abastecimiento de agua y alcantarillado
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Informe de abastecimiento de aguaTRANSCRIPT
Universidad Nacional del AltiplanoFacultad de Ingeniería Civil
y Arquitectura
TRABAJO ENCARGADO
ASIGNATURA : ABASTECIMIENTO DE AGUA Y ALCANTARILLADO
INTEGRANTES : o PAUCAR CURO ELVIS FRANKLIN 105690o COLQUE FLORES LUIS CARLOS 055401o CUTICA QUISPE BRAYAN RENAN 073981
PUNO, JULIO DEL 2014.
CONTENIDO
1.-INTRODUCCION
2.-OBJETIVOS
3.- INFORMACION BASICA
3.1.- CARACTERISTICAS DE LA LOCALIDAD
3.1.- POBLACION ACTUAL
3.2.- POBLACION A 20 AÑOS
4.- PLANEAMIENTO
4.1.- DEMANDA DE AGUA
4.1.1.- PERIODO DE DISEÑO
4.1.2.- POBLACION ACTUAL Y FUTURA
4.1.3.- DOTACION DE AGUA
4.2.- OFERTA DE AGUA
4.3.- CALIDAD DE AGUA
4.4.- COMPONENTES DEL SISTEMA POR GRAVEDAD
5.- TUBERIAS
5.1.- CALCULO DE CAUDALES EN TUBERIAS A PRESION
5.2.- RESISTENCIA A LA PRESION
5.3.- PRUEBA HIDRAULICA
6.- DISEÑO DE CAPTACION
7.- LINEAS DE TUBERIAS Y RESERVORIO
7.1.- LINEA DE CONDUCCION
7.2.- LINEA DE ADUCCION Y DISTRIBUCION
7.2.- RESERVORIO DE REGULACION
8.- DISEÑO ESTRUCTURAL DEL RESERVORIO 440M3
1.-INTRODUCCION
La Ingeniería Hidráulica a lo largo de la historia ha tenido un papel fundamental en el
desarrollo humano, debido a que el suministro de agua potable es indispensable para
cualquier población humana. No sólo por ese factor, sino también en el desarrollo de
técnicas para la eliminación y manejo adecuado de los residuos humanos generados,
para así prevenir en lo posible la contaminación ambiental y evitar enfermedades.
El agua desempeña un papel importante en la vida y es muy necesario administrar
este recurso de la mejor manera posible así como, distribuirla adecuadamente y
almacenarla conveniente.
Más de 2.600 millones de personas en el mundo carecen de saneamiento adecuado,
más del 40% de la población mundial. De ellos, 980 millones de niños y niñas carecen
de acceso a las Instalaciones de agua y saneamiento lo que afecta a todos los
aspectos de su vida.
En este trabajo se propone el diseño fundamental de un sistema de abastecimiento
de agua para la distrito de San Antón, con jurisdicción en la provincia de Azángaro, en
el departamento de Puno.
2.-OBJETIVOS
El objetivo del presente proyecto es presentar el diseño de un sistema de
abastecimiento de agua potable para consumo humano.
Mejorar la calidad de vida y contribuir en el desarrollo del distrito de San Antón,
provincia de Azángaro, departamento de Puno.
Diseñar los elementos de un sistema de abastecimiento de agua con los factores
y parámetros correspondientes, tomando un buen criterio y abocándonos al RNE
3.- INFORMACION BASICA
3.1.- CARACTERISTICAS DE LA LOCALIDAD
3.1.1.- UBICACION
Departamento: Puno
Provincia: Azángaro
Distrito: San Antón
Lugar: San Antón
3.1.2.- UBICACIÓN GEOGRAFICA
San Antón se encuentra ubicado en las coordenadas 14°35′17″S
70°18′39″O en la parte norte del departamento de puno a una altura de
3960 msnm.
3.1.3.- CLIMA
Destaca un clima frígido y semiseco, con temperaturas variables desde
una temperatura máxima de 20º C hasta – 4º C como mínimo.
3.2.- POBLACION ACTUAL
De acuerdo a información de proyección San Antón tiene una población para el
2014 de aproximadamente 6829 habitantes.
3.3.- POBLACION A 20 AÑOS
Tiene una tasa de crecimiento de distrito de 1.12% calculada por el Instituto
Nacional de Estadística e Informática (INEI).
Se estima una proyección poblacional hacia 20 años de 12000 habitantes
aproximadamente.
4.- PLANEAMIENTO
4.1.- DEMANDA DE AGUA
4.1.1.- PERIODO DE DISEÑO
El periodo de diseño se determina, por el tiempo de duración de los elementos
que intervendrán en todo el análisis del proyecto.
En el que se consideraron:
A. Duración en los elementos de captación.
B. Duración en los elementos de la línea de conducción- aducción.
C. Duración del reservorio.
D. Duración en las tuberías de distribución primaria y secundaria.
En el presente proyecto se tomara en cuenta la especificada en la hoja cálculo
con un horizonte de 20 años.
4.1.2.- POBLACION ACTUAL Y FUTURA
POBLACION ACTUAL
De acuerdo a información, San Antón tiene una población para el 2014 de
aproximadamente 4778 habitantes.
POBLACION FUTURA
El crecimiento poblacional se mide, por lo general, mediante el empleo de
una ecuación matemática que describe el cambio ocurrido en un
determinado período, en el supuesto de que la tendencia experimentada
ha sido la de una línea recta, una curva geométrica, o una curva
exponencial.
Para el análisis se usaron los métodos:
Método aritmético
Método geométrico
Método de interés simple
Método parabólico
Por criterio se optó por el promedio de los métodos más cercanos, que en
nuestro caso fueron el MÉTODO ARITMÉTICO y el MÉTODO
PARABÓLICO. Dando así una población futura de 8777 habitantes para
un periodo de diseño de 20 años.
4.1.3.- DOTACION DE AGUA
Para el cálculo de la dotación de agua se usaron los criterios siguientes:
RECOMENDACIONES DIGESSA
ZONA MODULO(l/hab/día)
Sierra 50
Costa 60
Selva 70
RECOMENDACIONES OMS
POBLACION CLIMA
FRIO(l/hab/día) CALIDO(l/hab/día)
Rural 100 100
2000-10000 habitantes 120 150
10000-50000 habitantes 150 200
5000 a mas 200 250
RECOMENDACIONES RNE
CLIMA
FRIO CALIDO Y
TEMPLADO
En general 180 l/hab/día 220 l/hab/día
Lotes menor que 90m2 120 l/hab/día 150 l/hab/día
Camión cist. Y piletas 30 l/hab/día 50 l/hab/día
Por criterio adoptamos una dotación de 120 l/hab/día de la OMS. Dado que San
Antón se ubica a gran altura y no es muy factible aplicar en criterio del RNE.
CAUDALES DE DISEÑO
A) CAUDAL MEDIO DIARIO (Qp)
Por criterio del RNE tenemos: Q p=P f∗d
86400 seg /dia
12.19 L/S
B) CAUDAL MAXIMO DIARIO (Qmd)
Q p=¿
Por criterio adoptamos las recomendaciones del RNE
- Máximo anual de la demanda Diaria 1.3 del Qp
15.85 L/S
C) CAUDAL MAXIMO HORARIO (Qmh)
- Máximo anual de la demanda horaria 1.8 a 2.5 del Qp
-Adoptándose 2.5 al ser San Antón una población nueva y en crecimiento.
30.48 L/S
4.2.- OFERTA DE AGUA
Para el presente proyecto solo se considera la oferta de un manantial como único punto
de captación de agua.
4.3.- CALIDAD DE AGUA
Se considera el agua apta para consumo humano. Siendo un manantial la mejor fuente
de conservación pura de agua.
4.4.- COMPONENTES DEL SISTEMA
Se considera un sistema por gravedad con las siguientes componentes:
Captación
Línea de conducción (tubería entre captación y reservorio de almacenamiento)
Reservorio de almacenamiento.
Línea de aducción (tubería entre reservorio e inicio de la red de distribución)
Red de distribución (tubería que distribuye el agua a la población)
5.- TUBERIAS
Qmd=¿
Qmh=¿
5.1.- CALCULO DE CAUDALES EN TUBERIAS A PRESION
5.1.1.- FORMULAS
Para los cálculos se optara por la fórmula de Hazen y Williams:
Q=0.0004264C D2.63S0.54
Para tuberías de PVC:Q=0.0597 D2.63S0.54
Donde:
Q = Caudal (m3/seg)
D = Diámetro (m)
S = Pendiente
La siguiente tabla muestra coeficientes de Hazen y Williams para diferentes tipos
de material comercial en el Perú.
COEFICIENTES PARA HAZEN WILLIAMS
AC Asbesto cemento 140
HºFº Hierro fundido, nuevo 130
Cº Concreto 130
HºDº Hierro dúctil 120
Cu Cobre 140
HºGº Hierro galbanizado 120
PVC Y PE Plástico (PE, PVC) 150
Acero Acero 130
5.2.- RESISTENCIA A LA PRESION
Para la elección de tubería (clase de tubería) de acuerdo a su resistencia a la presión
tenemos el siguiente cuadro de clases comerciales en el Perú. Considerando para el
proyecto la clase 5.
Sacado del catálogo de tubería PAVCO; reglamentado por el NTP ISO 4422- 2007:
CLASE mca lbs/pulg2
5 50 71
6.3 63 90
7.5 75 107
8 80 114
10 100 142
DIAMETROS DE TUBERIAS
DIAMETRO
NOMINAL
DIAMETRO INTERIOR
CLASE 5 CLASE 6.3 CLASE 7.5 CLASE 8 CLASE 10
63 mm 59.8 mm 59 mm 58.4 mm 58 mm 57 mm
75 mm 71.2 mm 70.4 mm 69.4 mm 69.2 mm 67.8 mm
90 mm 85.6 mm 84.4 mm 83.4 mm 83 mm 81.4 mm
110 mm 104.6 mm 103.2 mm 102 mm 101.6 mm 99.4 mm
140 mm 133 mm 131.4 mm 129.8 mm 129.2 mm 133.3 mm
5.3.- PRUEBA HIDRAULICA
6.- DISEÑO DE CAPTACION
El diseño de la captación esta especificada en la hoja de cálculo, además del plano
adjunto.
6.1.- DESCRIPCION
La captación se realizara de un manantial existente ubicado a una cota de 4049.5 msnm
de caudales máximo y mínimo de 18 lt/s y 17 lt/s respectivamente.
Está conformado por una estructura de concreto armado, conformado por 1 caja para el
ingreso de agua y otra como caja de válvulas. Ambos con tapas metálicas herméticas.
6.2.-COMPONENTES
Caja de captación y caja de válvulas.
Rejilla a la entrada de la tubería.
Vertedor de excedencias y tubería de limpia.
Válvula para línea de conducción y tubo de limpieza.
Tubo de ventilación
Tapas de las cajas de 0.80x0.60m con cierres herméticos.
7.- LINEAS DE TUBERIAS Y RESERVORIO
7.1.- LINEA DE CONDUCCION
Es la línea que transporta el agua desde la captación hasta el reservorio de 440m3 el
cual está ubicado en la parte alta del cerro.
La línea de conducción de diseño para transportar un caudal de 15.85 lt/s.
La línea de conducción tendrá una 886.10m de longitud. Tubería de PVC de 140mm
diámetro comercial.
VÁLVULAS DE AIRE
Se proyecta dentro de las redes de distribución, una válvula de aire de diámetro de
140mm se instalara 01 unidades ubicados en las partes más altas.
7.2.- LINEA DE ADUCCION Y DISTRIBUCION
7.2.1.- LINEA DE ADUCCION
Es la línea que trasporta el agua desde el reservorio de 440m3 hasta el punto de
distribución.
La línea de aducción se diseñó para trasporta un caudal de 30.48 lt/s.
La línea de aducción tendrá una 283.76m de longitud. Tubería de PVC de 140mm
de diámetro comercial.
7.2.2.- RED DE DISTRIBUCION
Se proyecta la construcción de redes de distribución sobre toda la ciudad de San
Antón. En el que comprende la instalación de tuberías PVC de diferentes
diámetros.
Tubería PVC SAP CL-7.5 Ø 140mm
Tubería PVC SAP CL-7.5 Ø 110mm
Tubería PVC SAP CL-7.5 Ø 90mm
Tubería PVC SAP CL-7.5 Ø 75mm
VALVULAS DE CONTROL
Para el control y dar la facilidad de reparación se provee válvulas de control como
se indica en el plano de redes.
VÁLVULAS DE PURGA
Se proyecta dentro de las redes de distribución, 02 unidades de válvulas de purga
de diámetros 75mm ubicados en las partes más bajas, para purgar sedimentos
acumulados dentro de las tuberías.
HIDRANTE
Se proyecta dentro de las redes de distribución, un hidrante Ø 90mm ubicada en
un lugar con mayor accesibilidad (plaza de armas), esto con la finalidad de salvar
algún siniestro que pudiera presentar dentro de la ciudad.
CONEXIONES DOMICILIARIAS DE AGUA.
Se implementará en toda la población del distrito de San Antón, la instalación de
conexiones domiciliarias de salida de agua con diámetro ½” ,¾”, constarán de
micro medidores esto para evitar consumos indebidos y tener mayor control
adecuado de suministro de agua.
7.3.- RESERVORIO DE REGULACION
Tipo de reservorio: Apoyado
Volumen del reservorio:
Volumen de regulación: Se optó por el valor del 25% del consumo
promedio de acuerdo al RNE, en caso de 24 horas de funcionamiento.
Vreg= 263.31 m3
Volumen contra incendio: Para una población menor a 10000 habitantes
se opta por no considerar el volumen contra incendio.
Vinc= 0.00 m3
Volumen de reserva: Se consideró un volumen equivalente a 4 horas de
consumo, correspondiente al consumo máximo diario (Qmd).
Vreserva=175.54 m3
Volumen total calculado: Que es la suma del volumen de regulación, el
volumen contra incendio y el volumen de reserva
Vt=438.85 m3
Volumen total adoptado: Vt=440.00 m3
Material de construcción: Concreto armado
Forma del reservorio: Reservorio circular con cúpula.
Componentes:
Comprende el tanque de almacenamiento y la caseta de válvulas.
Accesorios tanque de almacenamiento
Accesorios caseta de válvulas.
8.- DISEÑO ESTRUCTURAL DEL RESERVORIO DE 440 M3
DIMENSIONAMIENTO DERESERVORIO: Para un volumen mayor a 100m3 se considera circular
dh=0.5−3 (ceas /ops)
dh=2−4( presfressed concrete)
dh= 1
10−1
5(librouni)
e=¿0.20 (Considerando)
V=Ah= π d2
4×h
V T=440m3= π d2
4×h
Considerando:
d=2.5h
440 m3=π (2.5h )2h
4
h=4.48m≡5m
d=11.20m≡11.20m
fd=1
8→f=d
8=11.20
8=1.4 m
R=
d2
4+ f 2
2 f
R=
11.202
4+1.42
2×1.4=11.9
θ=sin−1(
11.202
11.9¿)¿
θ=28.07 °<51°
DISEÑO CUPULA
METRADO DE CARGAS
Carga Muerta:
W D=t γ c , t=0.08 , γ c=2400kg
m3
W D=0.08×2400
W D=192kg
m2
W Adm=0.0417×E× t2
11.9,E=15000( f ' c)
2 ,R=11.9m
W Adm=0.0417×15000 √210×0.082
11.9
W Adm=4.87Tn
m2
W D<W Admok ‼!
Carga Viva:
W L=200kg
m2
Carga Última:
WU=1.4W D+1.7W L=1.4 (192 )+1.7(200)
WU=608.8kg
m2
N∅=−WR
1+cos∅
Nq=−WR (cos∅− 11+cos∅
)
N∅=−608.8(11.9)
1+cos (28.07 ° )=−3848.72kG
Nq=−608.8 (11.9)(cos (28.07 ° )− 11+cos (28.07 ° ) )=−2543.83 Kg
H=N ∅cos∅=3848.72Kg cos (28.07 ° )
H=3396.0 Kg
V=N ∅sin∅=3848.72 sin (28.07 ° )
V=1811.01Kg
N∅ y N q Son negativos entonces la cúpula trabaja a compresión según teoría membranal por lo cual solo es necesario el acero mínimo δmin=0.0018
RESISTENCIA AL APLASTAMIENTO
F=∅ 0.85 f 'cbt=0.7×0.85×210×100×8
F=99960 Kg
Chequeo de Resistencia al Aplastamiento:
N∅=¿99960 KgOK ‼!
Nq=2543.83<99960 KgOK‼!
Asmin=0.0018×100×8=1.44 cm2
As∅ 38
' '=0.71cm2
S=0.711.44
×100=49.31cm
Smax=3h=3 (8 )=24<40cm
Sadop=20cm
DISEÑO VIGA ANILLO
Por Torsión:
T U>∅ (0.13 f ' c
12 ∑ x2 y ),∅=0.85 ,∑ x2 y=302×30
T U>0.85 (0.13√210×302×30 )
T U>433235.02 Kg−cm
T U=3396 (30 )−1811.01 (30 )=47549.7 Kg−cm(Requiere∎)
Po Corte:
V C=∅ 0.53√ f 'c bd ,d=30−3=27
V C=0.85×0.53√210×30×27
V C=5278.98 Kg
V U<V C
1811.01Kg<5287.98 Kg (No Requiere∎ )
S=Armin f y
3.5b,Smax=
d2≤60cm ,Smin=13.5 , Sadop=10cm
S=1.42×42003.5×30
S=56.8cm
Sadop=10cm
Por Flexión:
Como se presenta apoyada por toda la longitud del pavimento del reservorio no presenta flexión y en consecuencia se le asignara acero mínimo
Asmin=0.0033bd
Asmin=0.0033×30×27=2.67 cm2
Paradoscaras : Asmin=1.34cm2
2∅ 38
, Sx=Sy=30−2 (4 )−2 (0.952 )−2(0.952)
2−1
Sx=Sy=18.19
DISEÑO LOSA FONDO
Metrado de Cargas:
Peso Cúpula:
Wc=2π R2t (1−cos∅ ) γ c , R=5.6 ¿
Wc=2π (5.6m )20.08 (1−cos28.07 ° )
Wc=4450.03 Kg
Peso Fuste:
W F=2πRmHt γc ,Rm=5.6+0.1=5.7 , H=5 , t=0.20m
W F=2π ×5.7m×5.0m×0.2m×2400Kg
m3
W F=85953.98 Kg
Peso Viga:
WV=2πRmhb γ c , Rm=5.6+0.15=5.75m
WV=2π ×5.75×0.3×0.3×2400
WV=780.3 .72Kg
Cargas de Servicio:
Carga Muerta:
W D=4450.03+85953.98+7803.72
W D=98207.73 Kg
ACERO RADIAL (+):
a=27−√272− 2×6900.450.85×210×1
a=1.47cm
Asr¿¿
Asr¿¿
As∅ 12
' '=1.29cm2
S= As∅As
×100=1.296.25
×100
S=20.64cm
Sadop=20.0cm
ACERO RADIAL (-):
a=27−√272− 2×4140.270.85×210×1
a=0.87cm
Asr¿¿
Asr¿¿
As∅ 12
' '=1.29cm2
S= As∅As
×100=1.294.86
×100
S=26.54cm
Sadop=25.0cm
ACERO CIRCUNFERENCIAL (+):
a=27−√272− 2×1380.090.85×210×1
a=0.29cm
Asc¿ ¿
Asc¿ ¿
As∅ 12
' '=1.29cm2
S= As∅As
×100=1.294.86
×100
S=26.54cm
Sadop=25.0cm
ACERO CIRCUNFERENCIAL (-):
a=27−√272− 2×4140.270.85×210×1
a=0.87cm
Asc¿ ¿
Asc¿ ¿
As∅ 12
' '=1.29cm2
S= As∅As
×100=1.294.86
×100
S=26.54cm
Sadop=25.0cm
Por (m2)
ABase=π (5.6+0.2 )2=105.68m2
W 'D=W D
ABase
=98207.73Kg105.68m2
W 'D=929.29Kg
m2
Carga Viva:
W L=200Kg
m2
Carga de Diseño:
WU=1.4W 'D+1.7W L
WU=1.4 (929.29 )+1.7 (200)
WU=1641.01Kg
m2
ANALISIS ESTRUCTURAL
M (r )r=0=M ( x)r=0=(1+v )P R2
16, v=0.2 ,R=5.8m
M (r )r=0=M ( x )r=0=(1+0.2 ) (1641.01 ) (5.8 )2
16=−4140.27
Kg−mm
M (r )r=6.7=P R2
8=
(1641.01 ) (5.8 )2
8=6900.45
Kg−mm
M (∅ )r=6.7=VPR2
8=
0.2 (1641.01 ) (5.8 )2
8=1380.09
Kg−mm
Considerando:
d=27cm ,h=30cm: Losa Fondo
Asmin=0.0018×100×27
Asmin=4.86 cm2
Asmax=0.0214×0.75×100×27
Asmax=43.34 cm2
DISEÑO FUSTE
DISEÑO POR TENSION: Considerando un espesor: t=0.2 , H=5.0 , R∫¿=5.6¿
H 2
D×t= 52
11.6×0.2;γ=1000
kgm3 ;ω=1.65×1.7×1000=2810
kgm3
ALTURA m c T=c ×ω×H× R0.0*H 0 -0.009 -681.37
0.1 H 0.5 0.098 7679.96
0.2 H 1 0.206 16181.33
0.3 H 1.5 0.319 25076.1
0.4 H 2 0.434 34137.68
0.5 H 2.5 0.542 42675.25
0.6 H 3 0.461 36276.2
0.7 H 3.5 0.606 47692.67
0.8 H 4 0.461 36276.2
0.9 H 4.5 0.191 15065.66
-10000.00 0.00 10000.00 20000.00 30000.00 40000.00 50000.00 60000.000.00
0.50
1.00
1.50
2.00
2.50
3.00
3.50
4.00
4.50
5.00
TENSION
PROFU
NDIDAD
Para: 0≤ H≤2.00
A s=T
0.5×f y
= 34137.680.5×4200
=16.26cm2
As∅
12
=1.29cm2
S= 1.2916.26
×100×2=15.87 ;Sadop=15cm(2capas)
Para: 2.00≤ H≤5.00
A s=T
0.5×f y
= 47692.670.5×4200
=22.71cm2
As∅
58
=2cm2
S= 222.71
×100×2=17.6 ; Sadop=15cm(2capas )
VERIFICACION DE ESPESOR:
f s=0.5×f y ; f s=2100kg
cm2
f ct=0.1×f c' , f ct=21
kg
cm2
Ec=15000×√ f c '
E s=2×106 kg
cm2
n=Es
Ec
= 2×106
217370.15=9.2
c=0.0003
t= c× Es+fs−n× fct100×f s×f ct
×T máx ;T máx=47692.67kg
t=0.0003×2×106+2100−9.2×21100×2100×21
×47692.67
t=27.11cm(va filtrar agua)
VERIFICACION POR CORTE:
H 2
D×t=10.78→c=0.153
V=c×ω×H 2 ;ω=1×1.7×1000kg
m3=1700
kg
m3
V=0.153×1700×52
V=6502.5kgm
V c=0.53×√ f c ' ×b×d;b=100cm ,d=17cm
V c=0.53×√210×100×17
V c=13053.73kgm
V ≤V c
DISEÑO POR FLEXION:
H 2
D×t=10.78 , γ=1000
kgm3 ,ω=1.3×1.7×1000=2210
kgm3
ALTURA m c M=c×ω×H 3
0.0*H 0 0.00000 0.00
0.1 H 0.5 0.00004 10.77
0.2 H 1 0.00010 27.63
0.3 H 1.5 0.00032 88.95
0.4 H 2 0.00054 150.28
0.5 H 2.5 0.00167 460.23
0.6 H 3 0.00267 736.48
0.7 H 3.5 0.00272 751.98
0.8 H 4 -0.00268 -740.9
0.9 H 4.5 -0.01150 -3176.32
-10000.00 0.00 10000.00 20000.00 30000.00 40000.00 50000.00 60000.000.00
0.50
1.00
1.50
2.00
2.50
3.00
3.50
4.00
4.50
5.00
MOMENTO
PROFU
NDIDA
D
Mmáx¿ ¿
Mmáx¿ ¿
A smin=0.0018×100×17
A smin=3.06 cm2
Acero¿¿
a=17−√172−2×3176.320.85×210
a=1.08
A s¿¿
A s¿¿
AS∅ 1
2} =1.29 {cm} ^ {2 ¿
S=1.294.59
×100=28.10cm
Sadop=25cm
Acero¿¿
a=17−√172−2×751.950.85×210
a=0.25
A s¿¿
A s¿¿
Aadop=3.06cm2
AS∅ 3
8} =0.71 {cm} ^ {2¿
S=0.713.06
×100=23.20cm
Sadop=20cm