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Ing. Ivette García Rodríguez
Licencia MTI 7787
18/09/2013
Memoria de Càlculo Instalaciones Hidrosanitaria
Casa de mar, Familia Marìn Gran Pacìfica,
Villa El Carmen, Managua
Contenido
I. MEMORIA DESCRIPTIVA ....................................................................................................................... 2
1.1 ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE .................................................................................. 2 1.2 RECOLECCION DE AGUAS RESIDUALES ................................................................................. 2 1.3 RECOLECCION DE AGUAS PLUVIALES .................................................................................... 2
II. MEMORIA DE CÁLCULO ....................................................................................................................... 3
1. ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE ....................................................................................... 3 1.1 ESTIMACION DE LA DEMANDA DE AGUA POTABLE ........................................................... 3 1.1.1 POBLACIÓN ................................................................................................................................ 3 1.1.2 DOTACIÓN .................................................................................................................................. 3 1.1.3 CONSUMO ................................................................................................................................... 3 1.2 ALMACENAMIENTO DE AGUA POTABLE ............................................................................... 3 1.3 DISEÑO DEL SISTEMA DE DISTRIBUCION DE AGUA FRIA ................................................. 4 CRITERIOS DE DISEÑO .......................................................................................................................... 4 CALCULOS ............................................................................................................................................... 5
2. RECOLECCION DE AGUA RESIDUAL .......................................................................................... 10 2.1 CRITERIOS DE DISEÑO .................................................................................................................. 10 2.2 CALCULOS ....................................................................................................................................... 10
3. DISEÑO DEL SISTEMA DE DRENAJE PLUVIAL.......................................................................... 14 3.1 CRITERIOS DE DISEÑO .................................................................................................................. 14
BIBLIOGRAFIA ............................................................................................................................................ 16
DISEÑO DE INSTALACIONES HIDROSANITARIAS: CASA DE MAR FAMILIA MARIN, GRAN PACIFICA
2
I. MEMORIA DESCRIPTIVA
El proyecto consiste en la construcción de una Casa de Mar en el Complejo Gran Pacífica en el
Municipio de Villa El Carmen, Managua.
La vivienda consiste en un edificio de dos plantas con un área total del 180 m2 aproximadamente,
que será construida en un lote de 600 m2.
El Diseño de las Redes Hidrosanitarias comprende:
a) Diseño de la Red de Distribución de Agua Potable, fría y caliente.
b) Diseño de Recolección de Aguas Residuales
c) Diseño de Recolección de Agua Pluvial 1.1 ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE
El tipo de abastecimiento de agua será indirecto por medio de un sistema hidroneumático que
garantizará el abastecimiento de agua en forma continua y con las presiones necesarias para el
funcionamiento de los aparatos sanitarios.
El sistema hidroneumático estará integrado por una cisterna para el almacenamiento de agua
potable, un equipo de bombeo y un tanque hidroneumático. La cisterna tendrá capacidad para
almacenar como mínimo el consumo de agua de un día de los habitantes.
La distribución de agua se realizará por medio de una red abierta de tuberías de PVC, con tubería
principal de Ø 1 ¼” SDR 26 y ramales de Ø 1”, Ø 3/4” y Ø 1/2” que abastecen las diferentes áreas
del edificio: servicios sanitarios y llaves para riego de áreas verdes.
1.2 RECOLECCION DE AGUAS RESIDUALES
La red de recolección de aguas residuales está formada por una red de tuberías de Cloruro de
Polivinilo (PVC) SDR-41, Bocas de Limpieza y Cajas de Registro Sanitarias como obras para el
Mantenimiento de la Red.
La red se encargará de recoger las aguas residuales que serán generadas en cada una de las áreas del
edificio, las que serán conducidas a la red de Alcantarillado Sanitario existente en el complejo
Habitacional Gran Pacìfica.
1.3 RECOLECCION DE AGUAS PLUVIALES
El agua pluvial que escurra sobre los techos del edificio será recolectada por medio de canales pvc
tipo colonial. Los canales conducirán las aguas pluviales hacia bajantes de PVC SDR 41, diámetro
de Ø 4” según se muestra en los planos. Existirá un total de 4 Bajantes Pluviales.
Los bajantes pluviales estarán conectados a Rejillas Superficiales, formándose una red de tuberías
de drenaje pluvial que se encarga de evacuar las aguas pluviales hacia el exterior del terreno. Se
construirán 4 rejillas pluviales.
La red de tuberías será de PVC SDR 41 en los diámetros indicados en los planos.
DISEÑO DE INSTALACIONES HIDROSANITARIAS: CASA DE MAR FAMILIA MARIN, GRAN PACIFICA
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II. MEMORIA DE CÁLCULO
1. ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE
1.1 ESTIMACION DE LA DEMANDA DE AGUA POTABLE
1.1.1 POBLACIÓN
La población de diseño la constituye los ocupantes de la vivienda.
Considerando 4 personas para estimar el consumo promedio diario.
1.1.2 DOTACIÓN
La dotación de agua asignada es de 378 litros por persona por día.
Según normativa nacional, corresponde a viviendas de densidad media, construidas en lotes entre
500 m2.y 750 m
2.
1.1.3 CONSUMO
El consumo de agua se calcula a partir de la expresión:
CPD = 1.2 * Población * Dotación
Factor de Pérdidas = 1.2
De acuerdo a las Normas de Diseño de Sistemas INAA las pérdidas para el caso de Nicaragua están
fijadas en un 20% del Consumo Promedio Diario.
Tabla 1: CALCULO CONSUMO PROMEDIO DIARIO
Población Cantidad Dotación de agua
potable CPDT
unidades lpd
Incluye 20% Pérdidas
Ocupantes 4 per 378 lpd 1.814
Area verde 355 m2 1,5 lpm2 639
Total 2.453,4
El consumo promedio diario total es de 2455 litros de agua potable.
1.2 ALMACENAMIENTO DE AGUA POTABLE
El almacenamiento de agua se realizará en una cisterna de polietileno. Con capacidad mínima de
2800 litros.
Considerando las alternativas en el mercado local, se ha seleccionado una cisterna con capacidad de
almacenar un volumen de 2800 Litros, Rotoplas o similar aprobada.
Dimensiones:
Diámetro 0.55 / 1.55 m
Altura 1.85m
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La cisterna deberá contar con todos los accesorios que garanticen su correcto funcionamiento, como
válvulas.
1.3 DISEÑO DEL SISTEMA DE DISTRIBUCION DE AGUA FRIA
CRITERIOS DE DISEÑO
La determinación de caudales de agua fría se realizó aplicando el Método de Roy Hunter,
considerando las unidades de gasto por tipo de aparato abastecido.
Las pérdidas de carga por fricción en la red de distribución, se calcularon a partir de la expresión de
Hazen Williams.
donde
Q caudal que circula en el tramo analizado, dado en m3/s
C constante de Hazen, tiene un valor de 150 para tubería de PVC
D diámetro de la tubería en m
hf pérdida de carga en m
L longitud del tramo analizado en m
Por medio de la ecuación de Hazen Willliams, se calculó la velocidad del flujo en la red de
distribución.
La velocidad de flujo mínima en la red de abastecimiento de agua es de 0.6 mps y la máxima es 3
mps.
87.4
85.1
643.10D
L
C
Qhf
DISEÑO DE INSTALACIONES HIDROSANITARIAS: CASA DE MAR FAMILIA MARIN, GRAN PACIFICA
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CALCULOS
A. DETERMINACION DE CAUDALES
En las tablas a continuación se presenta la determinación de caudales en función de los aparatos
sanitarios existentes en el edificio.
Tabla 1: Cálculo de unidades de gasto
GENERAL
Aparato Cantidad U.G. Total
Inodoro/Tanque 4 3 12
Lavamanos 4 1 4
Ducha 3 2 6
Ducha Piscina 1 4 4
Llaves de Chorro 3 2 6
Lavadora 1 3 3
Fregadero 1 2 2
lavalampazo 1 2 2
Total 18 39
UG 39
Caudal 1.66 lps
Diàmetro 1.25 pulgadas
Planta Baja
Aparato Cantidad U.G. Total
Inodoro/Tanque 2 3 6
Lavamanos 2 1 2
Ducha 1 2 2
Ducha Piscina 1 4 4
Llaves de Chorro 3 2 6
Lavadora 1 3 3
Fregadero 1 2 2
lavalampazo 1 2 2
Total 12 27
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Usar Tubería de Cloruro de Polivinilo, PVC SDR 26 en diámetro de Ø1 1/4” para la línea de
abastecimiento principal.
B. ANALISIS HIDRAULICO DE LA RED DE DISTRIBUCION
El análisis hidráulico de la red de distribución de agua potable de la vivienda consiste en determinar
la presión necesaria para conducir el agua desde el punto de acople en la red pública hasta el aparato
crítico. Se realizó considerando los caudales máximos probables calculados con el método de
Hunter.
La presión requerida se determinó a partir de la siguiente expresión:
PREQ = Pérdidas por fricción + Elevación de Aparato crítico + Presión mínima de trabajo de
aparato crítico
Aparato crítico: Estudio
Elevación de aparato crítico: 0.0 + 3.50
Presión Mínima en aparato crítico: 3 mca
Pérdidas por fricción: se calcularán aplicando Hazen Williams, desde equipo de
bombeo hasta el aparato crítico.
CALCULO DE LAS PÉRDIDAS POR FRICCION HASTA APARATO CRÍTICO
En la tabla, se presenta el cálculo de las pérdidas por fricción, resultando un valor de 16.07 metros;
por tanto la PREQ está dada por: PREQ = 9.57 m + 3.00 m + 3.50 m = 16.07 mca
La presión requerida para el adecuado funcionamiento del aparato crítico es de 16.07 mca.
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Tabla 3: Cálculo de Pérdidas por Fricción Tramo medidor – Aparato Crítico SS Segunda Planta
Dormimtorio2
Caudal Diámetro Descripción Longitud Longitud Total
hf V Total hf
m3/s m m m m mps m
0,00166 0,03175 Tubo 1 1/4" 0,58
Tee 1 1/4"x 1 1/4" PL 4,60
5,18 0,74 2,12 0,74
0,0015 0,03175 Tubo 1 1/4" 2,07
C-90 x1 1/4"" 2,00
Tubo 1 1/4" 0,28
Tee 1 1/4"x 1 1/4" PD 1,50
5,85 0,69 1,91 1,43
0,00142 0,03175 Tubo 1 1/4" 1,66
Tee 1 1/4"x 1 1/4" PD 1,50
3,16 0,34 1,81 1,77
0,00124 0,03175 Tubo 1 1/4" 1,32
Tee 1 1/4"x 1 1/4" PL 4,60
5,92 0,49 1,58 2,26
0,0006 0,0254 R 1 1/4"x1" 3,10
Válvula de Pase 1" 0,35
Tubo 1" 3,30
C-90 x1" 1,50
Tubo 1" 0,30
C-90 x1" 1,50
Tubo 1" 3,30
C-90 x1" 1,50
Tubo 1" 0,26
C-90 x1" 1,50
Tubo 1" 0,20
Tee 1"x 1" PL 3,10 19,91 1,28 1,20 3,55
0,0006 0,01905 R 1"x3/4" 2,40
Tubo 3/4" 7,27
Tee 3/4"x 3/4" PD 0,80
10,47 2,74 2,13 6,29
0,00025 0,0127 R 3/4"x1/2" 2,30
Tubo 1/2" 0,53
Tee 1/2"x1/2" PL 2,30 5,13 1,91 2,00 8,20
0,00015 0,0127 Tubo 1/2" 0,36
C-90 x1/2" 1,10
Tubo 1/2" 0,50
C-90 x1/2" 1,10
Tubo 1/2" 0,50
Valvula de angulo 5,90 9,46 1,37 1,20 9,57
DISEÑO DE INSTALACIONES HIDROSANITARIAS: CASA DE MAR FAMILIA MARIN, GRAN PACIFICA
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DISEÑO DEL EQUIPO DE BOMBEO
El caudal de bombeo es igual al Consumo de Máximo Horario, el cual se obtendrá a partir de la
siguiente expresión:
CMH = Factor de Maximización x CPDT
Factor de Maximización1 = 10
CPDT =2,453.4 lpd
CMH = 10 x 2453.4 lpd = 24,534 lpd = 4.5 GPM
Sin embargo, también se revisa la cantidad de aparatos sanitarios en la vivienda, para tomar en
cuenta el consumo simultaneo de los aparatos como factor de seguridad. Se asigna una demanda de
1 gpm, por aparato sanitarios, resultando 18 gpm. Por tanto se selecciona un equipo de bombeo con
capacidad de 18 gpm.
QBOMBEO = 20 GPM
Carga Total Dinámica, CTD
La carga Total dinámica a vencer por el equipo de bombeo es el rango máximo de presión con que
se seleccione el tanque hidroneumático.
SELECCIÓN DEL RANGO DE PRESIONES DEL TANQUE HIDRONEUMATICO
El tanque hidroneumático debe ser capaz de brindar la presión máxima necesaria para el correcto
funcionamiento de los diferentes aparatos sanitarios en el edificio
Por tanto, la presión está determinada por la máxima presión obtenida al realizar el análisis
hidráulico de la red de agua potable
PREQ = 16.07 mca
PREQ = 22.50 psi
El sistema de presión debe ser capaz de garantizar la presión necesaria en el aparato crítico.
Se selecciona un rango de presión de trabajo de 20 – 40 PSI.
La CTD de la bomba debe ser 40 PSI máximo.
Características del Equipo de Bombeo
Caudal: 20 GPM
CTD: 100 ft (40 PSI)
Altura de succiòn: 2.20 metros
Rango de presión 20 - 40 PSI
Motor 1 hp, monofásico 115V
Las características definitivas del equipo de bombeo se definiràn una vez se seleccione un equipo
dentro de las marcas comercializadas localmente, se deben respetar la carga total dinámica y el
1 De acuerdo a Código de Instalaciones Hidráulicas y Sanitarias en Edificaciones, Costa Rica 1990
DISEÑO DE INSTALACIONES HIDROSANITARIAS: CASA DE MAR FAMILIA MARIN, GRAN PACIFICA
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caudal demandado, y además revisar que el equipo a instalar sea capaz de succionar la altura de
succión indicada arriba.
Capacidad del Tanque Hidroneumático
V = Q BOMBEO x 1 Minuto / 0.372
V = 20 GPM x 1 Minuto / 0.372 = 53.76 Galones
Debido a que la presión requerida según el análisis hidráulico, es mayor que 20 PSI, se trabajarà con
un rango de presiones de 20 -40 psi.
Características del Tanque Hidroneumático
Presión Requerida:
Capacidad: 67.20 Galones
Diámetro: 24” (0.60)
Altura: 51” (1.275m)
Conexiones: 1-1/4”
Rango 20-40 PSI
2 De acuerdo a Cátalogo de fabricante Water Systems STA RITE, Pág. 92, Tabla B
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2. RECOLECCION DE AGUA RESIDUAL
2.1 CRITERIOS DE DISEÑO
La determinación de los caudales de aguas residuales generados en el edificio, se realizó aplicando
el Método de Roy Hunter, considerando las unidades de contribución (U.C.) por tipo de aparato.
El análisis hidráulico de la red de recolección de aguas residuales se realizó por medio del programa
H-canales, basado en la aplicación de la ecuación de Manning.
Los parámetros hidráulicos como, velocidad del flujo y tirante normal, se calcularon y revisaron
aplicando la Ecuación de Manning.
donde
Q caudal que circula en el conducto m3/s
A área de la sección transversal del conducto
S pendiente del conducto
n coeficiente de Manning, n = 0.01 para PVC
R Radio Hidráulico
La relación de tirante Y/D debe oscilar en el rango de 0.20 – 0.75.
La pendiente mínima de los subcolectores internos, es de 2%.
La velocidad mínima en los tramos de la red de aguas residuales es de 0.60 mps.
2.2 CALCULOS
A. DETERMINACION DE CAUDALES DE AGUAS RESIDUALES
La determinación de los caudales de agua residual generados en el edificio se realizó aplicando el
Método de Roy Hunter, que considera las unidades de descarga por tipo de aparato. A continuación
se presenta el cálculo de unidades de descarga general y por áreas.
n
SRAQ
2/13/2 **
DISEÑO DE INSTALACIONES HIDROSANITARIAS: CASA DE MAR FAMILIA MARIN, GRAN PACIFICA
11
Tabla 4: Unidades de Contribución Método Hunter
GENERAL
Aparato Cantidad U.G. Total
Inodoro/Tanque 4 6 24
Lavamanos 4 1 4
Ducha 3 2 6
Ducha Piscina 1 4 4
Drenaje de piso 5 1 5
Lavadora 1 3 3
Secadora 1 1 1
Fregadero 1 2 2
lavalampazo 1 2 2
Total 21 51
UG 51
Diámetro 4 pulgadas
Planta Baja
Aparato Cantidad U.G. Total
Inodoro/Tanque 2 6 12
Lavamanos 2 1 2
Ducha 1 2 2
Ducha Piscina 1 4 4
Drenaje de piso 3 1 3
Lavadora 1 3 3
Secadora 1 1 1
Fregadero 1 2 2
lavalampazo 1 2 2
Total 13 31
SS Visitas
Aparato Cantidad U.G. Total
Inodoro/Tanque 1 6 6
Lavamanos 1 1 1
Drenaje de piso 1 1 1
Total 3 8 8
DISEÑO DE INSTALACIONES HIDROSANITARIAS: CASA DE MAR FAMILIA MARIN, GRAN PACIFICA
12
Area de Lavado
Aparato Cantidad U.G. Total
Lavadora 1 3 3
Secadora 1 1 1
lavalampazo 1 2 2
Total 3 6
Cocina
Aparato Cantidad U.G. Total
Fregadero 1 2 2
Drenaje de Piso 1 1 1
Total 1 3
Caudal 0,2 lps
Area de Piscina
Aparato Cantidad U.G. Total
Ducha 1 4 4
Total 1 4
SS Dormitorio 1
Aparato Cantidad U.G. Total
Inodoro/Tanque 1 6 6
Lavamanos 1 1 1
Ducha 1 2 2
Drenaje de Piso 1 1 1
Total 4 10
Planta Alta
Aparato Cantidad U.G. Total
Inodoro/Tanque 2 6 12
Lavamanos 2 1 2
Ducha 2 2 4
Drenaje de piso 2 1 2
Total 8 20
SS Dormitorio 1
Aparato Cantidad U.G. Total
DISEÑO DE INSTALACIONES HIDROSANITARIAS: CASA DE MAR FAMILIA MARIN, GRAN PACIFICA
13
Inodoro/Tanque 1 6 6
Lavamanos 1 1 1
Ducha 1 2 2
Drenaje de piso 1 1 1
Total 4 10
SS Dormitorio 2
Aparato Cantidad U.G. Total
Inodoro/Tanque 1 6 6
Lavamanos 1 1 1
Ducha 1 2 2
Drenaje de piso 1 1 1
Total 4 10 10
B. RED AGUAS RESIDUALES
La red de aguas residuales se revisó utilizando la ecuación de Manning para chequear los valores de
Velocidad, Relación de tirante. Los cálculos se resumen en la tabla 5.
De acuerdo a los resultados obtenidos, se tiene:
Las relación de tirante fue, menor que 0.75.
La velocidad de flujo resultó mayor que 0.60 mps.
Tabla 5: Análisis Hidráulico Red de Distribución de Agua Residuales
DE A UG Q L S D Y Y/D V
lps m % metros m mps
CR1 CR2 20 1,00 4,65 1 0,10 0,03 0,26 0,61
CR2 CR3 51 1,93 10,00 1 0,10 0,04 0,37 0,74
CR3 Alcantarilla 51 1,93 3,00 1 0,10 0,04 0,37 0,74
Según información de la tabla 5, las velocidades resultan mayor que 0,6 mps que es lo mínimo
aceptable, por otro lado la relación de tirante es mucho menor que 0.75, por lo que el
dimensionamiento de tuberías y pendientes adoptadas son adecuadas para los caudales de agua
residual generados en la vivienda.
C. VENTILACION SANITARIA
La ventilación sanitaria se dispuso de tal manera que se ventilara la red de aguas residuales en el
interior de la vivienda y evitar los problemas de autosifonamiento y los consecuentes malos olores.
La tubería de ventilación propuesta fue de PVC SDR – 41 en diámetros de 1 ½”
DISEÑO DE INSTALACIONES HIDROSANITARIAS: CASA DE MAR FAMILIA MARIN, GRAN PACIFICA
14
3. DISEÑO DEL SISTEMA DE DRENAJE PLUVIAL
3.1 CRITERIOS DE DISEÑO
Se aplicó el Método Racional para el cálculo de los caudales de agua pluvial que drenan, tanto en
techos como, en áreas verdes. Los cálculos se realizaron aplicando la expresión:
3600
CIAQ
donde
Q es el caudal resultante en lps
C es el coeficiente de escorrentía, es a dimensional
I es la Intensidad de Lluvia que depende de las condiciones climáticas de la zona donde se
emplazará el proyecto, está dada en mm/h
A es el área a ser drenada, dada en m2
Valores Utilizados:
Intensidad de lluvia = 180 mm/h.
Curvas IDF Aeropuerto Sandino, duración 10 minutos, periodo de retorno 10 años. (Anexos)
Coeficientes de escorrentía
C = 0.95 para techos
Los parámetros hidráulicos como, velocidad del flujo y tirante normal, se calcularon y revisaron
aplicando la Ecuación de Manning.
donde
Q caudal que circula en el conducto m3/s
A área de la sección transversal del conducto
S pendiente del conducto
n coeficiente de Manning, n = 0.01 para PVC
La velocidad del flujo debe ser mayor que 0.60 mps.
El tirante normal debe ser tal que garantice una relación de tirante, Y/D, menor que 0.75.
n
SRAQ
2/13/2 **
DISEÑO DE INSTALACIONES HIDROSANITARIAS: CASA DE MAR FAMILIA MARIN, GRAN PACIFICA
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3.2 CALCULOS
CAUDALES DE AGUA PLUVIAL
En la tabla 6, a continuación se presenta el resultado del cálculo de los caudales de agua pluvial que
drena en techos.
Tabla 6: Caudales de Agua Pluvial por Bajante
DESCRIPCION AREA I C Q
m2 mm/h lps
180 0,95
B1 49,68 2,36
B2 14,00 0,67
B3 44,34 2,11
B4 27,93 1,33
Total 135,95 6,46
RED DE DRENAJE PLUVIAL
El agua pluvial que escurra sobre los techos de la vivienda drenará hacia canales de PVC tipo
colonial, según se muestra en los planos. El agua recogida en los canales se conducirá hasta
bajantes PVC, existirá un total 4 bajantes con diámetros de 4”. Los bajantes descargarán en rejillas
pluviales que a la vez captarán el agua superficial.
Se construirán 4 rejillas pluviales, con dimensiones externas de 0.60 m x 0.60 m y profundidad
variable.
El agua colectada por las rejillas pluviales será conducida hasta el exterior del terreno, por medio de
una red de tuberías de PVC SDR 41.
En la tabla a continuación, se resume el análisis hidráulico de la red de drenaje pluvial propuesta.
Tabla 7: Análisis Hidráulico de la Red de Drenaje Pluvial
DE A Q L S D Y Y/D V
lps m % metros m mps
CRP1 CRP2 3,24 7,00 0,75 0,10 0,05 0,53 0,76
CRP2 CRP3 4,16 6,80 0,75 0,10 0,06 0,63 0,80
CRP4 CRP3 1,68 10,15 0,75 0,10 0,04 0,37 0,64
CRP3 CALLE 8,16 6,00 1 0,15 0,07 0,45 1,07
Velocidades resultaron mayores que 0,6 mps y tirantes menores que 0,20 por tanto el
dimensionamiento de tuberías de drenaje pluvial es adecuado.
DISEÑO DE INSTALACIONES HIDROSANITARIAS: CASA DE MAR FAMILIA MARIN, GRAN PACIFICA
16
BIBLIOGRAFIA
CODIGO DE INSTALACIONES HIDRAULICAS Y SANITARIAS EN
EDIFICAIONES. Colegio Federado de Ingenieros y Arquitectos de Costa Rica
Subdirección de Desarrollo Profesional. Costa Rica.
INSTALAÇÕES HIDRAULICAS DOMICILIARES. Ronaldo Sérgio De Araújo
Coelho. Brasil
Normas de Diseño de Alcantarillado Sanitario. INAA.
Normas de Diseño de Sistemas de Abastecimiento de Agua Potable