diseño agua

CÁLCULO DE LA POBLACIÓN FUTURA

del histórico de crecimiento poblacional intercensal de la provincia a la que pertenece la localidad, como resultado

del mismo análisis se adoptará el siguiente método de cálculo.

donde:

Po = Población actual 911 hab

n = % tasa de crecimiento 0.60

t = Periodo de años 20 años

Pf = Población futura 1020 hab

DISEÑO:

CLAVE DESCRIPCIÓN

1 URBANO INGRESE CLAVE Población Futura= 1020 hab

2 RURAL 2

3 LIMA

2,- DIGESA (POBLACIONES RURALES) El cálculo de la población futura se hará en base a indices adoptados


EXISTEN TRES PARÁMETROS:



donde:





DISEÑO:

CLAVE DESCRIPCIÓN


2 RURAL 2

3 LIMA






donde:





DISEÑO:

CLAVE DESCRIPCIÓN


2 RURAL 2

3 LIMA


CALCULO DE LA DOTACIÓN DE AGUA

y no deberá sobrepasar los siguientes valores, salvo que el proyectista justifique la dotación asumida.

DOTACIÓN POR REGIÓN POBLACIÓN DOTACIÓN POR NÚMERO DE HABITANTESSelva 70 l/hab/día HASTA 500 60 lt/hab/día 60 l/hab/díaCosta 60 l/hab/día 500 - 1000 60 - 80 lt/hab/día 70 l/hab/díaSierra 50 l/hab/día 1000 - 2000 80 - 100 lt/hab/día 80 l/hab/día

DISEÑO:

CLAVE DESCRIPCIÓN CLAVE HABITANTES DOTACIÓN

1 URBANO INGRESE CLAVE 1.0 HASTA 500 60 l/hab/día INGRESE CLAVE

2 RURAL 2 2.0 500 - 1000 70 l/hab/día 3.0

3 LIMA 3,0 1000 - 2000 80 l/hab/día

CLAVE

POR REGIÓN 1 INGRESE CLAVE

POR HABITANTES 2 2

2

DOTACIÓN DE DISEÑO

80 lt/hab/día

2,- DIGESA (POBLACIONES RURALES) La dotación por habitante deberá ser estimada en base a usos y costumbres de la localidad

VARIACIONES DE CONSUMO


diario, recomendándose el valor promedio de 130%; en caso de considerar valores superiores deberán justificarse.

En el consumo máximo horario se considerarán como el 100% del promedio diario; para poblaciones concentradas o cercanas a poblacionesurbanas se recomienda tomar valores no superiores al 150%.

PARA DISEÑO:1.30 1.50

DISEÑO:

CLAVE DESCRIPCIÓN CONSUMO

1 URBANO INGRESE CLAVE Qmd 1.30 1.23 l/s

2 RURAL 2 Qmh 1.50 1.42 l/s

3 LIMA

CONSUMO PROMEDIO DIARIO ANUAL (Qm)


CONSUMO MÁXIMO DIARIO (Qmd): 1.23 l/s

Qm= 0.94 l/s CONSUMO MÁXIMO HORARIO (Qmh): 1.42 l/s

2,- DIGESA (POBLACIONES RURALES) El consumo Máximo diario (Qmd) se considerará entre el 120% y 150% del consumo promedio

Qmd=Qp*K1 (K1=1,3)

Qmh=Qp*K2 (K2=1,5)

K1 K2

K1 K2

En el consumo máximo horario se considerarán como el 100% del promedio diario; para poblaciones concentradas o cercanas a poblaciones

El consumo Máximo diario (Qmd) se considerará entre el 120% y 150% del consumo promedio

CANTIDAD DE AGUA

EXISTEN DOS MÉTODOS:

La mayoría de sistemas de abastecimiento de agua potable en las poblaciones rurales de nuestro país, tiene como fuentelos manantiales. La carencia de registros hidrológicos nos obliga a realizar una concienzuda investigación de las fuentes. lo ideal sería que los aforos se efectuaran en la temporada crítica de rendimientos que corresponda a los meses de estiaje y lluvias, con la finalidad de conocer los caudales máximos y mínimos. El valor del caudal mínimo debe ser mayor que el consumo máximo diario (Qmd) con la finalidad de cubrir la demanda de agua de la población futura.Se recomienda preguntar a los pobladores de mayor edad acerca del comportamiento y las variaciones de caudal que pueden existir en el manantial, ya que ellos conocen con mayor certeza si la fuente de agua se seca o no.Existen varios métodos para determinar el caudal de agua y los más utilizados en los proyectos de abastecimiento de agua potable en zonas rurales, son los métodos volumétricos y de velocidad - area. El primero es utilizado para calcular caudales hasta un máximo de 10l/s, y el segundo para caudales mayores a 10l/s.

1.- MÉTODO VOLUMETRICO Para aplicar este método es necesario encauzar el agua generando una corriente del fluido de tal manera que se pueda provocar un chorro. Dicho método consiste en tomar el tiempo que demora en llenarse un recipiente de volumen conocido.Posteriormente, se divide el volumen en litros entre el tiempo promedio en segundos, obteniendose el caudal (l/s).

1

5

102 123 114 95 10

PROMEDIO 10.40

CAUDAL= 0.48 l/s

FECHA: 10 DE FEBRERO DEL 2009

2.- MÉTODO VELOCIDAD - AREACon este método se mide la velocidad del agua superficial que discurre del manantial tomando el tiempo que demora un objeto flotante en llegar de un punto a otro en una sección uniforme, habiéndose previamente definido la distancia entre ambospuntos. Cuando la profundidad del agua es menor a 1m, la velocidad promedio del flujo se considera el 80% de la velocidad superficial.

1

5.00

1.20 m 0.20 m 5 0.240 2 1.00 m 0.25 m 6 0.250 3 1.20 m 0.24 m 5 0.288 4 1.10 m 0.26 m 5 0.286

5 1.00 m 0.25 m 5 0.250

PROMEDIO 0.24 m 5.34 0.263 m2

VELOCIDAD= 0.749 m/s CAUDAL= 0.197 m3/s

CAUDAL= 196.85 l/s

DISEÑO:

METODO CLAVE INGRESE CLAVE

VOLUMÉTRICO 1 2

VELOCIDAD - AREA 2

CAUDAL DE LA FUENTE: 196.85 l/s

Nº DE MEDICIONES

VOLUMENCONOCIDO

(Litros)TIEMPO

(Segundos)

Nº DE MEDICIONES

DISTANCIAELEGIDA (Metros)

ANCHO(m)

PROFUNDIDAD(m)

TIEMPO(Segundos)

AREA TRANSVERSAL

(m2)

CÁMARA DE CAPTACIÓNElegida la fuente de agua e identificada como el primer punto del sistema de agua potable, en el lugar del afloramiento se construye una estructura de de captación que permita recolectar el agua, para que luego pueda ser conducido mediante las tuberías de conducción hacia el reservorio de almacenamiento.El diseño hidraúlico y dimensionamiento de la captación dependerá de la topografía de la zona, de la textura del sueloy dela clase de manantial; buscando no alterar la calidad y la temperatura del agua ni modificar la corriente y el caudalnatural del manantial, ya que cualquier obstrucción puede tener consecuencias fatales; el agua crea otro cauce y elmanantial desaparece.Es importante que se incorporen características de diseño que permitan desarrollar una estructura de captación que considere un control adecuado del agua, oportunidad de sedimentación, estabilidad estructural, prevención de futuracontaminación y facilidad de inspección y operación.

TIPOS DE CAPTACIÓN:Como la captación depende del tipo de fuente, y de la calidad y cantidad de agua, el diseño de cada estructura tendrácaracterísticas típicas.Cuando la fuente de agua es un manantial de ladera y concentrado, la captación constará de tres partes:

_ protección del afloramiento_ Cámara húmeda.- Sirve para regular el gasto a utilizarse; _ Cámara seca.- Sirve para proteger la válvula de control. El compartimiento de protección de la fuente consta de una losa de concreto que cubre toda la extensión o áreaadyacente al afloramiento de modo que no exista contacto con el ambiente exterior, quedando asi sellado para evitarla contaminación. Junto a la pared de la cámara existe una cantidad de material granular clasificado, que tiene por finalidad evitar el socavamiento del área adyacente a la cámara y de aquietamiento de algún material en suspensión. La cámara húmeda tiene un accesorio (canastilla) de salida y un cono de rebose que sirve para eliminar el exceso de producción de la fuente.Si se considera como fuente de agua un manantial de fondo y concentrado, la estructura de captación podrá reducirse a una cámara sin fondo que rodee el punto donde el agua brota. Constará de dos partes: la primera, la cámara húmedaque sirve para almacenar el agua y regular el gasto a utilizarse, y la segunda, una cámara seca que sirve para proteger las válvulas de control de salida y desagüe. La cámara húmeda estará provisto de una canastilla de salida y tuberíasde rebose y limpia.Si existen manantiales cercanos unos a otros, se podrá construir varias cámaras, de las que partan tubos o galerías hacia una camara de recolección de donde se inicia la línea de conducción. Adyacente a la cámara colectora se considera la construcción de la cámara seca cuya función es de proteger la válvula de salida, un cono de rebose y tubería de limpia.

DISEÑO HIDRAÚLICO Y DIMENSIONAMIENTO

A) PARA LA CAPTACIÓN DE UN MANANTIAL DE LADERA Y CONCENTRADO

Para el dimensionamiento de la captación es necesario conocer el caudal máximo de la fuente, de modo que el diámetrode los orificios de entrada a la cámara húmeda sea suficiente para captar este caudal o gasto. Conocido el gasto, sepuade diseñar el área de orificio en base a una velocidad de entrada no muy alta y al coeficiente de contracción de losorificios.

Es necesario conocer la velocidad de pase y pérdida de carga sobre el orificio de salida. Aplicando la ecuación deBernoulli entre los puntos 0 y 1, resulta:

donde: ho= Altura entre el afloramiento y el orificio de entrada

(se recomienda valores de 0,4 a 0,5 m).

g= Aceleración de la gravedad (9,81m/s2)

Mediante la ecuación de continuidad considerando los puntos 1 y 2 se tiene.

siendo:

luego:

donde:V2= Velocidad de pase (se recomiendan valores menores o iguales a 0,6m/s)Cd= coeficiente de descarga en el punto 1 (se asume 0,8)

Reemplazando el valor de V1 de la ecuación anterior:

_____________

Para los cálculos, ho es definida como la carga necesaria sobre el orificio de entrada que permite producir la velocidad de pase. Como V2 tiene un máximo valor de 0,6m/s el ho es limitado por ese valor. por lo tanto: consideramos H como la altura del afloramiento y el orificio cuya recomendación es 0,4 - 0,5m.luego consideramos hf como una pérdida por fricción entre el afloramiento y el punto de entrada a la cámarahúmeda lo cual consideramos la siguiente formula:

______________ Adel grafico la carga total será:

despejando:

_____________ Breemplazando y despejando en "A"

DISEÑODATOS:

Altura entre el afloramiento y el punto de entrada al orificio H= 0.50 m RECOMENDADO

Aceleración de la gravedad g= 9.81 m/s2

de la fórmula 1, despejando:

luego: V= 2.51 m/s velocidad máxima permitida= 0.60 m/sasumo: V= 0.50 m/s

TOMAR VALOR ASUMIDOcalculo de la carga para la velocidad dada, con la formula:

0.02 m

Cálculo del valor de la carga por fricción, con la siguiente relación:

0.48 m

finalmente calculamos L mediante la fórmula:

L= 1.60 m

Para determinar el ancho de la pantalla es necesario conocer el diámetro y el número de orificios que permitirán fluir el agua desde la zona de afloramiento hacia la cámara húmeda. Para el cálculo del diámetro de la tubería de entrada (D), se utilizan las siguientes ecuaciones:

donde:Qmáx= gasto máximo de la fuente (l/s)V= Velocidad de paso (se asume 0,5m/s, siendo menor que el valor máximo recomendado 0,6m/s)A= Area de la tubería en m2Cd= Coeficiente de descarga (0,6 a 0,8).

despejando A:

luego:

reemplazando y despejando "D"

Número de orificios: Se recomienda usar diámetros (D) menores o iguales a 2". Si se obtuviera diámetros mayores será necesario aumentar el número de orificios (Nº Orificios), siendo:

en función a los diámetros:

Para el calculo del ancho de la pantalla, se asume que para una buena distribución del agua los orificios se deben ubicar como se muestra en la figura:

dibujo 4,6siendo:

"D" el diámetro de la tubería de entrada"b" el ancho de la pantalla

Conocido el número de orificios y el diámetro de la tubería de entrada, se calcula el ancho de la pantalla (b) mediante la siguiente ecuación:

donde:b= Ancho de la pantallaD= Diámetro de la pantallaNºOrificios= Número de orificios

DISEÑODATOS:

Caudal máximo de la fuente: 1.18 l/svelocidad de pase: V= 0.50 m/sCoeficiente de descarga: Cd= 0.80

Número Diámetro (")Diámetro (pulg)

Aplicando la fórmula: 2 1/4" 0.25 3 3/8" 0.38 4 1/2" 0.50 5 5/8" 0.63

Diámetro calculado: D= 2.41 pulg 6 3/4" 0.75 8 1" 1.00

ASUMIR UN DIAMETRO MENOR QUE 2 PULG 10 1 1/4" 1.25 11 1 3/8" 1.38

Diámetro asumido: D= 1.50 pulg 12 1 1/2" 1.50 14 1 3/4" 1.75 16 2" 2.00 18 2 1/4" 2.25 19 2 3/8" 2.38

Aplicando la fórmula: 20 2 1/2" 2.50 22 2 3/4" 2.75 24 3" 3.00

NºOrificios= 4

Finalmente calculamos el ancho de la pantalla (b):

b= 0.95 m

asumo: b= 1.00 m

En base a los elementos identificados en la figura 4.7 La altura de la cámara húmeda se calcula mediante la siguiente ecuación:

donde:A: Se considera una altura mínima de 10cm. Que permite la sedimentación de la arena.B: Se considera la mitad del diámetro de la canastilla de dalida.H: altura de agua.D: Desnivel mínimo entre el nivel de ingreso del agua de afloramiento y el nivel de agua de la cámara húmeda (mínimo 3 cm)E: Borde libre (de 10 a 30 cms.)

Para determinar la altura de la captación, es necesario conocer la carga requerida para que el gasto de la salida de la captaciónpueda fluir por la tubería de conducción. La carga requerida es determinada mediante la ecuación:

donde:H: Carga requerida en m.V: Velocida promedio en la salida de la tubería de la línea de conducción en m/s.

Se recomienda una altura mínima de 30cm.

DISEÑODATOS: diametro de conducciónAltura de sedimentación de la arena A= 10.00 cm (salida)Mitad del diámetro de la canastilla de salida B= 3.81 cm Dc= 1.50 pulg

Desnivel mínimo entre el nivel de ingreso de agua de afloramiento y el nivel de agua de la cámara húmeda D= 3.00 cmBorde libre E= 30.00 cm

El valor de la carga requerida (H) se define mediante la ecuación:

reemplazando

donde:Gasto máximo diario Qmd= 0.00118 m3/sArea de la tubería de salida 0.0011401Aceleracion de la gravedad g= 9.81 m/s2

H= 0.0852 mH= 8.52 cm ASUMO: 30.00 cm

Para facilitar el paso del agua se asume una altura mínima de:

H= 30.00 cm

Remmplazando los valores calculados obtenemos Ht:

Ht= 0.77 m

SE ASUME: Ht= 1.00 m

Para el dimensionamiento se considera que el diámetro de la canastilla debe ser 2 veces el diámetro de la tubería de salida a la línea de conducción (Dc); que el área total de las ranuras (At) sea el doble del área de la tubería de la línea de conducción; y que la longitud de la canastilla (L) sea mayor a 3Dc y menor a 6Dc.el área total de ranuras se calcula:

donde:Dc: Diámetro de la tubería de salida a la línea de conducción.

Conocidos los valores del área total de ranuras y el área de cada ranura se determina el número de ranuras:

DISEÑODATOS:

Diámetro de la tubería de salida a la línea de conducción Dc= 1.50 pulg

El diámetro de la canastilla será:

3.00 pulgLa longitud de la canastilla (L) será:mínimo= 12.00 cmmáximo= 23.00 cm ASUMO: L= 20.00 cm

Características de la ranura:Ancho de la ranura: 5 mmLargo de la ranura: 7 mm

entonces el área de la ranura (Ar) será:

Ar= 3.5E-05 m2El área total de ranuras (At) será:

At= 2.28E-03

El valor de At no debe ser mayor al 50% del área de la granada (Ag).

Dg= 3.00 pulgL= 0.20 m Ag= 0.04788 m2

50%Ag= 0.02394 m2 OK

luego:At= 2.28E-03

entonces el número de ranuras resulta:

Nº de ranuras= 65

A5.- TUBERÍA DE REBOSE Y LIMPIEZA

En la tubería de rebose y de limpieza se recomienda pendientes de 1 a 1,5% y considerando el caudal máximo de aforo, se determina el diámetromediante la ecuación de Hazen y Williams (para C=140):

A1.- CÁLCULO DE LA DISTANCIA ENTRE EL AFLORAMIENTO Y LA CÁMARA HÚMEDA

considerando los valores Po, Vo, P1 y h1 igual a cero se tiene:

V1= Velocidad teórica en m/s

A1=A2

ho=

hf=

A2.- ANCHO DE LA PANTALLA (b)

Qmáx=

A3.- ALTURA DE LA CÁMARA HÚMEDA

g: Aceleracón de la gravedad igual a 9,81m/s2

At=

A4.- DIMENSIONAMIENTO DE LA CANASTILLA

Dcanastilla=

1

donde:D= Diámetro en pulg.Q= Gasto máximo de la fuente en l/shf= pérdida de carga unitaria en m/m

El rebose se instala directamente a la tubería de limpia y para realizar la limpieza y evacuar el agua de la cámara húmeda, se levanta la tuberíade rebose. La tubería de rebose y de limpia tienen el mismo diámetro:

DISEÑODATOS:

Gasto máximo de la fuente Q= 1.30 l/sPérdida de la carga unitaria hf= 0.02 m/m

El diámetro es calculado con la fórmula:

D= 1.89 pulgASUMO DIÁMETRO COMERCIAL: D= 2.00 pulg

Luego el cono de Rebose será: 2.00 x 4.00 pulg

DISEÑO HIDRAÚLICO Y DIMENSIONAMIENTO

B) PARA LA CAPTACIÓN DE UN MANANTIAL DE FONDO Y CONCENTRADO

El ancho de la pantalla se determina en base a las características propias del afloramiento, quedando definido con la condición que pueda captar la totalidad del agua que aflore del subsuelo.

Para detrminar la altura total de la cámara húmeda (Ht) se considera los elementos identificados, ver fig.

donde.A: Altura del filtro de 10 a 20cm.

B: Se considera una altura mínima de 10cm.C: Se considera la mitad del diámetro de la canastilla de salida. H: Altura de agua.E: Borde libre de 10cm a 30cm.

Para determinar la altura de agua requerida (H), el dimensionamiento de la canastilla de salida y cálculo deldiámetro de rebose y limpia, se utiliza los mismos procedimientos de cálculo en base a las ecuaciones para el diseñode una captación de un manantial de ladera y concentrado. Por lo tanto la carga requerida es determinada mediante la ecuación:

donde:H: Carga requerida en m.V: Velocida promedio en la salida de la tubería de la línea de conducción en m/s.

Se recomienda una altura mínima de 30cm.

DISEÑODATOS: diametro de conducciónAltura de sedimentación de la arena A= 20.00 cm (salida)Mitad del diámetro de la canastilla de salida B= 10.00 cm Dc= 2.00 pulg

Desnivel mínimo entre el nivel de ingreso de agua de afloramiento y el nivel de agua de la cámara húmeda C= 5.08 cmBorde libre E= 30.00 cm

El valor de la carga requerida (H) se define mediante la ecuación:

reemplazando

donde:Gasto máximo diario Qmd= 0.00135 m3/sArea de la tubería de salida 0.0020268Aceleracion de la gravedad g= 9.81 m/s2

H= 0.0353 mH= 3.53 cm ASUMO: 30.00 cm

Para facilitar el paso del agua se asume una altura mínima de:

H= 30.00 cm

Remmplazando los valores calculados obtenemos Ht:

Ht= 0.95 m

SE ASUME: Ht= 1.00 m

Para el dimensionamiento se considera que el diámetro de la canastilla debe ser 2 veces el diámetro de la tubería de salida a la línea de conducción (Dc); que el área total de las ranuras (At) sea el doble del área de la tubería de la línea de conducción; y que la longitud de la canastilla (L) sea mayor a 3Dc y menor a 6Dc.el área total de ranuras se calcula:

donde:Dc: Diámetro de la tubería de salida a la línea de conducción.

Conocidos los valores del área total de ranuras y el área de cada ranura se determina el número de ranuras:

DISEÑODATOS:

Diámetro de la tubería de salida a la línea de conducción Dc= 2.00 pulg

El diámetro de la canastilla será:

4.00 pulgLa longitud de la canastilla (L) será:mínimo= 16.00 cmmáximo= 31.00 cm ASUMO: L= 20.00 cm

Características de la ranura:Ancho de la ranura: 5 mmLargo de la ranura: 7 mm

entonces el área de la ranura (Ar) será:

Ar= 3.5E-05 m2El área total de ranuras (At) será:

At= 4.05E-03

El valor de At no debe ser mayor al 50% del área de la granada (Ag).

Dg= 4.00 pulgL= 0.20 m Ag= 0.06384 m2

50%Ag= 0.03192 m2 OK

luego:At= 4.05E-03

entonces el número de ranuras resulta:

Nº de ranuras= 116

A5.- TUBERÍA DE REBOSE Y LIMPIEZA

En la tubería de rebose y de limpieza se recomienda pendientes de 1 a 1,5% y considerando el caudal máximo de aforo, se determina el diámetromediante la ecuación de Hazen y Williams (para C=140):

donde:D= Diámetro en pulg.Q= Gasto máximo de la fuente en l/shf= pérdida de carga unitaria en m/m

El rebose se instala directamente a la tubería de limpia y para realizar la limpieza y evacuar el agua de la cámara húmeda, se levanta la tuberíade rebose. La tubería de rebose y de limpia tienen el mismo diámetro:

DISEÑODATOS:

Gasto máximo de la fuente Q= 2.05 l/sPérdida de la carga unitaria hf= 0.015 m/m

El diámetro es calculado con la fórmula:

D= 2.25 pulgASUMO DIÁMETRO COMERCIAL: D= 3.00 pulg

Luego el cono de Rebose será: 3.00 x 6.00 pulg

B1.- ANCHO DE LA PANTALLA (b)

B2.- ALTURA DE LA CÁMARA HÚMEDA

g: Aceleracón de la gravedad igual a 9,81m/s2

At=

A4.- DIMENSIONAMIENTO DE LA CANASTILLA

Dcanastilla=

DISEÑO ESTRUCTURAL DE UNA CAMARA DE CAPTACIÓNPara el diseño, se considera el muro sometido al empuje de la tierra, es decir, cuando la caja está vacía. Cuuando se encuentra llena,el empuje hidrostático tiene un componente en el empuje de la tierra favoreciendo de esta manera la estabilidad del muro.Las cargas consideradas son: el propio peso, el empuje de la tierra y la sub-presión.Con la finalidad de garantizar la estabilida del muro, se debe verificar que la carga unitaria sea igual o menor a la capacidad de cargadel terreno; mientras que para garantizar la estabilidad del muro al deslizamiento y al volteo, se deberá verificar un coeficiente de seguridad no menor de 1,6

DISEÑODATOS:

Peso específico del suelo 1.92 Tn/m3

Angulo de rozamiento interno del suelo 30 °

Coeficiente de frición 0.42

Peso específico del concreto 2.40 Tn/m3

Resistencia a la compresión del concreto 175.00 kg/cm2

Capacidad Portante. 1.00 kg/cm2Altura del suelo h= 0.70 m

1.- Empuje del suelo sobre el muro (E):

siendo:C: Coeficiente de empuje, y se calcula con la fórmula:

luego: C= 0.333

Reemplazando en la fórmula:

E= 156.80 kg

2.- Momento de Vuelco (Mo)Tercera parte de la altura del suelo h/3= 0.23 m

Mo= 36.59 kg-m

3.- Momento de Estabilización (Mr) y el peso W:

W

0.55 0.15 198.00 0.275 54.450.15 1.00 360.00 0.425 153.00

0.05 0.55 52.80 0.525 27.72

Wt TOTAL 610.80 235.17

a= 0.325 base= 0.55 1er tercio= 0.18 2do tercio= 0.37

OK, PASA POR EL TERCIO CENTRAL

4.- Chequeo:POR VUELCO:

Cdv= 6.43 cm OK ES MAYOR QUE 1.6

MAXIMA CARGA UNITARIA: L= 0.55 m

0.05 kg/cm2

0.17 kg/cm2

tomamos el mayor, debe cumplirse:

P2<

P2= 0.17 kg/cm2 ¡OK!

LA CAPACIDAD PORTANTE ES MAYOR QUE LA MAXIMA CARGA UNITARIA

POR DESLIZAMIENTO:

Chequeo= 1.64 ¡OK!

EL CÁLCULO ESTA BIÉN

ANCHO(m)

ALTURA(m)

W(kg)

X(m)

Mr=XW(kg-m)

W1

W2

W3

P1=

P2=




donde:





DISEÑO:

CLAVE DESCRIPCIÓN


2 RURAL 2

3 LIMA




deberan ser fijados en base al análisis de información estadística comprobada.de lo contrario se podrán considerar los siguientes coeficientes:

PARA DISEÑO:

Máximo anual de la demanda diaria 1.30 1.30 1.80 Máximo anual de la demanda horaria 1.80 a 2.50

dependiendo del tamaño de la población

diario, recomendándose el valor promedio de 130%; en caso de considerar valores superiores deberán justificarse.

En el consumo máximo horario se considerarán como el 100% del promedio diario; para poblaciones concentradas o cercanas a poblacionesurbanas se recomienda tomar valores no superiores al 150%.

PARA DISEÑO:1.30 1.50

DISEÑO:

CLAVE DESCRIPCIÓN CONSUMO

1 URBANO INGRESE CLAVE Qmd 1.30 2.29 l/s

2 RURAL 2 Qmh 1.50 2.65 l/s

3 LIMA

CONSUMO PROMEDIO DIARIO ANUAL (Qm)


CONSUMO MÁXIMO DIARIO (Qmd): 2.29 l/s

Qm= 1.76 l/s CONSUMO MÁXIMO HORARIO (Qmh): 2.65 l/s

1,- S.100 (POBLACIONES URBANAS) Los coeficientes de las variaciones de consumo, referidos al promedio diario anual de la demanda,

K1 K2

2,- DIGESA (POBLACIONES RURALES) El consumo Máximo diario (Qmd) se considerará entre el 120% y 150% del consumo promedio

Qmd=Qp*K1 (K1=1,3)

Qmh=Qp*K2 (K2=1,5)

K1 K2

K1 K2

LÍNEA DE CONDUCCIÓNLa linea de conducción en un sistema de abastecimiento de agua potable por gravedad es el conjunto de tuberías, válvulas, accesorios, estructuras y obras de arte encargados de la conducción del agua desde la captación hasta el reservorio, aprovechando la carga estática existente. Debe utilizarse al máximo la energía disponiblepara conducir el gasto deseado, lo que en la mayoría de los casos nos llevará a la selección del diámetro mínimo que permita presiones iguales o menores a la resistencia física que el material de la tubería soporte.Las tuberías normalmente siguen el perfil del terreno, salvo el caso de que, a lo largo de la ruta por donde se debería realizar la instalación de las tuberías, existan zonas rocosas insalvables, cruces de quebradas, terrenos erosionables, etc. Que requieran de estructuras especiales. Para lograr un mejor funcionamiento del sistema, a lo largode la línea de conducción puede requerirse cámaras rompe presión, válvula de aire, válvula de purga, etc. Cada uno de estos elementos precisa de un diseño de acuerdoa características particulares.Todas estas consideraciones serán desarrolladas y servirán para diseñar y definir los diámetros de las tuberías y la ubicación de las cámaras rompe-presión.

CRITERIOS DE DISEÑODefinido el perfil de la línea de conducción, es necesario considerar criterios de diseño que permitan el planteamiento final en base a las siguentes consideraciones:A) CARGA DISPONIBLELa carga disponible (ver fig) viene representada por la diferencia de elevación entre la obra de captación y el reservorio.B) GASTO DE DISEÑOEl gasto de diseño es el que corresponde al gasto máximo diario (Qmd), el que se estima considerando el caudal medio de la población para el periodo de diseñoseleccionado (Qm) y el factor K1 del día de máximo consumo.C) CLASES DE TUBERÍALas clases de tuberia a seleccionarse estará definidas por las máximas presiones que ocurran en la línea representada por la línea de carga estática. Para la selección se debe considerar una tubería que resista la presión más elevada que puede producirse, ya que la presión máxima no ocurre bajo condiciones de operación, sino cuando se presenta la presión estática, al cerrar la válvula de control en la tubería.En la mayoría de los proyectos de abastecimiento de agua potable para poblaciones rurales se utilizan tuberías de PVC. Este material tiene ventajas comparativas con relacióna otro tipo de tuberías: es económico, flexible, durable, de poco peso y de facil transporte e instalación; ademas, son las tuberías que incluyen diámetros comerciales menoresde 2 pulgadas que facilmente se encuentren en el mercado.En el cuadro se presentan clases comerciales de tuberías pvc con sus respectivas cargas de presión.Cuando las presiones sean mayores a las que soportan la tubería PVC, cuando la naturaleza del terreno haga antieconómico la excavación y donde sea necesaria la construcción de acueductos, se recomienda utilizar tubería de fierro galvanizado.D) DIÁMETROSPara determinar los diámetros se consideran diferentes soluciones y se estudian diversas alternativas desde el punto de vista económico. Considerando el máximo desnivelen toda la longitud del tramo, el diámetro seleccionado deberá tener la capacidad de conducir el gasto de diseño con velocidades comprendidas entre 0.6 y 3 m/s; y las pérdidas de carga por tramo calculado deben ser menores o iguales a la carga disponible.E) ESTRUCTURAS COMPLEMENTARIAS_ Válvulas de Aire El aire acumulado en los puntos altos provoca la reducción del área de flujo del agua, produciendo un aumento de pérdida de carga y una disminución del gasto. Paraevitar esta acumulación es necesario instalar válvulas de aire pudiendo ser automáticas o manuales. Debido al costo elevado de las válvulas automáticas, en la mayoria de las líneas de conducción se utilizan las válvulas de compuerta con sus respectivos accesorios que requieren ser operadas periódicamente. _ Válvulas de Purga Los sedimentos acumulados en los puntos bajos de la línea de conducción con topografía accidentada, provocan la reducción del área de flujo del agua, siendo necesarioinstalar válvulas de purga que permitan periodicamente la limpieza de tramos de tuberías _ Cámaras Rompe-presiónCuando existe mucho desnivel entre la captación y algunos puntos a lo largo de la línea de conducción, pueden generarse presiones superiores a la máxima que puede soportar una tubería. En ésta situación es necesario la construcción de cámaras rompe-presión que permitan disipar la energía y reducir la presión relativa a cero (presión atmosférica)con la finalidad de evitar daños en la tubería. Estas estructuras permiten utilizar tuberías de menor clase, reduciendo considerablemente los costos en las obras deabastecimiento de agua potable. (ver fig)

LINEA DE GRADIENTE HIDRAULICALa linea de gradiente hidráulica (LGH) indica la presión de agua a lo largo de la tubería bajo condiciones de operación. Cuando se traza la línea de gradiente hidráulica paraun caudal de descarga libremente en la atmósfera (como dentro de un tanque), puede resultar que la presión residual en el punto de descarga se vuelva positivo o negativa, (ver fig) La presión residual positiva, indica que hay un exceso de energía gravitacional; quiere decir, que hay energía suficiente para mover el flujo. Si la presión residual es negativa indica que no hay suficiente energía gravitacional para mover la cantidad deseada de agua; motivo suficiente para que la cantidad de agua no fluya. Se puede volver a trazar la L.G.H. usando un menor caudal y/o un diametro mayor de tubería con la finalidad de tener en toda la longitud de la tubería una carga operativa de agua positiva.

PERDIDA DE CARGALa pérdida de carga es el gasto de energía necesario para vencer las resistencias que se oponen al movimiento del fluido de un punto a otro en una sección de la tubería.Las pérdidas de carga pueden ser lineales o de fricción y singulares o locales. Las primeras son ocasionadas por la fuerza de rozamiento en la superficie de contacto entre el fluido y la tubería; y las segundas son producidas por las deformaciones de flujo, cambio en sus movimientos y velocidades (estrechamiento o ensanchamientos bruscos dela sección, torneo de las válvulas, grifos, compuertas, codos, etc.)Cuando las pérdidas locales son mas del 10% de las perdidas de fricción, la tubería se denomina corta y el calculo se realiza considerando la influencia de estas pérdidas locales. Debido a que en la línea de conducción las pérdidas locales no superan el 10%, para realizar los cálculos hidráulicos solamente se consideran las perdidas por fricción

A) PERDIDA DE CARGA UNITARIAPara el cálculo de la pérdida de carga unitaria, pueden utilizarse muchas fórmulas, sin embargo una de las más usadas en conductos a presión, es la de Hazen y Williams.Esta fórmula es unicamente válida para tuberías de flujo turbulento, con comportamiento hidráulico rugoso y con diámetros mayores a 2 pulgadas.Las Normas del Ministerio de Salud, para el cálculo hidráulico recomienda el empleo de la fórmula de Fair-Whipple para diámetros menores a 2 pulgadas; sin embargo se puede utilizar la fórmula de Hazen y Williams,, con cuya ecuación los fabricantes de nuestros países elaboran sus nomogramas en los que incluyen diámetros menores a 2 pulgpara los propósitos de diseño se considera:ECUACIÓN DE Hazen y Williams

donde:D= Diámetro de la tubería (pulg)Q= Caudal (l/s)hf= pérdida de carga unitaria (m/km)

en caso de usar:

MATERIAL CFierro Fundido 100.00 Concreto 110.00 Acero 120.00 Asbesto Cemento/PVC 140.00

Para una tubería de PVC o asbesto-cemento, donde el valor de C=140el caudal, la pérdida de carga unitaria y el diámetro quedan definidos como:

donde: Q= Caudal (l/s)hf= pérdida de carga unitaria (m/m)D= Diámetro de la tubería (pulg)

ECUACIÓN DE Fair-WhipplePara una tubería donde el valor de C=140, el caudal, la pérdida de carga unitaria y el díametro quedan definidos como:

Donde:Q= Caudal (l/s)hf= Pérdida de carga unitaria (m/m)D= Diámetro en pulg

B) PERDIDA DE CARGA POR TRAMOLa pérdida de carga por tramo (Hf) se define como:Hf=hf*LSiendo L la longitud del tramo de tubería (m).Para determinar la pérdida de carga por tramos es necesario conocer los valores de carga disponible, el gasto de diseño y la longitud del tramo de tubería.Con dicha información y con el uso de nomogramas o la aplicación de fórmulas se determinan el diámetro de tubería. En caso de que el diametro calculado entre los rangos de dos diametros comerciales se selecciona el rango superior o se desarrolla la combinación de tuberías. Con el diametro o los diámetros seleccionados se calculan las pérdidas de carga unitaria para finalmente estimar la perdida de carga por tramo.

DISEÑO DE LA RED DE CONDUCCIONDATOS:

Gasto de diseño Qmd= 2.29 l/s

Longitud de tubería L= 3600.00 m

Cota captación 3832.91 msnm

Cota reservorio 3470.96 msnm

CONSIDERANDO UN SOLO DIAMETRO DE TUBERÍA:CÁLCULOS:

Carga disponible= 361.95 m

pérdida de carga unitaria= 100.54 m por cada mil

de carga unitaria por cada 1000m. Con dicha información resulta un diámetro de tubería comprendida entre 1 1/2" y 2".

como el diseño considera un solo diámetro, se selecciona el de 2".

La pérdida de carga unitaria real se estima con la ayuda del nomograma cuyos valores de entrada son el gasto de diseño y el diámetro seleccionado; resultando en este caso 100 por mil. Adicionalmente se hace lectura de la velocidad cuyo valor es de 2m/s (en este caso) y se encuentra dentro del rango recomendado (0.6 a 3 m/s).

conocido el valor de la pérdida de carga unitaria se estima los valores de pérdida de carga por tramo:entonces:

Pérdida de carga unitaria 101 por milPérdida de carga en el tramo hf= 361.95 m

Para determinar con mayor precisión el valor del diámetro de tubería, se utiliza las ecuaciones de Hazen-Williams y de Fair Whipple. En caso que el resultado no represente un diámetro comercial, al igual que con el uso del nomograma, se selecciona el diametro mayor.Considerando los datos del ejemplo y reemplazando en la ecuación:

se obtiene: D= 1.58 pulg

valor comercial: D= 2.00 pulg

Con el valor del diámetro comercial de tubería seleccionada y el gasto de diseño se estima la perdida de carga unitaria mediante la ecuación, resultando:

se obtiene: 0.0294 m/m

Pérdida de carga en el tramo (Hf)

Hf=hf*L Hf= 105.89 m

Este valor permite el cálculo de la presión dinámica, como se describe en el siguiente acápite.

PRESIÓN:En la línea de conducción, la presión representa la cantidad de energía gravitacional contenida en el agua. En un tramo de tubería que está operando a tubo lleno, podemos plantear la ecuación de Bernoulli:

donde:Z= Cota del punto respecto a un nivel de referencia arbitraria (m) Altura o carga de presión "P es la presión y el peso específico del fluido" (m)

V= velocidad media del punto considerado (m/s)

Hf= Es la pérdida de carga que se produce en el tramo de 1 a 2 (m)Se asume que la velocidad es despreciable debido a que la carga de velocidad, considerando las velocidades máxima y mínima, es de 46cm y 18cm en base a esta consideración la ecuación 5.9 queda definida como:

Se recomienda iniciar el diseño desde la cámara de captación. En esta estructura la presión es igual a la presión atmosférica por lo que la carga de presión se asume comocero. El mismo criterio se aplica cuando se considera en el diseño como punto de partida una cámara rompe presión, resultando al final del tramo:

Utilizando los datos del ejemplo anterior y considerando el valor de Hf=38.50m, se presenta el cálculo de la cota piezométrica y de la presión al final del tramo.

cota piezométrica reservorio= cota terreno de la captación-Hfcot piez.reservorio= 3727.02 msnm

presión al final del tramo= cota piez.reser-cota reservoriopresión al final del tramo= 256.06 m

CÁLCULO HIDRÁULICO

COTA DEL TERRENO

DIAMETRO

COTA PIEZOMÉTRICA

PRESION FINAL VELOCIDAD

Capt. - RP N° 01 1217.17 2.29 3832.91 3762.88 70.03 2.000 0.029 35.801 3832.905 3797.104 34.224 1.131

RPNº 01 - RP N° 02 856.29 2.29 3762.88 3692.88 70.00 2.000 0.029 25.186 3762.880 3737.694 44.814 1.131

RPNº 02 - RP N° 03 338.98 2.29 3692.88 3622.88 70.00 2.000 0.029 9.970 3692.880 3682.910 60.030 1.131

RPNº 03 - RP N° 04 503.17 2.29 3622.88 3552.88 70.00 2.000 0.029 14.800 3622.880 3608.080 55.200 1.131

RPNº 04 - RP N° 05 516.93 2.29 3552.88 3482.88 70.00 2.000 0.029 15.205 3552.880 3537.675 54.795 1.131

RPNº 05 - RESER 185.38 2.29 3482.88 3470.36 12.52 2.000 0.029 5.453 3482.880 3477.427 7.067 1.131

C= Coeficiente de Hazen-Williams expresado en (pie)1/2/seg

Cotacaptación=Cotareservorio=

para determinar el valor del diámetro mediante el uso del nomograma de Hazen-Williams, se considera los valores del gasto de diseño y la pérdida

hf=

hf=

TRAMO(*)

LONGITUDL

(m)

CAUDALQmd(l/s)

CARGA DISPONIBLE

PERDIDA DE CARGA UNITARIA

(hf)

PERDIDA DE CARGA (Hf)INICIAL

(msnm)FINAL

(msnm)INICIAL

(m)FINAL(m)

RESERVORIO DE ALMACENAMIENTOLa importancia del reservorio radica en garantizar el funcionamiento hidráulico del sistema y el mantenimiento de un servicio eficiente, en función a las necesidades de agua proyectadasy el rendimiento admisible de la fuente.Un sistema de abastecimiento de agua potable requerirá de un reservorio cuando el rendimiento admisible de la fuente sea menor que el gasto máximo horario (Qmh). En caso que el rendimientode la fuente sea mayor que el Qmh no se considera el reservorio, y debe asegurarse que el diámetro de la línea de conducción sea suficiente para conducir el gasto el gasto maximo horario (Qmh),que permita cubrir los requerimientos de consumo de la población.En algunos proyectos resulta mas económico usar tuberías de menor diámetro en la línea de conducción y construir un reservorio de almacenamiento.En el desarrollo del capitulo se presentan las consideraciones básicas que permitan definir metodologicamente el diseño hidraúlico y ademas se muestra un ejemplo de cálculo estructural de unreservorio de almacenamiento típico para poblaciones rurales.

CONSIDERACIONES BÁSICASLos aspectos mas importantes a considerarse para el diseño son la capacidad, ubicación y tipo de reservorio.

A) CAPACIDAD DEL RESERVORIOPara determinar la capacidad del reservorio, es necesario considerar la compensación de las variaciones horarias, emergencia para incendios, previsión de reservas para cubrir daños e interrupcionesen la línea de conducción y que el reservorio funcione como parte del sistema.Para el cálculo de la capacidad del reservorio, se considera la compensación de variaciones horarias de consumo y los eventuales desperfectos en la línea de conducción. El reservorio debe permitirque la demanda máxima que se produce en el consumo sea satisfecha a cabalidad, al igual que cualquier variación en el consumo registrada en las 24 horas del día. Ante la eventualidad de que en la línea de conducción puedan ocurrir daños que mantengan una situación de déficit en el suministro de agua mientras se hagan las reparaciones pertinentes, es aconsejable un volumen adicional que déoportunidad de restablecer la conducción de agua hasta el reservorio.

B) TIPOS DE RESERVORIOSLos reservorios de almacenamiento pueden ser elevados apoyados y enterrados. Los elevados, que generalmente tienen forma esférica, cilindrica y de paralelepipedo, son construidos sobre torres, columnas,pilotes etc; los apoyados que generalmente son rectangular y circular, son construidos directamente sobre la superficie del suelo; y los enterrados, de forma rectangular, son construidos por debajo de lasuperficie del suelo (cisternas).Para capacidades medianas y pequeñas, como es el caso de los proyectos de abastecimiento de agua potable en poblaciones rurales, resulta tradicional y económica la construcción de un reservorioapoyado de forma cuadrada.

C) UBICACIÓN DEL RESERVORIOLa ubicación está determinada principalmente por la necesidad y conveniencia de mantener la presión en la red dentro de los límites de servicio, garantizando presiones mínimas en las viviendas mas elevadas y presiones máximas en las viviendas mas bajasDe acuerdo a la ubicación, los reservorios pueden ser de cabecera o flotantes. En el primer caso se alimentan directamente de la captación, pudiendo ser por gravedad o bombeo y elevados o apoyadosy alimentan directamente de agua a la población. En el segundo caso, son típicos reguladores de agua a la población. En el segundo caso, son típicos reguladores de presión, casi siempre son elevados y se caracterizan porque la entrada y las salida del agua se hace por el mismo tubo.Considerando la topografía del terreno y la ubicación de la fuente de agua, en la mayoría de los proyectos de agua potable en zonas rurales, los reservorios de almacenamiento son de cabecera y por gravedad.El reservorio se debe ubicar lo más cerca posible y a una elevación mayor al centro poblado.

CASETA DE VÁLVULAS

A) TUBERÍA DE LLEGADAEl diámetro esta definido por la tubería de conducción, debiendo estar provista de una válvula compuerta de igual diámetro antes de la entrada al reservorio de almacenamiento; debe proveerse de unby - pass para atender situaciones de emergencia.

B) TUBERÍA DE SALIDAEl diámetro de la tubería de salida será el corespondiente al diámetro de la línea de aducción, y deberá estar provista de una válvula compuerta que permita regular el abastecimiento de agua a la población.

C) TUBERÍA DE LIMPIALa tubería de limpia deberá tener un diámetro tal que facilite la limpieza del reservorio de almacenamiento en un periodo no mayor de 2 horas. Esta tubería será provista de una válvula compuerta.

D) TUBERÍA DE REBOSELa tubería de rebose se conectará con descarga libre a la tubería de limpia y no se proveerá de valvula compuerta, permitiéndose la descarga de agua en cualquier momento.

E) BY - PASSSe instalará una tubería con una conexión directa entre la entreda y la salida, de manera que cuando se cierre la tubería de entrada al reservorio de almacenamiento, el caudal ingrese directamente a la linea de aducción. Esta constará de una válvula compuerta que permita el control del flujo de agua con fines de almacenamiento y limpieza del reservorio.

CÁLCULO DE LA CAPACIDAD DEL RESERVORIOPara el cálculo del volumen de almacenamiento se utilizam métodos graficos y analíticos. Los primeros se basan en la determinación de la "curva masa" o de "consumo integral", considerando los consumos acumulados; para los métodos analíticos se debe disponer de los datos de consumo por horas y del caudal disponible de la fuente, que por lo general es equivalente al consumo promedio diario (ver fig)En la mayoria de las poblaciones rurales no se cuenta con información que permita utilizar los métodos mencionados, pero si podemos estimar el consumo medio diario anual. En base a esta información se calcula el volumen de almacenamiento de acuerdo a las Normas del Ministerio de Salud.Para los proyectos de agua potable por gravedad, el Ministerio de Salud recomienda una capacidad de regulación del 25 al 30% del volumen del consumo promedio diario anual (Qm).Con la finalidad de presentar el procedimiento de cálculo de la capacidad y del dimensionamiento de un reservorio se desarrolla el siguiente ejemplo:

CALCULO DE LA CAPACIDAD DEL RESERVORIO

DATOS:

Población Futura Pf= 1906 Hab.

Dotación D= 80 lt/hab/día

RESULTADOS:

Consumo promedio anual Qm= 152,480 litros

Volumen del reservorio considerando el 25% de Qm:

V= 38.12 m3asumo: V= 45.00 m3

Con el valor del volumen (V) se define un reservorio de sección cuadrada cuyas dimensiones son:altura= 2.40 m

ancho= 3.00 mlargo= 6.25 m

se asume:borde libre= 0.30 maltura total= 2.70 m

DISEÑO ESTRUCTURAL DEL RESERVORIOPara el diseño estructural de reservorios de pequeñas y medianas capacidades se recomienda utilizar el método de Portland Cement Associateion,que determina momentos y fuerzas cortantes como resultado de experiencias sobre modelos de reservorios basados en la teoría de Plates and ShellsTimoshenko, donde se consideran las paredes empotardoas entre si.

De acuerdo a las condiciones de borde que se fijen existen tres condiciones de selección, que son:

Tapa articulada y fondo articulado.Tapa libre y fondo articuladoTapa libre y fondo empotrado.

En los reservorios apoyados o superficiales, tipicos para poblaciones rurales, se utiliza preferentemente la condición que considera la tapa libre y el fondo empotrado.

Para este caso y cuando actúa sólo el empuje del agua, la presión en el borde es cero y la presión máxima (P), ocurre en la base.

el empuje del agua es:

donde:

Peso específico del agua.h= Altura del aguab= Ancho de la pared.

Para el diseño de la losa de cubierta se considera como cargas actuantes el peso propio y la carga viva estimada; mientras que para el diseño de la losade fondo, se considera el empuje del agua con el reservorio completamente lleno y el peso de la losa y la pared.ejemplo:

DATOS:Volumen V= 45.00 m3

Ancho de la pared b= 6.25 m

altura de agua h= 2.40 m

Borde libre B.L.= 0.30 m

Altura total H= 2.70 mPeso específico del agua 1000.00 kg/m3Peso específico del terreno 1800.00 kg/m3Capacidad de carga del terreno 1.00 kg/cm2resistencia a la compresion del concreto f'c= 175.00 kg/cm2Peso específico del concreto 2400.00 kg/m2

A) CÁLCULO DE MOMENTOS Y ESPESOR ( E )PARED

El cálculo se realiza cuando el reservorio se encuentra lleno y sujeto a la presión del agua.

Para el cálculo de los momentos se utilizan los coeficientes (k) se ingresa mediante la relación del ancho de la pared (b) y la altura del agua (h). Los límites de la relación de b/h son de 0.5 a 3.0

Siendo:h= 2.40 b= 6.25

Resulta: 0.036 b/h= 2.60

Para la relación b/h= 2.60 se presentan los coeficientes (k) para el cálculo de los momentos, cuya información se muestra en el siguiente cuadro:

Coeficientes (k) para el cálculo de momentos de las paredes de reservorios cuadrados - tapa libre y fondo empotrado

b/h x/h y=0 y=b/4 y=b/2Mx My Mx My Mx My

2.50

0.00 0.00 0.027 0.00 0.013 0.00 --0.074 1/4 0.012 0.022 0.007 0.013 --0.013 --0.066 1/2 0.011 0.014 0.008 0.010 --0.011 --0.053 3/4 --0.021 --0.001 --0.010 0.001 --0.005 --0.027 1 --0.108 --0.022 --0.077 --0.015 0.00 0.00

Los momentos quedan determinados con la siguiente fórmula:

Conocidos los datos se calcula:

13824 kgPara y = 0 y reemplazando valores de k en la ecuación se tiene: Para y = b/4 y reemplazando valores de k en la ecuación se tiene: Para y = b/2 y reemplazando valores de k en la ecuación se tiene:

Mx0= 0.00 My0= 373.25 Mx0= 0.00 My0= 179.71 Mx0= 0.00 My0= -1022.98 Mx1/4= 165.89 My1/4= 304.13 Mx1/4= 96.77 My1/4= 179.71 Mx1/4= -179.71 My1/4= -912.38 Mx1/2= 152.06 My1/2= 193.54 Mx1/2= 110.59 My1/2= 138.24 Mx1/2= -152.06 My1/2= -732.67 Mx3/4= -290.30 My3/4= -13.82 Mx3/4= -138.24 My3/4= 13.82 Mx3/4= -69.12 My3/4= -373.25

Mx1= -1492.992 My1= -304.13 Mx1= -1064.448 My1= -207.36 Mx1= 0.00 My1= 0.00

Siguiendo el mismo procedimiento se calculan los momentos Mx y My para los valores de y, cuyos resultados se presentan en el Cuadro :

Momentos (kg-m.) debido al empuje del agua

b/h x/h y=0 y=b/4 y=b/2Mx My Mx My Mx My

2.50

0.00 0.00 373.248 0.00 179.712 0.00 --1022.976 1/4 165.89 304.128 96.77 179.712 -179.71 --912.384 1/2 152.06 193.536 110.59 138.240 -152.06 --732.672 3/4 -290.30 -13.824 -138.24 13.824 -69.12 --373.248 1 -1492.99 -304.128 -1064.45 -207.360 0.00 0.00

En el cuadro el máximo momento absoluto es M= Mx= 1492.99 kg-m My= 1022.98 kg-m

el espesor de la pared "e" originado por el momento "M" y el esfuerzo de tracción por flexión (ft) en cualquier punto de la pared ver fig. se determina mediante el métodoelástico sin agrietamientos, cuyo valor se estima mediante.

reemplazando:

donde: e= 28.23 cm

11.24 kg/cm2 asumo:

f'c= 175.00 kg/cm2 e= 25.00 cm

M= 1492.99 kg-m

b= 100.00 cm recubrimiento= 7.50 cm

d= 17.50 cm

LOSA DE CUBIERTA

La losa de cubierta será considerada como una losa armada en dos sentidos y apoyados en sus cuatro lados.

cálculo del espesor de la losa:

espesor de los apoyos= 25.00 cmluz interna= 6.25 m

luz de cálculo (L) = l+2(e/2) 6.50 m

el espesor "e" se calcula mediante la fórmula:

e= 0.18 m

según el Reglamento de Construcciones para losas macizas en dos direcciones, cuando la relación de las dos es la unidad, los momentos flexionantes en las fajas centrales son:

donde:

C= 0.036

CALCULO DEL MOMENTO peso propio= 432.00 kg/m2carga viva= 150.00 kg/m2

W= 582.00 kg/m2

reemplazando se obtiene:

MA=MB= 885.22 kg-m

Conocido los valores de los momentos, se calcula el espesor útil "d" mediante el método elástico con la siguiente relación.

d= 8.37 cm Recubrimiento:r= 2.50 cm

siendo: luego: e= 10.87 M=MA=MB= momento flector

R= 12.65 kg/cm2

j= 0.88

k= 0.36

fs= 1400.00 kg/cm2fc= 79.00 kg/cm2

n= 10

Ec= 206578.53 Es= 2100000.00

el espesor total "e", considerando un recubrimiento de 2.5 cm, será igual a 6.57 cm; siendo menor que el espesor mínimo encontrado(e=10cm) Para el diseño se considera d=10-2.5=7.50 cm.

por lo tanto: e= 12.50 cm

LOSA DE FONDOAsumiendo el espesor de la losa de fondo igual a 0.15 m. y conocida la altura de agua de 2.40 m, el valor de P será:asumo: e= 15.00 cm

peso propio del agua 2400.00 kg/m2peso propio de concreto 360.00 kg/m2

W= 2760.00 kg/m2La losa de fondo será analizado como una placa flexible y no como una placa rígida, debido a que el espesor es pequeño en relación a la longitud; ademas la consideramos apoyada en un medio cuya rigidez aumenta con el empotramiento. Dicha placa será empotrada en los bordes.Debido a la acción de las cargas verticales actuantes para una luz interna de L=3.70m se originan los siguientes momentos:

Momentos de empotramientos en los extremos:

M= -561.52 kg-m

Momentoen el centro:

M= 280.76 kg-msiendo:

L= 6.25 mW= 2760.00 kg/m2

Para losas plantas rectangulares armadas con armaduras en dos direcciones (TIMOSHENKO) recomienda los siguientes coeficientes:

para un momento en el centro 0.0513 para un momento de empotramiento 0.5290

Momentos finales:empotramiento M= -297.05 kg-mcentro M= 14.40 kg-m

Chequeo del espesor:El espesor se calcula mediante el método elastico sin agrietamiento considerando el máximo momento absoluto (M=69.49 kg-m) con la siguiente relación.

siendo:

ft= ft= 11.24 f'c= 175.00 kg/cm2M= 297.05 kg-mb= 100.00 cmreemplazando:

e= 12.59 cmconsidero:r= 2.50 cmluego:e= 15.09 cmdicho valor es menor que el espesor asumido (15cm) y considerando el recubrimiento de 4 cm. Resulta

e= 15.00 cm

B) DISTRIBUCIÓN DE LA ARMADURAPara determinar el valor del área de acero de la armadura de la pared, de la losa de cubierta y el fondo, se considera la siguiente relación:

donde:M= Momento máximo absoluto en kg-m.fs= Fatiga de trabajo entre la distancia de la resultante de los esfuerzos de compresión al centro de gravedad de los esfuerzos de tenssión.d= Peralte efectivo en cm.

Con el valor del área acero (As) y los datos indicados en el cuadro, se calculará el área efectiva de acero que servirá para definir el diametro y la distribución de armadura.los valores y resultados para cada uno de los elementos analizados se muestran en el cuadro.

PAREDPara el diseño estructural de la armadura vertical y horizontal de la pared del ejemplo se considera el momento máximo absoluto, por ser unaestructura pequeña que difilcultaría la distribución de la almadura y porque el ahorro en términos económicos no sería significativo. Para la armadura vertical resulta un momento (Mx) igual a 350.136 kg-m y para la armadura horizontal el momento (My) es igual a 239.91 kg-mDichos valores se observan en el cuadro.

Para resistir los momentos ariginados por la presión del agua y tener una distribución de la armadura se considera fs=900 kg/cm2 y n=9

Conocido el espesor de 15cm y el recubrimiento se 7.5cm se define un peralte efectivo d=7.5cm. El valor de j es igual a 0.85

definido con k=0.441.

La cuantía mínima se determina mediante la siguiente relación:

Asmín=0.0015be para: b= 100.00 cm

e= 25.00 cm

ver el cuadro estan ahí los resultados:

LOSA DE CUBIERTAD:

Para el diseño estructural de armadura se considera el momento en el centro de la losa cuyo valor permitirá definir el área de

acero en base a la formula:

para el calculo se consideran:

M= 885.22 kg-m

fs= 1400.00 kg/cm2

j= 0.88 d= 7.50 cm

La cuantía mínima recomendada es:

Asmín=0.0017be para: b= 100.00 cm

e= 18.00 cm


LOSA DE FONDO

Como en el caso del cálculo de la armadura de la pared, en la losa de fondo se consideran el máximo momento absoluto de 69.40 kg-m cuyo valor, al igual que el peralte (d=11cm) fueron determinados anteriormente.

para determinar el área de acero se considera fs=900kg/cm2 y n=9.El valor de j es 0.85 definido po k=0.441

Se considera una cuantía mínima de:Asmín=0.0017be para: b= 100.00 cm

e= 15.00 cm


En todos los casos, cuando el valor de área (As) es menor a la cuanyía mínima (Asmín), para la distribución de armaduras se utilizará el valor de dicha cuantía.

DESCRIPCIÓNPARED

VERTICAL HORIZONTAL

Momentos "M" (kg-m) 1492.99 1022.98 885.22 297.05 Espesor "d" (cm) 17.50 17.50 12.50 15.00 fs (kg/cm2) 900.00 900.00 1400.00 900.00 n 9 9 10 9fc (kg/cm2) 79.00 79.00 79.00 79.00

0.44 0.44 0.36 0.44

0.85 0.85 0.88 0.85 área de acero:

11.11 7.62 5.75 2.58 C 0.0015 0.0015 0.0017 0.0017 b (cm) 100.00 100.00 100.00 100.00 e (cm) 25.00 25.00 18.00 15.00

3.75 3.75 3.06 2.55 Area Efectividad de As (cm2) 6.39 4.26 2.84 2.84 Area Efectividad de Asmín (cm2) 2.84 2.84 2.84 2.84

DISTRIBUCIÓN (3/8") 0.11 0.17 0.25 0.25

CHEQUEO POR ESFUERZO CORTANTE Y ADHERENCIAEl chequeo por esfuerzo cortante tiene la finalidad de verificar si la estructura requiere estribos o no; y el chequeo por adherencia sirve para verificar si existe una perfecta adhesión entre el concreto y el acero de refuerzoA continuación se presenta el chequeo en la pared y losa de cubierta.

PARED reemplazando valores en la ecuación:ESFUERZO CORTANTELa fuerza cortante total máxima (V), será: V= 2880.00 kg

El esfuerzo cortante nominal (V), se calcula mediante:

V'= 1.93 kg/cm2

El esfuerzo permisible nominal en el concreto, para muros no excederá a:

Vmáx=0.02f'c Vmáx= 3.50 kg/cm2 para: f'c= 175.00 kg/cm2

¡OK!POR LO TANTO, LAS DIMENSIONES DEL MURO POR CORTE SATISFACEN LAS CONDICIONES DE DISEÑO

ADHERENCIAPara elementos sujetos a flexión, el esfuerzo de adherencia en cualquier punto de la sección se calcula mediante:

u= 7.07 kg/cm2siendo:

para Ø3/8"@11cm= 27.30 se calcula multiplicando la cantidad de acero por el diametro

V= 2880.00 kg

8.75 kg/cm2

¡OK!Siendo el esfuerzo permisible mayor que el calculado, se satisface la condición de diseño.

LOSA DE CUBIERTA ESFUERZO CORTANTE:La fuerza cortante máxima (V) es igual a:

V= 1,212.50 kg/mdonde:

L= luz= 6.25 m

W=peso total= 582.00

El esfuerzo cortante unitario (v) se calcula con la siguinete fórmula:

v= 1.62 kg/cm2

3.84 kg/cm2

OK

ADHERENCIA

para 22.00

u= 8.35 kg/cm2

8.75 kg/cm2

OKsatisface la condición de diseño:

ft=0.85(f'c)1/2=

elosa de cubierta=

0.85(f'c)1/2

LOSA DE CUBIERTA

LOSA DE FONDO

Cuantía mínima:Asmín=C.b.e (cm2)

El esfuerzo permisible por adherencia (umax) para f'c=175kg/cm2, es:

umáx=0.05*f'c umáx=

El máximo esfuerzo cortante unitario (vmax) es:

vmax=

E l valor de vmax muestra que el diseño es adecuado

Siendo umáx =0.05f'c=

a) SISTEMA CERADO

Son aquellas redes constituidas por tuberías interconectadas formando mallas. Este tipo de red es la masconveniente y tratará de lograrse mediante la interconexión de tuberías, a fin de cerrar un circuito cerrado que permite un servicio mas eficiente y permanente. En este sistema se eliminan los puntos muertos; si se tiene que realizar reparaciones en los tubos, el área que se queda sin agua se puede reducir a una cuadra,dependiendo la ubicación de las válvulas. Otra ventaja es que es mas económico, los tramos son alimentados por ambos extremos consiguiéndose menores pérdidas de carga y por lo tanto menores diámetros; ofrece mas seguridad en caso de incendios, ya que se podría cerrar las válvulas que se necesiten para llevar el agua hacia el lugar del siniestro.Para el análisis hidráulico de una red de distribución en un sistema cerrado los métodos mas utilizados son el de Seccionamiento y el de Hardy Cross.

MÉTODO DE HARDY CROSS

Es un método de tanteos o aproximaciones sucesivas, en el cual se supone una distribución de caudales y se calculael error en la pérdida de carga de cada circuito.en cualquier malla de tuberías deben satisfacer cuatro condiciones: _ La suma algebraica de las pérdidas de carga alrededor de un circuito debe ser cero. _ La cantidad de flujo que entra en un nudo debe ser igual a la cantidad de flujo que sale de ese nudo. _ El caudal que ingresa a la red debe ser igual al caudal que sale de ella. _ Los caudales asignados deben ocasionar velocidades adecuadas a la especificación reglamentaria.Este método comunmente es aplicado adoptando aproximaciones sucesivas de los valores de caudales.

DISEÑO:

DATOS:

Población actual: 911 habPoblación futura: 612 habDotación: 80 l/hab/dia

DENSIDAD: 60 hab/Ha para el calculo de la poblaciónpor tramo - área actual y50 hab/Ha para el calculo de la población por tramo - área futura.

CÁLCULOS

Qm= 0.57 l/sQmh= 0.85 l/s

Se determina el gasto máximo horario por cada tramo, para lo cual es necesario conocer el factor de gasto. este valor se obtiene mediante la siguiente relación:

Gasto unitario=Qmh/Nº hab = Qmh/Pob. Fut

Gasto Unitario= 0.001389 l/hab/dia

el producto del factor de gasto (gasto unitario) por la población de cada tramo permite determinar el gasto máximohorario por tramo.

CÁLCULO DE GASTO POR TRAMODENSIDAD: 5.00

VIVIENDASACTUAL FUTURA

B - A 10.00 10.00 50 50B - E 8.00 5.00 40 25A - D 10.00 6.00 50 30D - F 20.00 1.00 100 5E - F 20.00 1.00 100 5F - I 25.00 4.00 125 20I - O 20.00 5.00 100 25O - Q 18.00 6.00 90 30Q - R 10.00 4.00 50 20E - R 40.00 6.00 200 30TOTAL 181.00 48.00 905 240

Gasto de diseño

BG=Qmh-tramo (AB+BG) 0.589 l/sCH= Qmh-tramo(BC+CH) 0.470 l/sDI=Qmh-tramo (CD+AD+ED+DI) 1.019 l/sEJ=Qmh-tramo (FE+EJ) 0.405 l/sFK=Qmh-tramo(AF+FK) 0.637 l/s

Considerando el uso de Tuberías PVC, que tiene un coeficiente de rugosidad de 140

PROCEDIMIENTO

_ Se asigna inicialmente la distribución de caudales para el sistema considerado en la fig. donde el gasto máximo horario (Qmh) será distribuído en los tramos adoptándose un signo de acuerdo al sentido del flujo: positivo al que el sentido horario y negativo en el sentido contrario. _ Para cada tramo considerado se determina la pérdida de carga mediante la fórmula:

_ Con las pérdidas de carga por tramo (Hf) se determina la pérdida de carga total (∑Hf) en cada circuito cerrado considerando el signo adoptado por el sentido de flujo establecido.

_ Con las pérdidas de carga por cada tramo, se determina las razones de éstas, considerando el caudal en cada caso.

_ La corrección o ajuste del caudal en cada circuito será determinada mediante la siguiente relación:

para: n= 1.85

RAMAL O TRAMO

VIVIENDAS FUTURAS

CANTIDAD DE HABITANTES

En el caso del tramo común, se considera la corrección correspondiente a cada circuito con el signo opuesto al circuito adjunto considerado.

_ Considerando los nuevos caudales, se procede a calcular la pérdida de carga por tramo hasta obtener una aproximación necesaria de los caudales de diseño en los tramos considerados de los dos circuitos. Y asi obtener los caudales finales. También se presentan el cálculo de las presiones en todos los puntos de la red, cuyos resultados se determinan siguiendo el procedimineto descrito para el sistema ramificado. Los valores obtenidos deben cumplir con los requisitos de presión mínima y máxima recomendados por el Ministerio de Salud.

DISTRIBUCIÓN DE CAUDALES - MÉTODO DE HARDY CROSS

CIRCUITO TRAMO

I

AB 100.00 1 1/2 1.200BC 80.00 1 0.611 CD 100.00 1 0.141 AD 80.00 1 1/2 0.720

II

AD 80.00 1 1/2 0.720 DE 120.00 1 0.158 EF 80.00 1 0.563 AF 120.00 1 1/2 1.200

RESUMEN DEL CÁLCULO HIDRÁULICO DE LA RED DE DISTRIBUCIÓN - MÉTODO DE HARDY CROSS

TRAMOGASTO

TRAMO DISEÑO

Res - A Res - A 3.12 100.00 2.00 AB AB 0.91 100.00 1 1/2BC BC 0.32 80.00 1 DC DC 0.15 100.00 1 AD AD 1.30 80.00 1 1/2DE DE 0.13 120.00 1 FE FE 0.27 80.00 1 AF AF 0.91 120.00 1 1/2

LONGITUD(m)

DIÁMETRO(pulg)

Q1

(l/s)

LONGITUD(m)

DIAMETRO(pulg)

Son aquellas redes constituidas por tuberías interconectadas formando mallas. Este tipo de red es la masconveniente y tratará de lograrse mediante la interconexión de tuberías, a fin de cerrar un circuito cerrado que permite un servicio mas eficiente y permanente. En este sistema se eliminan los puntos muertos; si se tiene que realizar reparaciones en los tubos, el área que se queda sin agua se puede reducir a una cuadra,dependiendo la ubicación de las válvulas. Otra ventaja es que es mas económico, los tramos son alimentados por ambos extremos consiguiéndose menores pérdidas de carga y por lo tanto menores diámetros; ofrece mas seguridad en caso de incendios, ya que se podría cerrar las válvulas que se necesiten para llevar el agua hacia

Para el análisis hidráulico de una red de distribución en un sistema cerrado los métodos mas utilizados son el de

Es un método de tanteos o aproximaciones sucesivas, en el cual se supone una distribución de caudales y se calcula

_ La suma algebraica de las pérdidas de carga alrededor de un circuito debe ser cero. _ La cantidad de flujo que entra en un nudo debe ser igual a la cantidad de flujo que sale de ese nudo. _ El caudal que ingresa a la red debe ser igual al caudal que sale de ella. _ Los caudales asignados deben ocasionar velocidades adecuadas a la especificación reglamentaria.Este método comunmente es aplicado adoptando aproximaciones sucesivas de los valores de caudales.

DENSIDAD: 60 hab/Ha para el calculo de la poblaciónpor tramo - área actual y50 hab/Ha para el calculo de la población por tramo - área futura.

Se determina el gasto máximo horario por cada tramo, para lo cual es necesario conocer el factor de gasto.

el producto del factor de gasto (gasto unitario) por la población de cada tramo permite determinar el gasto máximo

100 0.139 65 0.090 80 0.111

105 0.146 105 0.146 145 0.201 125 0.174 120 0.167 70 0.097

230 0.319 1145 1.59

Considerando el uso de Tuberías PVC, que tiene un coeficiente de rugosidad de 140

_ Se asigna inicialmente la distribución de caudales para el sistema considerado en la fig. donde el gasto máximo horario (Qmh) será distribuído en los tramos adoptándose un signo de acuerdo al sentido del flujo: positivo al que

_ Para cada tramo considerado se determina la pérdida de carga mediante la fórmula:

_ Con las pérdidas de carga por tramo (Hf) se determina la pérdida de carga total (∑Hf) en cada circuito cerrado

_ Con las pérdidas de carga por cada tramo, se determina las razones de éstas, considerando el caudal en cada caso.

_ La corrección o ajuste del caudal en cada circuito será determinada mediante la siguiente relación:

Nº DE HABITANTES

Qmáx.hor.TRAMO

(l/s)

En el caso del tramo común, se considera la corrección correspondiente a cada circuito con el signo opuesto al circuito

_ Considerando los nuevos caudales, se procede a calcular la pérdida de carga por tramo hasta obtener una aproximación necesaria de los caudales de diseño en los tramos considerados de los dos circuitos. Y asi obtener los caudales finales. También se presentan el cálculo de las presiones en todos los puntos de la red, cuyos resultados se determinan siguiendo el procedimineto descrito para el sistema ramificado. Los valores obtenidos deben cumplir con los requisitos de presión

3.598 3.00 0.27 -0.93 -2.24 5.938 9.72 0.27 -0.34 -2.01 0.493 3.49 0.27 0.13 0.42 1.119 1.55 0.53 1.25 3.11

-8.910 17.765 -0.72

1.119 1.55 -0.53 -1.25 -3.11 0.730 4.62 -0.26 -0.10 -0.32 5.104 9.07 -0.26 0.30 1.63 4.318 3.60 -0.26 0.94 2.75 9.033 18.836 0.96

RESUMEN DEL CÁLCULO HIDRÁULICO DE LA RED DE DISTRIBUCIÓN - MÉTODO DE HARDY CROSS

PERDIDA DE CARGA

INICIAL FINAL

1.54 51.98891 5.20 3520.00 3514.80 0.80 21.52998 2.15 3514.80 3512.65 0.63 22.32452 1.79 3512.65 3510.86 0.30 5.58063 0.56 3511.42 3510.86 1.14 41.88969 3.35 3514.80 3511.45 0.26 4.41490 0.53 3511.42 3510.89 0.54 16.61986 1.33 3512.22 3510.89 0.80 21.52998 2.58 3514.80 3512.22

Hf1 Hf1/Q1 VarQ1 Q2 Hf2

VELOCIDAD(m/s)

COTA PIEZOMÉTRICA(msnm)

UNITARIO(o/oo)

TRAMO(m)

2.41 0.03 -0.90 -2.12 2.35 -0.01 5.90 0.03 -0.31 -1.72 5.49 -0.01 3.26 0.03 0.16 0.61 3.84 -0.01 2.48 0.06 1.31 3.41 2.59 -0.012

14.06 0.18 14.28

2.48 -0.06 -1.31 -3.41 2.59 0.012 3.16 -0.04 -0.14 -0.57 4.12 0.01 5.37 -0.04 0.27 1.28 4.80 0.01 2.93 -0.04 0.90 2.56 2.83 0.01

13.94 -0.14 14.35

INICIAL FINAL INICIAL FINAL

3520.00 3495.00 0.00 19.80 3495.00 3490.00 19.80 22.65 3490.00 3485.00 22.65 25.86 3480.00 3485.00 31.42 25.86 3495.00 3480.00 19.80 31.45 3480.00 3470.00 31.42 40.89 3465.00 3470.00 47.22 40.89 3495.00 3465.00 19.80 47.22

Hf2/Q2 VarQ2 Q3 Hf3 Hf3/Q3 VarQ3

COTA DEL TERRENO(msnm)

PRESIÓN(m)

-0.91 -0.32 0.15 1.30

-1.30 -0.13 0.27 0.91

Q4

RED DE DISTRIBUCIÓNLa red de distribución es el conjunto de tuberías de diferentes diámetros, válvulas, grifos y demas accesorioscuyo origen está en el punto de entrada al pueblo (final de la línea de aducción) y que se desarrolla por todas las calles de la población.para el diseño de la red de distribución es necesario definir la ubicación tentativa del reservorio de almacenamiento con la finalidad de suministrar el agua en cantidad y presión adecuadas a todos los puntos de la red. Las cantidades de agua se han definido en base a las dotaciones y en el diseño se considera lascondiciones mas desfavorables, para lo cual se analizaron las variaciones de consumoconsiderando en el diseño de la red el consumo maximo horario. (Qmh).las presiones deben satisfacer las condiciones máximas y mínimas por las diferentes situaciones de análisis quepuedan ocurrir. En tal sentido, la red debe mantener presiones de servicio mínimas, que sean capaces de llevar alinterior de las viviendas (parte alta del pueblo). Tambíen en la red debe existir limitaciones de presión máximas talesque no provoquen daños en las conexiones y que permitan el servicio sin mayores inconvenientes de uso. (partebaja).Se presenta las consideraciones básicas de diseño y tipos de redes con algunos detalles específicos de cálculo.

CONSIDERACIONES BÁSICAS DE DISEÑO

La red de distribución se debe calcular considerando la velocidad y presión del agua en las tuberías.Se recomienda valores de velocidad minima de 0.6m/s y maxima de 3.0m/s. si se tiene velocidades menores que mínima, se presentarán fenómenos de sedimentación; y con velocidades muy altas, se producirá el deterioro de los accesorios y tuberías.La presión mínima depende de las necesidades domésticas, y la máxima influye en el mantenimiento de la red, ya que con presiones elevadas se originan pérdidas por fugas y fuertes golpes de ariete. Las Normas Generalesdel Ministerio de Salud, recomiendan que la presión mínima de servicio en cualquier parte de l a red no sea menorde 5m y que la presión estático no exceda de 50m.En las Normas del Ministerio de Salud se establece que el diámetro mínimo a utilizarse en la red, será aquel que satisfaga las condiciones hidráulicas que garanticen las presiones mínimas de servicio en la red y su capacidaddeberá ser tal que pueda absorver en el futuro la instalación de conexiones domiciliarias. El diámetro mínimo recomendado es de 3/4".Las válvulas, según las normas mencionadas, se deben ubicar para aislar tramos no mayores de 300m. o en lugares que garanticen el buen funcionamiento del sistema y permiten interrupciones para realizar lasampliaciones y reparaciones de la red.En base a estas consideraciones se efectúa el diseño hidrálico, de la red de distribución, siendo la tubería de PVCla mas utilizadaen los proyectos de agua potable en zonas rurales. Para el cálculo hidráulico, las normas del Ministerio de Salud recomienda el empleo de las ecuaciones de Hazen - Williams y Fair Whipple.

TIPOS DE REDES

Según la forma de los circuitos, existen dos tipos de sistemas de distribución: el sistema abierto o de ramalesabiertos y el sistema de circuito cerrado, conocido como malla, parrilla, etc.

a) SISTEMA ABIERTO O RAMIFICADO

Son redes de distribución que estan constituidas por un ramal matriz y una serie de ramificaciones. Es utilizado cuando la topografía dificulta o no permite la interconexión entre ramales y cuando la poblacion tiene un crecimiento linealgeneralmente a lo largo de un río o un camino.La tubería matriz principal se instala a lo largo de una calle de la cual se derivan las tuberías secundarias. La desventaja es que el flujo esta determinado en un solo sentido, y en caso de sufrir desperfectos puede dejar sin servicoa una parte de la población. El otro inconveniente es que en el otro extremo de los ramales secundarios se dan los puntosmuertos, es decir el agua ya no circula, sino que pertenece estática en los tubos originando sabores y olores, especialmenteen las casas que estan mas separadas. En los puntos muertos se requiere instalas valvulas de purga con la finalidad de limpiary evitar la contaminación del agua.

DISEÑO:

Se desea diseñar la red de distribución para una población dispersa de densidad heterogenea, con una población futura de 1,125 habitantes para un periodo de diseño de 20 años y una dotación de 90 l/hab/día.

CALCULO HIDRÁULICO DE LA RED DE DISTRIBUCIÓN_01

DATOS:

Población futura: 1020 habPeriodo de diseño: 20 añosDotación: 80 l/hab/dia

CÁLCULOS:

Consumo medio (Qm)Qm= 0.94 l/s

Consumo máximo horario (Qmh)Qmh= 1.42 l/s

Consumo unitario (Qunit)Qunit=Qmh/poblacion futura

Qunit= 0.0014 l/s/hab

Identificados los tramos en la fig. y conocidos los valores del gasto unitario (Qunit) y los los habitantes de cada tramo, de cada tramo, se determinan los valores del gasto por tramo mediante la siguiente relación.Qtramo=(Qunit)x(nº de habitantes por tramo)

TRAMOA - B 14.00 0.019 B - C 30.00 0.042 C - D 36.00 0.050 D - E 38.00 0.053 E - F 18.00 0.025 F - G 14.00 0.019 G - H 56.00 0.078 B - M 24.00 0.033 M - N 16.00 0.022 M - S 24.00 0.033 N - O 56.00 0.078 N - T 18.00 0.025 N - K1 16.00 0.022 O - P 15.00 0.021 O - U 14.00 0.019 O - L1 12.00 0.017 P - R 24.00 0.033 P - M1 12.00 0.017 C - C2 16.00 0.022 C2 - W 16.00 0.022 C2 - C3 25.00 0.035 C3 - V 15.00 0.021 C3 - X 14.00 0.019 D - D2 18.00 0.025 D2 - D3 26.00 0.036 D2 - Z 15.00 0.021 D3 - A1 18.00 0.025 E - E2 15.00 0.021 E2 - B1 80.00 0.111 E2 - C1 14.00 0.019 F - F2 40.00 0.056 G - F1 30.00 0.042 C - G1 54.00 0.075 A - I 14.00 0.019 I - J 14.00 0.019 I - I2 15.00 0.021 J - J2 18.00 0.025 J - K 28.00 0.039 K - K2 32.00 0.044 K - L 66.00 0.092 TOTAL 1020.00 1.42

CALCULO HIDRÁLICO RED_01:

TRAMOGASTO LONGITUD DIÁMETRO VELOCIDAD PERDIDA DE CARGA COTA PIEZOMÉTRICA COTA DEL TERRENO PRESIÓN

TRAMO DISEÑO UNIT TRAMO INICIAL FINAL INICIAL FINAL INICIAL FINALRES - A 1.417 862.70 2 0.699 12.0662 10.4095 3400.00 3389.59 3400.00 3340.36 0.00 49.23

A - B 0.019 1.157 12.39 1 2.283 241.8323 2.9963 3389.59 3386.59 3340.36 3340.34 49.23 46.25 B - C 0.042 0.817 89.19 1 1.612 126.9606 11.3236 3386.59 3375.27 3340.34 3338.91 46.25 36.36 C - D 0.050 0.581 99.66 1 1.146 67.5301 6.7300 3375.27 3368.54 3338.91 3336.80 36.36 31.74 D - E 0.053 0.424 101.73 3/4 1.486 152.8147 15.5458 3368.54 3352.99 3336.80 3333.75 31.74 19.24 E - F 0.025 0.219 100.28 3/4 0.770 45.2612 4.5388 3352.99 3348.46 3333.75 3330.89 19.24 17.57 F - G 0.019 0.139 123.57 3/4 0.487 19.4183 2.3995 3348.46 3346.06 3330.89 3328.79 17.57 17.27 G - H 0.078 0.078 478.30 3/4 0.273 6.6429 3.1773 3346.06 3342.88 3328.79 3310.67 17.27 32.21 B - M 0.033 0.321 52.11 3/4 1.126 91.3887 4.7623 3386.59 3381.83 3340.34 3341.13 46.25 40.70 M - N 0.022 0.254 50.21 3/4 0.892 59.3943 2.9822 3381.83 3378.85 3341.13 3341.76 40.70 37.09 M - S 0.033 0.033 80.79 3/4 0.117 1.3855 0.1119 3381.83 3381.72 3341.13 3338.87 40.70 42.85 N - O 0.078 0.185 167.59 3/4 0.648 32.9106 5.5155 3378.85 3373.33 3341.76 3348.13 37.09 25.20 N - T 0.025 0.025 72.75 3/4 0.088 0.8137 0.0592 3378.85 3378.79 3341.76 3339.99 37.09 38.80

N - K1 0.022 0.022 69.04 3/4 0.078 0.6544 0.0452 3378.85 3378.80 3341.76 3353.33 37.09 25.47 O - P 0.021 0.071 171.25 3/4 0.249 5.5875 0.9569 3373.33 3372.38 3348.13 3356.33 25.20 16.05 O - U 0.019 0.019 73.01 3/4 0.068 0.5111 0.0373 3373.33 3373.30 3348.13 3344.69 25.20 28.61 O - L1 0.017 0.017 112.22 3/4 0.058 0.3843 0.0431 3373.33 3373.29 3348.13 3360.58 25.20 12.71 P - R 0.033 0.033 226.76 3/4 0.117 1.3855 0.3142 3372.38 3372.06 3356.33 3358.30 16.05 13.76

P - M1 0.017 0.017 64.34 3/4 0.058 0.3843 0.0247 3372.38 3372.35 3356.33 3362.53 16.05 9.82 C - C2 0.022 0.119 84.83 3/4 0.419 14.6904 1.2462 3375.27 3374.02 3338.91 3339.80 36.36 34.22 C2 - W 0.022 0.022 96.50 3/4 0.078 0.6544 0.0631 3374.02 3373.96 3339.80 3336.88 34.22 37.08 C2 - C3 0.035 0.075 154.43 3/4 0.263 6.2107 0.9591 3374.02 3373.07 3339.80 3344.48 34.22 28.59 C3 - V 0.021 0.021 147.56 3/4 0.073 0.5807 0.0857 3373.07 3372.98 3344.48 3347.24 28.59 25.74 C3 - X 0.019 0.019 104.95 3/4 0.068 0.5111 0.0536 3373.07 3373.01 3344.48 3340.25 28.59 32.76 D - D2 0.025 0.107 76.82 3/4 0.375 11.9734 0.9198 3368.54 3367.62 3336.80 3336.74 31.74 30.88

D2 - D3 0.036 0.061 123.81 3/4 0.214 4.2520 0.5264 3367.62 3367.09 3336.74 3339.93 30.88 27.16 D2 - Z 0.021 0.021 96.61 3/4 0.073 0.5807 0.0561 3367.62 3367.56 3336.74 3333.66 30.88 33.90

D3 - A1 0.025 0.025 99.52 3/4 0.088 0.8137 0.0810 3367.09 3367.01 3339.93 3335.94 27.16 31.07 E - E2 0.021 0.151 68.80 1 0.299 5.6177 0.3865 3352.99 3352.61 3333.75 3333.84 19.24 18.77

E2 - B1 0.111 0.111 414.10 1 0.219 3.1698 1.3126 3352.61 3351.30 3333.84 3337.99 18.77 13.31 E2 - C1 0.019 0.019 106.57 3/4 0.068 0.5111 0.0545 3352.61 3352.55 3333.84 3331.36 18.77 21.19 F - F2 0.056 0.056 210.93 3/4 0.195 3.5647 0.7519 3348.46 3347.70 3330.89 3335.63 17.57 12.07 G - F1 0.042 0.042 305.41 1 0.082 0.5164 0.1577 3346.06 3345.90 3328.79 3335.79 17.27 10.11 C - G1 0.075 0.075 166.76 3/4 0.263 6.2107 1.0357 3375.27 3374.23 3338.91 3337.57 36.36 36.66 A - I 0.019 0.260 27.69 3/4 0.911 61.8183 1.7118 3389.59 3387.88 3340.36 3340.44 49.23 47.44 I - J 0.019 0.219 85.75 3/4 0.770 45.2612 3.8811 3387.88 3384.00 3340.44 3341.94 47.44 42.06

I - I2 0.021 0.021 84.48 3/4 0.073 0.5807 0.0491 3387.88 3387.83 3340.44 3338.34 47.44 49.49 J - J2 0.025 0.025 86.14 3/4 0.088 0.8137 0.0701 3384.00 3383.93 3341.94 3338.81 42.06 45.12 J - K 0.039 0.175 68.17 3/4 0.614 29.7780 2.0300 3384.00 3381.97 3341.94 3344.34 42.06 37.63

K - K2 0.044 0.044 114.77 3/4 0.156 2.3591 0.2707 3381.97 3381.70 3344.34 3341.78 37.63 39.92 K - L 0.092 0.092 402.01 3/4 0.322 9.0026 3.6191 3381.97 3378.35 3344.34 3360.09 37.63 18.26

1.42 6134.50 Los valores de las presiones iniciales y finales se encuentran dentro de los límites recomendados por las Normas del Ministerio de Salud (mínimo 5m y máximo 50m) por lo que se concluye que los diámetros seleccionados son los correctos.

Nº de Habitantespoblación futura por tramos

Gastos portramo




TIPOS DE REDES




DISEÑO:


CALCULO HIDRÁULICO DE LA RED DE DISTRIBUCIÓN_02DATOS:


CÁLCULOS:





Identificados los tramos en la fig. y conocidos los valores del gasto unitario (Qunit) y los los habitantes de cada tramo,se determinan los valores del gasto por tramo mediante la siguiente relación.Qtramo=(Qunit)x(nº de habitantes por tramo)

TRAMOA1 - RP1 40.00 0.056 RP1 - A 40.00 0.056 A - B 60.00 0.083 B - C 18.00 0.025 C - D 18.00 0.025 D - D1 15.00 0.021 A1 - V 8.00 0.011 V - RP2 4.00 0.006 RP2 - E 4.00 0.006 E - RP3 8.00 0.011 RP3 - J 7.00 0.010 V - RP4 8.00 0.011 RP4 - V1 7.00 0.010 E - F 25.00 0.035 F - RP5 30.00 0.042 RP5 - H 30.00 0.042 F - RP6 13.00 0.018 RP6 - I 12.00 0.017 D - RP7 15.00 0.021 RP7 - K 15.00 0.021 C - O 20.00 0.028 B- S 15.00 0.021 A- TRP8 8.00 0.011 T - Q 15.00 0.021 T - U 10.00 0.014 Q - M 61.00 0.085 Q - R 8.00 0.011 M - L 38.00 0.053 M - P 23.00 0.032 TOTAL 575.00 0.80

CALCULO HIDRÁLICO DE LA RED_02:

TRAMOGASTO

LONGITUD DIÁMETRO VELOCIDADPERDIDA DE CARGA COTA PIEZOMÉTRICA COTA DEL TERRENO PRESIÓN

TRAMO DISEÑO UNIT TRAMO INICIAL FINAL INICIAL FINAL INICIAL FINAL

RES - A1 0.78 50.38 2 0.387 4.0453 0.2038 3469.89 3469.69 3469.89 3465.11 0.00 4.58 A1 - RP1 0.056 0.56 250.00 1 1/4 0.709 21.4097 5.3524 3469.69 3439.33 3465.11 3431.48 4.58 7.85 RP1 - A 0.056 0.506 270.53 1 0.998 52.2828 14.1441 3439.33 3425.19 3431.48 3389.21 7.85 35.98 A - B 0.083 0.224 141.07 1 0.441 11.5598 1.6307 3425.19 3423.56 3389.21 3395.50 35.98 28.06 B - C 0.025 0.119 125.79 1 0.236 3.6236 0.4558 3423.56 3423.10 3395.50 3393.95 28.06 29.15 C - D 0.025 0.067 57.64 1 0.132 1.2320 0.0710 3423.10 3423.03 3393.95 3395.38 29.15 27.65 D - D1 0.021 0.021 108.95 3/4 0.073 0.5807 0.0633 3423.03 3422.97 3395.38 3397.85 27.65 25.12 A1 - V 0.011 0.224 101.70 1 0.441 11.5598 1.1756 3469.69 3468.51 3465.11 3450.04 4.58 18.47 V - RP2 0.006 0.192 200.00 1 0.378 8.6916 1.7383 3468.51 3436.77 3450.04 3420.00 18.47 16.77 RP2 - E 0.006 0.186 174.43 1 0.367 8.2312 1.4358 3436.77 3435.34 3420.00 3397.91 16.77 37.43 E - RP3 0.011 0.021 130.00 3/4 0.073 0.5807 0.0755 3435.34 3400.26 3397.91 3367.76 37.43 32.50 RP3 - J 0.010 0.010 62.09 3/4 0.034 0.1418 0.0088 3400.26 3400.25 3367.76 3350.09 32.50 50.16 V - RP4 0.011 0.021 200.00 1 0.041 0.1432 0.0286 3468.51 3443.48 3450.04 3425.23 18.47 18.25 RP4 - V1 0.010 0.010 216.93 3/4 0.034 0.1418 0.0308 3443.48 3443.45 3425.23 3395.91 18.25 47.54 E - F 0.035 0.160 194.06 1 0.315 6.2031 1.2038 3435.34 3434.13 3397.91 3389.75 37.43 44.38 F - RP5 0.042 0.083 100.00 1 0.164 1.8617 0.1862 3434.13 3408.95 3389.75 3379.98 44.38 28.97 RP5 - H 0.042 0.042 89.33 3/4 0.146 2.0936 0.1870 3408.95 3408.76 3379.98 3357.82 28.97 50.94 F - RP6 0.018 0.035 120.00 3/4 0.122 1.4942 0.1793 3434.13 3398.95 3389.75 3377.98 44.38 20.97 RP6 - I 0.017 0.017 114.15 3/4 0.058 0.3843 0.0439 3398.95 3398.91 3377.98 3351.85 20.97 47.06 D - RP7 0.021 0.042 120.00 3/4 0.146 2.0936 0.2512 3423.03 3402.78 3395.38 3369.29 27.65 33.49 RP7 - K 0.021 0.021 114.08 3/4 0.073 0.5807 0.0663 3402.78 3402.71 3369.29 3355.22 33.49 47.49 C - O 0.028 0.028 97.23 3/4 0.097 0.9888 0.0961 3423.10 3423.01 3393.95 3379.75 29.15 43.26 B- S 0.021 0.021 127.72 3/4 0.073 0.5807 0.0742 3423.56 3423.48 3395.50 3372.89 28.06 50.59 A- TRP8 0.011 0.226 152.69 3/4 0.794 47.9466 7.3210 3425.19 3407.87 3389.21 3370.40 35.98 37.47 T - Q 0.021 0.201 132.69 3/4 0.707 38.6137 5.1236 3407.87 3402.75 3370.40 3371.91 37.47 30.84 T - U 0.014 0.014 62.27 3/4 0.049 0.2743 0.0171 3407.87 3407.85 3370.40 3362.22 37.47 45.63 Q - M 0.085 0.169 184.35 3/4 0.594 28.0528 5.1715 3402.75 3397.57 3362.22 3371.29 40.53 26.28 Q - R 0.011 0.011 105.58 3/4 0.039 0.1815 0.0192 3402.75 3402.73 3362.22 3360.58 40.53 42.15 M - L 0.053 0.053 107.74 3/4 0.185 3.2420 0.3493 3397.57 3397.22 3362.22 3356.18 35.35 41.04 M - P 0.032 0.032 51.97 3/4 0.112 1.2806 0.0666 3397.57 3397.51 3362.22 3371.96 35.35 25.55 TOTAL 0.80 3963.37 Los valores de las presiones iniciales y finales se encuentran dentro de los límites recomendados por las Normas del Ministerio de Salud (mínimo 5m y máximo 50m) por lo que se concluye que los diámetros seleccionados son los correctos.


Gastos portramo




TIPOS DE REDES




DISEÑO:


CALCULO HIDRÁULICO DE LA RED DE DISTRIBUCIÓN_03DATOS:


CÁLCULOS:





Identificados los tramos en la fig. y conocidos los valores del gasto unitario (Qunit)y los los habitantes de cada tramo,se determinan los valores del gasto por tramo mediante la siguiente relación.Qtramo=(Qunit)x(nº de habitantes por tramo)

TRAMOA - B 110.00 0.153 A - C 200.00 0.278 TOTAL 310.00 0.43

CALCULO HIDRÁLICO:

TRAMOGASTO

LONGITUD DIÁMETRO VELOCIDADPERDIDA DE CARGA COTA PIEZOMÉTRICA COTA DEL TERRENO PRESIÓN

TRAMO DISEÑO UNIT TRAMO INICIAL FINAL INICIAL FINAL INICIAL FINAL

RES - A 0.431 207.17 3/4 1.511 157.4815 32.6254 3470.58 3437.95 3470.58 3401.69 0.00 36.26 A - B 0.153 0.153 263.84 3/4 0.536 23.1626 6.1112 3437.95 3431.84 3401.69 3415.60 36.26 16.24 A - C 0.278 0.278 885.44 3/4 0.975 70.0029 61.9834 3437.95 3375.97 3401.69 3359.51 36.26 16.46

0.43 1356.45 Los valores de las presiones iniciales y finales se encuentran dentro de los límites recomendados por las Normas del Ministerio de Salud (mínimo 5m y máximo 50m) por lo que se concluye que los diámetros seleccionados son los correctos.


Gastos portramo

diseño agua

Documents