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metodologia de calculo
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REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA UNIVERSIDAD RAFAEL URDANETA
FACULTAD DE INGENÍERIA ESCUELA DE INGENIERÍA CIVIL
DISEÑO DEL ACUEDUCTO PARA EL SECTOR HATICO VALERA, ESTADO TRUJILLO.
Trabajo Especial De Grado Para Optar Al Título De: Ingeniero Civil
REALIZADO POR LOS BACHILLERES:
RAMIREZ M., CESAR A.
CI. 18.348.549
RAMIREZ M., GIOVANNI A. C.I. 16.882.226
TUTOR ACADÉMICO:
PROFESOR: DAVID SOCORRO
MARACAIBO, JULIO DEL 2011.
DERECHOS RESERVADOS
DISEÑO DEL ACUEDUCTO PARA EL SECTOR HATICO, VALERA, ESTADO
TRUJILLO.
Giovanni A. Ramírez M. Cesar A. Ramírez M. C.I. N° 16.882.226 C.I. N° 18.348.549 Calle 79, con av. 3H calle 79, con av. 3H [email protected] [email protected]
____________________
Ing. David Socorro TUTOR ACADÉMICO
DERECHOS RESERVADOS
Este jurado aprueba el Trabajo Especial de Grado titulado. ¨DISEÑO DEL ACUEDUCTO PARA EL SECTOR HATICO, VALERA, ESTADO TRUJILLO, que los bachilleres RAMIREZ MANCINI GIOVANNI ALEJANDRO Y RAMIREZ MANCINI CESAR ANDRES, presentan para optar al título de INGENIERO CIVIL.
JURADO EXAMINADOR
ING. DAVID SOCORRO
ING. RAMON CADENA ING. SILVIA GARCIA
ING. NANCY URDANETA C.I.: 5.818.597
DIRECTORA DE ESCUELA DE INGENIERIA CIVIL
ING. OSCAR URDANETA DECANO DE LA FACULTA DE INGENIERIA
DERECHOS RESERVADOS
AGRADECIMIENTOS
A Dios por darme la gran familia que me regalo. Por permitirme llegar hasta este
momento tan importante en mi vida.
A mis Padres, por su buena voluntad, ayuda y apoyo en todo momento. Al Profesor David Socorro por brindarnos sus conocimientos y colaboración en la
elaboración de este trabajo especial de grado.
A la Profesora Johana Boza, por guiarnos e impartirnos conocimientos
metodológicos.
A la Profesora Silvia García por brindarnos sus conocimientos y sugerencias. A la Empresa Hidráulica Trujillana por su valiosa colaboración. A mis Profesores por impartirnos sus conocimientos y brindarnos su colaboración. A mis Amigos y Compañeros que siempre estuvieron cuando los necesite.
GIOVANNI A. RAMÍREZ MANCINI.
DERECHOS RESERVADOS
AGRADECIMIENTOS
A Dios por darme la gran familia que me regalo. Por permitirme llegar hasta este
momento tan importante en mi vida.
A mis Padres, por su apoyo incondicional en todo momento. Al Profesor David Socorro por brindarnos sus conocimientos y colaboración en la
elaboración de este trabajo especial de grado.
A la Profesora Johana Boza, por guiarnos e impartirnos conocimientos
metodológicos.
A la Profesora Silvia García por brindarnos sus conocimientos y sugerencias. A la Empresa Hidráulica Trujillana por su valiosa colaboración. A mis Profesores por su dedicación y brindarnos sus conocimientos. A mis Amigos y Compañeros que siempre estuvieron cuando los necesite.
CESAR A. RAMÍREZ MANCINI.
DERECHOS RESERVADOS
ÍNDICE GENERAL
Pagina
CAPÍTULO I: “EL PROBLEMA”
1.1 Planteamiento del problema………………………………………………………16
1.2 Objetivos de la investigación……………………………………………………...17
1.2.1 Objetivo general…………………………………………………………..17
1.2.2 Objetivos específicos…………………………………………………......17
1.3 Justificación e importancia…………………………………….………………......18
1.4 Delimitación……………………………………………………………....…………19
1.4.1 Delimitación espacial……………………………………………………..19
1.4.2 Delimitación temporal……………………………………………….…….19
1.4.3 Delimitación científica…………………………………………………….19
CAPÍTULO II: “MARCO TEÓRICO”
2.1 Antecedentes de la investigación….………..…………………………………..…21
2.2 Fundamentos teóricos…………………………………………...………………….23
2.3 Acueducto…………………………………………………….………...…………....23
2.3.1 Dotación de Agua Potable..………………….…………………….……….23
2.3.2 Agua Potable…………..…………………….…………………………….…24
2.3.3 Crecimiento Poblacional…………………….……………………………....24
2.3.4 Crecimiento Industrial y Comercial.…………….…………….……………25
2.3.5 Métodos de cálculo del acueducto…………….………………………….. 25
2.3.5.1 Método de Hardy Cross………..…………………………………. 25
2.3.5.2 Método de Hanzen Williams…..……………………………,……. 26
2.3.5.3 Tubería de Distribución.…………..…………………………………..27
DERECHOS RESERVADOS
2.3.5.4 Tubería P.V.C…….…...…………..…………………………………. 28
2.3.5.5 Tubería de hierro galvanizado...…………………………………. 29
2.3.5.6 Tubería de Hierro Fundido...………………………….…………...29
2.3.5.7 Tubería de Acero y Hierro Dulce.…………………….…………...29
2.4 Fuentes de Captación……………………………………….………...…………....30
2.4.1 Fuentes Superficiales……..………………….…………………….……….30
2.4.1.1 Precipitación Convectiva...……………………………….……….31
2.4.1.2 Precipitación Orográfica....……………………………….……….31
2.4.1.3 Fuentes Subterráneas......……………………………….……….31
2.4.2 Calidad del Agua…………..………………….…………………….……….32
2.4.2.1 Agua Subterráneas......……………………………….….……….32
2.4.2.2 Agua Superficial….......……………………………….….……….32
2.5 Obras de Captación……………………………….……….…..……...…………....34
2.5.1 Obras de Captación en Aguas Superficiales..………………….……….34
2.5.2 Obras de Captación en Ríos…………………..………...………….….….34
2.5.2.1 Torres Tomas…..….......………………………………….……..….35
2.5.2.2 Estaciones de Bombeo Flotante………………….…….……...….35
2.5.2.3 Estaciones De Bombeo Sobre Plataforma Móvil.…………...….35
2.5.2.4 Estaciones De Bombeo Fijas de Toma Directa….……...……….35
2.5.2.5 Captación Directa por Gravedad o Tubería……...………...…….36
2.5.2.6 Canal de Derivación..………….……………...……...…………….36
2.5.3 Obras de Captación en Lagos……………………………………………..36
2.5.4 Obras de Tomas en Presas………………………..………………………37
2.5.5 Obras de Captación en Fuentes Subterráneas………...…………….…37
2.5.5.1 Pozos Pocos Profundos………………….…...…….………..…….37
2.5.5.2 Pozos Excavados…….………………..……...….…..……………...38
2.5.5.3 Pozos Profundos.……………………………...……..……………...38
2.5.5.4 Galerías Filtrantes...….……………………...……..…..……………38
DERECHOS RESERVADOS
2.6 Regularización…………………………….….…………….…..……...…………....38
2.7 Parámetros de Diseño del Acueducto……..…………….…..……...…………....39
2.7.1 Crecimiento Poblacional……..…...……………..………………….……...39
2.7.2 Determinación de la Población de Diseño..……………………..……….39
2.7.3 Dotación……………………………………….……………………..……….39
2.7.4 Determinación de Gastos de Diseño…...….……………………..……….40
2.8 Variable………..…………………………………………….…..……...…………....42
2.8.1 Definición Conceptual…………………...….……………………..……….42
2.8.2 Definición Operacional...………………...….……………………..……….42
2.8.3 Cuadro de Variables... …………………...….……………………..……….43
CAPÍTULO III “MARCO METODOLÓGICO”
3.1 Tipo de investigación………………………………….……………..…………….45
3.2 Diseño de la investigación………………………………………………...………46
3.3 Unidad de análisis…………………………………………………………...……..47
3.4 Técnicas de recolección de datos….………...……………………………………48
3.5 Instrumentos de Medición……….………………………………………...……....49
3.6 Validez del Instrumento….……….………………………………………...……....49
3.6 Procedimiento Metodológico………….…………………………………...……....50
CAPÍTULO IV “ANALISIS Y PRESENTACIÓN DE LOS RESULTADOS”
4.1 Evaluación del sistema actual……….…………………………...……………….57
4.2 Estimación del Caudal de Diseño…….…………….…………..……...….……...64
4.3 Desarenador……………………………………………………….……..………....70
4.4 Capacidad y Ubicación del tanque de almacenamiento...….....……………….78
4.5 Red de Distribución de Agua Potable…………….............................................82
CONCLUSIONES………………………………………………………..………….…..93
DERECHOS RESERVADOS
RECOMENDACIONES……….…….…………………………………………………..95
REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS….….….…………………………………………96
DERECHOS RESERVADOS
INDICE DE FIGURAS
PAG. Figura N° 3.1 Ubicación del sector Hatico .……………..………………………...… 48
Figura N° 4.1 Fuente de captación actual .……………………….……...….....…… 59
Figura N° 4.2 Obra de captación actual ...………..…………..………………...…… 59
Figura N° 4.3 Tubería de captación actual ……..……………………....………..…. 60
Figura N° 4.4 Tanque de almacenamiento actual .…………………….……..……. 61
Figura N° 4.5 Desarenador artesanal .…….………………….…………………..…. 61
Figura N° 4.6 Tubería de distribución actual ……..…………………………….…… 62
Figura N° 4.7 Área de posible expansión .……………………………………..….... 64
Figura N° 4.8 Velocidad de sedimentación …………………………………...…...…71
Figura N° 4.9 Planta del desarenador ..………………………………………..…..…76
Figura n° 4.10 Corte A-A Desarenador …………………………….……………...… 76
Figura N° 4.11 Zona de entrada del desarenador ………………………………….. 77
Figura N° 4.12 Zona de salida del desarenador ……………………………..…….. 78
Figura N° 4.13 Dimensiones del tanque (Planta) ……..……………………..…….. 82
Figura N° 4.14 Croquis de la red de distribución ……………………………..……. 89
Figura N° 4.15 Detalle de conexiones .……..…………………………..…………… 90
Figura N° 4.16 Curvas de nivel …..………..………………..……..…...……………. 91
DERECHOS RESERVADOS
INDICE DE TABLAS
Pág.
2.1 Tipos de tuberías según el material…………………………………..…………...27
3.1 Dotación para viviendas unifamiliares………………………………..…………...51
4.1 Evaluación del sistema actual….………………………………………………….62
4.2 Tipo de consumo, sector y gasto de incendio…...……………………………….66
4.3 Delimitación de áreas….………………………………………………...………….66
4.4 Calculo de la dotación de viviendas existentes………………………………….67
4.5 Resultados de estimación de viviendas futuras………………………………….69
4.6 Resultados del caudal de diseño……………….………………………………….69
4.7 Valores de sedimentación válidos en sedimentación libre para partículas de arena de densidad 2,65……………..………………………………………………....72
4.8 Diámetro de partículas…..…………………………………………….……...…….73
4.9 Resultados del diseño del desarenador………… ……………………..…….…..75
4.10 Resultados del volumen mínimo de almacenamiento de agua potable….…80
4.11 Dimensión del tanque de almacenamiento …………….…………...………...80
4.12 Dotación por área de vivienda……………..………………………..…………...83
4.13 Dotación por área de vivienda…………………………………………………..85
4.14 Relación diámetro velocidad economía …………..……...…………………….86
4.15 Calculo de red abierta ………………...………………………………..………...87
5.7 Calculo de las presiones …….……...………………………………..…………...88
DERECHOS RESERVADOS
4.17 Calculo de la red cerrada……..……...………………………….…..…………...89
4.18 Calculo de las presiones…….……...………………………………..…………...89
4.19 Calculo de la red abierta anexa…….……...………………………………..…...90
4.20 Calculo de las presiones…….……...………………………………..…………...90
DERECHOS RESERVADOS
RAMIREZ MANCINI, CESAR ANDRES, RAMIREZ MANCINI GIOVANNI ALEJANDRO.DISEÑO DEL ACUEDUCTO DEL SECTOR HATICO, MUNICIPIO VALERA, ESTADO TRUJILLO”. Trabajo Especial de Grado para Optar al Título de Ingeniero Civil. Universidad Rafael Urdaneta. Facultad de Ingeniería. Escuela de Ingeniería Civil, Maracaibo, Estado Zulia, Julio 2.011.
RESUMEN
El propósito de esta investigación tiene como objetivo general, diseñar un acueducto en el Sector Hatico, Municipio Valera, Estado Trujillo, que satisfaga las necesidades de la población y cumpla con las especificaciones técnicas requeridas, para solucionar la problemática de la localidad, ya que existe una red de distribución, la cual era destinada al riego agrícola. Con el crecimiento demográfico, económico y social, la ciudad se ha expandido a zonas rurales, como es el caso del urbanismo, que en este sentido tiene una proyección a futuro de crecimiento poblacional. Cabe destacar que durante la evaluación de la red actual, fue posible adaptar algunas obras al sistema de distribución de agua potable que se diseñó. Mediante cálculos hidráulicos, información recopilada de la Hidrológica de los Andes, de agua y siguiendo los parámetros de la norma sanitaria, se proyectó un desarenador adecuado para el caudal que se requería, la capacidad del tanque de almacenamiento, ubicación y altura piezometrica, los diámetros de las tuberías y las presiones adecuadas. Se obtuvieron resultados satisfactorios que pueden ser aprovechados por la comunidad para mejorar su calidad de vida, así como recomendaciones para el tratamiento de agua potable. Palabras claves: diseño, acueducto, Hatico, red de distribución. Correo electrónico: [email protected] Correo electrónico: [email protected]
DERECHOS RESERVADOS
RAMIREZ MANCINI, CESAR ANDRES, RAMIREZ MANCINI GIOVANNI ALEJANDRO. DESIGN OF WATER SUPPLY OF THE TOWN HATICO, OF THE CITY VALERA, STATE TRUJILLO”. Special degree work to qualify for the title of civil engineering. University Rafael Urdaneta. Faculty of Engineering, School of Civil Engineering, Maracaibo, State Zulia. July of 2.011.
ABSTRACT
The purpose of this study's general objective is to design an aqueduct Hatico Sector, Municipality Valera, Trujillo State, which meets the needs of the population and meet the specifications required to solve the problems of the locality, as there a distribution network, which was intended for irrigation, with population growth, economic and social development, the city has expanded to rural areas, as is the case in our planning, in this sense is a projection of future growth population. Note that during the evaluation of the existing network, it was possible to adapt some works to the distribution system of potable water design. By hydraulic calculations, Hydrological information gathered from the Andes, water and following the parameters of the health standard, we project a sand trap suitable for the flow required, the storage tank capacity, location and pressure head, the diameters of pipes and pressure. We obtained satisfactory results that can be used by the community to improve their quality of life, as well as recommendations for treatment of drinking water Keywords: design, water supply, Hatico, distribution network. Email: [email protected] Email: [email protected]
DERECHOS RESERVADOS
INTRODUCCIÓN
EL incremento de la población desmesurado, ha afectado todos los servicios
básicos y principalmente el del agua, que es un recurso vital y sanitario mal
aprovechado. A la par, las distintas áreas destinadas a otros usos, cercanas a las
ciudades se han urbanizado. Ante tales hechos, los entes competentes no tienen
la cobertura para solucionar los problemas, debido a que funcionan con
presupuestos destinados a las partes urbanas de la ciudad, olvidando los sectores
satélites que se han formado con el pasar de los años. Sin embargo, las
comunidades organizadas han creado sus redes del vital líquido de forma
artesanal, pero con deficiencias técnicas, las cuales se analizaran en este trabajo
de investigación, para arrojar resultados y recomendaciones en el sistema de
distribución de agua potable.
Aunado a esto, los recursos hídricos deben ser aprovechados con buen uso, para
este diseño se tomó en cuenta la conservación de la cuenca de la cual se
abastece el sector. En este sentido otra de las problemáticas y la más importante,
en la cual establecemos recomendaciones, es el tratamiento que debe llevar el
agua, puesto que existen antecedentes de epidemias que han surgido en el
mundo (cólera) a través del consumo del vital líquido.
Esta investigación está basada en el diseño de un nuevo acueducto para el Sector
Hatico, Municipio Valera, Estado Trujillo. Ya que el existente se realizó para la
producción agrícola. Esta localidad se ha urbanizado y las redes que fueron
destinadas para riego, ahora son para el consumo humano, causando demandas
de agua distintas al que fue diseñado. Cabe destacar que los organismos han
examinado la calidad del agua, obteniendo resultados óptimos, ya que la fuente de
DERECHOS RESERVADOS
abastecimiento proviene de manantiales de una cuenca virgen, sin algún tipo de
contaminación.
El trabajo especial de grado está estructurado tal y como se muestra a continuación: El Capítulo I, está conformado por el planteamiento del problema, objetivo general
junto con los objetivos específicos del sistema, justificación, delimitación temporal,
espacial y científica. Para ello fue necesario recopilar información necesaria de los
problemas de fallas de agua a las cuales se ven sometidas, los habitantes del
Sector Hatico, Valera, Estado Trujillo, justificando las necesidades de la población
por el suministro del vital líquido.
El Capítulo II, está vinculado al marco teórico, el cual hace referencia a bases
teóricas, antecedentes de investigaciones similares que aportan información,
bases teóricas y definición de términos básicos. En este capítulo se describe de
forma explicativa los métodos y componentes del sistema de distribución de agua
potable.
El Capítulo III, se refiere a la metodología a utilizar en el presente Trabajo
Especial de Grado, el cual es una investigación descriptiva, posee población y
muestra, técnicas de recolección de datos, validez de instrumentos de medición y
estructuración de las fases de investigación. En este capítulo se expresa la
metodología a seguir para el diseño del acueducto del sector Hatico, Valera,
Estado Trujillo.
El Capítulo IV, tiene que ver con las conclusiones derivadas del desarrollo del
trabajo, para ello fue necesario el análisis de la información recolectada y en base
DERECHOS RESERVADOS
a esos resultados proponer la solución más adecuada, que satisfaga al
cumplimiento de los objetivos planteados.
Para el diseño de este acueducto, se hizo necesaria la realización de una
inspección técnica en sitio, a fin de aprovechar las obras existentes.
DERECHOS RESERVADOS
CAPÍTULO I
EL PROBLEMA
1.1 Planteamiento y formulación del problema
El agua es uno de los recursos naturales para el hombre sin el cual no puede
existir. La disponibilidad de suficiente cantidad de agua para abastecer una
determinada población, depende del volumen del requerido, la ubicación de la
fuente de abastecimiento, la cantidad disponible en la misma, la calidad y la
posible existencia de elementos contaminantes. El agua proveniente de la fuente
de abastecimiento es captada por medio de una toma y transportada por tuberías
hasta la población a servir donde mediante una red de distribución (acueducto) se
suministra agua a cada una de las viviendas.
Hace 20 años en el Sector Hatico, Municipio Valera, Estado Trujillo, se diseñó una
red de tuberías que abastecía al riego agrícola, a través de los años, los terrenos
que eran destinados a la producción agropecuaria pasaron a ser parcelas
urbanizadas, las cuales realizaron tomas indiscriminadas de la red antes
mencionada, lo que hoy en día es insuficiente para el transporte del vital líquido,
además de causar averías en las tuberías domésticas, debido al incremento
demográfico que superó el diseño para el que fue realizado, lo que ha causado un
declinamiento en el caudal de la tubería y constantes interrupciones en el servicio.
La falta de mantenimiento y conservación ha dado como consecuencia fallas en el
tanque de almacenamiento, puesto que presenta grietas, filtraciones y su
capacidad no abastece las necesidades mínimas, las constantes conexiones
indiscriminadas tanto en las líneas de aducción como en el propio sistema de
conducción originan pérdidas de presión y persistentes fugas en el sistema.
DERECHOS RESERVADOS
17
La escasez de los recursos hídricos, ha originado brotes de epidemias como el
dengue, por incumplir con los requerimientos mínimos de almacenamiento de
agua en recipientes adecuados, las condiciones sanitarias se ven afectados
explícitamente en cada una de las familias del sector, originando malos olores y
malestar en general.
Es por ello que se hace necesario un estudio que permita conocer la población
actual, considerando los sectores de crecimiento urbano. Se propone un diseño de
un acueducto que satisfaga las necesidades de la población en general, que
garantice el servicio del vital líquido con las dotaciones establecidas por norma
para cada habitante y una presión optima en las zonas más desfavorables y de
esta forma solucionar problemas sanitarios que limitan el desarrollo social de la
región, ya que este es un sector satélite de la ciudad de Valera.
1.2 Objetivos de la Investigación 1.2.1 Objetivo General Diseño del Acueducto Para el Sector Hatico, Valera, Estado Trujillo.
1.2.2 Objetivos Específicos
• Evaluar el sistema actual de distribución de agua potable para el sector
Hatico, Valera, Estado Trujillo.
• Estimar la población de diseño.
• Proyectar un desarenador.
• Calcular la capacidad y ubicación de un tanque de almacenamiento.
• Realizar una red de distribución de agua potable.
DERECHOS RESERVADOS
18
1.3 Justificación e importancia
La investigación se justifica, porque el diseño de una nueva red de acueductos, en
el Sector Hatico, Valera, Estado Trujillo, contribuiría a la comunidad en el
desarrollo urbano y comercial, pues solventaría la escasez de agua que pudiera
estar afectando las comunidades garantizando el vital líquido en los diferentes
puntos que conforman el sistema, obteniendo una mejor calidad de vida,
condiciones sanitarias, bienestar en la población y un mayor desempeño comercial
e industrial.
Se determinó la demanda actual de la población y el estado en que se encuentra
el acueducto, con el fin de presentar soluciones para mejorar su funcionamiento
así como también un diseño de red de distribución para una población futura con
el cual se diseñó el acueducto que logre satisfacer los requerimientos básicos con
las comunidades afectadas.
En el aspecto económico, se verá reflejado un cambio drástico en el cual la
incorporación comercial e industrial tendrá un impulso hacia el desarrollo, ya que
el sector estará en unas mejores condiciones de vida y la población disminuirá el
gasto que tiene en las altas facturas de los transportistas de agua potable que
surten en el sector, aunado a esto los gastos en enfermedades.
Desde el punto de vista social, representará un gran aporte a través del análisis
del mejoramiento y el diseño de un nuevo acueducto en busca de una mejor
calidad de vida, permitiendo realizar diversas tareas a la población como el aseo
personal, desarrollo comercial.
DERECHOS RESERVADOS
19
En cuanto al aspecto metodológico, se propone facilitar un método para estimar el
crecimiento de la población futura, las posibles fuentes y obras de captación,
sistemas de aducción, regularización y el diseño de la red de distribución de agua
potable, todo ello con la finalidad de obtener datos para un análisis y propuesta de
un nuevo acueducto lo que implicará la utilización de programas de calculo
hidráulico, diseñados y aplicados por los investigadores que contribuirán en gran
parte para determinar los caudales en los diferentes tramos que conforman el
pueblo.
1.4 Delimitación
1.4.1 Delimitación Espacial Sector Hatico, Municipio Valera, Estado Trujillo. 1.4.2Delimitación Temporal Periodo comprendido entre enero del 2011 y agosto del 2011.
1.4.3 Delimitación científica Se diseñó una nueva red de distribución de agua potable, mediante la cual se
usaron los distintos métodos técnicos, a fin de determinar la población de diseño,
fuentes, obras de captación, almacenamiento y regularización con el objeto de
calcular los caudales y poder definir diámetros y presiones que conforman la red.
Utilizando las normas vigentes establecidas por organismos públicos competentes
(HIDROANDES).
DERECHOS RESERVADOS
CAPÍTULO II
MARCO TEÓRICO
Una vez realizada la revisión bibliográfica pertinente se elaboró el marco teórico,
haciendo énfasis sobre los antecedentes, fundamentos teóricos, investigaciones
por estudiosos de la materia, términos básicos y sistema de variables, para así
sustentar teóricamente cada uno de los objetivos planteados.
2.1 Antecedentes de la investigación
El desarrollo de este trabajo está basado en una profunda investigación acerca de
estudios realizados o similares al tema de estudio, se lograron tomar las siguientes
fuentes bibliográficas:
Magaña Orosco, Vidal. “Estudio de alternativas para el diseño hidráulico del acueducto arcediano-Guadalajara”. Tesis. Universidad Nacional Autónoma de
México. Facultad de Ingeniería. Programa de Maestría y Doctorado en Ingeniería.
2.006.
El crecimiento de la población de la zona de Conurbada de Guadalajara, aunado a
la frágil situación que vive su principal fuente de abastecimiento de agua, el lago
de Chápala, son factores determinantes que señalan como indispensable e
inaplazable disponer de la nueva fuente de abastecimiento de agua que ofrece el
sitio arcediano, donde se podrán captar 6.6 m3/s del rio Verde, más 3.8 m3/s del rio
Santiago, con lo cual se contaría con 10.4 m3/s para satisfacer el déficit actual y la
DERECHOS RESERVADOS
21
del lago Chápala y a reducir la sobre explotación de los acuíferos hasta lograr su
equilibrio y restauración. Por ello, los gobiernos estatal y federal, a través de
distintos organismos especializados, han hecho esfuerzos para llevar a cabo la
construcción de una presa de almacenamiento que permita aprovechar las aguas
de los dos ríos mencionados.
Observando lo señalado en el párrafo anterior, el trabajo realizado pretendió
sumar esfuerzos al ocuparse del estudio de diferentes alternativas para el diseño
hidráulico del acueducto que se requiere para conducir el agua, desde el
almacenamiento en Arcediano, hasta la planta potabilizadora de San Gaspar,
situado en el extremo noreste de la Zona Conurbada de Guadalajara. Entre sus
propósitos y quizás, sus principales aportaciones, está la de constituirse como un
documento de consulta en el que pueden observarse los resultados de diferentes
estudios y análisis realizados para determinar cuál de las alternativas de
acueducto estudiadas representa la mejor opción tanto hidráulica como
económicamente.
El trabajo anterior se relaciona ampliamente con el trabajo debido a que estudia
varios modelos de acueductos para elegir el más óptimo económicamente e
hidráulicamente.
Rodríguez Veracierta, María Andreina. “Propuesta de rehabilitación del sistema de agua (Acueducto) de la comunidad “La Miel” en la Parroquia Gustavo Cegas de León del Municipio Autónomo “Simón Planas” del Estado Lara”.
Trabajo Especial De Grado. Universidad Rafael Urdaneta. Facultad de Ingeniería.
Escuela de Ingeniería Civil. 2.005.
La problemática de la comunidad La Miel tiene su origen en el crecimiento de
forma anárquica y desorganizada de su población en la última década, lo cual
DERECHOS RESERVADOS
22
generó un deterioro significativo en el sistema de distribución de agua potable
(acueducto). Dicho sistema presentaba redes insuficientes, niveles de presión que
no alcanzan los niveles adecuados, y el agua no contabilizada (bien sea por falta
de medición, bien debido a fugas) representa porcentajes importantes.
La investigación estudió la problemática, elaborando un análisis detallado de todos
los componentes del sistema de distribución de agua (acueducto), con la intención
de detectar una solución que, contemplando los interesés de todos aquellos que
se encuentren vinculados a la problemática planteada, provea bienestar a la
sociedad y el desarrollo de dicha comunidad.
Así, basados en el análisis del modelo matemático implementado, se propuso una
solución alternativa que permitía un óptimo manejo y control de dicho acueducto.
Además, dicho modelo permitió ejecutar cualquier alternativa que se crea
conveniente y su simulación correspondiente en periodos prolongados (uno o
varios días) haciendo un seguimiento en la evolución de los caudales en las
tuberías, las presiones en los nodos y los niveles en los depósitos de una manera
computarizada.
El trabajo anterior se relaciona como antecedente ya que es un trabajo sobre el
análisis de un acueducto con un modelo matemático y de una población
específica, aunado al hecho que se tomaron en cuenta la fundamentación teórica
y metodológica.
DERECHOS RESERVADOS
23
2.2 Fundamentos teóricos 2.3 Acueducto Es un sistema o conjunto de sistemas de irrigación que permite transportar agua
en forma de flujo continuo desde un lugar en el que ésta accesible en la
naturaleza, hasta un punto de consumo distante. Cualquier asentamiento humano,
por pequeño que sea, necesita disponer de un sistema de aprovisionamiento de
agua que satisfaga sus necesidades vitales. La solución más elemental consiste
en establecer el asentamiento de la población en las proximidades de un río o
manantial, desde donde se acarrea el agua a los puntos de consumo. Otra
solución consiste en excavar pozos dentro o fuera de la zona habitada o construir
presas. Pero cuando la población alcanza la categoría de auténtica ciudad, se
hacen necesarios sistemas de conducción que obtengan el agua en los puntos
más adecuados del entorno y la aproximen al lugar donde se ha establecido la
población.
Incluso cuando la población estaba a orillas de un río, la construcción de
conducciones era la mejor forma de garantizar el suministro, en vez de extraer el
agua del río que, aunque estuviera muy cerca, generalmente tenía un nivel más
bajo que el poblado. En otras ocasiones se hacía el acueducto porque el agua era
de mejor calidad que la del río. Para cubrir esta necesidad se emprenden obras de
gran envergadura que puedan asegurar un suministro de agua.
2.3.1Dotación de agua potable Es la estimación del consumo diario de agua potable por habitante, necesaria
para satisfacer sus necesidades cotidianas, este se obtiene conociendo los datos
DERECHOS RESERVADOS
24
de la población. La norma sanitaria venezolana establece como dotación diaria por
habitante aproximadamente 200 litros por día para uso doméstico, aunado a esto
es necesario anexar una dotación especial para casos de incendio por norma.
2.3.2 Agua potable Es considerada agua potable, o agua apta para el consumo humano toda agua
natural o producida por un tratamiento de potabilización que cumpla con las
normas de calidad establecidas para tal fin, las cuales se basan en estudios
toxicológicos y epidemiológicos, así como en condiciones estéticas.
Como concepto general puede decirse que toda agua puede ser acondicionada
para el consumo humano ya que se dispone de métodos técnicos para lograrlo a
un mayor o menor costo de tratamiento a utilizar. El conjunto de procedimientos o
tratamientos a emplear será distinto según la calidad del agua natural captada. En
algunas circunstancias podrá ser suficiente la corrección de ciertos caracteres
físicos como por ejemplo, la turbidez o el color, en otras será necesario corregir
propiedades químicas como la dureza o el exceso de flúor y finalmente, el aspecto
más importante se debe asegurar la calidad bacteriológica.
2.3.3 Crecimiento poblacional Es el cambio en la población en un cierto plazo, puede ser cuantificado como el
cambio en el número de individuos en una población usando "tiempo por unidad"
para su medición. El término crecimiento demográfico puede referirse
técnicamente a cualquier especie, pero refiere casi siempre a seres humanos y es
de uso frecuentemente informal para el término demográfico más específico tarifa
del crecimiento poblacional, y es de uso frecuente referirse específicamente al
crecimiento de la población del mundo.
DERECHOS RESERVADOS
25
El crecimiento poblacional puede estudiarse por varios métodos analíticos y
mediante promedios de los últimos censos realizados en la zona. Los métodos
para establecer la población futura más utilizados, debido a que son los de mayor
aproximación, son el aritmético, geométrico y el de crecimiento variable.
La vida útil de la red de distribución según la norma venezolana debe ser de 20
años, por ello se debe realizar una población de diseño para los próximos 20 años,
mediante datos estadísticos aproximados antes mencionados.
2.3.4 Crecimiento industrial y comercial Es un crecimiento económico y social, atractivo para la migración de poblaciones,
lo cual influye en el crecimiento de las ciudades, al igual que es el factor más
influyente en el aumento de la población.
2.3.5 Métodos de cálculo de acueducto 2.3.5.1 Método de Hardy Cross El método de aproximaciones sucesivas, de Hardy Cross, está basado en el
cumplimiento de dos leyes, ley de continuidad de masa en los nodos y la ley de
conservación de la energía en los circuitos. El planteamiento de esta última ley
implica el uso de una ecuación de pérdida de carga o de "pérdida" de energía,
bien sea la ecuación de Hazen & Williams o, bien, la ecuación de Darcy &
Weisbach. La ecuación de Hazen & Williams, de naturaleza empírica, limitada a
tuberías de diámetro mayor de 2", ha sido, por muchos años, empleada para
calcular las pérdidas de carga en los tramos de tuberías, en la aplicación del
Método de Cross. Ello obedece a que supone un valor constante para el
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26
coeficiente de rugosidad, C, de la superficie interna de la tubería, lo cual hace más
simple el cálculo de las "pérdidas" de energía.
La ecuación de Darcy & Weisbach, de naturaleza racional y de uso universal, casi
nunca se ha empleado acoplada al método de Hardy Cross, porque involucra el
coeficiente de fricción, f, el cual es función de la rugosidad, k, de la superficie
interna del conducto, y el número de Reynolds, R, de flujo, el que, a su vez
depende de la temperatura y viscosidad del agua, y del caudal del flujo en las
tuberías. Como quiera que el Método de Hardy Cross es un método iterativo que
parte de la suposición de los caudales iniciales en los tramos, satisfaciendo la Ley
de Continuidad de Masa en los nudos, los cuales corrige sucesivamente con un
valor particular, del diámetro y caudal, en cada iteración se deben calcular los
caudales actuales o corregidos en los tramos de la red. Ello implica el cálculo de
los valores de rugosidad y fricción de todos y cada uno de los tramos de tuberías
de la red.
2.3.5.2 Método Hanzen-Williams El método de Hazen-Williams es válido solamente para el agua que fluye en las
temperaturas ordinarias (5 ºC - 25 ºC). La fórmula es sencilla y su cálculo es
simple debido a que el coeficiente de rugosidad "C" no es función de la velocidad
ni del diámetro de la tubería. Es útil en el cálculo de pérdidas de carga en tuberías
para redes de distribución de diversos materiales, especialmente de fundición y
acero:
h = 10,674 · [Q1,852/ (C1,852 · D4,871)] · L
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27
2.3.5.3 Tubería de distribución Son conductos que cumplen la función de transportar agua. Se suelen elaborar
con diversos materiales, conectadas entre sí, permiten llevar hasta la vivienda de
los habitantes de una ciudad, relativamente densa, el agua potable. Existen
diferentes tipos de tuberías utilizados para transportar fluidos, entre las cuales los
más utilizados son: P.V.C., hierro galvanizado, hierro fundido, acero y cobre. (ver
tabla 2.1)
Tabla 2.1 Tipos de tubería según el material
Tipos de tubería según el material Diámetro en pulgadas Longitud en metros
Asbesto-cemento o AC 2,3,4,6,8,10,12, 14, 16, 18, 20, 24, 28. 4
Cloruro de polivinilo o PVC 1/2, 3/4, 1, 1i/4, 2, 21/2, 3, 4, 6, 8, 10, 12. 6
Plástico flexible PF + UAD 1/2, 3/4. Rollo 90 Cobre 3/8, 1/2, 3/4, 1,11/4,11/2, 2 Rollo 90 o más
Cilindro de Acero y Concreto ACCP
10 en adelante sobre pedido hasta 78 5 y 10
Hierro acerado o lámina de acero H.A
1i/a, 2, 3, 4, 6, 8, 10, 12. En adelante sobre pedido 5 y 10
Hierro fundido H.F 3, 4, 6, 8, 10, 12, 14, 18, 24, 30, 36. 6
Hierro Dúctil - H.D 4,6,8,10, 12, etc. 6 y 12
Hierro Galvanizado H.G 1/8, 1/4, 3/8, 1/2, 1i/2, 3/4, 1, 1i/4, 2, 2i/z, 3,4, 6,8, 10, y 12. 6
Polietileno de alta densidad 1/2 a 8. 100 Fuente: Acueductos, Palacios Ruiz 2001.
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28
2.3.5.4 Tubería P.V.C. La denominación de tuberías PVC proviene del policloruro de vinilo, que es un
polímero termoplástico. “Termoplástico” implica que a temperatura ambiente los
materiales presentan características más rígidas que cuando la temperatura es
aumentada. En esos casos, el material se vuelve mucho más blando y maleable,
es decir, son más fáciles de manejar. A pesar de esto, no importa cuánto se
fundan o moldeen, los materiales termoplásticos no alteran sus propiedades tan
fácilmente.
En el caso del policloruro, éste comienza a tornarse más blando cuando está
expuesto a una temperatura superior a los treinta grados. Además de tratarse de
un material de color blancuzco, el policloruro de vinilo es una resina resultante de
un proceso químico denominado polimerización, sufrido por el cloruro de vinilo, de
ahí su nombre.
Por el otro, tenemos al PVC rígido, que es el que se usa para el tema que nos
ocupa: las tuberías, en reemplazo al hierro que se utilizaba antes de su
surgimiento. Igualmente su uso no está restringido a las tuberías, al PVC rígido
también se lo utiliza en envases y ventanas. Si hacemos un poco de historia,
podemos ubicar al PVC rígido a fines de la década del ’60. Antes de su utilización
corriente, fue probado en hospitales y edificios de departamentos y su eficacia fue
indudable, siempre teniendo en cuenta las distintas circunstancias que debían
soportar dichos establecimientos. Luego de esto, las tuberías PVC ya no debieron
demostrar nada más y su uso fue altamente satisfactorio y provechoso.
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29
2.3.5.5 Tubería de hierro galvanizado Es una tubería de hierro acerado constituida por un recubrimiento interior y
exterior de zinc. Se fabrica en diámetros de 1/8”, hasta 12 y en la longitud de 6
metros, se utiliza para el tendido de redes de distribución y conexiones
domiciliarias, es resistente a las presiones internas y externas, se utiliza en redes
que deban soportar presiones variables, propensa a la corrosión y a las
incrustaciones.
2.3.5.6Tubería de hierro fundido Este tipo de tuberías se instala frecuentemente bajo tierra para transportar agua,
gas y aguas negras (drenaje); aunque también se utiliza para conexiones de vapor
a baja presión. Los acoplamientos de tuberías de hierro fundido generalmente
son del tipo de bridas o del tipo campana y espigo.
2.3.5.7Tubería de acero y hierro dulce Se utiliza para altas presiones y temperaturas, generalmente transporta agua,
vapor, aceites y gases. Esta tubería se especifican por el diámetro nominal, el
cual es siempre menor que el diámetro interior (DI) real de la tubería. De manera
general tiene tres clases: “estándar” (Schedule 40), extrafuerte (Schedule 80) y
doble extrafuerte.
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2.4 Fuentes de captación 2.4.1 Fuentes superficiales Las aguas superficiales están constituidas por los ríos, lagos, arroyos, embalses y
otros. La calidad del agua superficial puede estar comprometida por
contaminaciones provenientes de la descarga de desagües domésticos, residuos
de actividades mineras o industriales, uso de defensivos agrícolas, presencia de
animales, residuos sólidos.
En las fuentes superficiales debe hacerse un estudio que tiene como finalidad la
investigación de los caudales máximos y mínimos de la misma en épocas de
sequía. Esta información la suministrará el ministerio competente. En los ríos es
muy importante conocer los perfiles transversales en los sitios de captación de
agua y de descarga, en los lagos la profundidad y corriente.
En los estudios hidrológicos se incluyen aquellas partes del campo que unen al
diseño y operación de proyectos de ingeniería, para el control y uso del agua. El
concepto de ciclo hidrológico, es un término descriptible al inicio del estudio de la
hidrología. Este ciclo se visualiza iniciándose con la evaporación de agua en los
océanos, el vapor de agua resultante es transportado por las masas móviles de
aire. Bajo condiciones favorables el vapor se condensa para formar las nubes, que
a su vez, pueden transformarse en precipitación.
La precipitación que cae sobre la tierra se dispersa de diversas maneras, la mayor
parte de esta es retenida temporalmente por el suelo, en las cercanías del lugar
donde cae y regresa eventualmente a la atmosfera por medio de la evaporación.
Otra porción de agua que se precipita viaja sobre la superficie del suelo o a través
del mismo, hasta alcanzar los canales de las corrientes, bajo la influencia de la
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gravedad se mueve hacia zonas más bajas y con el tiempo pueden incorporarse a
los océanos. Sin embargo, una parte importante del caudal adquirido, se incorpora
a la atmosfera por medio de la evaporación y transpiración.
2.4.1.1 Precipitación Convectiva Es la más común en los trópicos, se origina por el levantamiento de aire más ligero
y cálido al encontrarse a su alrededor con masas de aire más densas y frías, o por
el desigual calentamiento de la superficie terrestre y la masa de aire se expande y
se enfría dinámicamente originando la condensación y la precipitación.
2.4.1.2 Precipitación Orográfica Es la precipitación debida al levantamiento de aire producido por las barreras
montañosas, al ocurrir un desplazamiento vertical se produce la condensación y
precipitación
2.4.1.3 Fuentes subterráneas La captación de aguas subterráneas se puede realizar a través de manantiales,
galerías filtrantes y pozos, excavados y tubulares. Las fuentes subterráneas
protegidas generalmente están libres de microorganismos patógenos y presentan
una calidad compatible con los requisitos para consumo humano. Sin embargo,
previamente a su utilización es fundamental conocer las características del agua,
para lo cual se requiere realizar los análisis físico-químicos y bacteriológicos
correspondientes
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32
No obstante deben ser investigadas según su calidad y cantidad. Es decir,
determinar el diámetro, caudal, nivel freático y de bombeo, pendiente de la cuenca
alimentadora, peligros inmediatos de contaminación de las formaciones
adyacentes. Cuando existe precipitación una porción del agua penetra
profundamente en el suelo, para hacer parte del suministro de agua subterránea.
2.4.2 Calidad del Agua 2.4.2.1 Agua Subterránea En las capas más profundas de la tierra, contiene algunos gérmenes poco
nocivos, con escasas bacterias de distinto tipo, puesto que los microorganismos
son filtrados a medida que el agua atraviesa las capas del suelo. Cuando esta
agua subterránea profunda se lleva a la superficie por perforación de pozos, por lo
general se consigue un líquido excelente para un buen suministro de agua
potable. No obstante, los manantiales que provienen de poca profundidad pueden
contener también agua de óptima calidad. Ahora bien, lo que se quiere señalar
con esto es que, tanto los pozos profundos como los manantiales de poca
profundidad deben estar bien protegidos de la contaminación proveniente de la
superficie del suelo.
2.4.2.2 Agua superficial Contendrán muchas bacterias inocuas del suelo, además, los ríos o lagos
cercanos a una población, es casi seguro que estén contaminados con bacterias y
gérmenes de infecciones intestinales, esto como consecuencia de enviar los
desagües a los canales más cercanos.
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33
Para determinar si una masa de agua puede ser o no con seguridad potable es
necesario hacer un reconocimiento sanitario de la cuenca hidrológica para
descubrir las posibles contaminaciones a la que se encuentra y así proceder al
análisis de agua en el laboratorio.
Las pruebas del agua en el laboratorio comprenden: • Examen microscópico
• Análisis físico-químico
o Color aparente
o Color real
o Olor y sabor
o Turbiedad
• Análisis bacteriológico del agua
o Cuantitativo
o Cualitativo
o Pruebas de presunción
o Prueba completa
Las cualidades de un buen suministro de agua deben ser suficientes en cantidad,
de manera que se pueda usar libremente durante todo el año, además de estar
libre de contaminaciones de excreciones humanas o de animales, por lo tanto,
libre de enfermedades intestinales. Esto hace necesario la purificación artificial del
agua en muchas poblaciones, además el vital flujo debe tener propiedades físicas
y químicas deseables que animen a beberla y a utilizarla con otros fines, debe ser
fría, incolora e inholora.
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2.5 Obras de captación Forman un conjunto de estructuras y auxiliares, colocadas directamente en la
fuente, que permiten condiciones satisfactorias del flujo, eficiente control y
regularización de las extracciones en cualquier circunstancia. El diseño de la obra
toma varía de acuerdo con las condiciones geológicas y topográficas, así como las
variaciones de gasto por extraer. Los valores reales de los caudales y sus
variaciones son determinados mediante los estudios hidrológicos
correspondientes.
2.5.1 Obras de captación en aguas superficiales La captación de agua ya sea en ríos, lagos o presas, serán adaptadas a las
condiciones imperantes de esas masas de agua. Las mismas serán conducidas al
sitio de consumo, para lo cual se requieren líneas de aducción de gravedad o
bombeo, pueden ser a canales abiertos o conductos a presión, dependiendo de la
topografía del lugar.
2.5.2Obras de captación en ríos El tipo más sencillo para esta consta de un tubo que penetra dentro del agua y en
el extremo que se dispone una trompeta introducido en el otro extremo, con la
abertura protegida por un colador de hierro fundido. Condicionalmente el fondo de
la superficie debe ser estable, considerando puntos no muy profundos para
permitir que la captación quede sumergida por lo menos 90 centímetros. Si el rio
cambia considerablemente se utilizan captaciones en la orilla, se sitúan por
encima del nivel de las aguas bajas y pueden consistir en una zanja o túnel
paralelo
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2.5.2.1 Torres tomas Son útiles para extraer agua a diferentes niveles, se construyen en un lugar o
punto más profundo del rio. Es necesario que la corriente en el fondo sea estable.
2.5.2.2 Estaciones de bombeo flotante Cuando la variación entre los niveles máximos y mínimos de la corriente sea
mayor a la altura máxima de succión y por lo tanto sea imposible disponer de una
estación de bombeo fija, se puede hacer uso de una bomba anclada en tres
puntos. Dos en tierra y uno en el agua. Las tuberías de succión y descarga son
flexibles.
2.5.2.3 Estaciones de bombeo sobre una plataforma móvil Si las corrientes son fuertes y ponen en peligro la balsa, existe un fondo inestable
que dificulta el anclaje y acceso difícil, se puede usar un equipo de bombeo en
tierra firme sobre una plataforma móvil. Esta solución se emplea en terrenos
buenos y orillas estables.
2.5.2.4 Estaciones de bombeo fijas de toma directa Se ubican en terrenos firmes, sitios accesibles protegidos contra inundaciones en
ríos pequeños, las aguas se representan para asegurar el tirante mínimo
necesario. Se emplea un dispositivo de flotación en donde se ubica la succión que
opera con carga constante.
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2.5.2.5 Captación directa por gravedad o tubería Anclada en estructura de concreto. Es el tipo de captación más sencilla, formada
por un tubo empotrado, doblado en la entrada de modo que no quede frente a la
dirección de la corriente y protegido por una malla metálica. La carga sobre la
toma, será de por lo menos igual a 3 veces el diámetro de la tubería, para
garantizar el funcionamiento de la obra de captación eliminando la entrada de aire
y de cuerpos flotantes.
2.5.2.6 Canal de derivación Es recomendable en grandes gastos y en ríos que transporten mucha arena. El
funcionamiento de este tipo de vertedor, está definido por el gasto de descarga, el
gradiente hidráulico, la velocidad de la corriente y la longitud de la cresta. Para los
vertederos laterales se utilizan amplios márgenes de seguridad, ya que para las
mismas condiciones de carga y tipo de cresta el gasto es menor para un vertedero
perpendicular a la corriente.
2.5.3 Obras de captación en lagos Si la rivera del lago está habitada, la captación debe localizarse donde el peligro
de polución sea mínimo, lo que puede exigir el estudio de las corrientes y de los
vientos, especialmente el movimiento de las aguas residuales que puedan
descargar en el lago. También es conveniente que la abertura de captación este
de 2.5 metros o más sobre el fondo, con el fin de que el fluido captado no pueda
arrastrar grandes cantidades de barro.
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2.5.4 Obras tomas en presas El agua de los embalses puede tener variación en sus niveles, lo que hace
aconsejable realizar la captación de agua a unos pocos decímetros por debajo de
la superficie. Como son de prever fluctuaciones en el nivel del agua, resulta
conveniente disponer de varias alturas de toma. Cuando la presa es de tierra , las
tomas se realizan ordinariamente, disponiendo una torre de concreto situada en
aguas profundas junto al pie de la presa y aguas arriba de ella. El acceso a la torre
con objeto de manipular las compuertas de las varias aberturas de la toma. Las
aberturas pueden cerrarse en longitudes cortas de tubería mediante compuertas y
válvulas. Cuando la presa es de mampostería, la toma puede ser un pozo
perforado en la propia estructura, en el que también se dispongan tomas de varias
alturas.
2.5.5 Obras de captación en fuentes subterráneas La construcción de pozos se hace por diferentes métodos dependiendo del
propósito de abastecimiento de agua, la cantidad requerida, profundidad del
acuífero, condiciones geológicas y factores económicos. Una vez conocida las
características del acuífero y las propiedades que gobiernan su aprovechamiento
racional en la forma más ventajosa. Los pozos se dividen en pozos pocos
profundos hasta 30 metros y pozos profundos mayores a 30 metros.
2.5.5.1 Pozos pocos profundos Se utilizan cuando el agua subterránea se halle en formaciones porosas poco
profundas. Es recomendable en valles, márgenes de ríos, playas y cercanía de
lagos donde no haya peligro de contaminación ni intrusión marina. Se hincan una
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38
serie de tubos por impactos repetidos dentro del suelo por debajo de la superficie
freática. Los diámetros de hinchamiento son de ¼ a 4 pulgadas, estos pozos no se
adaptan a los grandes abastecimientos de agua.
2.5.5.2 Pozos excavados Es el tipo de pozo más simple consiste en cavar una fosa hasta el nivel de agua
freática. Con frecuencia se utilizan anillos de concreto para soportar la excavación,
esta puede hacerse a mano o con equipo portátil
2.5.5.3 Pozos profundos Cada diseño puede considerarse como un caso particular y cambiara de acuerdo
a la naturaleza y condiciones del acuífero, ya que las condiciones hidráulicas
determinadas pueden ser distintas en uno u otro caso.
2.5.5.4 Galerías filtrantes Tienen por objeto captar el agua en las inmediaciones de los ríos, también el fluido
del nivel freático de algunos acuíferos superficiales. En el caso de los ríos se
localizan transversalmente o longitudinalmente a ellos están constituidas por
líneas de tubería de concreto perforadas, encima de las cuales se colocan capas
de material graduado de grava y arena. Generalmente se colocan las tuberías a
un cárcamo de bombeo.
DERECHOS RESERVADOS
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2.6 Regularización El objeto principal del tanque es compensar las entradas y demandas, de tal
manera que siempre haya suficiente agua a la presión adecuada en todos los
puntos de la red. Es necesario situar los tanques con relación al sistema de
distribución para que los gastos que se desplacen lleguen a los sitios requeridos, a
través de tuberías de diámetros y características económicas.
Cuando la topografía es abrupta, el problema se complica, los puntos que se
encuentran muy elevados respecto a otros pueden exigir elevaciones distintas
para los mismos, obligando en muchos casos a usar más de un tanque de
almacenamiento
2.7Parámetros de diseño del acueducto
2.7.1 Crecimiento poblacional Es el estudio que permite conocer la población futura en los cuales se usan
generalmente el método aritmético, geométrico y método de crecimiento variable
con el fin de establecer una población futura óptima para posteriormente calcular
la población de diseño.
2.7.2 Determinación de la población de diseño Este estudio depende del crecimiento de dicha población los cuales se
determinaran a través de los métodos técnicos tales como, aritmético, geométrico
y de crecimiento variable, los cuales nos permitirán conocer el crecimiento de la
población en un periodo de diseño conocido, el cual será de treinta años.
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2.7.3 Dotación Es la cantidad de agua potable requerida por habitante para poder subsistir, la
cual está establecida por la norma y comprende un valor entre 200 y 250 litros por
habitante, otra manera de calcular la dotación será por áreas y usos, los cuales
están definidos.
2.7.4 Determinación de gastos de diseño. Se entienden como gastos de diseño, los caudales supuestos para la
determinación de las dimensiones de los elementos que forman tales redes. Para
su definición, es necesario: establecer los requerimientos medios anuales, estudiar
su variación estacional y horaria a fin de obtener los máximos instantáneos y
finalmente, fijar hipótesis de funcionamiento de las redes, basadas en condiciones
probables de operación, las cuales frecuentemente están contempladas en las
normas. Al establecer las hipótesis de funcionamiento deberán considerarse usos
permanentes y usos circunstanciales. Los primeros serán derivados de las
cantidades de agua requeridas para satisfacer las necesidades cotidianas de los
usuarios en domicilios, comercios, industrias y áreas públicas, entre otras. Los
segundos estarán definidos básicamente por requerimientos para la extinción de
incendios.
• Gastos medios anuales
Corresponden a los usos permanentes del vital líquido y usualmente se establecen
sobre la base de dotaciones unitarias, entendiéndose como tales las cantidades
de agua necesarias para satisfacer apropiadamente los requerimientos de una
determinada actividad urbana. Generalmente, la información suministrada en los
planes rectores de desarrollo urbano aconseja dividir las dotaciones unitarias en
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41
Q medio = dotación por habitante x el número de habitantes día
dos grupos: el primero incluye los usos domésticos, comerciales y públicos,
mientras que el segundo se refiere a usos industriales. En ambos casos se deben
incluir las pérdidas en la red.
Q medio= dotación por área de parcela x número de parcela
día
Para establecer los gastos de diseño: En redes abastecidas por gravedad se
procederá a hacer el análisis de la red de manera tal que se cumplan las
siguientes condiciones: Red operando con una demanda igual al pico máximo, el
cual, como se ha indicado con anterioridad, es usualmente establecido como
250% del gasto medio anual.
• Gasto máximo diario
Este gasto se utiliza como base para el cálculo del volumen de extracción diaria de
la fuente de abastecimiento, el equipo de bombeo, la conducción y el tanque de
regulación y almacenamiento.
• Gasto máximo horario
Gasto que se toma como base para el cálculo del volumen requerido por la
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42
población en el día de máximo consumo y a la hora del máximo consumo.
• Gasto de incendio
La práctica usual en el país supone una duración de horas a los incendios y que
los gastos a usar son los siguientes: 10 l/s para zonas residenciales con viviendas
aisladas, 16 l/s para zonas residenciales, comerciales o mixtas, 32 l/s para zonas
industriales, no se exigirá dotación de incendios en parcelamientos con 4 o menos
lotes.
• Gastos por desperdicios y fugas
Parte del agua suplida por el sistema de abastecimiento se pierde por el consumo
de los habitantes por mantener sus llaves sin empacaduras, sus flotantes sin
funcionar y otros factores como válvulas y tuberías averiadas por lo tanto se debe
tomar en cuenta estas pérdidas para el cálculo del acueducto.
2.8 Variable: Diseño del Acueducto 2.8.1.- Definición Conceptual: es un diseño a través del cual se brinda a una
determinada comunidad un plan o proyecto de una infraestructura formada por
tuberías para transportar agua potable, que agrupa los diferentes sectores con el
fin de garantizar una red de distribución de agua potable, eficiente que satisfaga
las necesidades de la población.
2.8.2.- Definición Operacional: este acueducto sirve para transportar agua
potable al pueblo a través de tuberías formando redes o mallas, garantizando la
DERECHOS RESERVADOS
43
dotación del vital líquido y presión requeridas por las normas para suplir a los
habitantes de los diferentes sectores que lo conforman.
2.8.3.- Cuadro de Variables
OBJETIVOS VARIABLE DIMENSION INDICADORES
Evaluar el sistema actual de distribución de agua potable para el sector Hatico, Valera, Estado Trujillo
D
ISEÑ
O D
EL A
CU
EDU
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PA
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EL
SEC
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HA
TIC
O, V
ALE
RA
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AD
O T
RU
JILL
O
Estudio del acueducto
• Capacidad de almacenamiento (m3)
• Tipo de tubería. • Ø de tubería
(pulg). • Caudal (lts/seg).
Estimar el caudal de
diseño
Caudal de
diseño
• Área (mts2). • N° de viviendas. • N° de Habitantes • Área de
expansión
Proyectar un desarenador
Desarenador
• Velocidad del
fluido • Dimensiones • Q entrada y
salida (lts/seg). Calcular la capacidad y
ubicación de un tanque
de almacenamiento
Capacidad del tanque de almacenamiento
• Población • Dotación (lts/día) • Área y volumen
Ubicación del tanque de almacenamiento
• Planialtimetria • Presiones
Diseñar una red de
distribución de agua
potable
Red de distribución de agua potable
• población actual (hab)
• población futura (hab)
• dotación diaria (lts/día)
• Q medio diario (lts/seg)
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• Q máximo diario (lts/seg)
• Q máximo horario (lts/seg)
• Ø de tubería (pulg)
• Presiones
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CAPÍTULO III
MARCO METODOLOGICO
En este capítulo fue necesario realizar una revisión bibliográfica con fines de
adaptar el tipo de investigación, diseño, análisis, fases entre otros. A la par se
usaron fuentes técnicas y normativas para la metodología del diseño.
3.1. Tipo de investigación Tomando en cuenta la problemática y los objetivos de este estudio, se pudo
determinar que dentro de este trabajo especial de grado el tipo de investigación
fue descriptiva. Hernández y otros, (2006), caracteriza la investigación descriptiva
como aquellas investigaciones que pretenden medir o recoger información de
manera independiente o conjunta sobre los conceptos o las variables a las que se
refiere. La investigación descriptiva a su vez busca especificar propiedades,
características y rasgos importantes de cualquier fenómeno que se analice,
permitiendo describir las tendencias de un grupo o población.
El proyecto de investigación fue desarrollado mediante la recolección de datos
directamente donde ocurren los hechos la cual se definió como una investigación
de tipo descriptiva según (Danke, 1989), miden, recolectan datos sobre diversos
conceptos (variables), aspectos, dimensiones o componentes del fenómeno a
investigar, es decir, consiste en la recolección de datos directamente de la
realidad sin manipular o controlar variables.
DERECHOS RESERVADOS
46
Para esta investigación fue necesario conocer a través de un estudio visual y
documental toda la información relacionada con la red de distribución de
acueductos, como también los diferentes componentes que conforman, el caudal,
diámetros de las tuberías, tipos de tuberías, conexiones, presión, topografía. La
cantidad de viviendas se estimó conociendo el área de posible expansión,
conociendo un promedio del área por vivienda actual, con los cuales se pudo
determinar el gasto requerido para los próximos 20 años, por medio de la dotación
necesaria por área de parcela, según las Normas Sanitarias.
3.2 Diseño de la Investigación La investigación descriptiva longitudinal permite la observación de las
características estudiadas en el transcurso del tiempo, ésta recolecta datos a
través del tiempo en puntos o periodos, para hacer referencias respecto al cambio,
sus determinantes y consecuencias.
La investigación no experimental longitudinal o evaluativa la define Hernández y
otros (2006), como aquella que se realiza sin manipular deliberadamente las
variables, es decir, se trata de estudios donde no se hace variar en forma
intencional las variables independientes para ver su efecto sobre otras variables,
lo que se hace en la investigación no experimental es observar los fenómenos tal
como se dan en su contexto natural, para después analizarlos.
Este diseño de investigación del tipo no experimental se aplica en la elaboración
de este trabajo, en cuanto a la metodología para recolectar estos datos, lo que
limita la investigación, ya que se toman los datos tal cual están en su naturaleza,
es decir, la cuantificación de las viviendas se realizó directamente en el sector , lo
que indica que este tipo de investigación es de campo extensiva que realiza
DERECHOS RESERVADOS
47
diagnósticos en muestras y poblaciones enteras, por medio de un conteo de
viviendas y los habitantes que allí residen, el cual permite determinar la cantidad
de casas que posee la zona a estudiar, también se observó el diámetro de las
tuberías, la fuente de abastecimiento, la obra de captación, el tanque de
regularización, conexiones, tipos de tuberías, cotas y desarenador.
3.3 Unidad de análisis La población como universo de estudio según Tamayo (2006), es la totalidad del
fenómeno a estudiar, en donde las unidades de la población poseen una
característica en común, la cual estudia y da origen a los datos de la investigación.
El universo de esta investigación es el área, la muestra se conforma por la
población del sector el Hatico, Valera, estado Trujillo. Esta muestra comprendió la
población de dicho sector con el fin de conocer la población y las viviendas que
existe actualmente, así como el área promedio que ocupan las viviendas, y el área
de posible expansión, la cual permite conocer la cantidad de viviendas futuras
para obtener el caudal de diseño con la cual se diseñó el acueducto.
Por ser el lugar de estudio un sitio muy específico, es necesario mencionar que la
unidad de análisis en esta investigación son las mismas, ya que los resultados
que se obtuvieron de este estudio solo podrán ser aplicados a este, cuya finalidad
es específica y data en la obtención de la información que arrojo el estudio del
acueducto y el número de viviendas unifamiliares. (Figura 3.1)
DERECHOS RESERVADOS
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Figura 3.1. Ubicación del sector Hatico, Valera Estado Trujillo.
Fuente: Google Earth. Vista satelital. 3.4 Técnicas de instrumentos de recolección de datos 3.4.1 Observación Directa Es aquella técnica en la cual el investigador puede observar y recoger datos
mediante su propia observación, apoyado en sus sentidos (Risques, 1997). Para
la recolección de información se observó la fuente de captación de agua, un
tanque que funciona como desarenador, un tanque de almacenamiento, la tubería
de aducción, también se pudo visualizar el estado de algunas tuberías y
conexiones donde se observó el material de las tuberías, su estado y
características.
Por medio de mediciones de campo en el sector, se pudo establecer un promedio
de área por vivienda. Estableciendo un perímetro por las zonas menos
accidentadas de la localidad observada, se estimó un área de posible expansión.
DERECHOS RESERVADOS
49
3.4.2 Observación Documental Consiste en describir en forma exhaustiva los elementos de un documento (Arias,
1997). En la información recolectada se observaron planos topográficos de la
zona, altimetría, diámetros de las tuberías, distribución de la población,
características de los componentes que conforman la red (tuberías, tanques), se
analizó a través de las “normas para la elaboración de proyectos hidráulicos
urbanos”.
3.5.- Instrumento de Medición Para los autores Fernández, Hernández y Baptista, 2.006, un instrumento de
medición adecuado es aquel, que registra los datos observables que representan
verdaderamente los conceptos y las variables que el investigador tiene en mente.
En términos cuantitativos captura la “realidad” que se desea capturar.
Para llevar a cabo la recolección de datos, se realizó un estudio de la zona donde
se contaron el número de viviendas así como también por medio de planos
suministrados por la empresa hidráulica Trujillana, imágenes aéreas (cartografía
nacional), se observó el área urbanizable. Se diseñó una hoja donde se arrojaron
datos para hacer un diagnóstico con el cual se realizó un informe del estado de la
red.
3.6.- Validez del Instrumento La validez se refiere al grado con que un instrumento realmente mide lo que quiere
medir, así lo define Hurtado (2000).
DERECHOS RESERVADOS
50
La validez de criterio según Fernández, Hernández y Baptista(1.991), establece
que un instrumento de medición se valida cuando se compara con algún criterio
externo. En la presente investigación los instrumentos de medición para calcular el
caudal de diseño, se basaron en la información obtenida de los textos de
Abastecimiento de Agua de Simón Arocha, y la gaceta oficial 4.103 “Norma
Sanitaria de Proyectos Urbanos”.
3.7.- Procedimiento Metodológico Para llevar a cabo esta investigación se crearon las siguientes fases: Fase 1. Evaluación del sistema actual de distribución de agua potable del Sector Hatico Valera, Estado, Trujillo. Por medio de un estudio visual y técnico se evaluó el sistema de distribución de
agua potable existente en el sector Hatico, Valera, Estado Trujillo. También se
realizó un informe basado en la recolección de datos recopilada por medio de
información técnica de HIDROANDES y los habitantes de la comunidad, los
cuales aportaron sugerencias para mejorar el sistema, siendo ellos los más
afectados. Una vez determinados los factores que causan los escases de agua, se
realizó una tabla donde se analizaron las causas que originan las fallas en la red.
Fase 2. Determinación del caudal de diseño La población de diseño se estima generalmente conociendo los censos de los
últimos años con los cuales por medio de métodos matemático se logra calcular la
población futura, en este caso no existían dichos censos, lo que originó un estudio
en la zona a para lograr determinar la cantidad de viviendas existentes y el área
DERECHOS RESERVADOS
51
promedio por parcela, posteriormente por medio de planos se calculó el área total
que se pudiera urbanizar en el futuro, siguiendo las “Normas para el Estudio,
Diseño y Construcción de Acueductos en Localidades Pequeñas” sustraída de la
Norma INOS, el cual nos indica la dotación por área de vivienda y una vez
obtenida la cantidad de parcelas futuras y la dotación, se procedió al cálculo del
caudal de diseño.
Las dotaciones de viviendas unifamiliares se calcularon de acuerdo con el área de
la parcela según se indica en la tabla 3.1
Tabla 3.1 Dotación para viviendas unifamiliares
Viviendas unifamiliares
Área de parcela en m2
Dotación en Lts/día
Hasta 200 1.500
201 a 300 1.700
301 a 400 1.900
401 a 500 2.100
501 a 600 2.300
601 a 700 2.500
701 a 800 2.700
Fuente: Norma Sanitaria. 1988.
DERECHOS RESERVADOS
52
Q medio diario= Dotación por parcela x cantidad de parcelas 1 día
Fase 3. Proyección de un desarenador Durante la ejecución de esta fase, se determinaron los caudales de entrada y
salida, se disminuyó la velocidad del fluido con la finalidad de que las partículas en
suspensión lograran sedimentarse, aunado a ello se diseñaron las dimensiones
requeridas y la cámara de partículas suspendidas, para luego darles una
disposición final.
Para el diseño del desarenador fue necesario conocer el caudal de diseño y la
velocidad que trae la tubería de aducción para estar dentro de los parámetros de
la velocidad de sedimentación de partículas, a fin de poder disminuir la velocidad
que trae el fluido a 0,30 mts/seg. Una vez con esta velocidad se determinaron las
dimensiones. Se usaron las siguientes formulas:
• Dotación
• Consumo por población:
• Población actual.
• Población futura.
Consumo medio diario
Consumo máximo diario:
Q máx. diario= k1 x Q medio
DERECHOS RESERVADOS
53
Consumo máximo horario
Q máx. horario = k2 x Q medio
El valor a utilizar de k2 depende de: Si la población es < 5000 habitantes,
Si la población es > 5000 habitantes,
CONSUMO MAXIMO DIARIO (Q.M.D.): con este gasto se diseñará la fuente de
captación, línea de aducción, el desarenador y el tanque de almacenamiento.
CONSUMO MAXIMO HORARIO (Q.M.H): con este gasto se diseñará la capacidad
de la tubería de la red de distribución.
DERECHOS RESERVADOS
54
Figura 3.2 Características del agua
Cálculos de dimensiones del desarenador:
H = Qmax diario Vh x ancho
DERECHOS RESERVADOS
55
Dónde:
• H = tirante de agua
• QMD = Q máximo diario.
• Vh = Velocidad horizontal.
• Vs = velocidad de sedimentación de la partícula
• L = Longitud de canal.
Cálculos para determinar la pendiente:
Dónde:
• V= Velocidad.
• N = coeficiente de rugosidad.
• RH = Radio hidráulico.
• S = pendiente.
Fase 4. Calcular la capacidad y ubicación de un estanque de almacenamiento. Para calcular la capacidad del tanque de almacenamiento fue necesario conocer
los objetivos anteriores, principalmente la dotación requerida, para un tiempo
estimado de 20 años, por lo cual se procedió a estimar un 40 por ciento del gasto
necesario para la población, 4 horas de reserva de incendio y 2 horas de averías,
DERECHOS RESERVADOS
56
según lo establecen las normas sanitarias para el diseño de proyectos hidráulicos
urbanos. La ubicación del tanque se estableció mediante cálculos hidráulicos para
establecer las presiones determinadas mediante las normas antes mencionadas, a
través de ello ubicar la altura necesaria para satisfacer las necesidades de la
población.
Volumen mínimo de almacenamiento en estanques de agua: Dotación. Consumo = dotación por área de parcela de vivienda x número de vivienda Gasto de incendio= no aplica Gastos de averías = Q máx. diario x 4 horas 24 horas Volumen min = consumo + gasto de incendio + gastos de averías. La ubicación del estanque se determinó, colocándolo a una cota que permite
mantener una presión óptima en los puntos más desfavorables, tomando como
criterio principal mantener la presión mínima y la velocidad cumpliendo con las
normas.
Fase 5. Diseñar una red de distribución, mediante cálculos hidráulicos. Se diseñó la red de distribución de agua potable, tomando como variable principal
el número de viviendas, la topografía, el tipo de tubería, la rugosidad, la dotación
diaria. Se respetaron las normas establecidas para el cálculo tomando como
dotación diaria 250 lts/hab/día, y 1900 lts/parc/día la cual es la dotación para
áreas de 350 m2, y se omitió el diseño de gasto de incendio por ser un sector
rural.
DERECHOS RESERVADOS
CAPÍTULO IV
Antes de ahondar en el análisis e interpretación de los resultados se hizo
necesario conocer la situación actual, en el sector Hatico, a través de una
observación visual y el trabajo de campo con la intensión de obtener datos e
información de utilidad para lograr el objetivo fundamental de esta investigación, el
diseño de la red de distribución que mejorara la calidad de vida de los habitantes
de este sector.
Para poder dar soluciones a los problemas que estaba sometida la red de
distribución, se procedió a realizar un estudio de todos los componentes del
sistema. Abarcando desde la fuente de abastecimiento, el tipo de captación,
desarenador, estanque de almacenamiento y la tubería, así como, un análisis del
crecimiento poblacional para deducir la población de diseño con la cual se calculó
el sistema de distribución de agua potable.
4.1 Análisis de los resultados arrojados por la evaluación del sistema actual de distribución de agua potable del sector Hatico, Valera, Estado Trujillo. El sistema de distribución actual no posee registros técnicos en el instituto
encargado (HIDROANDES), debido a que anteriormente este sector fue destinado
a la producción agrícola, por lo tanto la red fue diseñada con uso exclusivo para el
riego, usando tuberías de H.G. para la distribución de agua potable, con alto grado
de corrosión, la cual presenta fallas en todo el sistema, por constantes fugas y
presiones estáticas muy altas, ya que el tanque de almacenamiento se encuentra
ubicado en la cota 1092 metros y la urbanización se encuentra en una cota de
terreno promedio de 1000 metros, lo que presento un desnivel entre el tanque y la
urbanización de 92 metros. El punto más bajo del sector se encontró
DERECHOS RESERVADOS
58
ubicado en una cota de 938 metros siendo este el punto con mayor presión,
alcanzando y desnivel entre el tanque y el punto más bajo de 154 metros, esto lo
que originaba presiones muy altas llegando a romper continuamente las tuberías,
aunado a esto las presiones en las viviendas ocasionaron daños en el en las
conexiones de los excusados, lavamanos, lavaplatos, llaves de compuerta y otras
conexiones.
Cuando se trata de utilizar ríos pequeños o quebradas, se debe reconocer que se
hace difícil la obtención de información, ya que en la zona no se dispone de
estaciones de aforo ni registro de datos que sirvan de orientación, por lo que su
utilización con fines de abastecimiento requiere de algunas observaciones de tipo
práctica, que aunque no asegura el comportamiento permanente de la fuente, son
al menos útiles para la estimación del caudal máximo y mínimo de este tipo de
fuente
La fuente de captación es superficial, en un afluente del rio Momboy, este se
situaba en la subcuenca del mismo, el agua transportada por este medio no
presentaba turbidez alguna
Mediante un recorrido se seleccionó un tramo recto en una longitud aproximada de
20 metros, libre de obstrucciones ni cambios excesivos de pendiente. Este trabajo
de campo se complementó con la colocación de estacas a ambos lados, en los
bordes del cauce; se hicieron secciones transversales en por lo menos 4 a 5
puntos del sector en estudio. Así mismo, se realizó una estimación de la velocidad
de la corriente, utilizando flotadores, colocados en él, de modo que recorran una
distancia de 10 metros y se tomó el tiempo de traslado. Obtenido la velocidad, se
estimó la velocidad media de la corriente, como el 80% de la velocidad medida, los
resultados del caudal y velocidad se indican en la tabla 4.1 (ver figura 4.1).
DERECHOS RESERVADOS
59
Figura 4.1 Fuente de captación
La obra de captación fue realizada de forma artesanal, donde la comunidad
diseño una taquilla recolectora de agua potable, con una malla para retener los
elementos que pudieran obstaculizar el paso del fluido y una tubería de
conducción de 6”, la cual transporta un caudal de 14 lts/seg, indicado en la tabla
4.1. (Ver figura 4.2).
Figura 4.2 Obra de captación actual
DERECHOS RESERVADOS
60
La tubería de captación se conecta a un estanque que funciona como desarenador
artesanal, debido a que fue realizado sin ningún criterio técnico, cabe destacar que
el estanque no cumple la función de sedimentar las partículas suspendidas en el
agua, lo que ha originado obstrucciones en la tubería, transportando sedimentos
al estanque de almacenamiento, según se indica en la tabla 4.1 (Ver figura 4.3).
Figura 4.3 Tubería de captación actual
El estanque de almacenamiento no cumple con las especificaciones establecidas
en la norma sanitaria. Presenta fallas estructurales, ya que fue construido con
paredes de adobe y bloque de concreto, originando filtraciones y otros riesgos. La
capacidad del estanque es de 50.000 litros. Los resultados arrojados se describen
en la tabla 4.1 (ver figura 4.4)
DERECHOS RESERVADOS
61
Figura 4.4 Tanque de almacenamiento actual
La tubería principal era destinada para uso de riego, aunado a esto presentan un
alto grado de corrosión lo que ha originado filtración y en algunos casos se han
roto impidiendo el paso del fluido y contaminándolo. La red se desarrolló estos
últimos años una vez que el sector se urbanizo lo que originó un incremento en la
población. El estado de la tubería se describió en la tabla 4.1 (ver figura 4.5 y 4.6)
Figura 4.5 Desarenador artesanal
DERECHOS RESERVADOS
62
Figura 4.6. Tubería de distribución Esta evaluación se realizó arrojando resultados en la Tabla 4.1 a continuación.
Tabla 4.1 Evaluación del sistema actual
Evaluación de la fuente de abastecimiento
Tipo de fuente. Superficial afluente del rio Momboy
Caudal (Q lts/seg). 180 lts/seg.
Calidad del agua. optima
Velocidad (mts/seg) 0.90 mts/seg
Obra de captación
Tipo de captación. Tanquilla
Estado. Cumple con la función
Caudal ( Q lts/seg). 14 lts/seg
DERECHOS RESERVADOS
63
Diámetro (Ø pulg.). 150 mm 6”
Tubería. H.G.
desarenador
Dimensiones. (mts) 1.00x1.00x1.00
Estado. No acorde
Caudal de entrada (Q=lts/seg). 14 lts/seg
Velocidad del fluido. 0.90 m/seg
Pendiente. No tiene
Rejilla. Malla de 4 mm
Estanque de almacenamiento
Capacidad lts. 50.000 lts
Estructura. Presenta fallas (grietas)
Caudal de entrada (Q lts/seg). 14 lts/seg
Estado. Mal estado
Condiciones sanitarias. No cumple
Cota piezometríca. 1092.00 s.n.m
Tubería de conducción
Tubería. H.G.
Estado Corrosión
Diámetro (Ø pulg.). 6” y 4”
DERECHOS RESERVADOS
64
4.2 Análisis y resultados de la estimación del caudal de diseño Para este objetivo fue necesario conocer el tipo de población, periodos de diseño
y vida útil del sistema, esto con el fin de realizar un proyecto funcional y
económico. En este caso no existen censos para realizar métodos matemáticos
conocidos, ya que anteriormente este sector fue destinado a la producción
agrícola. Esta localidad fue urbanizándose con el paso de los años, en la cual su
topografía es un poco accidentada, como se muestra en las curvas de nivel.
Conociendo las diferencias de altura entre un nivel y otro, se estableció un
perímetro denominado como área de posible expansión, según se indica en la
tabla 4.2 (ver figura 4.7)
Figura 4.7 Área de posible expansión
DERECHOS RESERVADOS
65
El área obtenida fue distribuida de la siguiente manera, un 50 por ciento para el
desarrollo de viviendas, dado que es de conocimiento público que las normativas
urbanas, no se aplican para los desarrollos sin algún tipo de permisologia, que es
uno de los mayores factores por el cual los servicios se encuentran en tal
decadencia en la mayoría de las ciudades, para la vialidad fue destinado el 30 por
ciento, áreas verdes y paisajismo el restante 20 por ciento, en vista de que dichas
áreas son necesarias para la accesibilidad y recreación de las futuras viviendas.
Según un estudio realizado en el sector o de campo se logró establecer un
promedio de área por parcela, tomando como datos las áreas habitadas, ya que a
nivel gubernamental el organismo que fija las variables urbanas, tomo en
consideración que las parcelas debían ser de mil (1000 m2) metros cuadrados
aproximadamente, esto con el fin de formar pequeñas granjas para aprovechar la
calidad agrícola del suelo debido a que son suelos A1 para la producción, esta
normativa ha conllevado que las personas se han organizado y adquirido una
parcela para luego dividirlas y construir viviendas, de esta forma se logró estimar
un promedio de 350 m2 por vivienda en las áreas de expansión, de esta forma se
calculó los consumos por vivienda en un futuro. Los resultados obtenidos fueron
descritos en la tabla 4.2, 4.3, 4.4, 4.5.
En nuestro medio, este tipo de abastecimiento de agua son en su totalidad
construidos por el estado, en gran parte tienen un fin primordialmente sanitario y
social, y como tal, la inversión que se hace no produce utilidad económica, por
otra parte, en la construcción se hace poco uso de la madera, que es uno de los
materiales más combustibles de las edificaciones, por lo cual la frecuencia de
incendio es muy baja. Adicional a ello en algunos casos el valor económico de las
pérdidas que un incendio provocaría, no justificaría la cuantiosa inversión en todo
el sistema de abastecimiento de agua, que como prevención de incendio se
requiere para incrementar la capacidad de las diferentes estructuras que lo
DERECHOS RESERVADOS
66
constituyen, estos datos fueron obtenidos de la Norma Sanitaria para Localidades
Pequeñas de la Norma INOS.
Tabla 4.2
Tipo de consumo, sector y gasto de incendio Tipo de sector Tipo de consumo Consumo de incendio
Rural Domestico No aplica
Tabla 4.3
Delimitación de áreas Área de posible
expansión
Área para desarrollo de
viviendas
Área de vialidad y urbanismo
Áreas verdes y paisajismo
100 %
50 %
30 %
20 %
153460 m2
76730 m2
46038 m2
30692 m2
DERECHOS RESERVADOS
67
Tabla 4.4
Calculo de la dotación de viviendas existentes
CALCULO DE LAS DOTACIONES TRAMO cantidad Dotación L/D lts/seg
1-2 6 Viviendas unifamiliares de 250 m2 c/u, 6 1700 10200
∑ 10200 0.1181
1 Viviendas unifamiliares de 450 m2 c/u, 1 2100 2100
2-3 0 ∑ 2100 0.0243 6 viviendas unifamiliares 550 m2 6 2200 13200
2-4 0 ∑ 13200 0.153 2 viviendas unifamiliares 550m2 2 2200 4400
4-5 ∑ 4400 0.051 9 viviendas unifamiliares 650m2 9 2300 20700
4-7 0 ∑ 20700 0.240 3 viviendas unifamiliares 650m2 3 2300 6900
11-12 0 6900 0.080
11 viviendas unifamiliares 450m2 11 2100 23100
11-14 0 ∑ 23100 0.2674
15 viviendas unifamiliares 450m2 15 2100 31500
16-20 ∑ 31500 0.3646 2 viviendas unifamiliares 450m2 2 2100 4200
DERECHOS RESERVADOS
68
.
20-21 ∑ 4200 0.0486 6 viviendas unifamiliares 300 m2 6 1700 10200
22-21 ∑ 10200 0.1181 2 viviendas unifamiliares 300 m2 6 1700 10200
21-24 0 ∑ 10200 0.1181 6 viviendas unifamiliares 300 m2 6 1700 10200
24-23 0 ∑ 10200 0.1181 6 viviendas unifamiliares 300 m2 6 1700 10200
25-26 0 ∑ 10200 0.1181
11 viviendas unifamiliares 450 m2 11 2100 23100
28-29 ∑ 23100 0.2674 6 viviendas unifamiliares 450 m2 6 2100 12600
20-30 0 ∑ 12600 0.1458
CONSUMO MEDIO DE LAS VIVIENDAS EXISTENTES 192800 2.2315
DERECHOS RESERVADOS
69
Tabla 4.5
Estimación de viviendas futuras Áreas de parcelas
Promedio
En zona de expansión
Área estimada para el
desarrollo de viviendas
Número de viviendas
futuras
Número de viviendas
unifamiliares
actuales
Total viviendas
350 m2
76730 m2
219
96
315
Tabla 4.6
Estimación del caudal de diseño
Área de parcela
(vivienda)
m2
Cantidad de viviendas por
parcela
Dotación (lts/día/parc)
301 a 400 m2
Q medio diario
viviendas futuras
(lts/día)
Q medio viviendas existentes
(lts/día)
350
219
1900
416100
192800
Área de paisajismo y áreas verdes
(m2)
Dotación
áreas verdes
(lts/m2/día)
Q medio áreas
verdes
(lts/día)
---
----
30692
2
61384
---- ------
DERECHOS RESERVADOS
70
Q medio diario viviendas
futuras
(lts/día)
Q medio viviendas existentes
(lts/día)
Q medio áreas
verdes
(lts/día)
Total Q medio diario
(lts/dia)
Total Q medio diario
(Lts/seg)
416100
192800
61384
670284
7.75
Total Q medio diario
(Lts/seg)
Q máximo diario
(1.3 x Qmd)
(lts/seg)
Q máximo horario
(2.5 x Qmd)
(lts/ seg)
Q de incendio
rural
------
7.75
10.07
19.37
No aplica
-------
El caudal medio estimado en este sistema fue de 7.75 lts/seg, en un tiempo
estimado de 20 años, sin tomar en consideración el gasto de incendio por las
razones antes expuestas y estimando una vivienda en cada parcela.
4.3 Análisis de los resultados del diseño del desarenador Por considerarse líneas de aducción por gravedad, se hizo obligatorio el diseño de
una tanquilla desarenadora, ya que generalmente la captación en la fuente
superficial permite el paso de materiales de cierto tamaño, sobretodo en épocas
de lluvia, lo cual ocasionaría daños al sistema o provocaría el desajuste del mismo
en un corto plazo. El objeto principal de este diseño es permitir la retención de
DERECHOS RESERVADOS
71
agua de tal modo que las partículas de arena puedan decantar como resultado de
las fuerzas de gravedad y de otras fuerzas, ello será por tanto debido al peso,
forma de las partículas, viscosidad (temperatura de agua).
Para los cálculos de las dimensiones del tanque fue necesario conocer el tamaño
de las partículas suspendidas, diseñar a razón de una velocidad de sedimentación
adecuada para lograr la decantación de las partículas de arena en el momento en
el que la fuerza gravitatoria se neutraliza con la fuerza de rozamiento, anulando la
aceleración y generando un movimiento de velocidad constante, denominada
velocidad de caída de partícula. Para esto fue necesario ahondar en
investigaciones para simplificar los cálculos del diseño, sobre los valores de
sedimentación válidos y libres para partículas de arena de densidad 2,65, (ver
tabla 4.6, 4.7 y figura 4.8)
Figura 4.8 Velocidad de sedimentos de granos de arena en agua
Fuente: Arocha, Simón
DERECHOS RESERVADOS
72
Tabla 4.7
Valores de sedimentación válidos en sedimentación libre para partículas de arena
de densidad 2,65
d cm 0.005 0.010 0.020 0.030 0.040 0.050 0.01 0.20 0.30 0.50 1.00
Vc cm/s 0.2 0.7 2.3 40 5.6 7.2 15 27 35 47 74
Vc´cm/s 0 0.5 1.7 3.0 4.0 5.0 11 21 26 33
VH cm/s 15 20 27 32 38 42 60 83 100 130 190 Fuente: Ricardo, Sparrow.2007
d: Diámetro de la partícula de arena Vc: Velocidad de sedimentación para un fluido de velocidad horizontal nula Vc´: Velocidad de sedimentación, para un fluido de velocidad horizontal VH: Velocidad horizontal crítica de arrastre de la partícula depositada Los valores anteriores fueron obtenidos mediante cálculos de las siguientes ecuaciones: v = (2 (V/Ap) (g/Cd) (rd-r/r))1/2
F = Fuerza gravitatoria = (rd-r) g V R = Fuerza de rozamiento partícula = 1/2 Cd Ap r v2
rd: Densidad de la partícula r: Densidad del líquido g: Aceleración de la gravedad Cd: Coeficiente de rozamiento (*) Ap: Superficie de partícula en plano perpendicular a la dirección de
desplazamiento partícula
DERECHOS RESERVADOS
73
v: Velocidad de caída de partícula
(*) Cd depende del régimen de corriente del líquido en el que se desplaza la
partícula (laminar, transición y turbulento), definido por el número de REYNOLDS:
Re = (v R) / u
R: radio hidráulico u: viscosidad cinemática del líquido
Tabla 4.8 Diámetro de partículas
Diámetro de las partículas eliminadas
Velocidad de sedimentación
0,150 mm 40-50 m/h 0,200 mm 65-75 m/h 0,250 mm 85-95 m/h 0,300 mm 105-120 m/h
Fuente: Hidroandes
El diámetro de las partículas fue obtenido mediante información recolectada en la
C.A. HIDROLÓGICA DE LA CORDILLERA DE LOS ANDES, la cual tiene un
diámetro de 0.15 mm, para un peso específico de 2.65 g/cm3 (ver fig. 4.3.1).
Conociendo el gasto medio y las velocidades, se procedió al diseño de la sección
transversal y la longitud del mismo, la pendiente para el lavado y limpieza, tubería
de entrada-salida y rebose.
• Caudal máximo diario = 10.07 lts/seg
• Diámetro (f medio, arenas) =0.15 mm
• Peso específico = 2.65 gr/cm3
DERECHOS RESERVADOS
74
Calculo de las velocidades: vc = (230 (s-1) * d)-1/2
Varrastre = [(230 ⋅ (2,65-1) ⋅ 0,075 ⋅ 10 -3)]1/2 = 0,1971m/seg
Factor de seguridad = 0.5
Vhorizontal = V arrastre x f.s.
V horizontal= 0.1971 x 0.5 = 0.0985 m/seg < 0,1971 m/seg
La velocidad horizontal debe ser tal que permita la sedimentación de partículas en la zona prevista, por tanto, debe mantenerse dentro de límites menores que la velocidad de arrastre correspondiente a determinado al tamaño de las partículas que se quiere retener
Velocidad de caída o de sedimentación (de la tabla 4.6)
V caída = Vs = 1, 35 cm/seg
Dimensiones de la sección transversal:
Por Continuidad: Vh= Q max diario/At At= ancho x profundidad At= Q/Vh At= 0,01007 m3/seg / (0,0985 m/seg) = 0.1022 m2 Profundidad= At / ancho P= 0.1022 m2 / 0.60 m = 0.1666 mts Se asumió como ancho 0.60 metros por ser una longitud adecuada para el trabajo
y limpieza del tanque, se consideró que la profundidad calculada debía
aumentarse a fines de evitar el colapso de sedimentos, por lo cual se asumió una
DERECHOS RESERVADOS
75
profundidad de 0.50 mts, en consiguiente el área transversal del desarenador fue
de 0.30 m2.
Área superficial = ancho x largo As= (Vh/Vs) x At As= (9.86 cm/seg /1.35 cm/seg) x 0.30 m2 As= 2.19 m2 L= As/ ancho L = 2.19 m2 / 0.6mts = 3.65 mts Largo= 3.65 mts
La pendiente asumida para la limpieza de la tanquilla desarenadora fue del 5%,
por la longitud del mismo.
El volumen de sedimentación fue obtenido por medio de las dimensiones del
tanque desarenador y se expresa en la tabla 4.8
Tabla 4.9 Resultados del diseño del desarenador
Diámetro de las partículas
Velocidad de arrastre
Velocidad de sedimentación
Velocidad Horizontal
Peso especifico
0.15 mm
19.71 cm/seg
1.35 cm/seg
9.86 cm/seg
2.65 g/cm3
Longitud Ancho Altura
de caída Diámetro Orificios
Pendiente caudal Volumen de sedimentación
3.65 mts
0.60 mts
0.50 mts
3 cm
5 %
10.07 lts/seg
0.2925 m3
DERECHOS RESERVADOS
76
Figura 4.9 Planta del desarenador
Figura 4.10 Corte del desarenador
DERECHOS RESERVADOS
77
Figura 4.11 Zona de entrada al desarenador
DERECHOS RESERVADOS
78
Figura 4.12 Zona de salida del desarenador
4.4 Análisis de los resultados de la capacidad y ubicación de un tanque de almacenamiento. Un tanque de almacenamiento cumple 3 propósitos fundamentales: 1.- Compensar las variaciones de los consumes que se producen durante el día. 2.- Mantener las presiones de servicios en la red de distribución.
DERECHOS RESERVADOS
79
3.- Mantener almacenada cierta cantidad de agua para atender situaciones de
emergencia, tales como incendios e interrupciones por daños de las tuberías de
aducción y de estaciones de bombeo.
La ubicación del tanque fue determinada principalrnente por la necesidad y
conveniencia de mantener presiones en la red dentro de los límites de servicio.
Estas presiones en la red están limitadas por las Normas, dentro de rangos que
puedan garantizar para las condiciones más desfavorables una dinámica mínima y
una máxima, no superior a un determinado valor que haría impráctica su
utilización en las instalaciones domiciliarias. Razones económicas y prácticas han
inducido a establecer rangos de presiones diferentes de acuerdo a las
características y necesidades de las localidades. En tal sentido, se han fijado
valores para sistemas rurales entre 10 y 40 m, según las normas INOS (5),
“Normas para el diseño de los abastecimientos de agua”.
Las presiones de servicio requeridas, fueron un factor determinante para la
ubicación, esta necesariamente estuvieron influenciadas por la Topografía y por
las zonas de mayor consumo.
Al estudiar las redes de distribución se observó que dependiendo de la topografía
se hizo indispensable separar la zona alta de la media y de la baja, para mantener
las presiones en cada red, dentro de límites permitidos.
Esta separación de redes se realizó mediante válvulas reguladoras de presión,
debido a que las condiciones topográficas exigieron disminuir las presiones en
distintos puntos para mantener las presiones adecuadas.
DERECHOS RESERVADOS
80
La capacidad del tanque fue determinada en función de varios objetivos,
conocidos técnicamente como lo establecen las Normas INOS (6).
Para el análisis del tanque se determinó la dotación futura la cual arrojo como
resultado 491 viviendas unifamiliares, esta cantidad fue deducida del cálculo de la
red para un periodo de diseño de 20 años. La capacidad del estanque depende
del consumo medio diario, las pérdidas por averías y una reserva de consumo
contra incendio (toma directa al tanque), los resultados obtenidos se indican en las
tablas 4.10 y 4.111(ver figuras 4.12 y 4.13)
Tabla 4.10 Resultados del volumen mínimo de almacenamiento de agua potable.
Q máximo diario
(lts/dia)
40% Q máximo
diario
Gasto por averías
4 horas
Total volumen
requerido
870048
348019 lts
145008 lts
493027 lts
-------
348.01 m3
145.00 m3
493 m3
Tabla 4.111 Dimensiones del tanque de almacenamiento
Tipo Diámetro (mts)
Altura (mts) Cámara de aire
(mts)
Material Duración
Cilíndrico
14
3.10
0.40
Concreto
20 o 30 años
DERECHOS RESERVADOS
81
El tanque de almacenamiento fue ubicado en el mismo lugar del existente, puesto
que se colocaron válvulas reductoras de presión, este se encuentra a una cota
1092 metros y la urbanización se encuentra en una cota de terreno promedio de
1000 metros.
Figura 4.12 Dimensiones del tanque
DERECHOS RESERVADOS
82
Figura 4.13 Dimensiones del tanque
4.5 Análisis de los resultados de la red de distribución Una vez realizado el estudio de campo, y definidas las estructuras que conforman
el sistema de abastecimiento de agua, se procedió al diseño de la red de
distribución, para proyectar el sistema de distribución de agua potable fue
imprescindible definir la fuente de abastecimiento y la ubicación del tanque de
almacenamiento, Cumplidos estos requisitos se procedió al diseño de la red de
distribución. Se distribuyeron las líneas de distribución del fluido a través de las
vías principales y calles de servicios del sector Hatico, con el fin de ubicar en un
plano los nodos y sus respectivas cotas, una vez se obtuvo la distribución, está
arrojo como resultado una red abierta y otra cerrada lo que origino que se
calculara a través de los métodos de Hanzen Williams y Hardy Cross.
DERECHOS RESERVADOS
83
Los gastos de los tramos se obtuvieron de las dotaciones establecidas en las
normas, donde se describen las dotaciones por área de vivienda. (Ver tabla 5.0).
Usando la tabla de las dotaciones por área de vivienda se determinaron los
caudales de cada tramo. (Ver tabla 5.1). Posteriormente se calcularon los gastos
medios en cada nodo. (Ver tabla 5.1) (Ver figura 4.14)
Tabla 4.12 Dotación por área de vivienda
Vivienda unifamiliar Área de la parcela en
m2 Dotación en
lts/día Hasta 200 1500
201 300 1700 301 400 1900 401 500 2100 501 600 2200 601 700 2300 701 800 2400 801 900 2500 901 1000 2600
1001 1200 2800 1201 1400 3000 1401 1700 3400 1701 2000 3800 2001 2500 4500 2501 3000 5000
DERECHOS RESERVADOS
84
Figura 4.14. Croquis de la red de distribución
.
El caudal para el diseño de la red fue el gasto máximo horario. Las presiones en la red deben satisfacer ciertas condiciones mínimas y máximas
para la diferentes situaciones de análisis, en tal sentido, la red debe mantener
presiones de servicios mínimas que sean capaces de llevar agua al interior de la
vivienda (nuestra norma establecen en el medio rural un mínimo de 10 metros
columna de agua y en el medio urbano se establece un mínimo de 20 a 25 m
dependiendo de la importancia de la ciudad, en nuestro caso se tomara como
mínimo 10 m por ser una zona rural.
DERECHOS RESERVADOS
85
Tabla 4.13
Determinación del gasto por área tributaria
TRAMOS AREAS AREAS ACUM Q
UNITARIO Q TRAMO Q NODO CAPT- DES
10.07
DES-TANQUE
10.07 TANQUE-1
19.35 19.35
1-2. 1500
0.0001262 0.18933 19.172944 2-3. 450
0.0001262 0.056799 18.983614
2-4. 3300
0.0001262 0.416526 18.926815 4-5. 1100 11524 0.0001262 1.4545593 18.510289
5-33. 5167
0.0001262 0.6521787 5-6. 5257
0.0001262 0.6635385
4-7. 5850
0.0001262 0.738387 17.05573 7-8. 6800 41200 0.0001262 5.200264 16.317343 8-9. 6500
0.0001262 0.82043
8-10. 27900
0.0001262 3.521538 7-11. 0
0.0001262 11.117079
11-12. 4200 13600 0.0001262 1.716592 11.117079 12-13. 9400
0.0001262 1.186468
11-14. 5370
0.0001262 0.6778014 9.4004869 14-15. 22100 22100 0.0001262 2.789462 8.7226855 14-16 0
0.0001262 5.9332235
16-22 0 2700 0.0001262 0.340794 5.9332235 20-21 0
0.0001262 0
22-23 900 2700 0.0001262 0.340794 23-26 1800
0.0001262 0.227196
26-27 0
0.0001262 0.227196 27-28 0
0.0001262 0.227196
16-20 6750 44307 0.0001262 5.5924295 5.5924295 20-21 900 7350 0.0001262 0.927717 0.927717 21-24 1500 6450 0.0001262 0.814119
24-25 0 4950 0.0001262 0.624789 0.624789 25-28 0 4950 0.0001262 0.624789 0.624789 28-29 4950
0.0001262 0.624789
20-30 15054 30207 0.0001262 3.8127275 3.8127275 30-31 6090 15153 0.0001262 1.9126117
31-32 9063
0.0001262 1.1439319
DERECHOS RESERVADOS
86
Para la determinación de los diámetros se usó una tabla de relación diámetro
velocidad económica, donde se expresan la velocidad máxima y caudal máximo
de cada diámetro como se conoce el caudal en cada tramo se pudo establecer el
diámetro para cada uno. (Ver tabla 4.14)
Tabla 4.14 Relación diámetro velocidad económica
DIAMETRO V max
m/seg Q max Lts/seg mm Pulg
75 3” O,70 3,05 100 4” 0,75 5,89 150 6” 0,80 14,14 200 8” 0,90 28,27 250 10” 1,00 49,09 300 12” 1,10 77,75 350 14” 1,20 115,45 400 16” 1,25 157,10 450 18” 1,30 206,76 500 20” 1,40 274,90 600 24” 1,60 452,39 700 30” 1,60 729,60
En nuestro diseño se presentaron 2 tipos de redes, las redes abiertas y cerradas,
las redes abiertas fueron calculadas por el método de Hansen Williams, este
método cosiste en calcular las pérdidas de carga por cada tramo. (Ver tabla 5.6).
La red cerrada se caculo por el método de Hardy Cross. Esté, es un método
iterativo que parte de la suposición de los caudales iniciales en los tramos,
satisfaciendo la Ley de Continuidad de Masa en los nodos, los cuales corrige
sucesivamente con un valor particular, del diámetro y caudal, en cada iteración se
deben calcular los caudales actuales o corregidos en los tramos de la red (ver
tabla 5.7). Se distribuyeron los caudales para cada tramo restando el gasto
producido en cada nodo y de esta manera se pudo determinar el diámetro de la
tubería y su caudal. (Ver tabla 4.15)
DERECHOS RESERVADOS
87
Tabla 4.15 Calculo de la red abierta
calculo de la red anierta por el metodo de Hansen Willians C = 140
Tramo longitud Q Ø α J CAPT- DES 4 10.0700 150 mm 0.0000328 0.009408889
DES-TANQUE 262.36 10.0700 150 mm 0.0000328 0.617129044 TANQUE-1 114.44 19.3500 150 mm 0.0002356 6.473109126
1-2. 52.82 19.1700 150 mm 0.0000328 0.408811543 2-3. 73.05 0.8600 100 mm 0.0002356 0.0130202 2-4. 108.68 18.92 150 mm 0.0000328 0.82097053 4-5. 115.75 1.4500 100 mm 0.0002356 0.054228437
5-33. 63.73 0.6500 100 mm 0.0002356 0.006767198 5-6. 39.42 0.6600 100 mm 0.0002356 0.004305744 4-7. 92.38 17.0500 150 mm 0.0000328 0.575628 7-8. 98.96 5.2000 100 mm 0.0002356 0.492312835 8-9. 89.8 0.8200 100 mm 0.000236 0.014655723
8-10. 299.01 3.5200 100 mm 0.0002356 0.722711435 7-11. 39.32 11.1100 100 mm 0.000236 0.796819226 11-12. 108.05 1.7100 100 mm 0.000236 0.068681989 12-13. 68.66 1.18 100 mm 0.000236 0.021971555 11-14. 97.2 9.4 100 mm 0.000236 1.445866116 14-15. 357.84 2.78 100 mm 0.000236 0.558916645 14-16 34.18 5.93 100 mm 0.000236 0.216819594
DERECHOS RESERVADOS
88
Tabla 4.16
Calculo de las presiones
Nodo Cota piezometrica Cota topografica m.c.a valvula Cota piezometrica m.c.a.
captacion 1146.500 1146.5 0
desarenador 1146.491 1145 1.491 tanque 1140.017 1092 48.017
tanque 1095.1 1092 3.100
1 1088.627 1054 34.627
2 1088.218 1037.4 50.818
3 1088.205 1035.4 52.805
4 1087.384 1019.55 67.834 1 1034.55 15
5 1087.330 1020.42 66.910 1034.495772 14.0757716 33 1087.323 1024.2 63.123 1034.489004 10.2890044 6 1087.319 1016.2 71.119 1034.484699 18.2846986 7 1086.743 1012 74.743 1033.909071 21.9090706 8 1086.251 1016.4 69.851 1033.416758 17.0167578 9 1086.236 1020.4 65.836 1033.402102 13.0021021
10 1085.513 1014 71.513 1032.679391 18.6793906
11 1084.717 1002.55 82.167 1031.882571 29.3325714
12 1084.648 990 94.648 1031.813889 41.8138894 13 1084.626 996 88.626 1031.791918 35.7919179 14 1083.180 992 91.180 1030.346052 38.3460517 15 1082.621 998 84.621 1029.787135 31.7871351 16 1082.404 983.22 99.184 1029.570316 46.3503155
DERECHOS RESERVADOS
89
Tabla 4.17
Hoja de cálculo, red cerrada método de Hardy Cross.
Tabla 4.18
Calculo de las presiones red cerrada
Nodo Cota piezometrica Cota topografica m.c.a
16 1029.570 983.22 46.350
20 1029.487 981 48.487
21 1029.482 983.1 46.382
24 1029.475 990 39.475
25 1029.458 986.01 43.448
28 1029.451 974.9 54.551
22 1029.428 980.15 49.278
23 1029.414 983.45 45.964
26 1029.390 984.55 44.840
27 1029.379 984.9 44.479
28 1029.338 995 34.338
DERECHOS RESERVADOS
90
Tabla 4.19
Calculo de la red abierta anexa
calculo de la red anierta por el metodo de Hansen Willians
C = 140
Tramo longitud Q Ø α J
20-30 255.54 3.8100 100 mm 0.0002356 0.7150648
30-32 125.22 1.9100 100 mm 0.0002356 0.0976699
28-29 64.17 0.6300 100 mm 0.0002356 0.0064311
Tabla 4.20
Calculo de las presiones
Nodo Cota piezometrica Cota topografica m.c.a
20 1029.570 981 48.570
30 1028.855 983.2 45.655
32 1028.757 991.56 37.197
28 1029.338 995 34.338
29 1029.332 982 47.332
Para este diseño se usó tubería P.V.C con un coeficiente de rugosidad de 140, el
tanque se colocó a una cota 1092 mts. Para el cálculo de estos dos tramos se
tomó la presión de los nodos 20 y 28.
DERECHOS RESERVADOS
91
Detalle de conectores, válvulas, reducciones se muestra en la figura 4.5.1
Figura 4.15 Detalle de conexiones
DERECHOS RESERVADOS
92
Las curvas de nivel se muestran (figura 4.16).
Figura 4.16 Curvas de nivel
|
DERECHOS RESERVADOS
93
DERECHOS RESERVADOS
92
CONCLUSIONES
La presente investigación tuvo como punto base, solucionar el problema del
abastecimiento de agua potable en el Sector Hatico, Valera, Estado Trujillo, a
través de la propuesta del diseño de un nuevo acueducto, para el logro del
objetivo general fue necesario un estudio visual de campo y documental para
obtener la información requerida, a fin de su consecución.
A medida que se desarrolló esta investigación se fueron derivando las siguientes
conclusiones:
• La evaluación y diagnostico al sistema actual fue prioritario, para obtener
información sobre las fallas del acueducto y sus obras de captación, por
medio de este estudio se pudo aprovechar la obra de captación y datos de
para determinar el caudal de diseño, en el sector no poseía registro en los
censos. Se pudo constatar que la tubería y el tanque de almacenamiento y
las grandes presiones son las principales causas de la falta de agua.
Gracias a esta investigación se logró conocer el estado de las tuberías y
las causas que generan el mal desempeño del acueducto.
• En cuanto al caudal de diseño fue necesario adoptar estimaciones de áreas
de posible expansión, mediante la delimitación de terrenos con poca
diferencia de cota, ya que la topografía del lugar es accidentada. A través
de un estudio de campo se determinó un promedio de área de parcela por
vivienda. Con la información recaudada y aplicando las normas sanitaria
para acueductos se obtuvo el caudal de diseño de 10.79 lts/seg el cual
DERECHOS RESERVADOS
93
abastecerá a la población en los próximos años sin falla alguna, para el
periodo de vida útil que fue diseñado.
• Del caudal de diseño y las dotaciones necesarias por la población, se
diseñó un tanque de almacenamiento, dispuesto para abastecer a 491
viviendas unifamiliares es decir 491 familias o aproximadamente 1964
personas. Con una capacidad de 600000 lts. Y una reserva contra incendio
de 72000 lts. Se tomó como previsión un gasto de incendio y de averías
para cumplir con las normas y tener la capacidad de
• La red de distribución se realizó mediante ecuaciones de cálculo de redes
abiertas y cerradas, por ser una población rural, se decidió añadir una toma
directa del tanque de almacenamiento para el gasto de incendio, con la
intención de minimizar los costos de ejecución del proyecto, ya que el
caudal necesario para este tipo de prevención fue prácticamente igual a la
dotación necesaria para la población de diseño. La tubería que se uso fue
PVC de diferentes diámetros como se muestra en el capítulo IV. Las
presiones mínimas fueron mayor a los 10 metros columna de agua y las
máximas no llegaron a 50 gracias a la válvulas reductoras de presión,
colocadas en puntos estratégicos, logrando mantener presiones en los
rangos permitidos por norma, las tuberías se distribuyeron a en las vías
principales y calles de servicios. El nuevo diseño de distribución, podrá
permitir un desarrollo del sector en los próximos años.
• Los servicios básicos son los propulsores de las comunidades, a través de
esta investigación soluciones para adecuar las condiciones de vida, el
desarrollo habitacional y social.
DERECHOS RESERVADOS
94
RECOMENDACIONES
• Crear incentivos que permitan el uso de agua de manera eficiente y
razonable. .
• Usar válvulas reguladoras de presión o tanquilla rompe carga para disminuir las presiones que pudieran ocasionar daños en las tuberías.
• Implementar un plan de educación pública, ya que esta es la clave para
cambiar el mal uso que se le da al vital líquido.
• Darle el mantenimiento correspondiente a los componentes de la red y el
sistema de distribución, para garantizar su durabilidad y rendimiento.
• Aprovechar el beneficio que presenta esta investigación para la elaboración
de un sistema de distribución de agua eficiente.
• Tomar en cuenta la validez y efectividad de los resultados hechos en esta investigación para mejorar las tuberías del sistema actual.
DERECHOS RESERVADOS
95
BIBLIOGRAFÍA
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