tasa prome- INCREMENTO PORCENTUAL

AREA GEOGRAFICA dio de crecimiento anual

1 OANOS1 ~ A N O S ~ O A N O S ~ ~ AROS - REGIGN DE DESARROLLO DEL LEJANO OCCIDENTE

Montanas 1.4 Colinas 1.5 Distritos fronterizos con India 2 - 3 Vaile de Surkhet 2.3 Llanura 3.4

REGION DE DESARROLLO OCCIDENTAL

Montanas 1.1 Colinas (norte) 1.6 Colinas (sur) 2.1 Llanura 3.7

REGION DE DESARROLLO CENTRAL

Montanas Colinas Valle Kathmandu 1.3 Llanura 3.8

REGION DE DESARROLLO ORIENTAL

FAontanas 1.1 Colinas 1.5 Lfanura 4.1

NOTA: Todas las cifras se derivan de datos de los censos de 1952-54, 1961 y 1971. Las cifras de crecimiento para los periodos de 10.25 anos se basan en las tasas anua- les de crecimiento promedio, calculadas por C. Johnson.

FIGURA 4-1 TABLA DE ESTIMADO POBLACIONAL

Dentro del informe de diseno, debera indicarse cuidadosamente el periodo de diseno y la proyeccion de poblacion, asi como cualesquiera criterios especiales relativos a su seleccion.

4.4 Demandas de agua

La demanda total de agua de la comunidad al final del periodo de diseno, es la suma de las demandas per capita mas la demanda para necesidades especiales.

La demanda per capita es la cantidad de agua que requiere cada persona de la poblacion proyectada de la comunidad. El actual estander de diseno es una demanda per capita de 45 litros por personaldia. Esta cifra se deriva de los estudios de la Organizacion Mundial de la Salud (OMS), e incluye estimados para usos como aseo personal, cocina, bebida y necesidades de animales domesticos.

Cuando se encuentre una fuente marginal de agua y no pueda satisfacerse la cifra objetivo de 45 LPCPD (litros per capita por dia 1, la meta puede descender hasta 230 litros diarios por vivienda. Esta cifra se basa en necesidades minimas y supone 8 @ 10 oersonas por vivienda..

Las demandas de necesidades especiales son las requeridas para las instalaciones especiales de la comunidad, como colegios, postas sanitarias, oficinas gu bernamentales, etc. A continuacion presentamos el monto diario de agua requerido para estas instalaciones, en base a las metas ideales fijadas para la OMS:

Instalacion Demanda Diaria (litros)

Ideal Minima*

Colegios -- estudiantes regulares 10 lt/ estudiante 6.5 - pensionistas 65 It/ pensionista 42

Hospitales y postas sanitarias 500 It/ cama 325 Clinicas de Salud (sin camas) 2,500 it/ dia 1625 Oficinas Gubernamentales 500-1000 It/ dia 325-560

(dependiendo del tamano)

Los requerimientos totales de agua diarios seran la suma de la demanda per capita mas la demanda de necesidades especiales, acorde con lo proyectado para fines del periodo de diseno.

La demanda minima equivale a 65OIo de la ideal.

5. TIPOS DE SISTEMAS

5.1 Introduccion

Hay diferentes tipos de sistemas en que el agua fluye por gravedad, cada uno de ellos puede clasificarse de acuerdo a determinadas caracteristicas de dise no. Estos sistemas estan divididos en dos categorias generales: sistemas abiertos y sistemas cerrados.

Un sistema abierto es aquel en que las tomas de agua pueden dejarse abiertas y fluyendo durante todo el dia y aun asi proveer un flujo constante y estable. Esto quiere decir que el caudal admisible de l a fuente o fuentes de abastecimien- to es lo suficiente para abastecer a todas las lineas de conexion directamente, sin requerir de un tanque reservorio.

Un sistema cerrado es aquel en que el caudal admisible de la fuente no pue de abastecer un flujo continuo a todas las tomas o donde el caudal admisible es tal, que se necesita un tanque reservorio para tener agua almacenada y poder cumplir con aquellos periodos de demanda maxima en que la fuente por s i misma, no se abastece. En este sistema todas las conexiones tendran un grifo auto- matico o uno manual.

Ambas clases de sistemas pueden necesitar tanques rompe-presibn, pero un sistema abierto, jamas requerira un tanque reservorio. En todas las conexiones, cualquiera sea el tipo de sistema, se debera instalar una valvula de control para poder distribuir y regular el flujo entre tomas.

Dentro de estas dos clases, hay cinco tipos diferentes de sistemas que se pueden construir, que mencionamos a continuacion.

5.2 Sistemas abiertos sin grifos

Este tipo de sistema tiene un flujo continuo, de 24 horas, en las tomas, sin grifos que corten el agua. La principal ventaja de este sistema es que no posee gri

fos que puedan ser motivo de mal uso, desgaste, rotura, robo, etc. La principai desventaja estriba en que se produce un copioso gasto de agua que fluye dia y noche. La ubicacion estrategica de las tomas para un uso eficiente del caudal de agua (como regadios en campos cercanos, etc.) y l a construccion de canales de drenaje anti-corrosivos para transportar lejos estos flujos, minimizaran los problemas de cantidades de caudal excesivas.

5.3 Sistema abierto con grifos

El probiema de un copioso gasto de agua como consecuencia de conexiones abiertas, se puede eliminar instalando griferias en algunas de ellas. Se toma- ran provisiones para poder manejar el rebose de agua proveniente del punto mas bajo de interrupcion de presion (vale decir, tanques resevorios, tanques para liini- tar presion, etc.), puesto que es en ese punto donde rebosara el agua.

Este tipo de sistema es uno de los mas deseables puesto que no requiere tanque reservorio, provee agua mas que suficiente para los lugarenos y los problemas de copioso caudal de agua son minimos.

5.4 Sistema cerrado con reservorio

Se necesitara un tanque reservorio en los casos en que la demanda rnaxima de agua del lugar no pueda ser abastecida solo por la fuente. El reservorio almacena agua durante los periodos de bajo consumo (como durante la noche) y complementa asi e l abastecimiento de l a fuente durante los periodos de maximo consumo (como las primeras horas de l a manana). Con e l sistema de reservorio se puede proveer agua a la hora que sea necesaria, pero todo dependera de darle un buen mantenimiento a grifos y tuberia (un grifo roto o una tuberia que gotea, impediran que se llene el reservorio).

Un sistema con reservorio puede en efecto, ser menos costoso en w construccion que un sistema abierto; puesto que comuritxente se usa una tuberia de ri-tenor tamano entre la fuentr y el reservorio. Lo que se ahorra en la tuberia pusde compensar e l costo del tanque (vease seccion 5.7).

5.5 Sistema cerrado con servicio intermitente

Hay algunas situaciones topograficas eri que el rendimiento de la fuente y la geografia del terreno actuan de ta l manera que el sistema tiene que ser dise fiado con uno o mas, tanques para limitar presion (rompe-presion) ubicados corriente abajo del tanque reservorio. Este arreglo exige un sistema de suministro intermitente: Excepto unas cuantas horas al dia (es decir, mananas y no- ches), e l agua se cierra en el tanque reservorio para permitir que vuelva a Ilenar- se. Si no se hace esto, el tanque nunca vuelve a llenarse puesto que estaria cons-

tantemente drenando a traves de los tanques interruptores de presion que estan mas abajo.

Este sistema intermitente es el menos deseable para construir. Hay problemas hidraulicos, como e l atascamiento de aire, que pueden complicar tanto el drenaje como el rellenado cotidianc de l a tuberia; habra un mayor desgaste de las valvulas de control en el reservorio, se necesitara una buena organizacion de gente para cuidar el sistema, la presion negativa producida en la tuberia cuando hay cierre en el sistema puede suycionar agua contaminada del subsuelo por via de pequenas fisuras y puesto que el periodo total de demanda de agua esta comprendido solo dentro de unas cuantas horas (no se expanda el total del dia), las tomas tienen que ser disenadas para que entreguen un mayor flujo, lo que a su vez requiere tuberias de mayor tamano y aumenta sustancialmeiite el costo del sistema.

Afortunadamente, es posible evitar los sistemas intermitentes instalando valvulas de flatacion (que tambien se conocen en Nepal como "llaves de bola") en los tanques disruptores que estan curso abajo.

5.6 Sistema cerrado con valvulas de fiotacih

Como se ha dicho anteriormente, hay algunas situaciones en las que resulta imprescindible instalar tanques rompepresion aguas abajo del reservorio.

Las valvulas de flotacion se instalan en estos tanques interruptores y actuan bajo el mismo principio que aquellas que se usan comunmente en los inodoros domesticos. Estas son valvulas que regulan automaticamente el flujo en las tuberias para coincidir exactamente con l a cantidad que demanda ccialquiera de las tomas abiertas. Cuando todas las tomas estan cerradas se llena de agua el tanque interruptor, levantando el flotador y cerrando gradualmente la valvula hasta cortar el flujo. Esto permite que se vuelva a llenar el tanque reseworio de aguas arriba.

Las valvulas de flotacion de calidad resistente estan ahora formando parte de los suministros estandar que provee UNlCEF para los proyectos de abastecimiento de agua en Nepal. Las valvulas de flotacion que hay disponibles localmente (fabricadas usualmente en India), aunque no son de la mejor calidad, se pueden usar, ya que ofrecen la ventaja de que, en caso de rotura, se pueden reemplazar con facilidad y bajo costo por la misma comunidad.

5.7 Sistema abieto vs. sistema cerrado

La decision de construir un sistema, ya sea abierta o cerrado, esta sujeta a diversos factores; perfil de la tuberia, rendimiento o caudal admisible de la fuente de abastecimiento, caracteristicas de poblacion de diseno y disponibili-

dad de materiales de construccion, I-lay casos en que la decision es obvie y otros en que e l disenador tiene que evaluar el factor economico de ambos tipos antes de tomar una decision.

Corno hemos mencionado en l a seccion 5.4 un sistema de reservorio puede ser mas economico que un sistema abierto. El sistema abierto generalmente requiere mayor peralte de tubos entre la fuente y la localidad comunal, mientras que si ya ha sido construido un tanque reservorio se podria reemplazar parte de esa tuberia por otra de menor peralte. El disenador siempre debera investigar ambas alternativas si viera que hay la posibilidad que el sistema sea del tipo abier- to. Sin embargo, cabe la posibilidad que algunas veces no hayazdisponibilidad inmediata del tamano especifico de tuberia, o de l a cantidad necesaria de cemento, en cuyo caso, para evitar demoras, se debe construir el sistema alternativo.

5.8 Expansion limitada

Un aspecto que se relaciona con l a planificacion y diseno de un proyecto para servicio de agua es la extensibilidad del sistema. Aunque la proyeccion de poblacion se efectue para el fin del periodo de diseno, el crecimiento poblacional de la comunidad puede expandirse de tal manera que en el futuro, los pobladores deseen adicionar dos o mas conexiones al sistema en una fecha futura. Tam- bien es posible que e l crecimiento poblacional de la comunidad sea en efecto, mucho mayor que lo supuesto in;cialmente, y que las demandas de agua excedan largamente las estimadas para el periodo de diseno. En esta seccion tratamos sobre los medios posibles de una expansion limitada del sistema para resolver estos problemas, siempre que se tomen las precauciones en el periodo original consi- derado en e l estudio, diseno y construccion originales del sistema. El objetivo de esta posibilidad de expansiin es solamente una necesidad imprevista durante la etapa del diseno original. Se supone que cumplido el periodo del diseno original, tanto las condiciones del sistema como las nuevas necesidades de agua de la comunidad, requeriran de una exhaustiva rehabilitacion del sistema, o incluso, la construccion de otro enteramente nuevo.

Tomas adicionales: Las necesidades de tomas adicionales podran ser minimas si se trata de preveer cuales son las direcciones en que probablemente se ex- tendera l a comunidad en el futuro y ubicar los puestos de toma de acuerdo con este criterio. Aunque no sera tarea facil predecir e l futuro, l a geografia del terreno circundante a la comunidad fijara los limites de expansion (tal como rios, despenaderos, direccion de colinas y cerros, etc.).

Si se necesitan puestos de toma adicionales no sera necesario cambiar la tuberia, siempre que los miembros de la comunidad esten dispuestos a reducir el flujo de las otras tomas para surtir de agua a las nuevas. Disminuyendo el flujo de cuatro puestos de toma, en un 20010, se podra surtir a un quinto adicional.

44

El disenador del sistema debera indicar en su informe donde estarian los puntos de conexion que habrian de agregarse y cuales seran los reajustes de flujo necesa rios. Esta informacion debera aparecer en el legajo del proyecto en la 0ficir.a DDL* y tambien debera discutirse en los lideres comcnales.

Aumento de demanda de ague: Este es un problema que solo puede ser resuelto s i es que hay otra fuente de abastecimiento de agua que este ubicada por encima del nivel de bocatoma o reservorio, de tal manera que el flujo que proviene de la nueva fuente de abastecimiento puede ser agregado al ya existente. Pue- de suceder que en el futuro se necesite disponer de esquemas de purificacion de agua para muchos proyectos, de tal manera que una fuente de agua cercana que no sea de necesidad inmediata, se puede algun dia adicionar a l sistema. A pesar del aumento de flujo se puede tener necesidad de una capacidad de almacens- miento de agua adicional. Esto se puede atender mediante dos metodos: seleccionar la ubicacion del reservorio original de manera que se pueda constiuir un segundo tanquz interconectado y cercano al primero; o alternativamente, disenar el primer tanque de manera que sus paredes puedan encimarse lo suficiente como para adicionarla otros 3(3@ 50 cm. de profundidad, a tirante de agua, al mismo tanque.

Repetimos, la memoria descripziva del proyecto debera indicar cual es l a futura expansion en la capacidad de almacenamiento que ha sido planificada.

5.9 Expansion por etapas

La expansion de un sistema no tiene necesariamente que permanecer dentro del dominio def sistema original. Puede haber un pequeno barrio o comunidad kercana, a la mano, la cual tenga su propio suministro adecuado de agua y no haya necesidad de incluirla al inicio del sistema. Luego de algunos anos, sin embargo, esa pequena poblacion puede llegar a sobrepasar su abastecimiento de agua, y entonces habra que considerar como ampliar el sistema original para poder incorporarla.

La mejor forma de llevar a cabo esta tarea es planificandola desde el comienzo en que se prepara el diseno del sistema. Hay ciertas tuberias que tendran que ser de mayor diametro que lo estrictamente necesario y hay que disenar el reservorio de manera que pueda ampliarse de acuerdo a lo comentado lineas arriba.

Las derivaciones T y/o las valvulas de control para la futura expansion, deben instalarse durante el inicio de la construccion. En la memoria descripti- va del proyecto se indicara despues de cuantos anos se entiende que procede ampliar e l sistema, y que e l asunto tiene que ser discutido con el ingeniero regional de DDL y con los lideres comunales,

" DDL: Departamento de DesarroVo ILocal.

6.1 Introduccion

En este capitulo presentaremos los principios basicos que rigen el corripor- tamiento de los sistemas de agua de flujo por gravedad. El entendimiento de este asiinto no seria posibie con una simple lectura corrida, pero es preciso entender estos conceptos antes que cualquier persona, pueda disenar impropiamente tales sistemas. El disenador debe leer, estudiar y remitirse repetidamente a este capitulo hasta que este satisiechc con sus conocimientos de estos principios.

En e l proximo capitulo discutircmos las estrategias especiales para disenar un segmento de tuberia cuando existan atascamieritos de aire potenciaies.

6.2 Energfa

Para desplazar agua, ya sea en sentido ascendente, descendente u horizontal, se necesita energia. Como su nombre lo indica, en un sistema de agua de flujo por gravedad la fuente de energia es fa accion de gravedad sobre el agua.

En un sistema de agua de flujo por gravedad, este se "activa" por medio de la energia gravitacional. La cantidad de energia en el sistema quedara determinada por las alturas relativas de todos los puntos del sistema. una vez construidos, todos estos puntos del sistema permaneceran inrnoviles (o sea, enterrados en el terreno) y sus alturas relativas no pueden cambiarse. Por ello, para cualquier sistema, hay una caritidad fija, especifica de errergia gravitacional disponible para desplazar el agua.

Conforme el agua fluye a traves de las tuberias, acoplamientos, tanques, etc., hay una cierta cantidad de energia que se pierde para siempre, disipada por friccion. Segun cambie el perfil topografico del sistema, habra ciertos puntos en que la cantidad de energia sera minima (ej. presion baja), mientras que en otros puntos puede haber una cantidad excesiva de energia (ej. presion alta).

Un sistema deficientemente disenado o construido no conservara l a cantidad de energia suficiente para mover l a cantidad necesaria de agua a traves de las tuber ias.

Por conjiguiente, l a finalidad de disenar las tuberias, es para manipular de manera correcta las perdidas de energia por friccion de manera de poder desplazar a traves del sistema, el flujo deseado; conservando l a energia en determina dos puntos y disipandola (por friccion) en otros. Esto se consigue con una cuidadosa seleccion de los diferentes tamanos de tubos y l a ubicacion estrategica de las valvulas de control, tanques interruptores de presion, reservorios, Ii- neas de conexion, etc.

6.3 Caida: Medida de la Energia

Sobre l a superficie de l a tierra, e l agua dulce pesa 1 gramo por centimetro cubico (lgr/cm3 ). Por consiguiente, una columna de agua de 1 centimetro cuadrado y 100 centimetros de alto (1 x 1 x 100 cm.) pesara 100 gr. La misma columna con una altura de 1,000 cm. pesaria 1,000 grs. (1 kilogramo). El area en la base de esta columna es de un centimetro cuadrado (cm2) y soporta el peso total de la columna. Por consiguiente, la presion en la base de esta columna es de 1 kg/cm2. La misma columna con 20 metros de alto (2,000 cms.) pesaria 2 kilos y ejercera una presion de 2 (kg/cm2; una columna de 30 metros de alto ejerce una presion de 3 kg/cm2; una columna de 43 metros de alto ejerce una presion de 4.3 kg/cm2, y asi sucesivamente.

En el trabajo hidraulico, en lugar de calcular repetidas veces la presion del agua, resulta en la practica mas facil, registrar simplemente la altura equivalente de l a columna de agua. Tecnicamente a esto se l e llama la caida, y representa la cantidad de energia gravitacional contenida en e l agua. Dentro del sistema metrico de unidades, la caida se mide siempre en metros.

Mediante esta practica, una presion de agua de 1.4 kglcm2 se registra como 14 metros de carga; una presion de 4 kg/cm2 son 40 metros de carga; 5 kg/cm2 son 50 metros de carga, etc.'

6.4 Estatica de los fluidos: Agua en reposo

Cualquier persona que alguna vez haya buceado hasta el fondo de un lago o de una piscina habra'aprendido rapidamente que la presion del agua aumento conforme descendio, pero si se desplaza horizontalmente a una profundidad

La presion ejercida por otros liquidos, tales como mercurio, aceite, etc. se puede tarn- bien registrar como cargas equivalentes de ese liquido. La presibn barometrica, por ejemplo, frecuentemente se mide como "milimetros de mercurio".

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constante no se produce cambio de presion. Esta experiencia comun sirve para ilurtrar un principio basico en hidraulica: -..

La presion del agua a determinada profundidad esta en relacion directa con la distancia vertical desde esa profundidad hasra la superficie, y no la afecta ninguna distancia horizontal.

Consideremos el sistema que ilustra l a figura 6-1. La presion del agua en el punto A esta determinada por la profundidad del agua en ese punto. Las presiones en los puntos B y C estan igualmente determinadas por la altura de la distancia vertical desde esos puntos hasta el nivel de la superficie del agua:

Punto Presion de Agua Ca ida

10 metros 20 metros 35 metros

Cuando una tuberia el agua no fluye, se dice que esta en equil;brio estatico. En estos sistemas, el nivel de ia superficie del agua se llama nivel estatico, y las presiones se reoistran como presiones estnticas.

Si dentro de las tuberias se insertan pequenos tubos, como se ilustra en l a figura 6-1, el nivel de agua en cada tubo se elevaria exactamerite hasta el riivei de agua estatica. La altura del agua en cada tubo, es Ea carga de presion ejercida sobre la tuberia en ese punto.

puesto que no fluye e l agua, no hay perdida de energia por friccion y el nivel estatico es perfectamente horisontd.

6.5 Dinamica de los fluidos: Agua en movimiento

Supongamos ahora que la valvula de control en el punto C de l a figura 6-1 esta abierta parcialmente, permitiendo que un caudal peyuefio de agua atraviece la tuberia (supongamos tambien que el tanque se vuelva a llenar tan rapido como drena, de manera que el nivel de l a superficie permanece constante). LOS niveles de agua en cada tubo de vidrio disminuyen un poco. Conforme la valvula se va abriendo mas y mas, hasta permitir que un mayor flujo de agua atraviece la tuberia, los niveles de agua en los tubos caen aun mas, tal como se muestra en l a figura 6-2.

Se puede ver que la altiira del agua en estos tubos forma una linea nueva para cada caudal nueva que atraviesa el sistemoi. Para un flujo constante, la Iinea formada por las columnas de agua tendra que permanecer estable. Se dira entonces que el sistema esta en equilibrio dinamico. A la Iinea formada por los niveles de agua en !os tubos se le llama la linea de gradiente hidraulica, comunmente abreviada como LGH. Un flujo diferente establece un equilibrio dinamico diferente, y una nueva LGH.

6.6 Linea de gradiente hidraulica LGH

La LGH representa !os nuevos niveles de energia en cada punto a lo largo de l a tuberia. Para culaquier flujo constante a traves del tubo hay una LGH constante, especifica. La distancia vertical desde un punto de la tuberia hasta la LGH es su medida de carga de presion (es decir, energia), y la diferencia entre la LGH y el nivel estatico, es l a cantidad de perdida de carga por friccion del flujo.

La presion *de agua en las interfases de airefagua (como en las superficies de tanques o descargas de los puntos de toma es cero. De esta manera, la LGH debera siempre llegar a cero cada que el agua entre en contacto cori la atmosfera.

Puesto que las perdidas friccionales nunca son recuperadas, la LGH siempre se inclina en forma descendente siguiendo l a direccion del flujo. La empina- dura del declive estara determinada pcjr e l indice al cual se pierde l a energia por

friccion. Solamente bajo condiciones estaticas la LGH estara perfectamente horizontal, aunque para propositos practicos la LGH se debera trazar de forma horizontal cuando se trate de caudales extremadamente bajos en tubos grandes (donde la perdida de carga sea menor que 112 metro por 100 metros de longitud de tubo). Para fines practicos, la LGH nunca se pronunciara hacia arriba.

En el Apendice A damos una discusion mas matematica sobre la LGH, con ejemplos relevantes de como se aplica a un sistema de agua de flujo por gravedad.

6.7 Friccion: Energia perdida

Tal como se menciona al comienzo de este capitulo, un sistema tiene una cantidad especifica de energia gravitacional, determinada por las alturas relativas de los puntos del sistema. Conforme e l agua fluye a traves de la tuberia, se pierde l a energia por la friccion del flujo contra las paredes del tubo, o a traves de los acoplamientos (como reducciones, codos, valvulas de control, etc.), o conforme esta entra o sale de los tubos y tanques. Cualquier obstruccion del flujo, parcial o total, causara perdida de energia por friccion.

La magnitud de perdida de energia debida a la friccion contra cualquier obstaculo, estara determinada por varios factores. Los factores principales serian, la rugosidad del obstaculo y la velocidad del agua, particulas en suspension, gases disueltos, etc.

El diametro del tubo, y l a cantidad d caudal que pasa por el, determinan l a velocidad del flujo*. Cuanto mayor sea el caudal, mayor sera la velocidad, y mayores las perdidas por friccion. De igual manera, cuanto mas rugoso sea la superficie del obstaculo, mayores seran esas perdidas.

Las perdidas por friccion no son lineales; duplicar e l caudal no significa necesariamente que se duplicon las perdidas: Usualmente, las perdidas son tripli- cadas, cuadruplicadas, y aun mas.

6.8 Valvulas: Dispositivos de friccion variable

Una cantidad excesiva de energia (es decir, presion elevada) puede hacer que reviente la tuberia. Un metodo de controlar la excesiva cantidac! de energia es instalar valvulas de control en puntos estrategicos a traves del sistema. Una valvula es un dispositivo que se puede regular para crear mayor perdida por friccion conforme e l agua fluye a traves de el. Hay dos tipos de valvulas de control,

* flujo, velocidad, y tamaiio de tubo, esta todo ello relacionado por la Ecuacion de Continuidad presentada en el apendice tecnico A.

valvulas de compuerta y valvulas de globo. Ambas se ilustran a continuacion en 1s figura 6-3.

- VALVULA DE COMPUERTA -

FIGURA 6-3

VALVULA DE GLOBO

VALVULAS DE CONTROL

Valvulas de Compuerta: Las valvulas de compuerta sirven como valvulas de control que conectan o desconectan para poder cortar completamente e l flujc. Generalmente, estan ubicadas a la salida de las bocatomas, reservorios, limitado. res de presion estrategicos y en los principales puntos de bifurcacion. No se recomienda para uso en l a regulacion del caudal (vale decir, parcialmente abiei- tos o cerrados) puesto que el agua llega a corroer el borde del fondo de la com- ptlerta y resultara en una valvula que gotea cuando se pretenda que este cerrada i a direccion del fluio a traves de esta valvula no tiene importancia.

Valvulas de Globo: Estas valvulas estan disenadas para la regulaciori del flujo a traves del sistema. Su mejor ubicacion es cerca a los puntos de descarga, de manera que sea mas facil medir e l flujo a traves de la valvula. Generalmente estan ubicadas en los puntos de descarga en reservorios, Iimitadores de presion estrategicos, y en cada conexion*. La direccion del flujo a traves de la valvula de globo es importante: hay una flecha estampada sobre la valvula que indica la direccion apropiada del flujo y hay que tener cuidado de ver que la valvula est6 correctamente instalada.

La vdlvula de globo de 112" que se usa en las conexiones se conoce en Nepal como un cano asociativo.

6.9 Factores de perdida de carga por friccion

Es evidente que para disenar apropiadamente un sistema, e l disenador debe saber determinar cuanta energia se perdera por friccion en el momento que.el caudal alcanza diferentes puntos criticos en el sistema. Con erta finalidad se usan las tablas de perdida de carga por friccion. El metodo cornUn es registrar la cantidad de perdida de carga por fricciori por longitud unitaria de nibo, para un caudal determinado. Tipicamente esto seria expresado como "metros de perdida de carga por 100 metros de longitud de tubo" o como "m/100m" o "Ofo".

Al final de este libro se dan las tablas de perdida de carga para ambos tubos el PAD (polietileno de alta densidad) y el FoG (fierro galvanizado). Estos factores de perdida de carga, nunca pueden ser perfectamente exactos puesto que las perdidas por friccion estan afectadas por muchos factores diferentes los cuales pueden variar entre un sistema y olro. Por esta razon, es necesario incluir siempre un margen de seguridad cuando se traza la LGH (vease la seccion 6.13).

Ejemplo: son las perdidas de carga por friccion en la seccion de tuberia que figura a continuacion?

a) 1350 m. de 32 mm PADCB.45 LPS Factor de perdida de carga por friccion = 2.56 rnl100m. 1350 x 2.561100 = 34.6m. de pbrd, de carga

b) 730 m:. de tubo F G de 2" 63.30 LPS Fact de perd. de carg. fric. = 1.84010 730. x 1.8411 00 = 13.4 m. de perd. de carga

C) 2075 m., de PAD de 50mm de Clase IV @ 1.40 LPS: Factor de friccion = 3.22010 2075 x 3.22/100 = 67 m. de perd. de carga.

Las perdidas de carga por friccion se pueden redondear al 112 m. mas proximo, o aun al metro mas proximo.

Las perdidas de carga por friccion de caudales que pasan a traves de accesorios como codos, reductores, tees, valvulas, etc. se dan com3 longitudes de tubo equivalentes.

6.10 Longitudes de tubo equivalentes de los accesorios

El accesorio que se coloca a una tuberia (como es codo, tees, valvula, etc.) actua como un punto concentrado de perdidas por friccion. La cantidad de perdida de carga que se produce en el aditamiento depende de la forma de este y del flujo que por e l pase. Las perdidas de carga se calculan determinando cual es la longitud de-tubo equivalente necesaria para crear la misma cantidad de perdida de carga. En los accesorios esto comunmente se da como l a relacion LID

(largoldiametro). A continuacion damos la reiacion LID para distintos accesorios:

Accesorios

T (paso-lateral) T (paso-paso) Codo (900, radiocorto) Union

Relacion LID PASO PASO

68 27 ' LATERAL

Valvula de Compuerta (totalmente abierta) 7 Entrada libre 29 Entrada tamizada 150

Ejernp/o: seria el tramo de tubo equivalente de un codo F G de 1 1/2"?

En los casos en que los accesorios esten ubicados en puntos lejanos a lo largo de una tuberia, la cantidad de perdida de carga que ellos generan se considera insignificante e11 comparacion con la perdida de carga normal a traves del tubo. Cuando e l tramo de tubo es de mas de 1,000 diametros, tales perdidas de carga no tienen que figurar en la LGH trazada. Para la medida comun de tubo usado en los proyectos SAC, se puede ignorar estas perdidas si la seccion de tubo fuera mas grande que:

20mm PAD: 20 metros 32mm PAD: 32 metros 50mm PAD: 50 metros 63mm PAD: 63 metros 90mm PAD: 90 metros

Sin embargo, cuando todos los accesorios estan adosados, el total de la perdida de carga es en realidad mayor que !a suma de la perdida de carga cndcvidual a traves de cada accesorio. Es por ello que, hay que dar especial consideracion al seleccionar la medida correcta de los tubos al trabajar la instalacion F G en una salida de tanque. Esto se explica en el apendice tecnico G.

Puesto que una valvula es regulable, se puede ajustar para cualquier equiva- lencia de tramo de tuberia. Esto se discute mas adelante en la seccion 6.13 y l a figura 6-7,

6.1 1 Trazado de la LGH

Para ilustrar los principios basicos de\ trazado de l a LGH usaremos el sistema simple de la figura 6.4. En este ejemplo, las medidas de tubo ya han sido seiecci~nadas. El caudal deseado que sale de cada toma es de 0.225 LPS, el aforo minimo de la fuente es de 0.50 LPS. Las alturas y longitudes de tubo se dan para la fuente, la toma No. 1 y l a toma No. 2.

La LGH esta trazada por segmentos (llamadas tecnicamente tramos) entre puntos estrategicos del sistema.

Primer tramo: En este ejemplo, el primer tramo viene desde la bocatoma hasta e l final del segmento del tubo PAD de 50mm. El caudal deseado a traves de este tramo es de 0.45 LPS (es decir, la suma de los caudales de llave) y puesto que el aforo minimo de la fuene es mayor que 0.45 LPS, no se necesita un reservorio (vale decir el sistema se puede construir como un sistema abierto, con o sin grifos).

340m de 50mm PAD @ 0.45 LPS Factor de friccion = 0.300/0 340 x 0.3011 00 = 1 metro de pkrdida de carga

Esto esta trazado sobre el perfil.

El segundo tramo termina en la primera toma, 480 m. de tubo PAD de 32 mm PAD. El caudal deseado es todavia 0.45 LPS.

480m de 32mm PAD @ 0.45 LPS Factor de friccion = 2.56010 480 x 2.5611 00 = 12 metros de perdida de carga

La caida residual en l a toma No. 1 es por consiguiente de 13 m.

(vease el capitulo 15.4 donde estan las caidas netas aceptables para puntos de toma)

El tercer tramo viene desde la toma No. 1 hasta el final del segmentodel tubo PAD de 32mm por 500mts. de largo. El caudal deseado en este segmento es ahora solamente de 0.225 LPS (es decir, caudal por solamente la toma unica que queda).

500m de 32mm PAD @ 0.225 LPS Factor de friccion = 0.78010 500 x 0.78/100 = 4 metros de perdida de carga

ESTATICA

---- TOMA No. 2 Elw = Om @ LP - 1600 m Flujo de toma =

LINEA PRINCIPAL DE LONGITUD DE TUBO (M) 0.225 LPS

PERDIDA DE CARGA POR FRlCClON

Q=0225LPS 0.450 LP3

20 m. 5 9 12% 40.04 32 MM. 0.76% 2.56f.

50 m. - ''W

Al llegar a este punto la LGH esta a 17 m* por debajo del nivel estatico, lo que significa que se ha perdido un total de 17m de carga por friccion entre la fuente y e l final de este tramo.

El tramo final es de 280 m de tubo PAD de 20mm, transportando un caudal de 0.225 LPS.

280m de 20mm PAD @ 0.225 LPS Factor de friccion = 12.00/0 280 x 1211 O0 = 34 metros de perdida de carga

La caida neta en la toma No. 2 es de 9m.

Observamos que l a LGH solamente cambio su declive en los puntos donde varia e l diametro del tubo y/o el caudal. Si queremos permitir solamente 0.225 LPS saliendo de cada toma habra que instalar valvulas de globo en la tuberia donde esta la toma (linea de toma) y regularlo de tal manera que precisamente salga de los grifos 0.225 LPS. Cuando se regula de esta manera la valvula de la toma No. 1 estara disipando 13 metros de caida y )a valvula de la No. 2 estara disipando 9 metros de caida. Los efectos de la presion residual se discuten en la seccion 6.13.

6.12 Perfiles LGH requeridos

La LGH trazada en la figura 6-4 representa e l perfil hidraulico del sistepa, especificamente cuando ambas tomas estan abiertas. Naturalmente, habra un perfil diferente s i solamente l a toma No. 1 esta abierta, o s i solamente la toma No. 2 esta abierta, o s i ambas tomas estan cerradas (es decir, el perfil estatico). Normalmente no es necesario calcular los perfiles LGH para las distintas combi- naciones de llaves abiertaslcerradas en un sistema. La LGH solamente debera ser trazada para los dos extremos: todas las tomas abiertas y todas las tomas cerradas. Tal como podemos ver en la figura 6-4; estos dos casos han sido trazados con el perfil unico. Esto permite al disenador determinar facilmente cuales son los puntos de presion a l ta y baja en el sistema, para-poder asi asegurarse de que esten dentro de los limites, permisibles (tal como seran discutido en las secciones 6-14 y 6-16).

6.13 Presion residual: Exceso de energia

El disenador tiene que entender claramente la importancia de las presiones residuales en las conexiones, reservorios y limitadores de presion, antes de planificar correctamente el sistema.

* N. del T.: La figura 6-4 contiene un error en la cantidad de caida en este punto. En ella figura 44m debiendo figurar 43m.

Presion residual es la cantidad da energia remanente en el sistema en el momento en que el caudal deseado alcanza su punto de descarga. Representa el exceso de energia gravjtacional. Si se instala una valvula de controi en el punto de descarga, se disipara la presion residual (para este fin hay que usar una valvula de globo, no una valvula de compuerta).

Mientras que asi se reduce el caudal, puede producirse dentro de la tuberia una presion de caracteristicas mas deseables.

Damos a continuacion una discusion mas especifica sobre el diseno de cargas residuales:

Cuando se traza la LGH para un caudal que descarga libremente en la gtmosfera (como dentro de un tanque o saliendo de una toma), puede resultar que la presion residual en e l punto de descarga se vuelva positiva o negativa, como se ilustra en la figura 6-5:

1 EJEMPLOS DE CARGAS RESIDUALES POSiTlVAS Y NEGATIVAS

Presion residual negativa: Esto indica que no nay suficiente energia gravitacional para mover la cantidad deseada de agua, por ello es que esta cantidad de agua no fluira. Se debe volver a trazar la LGH, usando un menor caudal y/o un diametro de tubo mas grande.

Presion residual positiva: Esto indica que hay un exceso de energia gravitacional: quiere decir, que hay energia suficiente para mover un flujo, aun mayor, dentro de la tuberia. Si se permite que descargue libremente, una carga residual positiva significa que la gravedad tratara de aumentar el flujo a traves del tubo: conforme aumenta el flujo, la perdida de carga por friccion hara disminuir la carga residual. El flujo aumentara hasta que la carga residual se reduzca a cero.

Caudal natural: Cuando la presion residual de una tuberia que descarga libremente en la atmosfera es cero, es porque e l caudal maximo se esta moviendo a traves del tubo. Este es el caudalnatural del tubo, y es el caudal maximo absoluto que se puede mover por gravedad. El caudal natural del tubo se puede controlar seleccionando la medida del tubo.

La figura 6-6 muestra los calculos del caudal natural en una tuberia de ejemplo.

EJEMPLO: Cuti1 es el flujo natural imaxi-

TUBERI A 1 mo) a traves de la seccion de tuberia mostrada, donde:

H = 5OM L = 172M TUBO = CLASE 111 32mm

- PAD

L OL UCION: ' LONGITUD DE TUBO (MI EL FACTOR DE FRlCClON NATURAL. FN= 50(100) = 10.6m/lOOm

172 NOTAS: De la tabla de perdida de carga

1. H = Elevacion vertical entre puntos superior Por friccion* se determina que

e inferior de interrupcion de presion (es de- Un de perdida de carga

cir, maxima perdida de carga disponible). de 10.5 m1100 m para un tubo

2. Descarga libre del flujo en tanque inferior. PAD II' de 32 mm Ocurre

para an flujo de 1.00 LPS.

1 FlGURA6-6 CALCULO DEL FLUJO NATURAL DE UNA

Si el caudal natural de una tuberia es mayor que el caudal minimo (de l a fuente), entonces el tubo descargara mas rapido de lo que puede ser llenado, y el resultado sera que e l tubo no estara lleno de liquido. En este caso, la LGH descansara sobre la superficie del agua dentro del tubo. Un tubo de flujo incompleto esta bajo ninguna presion. No habria mayor consecuencia. Si no hay conexiones ubicadas a lo largo oel tramo de tuberia que no esta llena.

Sin embargo, si hay una conexion, entonces es muy importante que la tuberia se conserve totalmente llena (o sea bajo presion) para asegurar el funciona- miento correcto de l a toma.

Las tuberias que por el contrario no esten llenas, deberan tener una valvula de control en el punto de descarga. Esta valvula de control disipara l a presion residual antes de permitir que el caudal aumente demasiado. La valvula de control se regula hasta conseguir que se descargue el caudal deseado; en este instante es cuando esta disipando la cantidad exacta de carga.

En la practica, las valvulas de control se regulan bajo las condiciones hidraulicas donde todas las tomas estan abiertas. Como hemos mencionado anteriormente, se presentaran diferentes perfiles de LGH cuando diferentes com- binaciones de tomas esten abiertas y cerradas. Para cada combinacion posible se presentaran nuevas cargas residuales en los puntos de descarga. Puesto que no es posible tener a toda la comunidad regulando constantemente las valvulas de control cada vez que una toma este abierta o cerrada, las descargas reales fluctuaran. Sin embargo estas fluctuaciones son minimas y pueden obviarse.

La cantidad de perdida de carga por friccion de un caudal, a traves de una valvula se registra como la longitud de tuberia equivalente a l a valvula (vease seccion 6.10). En la figura 6-7 se da u'n ejemplo de calculo de la longitud de tuberia equivalente de una valvula, y se calcula la fluctuacion de caudales en el sistema de ejemplo de l a figura 6-4.

Puesto que cada conexion requiere alguna cantidad de presion residual, es obvio que requiere una valvula de control. Las valvulas de control en las descargas que van dentro de un reservorio o limitadora de presion solamente deberan instalarse cuando sean necesarias para mantener un caudal especifico en l a tuberia, o para mantener e l tramo de aguas arriba de la tuberia lleno, (debido a puntos de toma o de derivacion a lo largo de esa seccion). Sin las valvulas de control, no se puede conseguir el flujo deseado en la tuberia, y el perfil real hidraulico no coincidira con la LGH trazada.

6.14 Llmites de presion maxima

Como ya hemos discutido, el diametro de un tubo se selecciona en razon de la perdida de carga por friccion. A pesar de ello, hay otra consideracion que

determina que t~bo de tubo se debera elegir. Esta consideracion es la presion, asi encontraremos que clase de tubo debemos usar, s i de PAD clase 111, de PAD Clase IV, o de fierro galvanizado (F G). La eleccion quedara determinada por la presion maxima a que sera sometido el tubo (estas presiones maximas son siempre el resultado de niveles de presion estatica. Se discuten a continuacion los limites de presion maxima para cada unc de estos tubos:

Tubo PAD Clase Ill: Presion Maxima = 6 kg/cm2 (60 metros de carga). Este es e l tubo estandar usado en Nepal donde las presiones no exceden de 60 metros de caida. Puesto que las otras clases de tubos son mucho mas cos- tosas, e l sistema debera de ser disenado para usar la mayor cantidad posible de Clase 111.

Tubo PAD Clase l V: Presion Maxima = 10 kgs/cm2 (1 00 metros de carga Esta clase se usa donde la presion excede de 60 metros de carga 'pero no excede de 100 metros. El grosor de sus paredes es mayor, lo cual permite que soporte mayores presiones, pero es mucho mas costoso que el de l a Clase III y por consiguiente, no debera ser usado, excepto en casos en que la presion asi lo -requiera (no se debe usar por razon de factores de perdida de carga mas adecuados).

Tubo (F G): Presion Maxima = 25 kg/cm2 (250 metros de carga). El tubo de fierro galvanizado usado en los proyectos SAC en Nepal, se fabrica en India. El tubo F G se usa en los casos en que la presion excede de 100 m de carga, o donde no es posible enterrar debidamente la tuberia. Las politicas actuales de DDL fijan limites sobre l a cantidad de tubo F G que se debe usar en un proyecto, por lo que es necesario consultar con el ingeniero regional cuando parez- ca que un sistema requiere alguna cantidad de tubo F G.

En todas las relaciones de presion que arriba mencionamos, tanto para'el tubo (PAD) como para e l tubo F G, existe un importante factor de seguridad. Por ello, las presiones que mencionamos antes, pueden excederse unos cuantos metros sin restar seguridad, pero solo cuando sea absolutamente necesario. En e l caso del tubo PAD, los fabricantes indican que la vida de trabajo del tubo es de 50 anos, cuando apropiadamente se le ha acoplado, enterrado, y las presiones no exceden a la relacion que corresponde a esa clase. En el caso del tubo F G, el factor seguridad es todavia mayor, pero hay que recordar que el tubo se corroe al pasar los anos. reduciendose el espesor de las paredes y reduciendo por consiguiente su resistencia.

TOMA ABIERTA Primer tramo lfuenre - Toma) O = 0.78 LPS i = lOOm da PAD 5 0 m m 4- 150 m de PAD 32 m m Perdidas da carga = l m fSecci6n PAD 50 mml + lh (Seccion PAD 32mm) Carga residual @ ~ o m a = 14 m; Flujo de toma = 0.225 LPS

Segundo Tmmo (Toma - Tanque) Q = 0.55 LPS L = X O m de PAD 32 m m Perdida de carga = 13m Carga residual e~esca rga de tanque = 36m

Esta carga residual en la descarga del tanque se quemara completamente cuando la valvula de control en la descarga se ajuste para permitir precisamente 0.55 LPS en el tanque. En este marco. la longitud de tubo equivalente de la valvula es 974 m (es decir, la longitud de tubo PAD de 32 m m requerida para quemar exactamente 36m de carga en flujo de 0.55 LPSJ.

TOMA CERRADA La tuberia equivalente del sistema es. lOOm de PAD de 50mm 500m de PAD de 32mm 974m de PAD de 32mm (la longitud equivalente de tuba de la valvula)

Para conocer el nuevo flujo de descarga al tanque, es necesario calcular el flujo natural de la tuberia equivalente (es decir, el f lujo al que 60m de carga se quemaran por lO0m de PAD de 5Omm + 1,474m de PAD de 32 mm). Mediante caiculos de prueba- error e interpolaciones de la Tabla de PBrdida de Carga por fricci6n. se ha descubierto que el flujo es de alrededor de 0.575 LPS. A este flujo. las perdidas de carga son:

lOOm de PAD de 5Omm @ 0.46 mllOOm = 0.46m 500m de PAD de 32mm @ 4.05 rn/lOOm = 20.2511-1 974m de PAD de 32mm longitud equiv. de tubo @ 4.05 mI1OOm = 39.44m

PERDIDA CARGA TOTAL = 60.15m

Por tanto, cuando la torna este abierta, la descarga en el tanque sera de 0.55 LPS, Y cuando la toma este cerrada. la descaraa ser6 li~eramente inferior a 0.575 LPS.

FIGURA 6-7 LONGITUD DE TUBO EQUlVA.LENTE

6.15 Perfiles-U y tuberias miiltiples

Un problema de presion especial en muchos sistemas en regiones montafio- sas es el del perfil longitudinal en form'a de U, similar al ejemplo que damos a continuacion:

FIGURA 6-8 EJEMPLO DE PERFIL U

Si examinamos la figura es evidente que, bajo condiciones estaticas, las presiones en los perfiles longitudinales U pueden ser bastante elevadas. Las secciones donde las presiones exceden de 60 metros de carga necesitaran tubo (PAD) Clase IV, y donde haya mas de 100 metros de carga, se requerira el tubo F G.

Aunque la Clase IV generalmente se encuentra disponible en todos los diametros, alguna vez puede suceder que no se encuentre e l diametro que queremos. En tales casos, es posible seleccionar una combinacion de diametros mas chicos de tubo que se puedan colocar en paralelo para que provean las perdidas de carga que sean adecuadas, (este tipo de combinacion puede ser menos costo- sa que un tubo h i c o de diametro mas grande}. La figura 6.9 nos ilustra el procedimiento para determinar como es que el caudal se divide por s i mismo entre dos tubos de diametros desiguales.

I I ,

S, PAD CLASE IV SQmm

/I; PAD CLASE IV 32mm

La presion en el Empalme A debe I ser igual para los tres tubos, ya que estan 'unidos en un punto comun, y asimismo la 1 presion en el Ernpalme P debera ser la rnis- I ma para todos los tubos. Esto implica que ambos tubos en la seccion mi~lti-tubos debe perder igual cantidad de carga. Como estos tubos son igualmente largos, enton: ces debe haber una tasa igual de perdida de carga por friccion en ambos tubos. Por tanto, el flujo autornSlticamenie se dividi. ra entre los dos tubos de tal manera que cada tubo tiene un factor de perdida de carga por friccior: igual al otro (tubo).

- .-

En el ejemplo que presentamos en esta figura, un flujo de 1.0 LPS fluir& a trav6s de una tuberia multiple de PAD de 32mm y 50mm (ambos de la serie

Clase IV). Coilsuitando la tabla de p6r- dida de carga por fricci6n para estos dos calibres de tubo, &idamente se dar& uno cuenta que la unica manera do dividir e l flujo es aproximadamerite de la siguiente manera:

Puede apreciarse que para los flujos anteriores, el factor de perdida do carga por friccion para ambos tubos seria de aproximadamente 1.1 m1100m.

Este mismo principio se aplica tambi6n a la secci6n de tuberia mulfiole de dos o mas calibres de tubo.

FIGURA 6-9 DlVlSlON DE FLUJO ENTRE T.UBOS DE CALIBRES DIFERENTES

6.16 Limites de presion minima

Cuando se traza una LGH es posible descubrir que, debido - 8 .m'fil topo- gafico de la tuberia, la LGH en realidad 'Ira bajoeisuelo": e;, 1 es que, cruzara por debajo del perfil del nivel del terreno y pasara algumia ciistaixis bajo tierra antes de emerger nuevamente. Se ilustra un ejemplo en I d figura 6-70:

La presion en el tubo, a lo lar- bajo tierra es una presion negativa go de la seccion donde l a LGH esta (medida como "cnida negativa").

ESTATICA

LGH DISENADA PARA UN LUJO ESPECIFICO A TRAVES E U N SOLO DIAMETRO DE TUBO

FIGURA 6-10

\. LGH MAL DlSEmADA

Por lo tanto, en un diseno estandar general, no hay que incluir sistema alguno en e l que l a LGH caiga a menos de 10 metros por sobre e l terreno, excepto cuando sea inevitable. ~ u n c a permita a la LGH ir bajo suelo.

La figura 6-1 1 muestra el mismo perfil longitudinal, con tubos de un diametro que ha sido seleccionado para mantener la LGH por lo menos a 10 m por encima del terreno.

Una presion negativa en la tuberia significa que el agua esta siendo si- foneada dentro de ella (o sea, suc- cionada desde corriente abajo, en lugar de ser empujada desde corriente arriba), una condicion cier- tamente indeseable en los sistemas SAC. Este tipo de presiones negativas pueden succionar de los alrede- dores, agua contaminada del terreno, via las uniones que gotean. Las presiones negativas mayores tambien pueden causar problemas con e l aire disuelto en e l agua (este aire puede salir de una solucion del agua y formar bolsas de aire atrapadas en puntos elevados de la tuberia; en e l proximo capitulo expticare- mos mas sobre atascamiento de aire).

\ ESTATICA c LGH disenada para mismo flujo a trav6s de combina- ci6n de peraltes de tubos para mantenerla por lo menos 10m por encima del perfil del terreno.

FIGURA 6-1 1

LGH BIEN DISENADA

6.17 Limites de velocidad

La velocidad que lleva el flujo al pasar a traves de la tuberia es otro asunto que hay que tomar en consideracion. Si la velocidad es demasiada alta, entonces habran particulas suspendidas en el flujo que pueden causar la erosion excesiva del tubo; y si la velocidad es demasiado baja, entonces estas mismas particulas suspendidas pueden asentarse, saliendo del flujo y recolectandose en puntos bajos de l a tuberia, decididamente seran un obstaculo s i no son atendidas. Los limites recomendados de velocidad son:

Maxima: 3.0 metros/segundo Minimo: 0.7 metros/segundo

Los caudales correspondientes a los distintos diametros y clases de tubo PAD, son (en LPS):

Las tablas de perdida de carga por friccion nos indican con un asterisco 1") los caudales bajos, y no dan factores de perdida de carga para caudales que so- brepasen a los recomendados.

Maximo: 0.60 Minimo: 0.14

Cuando una tuberia lleva un caudal bajo, hay que tomar precauciones para el problema de sedimentacion: Debera construirse un tanque de sedimentacion en el lugar de la toma, y colocar drenajes en puntos bajos estrategicos para permitir la limpieza de materias sedimentadas. Vease el capitulo 12 para informacion sobre tanques de sedimentacion, y el capitulo 7.6 para informacion sobre la ubicacion de drenajes.

6.18 Resumen

1.85 1.62 1 4.64 3.96 1 7.33 6.27 0.43 0.38 1.08 0.92 1.71 1.46

Este capitulo ha presentado los metodos de diseno necesarios para seleccionar l a medida y la clase de tubos, y como disponer el tubo para poder mante ner la LGH dentro de los limites aceptables por encima del perfil longitudinal del suelo. Hay un asunto mas referente a los atascamientos de aire, que finalmen- t e debe ser discutido. Esto se hara en el capitulo 7; y luego en el capitulo 8 se presentaran los procedimientos especificos para convertir un levantamiento topografico en un sistema correctamente disenado.

15.00 12.76 3.50 2.98

7. ATASCAMIENTOS DE AIRE Y SISTEMAS DE LIMPIEZA

7.1 Introduccion

Este capitulo toma en consideracion cuales son los detalles que determinan si la tuberia estara o no propensa al atascamiento producido por las bolsas de aire, las que podrian interferir con el flujo. Si el disenador determina que su sistema es una probable victima de las bolsas de aire, puede entonces acudir al ane- xo tecnico 8 para ver los analisis y procedimientos necesarios para combatir estas bolsas de aire.

Este capitulo discute tambien sobre sistemas de limpieza que sirven para que los materiales sedimentados sean periodicamente limpiados de la tuberia.

7.2 Atascamientos de aire, Introduccion

Un atascamiento de aire es una burbuja grande de aire atrapada en la tuberia, cuyo tamano es tal que interfiere con el flujo de agua que atraviesa ia sec- c i h .

Al principio, cuando recien se construye la tuberia, o s i subsiguientemente se drena para propositos de mantenimiento. la tuberia esta "seca", quiere decir que todos los puntos de adentro estan llenos de aire a presion atmosferica. Cuan- do se vuelve a llenar de agua l a tuberia, hay cierto segmento en el que el aire no se puede escapar y queda atrapado. Conforme va aumentando la presion, estas bolsas de aire se comprimen a volUmenes mas pequenos. Durante el proceso, una cierta presion hidrostatica del sistema es absorbida por la compresion de estas bolsas de aire, reduciendo l a cantidad de energia disponible para mover el agua. Si debido al aire comprimido se absorbe demasiada energia, entonces el caudal no llegara a l punto de descarga deseado hasta que se haga algo con respecto a los aglomerados de aire,

Generalmente, no habra problemas de atascamientos'de aire en un sistema si se ubica un tanque a una e!evacion que este mas baja que ellos; siempre que ta-

les atascamientos esten, por lo menos, 10 metros por debajo del nivel estatico. Esto se ilustra en la figura 7-1 que presentamos a continuacion:

4 SUPERIOR A

FlGURA7-1 PER FlL EN QUE LOS ATASCAMIENTOS DE AIRE

NO INTERFERIRAN CON EL FLUJO

En los sistemas de perfil longitudinal -U debe hacerse el analisis de los atascamientos de aire de manera similar a lo ilustrado en la figura 7-2 que pre sentamos a continuacion:

FUENTE ESTATICA

FIGURA 7-2 PERFIL EN QUE LOS ATASCAMIENTOS DE, AIRE PUEDEN INTERFERIR CON EL FLUJO

TANQUE

7.3 Atascamientos de aire: Practicas de Diseno de Tuberia

Estas son pautas para disponer los tamanos de tubo de manera de reducir a l mlnimo e l atrapado de aire y los potenciales atascamientos de aire. Solo despues de analizar y encontrar inadecuadas estas medidas se instalaran las purgado- ras de aire.

1) Disponga el diametro del tubo de modo de reducir al minimo l a perdida de carga por friccion entre la fuente y el primer atascamiento de aire.

2) Use tubo de diametro mas grande en la parte de arriba y de menor diametro, en el fondo de la seccion critica donde el aire va a ser atrapado (seccio. nes BC y DE en la figura 7-2). El diametro de los tubos en cualquier otro sitTo no afecta los atascamientos de aire.

3) Los atascamientos de aire "mas altos" (mas cerca del nivel estati~o) ,,m los mas problematicos. Reduzcalos o eliminelos primero.

7.4 Purgadores de aire

Los purgadores de aire suministradas por UNICEF son de naturaleza rt i i s - tente y trabajan automaticamente. Su presion maxima es de 60 metros de carga. En la figura 7-3 se ilustra detalles sobre su instalacion.

VALVULA DE AIRE

DUCTOR FG 314" x 1" NIPLE CORTO FG 1" UNION DE BRONCE FG/PAD 112" 32mm

USO Y ACOPLE PAD

I FIGURA 7-3

DETALLES DE VALVULA DE AIRE Y SU INSTALACION I

7.5 Purgadores de aire alternas

Algunas veces, cuando rio se dispone de los purgadores de aire arriba mencionadas, hay dos metodos alternos para poder liberar el aire que ha sido atrapado, que se encuentra en la tuberia: instale uria valvula de control normal, o hinque e l tubo con un clavo y sellelo luego con un tornillo de bronce o aluminio. Aunque estos metodos alternos resultan menos costosos que el pur- gador de aire no son automaticos y requieren e l trabajo manual de los comuneros. Algunas veces, cuando l a tuberia se esta volvierido a llenar con agua, se puede abrir la valvula, ( O retirar el tornillo) permitiendo que escape el aire atrapado. Ente- rrar bien estos dispositivos purgadores de aire evitara problemas de intromisiones*. Retirar la manija de la valvula impedira que personas no- autorizadas la abran.

7.6 Sisemas de limpieza

AGUJERO DE CLAVO SELLAD) CON P E Q U E ~ O TORNILLO DE I/ BRONCE O ALUMINIO

VENTILACION DE PAD COI MALLA DE ALAMBRE

LLAVE ASOCIATIV,

NIP1.E CORTO DE F(

UNION DE BRONCE E FG/PAD,20mrn 112'

FIGURA 7-4

-IBERACIONES DE AIRE ALTERNA!

Despues de cierto periodo de tiempo, las partlculas en suspension que son transportadas en el flujo, tenderan a asentarse, particularmente en los puntos bajos de la tuberia, o donde los flujos sean lo suficientemente bajos para que su velocidad disminuya por debajo de 0.7 metros/segundo. Los reservorios usualmente permiten que se asienten la mayoria de estas particulas, rio obstante, los tramos de la tuberia de agua arriba del tanque reservorio no favorecen l a sedimentacion. Los tanques interruptores de presion no dejan que ocurra sedimentacion alguna porque los flujos que por ellos pasan son extremadamente turbulentos.

Los tapones o valvulas de limpieza deben estar ubicados en los puntos profundos de los principales pei.files longitudinales-U, especialmente los de aguas arriba del tanque reservorio. E l nurriero de puntos de limpieza en un sistema de-

* N. del T. En la version en ingles figura la palabra temperiiig: Templado, atemperado. Pero se ha preferido traducir la voz tampering: manipuleo indebido, intrusih.

pende del tipo de la Cuente (un arroyo admitira mas materiales en suspension que un manantial), de s i existe o no un tanque de sedimentaciori y/o reservorio, y de la velocidad del flujo que pasa por la tuberia.

Los tubos de limpieza debe ran ser en ese punto del mismo di& metro que los de la tuberia. Los puntos de limpieza del tipo de extremos encapsulados (casquete terminal) requeriran que la tuberia sea completamente evacuada antes de poder reemplazar los extremos encapsulados (puesto que es imposible colocarlos de nuevo mientras que el agua chorrea por ellos), lo que no es as i cuando el punto tiene valvula de compuerta (una valvuta de globo definitivamente no sera apropiada para este tipo de trabajo), Las manijas se deben retirar y las valvulas hay que enterrarlas bien para desalentar el manipuleo indebido. Las capsulas de los ex-

TUBO PAD , NWLE LARGO FG

VALVULA DE COMPUERTA

VALVULA FIGURA 7-5

DISENOS DE LAVADERO

tremos deben ser giradas ligeramente, con una llave inglesa (para que no puedan ser retiradas a mano) pero no extremadamente ajustadas, porque tienden a enmohe-

cerse en el tubo y resultaria sumamente dif lcil retirarlas despues de un tiempo. La figura 7-5 ilustra algunos disenos de puntos de Iimpie- xa.

8. DISENO DE TUBERIA

8.1 Introduccion

Al llegar a este punto ya hemos presentado, los conceptos de teoria hidraulica, descripciones de distintos factores que influyen en el flujo, las tecnicas para determinar la presion y la LGH. En este capitulo reuniremos todo eso para ilustrar su aplicacion practica en el diseno de un sistema real.

La fase de diseno de una tuberia se inicia con el trazado grafico del levantamiento topografico (partiendo del estudio original del sistema) y termina cuando han sido disenadas en su forma final todos los segmentos de la tuberia (es decir, conducto principal, conductos efluentes, ramales y lineas de toma). Enton- ces se hacen copias en ozalid de los planos de diseno.

En este capitulo presentaremos normas y pautas para preparar los diagramas de la tuberia, ejemplos de disenos para las Iineas principales, ramales, lineas de recoleccion de la fuente (para sistemas de fuentes multiples), y un tramo que combina distintos diametros de tubos.

8.2 Diagramas de tuberia

La finalidad del trazado de un perfil iongitudinal es crear una imagen visual, facil de entender de las elevaciones topograficas que existen a lo largo de la tuberia. Debido a que hay tanta informacion sobre ella contenida en un perfil, es necesario que este sea cuidadosamente delineado, evitando el desorden y el descuido, que no sea dificil de leer, o que se presente incompleto.

Perfil grafico: El perfil se traza inicialmente sobre papel grafico milime- trado. La escala vertical debe ser de Icm = 5 m o de 1 cm = 10 m; la escala horizontal 1 cm = 50 m o 1 cm = 100 m. Cada hoja debe contener un registro de titulos (como se ilustra en l a figura 8-1 y los ejes trazados como se ilustra en '8 figuras 8-2 y 8-4. El perfil, el registro de titulos, los ejes y l a ubicacion de c:rw xiones se marcan con tinta, pero las ubicaciones de los tanques y las LGH se

trabajan con lapiz hasta que sean correctamente disenados y solo entonces se marcan con tinta. Los disenos tienen que ser aprobados por e l ingeniero regional del DDL.

Dibujo del perfil: Cuando e l diseno de l a wberia ha sido terminado y aprobado se debe dibujar sobre papel de delineado. Se deben usar boligrafos oscuros, marcadores de punta fina o lapiceros especiales para dibujo. Las palabras con letra de imprenta clara. Todos los tanques, tomas, puntos de limpieza, valvulas neumaticas, derivaciones, puntos estrategicos, etc., se deben rotular con su distancia y su elevacion. Hay que indicar los caudales de las conexiones si es que no son de la medida estandar 0.225 LPS. Tambien hay que indicar longitud y diametros de los tubos.

Planos en ozalid: Cuando se ha terminado el delineado final, se puede sacar la copia ozalid del plano. Encima del papel de delinear hay que colocar una hoja de papel sensibilizado a l amoniaco ligeramente mas grande que e l papel de delinear, y luego ambos se deben enrollar en una caja ligera de tubo fluorescente.

PROVINCIA: DEPARTAMENTO'.

TITULO DEL DIBUJO:

INVESTIGADO O LEVANTADO POR: FECHA: 1 DISEfiADO POR: IFECH A:

I

APROBADO POR: FECHA:

I

RENDIMIENTO POBLACION DE DISEmO: ADMISIBLE :

FECHA DE LA MEDICION: DEMANDA DIARIA:

I ESCALAS: WLIUONTAL: IW- V E R T E A L : 1 U -

FIGURA 8-1 REGISTRO DE TITULOS

Entonces el papel amoniaco se desliza dentro de otra caja hermetica donde queda expuesto al vapor del amoniaco por unos cuantos minutos hasta "revelar" e l plano. El tamano de una hoja de plano debe ser aproximadamente igual al tamano del papel grafico (las hojas de tamano mas grande son dificiles de rnani- pular). El numero total de copias de cada plano lo determina e l DDL-, de manera que se debe consultar al ingeniero regional.

LONGITUD DE TUBO (METROS)

f LEVACION DE LA fSTAClON IISTANCIA DE LA SECCION CALIBRE TUBO .QNGITUD

TODOS LOS TUBOS SON DE PAD CLASE 1 1 1 , EXCEPTO SI SE INDICA OTRA COSA

FIGURA 8.2 "PORCION DE DISEIUO MUESTRA MOSTRANDO EJES DEL PERFIL'

Vista general del plano y plano maestro: Ademas del diseno del perfil se debe hacer l a copia del plano general del sistema, donde se muestre el trazo en borrador del sistema y donde se indiquen los hitos que corresponden a la comunidad. Tiene tambien que hacerse un plano principal del sistema, mostrando los arreglos relativos a los tanques, valvulas de control, ramales, conexiones, etc. En la figura 8-3 se da un ejemplo.

Nota: Desde que se trabajaron estos ejemplos'de diseno, se han obtenido nuevas tablas de perdida de carga por friccion para tubos PAD. Estas nuevas tablas las ofrecemos ahora al final de este libro, Y no son aauellas a las aue nos re- . . ferimos en los siguientes ejemplos.

7 7

8.3 Ejemplo de diseno: Conducto principal

La figura 8-4 se usara como ejemplo de diseno de un conducto principal. El procedimiento basico para disenar una tuberia es dividirla en puntos estrategicos (usualmente tanques y conexiones). El segmento de tuberia que esta entre cada uno de estos puntos se llama tramo. Para cada tramo, determine l a cantidad deseada de caida a ser perdida, y la longitud de tuberia y, con estos datos determine e l factor de perdida de caida deseado. Valiendose de la Tabla de Perdida de caida, seleccione el diametro del tubo que mas se aproxima el factor de friccion que se desea. Si no hay un diametro adecuado, entonces se pueden usar dos tubos diferentes en el tramo. El metodo para determinar la longitud de esa combinacion de tubos, se da en la seccion 8-6.

Al disenar la tuberia, el disenador puede comenzar desde la fuente y trazar su camino corriente abajo, o empezar desde el final y trazar su camino corriente arriba, tambien puede comenzar por ambos extremos y trazar hacia e l centro, dependiendo de su intuicion. Con experiencia ira intuyendo mejor donde tiene que empezar para conseguir buenos resultados. En este ejemplo, sin embargo, el trazado comenzara en la fuente y proseguira hacia aguas abajo.

Calculos para el reservorio:

Caudal limite de fuente = 1.40 LPS Demanda de 6 tomas a 225 LPS = 1.35 LPS

Por lo tanto, no se requiere tanque reservorio.

Analisis de presion preliminac

Este contiene un perfil-U principal, de manera que sera mejor empezar el examen alli. Si se usara tubo Clase III a todo lo largo del fondo del perfil-U, l a presion en l a tuberia excederia de 60 metros de caida antes que el caudal pueda hacerlo retroceder fuera del perfil-U. Por consiguiente, el que hay que usar es e l tubo Clave IV, con un tanque limitador de presion ubicado 100 metros por encima del fondo de perfil-U. En consecuencia este tanque. estara ubicado a ML-600, elevacion de 900 metros. El tubo Clase IV tendra que comenzar a ML-870 (lo que esta a una elevacion de 60 metros por debajo del tanque inte rruptor) y trabaja hasta ML-1720.

Desde el tanque limitador de presion hasta la fuente hay 100 metros de altura. En este segmento podr.ia ser posible usar tubo de la Clase IV, pero en realidad es menos costoso instalar otro tanque limitador y usar el tubo de Cla- se III. De esta manera, se requerira otro tanque limitador a 60 metros mas abajo de l a fuente. Esto lo pondra justo aguas abajo de la toma No. 1 (por razones de conveniencia, ubiquemos e l tanque a 5 metros mas abajo de la toma, lo cual lo colocara en ML-400). Este serz el tanque limitador de presion No. 1 (TIP No. 11, y el otro siguiente en corriente descendiente sera el tanque interruptor de pre sion No. 2 (TIP No. 2).

FUENTE No. 1 FUENTE No'

RESERVORIO

CRUCE DE ARROY f.17-y 'TOMA

CAJA DE VALVULA

-- TEMPLO SHlVA

I PUES m TO POLICIAL

TANQUE DE RECOLECCION

FUENTE No. 1 IFUENTE No.2

8 RESERVOR 10

TOMA TOMA TOMA 140. 3. No. 2 No. l . U

CAJA DE VALVULA No. 4

, l . Todos los tubos son da PAD, clase 11 1, calibre en mm. 2. Todas las vhlvulas de control que se muestran son vAlvulas de cornpuecta, de calibr:~

de tubo correspondiente. 3. Vease disenos para detalles de tomas. tanque de recoleccion y caja de vhlvula.

FIGURA 8-3 VISTA DE PLANO Y PLANO MAESTRO DE SISTEMA

Habra otro tercer tanque limitador a 60 metros debajo del T IP No. 2, lo cual lo ubica en una elevacion de 840 mt., entre las tomas No. 2 y NO. 3.

El proximo tanque abajo que el tip No. 3, lo mas No. 3 y No. 4.

limitador (TIP No. 4) debera estar a 60 metros mas cual lo ubica en una altura de 780 mts., entre las to-

A partir del TIP No. 4, hay 80 metros de distancia vertical hasta la ultima toma, por lo cual se requerira otro tanque limitador, o tubo Clase IV. En este caso, es mas bien probable que se use tubo PAD de 20 mm. hasta alcanzar la Ult i - ma toma, y este tubo se suministra solamente en Clase IV. De Fnera que por e l momento, el disenador proseguira asumiendo que no se necesitara un tanque limitador de presion (esto debe sin embargo, ser muy bien verificado una vez que e l diseno total se ha completado).

Tenemos asi que los cuatro tanques limitadores de presion han sido tentativamente ubicados como sigue:

TIP No. 1: ML-400, altura 950m TIP No. 2: ML-600, altura 900 m TIP No. 3: ML-2240, altura 840 m TIP No. 4: ML-2540, altura 780 m

y tubo Clase IV: ML-870 (elev. 840 m) - ML-1720 (altura 840 m). Ahora, la tuberia sera disenada, tramo por tramo, comenzando desde la

fuente.

Primer tramo (Fuente - toma No. 1 )

Caudal de diseno = 1.35 LPS (flujo por 6 tomas) Longitud de tuberias: 380 - O =380 metros 1000m (altura de LGH a fuente) -955m (altura de toma No. 1) -15m (caida residual deseada toma No. 1)

30m PERDIDA DE CAlDA (FRICCION) DESEADA

Perdida de caida deseada = (30/380) x 100o/o = 7.890/0 (factor perdida tramo de tuber ia de carga por

friccion deseada)

Al consultar la Tabla de Perdida de caida por friccion PAD (al final de este manual) vemos que, para un caudal de 1.35 LPS, el factor de perdida de caida de un tubo PAD de 32mm es demasiado elevado (1 8.1 50/0) mientras que el del tu-

bo PAD de 50mm es demasiada bajo (2.08010). De esta manera, una combinacion de ambos diametros de tubo es lo que se necesita para producir exactamen- t e l a perdida de caida deseada. Los C ~ ~ C U ~ O S * nos indican que se necesitan las siguientes longitudes:

243 m de PAD 50mm. a 2.08010 crea 5m. de perdida de caida 137m de PAD 32mm. a 18.15010 crea 25m. de perdida de caida

30m. Total perdida de carga

Elev. de LGH a toma No. 1 =970 m

Segundo tramo (toma No. 1 - TIP No. 1 )

Caudal de diseno = 1.125 LPS (caudal por 5 tomas) Longitud de tuberia: 400 - 380 = 20 metros

970m (altura de LGH toma No. 1) -950m (altura de TIP No. 1) -10rn (caida residual deseada TIP No. 1)

10m. PERDIDA DE CAIDA FRlCClONAL DESEAGA

10120 x IOOoIo = 50010 (factor perdida de caida friccional deseada)

Al consultar l a tabla de perdidas de caida, vemos que no se da factor alguno para este caudal en e l tubo PAD de 20mm (porque la velocidad podria ser demasiado alta). Por lo tanto, no hay eleccion posible. Usese solamente el tubo PAD de 32mm.

20m. de PAD 32mm. 12.6010 crea 3m. de perdida de caida Caida residual real = 17m. (aceptable)

El TIP No. 1 se debe construir con una valvula de globo en l a descarga, regulada de tal manera que permite exactamente un caudal de 1.125 LPS. Por razon de conveniencia, se puede instalar en la salida del tanque una valvula de compuerta, permitiendo que la tuberia de aguas abajo se cierre sin cortar el caudal de la toma No. 1.

La LGH esta ahora al nivel de la superficie del agua en e l tanque con una altura de 950m.

Tercer tramo (TR No. 1 - TR No. 2)

Caudal de diseno = 1.1 25 LPS Longitud de tuberia: 600 - 400=20Gm

* VBase la Seccibn 8-5 para tener un ejemplo de calculo de combinacibn de tubos.

Ya que no hay conexiones a lo largo de este tramo, no hay razon por la cual el tubo fluya completamente lleno. Seleccionar e l tamano mas pequefio que permitira pasar al caudal que ha sido disenado.

350m. (a!tura de LGH B I No. 1) -900m. (altura de TIP No. 2)

Om. (CR a TIP No. 2 deseado)

50m. PERDIDA DE CAIDA MAXIMA PERMITIDA

501200 x 100oIo = 25010 factor de friccion maximo permitido

El tubo mas pequeno es el de 32mm PAD que tiene un fa&or de friccion menor que 25010; por lo tanto, esta es la medida de tubo que se debe usar. Ya que no hay necesidad de mantener presion en [a tuberia, el tubo puede descar- gar libremente dentro del TIP No. 2. La gravedad drenara e l conducto mas rapido de lo que lo llena, asi no fluira completamente.

, Cuarto tramo (TIP No. 2 - toma No, 2)

Caudal de diseno = 1.125 LPS Longitud de tuberia: 1980 - 600 = 1380m. (incluyendo

850m de la Clase IV) 900m (aitura de LGH TIP No. 2)

-872m (altura de toma No. 2) -7m (minima CR deseada a toma No. 2 )

21m PERDIDA DE CAIDA MAXIMA DESEADA

2 l/ l38O x 100o/o = 1.52010 factor de friccion deseado

Este tramo requerira un tubo de 530m de Clase III y otro tubo de 850m de Clase IV. Una vez mas, es necesaria una combinacion de diametros de tubos. El tubo PAD de 50mm Clase III, sera usado para la longitud total de la Clase III:

530m de 50mm PAD a 1.4010 crea 7m de perdida de caida (Por lo tanto solo queda 14m de perdida de caida admisible) La combinacion apropiada de tubos de Clase IV es:

567 m de PAD 50mm a 2.120/0 crean 12m de perdida de caida 283m de PAD 63mm a 0.700/0 crean 2m de caida -

14m de perdida de caida total

De esta manera el arreglo para l a extension completa del tubo es:

270m de tubo PAD de Clase III, 50mm 567m de tubo PAD de Clase IV, 50mm

283m de tubo PAD de Clase IV, 63mm 260m de tubo PAD de Clase I 1 1, 50mm Altura de LGH en toma No. 2 = 879111.

Hay un punto de limpieza en el fondo del perfil-U, puesto que es un punto bajo principal en el sistema, y no hay un tanque reservorio que permita que ocurra la sedimentacion. La presencia de un punto de limpieza no afecta el perfil hidraulico del sistema (excepto cuando e l punto esta abierto).

Quinto tramo (toma No. 2 - TIP No; 3)

Caudal de diseno = 0.90 LPS (caudal para 4 tomas) Longitud de tuber ia: 2240 - 1980 = 260m

879m (altura de LGH en toma No. 2) -840m (altura en TIP No. 3) -1Om (CRenTRNo.3deseada)

29m PERDIDA DE CAlDA DESEADA 291260 x 100oIo = 11.20/0 factor de friccion deseado

La iinica medida de tubo PAD que da un factor de friccion cercano, es 32mm.

260m de PAD de 32mm a 8.9010 crean 23m de perdida de caida Caida residual presente = 16m (aceptable)

El TIP No. 3 debe tener una valvula de globo en la descarga, de manera que se consiga e i caudal deseado exacto de 0.9 LPS. Se puede instalar una valvula de compuerta en l a salida para cortar e l flujo de aguas abajo sin afectar !as tomas que estan aguas arriba.

Altura de LGH a TIP No. 3 = 840m

Sexto tramo (torna No. 3 - TIP No. 31

Caudai de diseno: 0.90 LPS Longitud de tubo: 2330 = 2240 = 90rn

840 m (alt. de LGH en TIP No. 3) -828 m (alt. de toma No. 3)

-7 m,(CR minima permisible en toma No. 3) - 5 m PERDIDA DE CAIDA MAXIMA PERMISIBLE

5/90 x 100olo = 5.56010 factor For friccion maximo permisible

Para este flujo se debe usar tubo PAD de 50mm: 90m de PAD 50mm a 0.99010 crean 1 metro de perdida de caida

Caida residual real = 1 l m (aceptable) 'Altura de LGH en toma No. 3 = 839m

Septimo tramo (toma No. 3 - TIP No. 4)

Caudal de diseno: 0.675 LPS (caudal para 3 llaves) Tramo de tuberia: 2540 - 2330 = 21 0m 839m (alt. LGH en toma No. 3)

-780m (alt. de TIP No. 4) -lOm (CR en TIP No. 4 deseada) -

49m PERDIDA DE CAIDA DESEADA

491210 x IOOo/o = 23.330/0 factor de friccion deseado.

Nuevamente, no hay eleccion sino el uso de PAD de 32mm

210 m de PAD de32mm a 5.3010 crean 1 l m de perdida de caida. Caida residual real = 48m (aceptable)

Esta caida residual se esta acercando mas al limite maximo permisible de S6 metros. Las caidas residuales altas aumentan e l desgaste y malogran las valvulas de control, reduciendo su tiempo de vida y requiriendo reemplazos mas fre- ', cuentes.

Alt. de LGH en TIP No. 4 = 780rn

Octavo tramo (TIP No. 4 - torna No. 4)

Caudal de diseno: 0.675 LPS Longitud de tubo: 2740 - 2540 = 200m

780m (alt. de LGH en TIP No. 4) -744m (alt. de toma No. 4) -15m (CR en toma No. 4 deseada) -


211200 x 100o/o = 10.5010 factor de friccion deseado

Nuevamente, no hay eleccion alguna sino solamente PAD de 32 mm. 200 mts. de PADde 32mm a 5.3010. crean 1 ?m de perdida de caida Caida residual real =25 m (aceptable)

Alt. de LGH en toma No. 4 = 769 m

Noveno tramo (toma No. 4 - toma No. 5)

Caudal de diseno: 0.45 LPS Longitud de tuberia: 2860 -- 2740= 120m

769m ialt. de I G H en toma No. 4) -726m (alt. de toma No. 51 -1 5m (CR en toma No. 5 deseada)


2811 20 x 100oIo = 23.33010 factor de friccion deseado

Se tiene que usar una combinacion de diametros de tubo PAD de 32 mm y 20mm:

67m de PAD de 20mm a 413010, crean 27m de perdida de caida 53m de PAD de 32mm a 2.56010, crean I m de pirdida de caida

Caida residual real = 15m !Perfecto! Alt. de LGH en toma No. 5 = 741 m

Decimo tramo (toma No. 5 - toma No, 6)

Caudal de disefio: 0.225 LPS Longitud de tuberia: 3280 - 2860= 420m

741m (alt. de LGH en toma No. 5) -700m (alt. de toma No. 5) -1 51-17 (CR en toma No. 6 deseada)

26m (PERDIDA DE CAlDA DESEADA

261420 x 100o/o = 6.2010 factor de friccion deseada

Se necesita una combinacion de PAD de 32mm y de 20mm: 21 8m de PAD de 32mm a 0.78010, crean 2m de perdida de caida. 202m de PAD de 20mm a 12.0010, crean 24m de perdida,de caida.

Caida residual real = 15m !perfecto!

En este ultimo tramo se puede ver en e l perfil que la parte final de 16m de tubo PAD de 23mm. quedara expuesta a una presion estatica mayor que 60m. Sin embargo, l a presion estatica maxima de este tubo seria solo de aproximadamente 66m, lo cual es una cantidad tolerable. Aun asi, el disenador puede usar solo PAD de 32mm Clase IV, parcial o totalmente en este tramo, o instalar otro tanque interruptor de presion. Si el disenador no tiene seguridad debe consultar con el ingeniero regional DDL.

Verificacion final:

Una vez que el disenador haya terminado, tentativamente, de seleccionar todos los diametros de tubos, debera volver al diseno para verificar que no haya ningun punto en el que las presiones que estan debajo de las condiciones estaticas sean excesivas. Cuando haya hecho esto, marcara con tinta las ubicaciones

definitivas de la LGH y de los tanques, consiguiendo luego que el diseno sea aprobado por e l ingeniero regional DDL.

8.4 Ejemplo de diseno: Ramal

La figura 8-5 ilustra un perfil de ejemplo de un ramal con dos tomas (sin relacion con el ejemplo de diseno de la figura 8-4). En este ejemplo, el conducto principal ya ha sido disenado, de manera que se conoce ya la presion residual del ramal, como tambien e l nivel estatico.

RAMAL C -0NGITUD DE TUBO ( M ) .

FIGURA 8-5 EJEMPLO DE DISENO: RAMAL

Ramal "C". Primer tramo (punto B' - to.ma No. 8)

Caudal de diseno: 0.45 LPS (flujo para dos tomas) Longitud de tuberia: 72 -- O = 72 metros

$39m (alt. de LGH en punto B') -81 1m (alt. de toma No. 8) -15m (CR en toma No. 8 deseada)

13 mts. PERDIDA DE CAlDA DESEADA

13/72 x 1000/o = 18.10/0 factor de friccian deseado

Se necesita una combinacion de tubos PAD de 32mm y 20mm:

42m de PAD de 32mm a 2.56010 crean l m de perdida de caida 30m de PAD de 20mm a 40010, crean 12m de perdida de caida

Caida residual real = 15m iperfecto! Alt. de LGH = 826m

Ramal "'C". Segundo tramo (toma No. 8 - toma No. 9)

Caudal de diseno: 0.225 LPS Longitud de tuberia: 220 - 72 = 148m

826m talt. de LGH en toma No. 8) -777m (alt. de toma No. 9) -1 5m (CR en toma No. 9 deseada) -

34m PERDIDA DE CAlDA DESEADA

341148 x 100010 = 23.00/0 factor de friccibn deseado La unica eleccibn posible es PAD de 20mm: 148m de PAD de 20mm a 12010, crean 18m de perdida de caida

Caida residual real = 31m (aceptable)

La comprobacion final de la presion para condiciones estaticas indican que ninguna presion excede los rangos de presion de los tubos. Si ta l cosa llegara a presentar, se tendria que trasladar el tanque limitador de presion No. 2 hacia abajo del conducto principal (y de esta manera habria que disefiar nuevamente el conducto principal) o habria que instalar un tanque limitador de presion a lo largo del ramal mismo.

8.5 Ejemplo de diseno: Conductos de recoleccion

No es, poco comun tener un sistema en el cual se deben combinar varias fuentes de abastecimiento pequenas para obtener un caudal con rendimiento admisible suficiente. En estos casos resulta mas facil juntar cada fuente individual en un punto de recoleccion comun o en un tanque de sedimentacion. Este tanque, actua naturalmente como un punto limitador de presion y la LGH tendria que ser trazada como tal. Si las fuentes estuviesen a distintos niveles, no habria problema de interferencia hidraulica entre las fuentes.

Sin embargo, no siempre es posible instalar t a l lirnitador de presion. En tates casos las fuentes de abastecimientos se juntan en forma directa al conducto principal, ta l como se ilustra a continuacion en la figura 8-6.

Con este tipo de union, s i las fuentes estan en diferentes niveles es posible que la presion de una de ellas interfiera con el flujo de la otra.

CARGA RESIDUAL EN EMPALME

PUNTO DE EMPALME (NO HAY TANQUE PARA

LIMITAR PRESION)

FIGURA 8-6 EJEMPLO DE DISENO: LINEAS DE RECOLECCION

El principio de unir correctamente las fuentes en un punto comun, esta en darse cuenta que el caudal que proviene de cada fuente sera tal que habra solamente una presion residual posible en la union. Por ello es necesario disenar los conductos de abastecimiento de manera que todos ellos converjan en una presion residual comun en la union.

Procedimiento: Trace la LGH partiendo de una fuente unica hasta la union. Luego seleccione los otros diametros de tubo de las otras fuentes, de manera que, para obtener el caudal deseado que debera salir de cada fuente, todas las LGH intercepten la LGH de la primera fuente: esto es, que todas ellas tengan una presion residual igual. A partir de dicho punto, continue trazando la LGH para el conducto principal usando el total de caudales.

8.6 Ejemplo de diseno: Combinacion de calibre de tubo

Cuando se disene una seccion de tuberia, puede no haber un calibre unico de tubo disponible que de el factor perdida de caida por friccion deseado. En este caso se usara una combinacion de calibres de tubo: Un tubo que sea "demasiado pequeno" y uno que sea "demasiado grande". Las longitudes de cada

tubo deben ser suficientes como pira que la suma de las perdidas de caida de cada uno sea igual a la perdida de caida total deseada. Vease l a figura 8-7.

DECLIVE DE FRlCClON DE TUBO MAS GRANDE i

1 (PERDIDP DE CARG,

p DESEAD4 METROS)

FIGURA 8-7

EJEMPLO DE DISENO: COMBlNAClON DE CALIBRE DE TUBO

Considerando que la longitud total de la tuberia, e l caudal de diseno y las perdidas de caida deseadas, son todos conocidos, los tramos de los dos diametros de tubo se pueden determinar mediante la siguiente ecuacion:

X = fOOH - (FI x L l Donde: H = perdida de caida deseada (m) Fs - FI L = longitud total de tuberia (m1

X = longitud de la tuberia de calibre pequeno (m)

FI = factor de friccion del tubo de calibre grande P/o1

Fs= factor de friccion del tubo de calibre pequeno (010)

Cuando se ha calculado el tramo de tubo de calibre mas pequeno, se sustrae entonces de la longitud total del tubo para determinar la longitud del tubo de ca libre mas grande. Ver apendice tecnico C que trata l a deduccion de la formula arriba mencionada.

8.7 Ejemplo de diseno: Presion residual excesiva

Puede haber un sistema donde la presion residual en el punto de descarga sea excesivamente alta (es decir, mayor de 56m). Esto puede particularmente i c e - der en los puntos de toma ubicados en posiciones tales como las que se ilustran en la figura 8-8.

NTOS DONDE LA CAR ESIDUAL PARA ESTAS AE ES INACEPTABLEM

I FIGURA 8 8 EJEMPLOS DE CARGAS RESIDUA-LES ALTAS EN TOI'dAs

En tales casos es posible instalar un dispositivo que pueda crear perdidas de friccion altas en solamente un tramo corto & l a tuberia. Esta clase de dikisor de friccion se puede fabricar en campo con facilidad, usando tubo PAD y acoplamientos. En l a siguiente pagina se muestra un diseno.

PAD 20 MM7 -c;-PAD 50MM @ 5CM TPAD 32 M M (a 1OCM

IRIFICIO FUNDIDO A TRAVES CASQUILLO DE EXTREMO PAD 32MM

[E CASQUILLO DE EXTREMO ,---f'AD 20MM88CM ON UN CLAVO CALIENTE

PERDIDA DE CAJA APROXIMADA DONDE H = PERDIDA DE CARGA IM)

9 = FLUJO (LPS)

FIGURA 8-9 DIFUSOR DE FRlCCiON

El orificio en la capsula exlre- ma se hace usando un clava caliente de 3". Para un caudal de 0.225 LPS este difusor creara aproximadamen- t e 20-25 metros de perdida de caida. Agregandole mas huecos dismi- nuye la perdida de carga; s i la perdida de carga de un difusor unico no es suficiente, agreguese un segundo difusor. La seccion del tubo debe ser de PAD Clase I V en los casos en que e! difusor v a a estar sometido a una presion estatica superior a 60m de carga.

E l difusor se instala justo aguas ar i iba de l a conexion, tal coino se ve en la figura 8-10:

VEase el apendice tecnico D para los detalles de como calcular las perdidas de caida a traves de un orificio, para disenar difusores de friccion similares.

8.8 Procedimiento tabulado

En la figura 8-1 1 se ilustra un formato para procedimiento tabulado desarrollado por DDL para organizar el diseno de una tuberia. El formato que presentamos ayudara a que no se confundan las dfiferentes numeros y permitira uria planificacion precisa de l a tuberia en cada tramo.

Sin embargo, este procedimiento no esta libre de falla. Es necesario trazar las LGH sobre el perfil grafico, para determinar que las presiones y las presiones residuales estan dentro de los limites permisibles en todos los puntos en la extension.

FIGURA 8-1 1 EJEMPLU DE DISENO TABULADO

9. DISENO DEL SlSTEMA Y PRESUPUESTO

Una vez que el perfil ha sido trazado y se han aprobado los calibres defini- tivos de la tuberia, e l disenador ingresara a la siguiente fase de planificacion del proyecto: El diseno extenso de los componentes del sistema (tales como: bocatomas, tanques reservorios, tanques limitadores de presion, conexiones, etc.) y la preparacion de un presupuesto al detalle de materiales, mano de obra y di- nero que se necesitara para implantar el proyecto.

En el pasado, la mayoria de los proyectos SAC en ~epal, han sido analiza- dos, disenados y construidos por la misma persona. Esto ha significado una manera bastante informal de disenar un sistema y puesto que el director real de l a construccion estaba intimamente familiarizado con l a manera de pensar del disenador, los planos detallados no eran tan necesarios mientras el conservaba las notas y los calculos preliminares del diseno.

Sin embargo en la actualidad en Nepal hay una tendencia cada vez mayor para que e l diseno terminado del proyecto no sea encomendado a l a persona que dirija su construccion. En estos casos, el director de obra no puede cumplir su cometido solo con unos estimados y unas cuantas anotaciones en un formato con el cual no esta familiarizado. Ahora se requiere que los.disenadores sean mas profesionales y que sus disenos sean mas detallados para que una persona no familiarizada con el proyecto pueda hacerse cargo de el sin perder informacion. Salvo que el disenador especificamente detalle como tiene que ser construido el sistema, el contratista no podra construir un sistema obedeciendo a los materiales y presupuesto de costo del disenador.

Debido a que se van incrementando los conocimientos y las experiencias muy pronto el DDL estara capacitado para crear disenos estandarizados para l a mayoria de los componentes de un sistema. Estos disenos estandarizados deta- llaran las especificaciones de planos, requisitos de materiales, presupuestos de mano de obra, etc. y reduciran notoriamente la tarea del disenador. Sin embargo, hay ciertos componentes del sistema como son: las bocatomas que fendran

siempre que obedecer a necesidades individuales del sistema siendo su "diseno- de-acuerdo-al-cliente". Por lo tanto, se sigue necesitando que e l disenador desa- rroile una tecnica profesional clara de manera que sus ideas puedan ser trasmiti- das al constructor o capataz.

9.2 Tecnica del diseno

Es responsabilidad del disenador preparar un registro completo de sus disenos para el sistema, los que pueden entregarse al director de obra. Este registro debera incluir dibujo, calculos, y estimado para cada componente individual del sistema. Con estos registros el capataz estara en condiciones de comparar los requisitos reales de construccion contra los estimados, y modificarlos concordan- temente. Si surgen problemas inesperados durante l a construccion, el capataz podra juzgar exactamente que nuevos materiales necesita para solucionar los problemas.

Tal vez la mejor manera de conservar todas las anotaciones y calculos del proyecto en un solo sitio sed. un pequeno libro o cuadernillo de ejercicios del tipo comuninente usado por los estudiantes. El disenador debera dividir este cuaderno en secciones, cada seccion dedicada exclusivamente a un componente unico de sistema. La seccion final sera para totalizar todos los materiales, mano de obra y costos.

Cada seccion de cuadernillo debera contener l a informacion presentada en las siguientes discusiones.

9.3 Seccion de tuberia

Esta se subdivide en conducto principal, ramales, lineas de tomas, etc. Ha- bra un registro de todos los calibres y tramos de tubo, tanto FG como PAD: todos los aditamentos (Ts, codos, reductores, uniones, etc.), puntos de limpieza y purgadores de aire. Valvulas de control y cajas de valvula. Un plano principal burdo de la tuberia. Calculos de la linea de zanjas (volumen y mano de obra en la excavacion). Herramientas requeridas. Ver la figura 9-1 para un estimado de muestra.

9.4 Seccion de bocatoma

Dibujos de cada area de fuente mostrando la ubicacion de las estructuras. Dibujos preliminares de cada estructura (como bocatomai, tanque de recoleccion, etc.). Calculo de la construccion (volumenes de excavaciones, arena, cemento, grava, roca, ladrillo, pizarra, etc.). Mano de obra (especializada y no especializada). Diagrama especifico de tubos y valvulas (con longitud y medidas). De- talles de techado. Herramientas necesarias. Instrucciones especiales. Si los trabajos de la bocatoma son particularmente complejos, se debe preparar un plano por separado. Vease figura 9-2.

i 50 x 32 mm reductor 32rnm T (Toma 3) 32mm T (Toma 41

- - 50 x 32mm reductor (b' punto P 32 x 20mm reductor 2 h m T (Toma 5)

EJEMPLO DE ESTIMADOS DE TUBERIA

FIGURA 9-2

EJEMPLO DE CROQUIS DE DISEQO

9.5 Seccion tanque de sedimentacion

Esta seccion solamente se requiere si hay un tanque de sedimentacion. Caudal de diseno, tiempo de detencion, calculos de capacidad. Diseno burdo de plano. Calculos (excavacion, materiales, mano de obra). Detalles especificos de tubos y accesorios. Detalles de techado. Herramientas necesarias. lnstrucciones Especiales. Si es muy grande o muy compleja, se deben preparar planos.

9.6 Seccion tanque limitador de presion

Una subseccion para cada diseno de tanque limitador de presion en el sistema (es decir, albanileria, PAD, valvula de flotacion, etc.). Cada subseccion debera incluir presupuestos para cada diseno individual, y por el numero total de tales disenos. Dibujo basico de cada tipo. Calculos de construcciOn (excavaciones, materiales, mano de obra). Arreglos especificos de tubos y accesorios. De- talles del techado. Herramientas requeridas. lnstrucciones especiales. Vease figura 9-3.

9.7 Seccion tanque reservorio

Esta es la seccion mas importante del cuadernillo de diseno, puesto que ningun otro cornponente unico consumira tanto material y mano de obra. Se necesitan cuidadosos dibujos del diseno (dimensiones de pared, construccion de suelo, arreglos de tubos, techados, etc.). Calculos de construccion (excavacion, mano de obra). Herramientas requeridas. lnstrucciones especiales. Debe- r a prepararse un plano por separado. Para un ejemplo de diseno y un presupues- to, vease el capitulo 14.8.

9.8 Seccion punto de toma

Igual que en el caso de los tanques limitadores de presion, habra una subseccion para cada diseno de punto de toma diferente. Presupuestos para cada diseno individual y para el numero total de tales disenos. Dibujos de cada tipo de punio de toma. Volumenes de cemento, arena grava, ladrillo, roca, pizarra. Mano de obra (especializada y no especializada). Calibres de tubo, longitudes y accesorios. Herramientas necesarias. Detalles del drenaje. Vease figura 9-4.

9.9 Seccion de componentes especiales

Para los componentes especiales del sistema: cruzetas suspendidas, cruzetas de baden, caja de valvula de tuberia, difusores de friccion, etc. Por cada uno de estos, se necesitan dibujos detallados y estimados.

- Albdi ler ia p~edra(@ 1. 4 E ,tiniados por un solo tanque

VOLUMEN DE ALBANILERIA

Q 3 . o 2 . 0 . b = 0.03b m' 0 3 ~ 0 3 . o + = 0 . 0 0 3 ~ ~

a,(\-\ .,O z .0.b5)= o s 3 20

FiGURA 9-3 EJEMPLO DE CALCULOS DE ALBANILERIA

I t r m A Union debonce FGIPAD lK2" 20 m m (3 por

ounto de toma, ,+

N~ple de FG 1/1 (2 por punto B V&vula de globo de 117'

Tubo FG de 112" @ 40 cm' C Codosde FG 112" 12por punto

Tubp FG de 1/2"@ 150 cm4 Tubo FG de 112" @ 50cm9

0 Manguito FG de 112" E Grifo de bronce 112"

3 4

( " Todos los tubos FG enroscados en ambos extrenlosl

PUNTOS DE TOMA No. 1 - No. 4

FIGURA 9 4

EJEMPLO TUBO FG: ARREGLO Y ESTIMADO

9.10 Seccion lista de herramientas

Aqui se incluye cada tipo de herramienta que tiene que ser suministrada (es decir, traida al campo) para trabajo en e l sistema. Cantidad de cada herramienta. Remitase a la TABLA DE REFERENCIA 111 y a l final de este manual para ver la l is ta de herramientas recomendadas.

9.11 Estimados totales

Total de materiales: Subdividido en dos listas: todos los materiales que se suministran localmente (arena, piedra, pizarra, etc.) y todos los materiales que se traen (provistos por el gobierno y por UNICEF). Precio unita.rio, y costo total por unidad.

Acarreo: Una vez que se ha determinado la cantidad de materiales, hay que calcular los detalles logisticos: numero de viajes de acarreo, costo por viaje, costo total de acarreo. Cuanto paga el gobierno y cuanto se acarrea voluntaria- mente (esto lo determina l a politica de DDL, y hay que discutirlo con el inge niero regional).

Mano de Obra total: Total de horas hombre en trabajo especializado, sa- larios y total de costo de mano de obra especializada, total de horas-hombre no especializado, jornales equivalentes (es decir la mitad del salario de labor especializada), y costo equivalente total.

Costo total del proyecto: Costo total de materiales, acarreo y ambas la- bores, l a especializada y l a no especializada.

Contribuciones: Una lista separada de todos los materiales y costos con que contribuyen el gobierno, UNICEF y los comuneros.

9.12 Resumen

Una vez mas tenemos que remarcar que el disenador debera ser muy cuidadoso en l a preparacion de anotaciones correctas y claras de sus disenos, de manera que el capataz pueda facilmente entender como se ha visualizado el proyecto.

Cada una de las secciones que arriba mencionamos se discutiran individualmente en algunos de los siguientes capitulos, de manera de poder tener una mejor idea de los materiales requeridos. Se puede encontrar una tabla de presupues- to en el rubro TABLA DE REFERENCIA VI1 al final de este manual.

10. CONSTRUCCION DE TUBERIA

10.1 Introduccion

Probablemente ninguna otra etapa del proyecto SAC consuma tanto trabajo, ni presente tantas dificultades, como la construccion de l a tuberia. El terreno dificil, cosa muy comun en las areas rurales, escarpadas de Nepal, puede prolongar esta etapa, mucho mas tiempo de lo esperado, haciendo sin lugar a du- das que decaiga el entusiasmo de los comuneros, quienes a su vez, pueden prolongar el trabajo mas de lo necesario. Motivar a l a comunidad es e l aspecto principal de la tarea encomendada al supervisor.

Es importante, entonces, que el tendido de tuberia se haga correctamente desde el inicio puesto que no hay nada mas desalentador que tener que localizar bloqueos internos ocasionados por e l descuido, o volver a acoplar un tubo ya enterrado, o tener que volver a excavar una zanja por problemas de erosion que pu- dieron haberse evitado.

Aunque los problemas que mencionamos no son totalmente evitables, si es posible reducirlos al minimo. En este capitulo trataremos los procedimientos tecnicos correctos para la construccion de l a tuberia, y tambien discutiremos algunos problemas tipicos con los cuales han tenido que enfrentarse supervisores experimentados de SAC en Nepal y la forma como han superado estas dificultades.

10.2 Organizacion del proyecto

En la mayoria de los proyectos, especialmente donde un sistema de agua es extremadamente necesario, los comuneros estaran rapidamente dispuestos a or- ganizarse en una fuerza laboral, dividir las responsabilidades y trabajar eilos mismos. No es necesario que el supervisor se comprometa con registros de contabili- dad y distribucion de horarios (exceptos para el trabajo especializado) ya que los miembros de la comunidad pueden hacer esto mejor ellos mismos. Tambien es mejor que ellos mismos decidan la distribucion del trabajo y la responsabilidad

que toca a cada uno de ellos puesto que as i actuaran de acuerdo con s u propias costumbres sociales y procedimientos establecidos. Tal vez los resultados pueden dejar de parecer precisamente equitativos al supervisor (especialmente si no es ct iundo de Nepal) pero lo que importa es que toda la comunidad est6 contenta y de acuerdo con las decisiones.

El punto en el cual el supervisor debera ejercer su influencia es en la planificacion del programa de construccion general, preguntandose, es la seccion del proyecto por l a cual hay que empezar o cual hay que dejar para el final?

Algunos supervisores experimentados en Nepal han hecho ciertas observa- ciones y recomendaciones:

El papel del supervisor debera ser e l de un consultor tecnico, que ayuda a los comuneros en l a construccion del sistema. Durante los primeros dias de tra bajo es natural que tino de ellos surja como capataz, en aptitud de entender las necesidades del supervisor y en capacidad de influir y dirigir a los trabajadores del lugar. En unos cuantos dias este capataz estara totalmente capacitado para dirigir la rutina de excavacion de zanja, permitiendo que el supervisor inicie el trabajo de albanileria, etc.

Habra un gran entusiasmo de los trabajadores durante los primeros dias o semanas de excavacion. La fuerza laboral durante esta etapa nunca sera mas grande ni los comuneros volveran a trabajar tan arduamente. Es el mejor momen- to para acometer la parte mas dificil de l a linea de excavacion de zanja. Hay que tratar de evitar todo lo que signifique dilatar e l promedio de trabajo (como falta de materiales, o programacion de trabajo en vispera de feriados, etc.).

Asentar el tubo continuamente tanto como sea posible, sera siempre lo mejor. Muchas veces al dejar pasar e l tiempo las lluvias llenan las zanjas abiertas, obligando a limpiarlas nuevamente antes de asentar el tubo. La excavacion de la zanja se puede hacer de manera que se vaya asentando un tubo cada vez y luego enterrarlo de inmediato. Un promedio estable para el termino de la tuberia mantiene alto e l entusiasmo.

La distribucion del trabajo por lo general demanda que cada poblador, ama de casa o custodio, sea responsable de excavar determinado tramo del conducto principal, asi como el total de su propio ramal en particular o sus lineas de toma. Si fuera posible, consiga que l a comunidad integra excave el primer conducto principal, antes de distribuir las secciones individuales de excavacion para las tuberias.

Desde el comienzo de las obras se deben establecer normas y procedimientos que se deberan seguir. Conseguir que la excavacion de la zanja tenga

l a debida profundidad es mas facil si el supervisor insiste en que asi sea antes de asentar en ella cualquier tubo. Una vez que se ha establecido la rutina y se ha mantenido firmemente, los problemas del futuro seran menores.

La comunicacion con los comuneros es muy importante. El supervisor no solamente debe explicar lo que hay que hacer, sino tambien por que se debe hacer. Una vez que los comuneros escuchen las razones, estaran mucho mas motivados para hacer el trabajo correctamente, puesto que hacerlo representa sus propios intereses. No es suficiente que solo unos cuantos lideres lo sepan o que el capataz lo sepa: el trabajador tipico promedio, tambien debe conocerlo. Cuando se trata de un supervisor que no es de Nepal, existe una barrera considerable de lenguaje y de cultura que tendra que ser superada, pero el esfuerzo vale l a pena. Como una ayuda sobre esto remitase a l a figura 10-1 que presentamos en espanol y nepalino.

10.3 Trabajos de zanja

La profundidad correcta de l a zanja debe ser de un metro (100 cm). No hay un ancho especifico necesario (en l a practica, el ancho de la zanja estara determinado por la medida de la excavadora, aproximadamente 40 cm). Los fabricantes de tubo PAD insisten en que e l lapso de vida del tubo, cuando esta correctamente unido, enterrado y no esta sujeto a presiones que sobrepasan su rango de presion, es de 50 anos.

Cuando el tubo esta enterrado a un metro de profundidad, esta adecuadamente protegido contra el peso (y cascos puntiagudos) de animales pesados que caminan encima, esta bastante debajo de l a profundidad a que llegan los arados de los campesinos de Nepal (aproxinladamente 10 cm); esta aislado contra temperaturas de congelamiento, y tiene bastante sobresuelo (cubierta de tierra) para evitar la erosion durante el lapso de vida del sistema. Todo esto se discute en la figura 10.1.

Lo ideal seria que l a tuberia siga la misma ruta por la que se llevo a cabo la inspeccion original. Sin embargo, muchas veces se tiene que hacer desvios porque hay areas rocosas insalvables, terrenos erosionables o debido a que se hizo un estudio original a lo largo de una ruta no practica. Cuando esta correc- cion de ruta sea indispensable el disenador debera volver a estudiar el nuevo tramo para determinar como se afectara la LGH del sistema y para ver si hay necesidad de tubos adicionales.

Debemos enterrar el tubo bajo tierra para protegerlo contra los animales pesados que pueden caminar por encima y evitar que el tubo se dane o rompa. Si el tubo esta correctamente enterrado, un rne- tro (tres pies)) bajo tierra, estara protegido por los siguientes 25 anos. Si no esta enterrado adecuadamente, entonces se rompera pronto y el agua no llegara a las conexiones. Es mejor enterrar bien el tubo ahora, que tener que construir un sistema completamente nuevo despues de 5 o 10 anos.

Nosotros excavaremos y enterraremos la tuberia en tramos de 200 m cada vez. A cada trabajador se le asignara la excavacion de un tramo de 3 m (10 pies), el cual debera excavar hasta una profundidad correcta. No deben haber rocas filudas en l a zanja porque estas pueden cortar el tubo de plastico.

Cuando l a longitud total de la zanja este lista nosotros uniremos el tubo nuevo al viejo, luego lo pondremos en la zanja y lo enterrare mos. Para enterrar el tubo solo se debe usar tierra, para cubrirlo por completo. No hay que emplear troncos, hojas o ramas de arbol. En el tope de la zanja se deben poner pedrones.

Las palas, martillos y picos suministrados por el gobierno no son de propiedad personal de individuo alguno, sino que pertenecen al proyecto. Estas herramientas se deben traer al trabajo cada dia. Cuando se esta excavando la zanja, si se encuentra una roca grande entonces estas herramientas deben ser compartidas. Los trabajadores haran turnos martillando la roca hasta poder retirarla. y entonces las herramientas pasaran al lugar donde se requiera retirar otra roca.

La tuberia debe mantener lo mas alejada posible de puntos erosionables: zonas de huaycos, hondonadas, riachuelos o riberas de rio, etc. Cuando a l pasar a traves de un terraplen hay que mantener l a zanja en la parte "interna" (lo mas cerca posible a su espalda) y cuando hay que cortar la parte plana del terraplen, hay que correr la zanja cruzando diagonatmente esta cara (vease l a figura 10-2). Los caminos de vehiculos motorizados se deben cruzar perpendicularmente y se debe cavar tan profunda como sea posible, hasta 150 cm.

TUBO DEBE ENTERRARSE PROFUNDAMENTE PARA

OTEGERLO DE LOS FLUJOS W I 8 &-B,

" . I ( ~ ' . & 4,. /t. - . -

1 FIGURA 10-2

I TENDIDO DE TUBERIAS A TRAVES DE ANDENES O BANCALES

Cuando se tropiece con algunas secciones de terreno duro, rocoso, no siempre sera posible que la profundidad de la zanja llegue a 100 cm. El supervisor debera tratar de saber que tipo de trafico se espera pase sobre l a tuberia, humano, animal, impleme~tos agricolas, etc.), saber hasta que punto l a seccion sera vulnerable a l a erosion, y partiendo de esta informacion debe decidir s i es adecuada l a cubierta del suelo. Si no es asi, sera necesario sustituir el tubo FG en esa seccion. Teoricamente, el inspector ya ha determinado todos los lugares donde sera necesario el tubo FG, pero hablando practicamente, habran secciones no vi- sibles para los que caminen sobre l a superficie, donde sera necesario el tubo FG adicional.

Al atravesar desprendimientos de tierra, hondonadas y10 riachuelos puede ser necesario una tuberia en suspension. Vease la seccion 10-1 1 y el apendice tecnico E para obtener mayores detalles sobre estos problemas especiales.

La experiencia aconseja excavar la zanja en secciones iguales a la longitud del rollo de tubo que se va a enterrar. A cada trabajador se le asigna un tramo de 3 m de zanja para excavar hasta la pro;undidad que sea correcta (un comune- ro normalmente puede excavar este tramo en suelo blando, facil, en el termino de un dia, o dos dias, s i el suelo es mas dificil). Las hachas-pico y las patas de cabra suministradas por el gobierno, no son propiedad privada de los comuneros sino que tienen que ir y venir a io largo de la zanja para usarlas donde sea necesario.

La zanja tiene que estar libre de rocas filudas que puedan cortar el tubo PAD (el tubo tiende a contraerse despues que ha sido asentado y esto lo puede obligar a retorcerse sobre piedras filudas). Cuando toda l a seccion ha sido excavada, el supervisor tiene que inspeccionar su longitud total antes de permitir que el tubo sea desenrollado y asentado.

10.4 Asentamiento del tubo

El tubo PAD se suministra en rollos de 25-300 metros de longitud, segun sea su medida y clase. El tiibo PAD debera ser cuidadosamente desenrollado, de lo contrario se foi maran enroscamientos que pueder? hacer quebraduras en el tubo, como se ilustra en la figura 10-3. No se debe usar un tubo con incisiones puesto que ya esta consi- derablemente debiiitado en el pun- to de los quiebres. Estas secciones hay que cortarlas aproximadamente 10 crn a cada lado de la incision, y finalmente acoplarlas.

Una manera practica de desenrollar el tubo es suspenderlo utilizando un pedazo de madera y de- senrollarlo paulatinamente, como se ve en la figura 10.4. Las bobinas mas largas se pueden desenrollar al costado de la zanja, y luego cuidadosamente colocarlas en su posicion.

ENROSCANDO TUBO POR DESE^ ROLLARLO INADECUADAMENTE

(IJ M FIGURA 10-4

METuDO ADECUADO DE

DESENROL-LAR EL TUBO

10.5 Union del tubo PAD

El PAD se une mediante la tecnica de soldadura a tope, usando una placa de acero caliente para derretir los extremos del tubo, que !uego se prasi~nan juntos hasta permitir que enfrien. Esto se discute a continuacion en detalle:

Una vez que el tubo ha sido colocado (o en la zanja o proximo a ella) hay que verificar s i no hay un bloqueo interno. Esto se puede hacer llevando el tubo a le boca y soplando con fuerza a traves de el. Si el aire fluye libremente es porque no hay bloqueo total. Pueden ocurrir bloqueos parciales debido a la tierra, piedras o palos que se han metido al interior del tubo*. Una pequena piedreci. ta puede caer por uno de los extremos del tubo y "caminar" a traves de toda su longitud. Su paso tambaleante se oye facilmente y es asi como se localizan los bloqueos. Remitase a l a seccion 10.12 para ver las tecnicas para reducir al minimo estos bloque~os.

Cuando ya se ha inspeccionado el tubo y se han limpiado los bloqueos, esta preparado para la union, como sigue:

1) Los extremos del tubo se cortan perpendicularmente con una sierra corta metales y se nivelan con una lima plana. Se puede usar entonces una cu- chilla de bolsillo para recortar las rebarbas de plastico. Los extremos de los tubos ya preparados deben limpiarse y suavizarse y luego estos dos extremos se comparan entre si para que coincidan, sin que puedan haber luces de mas de 1 milimetro.

2) El equipo que trabaja en la union del tubo tiene que hacer una practica previa antes de calentar la placa de manera que esten familiarizados con los movimientos necesarios para hacer esa union especifica. Cuando realizan la ver- dadera union, una persona tiene que estar ubicada de manera que pueda infor- mar como va e l trabajo en la parte de abajo del tubo a medida que se va derri- tiendo. Tambien puede ayudar un espejo de bolsillo.

3) La temperatura de la pla~a caliente es crucial, 2200C en ambos lados de !a placa. Para determinar esto, se puede usar un crayon termo-cromatico blanco para hacer una pequena marca en la placa caliente. Esta marca tiene Que convertirse de blanca en marron en solo dos segundos. Una placa mas caliente conver. tira la marca a marron mucho mas rapido, y una placa mas f r i a demorara mas (o e! color no cambiara de manera alguna). Una placa demasiado caliente solo derretira el plastico que toca, sin que el calor llegue profundamente al interior

" Los bloqueos internos mas comunes son originados por tapones de madera que algunos fabricantes de P.AD usan para sellar los extremos de los tuba. Estos tapones algunas veces entran por fuerza deiitro del tubo.

del tubo lo cual es necesario para la fusion homogenea, solo de los dos extremos de tubo. Si !a placa esta demasiado fria no podra derretir suficientemente el plastico. Ambos tipos de uniones serian imperfectas y quebradizas, se rajan o se despegan con facilidad.

4) Cuando la placa de calentamiento esta a la temperatura correcta, se desliza dentro de un sobre de teflon (lo cual evita que el plastico derretido se pegue a la placa caliente). La placa entonces se mantiene entre los dos extremos de tubo que estan firmemente presionados contra ella. Cuando e l tubo esta bastante caliente se formara un reborde de plastico derretido alrededor del perimetro de los extremos del tubo. Este reborde tiene que ser igual y parejo a todo el rededor.

5) Los extremos del tubo seran separados de la placa de calentamiento, la cual hay que sacarla del sitio, para luego juntar los extremos cuidadosamente. Este contacto debe ser parejo y equilibrado, y hacerlo correctamente desde la primera vez; una vez que los extremos derretidos se tocan, ya no pueden ser separados para volver a alinearlos. Los extremos de tubo tienen que ser presionados, juntos, firmemente pero no con demasiada dureza, hasta que la union se haya enfriado al punto de poder tocarla con la mano, sin hacerse dano. Es entonces cuando hay que colocarlo cuidadosamente sobre e l terreno y no mo- verlo ni perturbalo por algunos minutos mas.

6) La union se prueba flexionando vigorosamente y examinandola con la vista. Una union correcta es tan fuerte como el resto del tubo y no se puede rajar ni romper. Si la flexion del tubo es debil no servira a su proposito. Si una union debil se deja pasar y se entierra, puede facilmente rajarse por efecto de las presiones de la tierra y del agua que actuan sobre el tubo una vez que entra en servicio. Es mucho mas facil volver a unir el tubo antes que sea enterrado, asi que hay que probarlo bien.

7) Cuando la union ya se ha probado con exito, hay que asentar totalmente el tubo en la zanja y estirarlo. Una persona puede efectivamente caminar por encima del tubo, aplanandolo dentro de la zanja y examinandolo visualmen- te para ver que no se arrojen piedras que podrian danar el tubo una vez enterrado.

10.6 Relleno

El relleno de la zanja se debe hacer tan pronto como el tubo haya sido asentado, para reducir la exposicion a l sol y a los curiosos del lugar ya que ambas cosas son perjudi-

iales para el tubo. Lo ideal ES que el relleno se cierna y se compacte en capas de 10 cm, pero hablando rea- listamente es dificil conseguir que los comuneros hagan esto. La preo-

cupacion del jefe de rellenos tiene que ser l a de evitar el uso de cualquier materia organica (tal como hojas, palos, ramas, etc.) y evitar que tanto rocas como piedras sean vaciadas directamente sobre la tuberia (luego que el tubo ha sido cubierto con aproximadamente 50 cm, si es permitido e l uso de rocas en el relleno). Debido a que e l relleno tendra la tendencia a asentarse para compensar, l a tierra tiene que ser amontonada por encima de la zanja, como se ve en la figura 10-5.

FIGURA 10-5 ?ELLENO DE ZANJA

La tuberia debe quedar completamente enterrada, excepto por una seccion de tres metros en cada union. Esta seccion donde se encuentra l a union solamente tiene que enterrarse hasta l a mitad, hasta que la tuberia se haya llenado de agua y se le permita permanecer por 24 horas bajo una presion estatica total. De esta manera es muy facil ubicar las uniones que gotean, puesto que el agua se habra filtrado hasta l a superficie durante ese tiempo. Una vez que todas las uniones han sido probadas, recien entonces seran totalmente enterradas.

Cruce de un camino: Cuando la zanja que esta debajo de un camino, esta a 120 cm o mas de profundidad, se puede rellenar normalmente, excepto que el relleno tiene que ser compactado regularmente conforme se va agregando, retirando previamente todas las rocas y piedras grandes.

Cuando la zanja esta entre 100-120 cm de profundidad, el tubo debera asentarse sobre una cama de arena, cubrirse con30 cm mas de arena y despues rellenarse como se indico anteriormente.

Cuando l a zanja tiene menos de 100 cm de profundidad, el tubo debera descansar sobre arena y luego ser cubierto con 20 cm mas de arena. Sobre esto, se vierte una capa de 10 cm de espesor de concreto reforzado (CR). Una vez que la capa haya endurecido, se procedera con el relleno como anteriormente. Remitase al capitulo 19-12 para detalles sobre ias capas CR. En l a figura 10-6 se ilustra un relleno a traves de un camino.

Zanja poco profunda y terraplen: Habra algunas secciones en las cuales no sera posible enterrar la tuberia a profundidad ( s i es que se hace). Si en este tipo de segmentos son de tubo PAD, se requiere hacer un trabajo especial sobre el terreno para dar al tubo una proteccion adecuada. Remitase a l a figura 10-7.

TUSERIA FIGURA 10-6

RELLENO DE CAMINO

!ELLENO REGULAR :OMPACTADO

DECLIVES POCO PRONUNCiADOS

FIGURA 10-7

RELLENO DE DIQUES

Declives empinados: En aquellos sitios donde la zanja cruza un declive empinado, el relleno sera vulnerable a la erosion por e de las lluvias, la cual ira lavando todo el relleno hasta el fondo del declive.' endera la proteccion del relleno revistiendo la zanja con piedras, como se muestra en la figura 10-8.

10.7 Marcas en la tuberia

Dentro de un lapso sorprendentemente corto, desapareceran todos los ves- tigios de la tuberia enterrada, especialmente en aquellos tramos que atraviesan la selva o campos cultivados. Si se necesitara volver a identificar algun punto en particular de l a tuberia, la memoria humana, especialmente despues de algunos anos, no puede mantenerse confiable.

Para ayudar en los esfuerzos de identificacion, hay que marcar el tendido de tubos como senales permanentes en puntos referenciales estrategicos, como se ilustra en la figura 10-9.

RELLENO DE UN DECLIVE 1 EMPINADO

LAS MARCAS SE UBICAN 150 CM A U N LADO DE L A TUBERIA

DE TUBERIA

AMBlO EN DlRECClON

FIGURA 10-9

MARCAS EN L A TUGERIA

Estas marcas deben estar ubicadas exactamente 150 cm a un lado de la tuberia indicando el lado en que esta la tuberiz mediante una muesca hecha

en la marca. Esto se hace porque s i alguna vez se excava para efectuar trabajos de mantenimiento, no es seguro que puedan volver a colocarse en su posicion original exacta.

Estas marcas se deben ubicar en los siguientes puntos estrategicos:

- En todas las derivaciones; - En todas las reducciones (cuando cambia el calibre de tubo); - En los cambios de direccion de la tuberia; - Cada 200 m en terreno despejado a 50 m en selva.

Hay que conservar un registro de cada marca, una copia en poder de los comuneros y otra para el archivo del proyecto DDL.

10.8 Volver a unir el tubo enterrado

Hay circunstancias especiales en que sera necesario excavar una porcion de la tuberia ya sea para reparar una union danada o para ubicar una obstruccion. En tales casos se vuelve una tarea dificil el rejuntar las bocas del tubo. Cuan- do mas grande sea el tubo, mas di- f icil la jornada.

No hay una manera facil de hacer esto. Requiere una buena cantidad de trabajo de excavacion para tener espacio suficiente para que trabaje el equipo que hara la union. En la figura 10-10 se muestra una excavacion estandar. El tamano exacto del area depende del calibre del tubo en el cual se va a trabajar.

El procedimiento fundamental es excavar varios metros desde una boca del tubo, de manera que haya un poco de soltura. Las dos bocas del tubo se cortan con una separacion de aproximadamente 30 cm. Una nueva seccion de tubo

II i l

AREA EXCAVADA

i SUFlClENTEMENTt AMPLIA PARA QUE PUEDA TRABAJAR EL EQUIPO QUE UNE E L TUBO

ESTA LONGITUD DEPENDE DEL CALlSRE DEL TUBO

i FIGURA 10-10 VOLVER A UNIR EL TUBO

ENTERRADO

de aproximadamente 40 cm se tiene 1 que soldar a una de las bocas del

tubo. Cuando ya se ha enfriado y ha sido correctamente probado, hay que flexionar el tubo v unirlo a la otra boca. Si esta union falla, hay todavia suficiente tubo extra, de tal manera que cortando cuida-

. dosamente la union mal hecha. se puede hacer otra union.

Una vez que el tubo se ha vuelto a unir satisfactoriamente, habra que asentarlo y aplanarlo dentro de la zanja lo mas profundo que sea posible volviendo a enterrarlo pero solo parcialmente hasta haber probado las uniones bajo 24 horas de presion estatica.

10.9 Accesorios PAD construidos en campo

Aunque la mayoria de los accesorios PAD estan disponibles normalmente, algunas veces en e l sitio donde se realice el proyecto puede ser que e l supervisor de obra ya no tenga un tipo de accesorio en particular, por haberse agotado. En estos casos, es posible hacer el mismo accesorio usando piezas de tubo PAD. Estos accesorios producidos localmente, si estan bien hechos, resultan tan fuertes como la tuberia normal.

En la seccion 2.4.4 del "Technical Training Manual No. 3" publicado por LDD/UNICEF/SATA hay excelentes diagramas sobre como producir codos, tees, derivaciones angulares y reductores que se hacen con el tubo PAD.

10.10 Tubo de fierro galvanizado (FG)

El tubo de fierro galvanizado (FG) se usa principalmente en los diversos tanques y conexiones del sistema. Sin embargo, tambien se puede usar en la tuberia a lo largo de sectores que estaran sujetos a presiones excesivamente elevadas o donde no seria posible enterrar con propiedad una tuberia PAD.

Los calibres de tubos FG que se usan para los proyectos SAC en Nepal son de 1/2", l", 1 1/2", 2" y 3" ( la medida se refiere al diametro interior). El tubo se suministra en una longitud de hasta 6 m.

Corte: El tubo FG se corta usando una sierra de metal, y los bordes aspe- ros se recortan con una lima plana. Si se usa aceite durante el corte ayudara a prolongar la vida de las hojas de la sierra. Si no hay disponibilidad de aceite de maquina es aceptable como alternativa usar aceite de cocina. Hasta el agua es mejor que nada.

Atarrajado: Esto se hace utilizando tarrajas de tubo regulable. Aunque algunas veces es posible hacer las roscas con un solo corte, se recomienda que estas se hagan mediante una serie de cortes de poca profundidad, regulando el diente matriz para que haga un corte mas profundo cada vez. Esta tecnica prolongara la vida del diente matriz. El aceite lubricante es absolutamente necesario y debera ser usado profusamente.

Aun cuando el tubo ya haya sido cortado y atarrajado en un taller es una practica aconsejabie tener a la mano tarrajas de tubo, diente matriz extra y un tornillo de banco de tubo, fuera de la ubicacion del proyecto puesto que inevi- tablemente se danaran algunas roscas y tendran que ser cortadas de nuevo.

Cuando se cortan las roscas pruebeselas para un acople apropiado usando diversos acoplamientos. A pesar de la "estandarizacion" de los calibres de tubo y roscas, todos los acoplamientos no :e producen iguales y s i todo e l lote de tubo se corta para que se acomode a un acople fallado, entonces habra repeticion excesiva de labor. Pruebe siempre bien las roscas, por lo menos con tres acoples diferentes.

Transporte: Para proteger las roscas durante e l transporte hay que cubrirlas con aceite o grasa y luego enroscarlas a un acople. Las roscas que quedan expuestas cor? seguridad se corroen o danan.

Calafateo: Cuando un acople es atornillado dentro de un tubo FG, es necesario usar algun me?odo para que la conexion roscada sea impermeable, especialmente s i la union va a ser sometida a una presion elevada. Aunque los componentes del calafateado y revestimiento de tubo son utiles, sera tambien efectivo envolver las roscas profusamente con una cuerda fina (como cuerda de cometa o pabilo) y enroscar ajustadamente e l acoplamiento.

Precaucion: Cuando se use una llave Stillson para ajustar los acoplamientos hay que tener cuidado de no enroscar tan ajustadamente que el acoplamiento se rompa. No es necesario enroscar el acoplamiento tan fuertemente como sea posible. Es e l calafateado lo que hace a l a conexion hermetica. No la fuerza bruta.

10.1 1 Probiemas especiales

A lo largo de ciertas porciones de la tuberia, algunas veces es inevitable pasar por terrenos dificiles, como a traves de zonas aluviales, quebradas o riachuelos, etc. Cuando este tipo de ctuces son cortos (menos de 6 metros), usualmente hay pocas dificultade: tecnicas. El uso del tubo FG, bien asegurado, sera normalmente suficiente.

Sin embargo, para tramos mas largos, donde una ruta alternativa de la tuberia no es posible, podria ser necesario usar un cruce siispendido por encima del area inestable. Remitzse al apendice E para una discusion de.estos cruces.

Desprendimientos de tierra: Generalmente, ante un area propensa a las avalanchas no existe alternativa: hay que utilizar un cruce suspendido. Los puntos de anclaje del cruce deben asentarse sobre terreno firme y la tuberia en suspension debe ser lo suficientemente alta para evitar ser golpeadas por deslizamientos o por detritos.

Cruce de hondonadas: Las hondonadas son rutas erosionadas, usualmente en las riberas, que han sido formadas (y agrandadas) por el curso del agua exo- rrentia. Las hondonadas normalmente estan secas en climas en que los dias son claros, pero pueden convertirse en riachuelos semi permanentes durante epocas de lluvia.

En las discusiones con los comuneros se tendra una idea de la extension de estas escorrentias. Las hondonadas angostas y profundas se pueden cruzar con un tramo de tubo FG por encima del fondo de la hondonada, libre del maximo nivel de inundacion y asegurado en las riberas de las hondonadas (similar al ciu- ce que se ilustra en la figura 10-12). Las hondonadas mas anchas tendran que cruzarse con el tubo FG enterrado de l a mejor manera posible, y asegurado en la parte baja usando piedras secas de albanileria o cestones, como se muestra en la figura 10-1 1. Remitase al apendice tenico H para informacion sobre cestones.

Cruzamientos de riachuelos: Los riachuelos angostos se p~eden cruzar de manera similar a las hondonadas angostas, pero se debe prestar adicional atencion a la certeza de que las riberas del riachuelo directamente debajo del punto de cruce, permanezcan estables. Se recomienda l a construccion de muros de contencion con piedra seca de albanileria, o cestones (Remitase al apendice tecnico H). Los riachuelos mas grandes o mas anchos requeriran un cruce en suspension.

En todo caso, la altura de la tuberia debe ser tal que sea suficiente para evitar que sea golpeada por escombros flotantes que pasen rio abajo, especialmente en los niveles de maximo volumen. La ilustracion se presenta en la figura 10-12).

%M. NOMAS D E 4 M

" \"C,

ESTABI LlZAClON D E TERRAPLENES DEBAJO DEL CRUCE

ESTO TAMBIEN PUEDE HACERSE PARA CRUZAR ZANJAS

FIGURA 10-la

CRUCE DE RIACHUELO

10.1 2 Consideraciones importantes

La construccion de la tuberia requiere algo mas que destreza tecnica. El supervisor tiene que estar alerta sobre los problemas humanos que frecuentemente se presentan entre las comunidades de Nepal.

Habra que considerar a los ninos como saboteadores compulsivos del sistema. Aunque no lo hacen deliberadamente, su curiosidad los conduce a ocasionar mucho dano y repeticion de trabajo. Los extremos abiertos de una tuberia, la tuberia expuesta, l a albanileria fresca, todo etlo atraera su atencion, con resui- tados frustrantes.

Los comuneros adultos, especialmente los extrafios que pasan por el lugar, tambidn sentiran curiosidad por e l sistema y pueden causarle dano. Los awpla- mientos expuestos pueden ser robados y algunas veces, hasta secciones de la tuberia misma son extraidos, para llevarselas a otro sitio.

Hay animales pesados, como vacas y bufalos que pueden quebrar o encres- par ei tubo PAD s i pisan directamente encima de el. Tambien las lineas de zanja abierta, especialmente en l a senda de paso del ganado, significan un serio peligro para estos animales, puesto que facilmente pueden tambalear y caer dentro de ella y romperse una pata (algunos animales hasta se han roto el cuello y han quedado muertos, resultando en una perdida muy seria para algunas familias).

Atgunos fabricantes de PAD usan unos tarugos de madera verde (recientemente cortados) para sellar !a boca de tubo de los serpentines. Con e l transcurso del tiempo estos tarugos se secaran, encogerin y se soltaran. Pueden caer hacia afuera o dentro del tubo. Si no se somete a prueba e l serpentin estos tarugos rapidamente se hincharan de agua dentro de la tuberia creando un bloqueo muy apretado, insospechado hasta que el agua empieza a correr. Cuando ta l cosa sucede, podemos considerar como una tarea muy infortunada tener que buscar dentro de una tuberia de varios cientos de metros de largo un pequeno tarugo de madera de solo 10 cm de largo.

La prevencion de estos problemas no es absoluta, pero el supervisor puede tomar algunas medidas practicas para evitar que ocurran. Tendra que hacer que los comuneros comprendan la necesidad que tienen de cuidar el trabajo por lo dificil que es reparar una tuberia danada o taponeada y contar con su colabora- cion para protegerla. Las siguientes sugerencias se basan en experiencias tenidas en Nepal:

1) NUNCA deje el extremo de un tubo abierto ni expuesto, aunque solo sea por una noche. Inmediatamente que los serpentines han sido transportados a la comunidad, el director residente debe sellar toda boca de tubo que no este taponeada. Para este proposito se pueden usar simples tapones, que se cortan de ramas. Se pueden apretujar dentro de la boca del tubo, luego clavarlos firmemente en su lugar con unos cuantos clavos de 112" que se dirigen a traves del tuoo PAD y penetrar e l tapon. Luego e l tapon se corta a ras con el borde del tubo para que no quede nada que manos curiosas puedan coger y torcer. Es especialmente importante hacer esto con un tubo que se deje en l a zanja a l a intemperie durante toda la noche. Es bastante facil y vale l a pena llevar siempre una caja de fosforos llena de claves de 112".

2 ) NUNCA deje la tuberia expuesta en l a zanja. Tan pronto como es asentada, debe ser enterrada, .excepto por un tramo de 3 metros en cada union, el cual sera parcialmente enterrado hasta que l a union haya sido probada bajo presion estatica por 24 horas. Al final de la tuberia, cuando e l trabajo del dia ha terminado, el extremo del tubo tiene que ser taponeado, algunas rocas grandes se apilaran cuidadosamente sobre el tubo y la zanja se llena con arbustos espinosos.

3) Se pueden apilar arbustos espinosos alrededor de estructuras de albanileria fresca, y si fuera necesario, uno o dos comuneros pueden dormir cerca hasta que el cemento se seque y todas las piezas'esten firmemente asentadas en su sitio.

4) No deje expuestas las valvulas de control. Instalelas solaniente despues que la caja de valvulas se haya completado y tenga una tapa segura. Retirando las manijas de valvula se evitara que las esten manoseando.

5) Cuando se estan transportando las bobinas desde el camino principal hasta l a comunidad y desde l a comunidad hasta el lugar de trabajo, hay que ase gurarse que los comuneros no intenten volver a bobinar el tubo a una forma o ta- maAo mas conveniente. Muchas veces esto ha dado por resultado una excesiva cantidad de corrugado en el tubo lo que ocasiona que se pierda buena parte del tubo y el mayor trabajo de tener que reunirlo.

11. TRABAJO DE BOCATOMAS

11.1 Introduccion

El primer punto de flujo de un sistema de agua esta en la fuente, donde el agua se recolecta en una bocatoma y luego se canaliza dentro de l a tuberia. En este capitulo se discutiran varios tipos de trabajo de bocatomas, como son bocatomas de manantiales y de riachuelos, represas, proteccion de fuentes, etc.

Debido a l a disparidad de una fuente, nunca habra un diseno estandar que se pueda construir universalmente para cada sistema. Sin embargo, los trabajos de bocatoma tienen que incorporar caracteristicas de disenos estandar que permitan un control adecuado del agua, oportunidad de sedimentacion y prevencion de futura contaminacion. Estas caracteristicas de diseno seran el tema basico de este capitulo. Queda a criterio del disenador el incorporarlas dentro de su plan para los trabajos de bocatoma. El supervisor de l a construccion debe tambien estar alerta sobre estos principios de manera que pueda hacer modificaciones en e l caso que se presenten problemas imprevistos.

E l proposito fundamental del trabajo de bocatoma es el de recolectar agua desde uno o varios puntos y concentrar este caudal en un solo punto: l a entrada a la tuberia. Si e0 agua esta sucia, tendra que dejarsele asentar, relativaniente quieta por un periodo de tiempo. El agua debera estar protegida, lo mas que sea posible contra otras contaminaciones (escorrentias de lluvia, animales de pastoreo, y lugarenos curiosos). Debe ser construida (la bocatoma) de tal manera que dure lo que dura e l sistema.

El numero de posibles formas de diseno de una bocatoma para una fuente es infinito, influenciado por factores tales como, material disponible, caudal de fuente, nivel de creciente, estabilidad del suelo, topografia de la zona, etc. Este capitulo presentara varios disenos diferentes, todos los cuales se han usado con exito en el pasado y por medio de los cuales el disenador podra modificar y desarrollar una bocatoma adecuada para su propio sistema.

En el siguiente capitulo presentaremos los detalles tecnicos sobre tanques de sedimentacion, que pueden ser necesarios cuando se trata de fuentes lodosas como los riachuelos.

11.2 Ubicacion

Aunque es obvio que el trabajo de bocatoma debe construirse en la fuente, aun asi hay cierta flexibilidad cuando se trata de ubicar las verdaderas estructuras. Las captaciones de agua se pueden construir como parte de la estructura total de la bocatoma o se pueden usar como puntos de arranque donde el agua es recolectada y encauzada por tuberias hasta un lugar cercano que sea mas apropiado para construir camaras de reposo, tanques de sedimentacion o tanques de recoleccion.

Lo mas importante de considerar, deben ser los problemas de la estacion de crecida del monzon. Las estructuras de l a bocatoma se deben ubicar en puntos donde no se vean directamente amenazadas por crecidas de aguas, o indirec- tamente, por erosiones terraqueas a traves de los anos. Mediante un cuidadoso interrogatorio a los lugarenos se puede obtener una idea correcta de los caudales monzones.

Los trabajos de bocatoma no se deben construir en, o cerca de hondonadas, ni en puntos donde se tenga por encima un terreno inestable que puede acarrear un deslizamiento de tierra ni por encima de un terreno pantanoso (polvo blando saturado por aguas subterraneas).

11.3 Excavacion, cimientos & construccion

La ubicacion del tanque tiene que ser marcada con estacas de madera y alambre, y en ella se excavara hasta una profundidad de 30 cm (sino se encuen. tra antes roca solida) y hay que nivelar e l suelo de l a excavacion. Para \a bocatoma de un manantial, el caudal tiene que ser apartado de l a escavacion, para mantenerla lo mas seca que sea posible. La escavacion de las paredes de una captacion debera ser lo suficientemente profunda para cortar la filtracion del manantial que pueda haber en ei subsuelo (se discutira en l a proxima seccion). El suelo de la escavacion tiene que ser solido y firme. En el fondo se debe poner una capa de concreto de 10 cm y compactar- la para asegurar su correcta consolidacion. El mortero de cemento se coloca directamente sobre el concreto y la cimentacion de albanileria se coloca directamente sobre el

120

mortero. Esta cimentacion deber6 ser IOcm mas ancha que la pared de cada lado y l a pared tiene que tener no menos de 30cm de ancho. La altura de la cimentacion sera de 1Ocm. El mortero de cemento sera de 1:4 de relacion cemento: arena (remitase al capitulo 19 para la discusion sobre mortero de cemento y albanileria). La figura 11-1 ilustra la seccion transversal de una pared de bocatoma.

1 1.4 Captacion del agua

Este es el componente donde se captura el agua de la fuente. En la bocatoma de un manantial, las paredes que circundan a l a fuente son tipicamente de tipo impermeable.

Para la bocatoma de un riachuelo, esta (la captacion) es tipicamente una pequena poza de agua con un tubo bocatoma en el fondo o un canal de superficie el cual transporta el agua hasta e l tanque de sedimentacion.

En aquellos lugares donde se construyen paredes impermeables que sirvan para contener el flujo que proviene de un manantial a traves del suelo, estas paredes deberan penetrar lo mas que sea posible dentro del terreno para cortar e l flujo de filtracion que esta por debajo de la bocatoma. A pesar que sera imposible mantener secas estas zanjas de cimentacion, es posible verter una mezcla de concre- to bastante seca dentro de las zanjas. En tanto el concreto se vea contenido por los parametros del terre no o por encofrados de madera, no podra ser f isicarnente lavado y fra- guara correctamente. Una vez que el concreto se haya inmovilizado y endurecido ligeramente, se puede construir sobre el l a pared normal de albanileria. (remitase a la figura 11-21.

Para l a bocatoma de un arroyo c riachuelo, donde la profundidad del punto de bocatoma es me- nor que 40 cm es necesario crear un cuenco de agua, la cual estara relativamente quieta, y por consiguiente, permitira el asentamiento de

CASCAJO

FIGURA 11-1

ClMENTAClON DE TANQUE DE BOCATOMA

, - , C A P A S -.

-IMPERMEABLES--.

FIGURA 11-2

PARED IMPERMEABLE PARA TANQUE DE FKICATOMA

particulas mas pesadas que estan en suspension (como arena, hojas, etc.). El tubo de uria bocatoma se puede ubicar en el fondo de la poza (protegido como se ilustra en la figura 11-3). Este tipo de bocatoma tendra 40 cm de profundiad de agua para impedir l a interferencia de manos humanas y de animales, y para protegerla de los escombros flotantes. Un diseno alterno para este tipo de cuenco es excavar un canal desde el hasta el tanque de asentamiento. Este canal de superficie, salvo cuando se trata de suelos extremadamente arenososo o poro- sos, no tiene que ser de albanileria y es por tanto, menos costoso de construir.

En la seccion 11.12 se discuten las captaciones de un arroyo o riachuelo, asi como las represas y los cuencos.

1 1.5 Tamizado

Las particulas en suspension en e l agua conducen al desgaste y rotura del tubo PAD; de manera que lo deseable es eliminar estas particulas hasta donde sea posible. Con el tamizado se retira una buena cantidad de estas particulas y la se dimentacion elimina la mayor parte restante.

Deben existir por lo menos dos puntos de tamizado en el sistema, un filtro grueso para eliminar los escombros mas grandes flotantes y en suspension y sobre el extremo del tubo, en la bocatoma, un tamizado con malla fina.

'TUBO FG

:IGURA 11-3 'EJEMPLO DE BOCATC

MA DE: ARROYO O RIACHUELO

El tamizado grueso se puede hacer por medio de una pared de albanileria de piedra seca, como se ilustra en la figura 11-4. Esto es solo una seccion de la pared de albanileria en l a que se ponen juntos rocas y ladrillos muy juntos unos con otros pero sin ningun mortero de cemento. Esta seccion de pared se puede desmantelar facilmen- t e para propositos de limpieza y mantenimiento, y luego tambien se reconstruye con facilidad.

ALBANILERIA DE PIEDRA SECA

FIGURA 11-4 TAMIZ DE AGUA DE ALBANILERIA

DE PIEDRA SECA

La bocatoma con tamiz de l a tuberia debera tener una malla de trama bastante pequena (una buena medida usualmente disponible en las t~endas es 20 tramas por pulgada) hecha de alambrado de laton s i fuera posible. En c.1 capitulo 20.2 se discute una manera facil de hacer una bocatoma con tamiz usando el tubo PAD.

Usando tubo PAD se puede hacer una bocatoma tamizada de trama de tamano mediano perforando con un clavo caliente para hacerle docenas de huecos. Se fija despues al tubo FG de la salida.

11.6 Sedimentacion

La sedimentacion es el proceso por el cual e l agua es mantenida relativamente quieta y sin disturbios por varias horas. De resuitas de esta carencia de turbulencia, las particulas suspendidas finas se separan del agua y se asientan. Ya que l a principal fuente de tubulencia en el agua es l a velocidad del caudal, tenemos que cuanto mas lento pase el caudal a traves de la camara de sedimentacion, mas efectivo sera el proceso de sertmentacion.

La medida (capacidad) de que haya o no haya la camara depende del tipo de fuente, el caudal y de si ha\, o no un tanque reservorio mas lejos, aguas abajo. Los requerimientos de sedimentacion pueden ser nada mas que una pequena camara en la estructura de l a bocatoma o un gran tanque separador (discutimos sobre estos tanques en el siguiente capitulo).

Fuentes de Manantiales.- Estas son comunmente mas limpias y generalmente este tipo de sistema requerira de un tanque reservorio. Una sedimentacion tan intensiva no es usualmente necesaria. (a menos que sea una fuente algo sucia o no haya reservorio). Es generalmente suficiente una camara con un filtro de albanileria de piedra seca y una bocatoma con tamiz (tal como se ha discutido en l a seccion anterior).

Fuentes de Riachuelos con reservorios.- Deberia ser construido un tanque de sedimentacion separador con un periodo de retencion de 15 minutos.

Fuentes de Riachuelos sin reservorios.- Tambien requieren de un tanque de sedimentacion separador con un periodo de retencion no menor de 60 minutos.

11.7 Tubos de servicio

Debido a que e l tubo PAD no se une con mortero de cemento o concreto, todos los tubos colocados dentro de las paredes de albanileria deben ser de fierro galvanizado FG.

Hay tres diferentes tubos de semi- cio en una estructura de bocatoma: tubos de iimpieza, reboses y embocaduras (salidas).

Tubos de limpieza.- Permite el drenaje de la bocatoma de manera que se pueden sacar los sedimentos arraigados, sin perjuicio de ejecutarse el trabajo de mantenimiento. El calibre del tubo FG de limpieza deberia ser de 2" o 3". Los tubos de limpieza deben ser colocados ligeramente dentro del fondo de l a camara y se pueden cerrar con una capsula terminal. Los tubos de limpieza no deberian situar- se dentro de paredes de albanileria de menos de 30 cm de ancho (para asegurar suficiente fuerza de adhe- rencia, de manera que se pueda usar una llave inglesa para retirar l a capsula terminal). Cada camara separada y e l recipiente de c2pta- cion deben tener su propio tubo de limpieza. La descarga de los tubos de limpieza debera transportarse a otro lugar (por un canal de desague wperficial) de manera que no cause erosion en la cimentacion de la bocatoma.

k 76-50 CM.

CAPACIDAD DE REBOSE (LPS). calibre tubo FG n.JDI, " , ,

?" 0.U 0.65 1%" 1.4 13 2' 2.1 3.0 3" W 73

FIGURA 11-5 DISENO DE REBOSE

Reboses.- Permiten que el exceso de agua sea desviado de manera segura fuera del tanque sin causar erosion. El tamano del rebose se debe seleccionar de manera que pueda pasar la creciente maxima del flujo durante la estacion de Ilu- vias. El rebose tipico para tanques pequenos es un pequeno tramo de tubo FG colocado dentro de la pared del tanque. La figura 11-5 muestra este arreglo y da algunos caudales maximos que puede manejar cada tubo de acuerdo a su medida, con inclinacion de 5 cm y 10 cm y s i un solo tubo no es suficiente, se puede usar cualquier numero de tubos. El agua de rebose se debe evacuar de l a misma manera que e l caudal del tubo de limpieza.

Salidas.- El tubo de la salida es el punto de inicio de la tuberia. El diametro de la salida se puede determinar usando la informacion que se da en el apendice tecnico G, pero no debe ser mas pequeno que el calibre de tubo PAD de acuerdo al diseno en ese punto. El extremo del tubo debera tener una bocatoma con tamiz. Se necesita una valvula de compuerta con un tubo de aireacion ubicada justo aguas abajo. La figura 11-6 muestra e l arreglo del tubo de una salida de tanque tipica.

I VENTlLAClON PAD 20 MM

ALBANILERIA 'PIEDRA SECA

VALVULA COMPUERTA J BRIDA PADIFG

'ENTI LACION G 112"

NIPLES PEQUENOS-\

FIGURA 11-6 TUBO DE SALIDA TlPlCO

11.8 Valvulas de control y ventiladores

Las valvulas de compuerta se instalaran en cada tubo de salida de manera que sea posible su drenaje para propositos de mantenimiento.

Valvula de globo, no son necesarias cuando se va a usar e l flujo total de la fuente. Una valvula de globo se necesita solamente cuando solo se va a usar una porcion del caudal de la fuente (caso que usualmente sucede con una bocatoma de riachuelo). Esta valvula solamente permite e l caudal de diseno dentro de l a tuberia y fuerza al exceso de agua retorne a l a fuente y rebose. Esta valvula se debera ubicar en e l punto de descarga del primer tanque de aguas abajo o en un punto donde, en caso que sea cerrada accidentalmente, no ocasione excesiva de presion repentina en el tubo PAD.

Tubos de aireacion, van ubicados justo aguas abajo de una valvula de compuerta. Estas sirven para permitir que e l aire escape de la tuberia a traves de la bocatorna sin burbujear ni interferir con el flujo. Estas tambien permiten que llegue aire dentro de la tuberia cada vez que la valvula de compuerta que queda aguas arriba se cierre, de manera que la tuberia drene (evitando que, el agua dre nada provoque una succion en la tuberia, lo cual puede atraer el agua contaminada del suelo a traves de los intersticios; una ventilacion permite que el aire sea jalado hacia su interior). La ventilacion puede ser o un tubo FG de media pulgada o un tubo PAD de 20 mrn. La boca de ventilacion debera estar a mayor altura que el nivel de rebose del tanque. El extremo de l a ventilacion se debe dirigir hacia abajo (para evitar que el polvo y la suciedad se asienten dentro de ella y debe tener un tamiz (para evitar que se metan los insectos).

11.9 Techado

El techado en las estructuras de la bocatoma debe ser lo suficientemente seguro para prevenir que la gente curiosa interfiera y debera sellar la fuente contra cualquier otra contaminacion que provenga de la superficie, escorrentia de lluvia, animales de pastoreo. hojas, etc. Se requieren accesos para poder limpiar l a bocatoma y ejecutar trabajos de reparacion; habra una abertura que permita el paso de un hombre y esta sera no menor de 60 x 60 cm2.

Los esquemas de techado comun en Nepal son:

Techado de pizarra: Puede ser construido por los mismos pobladores, s i en la localidad hay pizarra disponible. Se necesita buena cantidad de madera para las vigas y viguetas.

Techado de calamina: Son planchas de acero galvanizado corrugado, tamano nominal 3' x lo', medida efectiva 70 cm, x 320 cm. Remitase al .apendice tecnico F.

Techado de losas de concreto: puede ser o de concreto armado (CA) o de ladrillo reforzado (LA). Estos son los techos ideales porque son los que sellan totalmente la bocatoma y duran el lapso de vida del sistema. Sin embargo, estos techos requieren materiales y costos adicionales. Para detalles tecnicos, remitase al capitulo 19.13.

l l .10 Medidas de proteccion

Es importante que, una vez que el agua ha sido recolectada, tiene que ser protegida contra contaminacion ulterior. Por tal razon, deberan tomar medidas que sellen el sistema, lo mas que sea posible, del ambiente externo.

No hay que permitir que la escorrentia superficial de lluvia fluya dentro de la captacion de manantial; por consiguiente, las estructuras de l a bocatoma deberan estar como minimo 30 cm sobre e l nivel del terreno. Toda l a tierra tiene que ser amontonada contra las paredes del tanque para poder asi desviar e l agua y la fuente debe tener una acequia excavada alrededor para drenar su parte alta. El canal tiene que ser profundo y puede alinearse con albanileria de piedra seca. Cada ano, particularmente, justo antes de l a epoca de los monzones, hay que limpiar los escombros acumulados.

La captacion de una fuente de manantial se puede techar por encima con losas de concreto y enterrarla luego, para proteccion ulterior.

En caso de ser necesario y para estabilizar la tierra alrededor de los trabajos de bocatoma, se pueden construir paredes de retencion de cestones o de mamposteria de piedra seca, especialmente si se prevee que l a erosion va a ser un problema mayor para e l lapso de vida del sistema.

Una reforestacion y el sembrado de pasto y arbustos directamente encima de la fuente de manantial ayudara para mantener el caudal proveniente de la fuente (la vegetacion permite que el agua de superficie sea absorbida por el terreno en lugar de desaparecer subitamente como escorrentia de superficie. Esta agua puede ayudar al rendimiento de la fuente).

Si fuera necesario, habra, que construir una cerca alrededor de las estructuras, para conservar a distancia los animales de pastoreo, ninos, etc. Estas medidas pueden discutirse con el ingeniero regional DDL.

La figura 11-7 muestra una proteccion adecuada para la captacion de un manantial.

r 0- ELEVACION iTURA\ 2

SUPERFICIAL

FIGURA 11-7

PROTECCION DE LA CAPACITACION DE UN MANANTIAL

11.1 1 Fuentes multiples

Algunos sistemas seran en realidad abastecidos por una combinacion de caudales provenientes de dos o mas fuentes (particularmente s i las fuentes son manantiales de poco rendimiento). Esta fuente multiple puede manejarse de cualquier manera conveniente, tomando en consideracion las distancias y las ele vaciones entre ellas. Ei caudal que proviene de una fuente alta puede conducirse directamente por medio de tuberia dentro de la fuente que esta mas abajo o cada fuente puede tener su propia tuberia individual que vaya a un tanque de recoleccion Unico o un tanque de sedimentacion. Cada captacion requiere sus propios tubos de rebose y limpieza, pero se puede ubicar una valvula de compuerta en el punto de descarga dentro del tanque de recoleccion. No es necesario que cada captacion tenga su propia camara de asentamiento siempre que el flujo total tenga la oportunidad de asentarse.

La figura 11-8 muestra este posible arreglo de captaciones y tanque de recoleccion.

CADA FUENTE TIENE SU PROPIA

TUBERIA A L TANQUE DE

I RECOLECCION, LAVADERO Y REBOSE

ALBANI LERIA \ IAI 111 i i A nc DE PIEDRA SEC& 1

FIGURA 11-8

FUENTES MULTIPLES Y TANQUE DE RECOLECCION - -- I

11.12 Captaciones de riadiuelos: Diques y cuencos

Esta seccion trata de la construccion de diques totales o parciales atrave- sando los riachuelos, para fomar un cuenco protegido de agua para la bocatoma de riachuelo. El proposito del cuenco es permitir que el agua tenga una profundidad adecuada sobre la boca de un tubo de bocatoma y permitir que se asienten los sedimientos mas pesados (puesto que tos riachuelos turbulentos transportan arena y aun pequenas piedras).

En la figura 11-9 se ilustran ambas, una represa total y una parcial.

Los conceptos importantes que se deben tener en cuenta al disenar las r e presas, son los siguientes:

- cuando el agua regresa a su nivel maximo de creciente no debe inundar el terreno circundante;

- el exceso de agua (es decir, el rebose) se puede manejar efectivamente, sin causar erosion ni colapso del dique o riberas del riachuelo;.

- se usara probablemente una represa total como puente para humanos y po. siblemente animales, especialmente si esta convenientemente ubicada.

DlRECClOM DEL AFORO

REPRESA PARCIAL

El dique debe construirse de mamposteria asentada con mortero de cemen- to o con represamiento de sacos de yute rellenos de concreto.

Diques de mamposteria de cemento: Solamente se puede construir un dique de mamposteria de cemento cuando el caudal del riachuelo es desviado corn- pletamente de la mamposteria fresca. Temporalmente, se pueden hacer diques de desviacion usando sacos de yute rellenos de arena. En la figura 11-10 se muestran las dimensiones de un buen dique de mamposteria. Los pizarrines de madera del vertedero son moviles, !o cual permite e l drenaje total del cuenco (lo que a su vez, alejara gran parte del lodo acumulado en la vecindad de l a camara de bocato- mal.

Muros de contencion con yute: Un tipo de dique mas facil de construir es un muro de contencion de sacos de yute rellenos de concreto. Las bolsas se Ile nan con una mezcla bien seca de concreto (1:6:8 cemento; arena: piedra) y se cierran cosiendolas. Estas pueden colocarse directamente en el agua siempre que no haya una fuente corriente que fluya contra ellas (las bolsas de cemento fresco pueden tener una cara protectora de bolsas llenas de arena corriente, colocadas delante de ellas, o se puede usar un dique de desviacion para que absorba la mayor parte de corrientes fuertes).

IMENCIONES EN CENTIMETROS

CANAL DE PIEDRA SECAfMURO ALERO PARA REBOSE

VEL DE INUNDAClON

BASe VERT

(CON LISTONES DE MADERA1

CAMARA BOCATOMA -c-l VERTEDERO DE INUNDACION km

MURO ALERO

I P-"-'"

FIGURA 11-10 ' -N DETALLES DE D I Q U E DE ALBANLLERIA

NIVEL MAXIMO VERTEDERO DE INUNDACION

LAVADERO

NIVEL DE INUNDICION TUBOS GI 3" COMO REBOSE!

DE SALIDA FG

TUBO FG LAVA- . DE RO Y CASQU LLO DE EXTREMC

NOTAS: 1. REBOSES=FG de 3" x 150CM Flujo Maximo = 15LPS

LAVADEROS =FG de 3" x 200 cm con casquillo de por cada uno extremo

2. Los lwaderos dekran estar ubicados directameni debajo de la bocatoma. 3. Volumen por bose de yuteZ35 litros

cada bolsa @ 1 :6:8 cemento: arena: agregado 29 bolsas por 1 m3 de dique.

FIGURA 11-1 1

El material de yute sostiene el concreto en su posicion hasta qlie este se haya consolidado, las bolsas se moldearan a s i mismas apretadamente juntas por accion de su propio peso; de manera que se entrelazan con solidez. A traves de varias capas de bolsas, se pueden introducir verticalmen- te barras de refuerzo de 10 mm de diametro, de manera de "clavetearlas" juntas El tubo FG se puede fijar facilmente en su sitio conforme las bolsas se van colocando en capas. Puede requerirse varios tubos de lavadero y de rebose (de 3", tubo FG) dependiendo de los caudales de creciente maxima del riachueio. Los tubos de limpieza deben de colocarse en la vecindad del tubo de bocatoma, de manera que e l limo pueda ser lavado fuera cada vez que e l cuenco se drene. La figura 11-1 1 muestra detalles de este tipo de dique.

Vertederos: Ambos tipos de represas tendran vertederos de emer- gencia. Estos son puntos bajos a lo largo de la parte superior de l a represa, los cuales rebosaran primero cuando se presenten los caudales de alta creciente. Este rebose quedara confinado a un canal especial, el cual cargara los caudales en exceso afuera para que no causen erosion. Los vertederos deberan tener unos muros-aleros y una cama de mamposteria de piedra seca para que absorban las corrientes de flujo fuerte del agua del rebose. En la figura 11-12 se presenta la capacidad de rebose de vertederos de diferentes profundidades. Por ejemplo, un vertedero de 20 cm de profundidad y 90 cm de largo puede manejar un rebose de mas de 124 LPS.

1 (POR 30 CM DE L)

FIGURA 11-12

DISENO DE VERTEDERO

11.13 Disenos de ejemplo

La figura 11-13 muestra diferentes ejemplos de disenos y estructuras de bocatomas que se han usado con exito para desarrollar fuentes de riachuelo y de manantial en Nepal.

Para mas disenos, remitase al "Manual de Entrenamiento Tecnico Ingles" No. 5 publicado por LDDIUNICEFISATA.

DEL ARROYO

PERNOS PARA ANCLAR TECHO DE AGC

LAVADERO -REBOSE

a e

C

iSCAPE )E AIRE

MAS REQUIEREN UN TUBO

PERFORADOS DE REBOSE, UNA BOCATO- MA TAMIZADA Y UNO (O

GALERIA DE, INFILTRACION PAD PARA BOCA

FIGURA 11-13

EJEMPLO DE DISENOS DE BOCATOMA

12. TANQUES DE SEDIMENTACION

12.1 Introduccion

El agua procedente de riachuelos y grandes manantiales contiene normalmente particulas en suspension. ya que la turbulencia de loscaudales puede remo- ver arcilla, limo, arena e incluso pequenas piezas de grava. Tales particulas transportadas en el flujo pueden dar al agua una apariencia sucia y un sabor no apete- cible y tambien contribuyen sustancialmente a l a erosion del tubo PAD. Pero, s i se deja reposar el agua tranquilamente en un tanque durante algun tiempo, muchas de estas particulas en suspension pueden hundirse y asentarse en el fondo del tanque. Este proceso se llama sedimentacion y se realiza en tanques de sedimentacion, especialmente disenados para este fin.

Para todos los sistemas que usan riachuelos como fuentes de abastecimien- to, asi como para aquellos manantiales donde el agua es visiblemente sucia o tur- bia, se deberia construir tanques de sedimentacion. Este capitulo presentara los procedimientos tecnicos para e l diseno de instalaciones de sedimentacion adecuadas para un sistema.

12.2 Velocidad de asentamiento

Cuando el agua cargada de sedimento se deja reposar tranquilamente sin ninguna tubulencia, las particulas en suspension tenderan a hundirse bajo la influencia de la gravedad. Las velocidades comunes de asentamiento para las diversas particulas se dan a continuacion:

Tipo de Particula . D ihet ro (mm) Velocidad de Asentamiento (cmlmin)

Arena gruesa

Arena mediana 0.50 0.25

Arena fina

Arena muy fina

Lodo

Lodo fino

Arcilla

Las particulas mas pequeflas (ej. la arcilla fina o l a bacteria) o no se asientan o tienen un indice de asentamiento insignificante.

Tomando como base la informacion precedente, se puede calcular que un periodo de asentamiento de aproximadamente 20 minutos permitiria que algunos limos finos y otras particulas mas grandes se asienten fuera de las capas SU-

periores del agua en el tanque de sedimentacion. Esta agua limpia de la superficie se retira y se canaliza dentro de la tuberia.

12.3 Tiempo de retencion

El periodo de tiempo durante e! cual el agua permanece en e l tanque de sedimentacion para permitir el asentamiento se llama el tiempo de retencion. La cantidad de tiempo de retencion requerida depende de varios factores: Cantidad de caudal, cantidad de particulas en suspension y sus tamanos, el area de l a SU-

perficie de agua en e l tanque, la presencia de un tanque reservorio aguas abajo (si el sistema requiere uno). Un tanque reservorio permitira alrededor de 10 horas de tiempo de asentamiento tranquilo por noche, de manera que tal sistema no requiere un tanque de sedimentacion tan grande.

Tiempos de retencion recomendados:

Manantiales limpios, pequenos : no requieren tanque de sedimentacion'

Sistemas con reservorios : 15 - 20 minutos

Sistemas sin reservorios : 60 minutos, minimo

- Sin embargo, la bocatoma debe tener una camara de asentamiento con el tamizado prescrito, como se trato en el capitulo 11.5 y 11.6.

DIMENSIONES EN CENTIMETROS

COMUNIDAD kLx+

u u

)E FUENTE

LAVADERO

REBOSE

ENTRADA

JNlON FG

GLOBO 7

SALIDA n

FIGURA 12-1

TANQUE DE SEDIR4ENTACION RECOMENDADO

12.4 Capacidad

Cuando se ha seleccionado el tiempo de retencion, puede calcularse la capacidad requerida del tanque de sedimentacion:

C = Q x T donde: C = capacidad (litros) Q = caudal (LPS) T = tiempo de retencion (segundos)

12.5 Especifiuciones del tanque

Las dimensiones del tanque de sedimentacion pueden adaptarse de tal m e do que puedan acomodarse a cualquier ubicacion que se les designe, pero en d diseno se deben incorporar ciertas caracteristicas:

Relacion L M . La relacion longitud/ancho del area de la superficie del agua deberia ser por lo menos 4. Esto permite que la turbuiencia inicial de descarga se aminore.

Profundidad del agua: La profundidad del agua es mejw entre 75100 cm.

Entrada: La descarga del caudal dentro del tanque sera distri- buida de la forma mas pareja posible cruzando e l ancho de la n i t a del agua. La profundidad de la descarga debera ser aproximadamente a medio camino entre l a superficie y el piso del tanque, como se muestra en la figura 12-2. El tu- bodebeserde FGde 1"ode11/2", con un segmento con perforacio- nes hecho de un tubo PAD mas grande. Para regular e l flujo se ne cesita una valvula de globo.

Salida: La salida debe ser disenada para recolectar justo la capa de agua que esta en la superficie, partiendo del cruce total del ancho de l a ruta del agua. La forma'mas sencilla de llevar esto a cabo es con una cuneta de recoleccion, como se ilustra en la figura 12-3. La tuberia de salida tiene que ser de tubo FG, de acuerdo a l caudal:

138

FIGURA 12-2

DETALLES DE ENTRADA

I FIGURA 12-3 DETALLES DE CUNETA DE RECOLECCION

gada de fierro galvanizdo o por una loceta de -reto armado o por pizarra (si hay disponibilidad local).

Las especificaciones para los tanques limitadures de presion de mampsste r ia son las siguientes:

Ex~alrd~1~on. cimentacion y pandes: La excavacion para un tanque tiene que i r 30 cm bajo tierra firme y el piso de la excavacion tiene que ser nivelado y compactado. Hay que construir una capa de grava y cimentacion de m# posteria, como se especifica en la f w r a 11.1. La altura minima de la pared sobre el nivel del terreno debe ser de 20 cm; el terreno tiene que i r en declive despues del tanque y tener un declive de drenaje para desviar la escorrentia de lluvia. Tanto el lavadero como e l rebose tienen que tener sus previsiones para drenaje y si es necesario hay que estabilizar el terreno cirarndante. Las paredes de mamposteria deben tener u n espesor minimo de 20 cm (30 m si hay embe bido en ella un tubo FG) de 1:4 cernento:mortero de arena, enlucido de w e r - d o al capitulo 19.12.

DE CEMENTO ALBAAILERIA

DE LODO

NOTAS: 1. LA DESCARGA PODRA TENER, COMO NO, VALVU-

LA DE CONTROL. 2. DlSPOSlClON DE TUBO DE SALIDA, 10-15 CM SO-

BRE PISO DEL TANQUE. 3. DIMENSIONES INTERNAS DEPENDEN DE ACOPLAMIENTOS (ADITh

FIGURA 13-1. MIENTOS).

I EJEMPLO DE DISEAOS DE TIP DE ALBANILERIA

A. UNION DE BRONCE B. CODO FG C. TU80 FG D. VALVULA DE CONTROL E. UNION FG F. VALVULA DE FLOTACION G. T FG DESIGUAL

Gaivmizado y tubo & 2" de Fe. Galv. para e l

FIGURA 13-2 DISPOSICIONES DE TUBO FG PARA TIP

Dimensiones internar: Deben ser l o suficientemente grandes como para acomodar los aditamentos que tienen que instalarse. Ancho min imo = 40 cm, largo min imo = 40 c m (80 cm si hubiera que instalar una valvula de f!otacion) Y profundidad = 50 cm. Se puede regular de acuerdo a las dimensiones del te chado de ACG.

Valvulas & control: Si se necesita una valvula giobo pare regular el f lujo de descarga, esta puede ser instalada directamente en el punto de descarga. Si hubiera que instalar una valwla de flobcion entonces de igual manera se de be instalar una valvula de compuerta (como se ilustra en la figura 13-21 de mane ra que se pueda cerrar el f lujo cuando la valvula de flotacion se instalelretire. NOTA: Asegurese de que la altura del techo no interferira con el trabajo de la valvula de flotacion, y que el rebose del tanque se fije mas alto que la valvula de flotacion.

Si hubiera que instalar una valvula de compuerta en la salida (embocadura) del tubo, entonces se puede constmir una caja de valvula en el tanque o instalar

la valvula de compuerta en una caja de valvula externa, de tubo FG (remitase al capitulo 16.8).

Tubos de servicio: El tubo de admision debe ser de FG, con el flujo de descarga dirigido directamente en sentido descendente hacia e l piso del tanque (si se deja que rocie contra las paredes, muy pronto se corroera e l enbcido. El tubo de salida debe ser un tubo FG que tenga un calibre mas grande que la tuberia a l a que se conecta y debera ser ubicado 10 a 15 cm por encima del piso del tanque (esto creara un "cojin" de agua en e l fondo del tanque, con el cual se absorbera mucha de la energia del caudal de descarga. Todos los tanques de ben tener un rebose (remitase a la figura 11-5) y tambien un tubo de limpieza de tubo FG de 11/2".

En la figura 13-2 se dan algunas especificaciones de tubo FG para un tanque interruptor de presion de albanileria.

Techado: Los tanques intorriin+--p n i i ~ r i m ~ l l h r i r con planchas ACG, con losas de concreto reforzaao iCH) o con pizarra. Tanto el recid; APG como el CR, se recomiendan si el tanque tiene cualquier valvula de control interna, puesto que estas son las cubiertas mas seguras. Para l a cubierta ACG remitase al capitulo 20.4; para l a losa CA remitase el capitulo 19.15; y para pizarra remitase a los pobladores.

Ideas adicionales: Si se coloca una roca dura, plana, directamente por de bajo de la descarga se le dara aun mayor proteccion al piso del tanque. Las salidas deben tener tamiz si se desea.

13.4 Tanques PAD

Los tanques limitadores de presion PAD tienen varias ventajas y desventajas, algunas de las cuales son las siguientes:

Ventajas: peso ligero, se fabrican rapidamente y con toda facilidad en un taller; facil y rapida instalacion; requieren poco espacio; proveen buena proteccion para que no se contamine el flujo; se hacen de materiales que son de facil disponibilidad (sobrante de tubo PAD y reducciones).

Desventajas: No son tan solidos como los tanques de mamposteria; es mas dificil la instalacion de las valvulas de control (requieren cajas externas de valvulas); requieren alguna proteccion de mamposteria de piedra seca.

Los tanques limitadores de presion deben ser instalados solamente cuando el flujo ha sido bien tamizado de manera que no se puedan acumular los sedimentos y atorar los tanques. El "esnorkel" de PAD de 50 cm deben tener va-

rios tamices puesto que los que estan mas al exterior estan expuestos a que los ninos los pinchen (remitase al capitulo 20.2 para ideas sohre tubo PAD para tamizar). Se necesita una caja de valvula de albanileria de piedra para proteger el "snorkel" y un tubo de drenaje con declive para transportar cualquier rebose que se presente.

CAJA DE VALVULA PARA TE, PAD DE 50 MM- PROTEGER EL "ESNORKEL'

TE, PAD DE 50 MM Y TUBO DE DESAGUE 6 0 y CUNETA DE DPE

FlGURA 13-3 TANQUE INTERRUPTOR DE PRESION PAD

La proporcion de flujo que sale del tanque interruptor de presion PAD dependera de l a carga de agua que actua en el tubo de salida. Esta carga estara limitada por la altura de la te de rebose del "esnorkel" que esta encima de la tuberia de salida. En consecuencia, el tanque interruptor de presion PAD tendra que estar por lo'menos un metro por debajo de la te de rebose, es decir, aproximadamente 90 cm debajo del nivel del terreno.

14. RESERVORIOS

La construccion del reservorio sera el esfuerzo mas visible de todo el sistema. Requerira el trabajo coordinado de docenas de personas, empezando por los albaniles que colocan la piedra, hasta los ayudantes que mezclan e l cemento, los hombres y mujeres (y algunas veces hasta los niiios) que son quienes recolec- tan las piedras del campo o transportan la arena desde rio arriba. Una vez terminado, el reservorio se convierte en un monumento publico de l a comunidad y una razon de orgullo de los pobladores, especialmente si e l proyecto se ha con- siderado un exito.

Cuando llega el momento de disenar el reservorio, l a actitud mas comun de los comuneros es "cuanto mas grande mejor". Mientras que por un lado esta idea es algo comprensible, por el otro no tiene objeto construir un tanque que sea tan grande que la fuente nunca estara en capacidad de llenarlo durante el periodo.de la noche. La capacidad de almacenamiento del reservorio quedara en efecto determinada por las necesidades comunales de agua proyectadas (como se discute en el capitulo 4) y por el rendimiento admisible de la fuente. Las dimensiones efectivas del tanque seran determinadas por su capacidad, por las condiciones de la ubicacion elegida, y las reglas de economia del diseno.

Este capitulo presentara todos los procedimientos y conocimientos que sean necesarios para disenar y construir en forma practica tanques reservorios. Al fin del capitulo damos un ejemplo de diseno.

14.2 Necesidad.de un reservorio

Aunque las necesidades de agua de la comunidad se basan en los requisitos minimos de 45 litros por persona por dia de 24 horas, en realidad casi todo el total de esta agua sera requerida en horas diurnas, un periodo de 10 a 12 horas. El reservorio sirve para almacenar el agua que se abastece por l a fuente durante las horas de poca demanda (durante l a noche) para que esta agua se pueda utilizar en las horas de alta demanda (primeras horas de la manana).

Un sistema requerira un reservorio cuando:

- El aforo minimo de l a fuente no proveera directamente 0.225 LPS para cada toma;

- La demanda diaria de agua es mayor que el aforo de la fuente durante las horas diurnas; - La distancia de la tuberia desde la fuente hasta la comunidad es tal que resulta mas economico usar tuberia de menor diametro y construir un tanque reservorio.

14.3 Capacidad

Para determinar cuan grande tiene que ser un tanque reservorio, es necesario calcular cuanta agua es demandada en distintos momentos del dia y comparar esto con l a cantidad de agua que rinde l a fuente para esos mismos periodos. La diferencia significara, o que e l agua drenara fuera del reservorio o que fluira dentro del mismo.

El maximo tamano de un tanque no tiene que ser mayor que lo necesario para almacenar el agua entregada por la fuente durante la noche. Es posible, algunas veces disenar un tanque de manera de sacar ventaja de los aforos mhximos durante la estacion de lluvias si es que el rendimiento limite durante la estacion sera no es suficiente.

El regimen de demanda diaria de una comunidad tipica se puede ajustar de manera algo similar a la tabla que damos a continuacion:

Regimen 1

6:00 AM-8:00 AM ... . . 30010 del total de agua necesaria diariamente 8:00 AM-4:00 PM . . . . . 40010 del total de agua necesaria diariamente 4:00 PM-6:00 PM ..... 30010 del total de agua necesaria diariamente 6:00 PM-6:OO AM .. .. . escasa demanda de agua

Regimen 2'

5:00 AM-7:00 AM ..... 10oIo del total de agua necesaria diariamente 7:00 AM-11 :O0 AM . .. .. 25010 del total de agua necesaria diariamente 1 1 :O0 AM-1 :O0 PM . . . . .350/0 del total de agua necesaria diariamente 1 :O0 PM-5:00 PM . . . . . 20010 del total de agua necesaria diariamente 5:00 PM-7:00 PM . . . . . 100/o del total de agua necesaria diariamente 7:00 PM-5:00 AM ..... escasa demanda de agua

Regimen obsewado por C. Johnson.

El primer regimen es un patron general, teorico, que se basa en las costumbres tradicionales de Nepal, que son dos comidas principales por dia, incluyendo un aseo ritual antes de comidas, cocina y lavado del servicio.

El segundo regimen se basa en la observacion directa que hizo Johnson de una comunidad tipica en Nepal Occidental, despues que se hubo concluido la construccion de un sistema de agua en esa comunidad. Johnson opina que las otras comunidades que generalmente observo, se ajustan a ese programa.

Para una aplicacion practica, use cualquiera de los programas que requiera el tanque de menor tamano, porque los miembros de la comunidad acomodaran su patron de demanda al regimen que pueda proveerles el tanque.

Ejemplo de diseno de capacidad:

La poblacion proyectada de una comunidad es de 400 personas, sin necesidades de agua especiales. El aforo minimo de la fuente es de 0.45 LPS, y se deben construir 5 puestos de toma.

Puesto que la fuente no es lo suficientemente grande para abastecer mas de dos puestos de toma, se requerira un tanque reservorio. Si usamos los dos regi- menes de demanda, se pueden calcular las siguientes demandas de agua:

J%u!Q!x OFERTA DEMANDA DIFERENCIA

Regimen 1

6 AM-8AM (2 hrs. 30010) 3240 5400 - 2160 (insuficiencia de suministro)

8 AM-4PM (8 hrs. 400/0) 12960 7200 + 5760 (exceso de sumi-

4 PM-6PM (2 hrs. 30010)

Regimen 2

5 AM-7AM (2 hrs. 1 0010)

7 AM-1 IAM (4 hrs. 25010)

1 1 AM-1PM 12 hrs. 350/0J

1 PM-5PM (4 hrs. 20010)

5 PM-7PM (2 hrs. IOolo)

nistro) 3240 5400 - 2160 (insuficiencia de

suministro) Mayor deficiencia = 2160 litros

3240 1800 + 1440 (exceso de suministro)


3240 6300 - 3060 (insuficiencia de suministro)

6480 3600 + 2880 (tanque se vuelve a llenar)


Mayor deficiencia = 3060 litros

Para este ejemplo, la capacidad de almacenamiento requerida esta determinada por e l Regimen 1, a 2160 litros. Para un diseno practico, hay que considerar estos 2200 litros (2.2 metros cubicos).

Ejemplo de d i d o de capacidad:

La poblacion proyectada de una comunidad es de 780 personas, sin nece sidades de agua especiales. El aforo minimo de l a fuente es de 0.45 LPS, y se deben construir 5 puestos de toma.

Nuevamente, se requiere un tanque reservorio.

PERIODOS OFERTA DEMANDA DIFERENCIA

Regimen 1


'8 AM4PM (8 hrs. 40010) 12960 14040 - 1080 (insuficiencia de suministro)

4 PM-6PM (2 hrs. 30010) 3240 10530 - 7290 (insuficiencia de suministro)


Regimen 2


7 AM-1 IAM (4 hrs. 25010) 6480 8775 - 2295 (insuficiencia de suministro)

11 AM-IPM (2 hrs. 35010) 3240 12285 - 9045 (insuficiencia de suministrof

1 PM-5PM (4 hrs. 20010) 6480 7020 - 540 (insuficiencia de suministro)

5 PM-7Phl (2 hrs. 10oIo) 3240 3510 - 270 (insuficiencia de suministro)


En este ejemplo, l a capacidad requerida esta determinada por el Regimen 2, a 12420 litros. Para un diseno prjctico hay que considerar estos como 12500 litros, (1 2.5 metros cubicos).

14.4 Forma

Cuando ya se ha calculado la capacidad del reservorio requerido, es el momento de determinar la forma y dimensiones del tanque. Se trata generalmente

de un procedimiento de acomodo que puede ser necesario repetirlo dos o tres veces antes de llegar a un diseno optimo.

Manteniendose constantes todos los otros factores, e l modelo de tanque mas economico es e l de forma circular, luego e l casi-circular, y le siguen el cuadrado y el rectangular. En la construccion hay ciertos modelos que resultan mas faciles que otros.

Tanques circulares: La mas economica forma de usar, pero no es facil de construir, especialmente con diametros pequenos.

Octogonales (tanque de 8 lados): La mejor forma de usar, pero no resulta facil de construir para los diametros de menos de 2112 m (o capacidades menores que 3200 litros).

Hexagonales (tanque de 6 lados): Es bueno cuando se trata de tanques entre 1700 a 3200 litros (diametros no menores que 2 metros).

Tanques cuadrados: Esta es la forma tradicional y la mas facil de construir para capacidades pequenas (como los mini tanques, tanques interruptores de presion, etc.).

Tanques rectangulares: Es e l modelo economico, especialmente porque un lado es mucho mas largo que e l otro. Sin embargo, debido a exigencias del sitio podria ser necesario usar esta forma. Si se mantiene en la forma mas cuadrada posible, constituira un diseno mas economico.

Nora especial para los tanques con techo de ACG: Cuando se va a techar un tanque cuadrado o rectangular con ACG, es mas facil adaptar ligeramente las dimensiones del tanque, de manera que se puedan cubrir con las planchas (tales como "5 planchas de ancho por 1112 planchas de largo"). Esto ayuda a aminorar la cantidad de corte de la plancha ACG, que es una tarea relativamente dificil. Para los tanques de multiples lados esto no es facil de hacer, pero aun as i deberia tenerse en mente.

La figura 14-1 tiene una tabla que muestra estas formas variadas de tanques, dando las ecuaciones matematicas simples para determinar sus dimensiones una vez que se ha elegido la capacidad y la profundidad del agua.

14.5 Diseno de la pared

Ei tipo de paredes que se usa en la construccion de estos tanques reservorios, se conoce como "paredes de gravedad": poseen tal resistencia que no pueden ser derribadas (por la presion hidrsstatica del agua) debido unicamente a su

peso. El diseno de la pared se determina por el material de construccion (ej. ladrillo a piedra) y la profundidad de agua seleccionada.

Profundidad del agua: Aunque es posible seleccionar cualquier profundidad de agua, para los disenos presentados en este libro ciertas profundidades de agua son mas economicas que otras:

Mamposteria de ladrillo: 60,90 6 105 cm de profundidad. Mamposteria de piedra: 65,95 o 115 cm de profundidad.

Estas son las profundidades del agua que deberian seleccionarse en primer lugar y disenadas a prueba. Solo en el caso que las otras dimensiones resultantes del tanque no puedan usarse, se deberia considerar otras profundidades de agua.

Mamposteria: La mamposteria de piedra generalmente es mas pesada que la de ladrillo y por tanto no requiere un volumen tan grande para resistir las presiones hidrostaticas. Para la tabla de diseiio de la figura 14-2, se usan los pesos especificos siguientes:

Mamposteria de ladrillo: 2120 kg/m3 Mamposteria de piedra: 2450 kg/m3

Se uso un coeficiente de seguridad 1.5 contra el volteo.

Paredes externas: Estas son las paredes exteriores del tanque que se rellenan parcialmente para lograr un soporte adicional contra la presion hidrosthtica que se ejerce solo sobre una cara (la interior).

Paredes de division: Esta es una pared que divide e l interior del tanque exactamente por la mitad. Esto permite que la mitad del tanque se drene para efectos de mantenimiento mientras que l a otra mitad todavia esta proporcionan- do algun servicio. En e l uso practico, sin embargo, dichas paredes usan una cantidad cuantiosa de material extra, asi como mano de obra y en Nepal nunca se ha probado que su uso sea ventajoso. Los tanques divididos por ellas tambien deben ser un poco mas grandes para reemplazar la capacidad de almacenaje desplazada por l a pared divisora.

Tabla de Diseno de Pared: La figura 14-2 permite un diseno rapido de las paredes externas y de division (si se desea) de un tanque reservorio, construido ya sea con mamposteria de ladrillo o piedra, para diversas profundidades de agua.

A = Brea de superficie de agua (m2) C = capacidad (litros)

A = AL- H = profundidad do agua (cm) 1 0 H L = tonaitud de ~erimetro (m) -

d = diagonai (ml a, b=lados (m)<

c i ~ c u m ~ R. 0 . 5 6 4 ~ ~ 'LE 6.28R

HEXAGONAL R= 0.623n a- R L. 6R

@ a = Ai' CUADRADO : L- 4a

d= 1.414a

RECTANGULAR a = O . B I @

(1 :14) d= 1.803a

FIGURA 14-1 FORMAS Y DIMENSIONES DE RESERVORIOS

NOTAS

PARED EXTERNA 1 P n R F n DE DlVlSlON

No / 60 25 25 1 No , permisi bie 65 25 25 1 peimistble - - :Estos son muros de contencibn con un factor de seguridad de 1.5 contra volca- dura. basados r: albanileria de piedra @> 2450 kglm' y albanileria de ladrillo J @ 2120 kglm . Todas las dimensiones anteriores est6n dadas en centimetros. Profundiad aproximada de ercavacibn 3 = 112 H + 30.

FIGURA 14-2

TABLA DE DISENO DE LA PP.RED u.__

14.6 Tuberias de servicio

La disposicion de tuberias de un reservorio requiere una atencion particular, especialmente s i se trata del ranque dividido. Un reservorio comunmente requiere una entrada (descarga), una salida, un tubo de uerivacion (bypass), un aliviadero y una salida de limpieza. Ver figura 14-3.

D VALVULAS DE COMPUERTA E. CODO FG

G. REDUCTOR FG H. BRIDA FGIPAD

FIGURA 14-3

DISPOSICION DE TUBO RESERVORIO FG

Entrada: La entrada puede ser de una tuberia FG de 1". Donde se ha pla- neado una descarga libre, solo se requiere una valvula de compuerta, pero si se requiere una descarga controlada, entonces es necesario tambien una valvula de globo (la valvula de globo pueds ubicarse dentro del tanque y se debe advertir a los comuneros que no se debe ajustar): la valviila de compuerta puede estar dentro de la caja o nicho de valvula. El punto real de descarga deberia estar en el lado opuesto del tanque con relacion a la salida, para que se proporcione una maxima oportunidad para la sedimentacion.

Salida: Para una disposicion de tuberia similar a la mostrada en la figura 14-3, se debe usar en la salida los siguientes tamanos de tuberia FG:

155

Tamano de Tubo FG Flujo de Salida

0.33 LPS 0.80 LPS 1.30 LPS 3.30 LPS

La salida se debe de instalar con una valvula de compuerta y un ventilador ;-emitase al capitulo 1 1.8).

Derivacion (by-pass): La linea de derivacion es una conexion directa entre ia mirada y la salida, de manera que cuando se cierre e l tanque, por lo menos ~ ' j o del flujo pueda desviarse dentro del conductor principal. La valvula de com- puertr sirve para cerrar la derivacion cuando e l tanque esta en uso, y solamente r &re cuando e l flujo que va dentro del reservorio se corta para fines de trabajo oe mrrntenimiento. Cuando se usa una derivacion, es importante considerar las presbnes estaticas, puesto que ha sido eliminado e l efecto limitador de presion 'ei rrcervorio.

FIGURA 14-4

TUBOS DE SERVICIO PARA RESERVORIO DIVIDIDO

Aliviadero: Se mide el rebose de acuerdo con la figura 11-5, pero en vista que el tanque reservorio tendra un rebose frecuente habra que tener especial cuidado en asegurarse de que e l rebose del agua no cause problemas de erosion.

Salida de limpieza: Sera de tubo FG de 2", con una valvula de compuerta. E l piso del tanque tendra una inclinacion hacia abajo que vaya a la salida, con el tubo de limpieza embebido en e l fondo de e l (remitase al capitulo 19.13).

Tanque de division: Un tanque de division requerira aproximadamente el doble de valvulas de control, puesto que al mismo tiempo tiene que haber un sub-tanque aislado del sistema. La figura 14-4 muestra los arreglos generales de los tubos de servicio para las necesarias conexiones cruzadas.

14.7 Construccion

En esta seccion se presentaran los pasos generales para la construccion de un reservorio, enumerando importantes consideraciones en cada paso.

Eleccion del sitio: El sitio que se elija para un reservorio sera un terreno estable sin amenazas de aludes ni de erosiones.

Lo deseable es un sitio de terreno nivelado puesto que se requiere menos excavacion, pero no hay que escoger un sitio donde una de las paredes del tanque pueda quedar demasiado profunda (un minimo de 40 cm de pared debe estar por encima del terreno) remitase a la figura 14-5. Tiene que quedar espacio para que se pueda apilar los materiales de construccion (piedra, arena, cascajo, etc.) y un espacio adecuado para que puedan trabajar las cua- drillas que mezclan el cemento (en los tanques grandes, las camas de mezcla del cemento se pueden hacer dentro del tanque). En un proyecto donde van a trabajar muchos

-ESPACIO LIBRE MINIMO 40 CM

FIGURA 14-5

RESERVORIOS EN TERRENO -INCLINADO

albaniles, seria bueno tener dos o mas lugares para mezcla de cemen- to.

Excavacion: La profundidad de excavacion para el tanque dependera.de la naturaleza del suelo en ese sitio. En la figura 14-2 se dan profundidades de excavacion aproximadas. En los terrenos empinados, la pared mas profundamen-

te enterrada debe todavia levantarse por encima del nivel del terreno terminado 40 cm como minimo. La excavacion minima debe establecer un piso perfectamente nivelado, con una zanja de cimentacion de 30 cm de profundidad para los cimientos de la pared. Aunque los muros de tipo gravedad no necesitan soportar- se con relleno, siempre se aconseja alguna excavacion para que e l tanque quede firmemente embebido en el terreno, especialmente si es un terreno inclinado. Cuando se completa l a excavacion, hay que demarcar las zanjas de cimentacion (usando cordel o postes de madera).

Cimientos: Las zanjas de cimentacion tienen que ser tan anchas como el cimiento del muro y de 30 cm de profundidad. Se le pone una cama de grava o de concreto pobre de 10 cm de profundidad y se nivela, luego una capa de 20 cm de alto de mamposteria (o concreto). La pared de mamposteria normal se debe constriiir encima de esta cimentacion. Remitase a la figura 14-6.

Construccion de pared: Las paredes de mamposteria son de mortero de 1 :4 de cemento: arena. Conforme se erigen estas, especialmente cuando el tanque es proflin- do, deberan fijarse dentro de las paredes un sendero de piedra o escalones (hechos de barra de refuerzo de acero de 3.8") directamente debajo de la ubicacion del registro de acceso (remitase a l a figura 14-7). Los escalones los puede moldear facilmente el herrero de la comunidad segun las dimensiones que aparecen en la figura. Los escalones de piedra deben espaciarse 30 cm en sentido vertical (contrapasos de 30 cm). Remitase al capitulo 19 para los detalles sobre cemento, mortero y mamposteria.

FIGURA 14-6

:IMENTACION DE PARED DE RESE8 VORlO

-- a l -

Techado: Como la exposicibn directa a los rayos solares puede causar deshidratacion del enlucido y del concreto, se recomienda completar e l techado del tanque antes de enlucir las paredes o del vaciado del piso. Teniendo el tanque debi-

damente cerrado, se evitara tambien el ingreso de los ninos cuando e l enlucido y el concreto estan se- cando. El capitulo 19.14 trata sobre losas de techo de concreto para el techo y e l apendice tecnico F sobre otros tipos de techado.

Enlucido: Se recomienda efectuar el enlucido antes de colocar el piso. En e l capitulo 19.12 se detallan las especificaciones de enlucido.

Piso: El piso del tanque puede ser de mamposteria (vale decir, ladrillo o piedra asentados con mortero) o concreto (ya sea armado o simple). Se debe colocar una cama de grava o piedra chancada, ligeramente inclinada asi el piso tendra un declive hacia el tubo de limpieza. En el capitulo 19.13 se detallan los detalles tecnicos para crear un piso de tanque impermeable. Tan pronto como haya endurecido el concreto final o el enlucido, se debe llenar el tanque hasta una profundidad de aproximadamente 30 cm para ayudar a l proceso de cura (una profundidad de agua considerable ejerceria tanta presion en el piso que el cemento no seria tan fuerte para soportarla). Despues de dos semanas, se puede llenar el tanque completamente y verificar cualquier fuga.

Nivelacidn final: El terreno ubicado alrededor del reservorio debe amonto- narse de manera que el escurrimiento de la lluvia no apunte hacia el tanque. La tierra circundante debe estabilizarse contra la erosion. Si por lo general hay fuertes escurrimientos de lluvias, entonces habra que hacer adecuados canales para drenaje. El canal de drenaje para el rebose tambien debe construirse cuidadosamente y es preferible que transporte el agua hasta donde pueda ser utilizada (puede ser un pozo de agua para !os animales o para regar jardines cercanos).

Mantenimiento: Debe incluir un vaciado anual y la limpieza del tanque, haciendo tambien trabajos de enlucido y otros de reparacion, si son necesarios.

14.8 Ejemplo de diseno

Un reservorio de 16,000 litros de capacidad va a ser construido de mamposteria de piedra bruta, con el techado ACG y piso de concreto simple. En esta seccion se presentaran los calculos del diseno y analisis de insumos de los materiales y mano de obra para el techado, albanileria, excavxion y piso (son exclui- das las tuberias de servicio FG). Para una labor especifica y para un estimado de las proporciones de analisis ver la tabla de referencia VI1 al final de este manual.

Calculos preliminares: Se selecciona una profundidad de agua de 65 cm (= 0.65 m)

Area de la superficie de agua requerida = capacidad/profundidad = 16.0 m3 10.65 m = 24.62 m2

Dimensiones internas para un tanque = J24.62 = 4.96 m cuadrangular = 5.0 m x 5.0 m

El area que debe cubrir e l techo incluye la superficie del agua, el ancho de las paredes del tanque (cada una de 30 cm de ancho) y una saliente (volado) de 10 cm:

Areadetecho=5.0+0.3+0.3+0.1 $0.1 = 5.8mx5.8m

Si acomodamos estas dimensiones para tener las medidas efectivas de una plancha ACG (3.0 x 0.7 m):

Ancho de 8 planchas = 5.6. m Largo de 2 planchas = 6.0 m

De t a l manera que las dimensiones definitivas internas del tanque son: 4.8 m x 5.2 m (sustrayendo salientes y paredes), lo que da una capacidad final de: 16.22 m3 (1 6,220 litros), lo cual es aceptable.

Dimensiones de /a pared: Ha biendo seleccionado l a profundidad del agua, es posible seleccionar las dimensiones de las paredes de mamposteria, usando la figura 14-2.

El corte transversal que resulta de pared y zanja de cimentacion se ilustra en la figura 14-8.

Areas de seccion transversal: mamposteria = 0.42 m2 grava = 0.05 m2

Las dimensiones finales exteriores del tanque (incluyendo los cimientos) son de 5.6 m x 6.0 m; por consiguiente, las dimensiones de la excavacion son de 7.6 m x 8.0 m (lo cual permite un metro extra en e l exterior de las paredes, para que puedan trabajar los albaniles, por 60 cm de profundidad.

160

FIGURA 14-8 EJEMPLO DE DISEIUO DE PAREO

Excavaciones:

Volumen de excavacion principal = 7.6 x 8.0 x 0.6 = 36.48 m3 Volumen de excavacion en la zanja de cimentacion: 5.6 + 5.6 + (6.0 + 6.0) x 0.3 x 0.5 = 3.48 m3

VOLUMEN TOTAL DE EXCAVACION =40.0 m3

MANO DE OBRA TOTAL DE EXCAVACION = 22.0 dias-hombre (no calificada)

Albanileria:

Longitud total de paredes de albanileria = 23.2 m Area de seccion transversal de paredes = 0.42 m2 Volumen de mamposteria = 23.2 x 0.42 = 9.74 m3

Volumen de piedra chancada (zanjas de cimentacion) = 23.2 x 0.05

Por lo tanto VOLUMEN TOTAL DE PIEDRA CHANCADA = 1 . l 6 m3

La mamposteria de canto rodado es 65010 de piedra y 350/0 de mortero y el mortero es de 100010 arena y 25010 cemento (para mortero de 1:4 cemento: arena).

Volumen total de piedra = 0.65 x 9.74 = 6.33 m3 Volumen total de mortero = 0.35 x 9.74 = 3.41 m3 Volumen total de arena = 3.41 m3

VOLUMEN TOTAL DE CEMENTO = 0.25 x 3.41 = 0.85 m3

TOTAL MANO DE OBRA ALBAfiILERIA = 9.74 x 1.4 = 13.64 dias- hombre (calificada)

TOTAL MANO DE OBRA = 9.74 x 3.2 = 31.17 dias-hombre (no calificada)

Losas de piso:

(La losa de piso es de concreto simple de 12 cm de espesor de medida de 1 : 1 1/2:3 cemento: arena: grava.

Volumen de piedra chancada de cimentacion = 4.8 x 5.3 x 0.1 = 3.0 m3 Volumen de concreto = 4.8 x 5.2 x 0.12 = 3.00 m3 Volumen de piedra chancada en el concreto = 1 .O x 3.0 = 3.0 m3 VOLUMEN TOTAL DE PIEDRA CHANCADA = 3.0 + 3.0 = 3.0 m3 VOLUMEN TOTAL DE ARENA = 0.5 x 3.0 = 1.5 m3 VOLUMEN TOTAL DE CEMENTO = 0.33 x 3.0= 1 .O m3

TOTAL MANO DE OBRA ALBANlLERlA = 1.1 x 3.0 = dias-hombre (calificada)

TOTAL MANO DE OBRA = 4.0 x 3.0 = 12.0 dias-hombre (no calificada)

Techado:

(El techo necesitara 16 planchas ACG, soportadas por vigas a mitad de pa- no (en consecuencia se necesitan 3 vigas) cada viga soportada a mitad de vano por una columna de tuberia FG de 1").

Tramo interior del tanque = 4.8 m Tramo de cada viga = 2:4 m Dimensiones de cada viga = 5 x 10 x 540 cm VOLUMEN TOTAL DE MADERA= 3 x (0.1 x 0.05 x 5.4) = 0.081 m3 TOTAL DE MANO DE OBRA CARPlNTERlA = 0.081 x 18 = 1.46 dias-

hombre (calificada) TOTAL DE MANO DE OBRA = 0.081 x 18 = 1.46 dias-hombre (no califi-

cada)

3 piezas tubo FG de 1" x 0.95 m 6 bridas roscadas,de FG de 1" 20 pernos con huachas y tuerca de 318" x 5" 112 kg de clavos de 2" 8 varillas de refuerzo de 318" x 0.60 m (para asegurar las vigas a las paredes)

Enlucido:

(Enlucido de acuerdo a las especificaciones del capitulo 19.12, 3 capas de 1 cm de espesor).

Area enlucida = (4.8 + 4.8 + 5.2 + 5.2) x 0.7 = 14.0 m' por capa (Paneteo) (1 :4 enlucido): arena = 14.0 x 0;l = 0.14 m3

cemento = 14.0 x 0.0025 = 0.035 m3 Segunda Capa (1 :3 enlucido): arena =0.14 m3

cemento= 14.0 x 0.003 = 0.042 m3 Capa final (1:2 enlucido): arena= 0.14 m3

cemento = 14.0 x 0.005 = 0.07 m3

Volumen total de arena = 0.42 m3 VOLUMEN TOTAL DE CEMENTO = 0.15 m3 Area total de enlucido (vale decir, 3 capas) = 3 x 14.0 = 42.0 m' TOTAL MANO DE OBRA ALBAI\)ILERIA= 42.0 x 0.14 = 5.9 dias-hom-

bre(ca1ificada) TOTAL MANO DE OBRA = 42.0 x 0.22 = 9.2 dias-hombre (no calificada)

Total materiales y mano de obra:

Volumen total de piedra chancada = 7.16 m3

Mano de obra en piedra chancada = 7.16 x 1.4 = 10.0 dias-hombre (no calificada)

VOLUMEN TOTAL DE CEMENTO = 2.00 m3 = 2000 litros = 63 bolsas TOTAL MANO DE OBRA NO CAL1 FICADA = 86 dias-hombre TOTAL MANO DE OBRA CALIFICADA=24.3 dias-hombre (Lista de aditamentos requeridos ... 1 (Lista de herramientas requeridas . . .) En l a figura 14-9 se ilustran dibujos del diseno final del tanque.

NOTAS: 1. Los tamanos de tubo FG y su arreglo no esta detallado. 2. Vease la fig. 14-8 para los detalles de las dimensiones de la pared. 3. Cada viga del techo tiene un tubo de l", tubo de FG en el medio. 4. Los pernos de anclaje deben espaciarse cada 65 cm.

t LAVADERO

PLANCHAS DE ACG ( l b @ 3 x 10')

I VIA DE ACCESO

/(112 PLANCHAIDE

PERNOS DE - 3 1 8 " ~ 5

l

ESTA PARED 30 CM M& FG le'---/ ALTA PARA TECHO INCLINADO

FIGURA 14-9 EJEMPLO DE DISENO DE RESERVORIO

15. PUESTOS DE TOMA PUBLICOS

15.1 introduccion

Los puestos de toma son e l componente que se usa con mayor frecuencia dentro de todo el sistema. Ninguna otra estructura afrontara un abuso mayor y ninguna otra estructura tendra que acomodarse tan estrechamente a las necesidades sociales y culturales del lugar.

Un puesto de toma es algo mas que una estructura fisica. Se convertira en un nuevo e importante punto de reunion de la comunidad, donde las mujeres la- varan ropa y los hombres se banarln. No solo el puesto de toma sino tambibn la zona circundante tiene que ser cuidadosamente seleccionada y planificada. Si se disena y se construye de manera correcta, e l puesto de toma sera un lugar lim- pio y atractivo. De no ser asi, a simple vista sera anti-higihica y sucia.

Ademas de ser el punto para recoger e l agua, el area del puesto de toma tiene que dejar espacio para el lavado de ropa y el aseo personal.

Aparte de los derechos de agua de la fuente, ninguna otra parte del sistema esta tan propensa a verse envuelta en argumentos, politica o disputas. El numero de puestos de toma requeridos, y su ubicacion sera constante fuente de encendi- dos debates.

Todas estas consideraciones habra que sopesarlas y resolverlas equitativa- mente s i queremos que el sistema tenga exito.

15.2 Ubicaciones de puestos de toma

Siempre sera un proceso comprometedor la eleccion de la ubicacion de los puestos de toma ya que no hay un solo punto que pueda reunir todos los requisitos ideales.

El numero de tomas que requiere un sistema sera grandemente influenciado por la disposicion geografica de la comunidad. Distritos aislados, no importa

cuan pequenos, requeriran una propia. La escuela (si hay una o varias) y las postas medicas deberan tener la suya propia. No sera raro que la maxima autoridad politica de l a comunidad quiera tener la suya propia (a esto se le puede sacar ventaja: esta persona puede ser aliado util para la organizacion y la motivacion de la fuerza laboral, especialmente si desea recibir a cambio un puesto de toma). Algunas veces tambien ha sucedido en Nepal que ciertos grupos de casta quisie- ron tener su propia toma por razones religiosas.

Todas estas son solicitudes razonables. Mientras que por un lado no es aconsejable que el numero total de tomas sea demasiado elevado, por otro lado es usualmente aceptable agregarle una o dos mas, s i el proyecto en su conjunto se va a beneficiar. Una pequena inversion de materiales puede significar mucho en l a buena voluntad, la motivacion y e l exito.

La ubicacion de los puestos de toma se basara en algunas consideraciones: tienen que estar bien ubicadas para atender a aquellas familias que van a depen- der de los mismos; tienen que tener un area suficientemente grande para servir a varios usuarios al mismo tiempo (lavado, aseo, recoleccion de agua, etc.).

Sera bueno escoger un sitio que este cerca, aunque no directamente sobre un camino principal. Si el lugar es soleado, cobijado, animar3 a darse un bano (aun en epoca de frio). En l a cercania se puede excavar un hueco pequeno para que colecte agua servida para uso de los animales (y evitar asi que los animales beban directamente agua del puesto de toma). El rebose de agua que sale de este pozo se puede canalizar hacia jardines o campos aledanos.

15.3 Caudal

El caudal estandar de un puesto de toma es 0.225 LPS (13.5 litros/minud to). Este tipo de toma atendera adecuadamente a una poblacion de 200 a 236 personas. En aquellos sitios donde un puesto de toma sirve solamente a una4 cuantas familias se puede recortar un poco el caudal y, a la inversa, se puedo aumentar en areas mas densamente pobladas (tambih se puede construir un puesto de toma que tenda dos o tres canos; vease la seccion 15.5).

El caudal de diseno se consigue instalando en la base del puesto de toma una valvula de globo de 1/2", regulandola hasta que entregue el flujo deseado. Se asegura bien entonces esta valvula para evitar que sea manipulada. La llave en el punto de descarga, sirve solamente como valvula de control para abrir y cerrar.

15.4 Presion residual

La presion residual en puesto de toma es importante: s i es muy alta ocasicb nara un desgaste acelerado del interior de la valvula de control; y si es muy baja, e l caudal sera bajo.

Se recomiendan las siguientes presiones residuales:

Minimo absoluto: 7 metros Extremo inferior del rango deseado: 10 metros Lo mas aconsejable: 15 metros Extremo superior del rango deseado: 30 metros Maximo absoluto: 56 metros

Estos estandares son algo liberales. VJagner & Lanoix recomienda un rango de 10-50 metros*.

Cuando la toma esta cerrada, la presion estatica no debe exceder e l indice de presion del tubo del puesto de toma ni el de la linea de toma.

15.5 Consideraciones estructurales

Un puesto de toma se puede construir de ladrillo, piedra, o madera, usando mortero o mamposteria de piedra seca. Sin considerar el material de construc- cibn, tiene que disenarse y construirse para que pueda soportar e l uso y abuso, especialmente s i esta ubicado en e l patio de una escuela.

Un puesto de toma de mamposteria de mortero de cemento debe tener una columna de apoyo de 50 cm por 50 cm alrededor del tubo FG, la cual debera estar en una cimentacion embebida 30 cm por debajo del nivel del suelo. El mortero debeser 1:4 y e l exterior puede enlucirse s i asi lo desean los miembros de la comunidad. El cano tiene que sobresalir lo suficiente para que los recipientes de agua se puedan llenar facilmente; sin embargo, no necesita sobresalir mas de 30 cm. Puesto que los recipientes de agua se cargan generalmente con correas sujetas a la cabeza, se puede agregar un escalon a la toma (ya sea de cemento, mortero de barro o de mamposteria de piedra seca) lo cual ayudara al momento de cargar el recipiente. Un "mandil", de mortero

FIGURA 15-1

'UESTO DE TOMA DE ALBANILERI~

"Water Supply for Rural Areas & Small Communities". (WHO, 1959).

de concreto o cemento proveera suficiente espacio para que varias personas trabajen a la vez, Un ca-

nal de desague a prueba de erosion transportar4 el agua servida hasta un punto de drenaje adecuado.

Cuando e l puesto de toma se deba construir dentro de un terraplen se puede usar piedra seca, o donde haya albaniles calificados en corte de roca, dstas se pueden acomodar cuidadosamente en una solida estructura de puesto de toma; estos tipos requieren un minimo (si acaso alguno) de mortero de cemento. Ambos tipos se muestran en la figura 15.2. !

u-

FIGURA 15-2

PUESTO DE TOMA DE PIEDRA SECA I Los puestos de toma de ma-

dera no tienen una vida tan larga '

como los de mamposteria debido a que e l ambiente humedo favore- ce su deterioro. Sin embargo, oca- sionalmente algunos proyectos re- querir6n temporalmente este tipo de puesto de toma hasta que se pueda conseguir cemento para construir uno mas adecuado. En estos casos, se puede instala; rapidamente un poste de madera de 15 cm cuadrados como minimo, por 100 cm mas largo que la altu-

168

ra del caiio. El herrero de la comunidad podre fabricar unos cuantos clavos-grapa de hierro con los cuales asegurar firmemente el tubo FG al poste. ~ s t e tipo de puesto de toma se ilustra en la figura 15.3.

Con un poste de la misma medida, pero con un canal cortado a l dorso se pueden hacer puestos de toma mas permanente de madera, instalando dentro de e l el tubo FG, como se ilustra en l a figura 15.4.

1 FIGURA 15-3 1 PUESTO DE

TOMA PROVISIONAL DE MADERA A

'RO DEL POSTE DE MADERA

FIGURA 15-4 r

PUESTO DE TOMA DE MADERA

1 DIMENSIONES EN CENTIMETROS

PUESTO DE TOMA DE GRIFO SIMPLE

PUESTO DE TOMA DE GRIFO DOBLE

UNION BRONCE FGIPAD DE 112" r 20 M M D. MANGUITOS DE FG 112" 1 VALVULA DE GLOBO 112" CODOFGDE ID''

GRIFO DE BRONCE 112" TEE DE FG 112" 1 -

FIGURA 15-5 OlSPOSlClON DE TUBO FG PARA PUESTOS DE TOMA

Colocar una tapa de madera sobre la parte superior del poste evitara que e l agua de lluvia se filtre en la madera y el area que circunda al poste debera empizarrar- se para evitar que resbale en e l terreno. E l poste se tiene que fijar en una cama de grava, y rellenarlo con mas grava de manera que e l agua drene libremente hacia abajo y no remoje el poste. El poste mismo tiene que pintarse completamen- t e con una pintura preservante o con barniz para evitar su dexomposicibn.

Tubo FG: Los puestos de toma usan tubo FG de 1/2", y requieren un cano y una valvitla de globo*. La altura de grifo tiene que ser de 120 - 150 cm por encima del mandil (un puesto de toma en una escuela debera tener un grifo un poco mas bajo para los estudiantes mas pequenos). La valvula de con-

trol debera ubicarse en una caja de valvula bien asegurada para evitar que sea manipulada. La figura 15-5 muestra el arreglo caracteristi- co del tubo FG y'las medidas para tomas Unicas y multiples:

En Nepal, la valvula de globo de 112" se conoce como "grifo eso- ciativo".

Puestos de toma con multiples grifos: En los sitios donde la densidad poblacional de una comunidad es bastante alta, es posible economizar en el numero de puestos de toma construyendolos con grifo doble o triple. En estos casos, un grifo tiene que colocarse aproximadamente 30 cm mas bajo y la valvula de control regulada de tal manera que no fluya menos de 0.20 LPS de cada toma cuando todos los grifos esten abiertos. Los puntos de toma con multiples grifos no se necesitan sino solamente cuando se espera que mas de 200 personas usen la toma, o donde un programa de demanda de agua inusual signifique que muchas personas a la vez traten de usar la toma. (como banarse en un puesto de toma en una feria).

Desague: No se debe permitir que e l agua servida de los puestos de toma se acumule en charcos fangosos porque puede estancarse y convertirse en criadero. de mosquitos y foco de enfermedades. El agua servida tiene que ser transportaaa lejos mediante un canal no erosionabie (o tubo PAD de 90 mm) a un punto de drenaje adecuado como pozos de agua para animales, o un jardin o campo cercano). Estos cetiales no tienen que hacerse de mamposteria con barro sino que pueden hacerse de ladrillo o piedras que se acomoden cuidadosamente. Estos canales de regadio tienen que techarse con puentes al atravesar un camino. Definitiva- mente el punto de drenaje tiene que estar a menor altura y el declive minimo del canal de drenaje sera de 5010. La figuia,15-6 presenta dibujos de algunos canales de drenaje.

Acabado: El terreno que circunda un puesto de toma tendra un acabado tal que sea estable, de facil frenaje y facil secado. Hay que evitar que los animales caminen sobre el o !o atraviesen y, por consiguiente puede ser necesario colocar cercas en las areas de puestos de toma.

TUBO PAD DE 90 MM

PUENTE DE PIEDRA PARA CRUZAR CAMINOS-

MlNlMO DECLIVE DE CANALES * 5010

FIGURA 15-6

CANALES DE DRENAJE

y - ALBANILERIA DE PIEDRA SECA

FIGURA 15-7

VARIEDAD DE DISEQOS DE PUESTOS DE TOMA

El puesto de toma se puede enlucir o dejar a l natural, dependiendo de la calidad de la albanileria y de lo que deseen los pobladores. En efecto, la mayor parte de la construccion de un puesto de toma deber4 hacerse de acuerdo a los deseos de los pobladores, recibiendo la gula del director de obra en todos aquellos puntos discutidos en este capitulo.

Algunos pobladores pueden contentarse solamente con una tuberia abierta. Tales arreglos invariablemente crearan problemas que seran mayores que el gasto y trabajo de construir un puesto de toma solido. En la figura 15-7 se muestran varios dibujos de puestos de toma.

16. CAJAS DE VALVULA

16.1 lntmduccidn

El proposito de una caja de valvu2a es proteger la valvula de control del ma- nipule~ indebido que puede alterar el equilibrio hidraulico del sistema e inte- rrumpir los flujos.

Las cajas de valvulas pueden anexarse a las estructuras (caso comun con los tanques) o ubicadas independientemente a lo largo de la tuberia (tales como en derivaciones estrategicas o puestos de toma cercanos). Estos pueden construirse

' de mamposteria. tubo FG, tubo PAD, o concreto armado (CA, dependiendo de los materiales disponibles, medida y numero de valvulas, frecuencia de operacion, etc.

16.2 Caracteristicas de diseno

Independientemente del material de construccion, las cajas de valvula deberan construirse con las siguientes caracteristicas:

Cubierta segura: La valvula debe estar protegida por una cubierta fuerte y segura que no pueda ser abierta ni destruida por personas comunes. ias cubiertas pueden empernarse, clavarse, enterrarse o hasta soldarse (como sucede con l a caja de valvula de tubo PAD). Las cubiertas de caja de valvula pueden ser losas de CA (vease capitulo 19.15), planchas de ACG (remitase e l capitulo 20.6) o ta- blones de madera.

Drenaje libre: La caja de valvula no debe tener un piso solido, para que cualquier fuga o filtracion del terreno pueda drenar facil y rapidamente. Se recomienda una cama de cascajo o piedra triturada.

Tamano adecuado y suficienre como para permitir que las valvulas se puedan retirar y reemplazar facilmente, sin tener que romper la caja de valvula. Si se construyen de mamposteria, tienen que ser suficientemente grandes para que

las llaves inglesas y alicates puedan moverse libremente. Si se construyen de tubo FG o PAD, deben ser facilmente retirables.

16.3 Cajas de valvula de mamposter fa

Las cajas de valvula de mamposteria son de piedra o de ladrillo. La parte baja de la caja puede ser de mamposteria de piedra seca, pero para los 40 cm superiores tiene que usarse mamposteria de mortero de cemento. La caja tiene que sobresalir aproximadamente 10 cm sobre e l nivel del terreno. Las dimensiones interiores de la caja deben dejar sitio para que la valvula(s) pueda desenroscarse del tubo; en una caja con dos o mas valvulas, e l espaciarlas dara mas sitio.

FIGURA 16-1 CAJA DE VALVULA DE

FIGURA 16-2 CAJA DE VALVULA DE CONCRETC

ARMADO

La tuberia no debe cementarse dentro de las paredes de la caja y la caja tiene que construirse sobre una cama de cascajo o piedra chancada con varios centimetros de profundidad para permitir e l rapido drenaje de fugas o de humedad. (Remitase a la figura 16-1).

16.4 Cajas de valvula CA

Las cajas de valvula hechas de concreto armado no valen generalmente e l esfuerzo s i se trata de una sola. Sin embargo, cuando se tienen que construir varias cajas de las mismas dimensiones entonces se puede

hacer un molde de madera y producir facilmente las cajas de valvula CA. Las cajas de valvula CA pueden descansar sobre una parte baja de mamposteria de piedra seca. El refuerzo tiene que hacer con una barra de refuerzo de 3/8", la mezcla de concreto debe ser de 1:2:4 (con grava de tamano pequeno), y las paredes deben tener aproximadamente 5 cm de espesor. Los pernos estaran embebidos en el tope para poder empernar la cubierta (remitase al capitulo 20.4). Las dimensiones del interior son las mismas que en las cajas de valvula de albanileria. Remitase a l capitulo 19 para detalles del trabajo de cemen- to de CR.

FIGURA 16-3

CAJA DE VALVULA DE TUEO FG

CASQUETE TERMINAL O !

CAPSULA DE TUBO PAD 90 M 14

LUNION DE BRONCE PARA FG/i ,-,E DE 112" x 32 MM

16.5 Cajas de valvula de tubo FG

Para una sola valvula, es posible usar un tramo de tubo FG como caja de valvula, segun se ilustra en la figura 16-3. El tamano del tubo FG depende de la medida de la valvula de control: para las valvulas usadas en Nepal, se pueden usualmente emplear las siguientes medidas:

Tamano de Tamano de tubo valvula F G

AGUJERO DE VARILLA DE 318" LLAVE \ L

Sin embargo, se recomienda que el supervisor personalmente verifique que las valvulas de control en efecto encajen dentro del tubo FG.

La base del tubo FG se ranura para permitir que Bste se deslice sobre la tuberia, y se asegura en su sitio con un perno de 3/8" o barra de refuerzo en forma de gancho (estos se pasan a traves de dos huecos de 112" perforados en e l fondo del tubo). Un casquete terminal atornillado con una llave inglesa sera una cubierta segura. Para operar la valvula,

TERMINAL DE LA LLAVE CORTADO PARA CABER

,5 -3.

''EN LA MANIJA DE LA &! :=- VALVU LA

FIGURA 16-5

CAJA DE VALVULA CON LLAVE

se usa una "llave" de 112" o de 1" de tubo FG: los extremos de esta llave estan ranurados con el fin de que pueda deslizarse en el manubrio de valvula y dar la vuelta. Se recomienda paredes de mamposteria de piedra seca y rellenos de grava. El pintar e l tubo FG retardara la corrosion.

16.6 Cajas de valvula de tubo PAD

Estas son las que mejor se adaptan a l a valvula de control de 112" de un punto de toma, puesto que son valvulas que no se tienen que regular con frecuencia. Una caja de valvula PAD es de tubo PAD de 90 mm, asegurado a la tuberia igualmente ranurada como se ha descrito anteriormente, pero sin extenderse hasta l a superficie del terreno. Se cierran por soldadura sobre un casquete terminal PAD de 90 rnm, pero dejando suficiente luz para que el casquete se pueda cortar y sacar sin danar e l interior de la valvula. El mismo casquete se puede volver a soldar de inmediato una vez que se haya terminado e l trabajo de mantenimiento. Remitase a l a figura 16-4.

16.7 Valvulas que se regulan frecuentemente

Cuando se trata de valvulas que hay que operar con regular frecuencia, lo mejor seria dejar un hueco en la cubierta de la caja de valvula que este ubicada directamente sobre e l manubrio de l a valvula. Luego, se puede operar la valvula usando la "llave" (descrita en la seccion 16.5) en lugar de tener que retirar repe-

tidas veces la cubierta. El hueco en la cubierta tiene que ser solamente unos cuantos centimetros mas grande que el tubo-llave y la cubierta tiene que ser suficientemente alta para impedir que se alcance a traves del hueco y se opere la valvula manualmente. Remitase a la figura 16-5. Una de las desventajas que tiene este tipo de valvula es que el hueco permanece abierto, lo cual deja libre l a posibilidad de que la valvula sea manipulada utilizando una llave de fabricacion case- ra.

16.8 Cajas de valvula acopladas

Estas son valvulas que se anexan o construyen dentro de alguna estructura, como bocatomas de tanques, tanques disruptores o reservorios. Estas cajas con- sistiran generalmente de 3 paredes de mamposteria (una de las cuales puede ser la pared del tanque) con una pared hecha de mamposteria de piedra seca que sera l a cuarta. Esta pared de piedra seca puede desmantelarse y excavarse la tuberia por debajo sin destruir parte alguna de la caja de valvula.

En la figura 16-6 se presentan varios dibujos de algunas cajas de valvula:

LOSA DE C.A.

ENTABLADO DE MADERA

FIGURA 16-6

PLANCHA DE AG

L b

Y ' , \

TUERCA 318"

ARANDELA 112" -a ---fa -

VARIEDAD DE COBERTURAS DE CAJAS DE VALVULA

17. CALIDAD DEL AGUA

En l a actualidad no existe en Nepal un sistema practico de tratamiento de agua que se pueda usar extensamente. Por tal razon, se debe enfatizar la ubicacion de la fuente de agua potable mas limpia posible y luego asegurarse de que no se contamine en el futuro.

Los contaminantes fisicos, como particulas en suspension, pueden retirarse o reducirse grandemente permitiendo que se sedimenten, como ya lo hemos discutido en el capitulo 12.

Hay solamente dos medidas adicionales que se pueden tomar en la practica para mejorar l a calidad del agua: filtracion lenta de arena y aireacion. En este capitulo no presentaremos los detalles tecnicos para estos: el lector puede encontrar abundante informacion de este tipo entre las fuentes que enumeramos en la seccion de referencia de este manual. Mas bien, presentaremos una descripcion y discusion general para que e l lector pueda obtener un conociiniento basico sobre estos procedimientos.

17.2 Filtracion lenta de arena

Un filtro lento de arena es un tanque grande que tiene un sistema de sub-drenaje cubierto por una capa base de grava y luego una cama de arena filtrante, El filtro trabaja purificando mecanicamente e l agua conforme fluye a traves de la arena, y tambien atacando biologicamente las impurezas organicas (la cama del filtro desarrolla un "fango" de bac- terias que se alimenta de las impure-

zas organicas transportadas por el flujo).

Esos filtros son relativamente faciles de construir y su mantenimiento no requiere de personal al- tamente calificado. Sin embargo, un filtro lento de arena tiene varios se- rios inconvenientes: trabajando a maxima eficiencia, soiamente puede filtrar aproximadamente 0.002 -

0.003 LPS (7-1 1 litros/hora) por metro cuadrado de area de superficie de filtro. Por tal razon, se necesita un area grande para proveer aunque sea un flujo minimo para el sistema. Adicionalmente, aunque su mantenimiento es sencillo, necesitan una atencion regular y confiable porque de lo contrario se con- vierten en fuente de polucion bacte- rial en lugar de purificadores.

La decision de instalar este tipo de filtra implica muchas consideraciones serias y consultas con los comuneros, e l supervisor y los ingenieros DDL. El diseno tecnico de este tipo de filtro es mejor enco- mendarlo a profesionales.

SALIDA

FIGURA 17-1

FILTRACION LENTA DE ARENA

180

EL FLUJO ES ROTO E 'EQUENAS GOTAS CAIDAS 'OR LISTONES DE MADERA L

FIGURA 17-2 TORRE DE AlREAClON

La aireacion es el proceso de mezclar completamente el agua con e l aire. El agua enriquecida con oxigeno pierde su acidez (la cual se debe a la presencia de dioxido de carbono disuelto) y reduce sabores y colores indeseados debidos a la presencia de hierro o de otros gases disueltos.

El metodo mas facil de aireacion es construir una torre, como se ve en la figura 17-2, la cual tiene varias hileras de tamices de plastico o listones de madera. Estos, mecanicamente rompen el flujo de agua en pequenas caidas de gotas, las que por el aumento de su Area de superficie, pueden absorber el oxigeno mas rApido. Este tipo de torre se puede construir como parte de un tanque de sedimentacion o tanque de recoleccion, o aun del reservorio.

17.4 Mayar referencia

Si desea una informacion rapida, bssica sobre tecnicas de filtros lentos de arena y filtros de aireacion, vease "Water Supply for Rural Areas and Small Communities", Lanoix & Wagner (WWO, 1959), pgs. 175-180.

18. ARIETES HlDRAULlCOS

18.1 Introduccion

En Nepal los arietes hidraulicos se estan usando cada vez mas, permitiendo asi que muchos comuneros que antes no podian usar un sistema de agua de flujo por gravedad (porque la fuente estaba muy baja) tenga ahora un sistema de agua potable cuya construccion resulta economica. Aunque e l ariete hidraulico es una bomba, no requiere ni combustible ni electricidad. En lugar de esto, trabaja usando la energia gravitacional contenida en una gran cantidad de agua que.cae a corta distancia para bombear una pequena cantidad de agua a gran distancia.

Esto significa que e l ariete o piston hidraulico puede usarse para bombear agua que proviene de una fuente baja, hacia arriba, hasta un tanque reservorio que se construye mas alto que e l nivel de la comunidad. Desde alli el agua se distribuye mediante una tuberia normal de flujo por gravedad.

En este capitulo se introduciran los principios basicos de un ariete hidraulico, y se presentaran los conocimientos tecnicos necesarios para que un perito conduzca una inspeccion de campo de un proyecto de ariete hidraulico potencial y determine si tal cosa es factible. Aunque la instalacion de un ariete hidraulico requiere de conocimientos especializados no hay razon por la que un perito no pueda identificar correctamente la factibitidad de un proyecto de ariete hidrali- co, o que un proyectista pueda disenar correctamente este tipo de sistema.

Hay un excelente libro de referencia que es "Use of Hydraulic Ramo in Nepal" (Uso de arietes hidraulicos en Nepal) por Mitchel Silver, impreso por UNICEFINepal, 1977. Se puede encontrar mayor informacion en las fuentes citadas en la seccion de referencia de este manual.

18.2 Descripcion

Los arietes hidraulicos se encuentran disponibles como "desar- mable~" fabricados comercialmen- te, o pueden ser facilmente fabricados usando aditamentos de tubo FG y los servicios de un taller de mecanica. Cualquiera de estos dos

tipos sera basicamente similar al que se ilustra en la figura 18-1.

Si fluye una gran cantidad de agua desde la fuente hacia abajo la tuberia comprime el aire en la camara, y esta se expande y conduce una pequena cantidad.de agua hacia arriba, a l tubo de descarga. La cantidad y altura del agua que puede bombear e l ariete hidraulico depende de la cantidad y altura del agua que "baja" por el tubo de alimentacion.

CAMARA n

DE A'RE --\ FIGURA 18-1 1 ARIETE O PISTON' HIDRAULICO U

En la figura 18-2 se ilustra una instalacion tipica de un sistema de piston hidraulico:

FIGURA 18-2

INSTALACION DEL ARIETE HIDRAULICO ;

18.3 Calcalo de rendimiento

Un ariete hidraulico, bajo condiciones optimas dificilmente puede bombear m& del 25010 del flujo de la fuente hasta una mayor elevacion. Por esto, generalmente s61o los manantiales o riachuelw muy grandes estaran en condiciones de proveer un flujo suficiente para servir a una comunidad. Cuanto mas alto haya que bombear el agua, menor ser6 el flujo.

Para calcular el flujo aproximado de entrega de una bomba de ariete hidraulico, se tiene:

QD = 2 x Hd x Qd Donde: 3 x Hp Op = caudal bombeado (LPS)

Hd = caida bruta (metros) Hp = Altura de bombeo (no debe exceder 1 OOm) Qd = Caudal de alimentacion (m)

Estas variables se indican en la figura 18-2.

18.4 Consideraciones tecnicas

Cuando en una comunidad se estudia un proyecto potencial de ariete hidraulico, hay algunos detalles tecnicos que se deben tomar en cuenta:

- Si la fuente es un riachuelo, sera necesario construir un tanque de almacenamiento para el ariete hidr&ulico (para asegurar un flujo regular y constante en el tubo de alimentacion).

- Las particulas en suspension y los sedimentos aumentan el desgaste de la bomba, por lo cual sera necesario construir un tanque de sedimentacion;

- La tuberia de alimentacion debe ser de tubo FG y tan recta como sea posible, fijada con seguridad o embebida.

De esta manera, cuando se estudie la ubicacion potencial de un proyecto de ariete hidraulico, el supervisor debe seleccionar cuidadosamente la ubicacion y e l terreno donde se puedan instalar los tanques, tuberia de alimentacion, etc., y debera conseguir elevaciones y distancias de terreno que sean adecuadas.

18.5 Arreglos especiales

Es posible usar varios arietes hidraulicos conectados a un Unico tubo de descarga O usar el agua sobrante que proviene de un ariete hidraulico superior, para hacer trabajar uno inferior, o incorporar un ariete hidraulico dentro de un tanque limitador de presion. Estas posibilidades son ilustradas en la figura 18-3.

TUBO EXPULSOR E HlDRAULlCO INCORPORADO .,A. d"

FIGURA 18-3 VARIEDAD DE INSTALACIONES DE ARIETES HlDRAULlCOS

19.1 Introduccion

Casi todas las estructuras que se construyen en proyectos para abastecimiento de agua, requieren e l uso de cemento: mortero para mamposteria, enlucido para impermeabilizacion y concreto para losas de pisos. El adecuado conocimiento de como seleccionar los mejores materiales, como organizar los procedimientos para mezcla de cemento, y como hacer que resulte eficiente y economico el uso del cemento; todo ello, es esencial para el director de obra.

En este capftulo trataremos de dar una referencia de campo bastante completa. Se hara una descripcion de los diversos materiales requeridos para trabajo con cemento, sus propiedades, y consideraciones importantes. Se discutir8 sobre la mamposteria de ladrillo y piedra, sobre losas de concreto para pisos y techos. Presentaremos procedimientos organizativos, valiosas sugerencias sobre construccion y mencionaremos algunos problemas comunes.

En la TABLA DE REFERENCIA V l l l es incluida alguna informacion importante, a l final de este manual.

19.2 Definiciones y terminos

Damos a continuacion una breve explicacion del vocabulario comunmente usado para trabajo con cemento en este capitulo:

Cemento: sirve como un conglomerante, pega arena y piedra. Lo que se usa normalmente es e l cemento Portland, un polvo gris, similar a la harina.

Mortero: una mezcla de cemento y arena en varias proporciones, depende de la consistencia deseada. Se usa en albanileria para pegar ladrillos o piedras y se usa para enlucir paredes impermeabilizandolas.

Concreto: una mezcla de cemento, arena y agregados (como grava o piedra triturada) en varias proporciones. Se puede vaciar y colar para formar losas.

CA: concreto armado. El concreto es reforzado con varillas de acero o barras embebidas en el para darles consistencia y soporte adicional. Tambien se puede usar malla metalica.

Ladrillos AR: Mamposteria de ladrillo reforzada, utilizando el refuerzo antes descrito.

Fierro de Construccion: barras o varillas de acero de refuerzo, usadas en CA o ladrillo AR.

Agregado: pequenas piezas de piedra mezclada con cemento y arena para formar concreto. Algunos agregados corrientes pueden ser grava, piedra triturada o ladrillo triturado. La arena es un agregado fino.

Grava: se encuentra generalmente a lo largo de rios y riachuelos, son pequenos cantos rodados y piedras que la accion del agua los ha suavizado y redondeado.

Piedra chancada: piezas grandes de roca o piedra que se rompen al tama- Ro del agregado en una labor manual usando picos y combas.

Ladrillo triturado: piezas de ladrillo que se trituran.

19.3 Cemento

El cemento es una mezcla de t iza o piedra caliza y arcilla la cual se hace arder a l fuego y luego se muele a la consistencia de un polvo fino.Se le pueden egregar materiales adici~nales para impartir al cemento ciertas propiedades (tal como que seque rdpido, bajo calor, endurecimiento rapido, etc.). El cemento corriente es un polvo gris, comunmente conocido como "cemento Portland". Este es a l tipo que suministra comunmente para los proyectos de abastecimiento de agua.

Propiedades del cemento: El cemento Portland se usa para proyectos de construcci6n comun. El mortero de cemento o concreto tiene una elevada resistencia a la compresion (aplastamiento) pero una relativamente baja resistencia a la traccion (estiramiento). Cuando se le agrega agua a una mezcla de mortero o concreto, se forma una masa de consistencia suelta, casi liquida, que se puede trabajar y colocar en posicion con facilidad. El cemento comienza a consolidarse en una hora (depende de la mezcla y de la temperatura), perdiendo su planici- dad. Dentro de 4 horas ha terminado de consolidarse y ya no puede trabajarse. Desde e l momento que comienza a secar e l cemento soporta un proceso de endurecimiento quimico que continuara hasta e l termino de un afio por lo menos, aunque durante los primeros dias se produce su endurecimiento mas rapido,

RESISTENCIA D E L CONCRETO DE CEMENTO PORTLAND Porcentaje de ult ima resistencia en varios periodos

3 dias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . aprox. 20010 7 dias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . aprox. 45010

28 dias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . aprox. 60010 3meses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . aprox. 85010 6 meses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . aprox. 95010

1 ano . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . aprox. 100010

Hidratacion: Cuando se le agrega agua a una mezcla de cemento seco (ya sea mortero o concreto), comienza a producirse una reaccion quimica en el cemento, que se conoce con el nombre de "hidratacion". Esta reaccion es la que hace que el cemento se fije y se endurezca, cediendo calor en el proceso. E l indice de hidratacion se acelera con el calor y la humedad, por consiguiente el cemento se fijara y se endurecerti mas rapido en las temperaturas calidas, y a la inversa en las temperaturas m& frias (la completa congelacion del cemento, acaba con la reaccion de hidratacion, la cual no continuara n i siquiera con el cemento fresco. Remitase a la seccion 19.18). La reaccion de hidratacion necesita humedad, pero el calor generado por la hidratacion tiende a provocar la evapora- cion de la humedad en la mezcla. Por ello, es necesario evitar el secamiento rapi- d o del cemento, especialmente durante los primeros dias. Una vez que cesa la hidratacion, el cemento ya n o ganara mas consistencia.

Fraguado: Cuando se agrega agua a la mezcla de cemento, hay u n periodo de aproximadamente 30 a 6 0 minutos en el cual la mezcla es plastica y facil de trabajarla en. la posicion deseada. Sin embargo, despues de ese periodo, la mezcla comienza a fraguar y se vuelve mas tiesa y dura. A l cabo de unas cuantas horas, el fraguado se habra completado. Una vez que ha comenzado la consolidacion, no hay que tocar la mezcla, porque se debilitaria. La presencia de la consolidacion se puede determinar presionando con el extremo sesgado de un patito o u n tiipiz dentro de la mezcla, cuando empieza la consolidacion aumentara de inmediato la resistencia de penetracion.

Endurecimiento: Este es el proceso mediante el cual la mezcla de cemento gana resistencia, y comienza tan pronto como empieza el fraguado, pero continua hasta por l o menos un ano.

Ambas cosas, el fraguado y el endurecimiento reciben la influencia de la temperatura: el calor acelera ambos indices.

Curado: El curado es el proceso de mantener la mezcla de cemento apropiadamente humeda, para asegurar que haya suficiente humedad para que continue la reaccion de hidratacion. Es especialmente importante durante los pri-

meros dias despues de verter una mezcla de concreto, cuando el cemento gana mas rapidamente su consistencia.

Empaque de cemento: Un litro de cemento Portland pesa aproximadamen- t e 1.44 Kg. El cemento es usualmente empacado en fabrica en bolsas de 50 kg cada una, de tal manera que cada bolsa deberia idealmente contener aproximadamente 35 litros de cemento. Sin embargo, se pierde algun cemento durante los. procesos de embarque y guardiania. Para fines practicos, la cantidad de cemento por bolsa debe considerarse como sigue:

bolsas de yute: 32 litros bolsas de papel: 34 litros

Almacenamiento del cemento: El cemento absorbe facilmente l a humedad del aire y por ello pierde consistencia si se le almacena por tiempo prolongado. Comunmente esta perdida es como sigue:

Periodo de Almacenamiento Perdida de Consistencia

3 meses 6 meses

12 meses 24 meses

Cuando se almacena e l cemento en el mismo sitio del proyecto, tiene que ser colocado apilandolo con las bolsas muy juntas unas a otras y no mas de 10 bolsas de altura (para evitar que las bolsas del fondo revienten). El embalaje cerrado tambidn reduce la circulacion de aire entre bolsas, lo cual es bueno. La pila del cemento tiene que levantarse sobre una plataforma por encima del nivel del suelo. El almacen o caseta de almacenamiento tiene que tener la menor circulacion de aire posible, y si se anticipa que el periodo de almacenamiento va a ser largo habra que cubrirlas con un plastico o lona alquitranada. Las bolsas de papel con cemento resistiran mejor el tiempo que las bolsas de yute, asi que las bolsas de papel deberan estar en los exteriores de la pila y al momento de l a construccion se usaran primero las bolsas de yute.

El cemento ya pasado de tiempo formara grumos. Todos los grumos hay que cernirlos para sacarlos del cemento, y no se deben usar los grumos que no puedan ser facilmente deshechos con los dedos. Si un cemento pasado (vale decir, almacenado en el campo por mas de 6 meses) tiene que ser usado, habra que aumentar la cantidad de cemento en la mezcla en 112 a 1 parte (depende de cuan grumoso este).

19.4 Agua

El agua en la mezcla de cemento cumple dos propositos primero, tomar parte en la reaccion de hidratacion del cemento, y segundo, hacer que la mezcla se diluya y se plastifique lo suficiente para poder trabajarla y colocarla con facilidad.

Calidad: El agua que es buena para beber, generalmente es buena para la mezcla de cemento. Aun cuando e l agua no sea potable, &~odria ser usada si se prueba de la siguiente manera:

Usando agua de procedencia conocida (o sea, agua potable) prepare 3 tortas de pata de cemento, cada una de aproximadamente 1 a 2 cm de espesor por 6 cm de diametro. Al mismo tiempo, haga 3 tortas identicas usando agua desconocida. Comparando los dos tipos, observe el tiempo de fijacion, el indice de "raspadura" (utilizando las unas de los dedos) y su consistencia despues de unas cuantas horas, 24 horas, y 48 horas. Solamente si ambos tipos de tortas estan igualmente consistentes se podra usar el agua desconocida.

Cantidad: El agua es necesaria para l a hidratacion del cemento, pero s i se le agrega demasiada agua durante la mezcla, los resultados daran una consistencia mas debil. La cantidad de agua que generalmente se necesita para que la mezcla sea facilmente trabajable, es mucho mas de lo necesario para la reaccion de hidratacion. Por lo tanto, no se debe agregar mas agua que la necesaria para que la mezcla sea facilmente trabajable. La cantidad ideal de agua depende de la cantidad de cemento en la mezcla. En la seccion 19.1 1 se dan pautas aproximadas as( como la proporcion de mezcla para e l concreto.

Una vez que el cemento ha terminado de consolidarse, la adicion de agua no lo debilita. Para la cura del concreto, es necesario tener en cuenta esta misma accion para evitar que !a superficie de la losa se seque con demasiada rapidez.

19.5 Arena

La arena se usa en ambas cosas, e l mortero y e l concreto (en este ultimo, se le refiere algunas veces como "agregado fino"). Una arena adecuada tiene que ser bien graduada (contener granos de muchas medidas mezclados juntos). La arena de medida uniforme, como la arena de playa o la arena muy fina, no es adecuada (pero se puede mezclar con arenas mas gruesas).

Fuentes de arena: La arena encontrada en depositos en la tierra se conoce como "arena de cantera". Estos granos son generalmente irregulares, filudos y angulares. La arena transportada por el agua, como la que se encuentra en las riberas de los rios o lagos, se le conoce como "arena de rio". Estos granos son generalmente redondos y suaves debido a la accion del agua.

Ambos tipos de arena son apropiados para trabajar el cemento, siempre que tengan un buen grano y esth limpias.

Calidad: La arena que contiene arcilla, limo, sal, mica o materiales organi- cos no es buena, ya que estos contaminantes pueden debilitar la consistencia del cemento si se encuentran en grandes cantidades. Hay pruebas de campo faciles que puede llevarse a cabo para determinar la calidad de la fuente de arena.

a) Se toma un punado humedo de la arena muestra y se frota entre la pal- ma de las manos. La arena adecuada deja las manos solo ligeramente sucias.

b) Prueba de decantacion: Se toma un vaso de vidrio, (o cualquier otro recipiente de vidrio) y se llena hasta la mitad con la arena muestra, luego se llena hasta 314 con agua. Se agita entonces el vaso vigorosamente, y se le permite reposar sin tocarlo durante una hora mas o menos. La arena limpia se asentara inmediatamente, y la arcilla y limo se asentaran como una capa oscura al tope de la arena. El espesor de la capa de arcilla/limo no tiene que ser mayor que un 17avo (60101 del espesor de la arena.

La arena sucia se puede lavar enjuagandola repetidas veces con agua.

Hinchamiento de arena: La arena humeda que contiene hasta 5-6010 de agua se hinchara y ocupara mayor volumen que si estuviera perfectamente seca. Esto se conoce como "hinchamiento". Un contenido de humedad de 5-6010 puede aumentar e l volumen en mas de 300/0. El contenido adicional de agua hasta su completa saturacion, reduce el abultamiento (la arena saturada ocupa casi e l mismo volumen que cuando esa seca). Por esta razon cuando se usa arena ligeramente humeda, es necesaria usar una cantidad extra de arena en la mezcla si queremos que exista proporcion en e l volumen. La arena que esta muy humeda (como la que ha sido recientemente lavada) se mide como s i estuviera seca. Si la mezcla es proporcionada por peso, el hinchamiento no tiene consecuen- cias.

19.6 Agregados

Agregado es un termino general para el material que se mezcla con el cemento y e l agua para formar el concreto, La arena es un agregado fino, s i el material es mas grande se le llama agregado grueso.

Los agregados gruesos pueden ser, grava (generalmente proveniente de roca de rio desgastada, redondeada) o roca y ladrillo chancados.

Los mejores agregados son las piedras de granito, cuarcita, basalto o las que tengan superficie aspera, no brillante. Es buena l a piedra caliza dura y no lo

son las piedras arenosas blandas. Otra piedra caliza y la arenosa son porosas, y por tanto, no son buenas para losas de piso de tanque de agua, pero se pueden usar para losas de techo (lo mismo se aplica a l ladrillo triturado).

Los agregados tienen que ser limpios y de buena graduacion. Los agregados pequenos, redondos (como cascajo de rio) son mejores para losas de piso impermeables.

Medidas de agregados: Los agregados tienen que ser de buena graduacion para que los intersticios de aire entre piezas sean minimas. Lar medidas mas grandes deben ser:

Losas para techo: 318" (1 Omm) Losas no reforzadas o ligeramente reforzadas:

314" a 1" (20 a 25 mm)

Ladrillo chancado: Las piezas de ladrillo chancado pueden ser usadas como agregado para concreto, pero debido a su naturaleza porosa no deben usarse para losas de pisos de tanques de agua. Cuando se usa el agregado de ladrillo chancado, estas piezas tienen que ser completamente empapadas en agua antes de mezclar, para evitar la absorcion de la humedad a traves de la mezcla (lo que interfiere con la reaccion de hidratacibn).

19.7 Concreto armado

El refuerzo de concreto solamente se necesita para losas que sean de un area grande o que quedaran sujetas a una gran presion hidrostatica (es decir, profundidad de agua). Una losa CA puede ser mas delgada que una losa no reforzada. La presencia del refuerzo ayuda a distribuir la resistencia y ftierza de una manera uniforme sobre l a masa de concreto total.

Varillas de refuerzo: Esta disponible en muchos tamanos, pero para los proyectos tipicos de abastecimiento de agua solamente se necesitan los siguientes diametros: 1/4", 5/16" o 318" (6mm, 8mm o IOmm).

Malla de alambre: (tambien conocida como "tejido de malla de alambre" 1. Se puede usar como refuerzo de las losas. La medida de agregado en la mezcla de concreto debe ser menor que la medida de la malla (usar una pieza de la malla para cernir el agregado es el procedimiento mas seguro).

Espaciamien to de "varillas": El espaciamiento de "varillas" debe distribuir e l area de la seccion transversal del acero de una manera uniforme a traves del area de la seccion transversal de la losa. Para la losa de piso, el area de las varillas de refuerzo no deben ser menor que 0.225010'' del total del area de la seccion

transversal de la losa y para la losa de techo CA no debe ser menor que 0.300/0*. Se puede usar la siguiente tabla:

Tipo de losa Espesor (cm)

Piso techo techo techo techo techo

Colocacion de varillas: El refuerzo se hace como una parrilla con el tamano de los cuadrados de acuerdo con la tabla arriba rnencio- nada. Las varillas se pueden atar juntas con un alambre fino. La parrilla debe tener un minimo de 3 cm de recubrimiento de concreto. Para una losa de techo la parrilla se fija a 3 cm desde e l fondo de la losa, y para una losa de piso se fija a 3 cm desde el tope de la losa (remitase a la figura 19-1 ) .

La parrilla tiene que estar bien asegurada de manera que no pueda desplazarse mientras se esta vaciando e l concreto (la parrilla puede estar sostenida sobre piezas de roca no porosa, pero NO sobre estacas de madera o ladrillos).

Losas de ladrillo reforzado: Cuando una losa de techo debe ser de ladrillo reforzado, se necesita un diferente esparcimiento de "varillas", eso depende del grosor de la losa, y de la medida de los ladrillos.

Es~aciam(ent0 de "Varillas (c-1 6mm -- m 10mm

15 30 40 12 2 1 33 1 O 17 27 8 14 22 7 12 19 6 11 17

Remitase a la seccion 19-14 para losdetalles tecnicos de este tipo de losa de techo. Una losa de piso, de ladrillo, no requiere refuerzo (remitase a la seccion 19.13).

LOSA DE TECHO

DIMENSIONES EN CENTIMETRO

FIGURA 19-1 COLOCACION DE VARl LLAS EN LOSAS

19.8 Mezcla de cemento

Para mejor conveniencia, generalmente es mas facil mezclar el cemento en e l sitio donde se esta construyendo, de manera que sera necesario asegurarse de que haya un sistema organizado para l a entrega de cemento, arena, agregados, piedra o ladrillo y agua. Es de especial importancia cuando se mezcla y se va- cie el concreto, que esto se haga en una operacion continua, sin una larga espera por falta de materiales.

Deposito para mezcla: El cemento nunca se debe mezclar en e l suelo. Tie- ne que haber un deposito de ladrillo, pizarra, concreto, o hasta plarfchas corruga- das de acero galvanizado. Este tiene que hacerse lo suficientemente grande para que permita varias reacciones de mezcla de una cantidad conveniente, sin que se rebalse: 1.5 metros cuadrados es adecuado. Si es posible, se construye una pequena tapa alrededor de tres lados del deposito para que los materiales no'vayan a lavarse accidentalmente.

Cuando varios albaniles trabajan a la vez, o cuando se esta mezclando e l concreto, suele ser mejor tener dos o mas depositos.

Proporciones: Aunque e l metodo del peso es el mas adecuado para propor- cionar cemento, arena y agregados, en un sitio en campo, esto no es tan facil de solucionar. El metodo comun es mezclar por volumen, usando un pequeno balde. La medida con lampas llenas no es adecuada. El mortero se debe mezclar en raciones mas pequenas que el concreto, pero ninguna racion sera tan grande que no se utilice en e l curso de 30 minutos.

Mezcla seca: Todos los ingredientes tienen primero que mezclarse en seco juntos, usando lampas y paletas, hasta que la mezcla tenga un color y consistencia uniforme.

Mezcla humeda: El agua se agrega lentamente, un poco cada vez. Cada vez que se agrega agua,'hay que "voltear" la mezcla enteramente unas cuantas veces con palas. Hay que agregar agua hasta que el mortero o e l concreto tengan la consistencia deseada. La mezcla humeda se puede regular como sigue:

Demasiado mojada: agregar arena (y agregado) Demasiado, seca: agregar agua Demasiado tiesa: agregar arena Demasiado arenosa: agregar cemento

Herramientas y Mano de obra: un equipo para mezcla de cemento debe constar como minimo de 3 personas: dos para mezclar y una para agregar agua e ingredientes. Cada equipo debera tener dos lampas y dos paletas, un pequeno

balde (para medir las proporciones) y un balde grande (para transportar la mezcla a donde estBn los albaniles).

19.9 Mortero

El mortero de cemento se usa para la albanileria de construccion de paredes, y para enlucido. La lechada de cemento se usa para encementar las varillas de anclaje de acero dentro de las rocas y para embeber los tubos FG dentro de la albanileria.

Mezclas tipicas: Proporciones de cemento y arena, por peso o por volumen:

Tipo de mortero Cemento: Arena

Mamposteria corriente: 1 :4 Losas para techo de ladrillo reforzado: 1:3 Enfoscado (1 ra. capa de enlucido) 1 :4 Enlucido aspero (2da. capa) 1:3 Enlucido final (3ra. capa) 1 :2 Lechada de cemento 1:l - 1:11/2

Volumenes de mortero: El volumen total de mortero es iyiial al volumen to- ta l de arena en lamezcla. El cemento se mezcla con e l agua para formar una pasta la cual llena los vacios de la arena. Por consiguente, una mezcla de 1:4 requiere 1000Io de arena y 25010 de cemento: la mezcla 1:3 requiere 100010 de arena y 33010 de cemento, etc.

Cantidades requeridas para hacer un metro cubico (1 m3) de varias mezclas de mortero:

Mezcla de mortero Arena (mt. 3) Cemento (mt. 3)

19.10 Mamposteria

Debido a que se requiere que las paredes de los tanques sean tan impermeables como sea posible contra la presion hidrostatica del agua del interior, hay que dar especial atencion a la labor que ejecutan los albaniles. Hay que hacerles ver claramente que una pared de mamposteria que se construye de igual manera como construyen la pared de su casa, no es adecuada, y que las paredes de los tanques deben asentarse cuidadosamente de acuerdo a las instrucciones.

ALOS LEILLOS SE ESPACIAN ICM SOBRE CAMA DE MORTERO Y LAS JUNTAS SE "RELLENAN"

A::-- - CORRECTO CUIDADOSAMENTE MORTERO MURO DE LADRILLO CON

JUNTAS V A C I ~ NTRE LADRILLOS

.INCORRECTO MURO DE LADRILLO

ERTE LADRILLOS DE UN^ RA'AMARRAR LINEAS AN RIORES CON POSTERIORE

UNIR LAS ESQUINAS ENTRE S1

INTERCALE UNIONES VEPTICALES ENTRE HILERA

FIGURA 19-2

TECNICAS DE ALBANILERIA DE LADRILLO

Mamposteria de ladrillo: En Nepal generalmente los ladrillos se fabrican localmente y son de diversas formas y calidad. Las dimensiones exactas de los ladrillos locales habra que tenerlas a mano para preparar un estimado de los requisitos. El volumen total de l a marnposteria de ladrillo es de aproximadamente 25O/o de mortero y 75010 ladrillo. Los ladrillos tienen que ser remojados en agua por varios minutos antes de ser usados (esto evita que absorban demasiada humedad del mortero) pero no se deben remojar excesivamente.

Los albaniles que estan acostumbrados a construir casas con ladrillo y mortero de barro seran proclives a construir de esta misma manera las paredes del tanque, asentando una cama de mortero, colocando luego los ladrillos muy juntos encima de esta y colocando luego otra cama de mortero para el paso siguiente. El resultado es una red de canales no obstruidos entre los ladrillos por donde el agua tendra facil fuga. La mamposteria de ladrillo correcta para paredes impermeables requiere espaciar los ladrillos 1 cm entre uno y otro, y llenar cuidadosamente las uniones con mortero. Los ladrillos tienen que asentarse siguiendo un patron que no presente una linea de union recta desde e l interior hasta el exterior de la pared. Remitase a la figura 19-2 para varias sugerencias sobre mamposter ia de ladrillo.

La fila superior de los ladrillos tiene que estar completamente limpia y humedecida antes de poner la cama de mortero para la siguiente. Si el mortero de fila superior ha empezado a consolidarse, las uniones tendran que ser escarba- das aproximadamente 1 cm de profundidad y vueltas a llenar con mortero fresco. Las paredes tienen que ser construidas de una manera pareja para que el peso sea distribuido uniformemente; ninguna seccion de pared sera mas de 15 filas (aproximadamente 1 metro) mas alto que la seccion mas baja.

Una vez que el mortero se ha consolidado, hay que humedecer la albanile ria (varias veces por dia) de una manera regular duran~e algunos dias.

Mamposteria de piedra labrada: Conocida tambien como "albaiiileria Ashler". En este tipo de mamposteria las piedras se cortan cuidadosamente en dimensiones regulares haciendo "ladrillos de piedra". Esta mamposteria requiere albaniles especializados, y toma mucho tiempo y trabajo. La albanileria Ashlar es de aproximadamente 3W/o de mortero y 70010 de piedra (remitase a l a figura 19-31, .

Mamposteria de piedra de cascajo: Este es el tipo mas comun de albanileria usado en Nepal. Las piedras son rusticamente adaptadas por los albaniles y la pared que resulta es similar a l a que se ilustra en la figura 19-4. Las piedras tienen que ser ligeramente golpeadas dentro del mortero, luego'se fijan y se aseguran usando mortero y piezas de cascajo triturado. Ninguna de las piedras tiene que extenderse totalmente desde el interior hasta el exterior de la pared. Con este ti-

po de mamposteria, es muy facil dejar vacios de aire (cangrejeras) entre las piedras, de manera que se debe tener cuidado de que esto no suceda. Para fines de estimados, este tipo de albanileria es aproximadamente 35010 mortero y 65010 piedra.

FIGURA 19-3

LBARILERIA DE PIEDRA

FIGURA 19-4

ALBA~ILERIA DE PIEDRA DE CASCAJO

Fijacion del tubo FG: El tubo FG se fija dentro de las paredes de albanile ria sobre una cama de lechada (1 : 1 o 1 : 1 112 mortero). Una longitud minima de 30 cm de tubo tiene que ser embebida y cuanto mas, mejor. Una vez que se han colocado los tubos, no tienen que ser tocados durante algunos dias. La construccion de una pared de mamposteria de piedra seca, sera una buena medida contra desplazamientos accidentales (esto es facil que suceda porque el lugar de trabajo es un centro de mucha actividad). Las bocas de tubos deben ser taponeadas para evitar que accideqtalmente entre cualquier mortero a su interior.

19.1 1 Concreto

El concreto se usa para vaciarlo a las losas de piso y de techo de los tanques. La medida y el tipo de agregados depende de los propositos de la losa, su refuerzo y su espesor (todo se discute en l a seccion 19.6).

Mezclas tipicas: Para el concreto se recomiendan las siguientes proporcia nes, ya sea por peso o por volumen:

Trabajo CA normal (losas de techo): 1 :2:4 (cemento, arena, agregado).

Losas impermeables (pisos de tanque): 1 : 11/2:3.

El concreto es proporcionado y mezclado como ya se discutio en la seccion 19.8.

Agua: Para las mezclas arriba mencionadas, la cantidad aproximada de agua necesaria es 314 partes de agua por parte de cemento (1:3/4 cernento:agua) por volumen.

Volumen de concreto: El volumen total de la mezcla de concreto nunca so ra menor que e l volumen total de agregados. Normalmente, los vacios de aire constituyen 50010 del volumen de agregado. y primero hay que llenar estos vacios con mortero. E l exceso de mortero, entonces aumenta e l volumen del concreto.

Para las mezclas arriba mencionadas, los siguientes volumenes de cemento, arena y agregados se necesitan para producir un metro cubico ( lm3) de concre- to:

Mezcla concreto cemento (mt3 ) arena (mt3 ) agregado (mt3 )

1 : 2:4 0.25 0.5 1 .O 1:1112:3 0.33 0.5 1 .O

Segregacion: Esta es l a separacion (debido a l a gravedad) de los agregados en el concreto. Los agregados mas pesados tenderan a hundirse hasta el fondo y el agua se elevara a l a superficie. El resultado es una mezcla de concreto pobre, que sera debil. La segregacion generalmente sucede cuando se transporta e l concreto desde el deposito de mezcla hasta e l lugar de trabajo: por consiguiente, el deposito de mezcla debe estar lo mas cerca posible del punto final de vaciado y el concreto se volvera a mezclar con una paleta antes de vaciarlo.

Colocacibn del concreto: Un balde de concreto nunca debe de vaciarse de golpe desde cualquier altura puesto que se presentara l a segregacion de los agregados. El concreto se debe colocar formando franjas de aproximadamente 15 a 20 cm de ancho, nunca como monticulos (remitase a la figura 19-51. Si hay que poner una capa fresca sobre una capa anterior, entonces l a segunda capa se debe poner antes que la primera haya empezado a consolidarse (dentro de 30 minutos). Se puede hacer una nivelacion rudimentaria del concreto, pero si se r o vuelve mucho causara que l a pasta de cemento se eleve a la superficie de l a losa.

El concreto se debe compactar completamente antes que frague.

Compactacion: Este es el proceso de asentamiento del concreto, de manera que no contenga vacios de aire. Esto se lleva a cabo "chu- zando" el concreto: Se atiza un trozo de barra de refuerzo dentro del concreto y se le agita de arriba a abajo.

El concreto tiene que ser cuidadosamente chuzado en todos sus rincones y alrededor de los re fuerzos. Sin embargo un exceso de chuzada pueda ocasionar l a segregacion.

Despues del chuzado, el concreto debe ser apisonado a nivel nuevamente, usando una plancha o una madera plana. Si se rocea ce mento suelto sobre l a superficie de l a losa (para absorber e l exceso de agua) esta capa facilmente se puede rajar, desmenuzar o pulverizar por lo tanto esta medida no es aconsejable.

Losas impermeables para pP sos: Un dia despues de que se ha colocado e l concreto hay que poner un enlucido impermeable. Hay que trabajar una mezcla de lechada de proporciones 1: 1 dentro de la su-

INCORRECTO

. . . ...

CORRECTO

FIGURA 19-5

COLOCACION DEL CONCRETO

perFicie de la losa con una llana. So- lo se necesita una capa delgada de enlucido, lo suficiente para cerrar los poros de l a superficie de la losa y suavizarla. A l a lechada se le puede agregar un compuesto impermeable (remitase a l a seccion 19.17).

Curado: Tan pronto como se ha consolidado el concreto (dentro de algunas horas), la losa de piso se tiene que inundar con unos cuantos centimetros da agua. Mayor cantidad le pondra demasiada presion hidrostatica al concreto, el cual puede no ser suficientemente fuerte para soportarla. Despues de un dia, el agua puede ser drenada para l a impermeabilizacion (como se describe anteriormente), pero una vez que ha consolidado el enlucido impermeable, deberia volver a inundarse y mantenerse asi por algunos dias (3 dias despues, s i se ha terminado todo lo demas, el tanque sera totalmente llenado y entrara en servicio).

La primera vez que se inunde a l a losa, se debe tener cuidado que e l flujo de descarga no erosione el concreto fresco.

Si la losa esta siendo vaciada en un periodo de varios dias, hay que cubrir ia superficie de cada segmento m un alquitranado y humedecerla constantemente. Este metodo tambien tiene que ser l~sado para secar las losas de techo.

Si no se hace un correcto curado, l a superficie de l a losa se secara y se en- cogera mientras que la masa interior permanece inalterada. Las tensiones resul- untes ocasionaran que la superficie se quiebre reduciendo su pode: de impermea- biiidad. Demasiada perdida de humedad detendra la reaccion de hidratacion y no se desarrollara mas l a resistencia (aunque se vuelva a inundar Eompletamente e l concreto).

39.1 2 Enlucido

El enlucido en las paredes de albanileria es un agregado a su impermabili- ciad. Varias capas finas de creciente riqueza (o sea, contenido de cemento) sera inejor que una o dos capas gruesas.

Todas las paredes recibiran tres capas de enlucido, cada una de 1 cm de es- pcsor, y tendran que ser enlucidas por lo menos 5 cm por encima del nivel de re- byse.

Enfoscado o salpicadura: Esta primera capa es un enlucido rustico de mortero de 1:4. Se aplica salpicando el enlucido contra las paredes, usando una paleta. Esta capa NO debe suavizarse con la paleta y la superficie que resulta es bas- tanre irregular. Esto provee una superficie buena, aspera para que se adhiera la siguiente capa.

Segunda capa: Una mezcla de mortero de 1 :3 se aplica a la capa de salpicadura. Esta capa se deja con una superficie burda.

Tercera capa: La capa final es una mezcla de mortero de 1:2, la que final- rrierite se suaviza y limpia con la llana.

Solo se debe aplicar una capa de enlucido por dia.

Volumen de enlucido: Para una capa de enlucido de 1 cm de espesor, se necesitan las siguientes cantidades de cemento por cada metro cuadrado de su- perf icie enlucida:

Mezcla de enlucido Cemento (m3 )

Enfoscado ( 1 : 4) 0.0025 Segunda capa (1 :3) 0.0030 Tercera capa 0.0050

Arena (m3)

0.01 0.01 0.01

19.13 Losas de piso

El piso del tanque puede ser de ladrillo o piedra con mortero o concreto (ya sea armado o no armado). Las losas del piso de los tanques en lo posible tienen que ser impermeables. Para las losas de concreto se deben seleccionar cuidadosamente los agregados y las losas de mortero deberian ser enlucidas.

Cimentacibn: El piso del tanque se tiene que poner sobre una cama de cas. cascajo tendra que ser inclinada hacia e l tubo de limpieza. Una manera facil de ejecutar esto es irradizr varias cuerdas desde la boca del tubo de limpieza hasta va- ejecutar esto irradiar varias cuerdas desde l a boca del tubo de limpieza hasta varios puntos alrededor del perimetro del tanque, como se ilustra en la figur,! 19-6. Cada cuerda tiene l a inclinacion deseada y la cama de grava se asienta de acuerdo con la cuerda mas proxima. La grava tiene que estar varios centimetros por debajo del tubo de limpieza, de lo contrario no sera posible acomodar la losa de piso por debajo de el.

FIGURA 19-6 ARMADO DE PISO DE CASCAJO

;EGUNDA CAPA DE LADRILLOS,

CAPA DE i LADRILLOS

FIGURA 19-7

PISO DE LADRILLO

Ladrillo argamasado: Una losa de piso de ladrillo consiste de dos capas dc ladrillo, colocadas plano sobre camaede mortero o argamasa, espaciados cuida-

dosamente con buenos puntos de mortero entre uno y otro. La mezcla de mortero debe ser 1:4. L3 linea de ladrillo debe ser diferente entre las dos capas. El piso entonces se enluce con dos capas (la primera de una mezcla 1:3 y la segunda de 1:2, no se necesita capa de salpicadura). Tan pronto como se ha fijado la segunda capa, el tanque tiene que ser desbordado unos cuantos centimetros de profundidad (para curar el mortero) lo cual se hace por varios dias. Remitase a la figura 19-7.

Piedra drgamasada: Este tipo de piso es mas dificil de colocar, especialmente con mamposteria de piedra de canto rodado. Hay que tener cuidado de evitar las cangrejeras de aire en la albanileria. Este tipo de piso debe tener 15 cm de espesor y ser srgamosado y enlucido conforme se describe anteriormente.

Concreto armado (CA): El agregado para las losas de concreto debe ser pequeno y de buen grado, la medida maxima sera 18mm. Lo excelente es la grava de rio (redondeado) que resulta muy eficaz para este tipo de losa. Una losa retor- sada,debe tener 8 cm de espesor, con e l refuerzo de acuerdo con las especificaciones de la seccion 19.7 y e l trabajo de concreto de acuerdo con la seccion 19.11.

i 9.11) Losas de te~ho

Aunque las losas de techo de concreto o ladrillo reforzado requieren materiales y trabajo extra, tales techos resultan bastante fuertes estructuralmente y nunca necesitaran ser reemplazados durante el tiempo de vida del sistema. Un techo de l oa tambien sella efectivamente el tanque de las contaminaciones externas.

En e l techo hay que dejar una via de acceso, de aproximadamente 60 cm x 60 cm. Para asegurar la cubierta del registro de acceso, se utilizaran pernos embebidos.

Estructuralmente, la losa de techo debe de estar "amarrada" dentro de las paredes de albanileria del tanque. Esto se consigue embebiendo varillas de refuerzo eri las paredes, las que despues se doblan y se asegura a ellas, e l refuerzo del techo. Esto se ilustra en la figura 19-8:

Columnas: Ningun tramo libre de soportes sera de mas de 4 m. El soporte se puede hacer usando tubos FG como columnas:

Medidas de tubo FG Altura milxima de mlurnna

Los extremos de la columna deben ser fileteados y tener bridas (las que actuan como placas de apoyo). La brida del fondo de la columna debe descansar sobre una losa de piso, con concreto adicional sobre ella para sostenerla firmemente en su sitio (se pueden dejar montantes de "varillas" sobresaliendo de l a losa del piso para ayudar a asegurar la cubierta de concreto).

En e l interior se tiende una "viga" de tubo FG de 1 ", directamente apoyado sobre la columna. Este tubo FG que hace de viga debe estar en el centro de la losa de techo. En l a fiaura 19-9 se ilustra el arreglo de la columna y viga de tubo FG.

Losas CA: La cantidad de "varillas" en una losa de techo CA no debera ser menor de 0.30010 del area de la seccion transversal de la losa.. El espesor de la losa no debe de ser menor que 1/30 (3.33010) del tramo mas largo del tanque, pero el espesor no sera de menos de 8 cm. La mezcla de con-

creto debe ser 1 :2:4. Los agregados seran de piedra o ladrillo chancados de buena graduacion (s i se utiliza ladrillo triturado el techo debera ser enlucido con una capa de 1 cm de mortero 1:3). La mayor medida de los agregados sera de 10mm. Re- mitase a l a seccion 19.7 para detalles de "parrillas".

Losas de ladrillo reforzado: Las losas de techo de trabajo de ladrillo reforzado nos brindan un considerable ahorro de cemento, c~mparado~con una losa CA. El espesor de esta losa de ladrillo no debe ser menor de 1/30 (3.330/0) del tramo mas largo del tanque. La medida de las varilas seran o 5/16" (8mm) o 318" (10mm) y estara espaciado entre los ladrillos. Los ladrillos se disponen en una direccion espaciados en 4 cm. La "parrilla" no debe tocar ningun ladrillo (este contacto puede permitir que la humedad del ladrillo corroa la parrilla). La mezcla de cemento es mortero de 1:3, con suficiente agua para que se pueda trabajar con facilidad en posicion alrededor de la parrilla y entre los ladrillos. Se podria necesitar una segunda vertida de mortero para conseguir que la losa tenga e l espesor adecuado (debido al asentamiento del mortero). La figura 19-10 nos muestra diferentes arreglos de losas de techo de varios es- pesores.

(-"VIGA" DE TUBO FG T O S A OE

FIGURA 19-9

COLUMNAS DE TUBO FG

Curado: El curado de la losa de techo es muy importante, porque de lo contrario puede no desarrollar la resistencia total que necesita para apoyar su propio peso (y el peso de aquellos que pueden pararse encima). Lamentable mente, curar una losa de techo no es tarea facil de llevar a cabo como laes la losa de piso. La exposicion directa a la luz del sol apresura grandemente el secado de la losa si no se tiene constante cuidado para que esto no suceda.

El canto de la losa debe tener una pared baja (de ladrillo o tierra) alrededor de su borde, de aproximadamente 20 cm de altura. La losa misma debe cubrirse con varios centimetros de arena, l a cual entonces, hay que humedecer totalmente usando varios baldes de agua. La arena luego se cubre usando un plastico o una lona, tela alquitranada, tapetes de paja o varias capas de hojas de arbol platanero. La arena se vuelve a mojar por lo menos tres veces por dia, durante una semana, despues de lo cual la superficie se puede despejar, sacando los moldes.

CAPA DE MORTERO DE 4-8 CM DI GROSOR. COMO SE REQUIERE

';A BARRE DISPUESTA 3 CM

Y DE LA BASE DE LA LOSA

\LADRILLOS ESPACIADOS 4 CM ENTRE SI EN TODOS LOS LADO:

luqI8S: 1. LA BARRA DE REFUERZO NO -------'.-------------

!DEBE TOCAR NINGUNO DE LOS LADRILLOS.

2. MORTERO @ MEZCLA i : 3 -

FIGURA 19-10 LOSAS DE TECHO DE LADRILLO REFORZADO (LR)

:APA DE ARENA IUMEDA CUBIERTA ON LONA U HOJAS

\ \ PARED DE LOD

FIGURA 19-1 1 CURADO DE LOSAS DE TECHO

MANIJAS !ALAh WBO DE 112" BRADAS A L

PARA PERNOS)

PARRILLA DE REFUERZO

FIGURA 19-12 CUBIERTAS DE LOSAS PE@?IENAF

19.15 Cubiertas de losa pequena

Las losas pequenas CA (menos de un cuadrado de 100 cm de lado) se pueden hacer facilmente para cubrir cajas de valvula, tanques limitadores de presion o vias de acceso en los tanques grandes.

Para estas losas, el refuerzo se hace mejor usando alambre de malla grande, pero tambien se puede usar "varillas" de medida pequena.

Se puede constr~cir un molde simple de madera. La varilla se fija firmemente en su lugar, y se colocan en posicion piezas pequenas de FG de 112" o PAD de 20mm, donde tendran que pasar los pernos de 318". Para poder levantar la losa se tienen que atar al refuerzo manijas de alambre o de varillas.

El espesor de la losa no sera menor de 5 cm y no mas de lo necesario para cubrir \a parrilla con 2112 cm de concreto en ambos lados.

La mezcla de concreto debe ser 1:2:4, con agregado de pequeno tamano, lo suficiente para acomodarse a traves de l a malla, si se usa malla de alambre.

Una vez que se ha vertido e l concreto, l a losa sera cubierta con arena y mantenida humeda por tres dias. Despues de ese tiempo, si se necesita el molde para hacer mas cubiertas, la losa se puede retirar cuidadosamente del molde y mantenerla en la sombra por varios dias mas humedeciendola constantemente. Ayudara a conservar su humedad, s i la losa se cubre con un yute humedo..

Cuando e l concreto ha sido curado por varios dias, la losa puede ser enlucida con un mortero de 1:3, para darle superficie limpia y suave.

La figura 19-12 nos muestra detalles sobre el molde y el refuerzo de la losa.

19.16 Tanques de ferrocemento

Esta siendo actualmente desarrollado para uso en Nepal, un nuevo tipo de tanque, construido de ferrocemento. Cuando los metodos practicos de construccion hayan finalizado estos tanques ofreceran un considerable ahorro de cemen- to y de mano de obra, en comparacion con los tanques de mamposteria regulares de igual capacidad.

Fundamentalmente, el ferrocemento se hace envolviendo una malla de alambre ligero (como la malla de gallinero) alrededor de un molde y luego se enluce fuerternente la malla con mortero de cemento 1:3. Cuando ya ha tomado consistencia e l enlucido, se saca en encofrado interior, y el interior de la malla entonces enluce igualmente. La pared resultante es aproximadamente de 5 cm de espesor.

La misma tecnica se puede utilizar para el techo del tanque.

Para una. rapida referencia tecnica, ver Ferrocement Water Tank" (Tanque de Agua de Ferro cemento) por Frans Dubbeldam, impreso por el Servicio Voluntario Aleman en Nepal. Para una referencia general refiSrase a "Ferro- cement Water Tanks and their construccion" (tanque de Agua de Ferrocemento y su construccion), por S.B. Watt, impreso por Publicaciones de Tecnologia Inter- media, Londres, Reino Unido.

19.17 Componentes de impermeabilidad

Hay aditivos fabricados co- mercialmente que se pueden mezclar dentro de una mezcla seca de mortero o concreto, para mejorar l a impermeabilidad del enlucido o concreto resultante. Estos componentes generalmente se embalan en la cantidad que tiene que ser mezclada con una bolsa de cemento de 50 kg completa. Sin embargo, en los trabajos de construccion c o munes de los proyectos SAC rara vez se acostumbra mezclar una bolsa de cemento completa de una sola vez, lo que significa que el compuesto tendria que ser dividido en porciones mas pequenas. La mejor manera de hacer esta operacion

19.1 8 Concreto en temperaturas frias

CAPA DE ENLUCID(

7

/ SE ENVUELVE UNA MALLA DE ALAMBRE ALREDEDOR DEL MOLDE

FIGURA 19-13

TANQUEDEFERROCEMENTO

MOLDE CIRCULAR DE 5 CMDE~ESPESO~ ;REMOVIBLE 8 MEZCLA 1:3

\(DENTRO) 7

es por e l peso, lo cual es tarea no muy facil de hacer en campo.

No hay ninguna cantidad ni tipo de aditivo que pueda volver impermeable a'una losa con enlucido mal mezclado o mal curado. Por consiguiente, el procedimiento mas importante es ver'que el trabajo del cemento se haga correctamente. Los compuestos adicionales ayu- dan, pero no son indispensables.

Cuando el trabajo de cemento hay que realizarlo en lugares donde se supone que las temperaturas 'bajaran hasta niveles de congelacion, hay que tomar las debidas precauciones para proteger el cemento.

Cuando el mortero o el concreto se congelan, la reaccion de hidratacion se detiene por siempre. Aunque el cemento se vuelva a derretir y a humedecer, e l proceso quimico no se reanuda y ya el concreto no tendra mas consistencia que la que tuvo antes de congelarse.

Puesto que la reaccion de hidratacion genera calor, la Unica mejor estrategia es aislar e l trabajo de cemento para evitar que pierda su calor, especialmente durante los primeros dos dias (cuando el indice de perdida de calor sera el mas alto).

Proteger e l trabajo de cemento con paja y cubrirlo con tapetes o telasal- quitranadas, sera de especial ayuda. Cuando el cemento se vuelve a humedecer (durante la cura), si fuera posible, se usara agua caliente. Es extremadamente importante proteger al cemento del viento, y toda varilla que sobresale tiene que ser envuelta con tela (puesto que e l acero es un excelente conductor del calor, estos seran puntos principales de perdida de calor).

El asentamiento y endurecimiento del cemento depende de la temperatura y procedera mas lentamente a temperaturas mas bajas. Si se aumenta la cantidad de cemento en la mezcla en un 20 a 25010 se ayudara a generar mas calor y la mezcla tomara consistencia mas temprano. Si se calientan los agregados y se usa agua caliente para mezclar, mejora el tiempo de consolidacion (los agregados no tienen que calentarse mas de lo que se puede resistir con la mano ni el agua tiene que estar mas caliente que 1400FI60W. Nunca caliente el cemento solo, ni agregue agua caliente al cemento solo).

E l punto de congelacion de la mezcla se puede reducir si se disuelve sal dentro del agua calentada para la mezcla. La sal se agrega por peso y no tiene que exceder el 5010 del peso del cemento. Cada porciento de sal reduce el pun- to de congelacion en aproximadamente 11/20F (0.80C1, pero la sal no surte sfecto en temperaturas mas bajas de 250F (-40C).

20. TECNOLOGIA PRACTICA

"La necesidad es la madre de l a invencion"

20.1 Introduccion

Una teoria tecnica es inutil si no hay metodos practicos y efectivos para aplicarla. Anos de experiencia en campo han rendido muchas tecnicas en construccion practicas, las cuales completan e implantan la teoria de construccion SAC. En este capitulo presentaremos algunas de estas ideas.

20.2 Bocatomas tamizadas

Las bocatomas tamizadas se pueden hacer facilmente usando una malla de alambre ligera o la ce- losia comun de ventanas y tubo PAD.

E l tamano del tubo PAD sera una o dos medidas mas grande que el tubo de salida. Se coloca en la plancha caliente una pieza cuadrada de malla que sea ligeramente mas grande que l a boca del tubo PAD. Se presiona entonces el tubo PAD contra l a malla y l a plancha caliente hasta que, se forme un r e borde derretido. Se le da entonces una ligera torsion al PAD y se le r e tira de la plancha. La malla estara perfectamente soldada a traves del extremo del tubo. Cuando se ha enfriado, se recorta la malla sobrante.

U PEDAZO CUA- DRADO DE'MB /Lb% DE ALAM

PLAN-CHA CALIENTE A ELEVADA TEMPERATURA

FIGURA 20-1

8OCATOMA TAMIZADA

Esta bocatoma tamizada to- l a plancha), y los comuneros pue- ma para hacerla unos cuantos se- den hacer nuevas facilmente cuando gundos (en efecto, es posible hacer tengan que reemplazar las gastadas. varias sin tener que volver a calentar

20.3 Union de tubo PAD y FG

En los puntos de presion baja se pueden unir los tubos PAD y FG sin tener que usar bridas ni uniones de bronce.

Roscado: Segun sea el tamano del tubo PAD, algunas vekes puede ser que tenga que roscarse (como se hace con el tubo FG) y enroscar con aditamentos FG. Esto resulta particularmente posible con el t u b ~ Clase IV, e l cual tiene paredes mas gruesas. Un "niple" corto PAD de Clase IV puede enroscarse dentro del aditamento FG y soldarse un tubo regular PAD Clase III.

Expansion: El tubo PAD se puede calentar y suavizar sobre un fuego y luego se le ajustalenrosca dentro de el, un tubo FG aterrajado o un niple.

VENT. AIRE P A 6 20 MM --\

TUBERlA DE REBOSE ENTERRADA

T REDUCTORA FG 1

TUBO FG

I FIGURA 20-2

1 UNION DIRECTA PADIFG

Las uniones de PAD/FG solamente se pueden aplicar en puntos de temperatura baja. Son utiles para hacer una tuberia de descarga de los lavaderos y reboses de tos tanques y para poner bocatomas con malla PAD en los tubos de salida, y para los ventiladores, etc.

20.4 Pernos embebidos en mam- poder ia

La mejor medida de pernos para usar es 318" x 5" (1 0mm x 15 cm) con dos arandelas y tuercas. Afiance la cabeza del perno dentro de un tornillo de banco y corra un tramo de 112" de tubo FG (75 a 100 cm) sobre ella. Usando el tubo como palanca doble e l perno 900. Fije el perno dentro del mortero o concreto fresco, dejando aproximadamente 4 cm de saliente (podria tener que usarse un perno mas largo si lo que hay que empernar es la cubierta de losa CA gruesa).

Este tipo de perno embebido nunca se "retorcera" cuando se use una llave para retirar l a tuerca.

Remitase a l a figura 20-3.

29.5 Fijacion de las vigas a la mamposter fa

Utilizando la mima tecnica que se describe anteriormente, una varilla de 60 cm de largo de 318" (10mm) se dobla 900 y se embebe en el tope de las paredes de mamposteria. Se perfora un hueco de 12mm en la viga de madera, la cual se corre entonces sobre la varilla que esta saliente. Se martilles sobre la varilla asegurando la viga a l a pared.

FIGURA 20-3

Las vigas que se aseguran de esta manera se pueden retirar facilmente cuando llegue la hora de reemplazarlas.

Remitase a la figura 20-4.

una pieza de hierro plano que mide 5 cm transversalmente. Esta arandela especial es suficientemente grande para proteger por completo ei hueco en el CAG y evitar que l a gente lo agrande. La tuerca tiene que estar bien ajustada para que no haya forma de mover l a cubierta CAG.

Remitase a la figura 20-5.

20.7 Anclaje de los pernos a las vigas

De la misma forma como ya se ha descrito en l a seccion 20.5 los pernos se doblan a 900. Luego tienen que asegurarse bien ajustados al lado de la viga de madera, usando clavos de 11/2" o 2", como ce ilus-

1 VIGAS EN ALBAfilLERlA tra en la figura 20-6.

20.6 Fijacion de las cubiertas ABC

Las cubiertas de cajas de vil- vula o de registros de acceso de techo CAG son bastante faciles y ra- pidos de construir. Sin embargo, sufren de una seria debilidad. En 'os sitios donde se le han abierto iuecos, para pernos. es muy facil

c I ie algunas veces se agrande el lr~eco y entonces haya un desliz ;obre la arandela y l a tuerca que se supone que tienen que asegurarlas.

Para evitar esto, el herrero de l a comunidad puede preparar una arandela especial. Esta se hace de

ARANDELA ~ C ~ ~ ~ ~ ~ c .

CUBIERTAS DE ACG

20.8 Braquetes para ventilaciones

Si una ventilacion se tiene que extender hasta fuera de los limites de fa caja de valvula, se debe hacer de un tubo FG de 1/2", firmemente montado a lapa- red del tanque. Este braquete de montaje se puede hacer utilizando varillas de tamano pequeno, a l a que el herrero de l a comunidad le tiene que dar forma {remitase a la figura 20-7).

FIGURA 20-6 1 ANCLAJE DE LOS PERNOS A LAS 1

Tubo de 1/2" de Fe Galvanizado

/ /

FIGURA 20-7 BRAOUETES PARA VENTILACIONES

Estos braquetes se deben montar con un metro de separacion. los braquetes van embebidos directamente dentro de la mamposteria, al momento de l a construccion.

REFERENCIAS TECNICAS

En la siguiente lista de publicaciones el lector encontrara material utilizado en la compilacion de este manual o material que puede ser utilizado en el futuro para realizar estudios mas profundos sobre el tema aqui tratado. Adicional- mente, instamos al lector a investigar en las bibliotecas tecnicas de UNICEF, DDL, Cuerpo de Paz, Servicio de Voluntarios Alemanes y otras agencias que operan en Nepal y que estan viculadas a proyectos similares, asi como los materiales de referencia de propiedad individual de los ingenieros del DDL. (A continuacion sigue lista de bibliografia, vease original en ingles, pags. '184-186).

APENDICE TECNICO A

Ecuacion de Continuidad

Ecuacion de Bernoulli

Con referencia al capitulo 6, pag. 40.

Los dos principios que sustentan todo e l comportamiento hidraulico se expresan mediante la Ecuacion de C~ntinuidad y la Ecuacion da Bernoulli.

La Ecuacion de Bernoulli se utiliza para cualquier calculo de fluidos y pue de aplicarse para determinar l a sustentacion del ala de un avion, l a alcura a la que se elevara una columna de mercurio en un barometro debido a l a presion atmosferica y hasta la velocidad a l a que se inundara un barco que se esta yendo a pi- que. Se aplica con l a misma facilidad a un sistema de varios fluidos diferentes, o de un solo fluido. Y la ecuacion resulta igualmente valida en l a Tierra, la Luna o Jupiter.

La Ecuacion de Continuidad, aunque mucho mas facil de entender, no es por ello menos importante. Le permite a uno determinar la velocidad de un Ii- quido que fluye por una tuberia, o por una serie de tuberias de diferentes tamanos.

Presentaremos y explicaremos cada una de estas ecuaciones y demostrare mos su aplicacion especifica a sistemas de flujo de agua por gravedad.

Ecuacion de Continuidad

La Ecuacion de Continuidad, cuando se aplica al agua que fluye por una tuberia, relaciona caudal, velocidad y diametro de tuberia. Se puede utilizar de l a siguiente manera:

Si se conoce.. . Se puede calcular. .. caudal, diametro de tuberia.. . velocidad del flujo caudal, velocidad.. . diametro de tuberia velocidad, diametro de tuberia.. . caudal

Esta ecuacion se puede aplicar a cualquier fluido no compresible que fluye por una tuberia de cualquier forma. En el caso de flujo de gravedad, el fluido es agua, que fluye a traves de tuberias circulares de PAD o FG.

La ecuacion se expresa matematicamente asi:

punto A punto B cualquier punto Q = V x A - - V x A - - V x A = constante

donde: Q = caudal V = velocidad A = area de seccion transversal de la tuberia

Interpretando la ecuacion, significa que para un caudal constante a traves de una tuberia, e l flujo en un punto debe ser igual al flujo en cualquier otro pun- to. Si cambia el diametro de la tuberia, entonces cambiara la velocidad del flujo hasfa volverse nuevamente constante.

Las unidades comunmente mas utilizadas en la ecuacion son:

Variable

Q (caudal) V (velocidad) A (area)

Unidades metricas

cm3 /sg cmlsg cm2

El uso de la ecuacion se demuestra en la seccion de tuberia que mostramos a continuacion en la figura A-1:

Conociendo e l caudal (2.5 LPS = 2,500 m3/seg) y las areas de seccion transversal de tuberias, puede utilizarse l a Ecuacion de Continuidad para calcular la velocidad del fluido a traves de cada tuberia:

s i Q = V x A entonces V =Q = 2500

A area de seccion transversal de la tuberia

Por tanto:

20 mm velocidad de seccion = 1437 cm/sg= 14.37 m/sg 63 mm velocidad de seccion = 1 12 cm/sg = 1.12 m/sg 50 mm velocidad de seccion = 178 cm/sg = 1.78 m/sg

Una aplicacion directa de la Ecuacion de Continuidad consiste en determinar caudales deseables maximos y minimos para cada diametro de tuberia PAD. La maxima velocidad del fluido deseable es de 3.0 mlsg, y la minima velocidad es de 0.7 mlsg, y como se pueden calcular las areas de seccion transversal de l a tuberia, es posible determinar los caudales correspondientes para estas velocidades.

Ecuacion de Bernoulli

Para entender la Ecuacion de Bernoulli, es necesario darse cuenta que l a energia existe bajo muchas formas diferentes, tales como luz, calor, sonido, electricidad, etc. En un sistema de flujo de agua por gravedad, la energia se presenta bajo cuatro formas: potencial, presion, velocidad y de friccion. La Ecuacion de Bernoulli es simplemente una ecuacion de energia que relaciona entre si cada una de estas diferentes formas de energia, para cualquier fluido (S) en un campo ~;ravitacional. En un sistema de flujo de agua por gravedad. el fluido especifico es el agua, en el campo gravitacional de !a Tierra.

En esta discusion de la Ecuacion de Bernwlli, primero se aplicara a un "sistema ideal", es decir, a un sistema sin perdidas friccionales. Una vez com- prendidos los principios de la ecuacion, se aplicaran luego a un "sistema real", donde se registran perdidas friccionales.

La Ecuacion de Bernoulli para un sistema ideal:

En este tipo de sistema, la energia se presenta solo baje tres formas: potencial, velocidad y presion. Conforme el agua fluye a traves de la tuberia sin friccion, posee energia bajo cada una de estas formas, en diversas cantidades. De u n punto a otro de la tuberia, fluctuara e l monto de energia bajo cada forma, pero /a suma total de las energias se mantendra constante en todos los puntos de la tuberia. Esto es lo que afirma la Ecuacion de Bernoulli.

Por tanto, en algun punto A, el agua puede poseer 30010 de energia de presion. IOoIo de energia de velocidad y 6001'0 de energia potencial; mientras que en otro punto B el agua puede tener 50010 de energia de presion, 15010 de energia de velocidad, y 35010 de energia potencial. Sin embargo, en ambos puntos l a suma total de energia sera igual.

En terminos matematicos, la Ecuacion de Bernoulli se expresa asi:

punto A punto B cualquier otro punto H=&+ h + x 2 = p+h+y - - p + h + V* = constante - -

r 29 r 29 r 29

donde: H = suma total de energia p =presion en puntos A, S... r - peso especifico del fluido h = altura sobre el nivel de referencia V = velocidad del fluido g = aceleracion gravitacional

En hidraulica, l a energia se acostumbra a medir como "altura" (en unidades, metricas, como "metros de altura"). Cada termino de l a ecuacion de Bernoulli representa una cantidad de energia en una forma particular. El primer t6rmino representa la medida de la energia de prision. El segundo termino es el llamado energia potencial y e l tercer es el llamada altura de velocidad. La suma de los tres terminos debera ser igual en cada punto a lo largo de l a tuberia.

Las unidades mas importantes son las siguientes:

TBrminos Unidades (S.M.)

H (altura total) m P (presion) ~ ~ l c m 2 r (peso especifico del agua) gr/cm3 h (altura) m g (aceleracion gravitacional de la tierra) m 1 ~ 2

Usando la ecuacion de Bernaulli, es posible determinar la cantidad de ener gia en cada una de sus formas en varios puntos a lo largo de la tuberia.

Punto

A B C D E F G H

Altura Total

C

100 m 100 m 100 m 100 m 100 m 100 m 100 m 100 m

Altura potencial

h

100 m 80 m 70 m 61 m 48 m 37 m 29 m 23 m

Altura de vejocidad

v- I2g

Om 16 m 16 m

1.0 m 1.0 m 2.6 m 2.6 m 2.6 m

Altura de presion

P/r

O m 4 m

14 m 38 m 51 m

60.4 m 68.4 m 74.4 m

La velocidad del flujo fue calculada usando la ecuacion de continuidad; mul- tiplicando l a alatura de presion por r se obtiene l a presion del agua en ese punto de l a tuberia.

La suma de la altura potencial y la altura de presion unidas en la misma linea de un punto a otro de la tuberia, forma la Iinea de grado hidraulico (HGL), como se muestra con I inea sombreada de la figura A-2.

En lo concerniente a sistemas de flujo por gravedad, ciertas simplificaciones son permisibles.

1) Dado que la altura potencial no contribuye directamente a la presion interna de la tuberia, esta puede ser despreciada (pero puede tomarsele en cuenta para ciertos calculos, como se mostrara mas adelante).

2) La velocidad maxima deseable del flujo en l a tuberia HDP es 3.0 mls, lo que significa una altura de velocidad de 0.5 metros. Este es una cantidad muy pequena comparada con los otros terminos y es despreciable. Por lo tanto hablando en terminos practicos, l a Iinea de energia total y la linea de grado hidraulico (HGL) resultan ser iguales. En un sistema perfecto (sin friccion), esto significa que la Iinea estatica y HGL seran siempre iguales.

3) La presion atmosferica es l a misma para todos los puntos a lo largo de la tuberia, por lo tanto queda fuera de consideracion ya que se autoelimina.

Aplicacion de ejemplo:

En la figura A-3 damos un ejemplo de la aplicacion de la Ecua- cion de Bernoulli a un sistema ideal sin friccion. La Ecuacion de Ber- noulli se usara para calcular el caudal de descarga al tanque:

Como la ecuacion puede aplicarse a cualquier punto(s) de la tuberia, l a aplicaremos en dos puntos atmosfericos: l a superficie de agua del tanque alto, y la descarga en el tanque bajo. La ecuacion se expre sara de la siguiente manera:

1 1 ~~ NIVEL DE REFERENCIA

FIGURA A-3 ( EJEMPLO DE DESCARGA

Pueden hacerse algunos calculos: ya que ambos puntos estan a la misma presion atmosferica y no estan sometidos a presion de agua, entonces las cargas de presion se cancelan entre s i . La altura de la superficie superior de agua es de "H" sobre la linea de referencia, en tanto es de cero para el punto mas bajo. Es mas, la superficie de agua en el tanque alto tiene velocidad cero, por tanto la carga de velocidad para dicho punto tambien es cero. La ecuacion modificada seria asi:

Esto puede reacomodarse para determinar la velocidad de descarga:

Conociendo el tamano de la tuberia y l a velocidad de descarga, es posible determinar el caudal de descarga.utilizando l a Ecuacion de Continuidad. Supon- gamos que en este ejemplo, H = 50 metros, y el dihmetro de la tuberia fue de 32 mm PAD (area de seccibn transversal = 5.68 cm2 1. La velocidad de descarga seria entonces de 3130 cmlsg, y el caudal de descarga por tanto seria de 17778 cm3 /sg o 18 LPS.

Similares calculos revelaran que para producir ia mayoria de flujos norrnal- mente utilizados en sistema de flujo de gravedad SAC, solo se requeriran de 30-40 cm de caida si l a tuberia no tuviera friccion.

La Ecuacion de Bernoulli para el caso de un sistema real:

Se ha demostrado que para un sistema ideal, sin friccion, l a energia que posee e l agua cambiara de un punto a otro, pero que la cantidad total se mantendra constante..Se ha dicho, tambien, que un sistema sin friccion poseia energia bajo tres formas.

Sin embargo, en un sistema real esto no es verdadero: cierta cantidad de energia se convierte en calor (por l a friccion y turbulencia del f!ujo) que es absorbido por las paredes de la tuberia y el sistema lo pierde (as decir, el agua ya no retiene la energia, l a misma que ha sido transferida a la tuberia).

La Ecuacion de Bernoulli puede acomodarse a esta situacion real anadien- dole otro termino, que representa esta energia friccional perdida:

punto A punto B

donde: f = la perdida de carga por friccion desde el punto A al B

Este nuevo termino "F" representa la perdida total de carga por friccion del flujo entre los dos puntos bajo consideracion. Esto incluye perdidas friccionales del agua que roza el tubo, las altas perdidas friccionales de flujo de valvulas y acoples y la turbulencia interna de las moleculas de agua entre si.

Nuevamente, en el caso de sistemas de flujo por gravedad, pueden permi- tirse ciertas simplificaciones. Ademas de las ya mencionadas, las perdidas friccio- naies de los acoples en una seccion de la tuberia de un diametro superior a 1000 de largo, son insignificantes. La carga de velocidad es tambien insignificantemen- t e pequena, pero ahora l a LGH se separa de la linea de energia total por el monto perdido de carga de friccion. La nueva LGH es similar a la que mostramos en l a siguiente figura A-4.

Analisis de bolsas de Aire

Con referencia a l capitulo 7.2, pag. 54.

Este apendice tecnico se ocupara del analisis matematico para determinar si es que una seccion de tuberia cor-itendra bolsas de aire que interfieran. La primera seccion explicara como se crean los bolsas de aire, l a segunda seccion pre sentara un procedimiento de analisis paso por paso. La siguiente seccion incluye estrategias para superar o minimizar dichos bolsas de aire, y l a Ultima seccion presentara a manera de ilustracion un ejemplo de diseno.

Formacion de bolsas de aire

Consulte l a siguiente figura B-1. Cuando se coloca una tuberia en el terreno, a menudo la topografia del terreno creara a lo largo de la misma puntos altos y bajos.

Si inicialmente la tuberia esta seca y se llena luego de agua, puede apreciarse que primero el agua se acumulara en e l punto A y luego subira en forma pareja en ambos lados hasta rebosarse en el punto B y luego fluira hasta el punto C. En este momento, conforme se acumule el agua en el punto C, e l aire en la seccion BC es atrapado ya que no puede escapar ni corriente arriba ni corriente abajo. Conforme sigue subiendo el nivel de agua en e l punto C, e l aire atrapado es comprimido. La parte superior de esta bolsa de aire siempre se ubicara en el punto B, y la parte inferior se comprimira mas y mas alto hacia el punto B. conforme comienza a aumentar la presion. Cuando el nivel de agua es lo suficientemente alto, se rebosara en el punto D hacia el punto E, creando,una segunda bolsa de aire atrapado en la seccion DE. A partir del punto E, e l nivel de agua subira en la tuberia (hacia el tanque) solo s i existe presion adicional (de la fuente) para empujarla mas alto. El equilibrio final del sistema se muestra en fa figura 5 2 :

le

FIGURA 8-2

SISTEMA EN EQUILIBRIO CON ATASCAMIENTOS DE AIRE

El extremo superior entre l a fuente y la primera bolsa de aire se denominara carga de compresion, Hc: los segmentos de tuberia que contienen los volumenes iniciales de aire atrapado no comprimido seran los segmentos criticos (segmentos BC y DE en l a figura 8-2); la parte superior de una bolsa de aire sera el punto alto (punto B y DI; l a parte inferior de una bolsa de aire sera e l punto bajo (puntos B' y D'); y la altura a l a que subira el agua se denominara elevacion maxima (punto F).

Aunque la anterior figura muestra una tuberia con solo dos bolsas de aire, el analisis de procedimiento aqui descrito se aplica igualmente a una tuberia con cualquier numero de bolsas de aire.

Procedimiento de Analisis

Este procedimiento paso por paso permitira el examen y analisis de una tuberia con cualesquiera cantidades potenciales de atascamiento de aire. La siguiente figura 8-3 ilustra t a l tipo de sistema:

JENTE ESTATICA

PERDIDA DE CARGA POR FRlCClON DE CAUDAL Q

TANQL'E CARGA DE COMPRESION NETA Hc

CUALQUIER NUMERO DE ATASCAMIENTO DE AIRE

o -

FIGURA 8-3

Datos requeridos: Para el analisis se necesita la siguiente informacion:

1) Volumen inicial de cada seccion critica. Este es el volumen de aire no comprimido que sera en l a tuberia en cada bolsa de aire. Se puede calcular cono-

ciendo el tamano de la tuberia y su longitud. (vease Tabla de Referencia IV, donde se da el !'volumen por longitud de tuberia" para tuberia PAD).

2) Un perfil cuidadosamente delineado. Sera mas exacto trabajar con el perfil del papel original que con el perfil en copia ozalid.

Procedimiento: Aun cuando e l caudal de diseno deseado inicialmente pueda no pasar por la tuberia (debido a la bolsa de aire), es posible que un caudal menor si pueda pasar. En tanto pueda pasar algun tipo de flujo, el agua gradualmente absorbera el aire atrapado y lo transportara fuera de l a tuberia*.

Conforme el aire es absorbido, las bolsas de aire se contraeran, lo cual permite que el caudal se incremente gradualmente. Mas o menos en un dia, todo e l aire atrapado saldra y podra lograrse el caudal total de diseno.

Por tanto es necesario determinar un caudal minimo que inicialmente pueda pasar por l a tuberia a traves de las bolsas de aire. Para este tipo de analisis asu- mimos que el caudal minimo deseado es de 0.1 LPS.

Ya se diseno la tuberia que conseguira l a LGH para el caudal de diseiio deseado. El analisis se iniciara en la primera bolsa de aire aguas abajo de l a fuente (o en algun otro punto de interrupcion de presion) y proseguira aguas abajo.

Todas las presiones estan expresadas en kg/cm2, todas las cargas y longitudes de tuberia en hetros, y todos los volumenes en litros.

Paso 1

Determine l a perdida de carga por friccion del flujo de 0.1 LPS entre la fuente y la bolsa de aire. Restar esto de l a carga de presion estatica en la primera bolsa. El resultado sera la carga neta de compresion, Hc.

Hc =carga estatica - perdida de carga de friccion.

Paso 2

Use l a carga neta de compresion Hc, para calcular l a presion de aire comprimido del primer atascamiento de aire:

Esto ocurrira por el mismo proceso por el que el dioxido de carbono se disuelve en . una bebida carbonada como la coca cola.

Paso 3

Use la Ley de Boyle para deterrninar e l volumen de aire comprimido del atascamiento de aire:

V = volumen inicial de seccion critica presion de aire comprimido

Paso 4

Use la columna "volumen por metro" de la Tabla de Referencia IV o V, calcule l a longitud de tuberia requrida para contener el atascamiento de aire:

L = volumen de aire comprimido litro por longitud

Paso 5

En el perfil grafico, mida la distancia "L" corriente abajo, desde el punto alto del atascamiento de aire. Esto permite determinar el extremo bajo del atascamiento. Determine la elevacion de este punto.

Paso 6

Con esta informacion es posible calcular la presion de aire comprimido del siguiente atascamiento aguas abajo (vease figura 8-4).

Pb = presion de aire comprimido del atascamiento de aire B.

Hb = Presion hidrostatic'a PD = Presion de aire comprimido

del atascamiento D. Hd = Presion hidrostatica.

El equilibrio de presiones en el punto C se puede expresar asi:

! FIGURA 8-4 DETALLE DE ATASCAMIENTOS DE

AIRE

Paro 7

Con la presion de aire de este nuevo atascamiento, repetir constantemente los pasos 3, 4, 5 y 6, avanzando agua abajo para cada abastecimiento de aire has-

ta ller al ultimo. Determine la presion de aire y la elevacion del extremo interior de este Ultimo atascamiento de aire.

Paso 8

Calcule l a presion equivalente, He, de este ultimo atascamiento de aire:

He=10 (P. 1.0) (donde "P" es la presion de aire comprimido del ultimo atascamiento de aire).

Paso 9

Calcule l a perdida de carga por friccion del caudal de 0.1 CPS desde el primer atascamiento de aire hasta e l tanque ubicado aguas abajo. Reste esto de la presion equivalente, He, para determinar la carga final, Hf:

Hf = He - perdida de carga por friccion

Paso 10

Anada "Hf" a la altura del extremo inferior del Ultimo atascamiento de aire. El resultado es l a elevacion mayor que alcanzara el flujo 0.1 LPS. Si e l tanque corriente abajo esta en una elevacion menor que esta, entonces este flujo minimo podra pasar por l a tuberia, y eventualmente eliminar todos los atascamientos de aire de modo que el flujo de diseno podra pasar comodamente. No se tiene que hacer nada con los atascarnientos de aire.

Paso 11

Si el tanque corriente abajo es mas alto que el punto que alcanzara e l caudal de 0.1 LPS, entonces la tuberia debera redisenarse para minimizar (o elimi- ~ a r ) los atascamientos de aire.

Estrategias para superar los atascamientos de aire

Para minimizar los atascamientos, deben disponerse especialmente los tamanos de las tuberias. Para eliminar un atascamiento de aire, debe instalarse una valvula de aire (que eliminara automaticarnente el atascamiento de aire), o debera instalarse algun otro dispositivo (como se discutio en el capitulo 7.5).

Los atascamientos de aire mas elevados (vale decir, los mas cercanos al nivel estatico) son los mas criticos. Primero concentre sus esfuerzos en estos (los atascamientos de aire mas profundos tienen mayor presion de compresion):

1) Disponga los diametros de tuberia a fin de minimizar las perdidas de carga por friccion entre la fuente y el primer atascamiento de aire.

SECCION CRITICA I SECCION CRtTICA I I SECClON CRITICA 111 t'------ri -

ATASCAMIENTO DE AIRE 111

LONGITUD DE TUBO IMETROS)

F I G U R A 8-5

EJEMPLO DE DISENO

2) Disponga los tamanos de tuberia para que la porcion superior de una seccion critica sea tuberia de gran diametro y la porcion inferior de la seccion sea tuberia de diametro pequeno.

3f Si los calculos demuestran que las anteriores estrategias no funcionaran, instale una valvula purgadora de aire (neumatica) en el atascamiento de aire mas alto y repita el analisis. Instale otra valvula purgadora de aire (neumatica) en el siguiente atascamiento de aire mas alto, repita el analisis, etc. hasta que pase el flujo minimo de 0.1 LPS. Es improbable que cada punto alto individual en l a tuberia requiera su propia valvula de aire.

Ejemplo de Diseno

La figura 8-5 muestra un ejemplo de perfil con tres atascamientos de aire potenciales. En el diseno preliminar, se uso un flujo deseado de 0.5 LPS y se eli- gieron tamanos de tuberia que dejaran una presion residual de 5 metros en el tanque (esto se logro seleccionando 213 m de PAD de 32 mm y 887 m de tuberia PAD de 50 mm). La tuberia se dispuso de acuerdo a las anteriores estrategias: se uso PAD de 50 mm desde la fuente hasta el primer atascamiento de aire, y tambien en las porciones superiores de cada una de las secciones criticas.

Seccion Critica 1 (puntos A-6): 75 m PAD de 50 mm + 100 de 32 mm Seccion Critica II (puntos C-D): 50 m PAD de 50 mm + 100 PAD de

32 mm Seccion Critica III (puntos E-F): 62 m PAD de 50 mm + 13 m PAD de

32 mm

Se calculo el volumen inicial de estas secciones criticas:

Atascamiento de aire 1:

75 m de PAD de 50 mm a 1.4 litroslmetro = 105 litros 100 m de PAD de 32 mm a 0.57 IitJmetro = 57 litros

TOTAL = 162 litros

Atascamiento de aire 11: 127 litros

Atascamiento de aire 111: 94 litros

La perdida de carga por friccion del flujo de 0.1 LPS de la fuente hasta e l primer atascamiento de aire es de O (cero) metros. Por tanto, la carga neta de compresion es:

Hc - 20 - O = 20 metros (Paso 1 )

Analisis del Atascamiento de aire 1:

presion de aire comprimido = P1 = 0.1 {Hc) + 1 .O= 0.1 (20) + 1 .O P, = 3.0 kg/cm2 (Paso 2)

volumen de aire comprimido: = V =volumen inicial = 162 presion de aire 3.0

V = 54 litros (Paso 3)

longitud requerida de tuberia de 50 mm PAD (a 1.4 litros/metro) = 39 metros

(paso 4)

altura del extremo inferior del atascamiento de aire (del perfil) = 39 metros (Paso 5)

Calculando presion de aire comprimido del siguiente atascamiento de aire (Paso 61 :

Prosiguiendo el analisis del atascamiento de aire 11: (Paso 7)

P1 = 4.6 kg/cm2 (calculado anteriormente) V = 127 = 28 litros

4.6

longitud requerida de tubo de PAD de 50 mm = 20 metros elevacion del punto bajo del Atascamiento de Aire II = 19mt calculando la presion del siguiente atascamiento de aire (Atascamiento de Aire 111):

Pasando al ultimo atascamiento (Atascamiento de Aire 111):

P3 = 3.5 kg/cm2 ( calculado anteriormente ) V = 94 = 27 litros

3.5

longitud requerid; de tubo de PAD de 50 mm = 19 metros carga equivalente de P3 (Paso 8)

perdida de carga de un flujo de 0.1 LPS = Ometros, por tanto la carga final:

23 5

Hf = 25 - O = 25 metros (Paso 9)

elevacion del punto bajo del Atascamiento de Aire III = 28 rnt altura mixima que alcanzara 0.1 LPS (Paso 10):

altura det punto bajo = 28 metros carga final = 25 metros Elevac. maxima = 53 metros (elevac. del tanque) = 45 metros)

Como el caudal de 0.1 LPS alcanzara Lina altura de 53 metros, y el punto de descarga del tanque es de solo 45 metros, entonces este flujo podrh pasar. En unas cuantas horas, este flujo inicial habra absorbido todo e l aire atrapado, eli- minando asi los atascamientos de aire y permitiendo que pase el flujo final deseado, de 0.5 LPS.

Derivacion de la Ecuacion de Combinacih de Tuberias

Con referencia al capitulo 8.6, pag. 7 1

Esta es una derivacion de la ecuacion utilizada para determinar las longitudes de dos tarnafios de tuberlas utilizados para producir una perdida exacta de carga cuando ninguno de los dos tamanos por separado puede producirla.

DESEADA1 TOTAL)

l

FIGURA C-l.

I SECCION DE TUBERIA DE DOS DIAMETROS DE TU60

L longitud total de tuberia X = longitud de tuberia pequena L-X = longitud de tuberia grande Fs = factor de friccion de tuberia pequena para flujo deseado FI = factor de friccion de tuberia grande H = perdida de carga total deseada FI x L - X = perdida de carga en seccion grande del tubo

100 Fs x X = perdida de carga en seccion pequena del tubo

100

La perdida de carga total deseada, H, es la suma de las perdidas de carga en las dos secciones del tubo:

H=Fsx X + F I x L - X 1 O0 100

100H=Fs x X + FI x (L - X) 100H = (Fs x X) + (FI x L) - (FI x X) 100H = X x (Fs - FI) + (FI x L) lOOH = (FI x 1) = X x (Fs - FI)

100H - (Fl x L ) = X (Fs - FI)

Difusor de Friccion

Con referencia al capitulo 8.7, pag. 73

Esta es la ecuacion general para caicular el caudal a traves de ur orificio pequeno:

donde: Q = caudal C = coeficiente del orificio A = area de la seccion transversal del orificio g = aceleracion gravitacional H = perdida de carga por el orificio

Para el difusor de friccion que aparece en la figura 8-9, e l orificio se hace fundiendolo en e l casquillo de extremo (extremo encapsulado) plaltico, utilizando un clavo de 3". El coeficiente aproximado de dicho orificio es dr 0.6, el diametro aproximado de 5 mm, resultando que e l area de la seccion transversal es de 1.96 (10") m*. En el sistema metrico, la aceleracion gravitacio'al es de 9.8 m/segi. El caudal se expresa en m3 y la perdida de carga en metros.

Sustiyendo estos valores, incluyendo un factor de conversion ;era un caudal dado en LPS, la anterior ecuacion puede recomendarse para dar la perdida de carga para cualquier caudal:

H = 369 Q' (O = caudal (LPS))

Para un caudal normal de una linea de toma de 0.225 LPS, la perdida de carga resulta de aproximadamente 18 metros. Si se hace un segundo orificio, e l caudal a traves de cada orificio sera de 0.1 13 LPS y la perdida de carga sera aproximadamente de 5 metros.

Si se utiliza un clavo de otro tamano, entonces debera calcularse la nueva area de seccion transversal (sin embargo, el coeficiente para todos estos tipos de orificios es de aproximadamente 0.6).

Cruces Suspendidos

Con referencia a l capitulo 10.1 1, pag. 95

Puede requerirse que algunas tuberias suspendidas crucen un rio ancho, o terreno inestable sujeto a erosiones o deslizamientos.

Aunque existe la posibilidad de muchos disenos para una situacion especifica, deben usarse ciertos principios fundamentales, y cada posible diseno contiene varias caracteristicas comunes:

- La tuberia suspendida debe ser lo suficientemente al ta para no ser danada por desperdicios qye flotan por e l rio en su nivel maximo de crecida de aguas, o por rocas o pedrones desprendidos;

- El cable que sujeta la tuberia debe estar adecuadamente anclado en ambos extremos, sobre terreno firme:

- El cruce suspendido debe estar nivelado (es decir, a igual elevacion en ambos lados);

- El cable que sujeta la tuberia debe ser lo suficientemente fuerte como para soportar su propio peso, el de la tuberia y el del agua que ella transporta, asi como las fuerzas generadas por e l viento y e l balanceo;

- El tubo,debe estar fuertemente asegurado al cable suspendido, ya sea con alambres o algun tipo de grapas.

El tubo suspendido debe ser de FG o PAD, dependiendo de costos y disponibilidad de materiales. Un tubo de PAD requerira una cubierta protectora que lo envuelva, ya que este se deteriora rapidamente a l estar expuesto a la luz solar y es probable que en unos cuantos anos quede inservible.

En la figura E-1 mostramos varios posibles disenos de cruces suspendidos.

MASA DE EOCA

FIGUR

I DIVERSOS CRUCES SUSPENDIDOS

Calculos basicos

Los calculos que presentamos a continuacion nos llevaran a determinar la tension en la suspension, lo cual permite decidir e l tamafio de cable en suspension, lo cual pe;mite decidir e l tamano de cable en suspension a utilizar, ast' como el diseno de los soportes en cada lado.

La figura E-2 muestra un cruce suspendido tipico e indica las variables requeridas para los calculos:

Wc = peso por longitud de cable (kg/m) Wp = peso por longitud de tubo (kg/m) Ww = peso por longitud de agua en la tuberia (kglm) W = peso total por longitud del cruce (Wc 4- Wp + Ww) S = longitud del tramo (entre soportes) (metros) Y = ,flecha del cable (metros) L = longitud total del cable (incluyendo soportes) (metros) t = tensibn horizontal en e l punto medio del tramo (kg) T = tensibn total del cable en los soportes ikg) B = angulo entre el vector horizontal y e l de tensibn

T = TENSION TOTAL @ SOPORTES t = TENSION HORIZONTAL EN EL PUNTO MEDIO DEL TRAMO 8 = ANGULO DE TENSION TOTAL S = LONGITUD TOTAL ENTRE SOPORTES L = LONGITUD TOTAL DEL CABLE ENTRE SOPORTES (DEBIDO

A COMBA) Y = COMBA DE CABLE.

FIGURA E-2 VARIABLES PARA CALCULOS DE SUSPENSION

Escoja la flecha de l a catenaria, Y. El cable no debera colgar mucho como para que sea obstruido por desechos flotantes o rocas desprendidas. Si existe un espacio adecuado, lo correcto sera una flecha de 8010 - 10010 del Varo.

Efectue una seleccion arbitraria del cable (para calculo de prueba). Consul- te el "USS Tiger Brand Wire Rope Engineering Handbook" o el "Standard Handbook of Civil Engineering (capitulo 11)". Para empezar, sera buena una seleccion de cable metalico de 8 mm 4 .

Paso 2:

Determine Wc (del manual de cable metalico) Determine Wp (de la tabla de especificaciones de tubo FG O PAD) Determine Ww (de la tabla de especificaciones de tubo FG O PAD) Determine las fuerzas del viento (150/0 de Wc + Wp + WW) Calcule W (= Wc + Wp + Ww + viento)

Paso 3:

Calcule la tension horizontal, t:

t = m2 = (kg) 8Y

Paso 4:

Calcule e l angulo de tension, B:

B = arc tanE (grados) S

Paso 5:

Calcule la tension total, T:

T =&(kg; esto incluye un factor de seguridad de 4) cos B

Paso 6:

Compare la tension total, T, con l a tension permisible del cable seleccionado. Seleccione un mayor o menor tamano de cable s i es necesario, y repita los calculos.

Paso 7:

Calcule la longitud requerida de cable, L:

L = S = (1 +%) + adicional para soportes 3s

Paso 8:

Calcule la compresion sobre los apoyos:

WS + TI Sen q3 - m

il,lSERO DE SOPORTES

Como discutiremos a continuacion, existen diferentes maneras de asegurar el cable suspendido en cualquiera de los extremos:

Soporte de roca: Utilizando una broca o perforadora de roca, se cava un agujero de 60 mm de profundidad en un gran cuerpo rocoso o penasco. Luego

se llena e l agujero con lechada de cemento y se introduce la varilla de anclaje de la barra de refuerzo.

La tension maxima admisible, T, no es superior a 890 kg para barras de refuerzo de 3/8" 4 , o 1583 kg para barras de 112" 4 . Vease figura E-3.

Poste FG: Un tubo FG in- crustado longitudinalmente en un bloque de concreto lo estabiliza. Si es necesario, se puede utilizar 2 postes.

Vease la figura E-4.

La tension horizontal maxima permitida es:

1" tubo FG: 68 kgs. 11/2" tubo FG: 151 kgs. 2" tubo FG: 270 kgs. I CEMENTO

FIGURA E-3

ANCLAJE EN ROCA

3" tubo FG: 678 kgs. I

IIPLES CORTOS

GALVAN IZADO

FIGURR E-4 ANCLAJE PARA POSTE DE FIERRO GALVAh! IZADO

Soportes de Bloques de Mamposteria: Se pueden utilizar soportes de bloques de mamposteria en casi cualquier situacion. Estos soportes funcionan por su resistencia de friccion a los deslizamientos.

El soporte debera construirse en un foso excavado a la mayor profundidad posible. Vease las figuras E-5 y E-6. La barra de refuerzo de 318" debera ir enganchada alrededor del tubo de FG de 1/2", y tanto la barra de refuerzo como el tubo deberan colocarse de l a manera indicada.

PESO REQUERIDO DE ALBAAILERIA (m) w y + T W ~

VOLUMEN REQUERIDO DE A L B A I ~ I L E R I A ~ ~ ' )

W ROCA 2iZo wo/n3 v.- 6 5 IEDRA -2wo &/m3

PIEDRA SE" z000K6/h' fCA

FIGURA E-5 ANCLAJE DE BLOQUE DE MAMPOSTERIA

El peso total requerido esta determinado por el tipo de suelo en e l que esta encajado el soporte, y por angulo del cable de suspension. Diferentes suelos tienen diferentes caracteristicas de friccion:

Tipo de suelo U

grano grueso (w/o limo/arcilla) 0.55 grano grueso (wlo limolarcilla) 0.45 limo o arcilla 0.35 roca firme (superficie endurecida) 0.60

u = letra griega "mu"

TUBO FG 112" (60 cm) / E M B E B I D O EN MAMPOSTERIA

BARRA DE REFUERZO 3/8" cm) ENGANCHADA EDEDOR DE TUBO DE FG

15 , 1 Tubo de Fe. Galvanizado V rilla de Acero

I B

Materiles requeridos k2.a -2-

6 3 1 Tubo de 112" de Fe. Galvanizado

.a 60cm. Varilla de Acero de 318" a 130 cm. Cemento de 0.03 rn3.

Peso Aprox. = 630 Kg. (Agregar lajas de piedras para dar mayor peso. )

. I I FIGURA E-6

ANCLAJE DE BLOQUE DE MAMPOSTERIA ~CONT.)

El peso del bloque de mamposteria de cemento es de alrededor de 630 kgs. Se puede calcular el peso total requerido usando la ecuacion que aparece en la fi* gura E-5. El peso restante (si no basta el peso de la mamposteria) se anade utilizando mamposteria de piedra seca, que es de aproximadamente 2,000 kg/m3.

ABRAZADE RAS

La tuberia debe sujetarse debidamente a l cable suspendido, y los sujetadores deben ser lo suficientemente seguros como para no soltarse con los movimientos de balanceo de la tuberia. El tubo PAD debe sujetarse uniformemente (es decir, los sujetadores espaciados a intervalos cortos). Se utilizaran sujetadores hechos de alambre ordinario o de barra de refue'rzo de 318"' moldeados por e l herrero de la comunidad, o grapas especialmente fabricadas en un taller de forja de metales. Vease figura E-7.

FIGURA E-7

ASEGURAR TUBO A CABLE

Cuando e l tubo suspendido sea de PAD debera estar recubierto con un forro exterior contra los rayos ultravioletas del sol (esta radiacion "envejece'' rapidamente e l tubo PAD, debilitandolo sensiblemente.

El revestimiento puede lograrse envolviendo el tubo PAD con dos o mas capas de yute de sacos, o utilizando listones cortados de mimbre o cana asegu- rados con alambre. Esto se muestra en la figura E-8.

Una tuberia de FG suspendida no requiere revestimiento, pero una capa de pintura proveera algo de proteccion.

Variables conocidas

Wp = 3.65 kg/m Ww = 1.26 kg/m S = 25 metros Y = 2.5metros

da. ENVOLTURA Ira. E N ~ L T U R A 'TUBO PAD

FIGURA E-8

SOPORTE DE

TERRAPLEN OCCIDENTAL

ORIENTAL MAMPOSTERIA (LODO NORMAL

TUBO SUSPENDtDO =FG1 112"

FIGURA E-9 EJEMPLO DE DISENO

Del "Civil Engineers Handbook" se selecciona un tamano de cable: cabo redondo de 8 mm 4 del grupo 6 x 77, resistencia nominal a la rotura de 3,500 kgs, y un peso de 0.21 kglrnetro:

Wc = 0.21 kglm

Fuera del viento = 150/0 de Wp 4- Ww + Wc = 0.77 kglm.

Por tanto, la carga total sera:

W = Wp t Ww + Wc + viento = 5.89 kglm

Calculando la tension horizontal:

Calculando el angulo de tension con respecto a la tension horizontal:

Por tanto B = 210 48'

Calculando la tension del cable con un factor de seguridad (FDS) de 4.

T =S cos B

ANCHO =30 CM

FIGURA E-10

EJEMPLO DE ANCLAJE DE MAMPOSTERIA

El cable seleccionado es casi 4 veces mas fuerte que lo requerido, pero existe un tamano mas pequeno que pueda usarse. Calculando la longitud del cable:

Anada el suficiente cable para que tope con los bloques de soporte. Es necesario investigar adecuadamente la ubicacion para determinar la longitud de cable que se requiere para los soportes. El angulo del cable suspendido y del cable de soporte con relacion a la horizontal, debera ser igual.

Diseno de los soportes de bloques de mamposterla

La tension del cable de soporte sera igual a la del cable suspendido, siern- pre y cuando se cumpla con l a condicion antes expuesta.

Tension del cable de soporte = T = 793 kg

Ahora el peso requerido de soporte es de:

W=TJos $4- TI Sen 4 P

En este caso 4 = B = 210 48' y para terreno de grano grueso P 0.45.

Por tanto:

Ahora el peso de un bioque de mamposteria = 630 kgs, por tanto se re* quiere adicionalmente 1,931 - 630 = 1,301 kgs de mamposteria de piedra seca (esto es cerca de 0.65 m3).

Diseno de soportes de mamposteria contra falla de compresion

Compresion = m = TI Sen 4 2

= 5.89 x 25 = 793 Sen 210 48' 2

La carga permisible sobre mamposteria de piedra es de 50,000 kg/m2. Por tanto, no existen, problemas de compresion de apoyos. Sin embargo, debemos enfatizar que la mamposteria no puede resistir muy bien la tension y la deforma. cion debide a esfuerzos cortantes. Por tanto, resulta esencial que e l angulo con la horizontal, tanto del cable suspendido como del cable de soporte, sea el mismo.

APENDICE TECNICO F

Techado

Con referencia al techado de tanques

NOTAS GENERALES

El techado de un tanque dependera de su tamano y de la disponibilidad local o regional de materiales para su construccion.

Los requisitos estructurales basicos de un techo de tanque son resistencia e impermeabilidad. Ya que los tanques son estructuras relativamente de poca altura, sus techos podrian convertirse en lugar de juego de los ninos. Ademas, el techo se ensuciara con polvo, hojas secas, desechos de pajaros, etc., que podrian introducirse al tanque por accion de las lluvias.

El techo de un tanque debe estar en declive (inclinado de manera que e l agua de lluvia se deslice rapidamente: ningun techo debe ser completamente plano. El declive minimo debe ser de 5010 (es decir, 5 cm vertical por cada 100 cm horizontal). Un techo puede tener un declive, dos declives o muchos de- @ves (como se ilustra en la figura F-1). Aunque un techo con varios declives puede encajar mejor en un tanque hexagonal u octogonat, requiere de mas material para construir e l techo y es dificil impermea- bilizar sus aristas. Los techos a dos aguas (dos declives) tambien requie-

UN SOLO

FIGURA F-1 TECHOS EN DECLIVE

ren de material adicional de techado y de mamposteria (para los gablete~). La construccion de un techo con un solo declive, especialmente e l de planchas de calamina, es mas rapido y economico.

El techo debe sobresalir de las paredes por lo menos 10 cm. Debe construirse un acceso a l techo mismo o a un gablete (de un techo a dos aguas). El ingreso a l acceso debe medir por lo menos 60 cm x 60 cm, con una tapa segura.

VIGAS Y COLUMNAS

Las vigas amarran el tanque y sostienen e l techo. Un techo de calamina requiere una cantidad minima de madera (y la estructura mas simple) mientras que un techo de tejas requiere la cantidad maxima de madera.

La figura F-2 muestra una viga a traves de un tanque. El varo l!- x r ix la viga es la longitub,ds) libre de apoyos. La longitvd de la viga incluye ademas traslapor y salientes. El tanque puede estar franquea- do por una viga continua o por dos o tres vigas mas cortas apoyadas en columnas.

La tabla que presentamos a continuacion de los vanos permisi-

S = TRAMO NO APOYADO L = LONGITUD TOTAL

A EMPALMANDO 2 VIGA$

IIMENSIONES DE CORTE DE

FIGURA F-2

VIGAS Y COLUMNAS

bles maximas para vigas de madera de las dimensiones dadas. Las vigas mas economicas son las que coneo tan el tanque sin necesitar de una columna para apoyo adicional.

Para prolongar su vida util, la madera debera pintarse o barni- zarse. Las vigas deber6n ir ancladas a las paredes de mamposteria de manera segura (vease capitulo 20.5).

Estas han sido calculadas utilizando el mdximo esfuerzo permisible de la fibra de salwood a 168 kgicentimetro cuadrado, con una carga de conexion minima de 2 10 kgs.

I Varo libre b x d Area de seccion mbximo (cm x cm) transversal

Las vigas pueden sostenerse utilizandv una columna de madera o tubo de FG, aunque se recomien. da este ultimo. Las dimensiones de las columnas de madera seran cuadra das, iguales a las dimensiones (ancho) "b" de la viga que esta sosteniendo.

Una columna de tubo de FG deber6 tener una brida en ambos lados. La base de la columna descan- sa sobre el piso del tanque, y l a viga reposa' sobre la brida superior (esto se muestra en la figura F-3). Todo el metal expuesto tambien deber4 estar pintado o barnizado.

E l tamano del tubo de FG requerido para la columna depende de te altura de la misma y del tipo de techo que esta sosteniendo. A continuacibn damos la altura maxima para una columna de FG.

Vano libre b x d Area de seccion mbximo (cm x cm) transversal '

VIGAS DE MADERA

BRIDAS ENLAZADA (AMBOS EXTREMOS

lk- COLUMNA DE TUBO FI

CtON DE CONCRET!

LOSA DE PISO

FIGURA F-3

COLUMNAS FG

- - -

Tamano de Altura mbxima de columna (cm) tubo FG Losa de CR Laminas calamina

1" 1" 67 170 11/2" 178 316

2" 278 480

Estas han sido calculadas para soportar el peso del techo, mas 700 de carga humana, mas un factor de seguridad de 2.0.

TECHADO DE PIZARRA

Este tipo de techado aprovecha la disponibilidad local de pizarra. Requie- re mucho enmaderado de apoyo (vigas, pares, correas, etc.) lo cual incrementara e l costo y el tiempo de construccion del techo. Si se va a usar un techo de pizarra, la dimension de las principales vigas se ajustara a la tabla anterior; se puede confiar en los habitantes de la comunidad para construir el resto del enmaderado y la debida instalacion de l a pizarra.

Los techos de pizarra no son recomendables para tanques limitadores de presion o cubiertas de caja de valvula, ya que no es un material de techado seguro. Una cubierta de planchas de ACG {acero corrugado galvanizado) o de CR, es mejor.

TECHADO DE CG

Los techos de Iaminas de acero corrugado galvanizado (ACG) son las mejores y de mas facil construccion, requiriendo minimo apoyo de madera. El tamano estandar que se consigue en Nepal es de 3' x 1 O', y su tamano efectivo (con un recubrimiento corrugado) es de 300 cm x 70 cm, y pesa aproximadamente 25 kgs.

Las Iaminas de ACG son mas faciles de cortar con martillo y for- mon, o usando retazos de hojalata (que no son tan faciles de trabajar). Si se va a techar un tanque con ACG, es mejor ajustar sus dimensiones de manera que haya un minimo corte o despilfarro de ACG.

Los techos de ACG solo necesitan ser soportados por vigas que son atravesadas por las corrugacio- nes. Los maximos panos no apoya- dos seran de 150 cm. Las laminas de ACG se aseguran a las vigas usando clavos para techado o gan-

chos en J y pueden ser empernados a paredes de mamposteria (vease capitulo 20.6).

La figura F-4 corresponde a un tanque octogonal y muestra la disposicion de vigas, tornillos y Ia- minas de ACG.

FIGURA F-4 -ECHO-AGC PARA TANQUE OCTOGONA

TECHOS DE LOSAS DE CEMENTO

En el capitulo 19.14 se discutieron losas de techo de concreto reforzado (CR) o ladrillo reforzado.

La construccion de este tipo de techos requiere mucha madera para encofrado~ que sostengan el concreto mientras este fragua. Las superficies internas de estos encofiados deben banarse con aceite de motor, a fin de que sea mas facil separarlos del concreto.

TECHOS DE PAJA Y DE BARRO

Aunque la utilizacion de estos tipos de techos es muy comun en Nepal para techar casas y graneros; no son metodos de techado adecuados para tanques de agua. Requieren de un constante mantenimiento y rapidamente se en- suciaran y llenaran de insectos.

Perdidas de Carga de la Salida de un Tanque

Como explicamos anteriormente en e l capitulo 6.10, las perdidas por fricci6n causados por acoples, ta les como codos, uniones, etc. se consideran des- preciables cuando la distancia entre acoples individuales es de por lo menos 1,000 diametros de tubo.

En tanto esto se aplica a la mayor parte de la tuberia, debe mencionarse en forma especial la tuberia de salida de los tanques de agua. En estos casos, a menudo se ubican varios acoples a corta distancia entre si. Bajo estas circunstancias, la perdida de carga que generan los acoples se considera despreciable.

El flujo a traves de un acople genera turbulencia, que a menudo persiste durante gran parte de la distancia aguas abajo del acople. Cuando se colocan diversos acoples muy cerca entre si, sus turbulencias se mezclan y la perdida de carga efectiva combinada sera mayor que la suma de cada perdida de carga individual, que si los acoples se hubieran ubicado mas espacialmente.

Cuando se calcula la perdida de carga de una salida, se utiliza l a longitud de tubo equivalente de los acoples, expresada como ratio longitud/diametro (LID). Las proporciones LID caracteristicas para diversos acoples son:

Acople

T (flujo de fuga a fuga) T (flujo de fuga a orilla) Codo (radio corto de 9001 Union Valvula de compuerta (totalmente abierta) Entrada libre (en orificio de entrada) Orificio de entrada tamizada

Proporcion LID 7

27 68 33 7 * 7

29 150""

asumiendo que sea igual a la valvula de compuerta. * asumiendo que sea cinco veces mas que el orificio de entrada libre

Ejemplo: La longitud de tuberia equivalente a un codo de FG de 1112" es de:

La cantidad de carga disponible para impulsar e l flujo a traves de la tuberia de salida es exactamente igual a la profundidad del agua en el tanque por encima del nivel de salida. De esta carga, se supondra que no se desea mas que 20 cm de perdida debida a l a friccion del flujo de salida.

En la figura G-1 presentamos un ejemplo que ilustra estos principios, utilizando un tubo de salida de FG de 1112". Se analizara la seccion de tubo desde el orificio de entrada tamizada hasta la union FG/PAD:

Sume las proporciones LID de los acoples:

orificio de entrada tamizada = 150 valvula de compuerta = 7 T (fuga a fuga) = 27 union = 7 -

TOTAL = 191

Por tanto, la longitud equivalente de tubo de estos acoples es:

La longitud del tubo de FG y de los niples es de 130 cm, de manera que la longitud de tubo total de la tuberia es de 858 cm. La pdrdida deseada maxima de carga es de 20 cm, por tanto el maximo factor deseado de friccion es:

VENTI L A C I O N ~ ~ DE AIRE

VALVULA DE COMPUERTA

- \ TUBO DE FG lOOCM

FIGURA G-1

EJEMPLO DE TUBERIA DE SALIilA

Por tanto, e l flujo maximo de salida no tendra un factor de perdida de car- ya por friccion mayor a un 2.33010 para tubo de FG de 1112". Para la anterior dispbsicion de tubo, estos flujos maximos seran:

Tamano de Tubo FG

Maximo factor de friccion permisible

Flujo milxirno

< 0.10 LPS 0.33 LPS 0.80 LPS 1.30 LPS 3.30 LPS

k partir de la tabla anterior se puede apreciar que el tubo de 112" es inadecuado para una salida de tanque debido al bajo flujo.

Cestones

Las cestones son jaulas de mallas de alambre rellenos de piedras y dispuestos formando paredes de contencion para terraplenes y despenaderos que puedan desplomarse debido a la erosion. Su uso en proyectos SAC sera basicamente a lo largo de terraplenes, de barrancos y10 arroyos, que sostienen directamente la tierra por debajo de un cruce de tuberia. Los cestones tambien pueden utilizarse para estabilizar terrazas y terrenos alrededor de los orificios de entrada de tanques, etc.

La construccion propiamente dicha de los cestones requiere sea ejecutada por un trabajador calificado que ya tenga experiencia en e l "tejido" de jaulas de alambre. Este tipo de trabajador calificado normalmente podra ser prestado por uno o dos dias por un proyecto de construccion de caminos, y puede capacitar algunos comuneros para que ellos mismos construyan los cestones.

Los cestones pueden fabricar- se en diferentes tamanos, dependiendo de las necesidades del dique. Se teje un rectangulo que luego se dobla para formar los cuatro lados de la caja. Las dos piezas de los extremos se tejen por separado y se alambran en la posicion correspondiente.

k- LADO

DIAFRAGMA

FIGURA H-1

CESTGN DESDOBLADO

Los cestones se rellenan cuidadosamente con piedras (como las mamposterias de piedra seca) y las tapas se alambran, cerrandolas.

Algunos cestones grandes se subdividen en dos o tres comparti-

mentos mediante tabiques denomi- nados "diafragmas". Cuando los cestones se doblan para adoptar su forma final, sus bordes se alambran

, (estos bordes se denominan cabeceras). En la figura H-2 mostramos un dique de cestones en construccion

FIGURA H-2 QUE DE CESTONES EN CONSTRUCCIONb4

Es muy caro construir cestones, y deben ser utilizados solo en condiciones extremadamente inestables, cuando no exista una solucion alternativa. El diseno mismo de un dique de cestones debe hacerse en consulta con ingenieros bien in- formados.

Materiales y Calculos: El diseno y materiales utilizados en los proyectos SAC seren iguales a los que se usan para puentes colgantes suspendidos:

Tamaiio de malla: 80 x 100 mm Alambre de malla: 9 SWG (@ 4.88 mm.) Alambre de cabecera: 6 SWC (@ 4.88 mm.) Alambre de ligadura: 11 SWG ($2.95 mm.).

El alambre utilizado debe ser de fierro galvanizado.

Dimensiones de cestones (metros) Detalies 2 x 1 ~ 1 3 x 1 ~ 1 2x1~112 - 3xIx1/2

Volumen (m3 ) : 2 3 1 11/2 Alambre de malla (kgs): 36.00 52.35 24.55 36.00 Alambre de cabecera (kgsf:3.75 4.85 3.00 3.90 Mano de obra (hombre-d ias) : 5.53 7.38 4.18 5.43 No de diafragmas: 1 2 1 2 Dimensiones de ": 1 x 1 1 x 1 1 x 1/2 1 x 112

Ensamblaje: Los cestones se ensamblan athndolos a las cabeceras con alambre de atadura de 6 SWG. Las jaulas deberan "tejerse" con un alambre continuo, no "atarse" con pedazos cortos. Las jaufas se colocan en posicion estando vacias, se extienden en toda su amplitud (asegurar los bordes en la tierra resultara util) y se alambran juntas. Se insertan los diafragmas y se alambran en su lugar.

Relleno: Los cestones se llenan con piedras de grava, limpias, duras, angulares, colocando individualmente cada piedra en su lugar, de similar forma a como se hace a l construir una pared de mamposteria de piedra seca (no se debera tirar las piedras dentro de las jaulas). Cuando se llenan las jaulas, las tapas se cierran alambrandolas para conseguir estabilidad adicional. Los cestones deberan ser cuidadosamente rellenados para lograr estabilidad adicional. Cuando se termine de hacer esto, los cestones deberan estar completamente llenos, estar en forma de paralepipedo y ajustarse a sus verdaderas dimensiones.

TABLA DE REFERENCIA I - UNIDADES INGLESAS Y METRICAS

- --

Unidades Metricas

Longitud: 10 millmetros = 1 centimetro 100 centfmetros = 1 metro

1GOO metros = 1 kilometro

Volumen: 1000 cm3 = 1 litro = 0.001 m3 1000 litros = 1 rn3 mm milimetros

cm -- centimetros Agua: 1 cm3 = 1 gramo - m = metros

1000 cm3 = 1 litro = 1 kg km = kilometros 1000 litros = 1000 kg = 1 m" q = gramo

kg = kilogramo Peso: 1000 gramos = 1 kilogramo -

1000 kgs = 1 tonelada metrica

Unidades Inglesas

Longitud: 12 pulgadas = 1 pie 3 pies = t yarda

5280 pies = 1 milla

Volumen: 4 cuartos = 1 galon = 231 in3 = 0.13 ft3 1 ft3 = 1728 in3

yd = yardas Agua: 1 in3 = 0.036 libras f t = pie ('1

9 ft: = 62.4 lb in = pulgadas ("1 1 galon = 231 in3 = 8.34 lb qt = cuartos

lb = libras Peso: - 16 onzas = 1 libra oz = onzas

2000 lb = 1 ton gal = galones

Factores de Conversion

I n g l e s -+ Metrico Metrico -+ InglBs

1 " = 2.54cm 1 cm = 0.39" 1' = 30.48 cm 1 yd = 91.44cm 1 m = 39" = 3.28' 1 milla = 1609 m = 1.6 km 1 km = 3280'= 0.62 millas

1 qt = 0.93 litros 1 gal = 3.63 litros

1 ft3 = 28.3 litros

,l TABLA DE REFERENCIA I I

lNSTALACiON DE UNIONES, BRIDAS Y VALVULAS

Toma de bronce

Manguito FG 112" ' . /

Niple largo de FG (12"

Brida o union de

Empaquetadura de goma

Arandelas ypernm / / r T u b o PAD

rOXadO,fida\ \ \ ~ r i d i no roxada

'Oxada Ada~tador de brida

Tubo FC Anillo de bronce Tubo PAD roscado (hembra roscada)

- --

Hembra del manguito Anillo de

neoprene Macho del manguito expansibn

I L.-.--- -- Instalacion de una union de bronce:

1) Atornille el macho de la union en e l tubo de FG de 1/2"; 2) Deslice la hembra del anillo de bronce y e l anillo de neoprene en el tubo

PAD d-e 20 mm; .. . 3) Sobre una llama, caliente cuidadosamente la boca del tubo PAD hasta

que se ablande. Luego martille el tapon de expansion hasta que se nivele con el extremo del tubo PAD;

4) Coloque la empaquetadura de neoprene dentro del macho de la union, luego ponga e l tubo PAD (extremo expandido) dentro del mismo. Deslice e l ani- lio de bronce en e l macho y enrosque ajustando. ..

TABLA DE REFERENCIA 111

LISTA RECOMENDADA DE'HERRAMIENTAS

ltem - Perno Brocha de pintor Brocha de alambre Cubeta de acero Barreta Lima plana Sierra para metal,

marco de Sierra para metal,

hoja de Martillo ite carpintero Martillo Martillo Martillo Plancha calentadora Kerosene Nivel de carpintero Clavos Clavos Aceite, bote de Aceite Pintura Pica y mango Terraja para tubo Terraja para tubo Terraja para tubo cubic Tenaza ajustable Varillas (refuerzo, barra) Malla de alambre Tornillo de bronce Destornillador Pala de borde plano Pala de borde

redondeado Cocina presion de

kerosene*. Cordel de cometa Cinta graduada Cinta graduada Tijera para hojalata Badilejo. plana Crayola termocro-

rnaitico Tornillo de tubos Llave inglesa Llave inglesa Llave inglesa

Dimens.

38" x 5" 3"

Comentarios

Para trabajo de tubo FG Para mezclado de cemento Para excavacion Para trabajo de tubo FG

Para trabap de tubos PAD y FG

Para trabajo de madera Para albaniles Para trabajar el agregado Para rotura de rocas Para union de tubos PAD Para union de tubos PAD

Para techado de pizarra1AGC Para trabajar madera Para trabajo de tubo FG Para trabajo de tubo FG Para madera y tubo FG Para excavacion Para tubo de 112" y 1" Para tubo de 114" a 2" Conforme al calibre de tubo

1) Para bocatomas Para regulacion de aire

Para mezclar cemento

Para excavacion

Para unibn de tubos PAD Calafateo de roscado FG Tipo retractil Tipo sastre Para planchas CAG Para trabajo con cemento

Para union de tubo PAD Para tubos FG de mas de 2" Para tubos FG de mas de 1" Para tubos FG de mas de 2" Para tubos FG de mas de 3"

Cantidad

2 1 112 alb. 4 2

10 lt. 1

1 1 lt. I lt. 4 1

1 madeja 1 2 1 2lalbanil

1 caja 1

2 por proy.

Conforme al disetia m h 10•‹/o extra * * M i conveniente que sopletes

TABLA DE REFERENCIA IV

ESPECIFICACIONES TUBO PAD

Estas son las especificaciones del tubo PAD conforme lo solicitado por UNICEFINepal. Sin embargo, debido a variaciones en los metodos de produc- cion de las diferentes empresas que fabrican el tubo, existen pequenas diferencias en calibres y acabados exteriores. La tabla PAD de perdida de carga por friccior es para t i~bo PAD de estas dimensiones aproximadas.

Calibre de tubo Rating Grosor de pared Area promedio Volumen % Longitud idiametm extertor) (mm) de corte por metro por metro E

(E) 'presion - - Max iransversal (&) (m) ik& moca

Catewriar lratrngsl de presion. Clase l V = 6 kg/cm2 (60m de carga) Clase V = 10 kglcm2 I lC€hn de carga1

TABLA DE REFERENCIA V

ESPECIFICACIONES DE TUBO FG

Las siguientes especificaciones han sido extraidas de las especi!ixxiones del lndian Standards lnstitute (1st) para tubos de acero dulce (1st Bu letin IS: 1239 (Parte 1) 1973) para tubo de rendimiento medio. El tubo FG comprado en Nepal es de fabricacion india, pero no hay garantia que se ajuste a los estandares ISI.

Diametro exterior Grosor de -- Area de Volurner Diametro de tubo (mm) la pared seccion tramverd por metr J por metro

~ a x - & (mm) - (nn') (iitror) (a)

El tubo FG normalmente re suministra en longituder de 6 metros. con extremos tejidos y pmvwos de enchufe.

TABLA DE REFERENCIA VI

PRESIONES RESIOUALES

Puestos de toma: Descargas en tanques:

M(mino absoluto: 7m Minimo absoluto: 7m Mcnimo deseado: 10m Ideal: 10n

Ideal: 15m Maximo absoluto: 56m Maximo deseado: 30m Maximo absoluto: 56m

LGH: No permita que la LGH caiga dentro de los 10m del perfil del terreno a no

ser que sea inevitable; y NUNCA permita que la LGX caiga a nivel subterraneo.

TABLA DE REFERENCIA Vil

F G - PAD - Acople FG a PAD

112" 20mm Union de bronce 1" 32mm Union de bronce

1 112" 50mm Union de bronce o disposicion de brida 2" 63mm Union de bronce o disposicion de brida 3" 90mm Union de bronce o disposicion de brida

El diametro del tubo FG se refiere al diametro interno (DI) y e l diametro del tubo PAD se refiere a l diametro externo (DE).

TABLA DE REFERENCIA V l l

TABLA DE ESTIMADO DE MATERIALES Y MANO DE OBRA

Excavaciones

a) Suelo comun b) Suelo cascajoso C) Mezcla de canto rodado d) Corte de roca mediana e) Corte de roca dura

Trabajos en madera

a) Mano de obra calificada b) Mano de obra no calificada

Produc. agregada de piedra

a) Mano de obra no calificada

Por 1 m3 -- 0.55 d iaslhombre 0.77 diaslhombre 1 .l O diaslhombre 1.60 d iaslhombre 2.50 diaslhombre

Por 1 m' de madera acabada

18 diaslhombre 18 d iaslhombre

Por 1 m3 de roca triturada

14 d iaslhombre

Concreto Por 1 m3 de: Mezcla 1:2:4 Mezcla: 1:1:3

' a) Cemento 0.25 m3 0.33 m3 b) Arena 0.50 m' 0.50 m3 C) Agregada 1.00 m3 1 .O0 m3 d) Mano de obra albanileria 1 . l diaslhombre 1.1 diasihombre e) Mano de obra no calificada 4.0 diaslhombre 4.0 diaslhornbre

Enlucido* Por 1 m2 de: Enfoscado (1:4) Mezcla 1:3 Mezcla 1 :2

a) Cemento 0.0025 m3 0.0030 m3 0.0050 m3 b) Arena 0.01 m3 0.01 m' 0.01 m3 C) M. de obra albaii. 0.14 diaslhombre 0.14 dlhb 0.14 dlhb d) M. de obra no cal. 0.22 diaslhombre 0.22 dlhb 0.22 d/hb

Cada capa de enlucido de un grosor de 1 cm

Mampost de ladrillo, mortero 1:4

a) Ladrillos b) Cemento C) Arena .d) Mano de obra albanileria e) Mano de obra no calificada

Marnpost de piedra de cascajo, mortero 1 :4

a) Cemento b) Arena C) M n n ~ de obra albanileria U) Mano de obra no calificada

Por 1 m3

75010 0.063 m' 0.25 m3 1.4 d iaslhombre 2.8 diaslhombre

Por 1 m3

0.089 m3 0.35 m3 1.4 dias/hombre 3.2 diaslhombre

. TRIGONOMETRICA

--..----- SENO COSEXO TANGENTE COTANGENTE 7

NGULO

o0 0'30' 1 O

1'30' 2" 2'30' 3" 3'30' 4O 4O30' 5' 5'30' 6" 6'30' 7" 7'30' 8 " 8 "30 ' 9" 9'30'

1 O " 10•‹30' 11 O

11O30 12" 12'30' 1 3 " 1 3"3OU 14' 14'30' 15" 15"30• ‹ 16" l h 0 3 0 ' 1 7 " 17'30' 18" 1B030' 19' 19'30' 70" 70"?O' 21" 2 I c 3 0 ' 2 2 " 22"30 '

TABLA DE SEFERENCIA Vlll

,N_GULO SENO COSENO TANGENTE~COTANGENTE~

I

1 C ~ s e n o Seno Cotangente Tar igente

TABLA DE REFERENCIA I X

TABLA DE DISTANCIAS VERTICALES

La tabla de abajo presenta directamente la diferencia en elevacion vertical

: entre 2 puntos, cuando la distancia sobre el terreno y el angulo con el horizontal se conocen

La distancia puede estar en pies o en metros, ademas, se puede interpolar entre los 2 puntos.

DISTANCIA

YERTICAL

TABLA DE REFERENCIA X

FACTORES DE PERDIDA DE CARGA POR FRlCClON PARA Fe. GA/V

Estos son los factores aproximados de perdida de carga por friccion en MI100rn (010) para tubos de Fe galvanizado de 10-15 anos de antiguedad o caudal en Lit/segundo.

CAUDAL 112" FG 1" FG 11/2" FG 2" FG. 3" FG

CAUDAL 4"F.G. 1" F.C. 1%'' F.G. 2" F.G. 3" F.G.

NOTAS:

1. Tberias de diametros marcados con * son bien propensas a pequenos cambios en su diametro interno.

2. Perdidas de carga marcadas * * son para flujos donde el No de Reynolds es menor a 10,000.

3. Perdidas de carga marcadas *** son para flujos donde el No de Reynolds es mayor a 40,000. Por ejemplo, donde la velocidad del agua es mayor a 3mls.

TABLA D E REFERENCIA X I

TABLA D E PERDIDAS DE CARGA P A R A TUBOS DE POLlETlLENO (ISI STANDARD)

- Calculado usando las formulas de Celebrokke-White & Darcy-Weisbach.

- Todos son tubos de ISI (Excepto 16 mm) UI standard

- Tubo de 16 mm: standard DIN

- y = 1.14 x 10%

- k = 1 10-5

Tamano

Clase

Diametro Interno

25 mn*

10kg/cm2)

18.9 mn

T ~ B L A DE PERDIDAS DE CARGA PARA TUBERlAS

)iainctro 11.6 lntcrno +

TABLA DE PERDIDAS DE CARGA PARA TUBERIAS - -amano

clase

iametro nterno - Q

!.3 !.4 !.5

2.6 !.7 ?.E

2.9 3.0

3 .1

3.2

3.3 3 - 4

3.5 5.6

3 .7 3.8 3 .9 4.0 4.2

4.4

4.6

4.8

5.0

5.2

5.4

5.6 5.8

TABLA DE PERDIDAS DE CARGA PARA TUBERIAS

Clase

)iametro Interno -

0 - 6.0

6.2 6.4

6.6

6.8

7 . 0 7.25

7.5 7.75

8.0

8.25

8.5

8.75

9.0

9.25

9.50

9 . 7 5

10.00

11.00

fZ.00

13.00

14.00

15.00

16.00

17.00

18.00

19.00

z0.00

N o t a : V e r la o t r a pagina.

PREFACIO Pag

Capitulo 1: INTRODUCCION

1.1 Descripcion de Sistemas 1.2 Problemas Fundamentales 1.3 Organizacion de este Manual

Capitulo 2: EVALUACION DE LA COMUNIDAD Y ESTUDIO DE FACTlBlLlDAD

2.1 Introduccion 2.2 Estudio de Poblacion 2.3 Entusiasmo y Motivacion de la Comunidad 2.4 Fuentes Actuales de Agua 2.5 Investigacion de Fuente

- Manantiales - Arroyos grandes y rios

2.6 Tecnicas de medicion del caudal - Recipiente y Cronometro - Vertederos de aforos en V - Metodo de velocidad-area

2.7 Aforear de seguridad 2.8 Caiidad del Agua 2.9 Desarrollo de la Fuente 2.10 Derechos de Agua 2.1 1 Materiales Locales, Mano de Obra y Logistica

Capitulo 3: LEVANTAMIENTO TOPOGRAFICO

Introduccion Levantamiento con Teodolito Levantamiento con Altimetro Barometrico Levantamiento con el Nivel de Abney Descripcion Observacion con el Nivel de Abney Ajuste del Nivel de Abney - Metodo de dos puntales - Metodo de superficie plana - Graduacion del espejo - Graduacion de la altura del nivel de burbuja - Graduacion de la burbuja Levantamiento con el Nivel de Abney

3.9 Metodo de Campo 33 3.10 Conclusion del Levantamiento y Limites de Precision 33

- Precision

Capitulo 4: PERIODO bE DISENO, POBLACION Y DEMANDAS DE AGUA

4.1 Introduccion 37 4.2 Periodo de Disefio 37 4.3 Pronostico de Poblacion 37 4.4 Demandas de Agua 39

Capitulo 5: TIPOS DE SISTEMAS

I ntroduccion Sistemas Abiertos sin Grifos Sistemas Abiertos con Grifos Sistema Cerrado con Reservorio Sistema Cerrado con Servicio Intermitente Sistema Cerrado con Valvulas de Flotacion Sistema Abierto versus Sistema Cerrado Expansion Limitada - Tomas adicionales - Aumento de demanda de agua Expansion por Etapas

Capitulo 6: TEORIA HlDRAULlCA

6.1 Introduccion 6.2 Energia 6.3 Caida: medida de l a energia 6.4 Estatica de los fluidos: agua en reposo 6.5 Dinamica de fluidos: agua en movimiento 6.6 Linea de Gradiente Hidraulica (LGH) 6.7 Friccion: energia perdida 6.8 Valvulas: dispositivos de perdidas variables

- Valvulas de compuerta - Valvulas de globo

6.9 Factores de Perdida rle Carga por Friccion 6.10 Longitudes equivalentes de los accesorios 6.1 1 Trazado de l a LGH 6.12 LGH Requeridos 6.13 Caida neta: energia residual

- Carga residual negativa, caida nega negativa - Carga residual positiva, caida neta positiva - Flujo natural

6.14 Limites de Presion Maxima - Tubo PAD Clase 1 I - Tubo PAD Clase IV - Tubo FG

6.15 Perfiles-U y Tuberias Multiples 6.16 Limites de Presion Minima 6.17 Limites de Velocidad 6.18 Resumen

Capitulo 7: ATASCAMIENTOS DE AIRE Y LAVADEROS

7.1 Introduccion 7.2 Atascamiento de Aire: introduccion 7.3 Atascamientos de Aire: practicas en diseno de tuberia 7.4 Valvulas de Aire 7.5 Valvulas de Aire Alternas 7.6 Lavaderos

Capitulo 8: DISENO DE TUBERlA

Introduccion Diagramas de Tuberia - Perfil grafico - Dibujo del perfil - Planos en ozalia - Vista general del plano y plano maestro Ejemplo de Diseno: conducto principal Ejemplo de Diseno: ramal Ejemplo de Diseno: conductos de recoleccion Ejemplo de Diseno: combinacion de tubos de diferentes diametros Ejemplo de Diseno: caida neta excesiva Procedimiento Tabulado

Capitulo 9: DISENO DEL SISTEMA Y PRESUPUESTO

Introduccion Tecnica del Diseno Seccion de Tuberia Seccion de Bocatonla Seccion Tanque de Sedimentacion Seccion Tanque Disruptor de Presion Seccion Tanque Reservorio Seccion Punto de Toma Seccion de Componentes Especiales

9.10 Seccion Lista de Herramientas 9.1 1 Estimados Totales 9.12 Resumen

Capitulo 10: CONSTRUCCION DE TUBERIA

Introduccion Organizacion del Proyecto - Papel del supervisor - Entusiasmo inicial - Tendido del tubo - Division del trabajo - Establecimiento de normas y procedimientos - Comunicacion con los comuneros Trabajos de Zanja Tendido del Tubo Union del Tubo PAD Relleno - Cruce de un camino - Zanja poco profunda y terraplen - Declives empinados Marcas en la Tuberia Volver a unir el Tubo Enterrado Aditamentos PAD construidos en campo

10.10 Tubo de Fierro Galvanizado (FG)

- Corte - Roscado - Transporte - Calafateo Junta estanca - Precaucion

10.1 1 Problemas Especiales - Deslizamientos de tierra - Cruce de hondonadas - Cruce de riachuelos

10.12 Consideraciones Importantes

Capitulo 11: TRABAJO DE BOCATOMAS

1 1 .l Introduccion 1 1.2 Ubicacion 1 1.3 Excavacion, Cimientos y Construccion 1 1.4 Captacion del Flujo 11.5 Tamizado 11.6 Sedimentacion

- Fuentes de manantiales - Fuentes de riachuelos con reservorios - Fuentes de riachuelos sin reservorios

11.7 Tubos de Servicio - Lavaderos - Reboses - Salidas

1 1.8 Valvulas de Control y Ventiladores - Valvulas de compuerta - Valvulas de globo - Ventilaciones

11.9 Techado - Techado de pizarra - Techado de PAGC - Techado de losas de concreto

1 1 .lo Medidas de Proteccion 11.1 1 Fuentes Multiples 11.12 Captaciones de riachuelos; diques y cuencii

- Di,ques de albanileria de cemento - Muros de contencion con yute - Vertederos

1 1 . l3 DiseRos de Ejemplo

Capitulo 12: TANQUES DE SEDIMENTACION

12.1 Introduccion 12.2 Velocidad de Asentamiento 12.3 Tiempo de Retencion 12.4 Capacidad 12.5 Especificaciones del Tanque

- Relacion L/W - Profundidad del agua - Entrada - Salida - Lavadero - Rebose - Velocidad del flujo - Def lectores - Excavacion, cimentacion y paredes - Recomendacion de diseno

Capitulo 13: TANQUES INTERRUPTORES DE PRESION

13.1 Introduccion 13.2 Tipos de Tanques

13.3 Tanques de mamposteria - Excavacion, cimentacion y paredes - Dimensiones internas .- Valvulas de control - Tubos de servicio - Techado - Ideas adicionales

13.4 Tanques PAD - Ventajas - Desventajas

Capitulo 14: TANQUES RESERVORIOS

14.1 Introduccion 14.2 Necesidad de un Reservorio 14.3 Capacidad

- Regimen 1 - Regimen 2

14.4 Forma - Tanques circulares - Tanques octogonales - Tanques hexagonales - Tanques cuadrados - Tanques rectangulares - Nota especial para tanques con techo de AGC

14.5 Diseno de la pared -- Profundidad del agua - Mamposteria - Paredes externas - Paredes de division - Tabla de diseno de pared

14.6 Tuberia de servicio - Entrada - Salida - Evitacion - Rebose - Lavadero .- Tanques de division

14.7 Construccion - Eleccion del sitio - Excavacion - Cimientos - Construccion de pared -- Techado

- Enlucido - Piso - Nivelacion final - Mantenimiento - Nivelacion final - Mantenimiento

14.8 Ejemplo de Diseno

Capitulo 15. PUESTOS DE TOMA PUBLICQS

15.1 Introduccion 15.2 Ubicaciones de Puestos de Toma 15.3 Caudal 15.4 Caida Neta 15.5 Consideraciones Estructurales

- Puestos de toma de piedra seca - Puestos de toma de madera - Tubo FG - Puestos de toma con multiples grifos - Drenaje - Acabado

Capitulo 16: CAJAS DE VALVULA

Introduccion Caracteristicas de Diseno - Cubierta segura - Drenaje libre - Tamano adecuado y suficiente Cajas de Valvula de Mamposteria Cajas de Valvula CA Cajas de Valvula de Tubo FG Cajas de Valvula de Tubo PAD Valvulas que se Regulan Frecuentemente Cajas de Valvula Acopladas

Capitulo 17: CALIDAD DEL AGUA

17.1 Introduccion 17.2 Filtracion lenta en Arena 17.3 Aireacion 17.4 Mayor referencia

Capitulo 18: ARIETES HIDRAULICOS

18.1 Introduccion

18.2 Descripcion 18.3 Calculo de Rendimiento 18.4 Consideraciones Tecnicas 18.5 Arreglos Especiales

Capitulo 19: CEMENTO, CONCRETO Y MAWOSTERIA

19.1 Introduccion 19.2 Definiciones y Terminos 19.3 Cemento 188 '

- Propiedades del cemento - Hidratacion - Fraguado - Endurecimiento - Curado - Empaque de cemento - Almacenamiento del cemento

19.4 Agua - Calidad - Cantidad

19.5 Arena - Fuentes de arena - Calidad

- Hinchamiento de arena 19.6 Agregados

- Medidas de agregados - Ladrillo chancado

19.7 Refuerzo con varillas de "Fierro" corrugado - Varillas de construccion -, - Malla de alambre - Espaciamiento de las varillas - Colocacion de las varillas - Losas de ladrillo reforzado

19.8 Mezcla de Cemento - Deposito para mezcla - Proporciones - Mezcla seca - Mezcla humeda - Herramientas y mano de obra

19.9 Mortero - Mezclas tipicas - Voliimenes de Mortero

19.1 0 Mamposteria - Mamposteria de ladrillo

- Mamposteria de piedra labrada - Mamposteria de piedra de cascajo - Fijacion del tubo FG

19.1 1 Concreto - Mezclas tipicas - Agua - Volumenes de concreto - Segregacion - Colocacion del concreto - Compactacion - Losas impermeables para pisos - Curado

19.12 Enlucido - Enfoscado o salpicadura - Segunda capa - Tercera capa - Volumenes de enlucido

19.13 Losas de Piso - Cimentacion - Ladrillo Argamasado - Piedra argamasada - Concreto armado (CA)

19.14 Losas de Techo - Columnas - Losas de ladrillo reforzado - Curado

19.1 5 Cubiertas de Losa Pequena 19.16 Tanques de Ferrocemento 19.17 Componentes de lmpermeabiiidad 19.18Concreto en Temperaturas Frias

Capitulo 20: TECNOLOGIA PRACTICA

20.1 Introduccion 20.2 Bocatomas Tamizadas 20.3 Union de Tubo PAD y F G

- Roxado - Expansion

20.4 Pernos Embebidos en Albanileria 20.5 Fijacion de las Vigas a l a Mamposteria 20.6 Fijacion de las Cubiertas AGC 20.7 Anclaje de tos Pernos a las Vigas 20.8 Braquetes para Ventilaciones

REFERENCIAS TECNICAS (Bibliografia)

APENDICES TECNICOS

Apendice A: Ecuacion de Continuidad y Ecuacion de Bernouili Apendice B: Analisis de Atascamientos de Aire Apendice C: Derivacion de la Ecuacion de Combinacion de Tubos Apendice D: Difusor de Friccion Apendice E: Cruces Suspendidos Apendice F: Techado Apendice G: Perdidas de Carga en l a Salida de un Tanque Apendice H: Cestones

TABLAS DE REFERENCIA

Sistemas Agua Potable Gravedad Poblaciones Rurales

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