desarrollo del proyecto agua tibia

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CAPITULO II

BASES DE DISEO

2.1 FUENTES DE AGUA

Se define como fuente de agua a todo aquel lugar capaz de suministrar, en cualquier poca

del ao un caudal que en verano sea igual mayor al consumo mximo diario. La fuente ser

adecuada para el consumo humano, siempre que el agua sea de una calidad aceptable y en las

cantidades requeridas.

Las fuentes de agua natural, disponibles en el medio ambiente, se clasifican en:

Aguas Metericas:

Son las que proceden de la atmsfera a travs de precipitaciones pluviales que son

captadas al llegar a la superficie terrestre en forma de lluvia, por medio de reas expuestas a la

precipitacin para luego ser almacenadas en cisternas o depsitos apropiados.

Aguas Superficiales:

Estn constituidas por ros, lagos, lagunas, embalses, riachuelos, presas etc. Estas se han

formado por la topografa del lugar.

Aguas Subterrneas:

Son aquellas aguas que al caer a la superficie terrestre, se infiltran al suelo y afloran en

forma de manantiales. Se localizan en zonas con cavidades conectadas entre si, que

comprenden una zona de saturacin y de aireacin que quedan separados por el nivel fretico.

2.2 AFORO DE FUENTES:

Es la medicin del caudal que produce una fuente. La medicin del caudal o aforo de la

fuente de agua debe realizarse al menos dos veces en diferentes pocas del ao. Un aforo

imprescindiblemente en poca de estiaje y otros aforos complementarios dependiendo el tipo

de fuente.

El caudal se puede determinar por los siguientes mtodos:

a) Aforo de flujo superficial: Mtodo de velocidad y rea transversal (aforo con flotador). b) Aforo de Vertientes: Mtodo volumtrico.

FUENTE: Normas y Guas de Diseo de Proyectos de Abastecimiento de Agua Potable y Saneamiento Rural.

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a) Mtodo de velocidad y rea transversal (aforo con flotador):

Es la determinacin del caudal empleando como variables la velocidad del agua y el rea

transversal de un cuerpo superficial.

Entonces:

Q = V * A (1)

Siendo:

V = 0.8 * d (2)

Tp

A = [ b1 * h1 + b2 * hk ] (3) n n

Donde:

Q = Caudal del ri (m/s)

V = Velocidad del agua (m/s)

A = rea transversal media (m)

d = Distancia entre los puntos marcados (m)

Tp= Tiempo de paso entre las marcas (s)

b1 y b2 = Ancho total en la seccin A y B respectivamente (m)

h1 y hk = Profundidad en la posicin de cada estaca, para cada seccin (m)

n = Numero de estacas en cada seccin (normalmente distancias de 1 mt)

La velocidad se determina seleccionando un tramo regular del ri de seccin uniforme. Se

marcaran dos puntos a distancias conocidas (puntos A y B). Y se proceder a soltar un cuerpo

flotante aguas arriba para tomar el tiempo de paso entre los dos puntos marcados. El tiempo de

paso se medir tres veces, determinando el promedio de estas pruebas. La velocidad ser igual

a la distancia entre los puntos marcados (A y B) dividida entre el tiempo de paso. El rea se

determinara mediante la introduccin de estacas de sondeo a cada metro y perpendiculares a la

lmina de agua para la medicin de la profundidad, se sacara el promedio de las profundidades

y se multiplicara por el ancho en la seccin medida.

b) Aforo de vertientes: Mtodo volumtrico.

Se realiza utilizando un recipiente de volumen conocido y se mide el tiempo de llenado en

segundos. Este procedimiento se realizara tres veces por lo menos y se promediara el tiempo.

El caudal ser el volumen conocido dividido entre el promedio de los tiempos. Este mtodo es

el ms utilizado por lo econmico y por su fcil empleo.

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Entonces:

Q = Vol (4)

T

Donde:

Q = Caudal (l/s)

Vol = Volumen del recipiente (lts)

T= Tiempo medio de llenado del recipiente (seg)

2.3 POTABILIZACION

La potabilizacion del agua se logra mediante tratamientos o procesos que se aplican a las

aguas, para que estas sean adecuadas para el consumo humano.

Los tratamientos a utilizar son los siguientes:

a) Sedimentacin:

Es un proceso de separacin de partculas slidas, suspendidas en el agua. Estas partculas

siendo mas pesadas que el agua, tienden a caer hacia el fondo.

b) Filtracin:

Es el proceso por medio del cual el agua atraviesa capas porosas capaces de retener

impurezas. El material comnmente utilizado como medio filtrante, es la arena. Los filtros de

arena lentos y rpidos, son los que generalmente se utilizan en los sistemas de abastecimientos

de agua.

c) Desinfeccin:

El agua que va a servir para abastecer una poblacin puede estar contaminada, en dado caso

es necesario desinfectarla. Para el rea rural este proceso debe ejecutarse mediante la

aplicacin de hipoclorito de calcio, adems se puede emplear yodo.

El hipoclorito de calcio se vende en forma granular, por lo que es necesario disolverlo

previamente; la aplicacin de la solucin se hace mediante un hipoclorador, para que el cloro

sufra efecto es necesario que haga un periodo de contacto por lo menos 20 minutos, contados

apartir del momento de aplicacin. La dosificacin depende del grado de contaminacin y del

cloro residual que se fije. Por otra parte, aun cuando el agua no este contaminada, es necesario

desinfectar las estructuras y las tuberas antes que el sistema se ponga en servicio.

2.4 ESTUDIO DEL DISEO HIDRAULICO

En todo acueducto rural, se deben analizar diferentes factores que intervienen en el

proyecto, estos factores son principalmente el de orden socioeconmico. Los cuales son

indispensables para que el periodo de durabilidad de los componentes del sistema, se

aprovechan en su totalidad a efecto de proporcionar un mejor servicio a la comunidad.

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2.5 PERIODO DE DISEO

Se entiende por periodo de diseo, en cualquier obra de la ingeniera civil, el nmero de

aos durante los cuales una obra determinada ha de prestar con eficiencia el servicio para el

cual fue diseada.

El periodo de diseo de un sistema de abastecimiento, es el tiempo durante el cual el

sistema dar un servicio con una eficiencia aceptable. Los acueductos rurales se calculan para

un periodo de 20 aos de vida til del proyecto y un ao para la planificacin y ejecucin.

2.6 DENSIDAD DE POBLACIN

Para realizar un estudio es necesario la estimacin total de la poblacin total de una

comunidad para distribuir el agua dentro de una rea requerida para ello es necesario calcular

la informacin de la poblacin. La informacin normalmente se expresa por el nmero de

habitantes por kilmetro cuadrado (hab./km2).

2.7 POBLACIN DE DISEO

La determinacin del nmero de habitantes para los cuales ha de disearse el acueducto es

un parmetro bsico en el calculo del caudal de diseo para la comunidad, con el fin de poder

estimar la poblacin futura es necesario estudiar las caractersticas sociales, culturales y

econmicas de sus habitantes en el pasado y en el presente y hacer predicciones sobre su

futuro desarrollo, especialmente en lo concerniente a turismo y desarrollo industrial y

comercial.

Una ciudad, pueblo o aldea, es un ente dinmico y su numero de habitantes crece por

nacimientos e inmigraciones y decrece por muertes y emigraciones. Tambin puede crecer por

anexin de otras concentraciones humanas ms pequeas. La proyeccin del crecimiento de la

poblacin se puede obtener utilizando distintos mtodos. El mtodo aritmtico, mtodo

geomtrico y el mtodo exponencial siendo el mtodo geomtrico el ms utilizado por ser el

que mas se adapta a la informacin con la que se cuenta, esta informacin es la poblacin

actual, taza de crecimiento y periodo de diseo.

2.8 TOPOGRAFA

Para disear la lnea de conduccin y red de distribucin es necesario hacer levantamientos

altimtricos y planimetricos. El levantamiento topogrfico consiste en el proceso de obtencin

de datos del terreno (alturas, distancias y ngulos) para representar el relieve del lugar del

proyecto. El levantamiento topogrfico comprende la altimetra y planimetra.


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Planimetra: Es el mtodo que se utiliza para encontrar distancias y ngulos de un polgono.

Altimetra: Es el mtodo que se utiliza para encontrar diferencia de alturas o niveles.

2.9 DOTACIN DE AGUA

Es la cantidad de agua que una persona necesita por dia para satisfacer sus necesidades. Se

expresa en litros por habitante por dia ( lt/hab/dia). A continuacin se presentan las diferentes

dotaciones que se pueden emplear:

CLIMA/DOTACION

AREA FRIO TEMPLADO CALIDO

rea rural 80-90 lt/hab./da 100 lt/hab./da 120 lt/hab/dia

rea urbana 150 lt/hab/dia 200 lt/hab/dia 250 lt/hab/dia

2.10 DETERMINACIN DE CAUDALES

2.10.1 FACTORES DE CONSUMO

En un sistema de abastecimiento de agua el consumo es afectado por una serie de factores

que van variando en funcin del tiempo, las condiciones econmicas, las costumbres del lugar

y las condiciones climatologicas que son inherentes a la comunidad a la comunidad que se va

abastecer y que varan de una poblacin a otra.

2.10.2 CAUDAL MEDIO DIARIO

Es la cantidad de agua que consume una poblacin durante un dia, obtenida como el

promedio de los consumos diarios durante un periodo de un ao. Calcular el consumo medio

diario como la dotacin por el nmero de habitantes futuros expresada en litros por segundo.


Republica Dominicana.

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Qmd = Poblacin futura * Dotacin = (lt/seg.) (5)

86,400 seg./da

2.10.3 CAUDAL MAXIMO DIARIO

Es el mximo consumo de agua durante 24 horas observado durante un ao. Para las

comunidades donde no se tienen datos, el consumo mximo diario se obtiene incrementando

en un porcentaje el caudal medio diario. A este porcentaje se le denomina Factor dia mximo, este factor esta en funcin del tamao de la poblacin. El caudal mximo diario es el que se utiliza para disear la lnea de conduccin.

Poblaciones < 1000 hab. se utiliza un factor que oscile entre 1.2 y 1.5.

Poblacin > 1000 hab. se utiliza un factor de 1.2

QMD = Qmd * Factor de da mximo (6)

donde

QMD = Caudal mximo diario

Qmd = Caudal medio diario

2.10.4 CAUDAL MAXIMO HORARIO

Es el consumo mximo de agua que se obtiene en una hora del dia, durante un periodo de

un ao. Si no se tienen registros, se obtiene multiplicando el caudal medio diario por un

Factor de hora mxima. Este factor esta en funcin del tamao de la poblacin. El caudal mximo horario es el que se utiliza para disear la lnea de distribucin.

Poblacin < 1,000 se utiliza un factor de 3.

Poblacin > 1,000 se utiliza un factor de 2.

QMH = Qmd * Factor hora mxima (7)

donde

Qmd = Caudal medio diario

QMH = Caudal mximo horario

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FUENTE: Programa Agua Fuente de Paz. 1997. Diseo de abastecimiento de agua potable a zonas rurales. Guatemala.

2.11 OBRAS DE CAPTACION

Es toda estructura que se construye con el objetivo de captar la cantidad de agua necesaria

para el suministro de la poblacin a dotar. Para cualquier tipo de captacin que se vaya a

realizar se tiene que garantizar la proteccin contra la contaminacin, entrada de races,

crecimiento de algas, entrada de arena y materiales en suspensin.

Los tipos de captacin se pueden clasificar de la siguiente manera:

a) Manantial de ladera concentrado b) Manantial de fondo concentrado c) Manantial de fondo difuso d) Pozos excavados e) Pozos perforados f) Galera filtrante g) Aguas Superficiales

a) Manantial de ladera concentrado:

Es la captacin de una fuente subterrnea con afloramiento horizontal del agua en uno o

varios puntos definidos.

b) Manantial de fondo concentrado:

Es la captacin de una fuente subterrnea con afloramiento vertical del agua en un punto

definido.

c) Manantial de fondo difuso:

Es la captacin de una fuente subterrnea con afloramientos verticales en una zona extensa.

d) Pozos Excavados:

Los pozos excavados se construyen en zonas donde existen acuferos libres o superficies

prximos al nivel del terreno. La profundidad variara dependiendo del nivel fretico existente,

oscilando entre los 5 y los 20 metros. El dimetro mnimo deseable para un pozo excavado es

de 0.80 metros, el agua que se obtiene puede estar contaminada debido a la cercana de la

superficie del terreno de ser as darle el tratamiento necesario.

e) Pozos perforados:

Los pozos profundos se realizan mediante una perforacin tubular practicada en el terreno,

ya sea por equipos de perforacin de percusin, rotacin o mixtos con el objeto de aprovechar

las aguas disponibles de los mantos acuferos subterrneos de profundidades mayores a los 30

mt, para ser explotados mediante sistemas de bombeo. Es necesario verificar la calidad del

agua obtenida antes de su empleo. Si esta contaminada es necesario desinfectarla previamente

a su distribucin.

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f) Galera filtrante:

Es la estructura que permite captar agua sublvea a travs de la construccin de una bveda

subterrnea, la instalacin de tuberas de infiltracin o la construccin de canales de

infiltracin prximos al curso de agua superficial ya sea transversal o paralelamente.

Las galeras filtrantes mas conocidas son:

Tipo galera o bveda Tubera de infiltracin Canal de infiltracin

La finalidad de estas obras, es interceptar el flujo natural del agua sublvea hacindola

ingresar por gravedad al interior de la estructura o tubera y conducindola luego hacia una

caja reunidota de caudales.

g) Aguas Superficiales:

Es la captacin de las aguas que proceden en su mayor parte de la lluvia y son una mezcla

del agua que corre por el suelo y de la que brota de la tierra (ros, lagos, embalses y los

pequeos arroyos de las montaas).

Un caso muy particular es aquel en el cual el nacimiento esta situado a un nivel mas bajo

que las viviendas a servir en este caso se utiliza sistemas por bombeo. Tambin es necesario

investigar la calidad del agua obtenida antes de su empleo ya que es muy comn que el agua

de los ros, lagos etc. Estn contaminados por ser una fuente de descarga.

2.12 CAJA REUNIDORA DE CAUDALES

Su funcin es reunir dos o ms caudales, previamente captados su capacidad ser de

acuerdo al nmero de fuentes a reunir y al caudal de cada una de ellas.

2.13 LINEA DE CONDUCCION

Es un conjunto de tuberas forzadas a presin que vienen desde las obras de captacin,

pozos, cajas reunidoras de caudales, cajas rompe presin hasta al tanque de distribucin,

dependiendo de las caractersticas de las fuentes de agua que pueden ser un sistema por

gravedad o por bombeo.

Para el diseo de una lnea de conduccin por gravedad se debe considerar lo siguiente:

a) La capacidad debe ser suficiente para conducir el caudal mximo diario de diseo.

b) La seleccin de la clase y dimetro de la tubera que se empleara, deber ajustarse a

la mxima economa.

c) La lnea de conduccin deber contener los accesorios y obra de arte necesarios para

su buen funcionamiento.

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2.14 TANQUE DE ALMACENAMIENTO O DISTRIBUCION

Son estructuras civiles destinadas al almacenamiento de agua. Tienen como funcin

satisfacer la demanda de agua, mantener un volumen adicional como reserva y garantizar las

presiones de servicios en la red de distribucin.

Segn su posicin pueden ser de 3 tipos:

1. Enterrados 2. Semi-enterrados 3. Superficiales

Ante la falta de informacin, se puede calcular la capacidad del tanque, de acuerdo a la

demanda real de las comunidades. Cuando no se tienen estudios de dichas demandas, en

sistemas por gravedad se adoptara de 25 a 50 % del consumo medio diario estimado.

2.14.1 REQUISITOS SANITARIOS DEL TANQUE DE DISTRIBUCION

a) No dejar entrar la luz para evitar el crecimiento de algas.

:

b) El tubo de ventilacin que evacua el aire durante el llenado, debe tener la abertura exterior

hacia abajo y provista de rejilla que impida la entrada de insectos y polvo.

c) Existencia solo de aberturas de llegada, salida, rebalse y desague.

d) Escotilla de visita para la inspeccin y limpieza.

e) Cubierta hermtica que impida la penetracin de agua, polvo etc, del exterior.

f) La tubera de entrada al tanque estar situada cerca del acceso, para facilitar el aforo del

caudal en cualquier momento.

2.15 CAJA ROMPE PRESION

Su funcin principal es la de romper la presin del agua para evitar que la tubera se rompa

por sobrepasar su presin de trabajo. Debe estar provista con vlvula de entrada rebalse y

desague, estos deben llevar un sifn antes de su descarga, para tener un sello de agua, que

garantice que no ingresaran roedores a la caja.

Las cajas rompe presin que se colocaran en la lnea de conduccin no llevara vlvula de

flote, para garantizar el paso libre del agua hacia el tanque de distribucin. Para la red de

distribucin se recomienda dejar vlvulas de flote no menores de de dimetro para evitar que halla rebalse en horas de no consumo.

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Republica Dominicana.

2.16 CAJA DE VALVULAS

Sirve para proteger cualquier vlvula que sea necesario instalar en el sistema. Las vlvulas

que se emplean en los sistemas de abastecimientos rurales de agua son: de compuerta, de paso,

de flotador, de limpieza y automticas de aire.

2.17 CAJA DISTRIBUIDORA DE CAUDALES

Es la estructura que por medio de vertederos distribuye adecuadamente los caudales que

demandan diferentes redes de distribucin. La distribuidora de caudales con vertederos

rectangulares son los ms utilizados en el diseo de acueductos rurales.

2.18 TIPOS DE VALVULAS

2.18.1 VALVULA DE COMPUERTA

Sirven para abrir o cerrar el paso del agua. El cierre y la apertura se realizan mediante un

disco, el cual es accionado por un vastago, este puede subir al abrir la vlvula o permanecer en

la misma posicin y solamente elevar el disco.

Las vlvulas de compuerta pueden ser de hierro fundido, de bronce y de plstico. Las

primeras se emplean principalmente para dimetros de 6 en adelante; Las de bronce son mas econmicas que las de hierro fundido y se emplean para dimetros de 4 y menores. Las de plstico se emplean en los equipos dosificadores de solucin de hipoclorito de calcio.

2.18.2 VALVULA DE COMPUERTA DE LIMPIEZA

Estas vlvulas sirven para extraer de la tubera la arena, hojas o cualquier otro cuerpo que

haya ingresado, los cuales tienden a depositarse en los puntos mas bajos del perfil de la

tubera. Como vlvula de limpieza se emplea una de compuerta, de dimetro igual a la tubera

de servicio, pero el dimetro mayor es de 2.

2.18.3 VALVULA DE AIRE

El aire que queda atrapado dentro de la tubera, tiende a depositarse en los puntos ms altos

del perfil de la tubera. Esta cantidad de aire puede acumularse reduciendo la seccin de la

tubera y por consiguiente, su capacidad de conduccin. La cantidad acumulada de aire puede

ser tanta que llega a impedir completamente la circulacin del agua. La forma de poder

eliminar el aire en una tubera es con el empleo de una vlvula automtica de aire.

Las vlvulas automticas de aire permiten tanto la salida del aire como su ingreso; el

acceso del aire se produce cuando se inicia bruscamente la salida del agua, como en el caso de

una rotura; de no contarse con la vlvula de aire, pueden llegar a producir presiones negativas

dentro de la tubera, la que puede llegar a romperse si es de PVC; o colapsarse si es de HG.

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2.18.4 VALVULA DE GLOBO

Las vlvulas de globo se emplean en las conexiones domiciliares, tanto para suspender

temporalmente el servicio como para regular caudal.

2.18.5 VALVULA DE PASO

Esta constituida del cuerpo de una pieza que gira dentro del permetro, al ser accionada

desde el exterior. La pieza que gira tiene una perforacin circular perpendicular al eje

longitudinal, que abre o cierra la vlvula al ser girada 90, la cual permite interrumpir rpidamente el paso del agua. Se emplea a conexiones domiciliares, no se debe tratar de

controlar el caudal con estas vavulas, ya que se desgastan rpidamente.

2.18.6 VALVULA DE FLOTADOR

Las vlvulas de flotador, se emplean dentro de las cajas rompe presin de una tubera de

distribucin para suspender el flujo cuando el agua dentro de la caja alcanza un nivel mximo,

evitando as el rebalse del agua y se desperdicie.

2.19 RED DE DISTRIBUCION

Es el sistema de tuberas utilizado para hacer llegar el agua proveniente del tanque de

distribucin al usuario.

Las redes de distribucin se clasifican en dos tipos:

a) Red ramificada o abierta:

Esta se utiliza por lo quebrado de la topografa del terreno y por las casas que se encuentran

dispersas.

b) Red Cerrada:

Las tuberas forman circuitos cerrados y estn intercomunicados entre si. Este sistema solo

se puede construir donde los beneficiarios se encuentren ubicados en forma continua y

formando cuadras.

En la red de distribucin es necesario considerar los siguientes aspectos.

a) El diseo de la red de distribucin se calculara para las condiciones mas criticas, o sea para

el caudal mximo horario, con el objetivo de asegurar que funcione correctamente para el

periodo de diseo.

b) La red de distribucin deber contener los accesorios y obras de arte necesarios para su

buen funcionamiento en el periodo de diseo.

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2.20 DISEO HIDRACULICO DE LA LINEA DE CONDUCCION Y LINEA DE

DISTRIBUCION

El diseo hidrulico se har en base a la perdida de presin del agua que corre a travs de la

tubera, para comprender el mecanismo que se utiliza se incluyen los principales conceptos.

a) Presin esttica en tuberas:

Se produce cuando todo el liquido en la tubera y en el deposito que la alimenta esta en

reposo. Es la presin que soporta la tubera cuando el liquido esta en reposo y es igual al peso

especifico del agua multiplicado por la altura que se encuentra la superficie libre del agua en el

deposito.

Por normas establecidas en nuestro Pas, la mxima presin esttica que soportan las

tuberas en la lnea de conduccin de 160 psi es de 90 metros columna de agua tericamente

puede soportar ms pero por efectos de seguridad se toma as, si hay presiones mayores que la

presente, es necesario es necesario colocar una caja rompepresion o colocar tubera con mayor

presin de trabajo 250 psi, 315 psi o colocar tubera HG. En la lnea de distribucin, la

mxima presin esttica permitida es de 40 metros columna de agua, ya que a mayores

presiones tienden a fallar los empaques de las llaves de chorro.

b) Presin dinmica en la tubera:

Cuando hay movimiento de agua, la presin esttica modifica su valor, ya que el agua al

estar en movimiento, tiene que vencer fuerzas de resistencia y por consiguiente, tiene que

gastar de su energa a medida que avanza. Por lo tanto cuando hay movimiento, la presin va

gastndose a medida que se aleja de la fuente de alimentacin. Lo que antes era altura de carga

esttica, ahora se convierte en una altura de presin menor, debido al consumo de presin

menor, debido al consumo de presin necesaria para mantener el movimiento del agua; a este

consumo de presin se le llama perdida de carga. La energa consumida o perdida de carga en

las tuberas vara con respecto a la velocidad del agua dentro de la tubera, ya que si la prdida

de carga es mayor, la presin se consume ms rpidamente. Tambin varia con el dimetro de

la tubera, si se supone velocidades iguales del agua en tuberas de diferente dimetro, la

perdida de carga o de energa ser mayor para la tubera de menor dimetro, es decir la perdida

de carga aumenta a medida que el dimetro de la tubera disminuye y por lo tanto el consumo

de la presin es mayor.

Por consideraciones de normas del pas se establece que la menor presin dinmica que

puede haber en la red de distribucin es de 10 metros columna de agua en el rea rural, para

que el agua pueda subir con cierta presin a las llaves de chorro. Se pueden tener presiones de

hasta 7 mca, siempre que sea debidamente justificado.

c) Lnea piezometrica:

Es la forma de representar grficamente los cambios de presin en la tubera. Esto indica

para cada punto de la tubera, tres elementos:

La distancia que existe entre la lnea piezometrica y la presin esttica en cada punto, Representa la prdida de carga o perdida de altura de presin que ha sufrido el lquido

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a partir del recipiente de alimentacin, o sea el tanque de distribucin hasta el punto de

estudio.

La distancia entre la lnea piezometrica y la tubera representa el resto de presin esttica que queda todava de ese punto a la tubera. Esta presin esta todava

disponible para ser gastada en la continuacin del recorrido del agua dentro de la

tubera o sea la presin disponible.

La pendiente de la lnea piezometrica representa la cantidad de altura de presin que se esta consumiendo por cada unidad de longitud en metros, que recorre el agua. Para un

mismo conducto, mientras mayor sea la velocidad, mayor consumo de presin por

metro de tubera existir o sea que la lnea piezometrica se mostrara con mayor

inclinacin. En igual forma, para un mismo gasto, mientras mas pequeo es el tubo

ms consumo de presin por metro de tubera existir.

Para el diseo y calculo de todo el sistema de tuberas de conduccin y distribucin de

proyectos, se puede utilizar la formula de HAZEN-WILLIAMS para tuberas y conductos a

seccin llena, cuya formula para Guatemala fue transformada por la Direccin General de

Obras Publicas de Guatemala para que se pueda utilizar con diferentes sistemas de medidas la

formula a utilizar es:

Hf = P*Q1.85

P = P * L 1000

P = 1743811

C1.85

* D4.87

Sustituyendo

Hf = 1743.81 * L * Q1.85

(8)

C1.85

* D4.87

donde

Hf = Perdida de carga en metros columna de agua (mca)

L = Longitud de tubera en estudio (mts)

Q = Caudal en litros / segundo (lts/seg)

D = Dimetro de tubera en pulgadas (pulg)

C = Coeficiente de friccin va a depender de la naturaleza de las paredes interiores de

los tubos, si es PVC o HG.

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2.21 VELOCIDADES Y PRESIONES

La lnea de distribucin de cumplir con los siguientes requisitos.

a) Debe tratarse que la velocidad en las tuberas no sea mayor de 1.5 mt/seg, para evitar el

golpe de ariete. Por lo bajo de algunos caudales, aun con tubera de 1/2 , se puede permitir que esta velocidad llegue a 3.0 m/seg., procurando que se presente en tramos cortos. Para

verificar la velocidad del agua se utiliza la ecuacin de continuidad.

Q = V * A

V = Q/A donde A = D2/4

Sustituyendo

V = 4Q/ D2 (9)

Donde:

Q = Caudal ( m3/seg)

A = rea del tubo (m2)

V = Velocidad del fluido ( mts/seg)

D = Dimetro del tubo (m)

b) La presion dinamica en las casas debe estar comprendida entre 10 y 15 metros columna de

agua.

c) La presion esttica no debe ser mayor de 40 metros columna de agua.

d) La carga de llegada a una caja rompe presion debe ser suficiente para operar correctamente

la vlvula de flotador y para proporcionar un margen de seguridad, comprendido este ultimo

entre 2 y 6 metros.

e) Se ha considerado en lneas de distribucin, que el aire que puede acumularse en la tubera

puede salir en las conexiones domiciliares. Esto puede ser cierto cerca de los puntos donde

haya casas; de no ser as, deber preverse la instalacin de vlvulas automticas de aire.

f) Las zanjas para la instalacin de la tubera se hacen de 0.80 mt de profundidad y 0.40 de

ancho. En el caso de tener dos tuberas paralelas dentro de una misma zanja y una de ellas es

de conduccin se colocara a un nivel mas bajo que la de distribucin.

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2.22 TIPOS DE SERVICIO

El sistema de servicio podr ser por conexiones prediales, conexiones intradomiciliares,

llena cantaros y mixtos (Llenacantaros y conexiones prediales).

2.22.1 CONEXIN PREDIAL

Se entiende por conexin predial cada servicio que se presta a una comunidad, a base de

grifo instalado fuera de la vivienda, pero dentro del predio o lote que la ocupa.

2.22.2 CONEXIN INTRADOMICILIAR

Se entiende por conexin intradomiciliar el servicio que permite la instalacin de uno o

ms grifos o unidades dentro y fuera de una vivienda.

2.23 TIPOS DE TUBERIAS

El tipo de tubera se refiere al material de la cual esta hecha. Los materiales que actualmente

se emplean para su fabricacin son cloruro de polivinilo, hierro galvanizado hierro fundido.

2.23.1 TUBERIA DE PVC

La tubera pvc esta fabricada de cloruro de polivinilo es la tubera que ms se emplea

actualmente. Las ventajas de este material es que es ms econmico, fcil de instalar, ms

liviano, no se corroe y es ms durable. La desventaja es que es frgil y se cristaliza al estar

expuesto a la intemperie, su coeficiente de friccin es C = 140. Sus presiones de trabajo

existentes son 100, 125, 160, 250, 315 psi.

2.23.2 TUBERIA DE HIERRO GALVANIZADO

El hierro galvanizado (HG) se utiliza cuando las presiones de trabajo sean mayores a las

que soporta la tubera pvc o cuando el terreno sea rocoso y no se pueda enterrar la tubera. El

hierro galvanizado debe quedar expuesto a la intemperie ya que enterrado se corroe su

coeficiente de friccin es C = 100.

2.23.3 TUBERIA DE HIERRO FUNDIDO

El hierro fundido se emplea actualmente para grandes dimetros ( 12 o mayores) ya que para dimetros menores su costo es muy elevado comparado con otros materiales.

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CAPITULO III

DESARROLLO DEL PROYECTO

3.1 FUENTES DE AGUA

En el casero Agua Tibia San Vicente Buenabaj, existen cuatro fuentes o nacimientos de los

cuales se tomaran todos. Los cuales son de tipo manantiales con ladera concentrado, en donde

el primero se encuentra en un lugar conocido como XEPATUJ, el segundo en un lugar

llamado LA ROCA, el tercero en EL PINABETE y el cuarto se encuentra ubicado en XEMUJ.

Estos nacimientos se encuentran ubicados en el rea del cerro TENA.

3.2 AFORO DE LAS FUENTES

Para realizar el proyecto, se realizo el aforo de los nacimientos en marzo del 2004 y en

Julio del mismo ao.

El mtodo de aforo utilizado para los nacimientos fue el volumtrico, los datos obtenidos

fueron los siguientes:

Aforo realizado en Marzo del 2,004.

Caudal para el nacimiento # 1 = 0.06 lt/seg.




Aforo realizado en Julio del 2,004.





El aforo que se realizo en Marzo fue el que se tomo para el diseo del proyecto Casero

Agua Tibia por ser el ms pequeo

3.3 LEVANTAMIENTO TOPOGRAFICO

El levantamiento topogrfico que se realizo en el proyecto fue taquimetrico (planimetra,

altimetria), debido a lo accidentado del terreno y a la dispersin de las casas, utilizando

poligonales abiertas. La libreta topogrfica se encuentra en el anexo No. 1.

17

Con la topografa que se realizo se obtuvieron datos de campo los cuales sirvieron para el

clculo topogrfico y para dibujar los planos de la planta y el perfil del proyecto cuyos planos

se encuentran en el anexo No. 2.

3.4 DISEO HIDRAULICO

3.4.1 VIVIENDAS ACTUALES

La encuesta se realizo cuando se hizo el levantamiento topogrfico, dando como resultado

80 viviendas actuales.

3.4.2 DENSIDAD DE POBLACION

La densidad de poblacin se determino por medio de una encuesta que se realizo en la

comunidad dando como resultado 5 habitantes/vivienda.

3.4.3 POBLACION ACTUAL

Por medio de las viviendas actuales y por la densidad de poblacin podemos obtener la

poblacin actual la cual es Pa = 400 habitantes.

3.4.4 PERIODO DE DISEO

El periodo de diseo que se tomo son 20 aos. Tiempo considerado como vida util del

proyecto.

3.4.5 TAZA DE CRECIMIENTO DE POBLACION

Tomando como referencia que el Instituto Nacional de Estadstica (INE), la taza de

crecimiento para el departamento de Totonicapn es 2.3 % se opto por tomar este factor de

crecimiento.

3.4.6 DOTACION DE AGUA

La dotacin de agua que se utiliza para el proyecto es de 80 lt/hab/dia ya que las fuentes

existentes no permitan dar una mayor dotacin. Es importante mencionar que la dotacin se

encuentra dentro de los parmetros de diseo de las distintas instituciones nacionales.

3.4.7 FACTOR DIA MAXIMO

El factor dia mximo que se utilizo en el proyecto fue:

Fdm = 1.3

3.4.8 FACTOR HORA MAXIMA

El factor hora mxima que se utilizo en el proyecto fue:

18

Fhm = 3

3.4.9 POBLACION FUTURA

El mtodo que se utilizo para calcular la poblacin futura fue el mtodo geomtrico.

Pf = Pa (1 + r) n

(10)

Pf = 400 ( 1 + 0.023) 20

Pf = 630 habitantes

Donde:

Pf = Poblacin futura

Pa = Poblacin actual

r = Taza de crecimiento

n = Periodo de diseo

3.5 CAUDALES DE DISEO

3.5.1 CAUDAL MEDIO DIARIO

Qmd = Dotacin * Habitantes futuros

86,400

Qmd = 80lt/hab/dia * 630 hab

86,400

Qmd = 0.58 lt/seg = 50.11 M3/dia

3.5.2 CAUDAL MAXIMO DIARIO

QMD = Qmd * factor dia mximo

QMD = 0.58 lt/seg * 1.3 = 0.76 lt/seg

19

Este caudal es el que se utiliza para el diseo de la lnea de conduccin. El caudal que

produjeron los cuatro nacimientos es de 0.82 lt/seg o sea que este caudal es suficiente para la

realizar el proyecto.

3.5.3 CAUDAL MAXIMO HORARIO

QMH = Qmd * Factor hora mxima

QMH = 0.58 lt/seg * 3 = 1.75 lt/seg

Este caudal es el que se utiliza para la lnea de distribucin.

3.5.4 FACTOR DE GASTO

Es definido como el consumo de agua que se da por vivienda. Con este factor, el caudal de

hora mxima se puede distribuir en los tramos de tuberas que componen la red de

distribucin.

FG = Q ddist./ No. viviendas (11)

FG = (1.75 lt/seg)/126 viviendas = 0.0139

3.6 OBRAS DE CAPTACION

Se construirn cajas de captacin para cada uno de los nacimientos existentes en el

proyecto Casero Agua Tibia de acuerdo al diseo tpico que se encuentra en planos, los cuales

estn en el anexo No. 2. Este diseo es especfico para fuentes de ladera concentrada que es el

caso de los nacimientos que se encuentran en el proyecto.

3.7 CAJA REUNIDORA DE CAUDALES

En el proyecto Casero Agua Tibia se construir una caja reunidora de caudales, esto se

hace con el objetivo de unificar los caudales de los cuatro nacimientos para volverlo uno solo

y conducirlo al tanque de distribucin.

3.8 LINEA DE CONDUCCION

Para el diseo de la lnea de conduccin se utilizo la formula de Hazen-Williams.

20

Hf = 1,743.81 * L * Q 1.85

C 1.85

* D 4.87

Donde:

Hf = Perdida de carga

Q = Caudal en litros/ segundo (lts/seg)

L = Longitud de tubera (mts)

D = Dimetro de tubera en pulgadas (pulg)

C = Coeficiente de Hazen-Williams, que depende de las paredes interiores de la tubera, si

es PVC o HG.

Desglosando la formula anterior:

Hf = P * Q 1.85

P = P * L 1000

P = 1743811 (12)

C1.85

* D 4.87

En base al desglose de la formula se calcularon los valores de P para los diferentes dimetros de tubera comercial.

VALORES DE P

HG PVC

(pulg.) C = 100 C = 140

2 1/2 3.97 2.13

2 11.80 6.32

1 1/2 47.86 25.66

1 1/4 116.29 62.36

21

1 344.75 184.87

3/4 1,399.43 750.45

La distancia horizontal se incrementara en un 3 %, debido a la pendiente y a lo accidentado

del terreno.

PARA EL PROYECTO AGUA TIBIA:

De la estacin E = R2 a la estacin E = 9

En estacin E = R2 y estacin E = 3 construir cajas de captacin tpica.

El nacimiento # 1 que se encuentra en la estacin E = R2 se conectara al nacimiento # 2

que se encuentra en la estacin E = 3, para luego conducirse dichos nacimientos a una caja

reunidora de caudales que se encuentra ubicada en la estacin E = 9.

El nacimiento # 1 conduce una caudal de 0.06 lt/seg. El nacimiento # 2 conduce un caudal

de 0.17 lts/seg, sumados los dos nos produce un caudal de 0.23 lt/seg.

De la estacin E = 5.4 a estacin E = 9

En estacin E = 5.4 y estacin E = 5.1 construir cajas de captacin tpica.

El nacimiento # 3 que se encuentra en la estacin E = 5.4 se conectara al nacimiento # 4

que se encuentra en la estacin E = 5.1, para luego conducirse estos nacimientos a una caja

reunidora de caudales que se encuentra ubicada en la estacin E = 9.

El nacimiento # 3 conduce un caudal de 0.43 lt/seg. El nacimiento # 4 conduce una caudal

de 10 lt/seg, sumados los dos nos produce un caudal de 0.53 lt/seg.

De la estacin E = 9 a la estacin E = R7

En estacin E = 9 construir una caja reunidora de caudales.

Cota inicial de terreno en E-9 = 986.36

Cota final de terreno en E-R37 = 944.47

Diferencia de niveles :

H = Cota inicial Cota final (13) H = 986.36 944.47 = 41.89 mt.

Calculo de la distancia:

Distancia (L) = distancia * 1.03 (14)

22

Distancia (L) = 330.22 * 1.03 = 340.13 mt.

Caudal = 0.76 lt/seg.

Despejando el dimetro de la formula de Hazen Williams:

( 1 / 4.87)

D = 1,743.811 * L * Q 1.85

(15)

H * C 1.852

( 1 / 4.87)

D = 1743.811 * 340.13 * 0.76 1.85

41.89 * 140 1.852

D = 0.98" El intervalo de dimetros comerciales donde se encuentra este dimetro terico

es:

( 3/4" < 0.98" < 1" )

Utilizando 1"

Hf = ( P * L * Q1.85 ) / 1000 Hf = (184.87 * 340.13 * 0.76

1.85 ) / 1000

Hf = 37.85 mt.

Piezometrica de Salida = Cota de terreno 1 mt = 986.36 1 mt = 985.36 mt.

Piezometrica de llegada = Piezometrica de salida Hf (16) = 985.36 37.85 = 947.51 mt.

Presin dinmica = Piezometrica de llegada Cota de terreno de llegada (17) = 947.51 944.47 = 2.54 m.c.a.

Se puede notar que se usa dimetro de 1" la presin dinmica es muy pequea, si

seusara un dimetro de 3/4" la piezometrica se enterrara, se opto por usar un dimetro de

2" pvc que es la que mas se ajusta a nuestro diseo.

23

Utilizando 2"

Hf = ( 6.32 * 340.13 * 0.76 1.85

) / 1000

Hf = 1.29 mt.

Piezometrica de salida = 986.36 1 mt. Piezometrica de salida = 985.36 mt.

Piezometrica de llegada = 985.36 1.29 = 984.07 mt.

Presion Dinamica = 984.07 944.47 = 39.60 m.c.a.

De la estacin de E = 9 a la estacin E = R7 utilizar tubera de 2 pvc.

Calculo de la velocidad en este tramo:

V = 4 * Q / D2

V = 4 ( 0.76) / ( 2 )2

V = 0.38 mt / seg.


Cota inicial de terreno en E R7 = 944.47 Cota final de terreno en E 43 = 936.31


H = 944.47 936.31 H = 8.16 mt.

Distancia (L) = 2,185.55 * 1.03 = 2,251.12 mt.



( 1 / 4.87)

D = 1743.811 * 2,251.12 * 0.76 1.85

24

8.16 * 140 1.852

D = 2.02 " El intervalo de dimetros comerciales donde se encuentra este dimetro terico es:

( 2 " < 2.02 " < 2 )

Utilizando dimetro de 2 "

Hf = ( 6.32 * 2,251.12 * 0.76 1.85

) / 1000

Hf = 8.56 mt.

Piezometrica de salida = 984.07 mt.


Presin dinmica = 975.51 936.31 = 39.20 m.c.a.

La presin dinmica comparada con el perfil del terreno es muy grande utilizaremos un

dimetro menor de 1 ".

Utilizando tubera de 1 "

Hf = ( 25.66 * 2,251.12 * 0.76 1.85

) /1000

Hf = 34.76 mt.



Presin Dinmica = 949.31 936.31 = 12.99 m.c.a.

Esta tubera se adecua mejor al perfil del terreno. De la estacin E = R7 a estacin E = 43

utilizar tubera de 1 " pvc.


V = 4 * Q / D2

25

V = 4 * ( 0.76 ) / (1.5)2

V = 0.67 mt/seg.

De la estacin E = 43 a la estacin E = 48

En la estacin E = 48 construir una caja rompe presin

Cota inicial de terreno en E 43 = 936.31 Cota final de terreno en E 48 = 918.25


H = 936.31 918.25 H = 18.06 mt.

Distancia = 232.23 * 1.03 = 239.20 mt.



( 1 / 4.87)

D = 1743.811 * 239.20 * 0.76 1.85

18.06 * 140 1.852


( 1 " < 1.08 " < 1 " )


Hf = ( 184.87 * 239.20 * 0.76 1.85

) /1000

Hf = 26.62 mt.

Piezometrica de salida = 949.30 mt


26


De la estacin E = 43 a estacin E = 48 utilizar tubera de 1 " pvc.


V = 4 * Q / D2

V = 4 * ( 0.76) / ( 1 )2

V = 1.50 mt/seg.




H = 918.25 899.72 H = 18.53 mt.

Distancia (L) = 2,016.49 * 1.03 = 2076.98 mt.



( 1 / 4.87)

D = 1743.811 * 2076.98 * 0.76 1.85

18.53 * 140 1.852


( 1 1/2 " < 1.68 " < 2 " )


Hf = ( 6.32 * 2076.98 * 0.76 1.85

) /1000

Hf = 7.90 mt.

Piezometrica de salida = 918.25 1 mt

27

= 917.25 mt.





V = 4 * Q / D2

V = 4 * ( 0.76) / ( 2 )2

V = 0.37 mt/seg.


Cota inicial de terreno en E 89 = 899.72 Cota final de terreno en E R50 = 887.70


H = 899.72 887.70 H = 12.02 mt.

Distancia (L) = 199.76 * 1.03 = 205.75 mt.



( 1 / 4.87)

D = 1743.811 * 205.75 * 0.76 1.85

12.02 * 140 1.852


( 1 " < 1.14 " < 1 " )

28


Hf = ( 62.36 * 205.75 * 0.76 1.85

) /1000

Hf = 7.72 mt.

Piezometrica de salida = 909.35



Si se utilizara tubera de 1 " la piezometrica se enterrara. Por lo tanto de la estacin E = 89

a estacin E = R50 utilizar tubera de 1 " pvc.


V = 4 * Q / D2

V = 4 * ( 0.76) / ( 1.25 )2

V = 0.96 mt/seg.




H = 887.70 869.56 H = 18.14 mt.

Distancia (L) = 201.44 * 1.03 = 207.48 mt.



( 1 / 4.87)

D = 1743.811 * 207.48 * 0.76 1.85

18.14 * 140 1.852

29


( 1 " < 1.05 " < 1 " )


Hf = ( 62.36 * 207.48 * 0.76 1.85

) /1000

Hf = 7.79 mt.




De la estacin E = R50 a estacin E = 97 utilizar tubera de 1 " pvc.


V = 4 * Q / D2

V = 4 * ( 0.76) / ( 1.25 )2

V = 0.96 mt/seg.


En estacin E = 101 construir Tanque de Distribucin



H = 869.56 840.97 H = 28.59 mt.

Distancia (L) = 370.50 * 1.03 = 381.62 mt.



30

( 1 / 4.87)

D = 1743.811 * 381.62 * 0.76 1.85

28.59 * 140 1.852


( 1 " < 1.08 " < 1 " )


Hf = ( 184.87 * 381.62 * 0.76 1.85

) /1000

Hf = 42.46 mt.






V = 4 * Q / D2

V = 4 * ( 0.76) / ( 1 )2

V = 1.5 mt/seg.

31

3.9 TANQUE DE DISTRIBUCION

El tanque de distribucin se encuentra en un lugar ms alto que el de las viviendas esto con

el objetivo de mantener las presiones en la lnea de distribucin, dentro de los limites de

servicio y por la topografa del terreno.

El volumen del tanque de distribucin se calcula de acuerdo a la demanda real de las

comunidades, en este caso como no se tienen estos estudios se calculara por el procedimiento

que utiliza el departamento de Medio Ambiente y Salud cuyo volumen se calcula del 25 al 50

% del caudal medio diario.

Para el proyecto del Casero Agua Tibia, Aldea San Vicente Buenabaj se utilizo el 50 % del

caudal medio diario.

Volumen del tanque = Caudal Medio Diario * 50 % (18)

= 50.43 m3

* 50 %

= 25.21 m3. Se utilizara un volumen de 25 m

3

Dimensionamiento del tanque de distribucin

Volumen del tanque = 25,000 lt = 25 m3

Asumiendo una altura efectiva del agua = 1.60 mt.

25 m3

/ 1.60 mt = 15.62 mt2

15.62 mt2 = 3.95 mt.

Las dimensiones del tanque sern = 3.95 X 3.95 X 1.60 = 25 mt3.

3.10 DISEO DEL TANQUE DE DISTRIBUCION

Se diseara un tanque de concreto armado

Datos:

suelo = 1600 kg/ m3 = tg ( 2 / 3 ) = 30 concreto = 2400 kg/m3 Altura del agua = 1.60 mt. agua = 1000 kg/m3 Cmara de aire = 0.25 mt. = 30 ( ngulo de friccin interna) Espesor de piso = 0.15 cm. V.S. = 12 Tn / m

2

32

Diseo de losa:

Espesor de losa t = 2A + 2B / 180

Espesor t = A + B / 90

Espesor t = ( 3.95 + 3.95 ) / 90

Espesor t = 0.09 cms.

Utilizamos un espesor de losa = 10 cms.

Integracin de cargas:

Carga muerta = 2400 kg/m3

* 0.10 mt = 240 kg/mt2

Peso de acabados = 60 kg/mt2

Total de carga muerta = 300 kg/mt2

C.M.U. = 1.4 ( 300 kg/mt2 ) .

C.M.U. = 420 kg/mt2

Carga viva = 100 kg/mt2

C.V.U. = 1.7 ( 100 kg/mt2 )

C.V.U. = 170 kg/mt2.

C.T.U. = C.M.U. + C.V.U.

C.T.U. = 420 kg/mt2 + 170 kg/mt

2 .

C.T.U. = 590 kg/mt2.

Distribucin de cargas:

Como las dimensiones del tanque son iguales, solo calculamos un rea tributaria.

A1 = 2 * ( b * h )

A1 = 2 * ( (1.975) (1.975) ) )

A1 = 3.90 mt2

.

Los cuatro muros tendrn las mismas cargas.

Muro A B Carga total (Wt) = ( 3.90 mt

2 * 590 kg/mt

2 ) + (0.30 mt * 0.20 mt ) * (2400 kg/mt

3 )

3.95 mt

Wt = 726 kg/mt * 1 ton/1000 kg

Wt = 7.30 Ton/mt.

33

3.11 PREDIMENSIONAMIENTO DEL MURO

Espesor de cortina promedio (t):

Base del muro:

t = H/12 t =2.15/12 = 0.18

t = El espesor promedio es de 0.19 se aproxima a 0.20 mt.

Base del muro:

La base esta entre 0.40H < B < 0.65H se utilizara por criterio 0.50H

Base = 05H = 0.50 (2.15 m ) = 1.075 m se utilizara 1.10 mt.

Pie:

P = Base/3

El pie debe estar entre 0.08H < P < 0.40H P = 1.10/3 = 0.37 mt. Se aproxima 0.40 mt.

Espesor de zapata :

El espesor de zapata debe estar entre 0.25mt < Tz < 1.25 mt. Se tomara un espesor de zapata Tz = 0.30 mt

COEFICIENTES DE EMPUJE ACTIVO Y PASIVO:

Coeficiente de empuje Activo:

Ka = (1-sen)/(1+sen) = 1

34

Coeficiente de empuje Pasivo:

Kp = (1+sen)/(1-sen) = 3

DIAGRAMA DE CUERPO LIBRE DE PRESIONES ACTIVAS Y PASIVAS

3.12 CALCULO DE PRESIONES HORIZONTALES A UNA PROFUNDIDAD

" H " DEL MURO

Presin de terreno = Kp x s x h Presin de terreno = 3 x 1.6 T/mt x 1.00 mt = 4.8 T/mt

Presin del Agua = Ka x agua x hagua Presin del Agua = 1 x 1 T/mt x 1.60 mt = 1.60 T/mt

3.13 CALCULO DE CARGAS TOTALES DE LOS DIAGRAMAS DE PRESION

Estas cargas se calculan como el rea del diagrama de presiones actuantes en su centroide.

Presin total de terreno = 0.5 x 4.8 T/m x 1.00 m = 2.40 T/mt

Presin total del agua = 0.5 x 1.60 T/mt x 1.60 m = 1.28 T/mt

3.14 CALCULO DE MOMENTOS AL PIE DEL MURO

Mterreno = Ptotal terreno x h/3

Mterreno = 2.40 T/ mt x 1.00 mt/3 = 0.80 Ton-m/m

Magua = Ptotal agua x Hagua /3

Magua = 1.28 T/mt x 1.60 mt/3 = 0.68 Ton-m/m

35

Seguidamente se calculara el peso total del sistema y el momento que ejerce en el punto cero.

PESO TOTAL DEL SISTEMA Y MOMENTOS RESPECTO A "O"

No. rea (m ) (T/m) W (T/m) Brazo (m) M (T-m/m)

1 0.40 * 0.70 1.6 0.45 0.40 / 2 = 0.20 0.09

2 0.20 * 1.85 2.4 0.88 0.40 + 0.20/2 = 0.50 0.44

3 0.55 * 1.60 1.0 0.88 0.4 + 0.20 + 0.55/2 = 0.88 0.77

4 0.30 * 1.15 2.4 0.83 1.15/2 = 0.58 0.48

5 0.73 0.40 + 0.20/2 = 0.50 0.37

W = 3.77 M = 2.15

Chequeo de estabilidad contra volteo:

FSV = Mresistente / Mactuante = (Mterreno + Momentos ) / Magua El factor de seguridad de volteo debe ser > 1.50 FSV = ( 0.80 T- m/m + 2.15 T- m /m ) / 0.68 T-m/m = 4.33

FSV = 4.33 > 1.5 el factor de seguridad contra volteo si chequea.

Chequeo de estabilidad contra deslizamiento:

Deslizamiento en este caso no existe por lo que es un tanque semienterrado

36

Chequeo de presin mxima bajo la base del muro:

La distancia "a" a partir del punto "o" donde actan las cargas verticales.

donde la excentricidad e = L/2 - a

Presiones en el terreno:

q = ( W/(L * b) ) (( W x e ) / S ) Donde S = Modulo de seccin = 1/6 * L

q = (3.77 T/m /1.15 m) (( 3.77 T/m x -0.025 m ) / ( 1/6*( 1.15m)))

q max = 3.71 T/m

q min = 2.85 T/m

q max < que el valor soporte del suelo V.S. = 12 T/m. q min > 0 para que no existan presiones negativas.

3.15 DISEO ESTRUCTURAL DE LOS ELEMENTOS

Diseo del pie

Chequeo por corte

Wsuelo + cimiento = Ws + c Ws + c = suelo x desp x Lpie + concreto x tzapata x Lpie Ws + c = ( 1.6 T/m x 0.70 m x 0.40 m ) + ( 2.4 T/m x 0.30 m x 0.4 m )

Ws + c = 0.74 T/m

La presin a rostro del muro externo es:

37

qd / 1.40 = q max / 1.80

qd / 1.40 = 3.71 / 1.80 qd = 2.89 T /m

W'ss = 2.89 T/m x 0.40 m = 1.16 T/m

W''ss = (3.71 - 2.89) T/m x 0.40m/2 = 0.16 T/m

El corte actuante es vertical y hacia arriba por lo que la tensin se producir en la parte inferior

del pie, donde se deber colocar el refuerzo.

Calculo del peralte efectivo:

d = t - rec - /2 ; asumiendo un No. 4

d = [30 - 7.5 - 1.27/2] cm = 21.87 cm.

Por lo que el corte resistente ser :

Vresist = 0.85 x 0.53 x f'c x b x d Vresist = 0.85 x 0.53 x 210 kg/cm x 100 cm x 21.87 cm/ 1000 Vresist = 14.28 T/m

El corte en el rostro del muro ser:

Vrostro = 1.7 ( W'ss + W'' - Ws+c ) = 1.7 ( 1.16 + 0.16 - 0.74 ) T/m

Vrostro = 1.00 T/m < Vresitente si chequea por corte.

Chequeo por flexion:

Murostro = 1.7 [ W'ss * ( Lpie/2) + W''ss * 2/3 * Lpie - Ws+c * (Lpie/2) ]

Murostro = 1.7 [ 1.16 * ( 0.40/2) + 0.16 * 2/3 * 0.40 - 0.74 * (0.40/2) ] T-m/m

Murostro = 0.22 T-m/m = 22000 kg - cm

Calculo de rea de acero:

Asreq = 0.85 * f'c/Fy * b * d [ 1 - 1 - (Mu / 0.0038.25 * f'c * b * d) ]

con los siguientes datos Se obtiene:

Mu = 22000 kg cm Asreq = 0.40 cm d = 21.87 cm Asmin = 14.1/Fy * b * d

b = 100 cm Asmin = 14.1/2810 * 100 * 21.87

fc = 210 kg/cm Asmin = 10.97 cm Fy = 2810 kg/cm Se utiliza el Asmin con varilla No. 4 @ 0.12 mt.

Se utiliza Astemp en el sentido logitudinal

Astemp = 0.002 x b x t

Astemp = 0.002 x 40 cm x 30 cm = 2.40 cm

Colocar No. 4 @ 0.20 mt

Diseo del taln

Chequeo por corte

La presin al rostro interno del muro es:

38

Wa+c = Wagua + cimiento

Wa+c = a x H x Ltalon + c x tzapata x Ltalon Wa+c = ( 1 T/m x 1.60 m x 0.55m) + 2.4 T/m x 0.30m x 0.55m) = 1.28 T/m.

Calculo del peralte efectivo:

d = t - rec - /2 ; asumiendo un No. 4

d = ( 30 - 7.5 - 1.27/2 )cm = 21.87 cm

Por lo que el corte resistente ser :

Vresit = 0.85 x 0.53 x fc x b x d Vresist = 0.85 x 0.53 x 210 kg/cm x 100 cm x 21.87 cm/ 1000 Vresist = 14.28 T/m

El corte en el rostro del muro ser:

Vrostro = 1.7 ( W'ss + W'' - Ws+c ) = 1.7 ( 1.34 + 0.07 - 1.28 ) T/m

Vrostro = 0.22 T/m < Vresitente si chequea por corte.


Murostro = 1.7 [ Ws+c * (Ltalon/2) - W'ss x (Ltalon/2) - W''ss ( Ltalon/3) ]

Murostro = 1.7 [ 1.28 x (0.55/2) - 1.34 x (0.55/2) - 0.07 (0.55)(1/3) ] T- m/m

Murostro = 0.07 T-m/m = 7000 kg - cm





b = 100 cm Asmin = 14.1/2810 * 100 * 21.87



39


Astemp = 0.002 x 40 cm x 30 cm = 2.40 cm

Colocar No. 4 @ 0.20 mt.

Diseo de pantalla

Se tiene que:

P'agua = Kactivo x agua x h P'agua = 1 x 1 T/m x 1.60 m/2 = 1.60 T/m

Pagua = P'agua x hagua/2

Pagua = 1.60 T/m x 1.60m/2 = 1.28 T/m

Chequeo por corte:

Vurostro = 1.7 x Pagua

Vurostro = 1.7 ( 1.28 T/m ) = 2.18 T/m

Calculo del peralte:

d = t - rec - /2; asumiendo un No. 4

d = ( 20 - 2.5 - 1.27/2 )cm = 16.87cm

Por lo que el corte resistente sera :

Vresist = 0.85 x 0.53 x fc x b x d Vresist = 0.85 x 0.53 x 210 kg/cm x 100 x 16.87/1000 Vresist = 11.01 T/m.

Vresist > Vrostro; si resiste el corte actuante.


Murostro = 1.7 ( Pagua x H x 1/3 )

Murostro = 1.7 ( 1.28 T/m x 1.85 x 1/3 ) T- m/m

Murostro = 1.34 T - m/m



40



b = 100 cm Asmin = 14.1/2810 * 100 * 21.87




Astemp = 0.002 x 185 cm x 20 cm = 7.40 cm

Colocar No. 4 @ 0.30 mt.

Utilizar dos camas de acero tanto para el muro como para la zapata, ya que el anlisis estructu-

ral cuando el tanque esta vaci es el mismo que se realizo.

3.16 LINEA DE DISTRIBUCIN

De la estacin E = 101 a la Estacin E = 107

En la estacin E = 107 construir una caja rompe presin

Cota inicial de terreno en E -101 = 840.97

Cota inicial de terreno en E -107 = 794.88


H = Cota inicial Cota Final H = 840.97 794.88 = 46.09 mt.

Distancia (L) = 648.26 * 1.03 = 667.71 mt.



( 1 / 4.87)

D = 1743.811 * 667.71 * 2.14 1.85

41.89 * 140 1.852

D = 1.63 " El intervalo de dimetros comerciales donde se encuentra este dimetro terico es :

( 1 1/2 " < 1.63 " < 2" )

Utilizando dimetro de 1 1/2 "

Hf = ( P' * L * Q 1.85

) / 1000

41

Hf = (25.66 * 667.71 * 2.14 1.85

) / 1000

Hf = 70 mt.

Piezometrica de salida = 840.97 1 mt. Piezometrica de salida = 839.97 mt.

Piezometrica de llegada = 839.97 70 = 769.97 mt.

Presin dinmica = 769.97 794.88 = - 25.78 m.c.a.

Se puede notar que si se utiliza tubera de 1 la piezometrica se entierra.


Hf = ( 6.32 * 667.71 * 2.14 1.85

) /1000

Hf = 17.24 mt.

Piezometrica de salida = 840.97 1 = 839.97 mt.





V = 4 * Q / D2

V = 4 * ( 2.14) / ( 2 )2

V = 1.06 mt/seg.




H = 794.88 774.10 H = 20.78 mt.

Distancia (L) = 194.04 * 1.03 = 199.86 mt.

42



( 1 / 4.87)

D = 1743.811 * 199.86 * 2.14 1.85

20.78 * 140 1.852


( 1 " < 1.51 " < 2 " )


Hf = ( 25.66 * 199.86 * 2.14 1.85

) /1000

Hf = 20.95 mt.



Presin Dinmica = 772.93 774.10 = - 1.17 m.c.a.

Si se utiliza tubera de 1 se puede notar que la piezometrica se entierra.


Hf = ( 6.32 * 199.86 * 2.14 1.85

) /1000

Hf = 5.16 mt.




43



V = 4 * Q / D2

V = 4 * ( 2.14) / ( 2 )2

V = 1.06 mt/seg.


En estacin E = 109 construir una caja rompe presin



H = 774.10 770.35 H = 3.75 mt.

Distancia (L) = 54 * 1.03 = 55.62 mt.



( 1 / 4.87)

D = 1743.811 * 55.62 * 1.90 1.85

3.75 * 140 1.852


( 1 " < 1.60 " < 2 " )


Hf = ( 25.66 * 55.62 * 1.90 1.85

) /1000

Hf = 4.68 mt.

44






V = 4 * Q / D2

V = 4 * ( 1.90 ) / ( 1.5 )2

V = 1.67 mt/seg.


En estacin E = R62 construir una caja rompe presin

Cota inicial de terreno en E 109 = 770.35 Cota final de terreno en E R62 = 743.57


H = 770.35 743.57 H = 26.78 mt.

Distancia (L) = 130 * 1.03 = 133.90 mt.



( 1 / 4.87)

D = 1743.811 * 133.90 * 1.19 1.85

26.78 * 140 1.852


( 1 " < 1.26 " < 1 " )


45

Hf = ( 62.36 * 133.90 * 1.19 1.85

) /1000

Hf = 11.52 mt.




Si se utiliza tubera de 1 " la presin dinmica esta muy baja con respecto al perfil del

terreno. Por lo tanto se utilizara un dimetro mayor.


Hf = ( 25.66 * 133.90 * 1.19 1.85

) /1000

Hf = 4.74 mt.




De la estacin E = 109 a estacin E = R62 utilizar tubera de 1 " pvc.


V = 4 * Q / D2

V = 4 * ( 1.19 ) / ( 1.5 )2

V = 1.04 mt/seg.




H = 743.57 723.39

46

H = 20.18 mt.

Distancia (L) = 142.08 * 1.03 = 146.34 mt.



( 1 / 4.87)

D = 1743.811 * 146.34 * 1.19 1.85

20.18 * 140 1.852


( 1 " < 1.13 " < 1 " )


Hf = ( 62.36 * 146.34 * 1.19 1.85

) /1000

Hf = 12.59 mt.




Si se utilizara tubera de 1 " la presin dinmica es muy pequea. Si se utilizara tubera de

1 " la piezometrica se enterrara. Por lo tanto se utilizara un dimetro mayor, la tubera que

mejor se adapta al perfil del terreno es 2 " .


Hf = ( 2.13 * 146.34 * 1.19 1.85

) /1000

Hf = 0.43 mt.



47


De la estacin E = R62 a estacin E = 112 utilizar tubera de 2 " pvc.


V = 4 * Q / D2

V = 4 * ( 1.19 ) / ( 2.5 )2

V = 0.38 mt/seg.




H = 723.39 701.75 H = 21.64 mt.

Distancia (L) = 460.04 * 1.03 = 473.84 mt.



( 1 / 4.87)

D = 1743.811 * 473.84 * 0.71 1.85

21.64 * 140 1.852


( 1 " < 1.17 " < 1 " )


Hf = ( 184.87 * 473.84 * 0.71 1.85

) /1000

Hf = 46.49 mt.

48



Presin Dinmica = 695.65 701.75 = - 61 m.c.a.

Si se utiliza tubera de 1" la piezometrica se enterrara.


Hf = ( 62.36 * 473.84 * 0.71 1.85

) /1000

Hf = 15.68 mt.






V = 4 * Q / D2

V = 4 * ( 0.71 ) / ( 1.25 )2

V = 0.90 mt/seg.




H = 701.25 662.01 H = 39.24 mt.

Distancia (L) = 328 * 1.03 = 337.84 mt.


49


( 1 / 4.87)

D = 1743.811 * 337.84 * 0.71 1.85

39.24 * 140 1.852


( 3/4 " < 0.97 " < 1 " )

Utilizando tubera de 3/4 "

Hf = ( 750.45 * 337.84 * 0.71 1.85

) /1000

Hf = 134.54 mt.

Piezometrica de salida = 701.75 1 = 700.75


Presin Dinmica = 566.21 662.01 = - 95.80 m.c.a.

Si se utiliza tubera de 3/4 " la piezometrica se enterrara.


Hf = ( 184.87 * 337.84 * 0.71 1.85 ) /1000

Hf = 33.14 mt.




50

Como se puede observar la presin dinmica utilizando tubera de 1 " es muy baja. Por lo

tanto se utilizara una tubera de mayor dimetro.


Hf = ( 62.36 * 337. * 0.71 1.85

) /1000

Hf = 11.18 mt.






V = 4 * Q / D2

V = 4 * ( 0.71 ) / ( 1.25 )2

V = 0.90 mt/seg.

RAMAL No. 1

De la estacin E = 108 a la estacin E = A1

En estacin E = A1 construir una caja rompe presin

Cota inicial de terreno en E 108 = 774.10 Cota final de terreno en E A1 = 741.64


H = 774.10 741.64 H = 32.46 mt.

Distancia (L) = 129.01 * 1.03 = 132.88 mt.



( 1 / 4.87)

D = 1743.811 * 132.88 * 0.20 1.85

51

32.46 * 140 1.852


( 1/2 " < 0.51 " < 3/4 " )


Hf = ( 5406.129 * 132.88 * 0.20 1.85

) /1000

Hf = 36.58 mt.




Si se utiliza tubera de 1/2 " la piezometrica es muy baja. Por lo tanto se utilizara tubera de

3/4 "


Hf = ( 750.45 * 132.88 * 0.20 1.85

) /1000

Hf = 5.08 mt.



Presin Dinmica = 783.64 741.64 = 42 m.c.a.

De la estacin E = 108 a la estacin E = A1 utilizar tubera de 3/4 " pvc 250 PSI.


V = 4 * Q / D2

V = 4 * ( 0.20 ) / ( 0.75 )2

52

V = 0.70 mt/seg.

De la estacin E = A1 a la estacin E = 1.2

En estacin E = A1 construir una caja rompe presin

Cota inicial de terreno en E A1 = 741.64 Cota final de terreno en E 1.2 = 709.18


H = 741.64 709.18 H = 32.46 mt.

Distancia (L) = 129.01 * 1.03 = 132.88 mt.



( 1 / 4.87)

D = 1743.811 * 132.88 * 0.20 1.85

32.46 * 140 1.852


( 1/2 " < 0.51 " < 3/4 " )


Hf = ( 750.45 * 132.88 * 0.20 1.85

) /1000

Hf = 5.08 mt.




53

Se puede observar que si se utiliza una tubera de 3/4 "se tiene una presin alta, pero

tomando en cuenta que el caudal es pequeo se puede aumentar la presin dinmica.


Hf = ( 184.87 * 132.88 * 0.20 1.85

) /1000

Hf = 1.25 mt.




De la estacin E = A1 a la estacin E = 1.2 utilizar tubera de 1 " pvc.


V = 4 * Q / D2

V = 4 * ( 0.20 ) / ( 1 )2

V = 0.39 mt/seg.

RAMAL No. 2

De la estacin E = 109 a la estacin E = 2.1

Cota inicial de terreno en E 109 = 770.35 Cota final de terreno en E 2.1 = 748.78


H = 770.35 748.78 H = 21.57 mt.

Distancia (L) = 90 * 1.03 = 92.70 mt.


54


( 1 / 4.87)

D = 1743.811 * 92.70 * 0.69 1.85

21.57 * 140 1.852


( 3/4 " < 0.83 " < 1 " )


Hf = ( 184.87 * 92.70 * 0.69 1.85

) /1000

Hf = 8.63 mt.





Si se utilizara tubera de 3/4 " la piezometrica se enterrara Si se utiliza tubera de 1 " la

presin dinmica es muy baja. Por lo tanto se utilizara un tubera de mayor dimetro.


Hf = ( 62.36 * 92.70 * 0.69 1.85

) /1000

Hf = 2.91 mt.




De la estacin E = 109 a la estacin E = 2.1 utilizar tubera de 1 " pvc.

55


V = 4 * Q / D2

V = 4 * ( 0.69 ) / ( 1.25 )2

V = 0.87 mt/seg.

De la estacin E = 2.1 a la estacin E = C2

Cota inicial de terreno en E 2.1 = 748.78 Cota final de terreno en E C2 = 724.80


H = 748.78 724.80 = 23.98 mt.

Distancia (L) = 82 * 1.03 = 84.46 mt.



( 1 / 4.87)

D = 1743.811 * 84.46 * 0.20 1.85

23.98 * 140 1.852


( 1/2 " < 0.50 " < 3/4 " )

Se tomara tubera de 3/4 " ya que el caudal es pequeo, esto aumentara la presin dinmica.


Hf = ( 750.45 * 84.46 * 0.20 1.85

) /1000

Hf = 3.23 mt.



56


De la estacin E = 2.1 a la estacin E = C2 utilizar tubera de 3/4 " pvc 250 PSI.


V = 4 * Q / D2

V = 4 * ( 0.20 ) / ( 0.75 )2

V = 0.70 mt/seg.

De la estacin E = 2.1 a la estacin E = 2.2

Cota inicial de terreno en E 2.1 = 748.78 Cota final de terreno en E 2.2 = 725.64


H = 748.78 725.64 H = 23.14 mt.

Distancia (L) = 124 * 1.03 = 127.72 mt.



( 1 / 4.87)

D = 1743.811 * 127.72 * 0.20 1.85

23.14 * 140 1.852


( 1/2 " < 0.54 " < 3/4 " )


57

Hf = ( 750.45 * 127.72 * 0.20 1.85

) /1000

Hf = 4.88 mt.




De la estacin E = 2.1 a la estacin E = 2.2 utilizar tubera de 3/4 " pvc 250 PSI.


V = 4 * Q / D2

V = 4 * ( 0.20 ) / ( 0.75 )2

V = 0.70 mt/seg.

De la estacin E = 2.1a la estacin E = 4.2

Cota inicial de terreno en E 2.1 = 748.78 Cota final de terreno en E C2 = 741.33


H = 748.78 741.33 H = 7.45 mt.

Distancia (L) = 188.16 * 1.03 = 193.80 mt.



( 1 / 4.87)

D = 1743.811 * 193.80 * 0.20 1.85

7.45 * 140 1.852


( 3/4 " < 0.75 " < 1 " )


58

Hf = ( 184.87 * 193.80 * 0.20 1.85

) /1000

Hf = 1.82 mt.




De la estacin E = 2.1 a la estacin E = 4.2 utilizar tubera de 1 " pvc 160 PSI.


V = 4 * Q / D2

V = 4 * ( 0.20 ) / ( 1 )2

V = 0.39 mt/seg.

RAMAL No. 3

De la estacin E = 112 a la estacin E = 3.3

Cota inicial de terreno en E 2.1 = 723.39 Cota final de terreno en E = 705.49


H = 723.39 705.49 H = 17.90 mt.

Distancia (L) = 290 * 1.03 = 298.70 mt.



( 1 / 4.87)

D = 1743.811 * 298.70 * 0.24 1.85

17.90 * 140 1.852


59

( 1/2 " < 0.73 " < 3/4 " )


Hf = ( 750.45 * 298.70 * 0.24 1.85

) /1000

Hf = 15.99 mt.




Si se utilizara tubera de 1/2 " la piezometrica se enterrara. Si se utiliza tubera de 3/4 la

presin dinmica es alta, pero se puede incrementar un poco ms utilizando una tubera de

mayor dimetro.


Hf = ( 184.87 * 298.70 * 0.24 1.85

) /1000

Hf = 3.94 mt.




De la estacin E = 112 a la estacin E = 3.3 utilizar tubera de 1 " pvc 160 PSI.


V = 4 * Q / D2

V = 4 * ( 0.24 ) / ( 1 )2

desarrollo del proyecto agua tibia

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