Universidad de Costa Rica

Facultad de Ingeniería

Escuela de Ingeniería Civil

Diseño detallado y solución constructiva del acueducto de agua potable

de la comunidad de El Mastate de Poás

Proyecto de Graduación

Que para obtener el grado de Licenciatura en Ingeniería Civil

presenta:

David Ricardo Portilla Fuentes

Director de Proyecto de Graduación:

Ing. Robert Anglin Fonseca, MSe.

Ciudad Universitaria Rodrigo Facio

Costa Rica Febrero, 2016

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Fecha: 2016, febrero, 10

El suscrito, David Ricardo Portilla Fuentes, cédula 1-1509-0054, estudiante de la carrera de Licenciatura en Ingeniería Civil de la Universidad de Costa Rica, con número de carné B04902, manifiesta que es autor del Proyecto Final de Graduación titulado “Diseño detallado y solución constructiva del acueducto de agua potable de la comunidad de El Mastate de Poás” bajo la Dirección del Ing. Robert Anglin Fonseca, MSe., quien en consecuencia tiene derechos compartidos sobre los resultados de esta investigación.

Asimismo, hago traspaso de los derechos de utilización del presente trabajo a la Universidad de Costa Rica, para fines académicos: docencia, investigación, acción social y divulgación.

Nota: De acuerdo con la Ley de Derechos de Autor y Derechos Conexos Nº 6683, Artículo 7 (versión actualizada el 02 de julio de 2001); “no podrá suprimirse el nombre del autor en las publicaciones o reproducciones, ni hacer en ellas interpolaciones, sin una conveniente distinción entre el texto original y las modificaciones o adiciones editoriales”. Además, el autor conserva el derecho moral sobre la obra, Artículo 13 de esta ley, por lo que es obligatorio citar la fuente de origen cuando se utilice información contenida en esta obra.

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A Geovannny, Lorena y Raquel por su guía

y apoyo incondicional

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RECONOCIMIENTOS

Agradezco primeramente a Dios por darme la salud y las posibilidades para llevar a cabo

cada una de las metas que me propuse desde el inicio de la carrera. Él ha sido siempre la

fortaleza para no desmayar y no dejar de soñar.

Seguidamente, agradecer a mi familia, en especial a mis padres, Geovanny y Lorena, y a mi

hermana Raquel. A los primeros por todo su esfuerzo, sacrificio y consejos que representan

en gran parte el logro de esta meta personal. A mi hermana por todo su apoyo a lo largo

de la carrera y por su ayuda en la realización del presente trabajo.

También agradezco al Ing. Robert Anglin por todas sus enseñanzas, comprensión y ayuda.

Gracias por convertirse en un mentor tanto en el final de la etapa estudiantil como en los

inicios en el campo laboral.

Al Ing. Rafael Murillo por sus enseñanzas, su atención y colaboración para llevar a cabo el

presente proyecto.

Al Ing. Ignacio del Río por darme la confianza para colaborar con la institución que preside

y por todo su apoyo y consejos dados para llevar a cabo de la mejor forma el presente

trabajo.

A Don Gilberth y Doña Jessennia por la confianza y toda la colaboración brindada en la

ASADA, cada vez que lo necesité. Esta agilizó de gran forma la obtención de los resultados

del proyecto.

A mis amistades de universidad por el apoyo y compañerismo mostrado, en especial a Roy

y Abdiel por su ayuda en la realización de este proyecto.

Finalmente, agradezco a cada una de las personas que de una u otra forma colaboraron

para poder desarrollar el trabajo de graduación. Desde las personas que cordialmente me

recibieron en cada una de las instituciones visitadas cuando busqué información hasta las

que se involucraron directamente con el proyecto, mediante ayuda en las diferentes

mediciones realizadas y las sugerencias para el trabajo.

v

ÍNDICE

CAPÍTULO 1 INTRODUCCIÓN .............................................................................. 1

1.1 JUSTIFICACIÓN ................................................................................................ 1

1.1.1 Descripción del problema ........................................................................... 1

1.1.2 Importancia .............................................................................................. 2

1.2 OBJETIVOS ..................................................................................................... 3

1.2.1 Objetivo General ........................................................................................ 3

1.2.2 Objetivos Específicos .................................................................................. 3

1.3 DELIMITACIÓN DEL PROBLEMA ............................................................................. 3

1.3.1 Alcance ..................................................................................................... 3

1.3.2 Limitaciones .............................................................................................. 4

1.4 METODOLOGÍA ................................................................................................ 5

1.4.1 Fase de revisión bibliográfica ...................................................................... 5

1.4.2 Fase de diagnóstico ................................................................................... 6

1.4.3 Fase de obtención de insumos para el diseño ............................................... 7

1.4.4 Fase de diseño .......................................................................................... 7

1.4.5 Fase de evaluación de costos ...................................................................... 8

CAPÍTULO 2 MARCO TEÓRICO ............................................................................ 9

2.1 GENERALIDADES .............................................................................................. 9

2.2 ELEMENTOS BÁSICOS DE UN ACUEDUCTO ............................................................... 10

2.2.1 Fuentes de abastecimiento y obras de captación ......................................... 10

2.2.2 Obra de conducción .................................................................................. 11

2.2.3 Obra de tratamiento del agua .................................................................... 13

2.2.4 Tanque de almacenamiento ....................................................................... 17

2.2.5 Red de distribución ................................................................................... 22

2.2.6 Accesorios y características físicas de las líneas de tubería............................ 23

2.3 CONCEPTOS Y CRITERIOS DE DISEÑO .................................................................... 25

2.3.1 Proyección de la población ......................................................................... 26

2.3.2 Estimación de la demanda ......................................................................... 27

2.3.3 Diseño de líneas de conducción .................................................................. 31

2.3.4 Diseño de redes de distribución ................................................................. 35

vi

2.3.5 Parámetros de diseño................................................................................ 38

CAPÍTULO 3 DESCRIPCIÓN DE LA ZONA DE ESTUDIO ...................................... 40

3.1 UBICACIÓN GEOGRÁFICA ................................................................................... 40

3.2 ZONAS PROTEGIDAS ......................................................................................... 41

3.3 CLIMA .......................................................................................................... 41

3.4 TOPOGRAFÍA .................................................................................................. 43

3.5 TIPOS DE SUELOS ............................................................................................ 46

3.5.1 Litología ................................................................................................... 46

3.5.2 Estructuras geológicas (fallas) .................................................................... 46

3.5.3 Características geotécnicas ........................................................................ 48

3.6 HIDROGEOLOGÍA ............................................................................................. 49

3.7 CONDICIONES AMBIENTALES .............................................................................. 51

3.8 ZONAS DE RIESGO ........................................................................................... 53

3.9 CARACTERÍSTICAS SOCIOECONÓMICAS .................................................................. 55

3.9.1 Actividades productivas ............................................................................. 55

3.9.2 Turismo ................................................................................................... 57

3.9.3 Usos del suelo .......................................................................................... 59

3.9.4 Educación ................................................................................................ 61

3.9.5 Vivienda ................................................................................................... 61

3.9.1 Vías de comunicación ................................................................................ 61

CAPÍTULO 4 DESCRIPCIÓN Y DIAGNÓSTICO DEL ACUEDUCTO ACTUAL .......... 63

4.1 GENERALIDADES ............................................................................................. 63

4.2 FUENTE DE ABASTECIMIENTO Y OBRA DE CAPTACIÓN ................................................ 64

4.3 TANQUE DE DISTRIBUCIÓN ................................................................................ 66

4.4 CONDUCCIÓN POR GRAVEDAD ............................................................................. 67

4.5 TANQUE DE ALMACENAMIENTO ............................................................................ 68

4.6 RED DE DISTRIBUCIÓN ...................................................................................... 70

4.7 CALIDAD DEL AGUA .......................................................................................... 75

CAPÍTULO 5 DETERMINACIÓN DE PARÁMETROS DE DISEÑO ........................... 78

5.1 ALINEAMIENTO DE LAS TUBERÍAS Y LEVANTAMIENTO TOPOGRÁFICO .............................. 78

5.2 POBLACIÓN DE DISEÑO Y PLANTEAMIENTO DE ESCENARIOS ......................................... 80

vii

5.2.1 Proyección de población por métodos matemáticos ..................................... 83

5.2.2 Criterio de saturación ................................................................................ 86

5.2.1 Proyección de escenarios ........................................................................... 97

5.3 ESTIMACIÓN DE DEMANDA Y DOTACIÓN ............................................................... 102

5.3.1 Demanda domiciliar ................................................................................ 104

5.3.2 Demanda no domiciliar ............................................................................ 104

5.3.3 Agua no contabilizada ............................................................................. 108

5.3.4 Exceso por servicios fijos ......................................................................... 113

5.3.5 Otros usos ............................................................................................. 113

5.4 DOTACIONES NETAS Y CAUDALES DE DISEÑO PARA CADA ESCENARIO .......................... 114

5.5 EVALUACIÓN DE LA PRODUCCIÓN DE LA NACIENTE CON RESPECTO A LA DEMANDA ........... 116

CAPÍTULO 6 DISEÑO HIDRÁULICO Y PROPUESTA DE MEJORAS .................... 119

6.1 ESCOGENCIA DEL ESCENARIO DE DISEÑO ............................................................. 119

6.2 ANÁLISIS HIDRÁULICO DE LOS COMPONENTES DEL ACUEDUCTO.................................. 119

6.2.1 Obra de captación................................................................................... 120

6.2.2 Tubería de aducción ................................................................................ 120

6.2.3 Tanque de distribución ............................................................................ 122

6.2.4 Tubería de conducción ............................................................................ 122

6.2.5 Tanques de almacenamiento ................................................................... 126

6.2.6 Red de distribución ................................................................................. 132

6.3 ANÁLISIS DE SENSIBILIDAD DE LA RED DE DISTRIBUCIÓN ......................................... 145

6.4 MODELACIÓN DE LA RED DE DISTRIBUCIÓN EN EPANET 2.0 VE ................................ 146

6.4.1 Generalidades ........................................................................................ 146

6.4.2 Calibración ............................................................................................. 152

6.4.3 Resultados ............................................................................................. 154

6.5 TRAZADO DE LAS TUBERÍAS, ALINEAMIENTO HORIZONTAL Y VERTICAL ......................... 160

6.6 DISEÑO DE ACCESORIOS ADICIONALES Y SUS PROPUESTAS CONSTRUCTIVAS .................. 161

6.6.1 Válvulas de corte o de paso ..................................................................... 162

6.6.2 Válvulas de purga ................................................................................... 163

6.6.3 Válvulas de aire o ventosas ...................................................................... 163

6.6.4 Válvulas reductoras de presión (“VRP”) ..................................................... 165

6.7 PROPUESTAS CONSTRUCTIVAS DEL ACUEDUCTO ..................................................... 172

viii

6.7.1 Excavación, relleno e instalación de tuberías ............................................. 172

6.7.2 Bloques de anclaje .................................................................................. 176

6.7.3 Anclaje en estructuras de puente ............................................................. 181

6.7.4 Cajas de registro para instalación de válvulas ............................................ 181

6.7.5 Sistema de almacenamiento .................................................................... 188

6.7.6 Sistema de cloración ............................................................................... 191

6.7.7 Sistema de medición en el acueducto ...................................................... 195

CAPÍTULO 7 ANÁLISIS DE COSTOS Y PLANIFICACIÓN CONSTRUCTIVA......... 196

7.1 GENERALIDADES DE LA ESTIMACIÓN DE COSTOS .................................................... 196

7.2 COSTOS DIRECTOS DEL PROYECTO ..................................................................... 197

7.2.1 Materiales .............................................................................................. 198

7.2.2 Mano de obra ......................................................................................... 198

7.2.3 Equipos y subcontratos ........................................................................... 199

7.3 COSTOS INDIRECTOS ...................................................................................... 199

7.4 RENDIMIENTOS DE MANO DE OBRA ..................................................................... 200

7.5 COMPARACIÓN DE COSTOS DE DIFERENTES ALTERNATIVAS PARA EL SISTEMA ................. 202

7.5.1 Opciones propuestas por el Cuerpo de Bomberos ...................................... 202

7.5.2 Opciones para el sistema de almacenamiento............................................ 203

7.6 RESULTADOS DEL PRESUPUESTO FINAL DEL PROYECTO ............................................ 207

7.7 PLANTEAMIENTO DE LA PLANIFICACIÓN DE LA CONSTRUCCIÓN DE LAS OBRAS DE PROYECTO .. 211

7.7.1 Fase A ................................................................................................... 214

7.7.2 Fase B ................................................................................................... 216

7.7.1 Fase C ................................................................................................... 218

7.7.1 Fase D ................................................................................................... 219

7.7.2 Fase E ................................................................................................... 222

7.7.3 Consideraciones finales ........................................................................... 224

CONCLUSIONES .............................................................................................. 225

RECOMENDACIONES ....................................................................................... 229

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ..................................................................... 231

ANEXO A: CRITERIOS DE DISEÑO ................................................................... 234

ix

ANEXO B: LEVANTAMIENTO TOPOGRÁFICO .................................................... 236

ANEXO C: ANÁLISIS DE DEMANDA .................................................................. 246

ANEXO D: ANÁLISIS HIDRÁULICO .................................................................. 260

ANEXO E: PRESUPUESTO BASE DEL PROYECTO .............................................. 276

x

ÍNDICE DE FIGURAS

Figura 2-1. Manantial como afloramiento superficial ..................................................... 10

Figura 2-2. Captación de agua en un manantial ........................................................... 11

Figura 2-3. Obra de conducción forzada ...................................................................... 12

Figura 2-4. Funcionamiento de tanques quiebragradientes ............................................ 13

Figura 2-5. Ejemplo de curva de distribución horaria de consumo .................................. 18

Figura 2-6. Ejemplo de curva integral del consumo de una población ............................. 19

Figura 2-7. Análisis de curva integral en tanque regulador con suministro por gravedad .. 20

Figura 2-8. Esquema del funcionamiento de una válvula reguladora de presión .............. 25

Figura 2-9. Esquema del funcionamiento de una válvula reguladora de caudal ............... 25

Figura 3-1. Ubicación de la zona de estudio ................................................................. 42

Figura 3-2. Resumen sinóptico-climático de la Región Valle Central Occidental ............... 43

Figura 3-3. Mapa de pendientes ................................................................................. 44

Figura 3-4. Mapa de elevaciones ................................................................................ 45

Figura 3-5. Mapa de litología y estructuras geológicas .................................................. 47

Figura 3-6. Mapa de pozos y nacientes ....................................................................... 50

Figura 3-7. Mapa de recarga hídrica y vulnerabilidad .................................................... 52

Figura 3-8. Mapa de riesgos Comisión Nacional de Emergencias .................................... 54

Figura 3-9. Fotografías ilustrativas de las actividades productivas de la zona .................. 55

Figura 3-10. Cantidad de turistas registrados en Parque Nacional Volcán Poás................ 58

Figura 3-11. Fotografías ilustrativas de atractivo turístico de la zona .............................. 59

Figura 3-12. Mapa de uso del suelo de la zona del acueducto ....................................... 60

Figura 4-1. Esquema de componentes del acueducto actual .......................................... 63

Figura 4-2. Galería de infiltración similar a la del acueducto en estudio .......................... 64

xi

Figura 4-3. Galería de infiltración del acueducto actual ................................................. 64

Figura 4-4. Punto destinado para realizar los aforos ..................................................... 65

Figura 4-5. Tanque de distribución ............................................................................. 67

Figura 4-6. Fotografía en ubicación de punto más bajo (tramo de conducción) ............... 68

Figura 4-7. Tanque de almacenamiento ...................................................................... 69

Figura 4-8. Fisuras en las paredes y en el fondo del tanque de almacenamiento ............. 69

Figura 4-9. Esquema en planta de las tuberías de la red de distribución actual ............... 71

Figura 4-10. Mapa de usuarios actuales del acueducto ................................................. 73

Figura 5-1. Alineamiento horizontal actual de tuberías con sus expansiones en el nuevo

diseño ...................................................................................................................... 79

Figura 5-2. Trazo de servidumbres ficticias .................................................................. 81

Figura 5-3. Proyecciones de población en la zona del acueducto ................................... 85

Figura 5-4. Mapa de índices de fragilidad ambiental (IFA) ............................................. 89

Figura 5-5. Mapa de macro zonas de la GAM ............................................................... 91

Figura 5-6. Mapa de administración de las fuentes y sistemas de abastecimiento en las zonas

cercanas a El Mastate ................................................................................................ 94

Figura 5-7. Mapa de segregación de fincas actuales en parcelas agrícolas de 7000 m2 .... 96

Figura 5-8. Consumos medidos por hidrómetros de la ASADA de El Mastate ................. 103

Figura 5-9. Curva de descarga por fisuras del tanque de almacenamiento .................... 109

Figura 5-10. Fisura causante de fugas en el tanque .................................................... 112

Figura 5-11. Presencia de raíces que brotan por las fisuras del tanque ......................... 112

Figura 6-1. Perfiles para el tramo de conducción producto del análisis hidráulico .......... 125

Figura 6-2. Ubicación de la comunidad de Los Ángeles de Grecia ................................ 127

Figura 6-3. Curva de variación horaria de Los Ángeles de Grecia ................................. 127

Figura 6-4. Comparación de curvas integrales de consumo contra suministro ............... 128

xii

Figura 6-5. Ubicación de nodos de la red de distribución analizada .............................. 134

Figura 6-6. Distribución de usuarios puntual planteada para el escenario B .................. 140

Figura 6-7. Introducción de valores por defecto de análisis ......................................... 152

Figura 6-8. Introducción de la curva de variación horaria en el programa EPANET 2.0 vE

............................................................................................................................. 154

Figura 6-9. Plano de ubicación de nodos y diámetros de tuberías ................................ 155

Figura 6-10. Presiones en los nodos (hora de máxima demanda) ................................ 156

Figura 6-11. Caudales en las tuberías (hora de máxima demanda) .............................. 157

Figura 6-12. Presiones en los nodos (hora de menor consumo) ................................... 158

Figura 6-13. Caudales en las tuberías (hora de menor consumo) ................................. 159

Figura 6-14. Recomendación de ubicación de válvulas ventosas .................................. 164

Figura 6-15. Tipos de válvulas reductoras de presión ................................................. 166

Figura 6-16. Reducción de presión en VRP de acción directa ....................................... 167

Figura 6-17. Curvas de caída de presión para las VRP Wilkins NR3 .............................. 168

Figura 6-17. Sección transversal de la zanja .............................................................. 173

Figura 6-19. Graduación de material base granular .................................................... 175

Figura 6-20. Tipos de codos en PVC según su colocación ............................................ 177

Figura 6-21. Fotografía de aplicación de un sistema con tanques plásticos (volumen de 22

m3 cada uno) .......................................................................................................... 190

Figura 6-21. Ventajas del sistema Accu-Tab con respecto a otros utilizados .................. 192

Figura 6-22. Instalación del sistema Accu-Tab ........................................................... 192

Figura 6-23. Funcionamiento del clorador Accu-Tab ................................................... 194

Figura 7-1. Propuesta del Cuerpo de Bomberos adoptada para el acueducto de El Mastate

............................................................................................................................. 204

Figura 7-2. Fases de ejecución de las obras del acueducto .......................................... 213

Figura 7-3. Diagrama de Gantt de actividades propuestas para la fase A ..................... 215

xiii

Figura 7-4. Diagrama de Gantt de actividades propuestas para la fase B ..................... 217

Figura 7-5. Diagrama de Gantt de actividades propuestas para la fase C ..................... 220

Figura 7-6. Diagrama de Gantt de actividades propuestas para la fase D .................... 221

Figura 7-6. Diagrama de Gantt de actividades propuestas para la fase E ..................... 223

xiv

ÍNDICE DE CUADROS

Cuadro 2-1. Parámetros de calidad del agua para el programa de control nivel N1 .......... 16

Cuadro 2-2. Parámetros de calidad del agua para el programa de control nivel N2 .......... 16

Cuadro 2-3. Caudales de incendio y volúmenes de almacenamiento requeridos por AyA .. 21

Cuadro 2-4. Caudales de incendio y presiones residuales requeridos por el Benemérito

Cuerpo de Bomberos de Costa Rica ............................................................................ 21

Cuadro 2-5. Parámetros de diseño establecidos según el AyA ....................................... 38

Cuadro 3-1. Propiedades geotécnicas obtenidas en laboratorio ..................................... 48

Cuadro 3-2. Propiedades geotécnicas promedio en la Unidad Doka ............................... 49

Cuadro 3-3. Distribución del ganado según su propósito en la provincia de Poás ............ 56

Cuadro 3-4. Distribución de fincas agropecuarias según la utilización de fuentes de agua 56

Cuadro 3-5. Distancias desde Altura a otros puntos de referencia .................................. 62

Cuadro 4-1. Registro de aforos en la naciente ............................................................. 66

Cuadro 4-2. Longitudes de tuberías que componen la red de distribución....................... 70

Cuadro 4-3. Distribución de usuarios según el uso del agua .......................................... 74

Cuadro 4-4. Parámetros microbiológicos de calidad del agua (muestras en tanque de

distribución) ............................................................................................................. 75

Cuadro 4-5. Parámetros físico-químicos de calidad del agua (muestras en tanque de

distribución) ............................................................................................................. 76

Cuadro 4-6 . Parámetros físico-químicos y microbiológicos de calidad del agua (muestra en

tanque de almacenamiento) ....................................................................................... 77

Cuadro 5-1. Datos históricos registrados y calculados por el INEC ................................. 82

Cuadro 5-2. Datos del censo nacional 2011 del INEC .................................................... 83

Cuadro 5-3. Proyecciones de población realizadas ........................................................ 85

Cuadro 5-4. Resultados del censo realizado en la zona del acueducto ............................ 86

xv

Cuadro 5-5. Resultados de segregación en fincas de 7000 m2 ....................................... 95

Cuadro 5-6. Distribución de usuarios abastecidos y total en la zona del acueducto .......... 97

Cuadro 5-7. Distribución de parcelas agrícolas según los requerimientos por tipo de usuario

............................................................................................................................... 98

Cuadro 5-8. Distribución de usuarios para el escenario A .............................................. 99

Cuadro 5-9. Distribución de usuarios para el escenario B ............................................ 100

Cuadro 5-10. Distribución de usuarios para el escenario C .......................................... 101

Cuadro 5-11. Obtención de la población de diseño del escenario D .............................. 102

Cuadro 5-12. Dotación domiciliar .............................................................................. 104

Cuadro 5-13. Comparación de dotaciones no domiciliares ........................................... 105

Cuadro 5-14. Dotaciones no domiciliares adoptadas ................................................... 107

Cuadro 5-15. Medición de pérdidas de agua por fugas en el tanque de almacenamiento

(Caso 1: mañana 14-07-15) ..................................................................................... 110

Cuadro 5-16. Medición de pérdidas de agua por fugas en el tanque de almacenamiento

(Caso 2: medio día 14-07-15)................................................................................... 110

Cuadro 5-17. Medición de pérdidas de agua por fugas en el tanque de almacenamiento

(Caso 3: mañana 15-07-15) ..................................................................................... 111

Cuadro 5-18. Resumen de porcentajes de agua no contabilizada ................................. 111

Cuadro 5-19. Factores máximos horarios para diferentes ciudades del país .................. 116

Cuadro 5-20. Obtención de caudales de diseño para todos los escenarios .................... 117

Cuadro 5-21. Evaluación de producción de la naciente con respecto a las demandas de cada

escenario................................................................................................................ 118

Cuadro 6-1. Resultados del análisis hidráulico de la tubería de aducción ...................... 121

Cuadro 6-2. Resultados del análisis hidráulico de la tubería de conducción ................... 123

Cuadro 6-3. Resultados por escenarios del volumen de regulación de la demanda ........ 129

Cuadro 6-4. Resumen por escenarios del volumen de almacenamiento requerido ......... 131

xvi

Cuadro 6-5. Definición de nodos de la red (agrupación de previstas) ........................... 135

Cuadro 6-6. Dimensionamiento hidráulico de red de distribución (caudales por longitud de

tubería) .................................................................................................................. 137

Cuadro 6-7. Resultados del diseño hidráulico de red de distribución (caudales por longitud

de tubería) ............................................................................................................. 138

Cuadro 6-8. Dimensionamiento hidráulico de red de distribución (caudales puntuales) .. 141

Cuadro 6-9. Resultados del diseño hidráulico de red de distribución (caudales puntuales)

............................................................................................................................. 142

Cuadro 6-10. Recomendaciones de límite de usuarios tipo “casa” en nodos en las zonas altas

............................................................................................................................. 145

Cuadro 6-11. Aproximación de equivalencia entre usuarios tipo “casa” con otros tipos .. 145

Cuadro 6-12. Resultados del análisis de sensibilidad (distribución de caudales por longitud

de tubería) ............................................................................................................. 147

Cuadro 6-13. Resultados del análisis de sensibilidad (distribución de caudales puntuales)

............................................................................................................................. 149

Cuadro 6-14. Demandas en cada nodo en la hora de máxima demanda (Escenario B) .. 153

Cuadro 6-15. Flechas máximas recomendadas para tuberías de PVC de 6 m de largo.... 160

Cuadro 6-16. Ubicación y cota de válvulas de corte en tramo de conducción ................ 162

Cuadro 6-17. Ubicación y cota de válvulas de corte en red de distribución ................... 162

Cuadro 6-18. Ubicación y cota de válvulas de purga en tramo de conducción ............... 163

Cuadro 6-19. Ubicación y cota de válvulas de purga en red de distribución .................. 163

Cuadro 6-20. Propuesta de válvulas de aire en el tramo de conducción ........................ 165

Cuadro 6-21. Propuesta de válvulas de aire en la red de distribución ........................... 165

Cuadro 6-22. Diseño de VRP 1 ................................................................................. 169

Cuadro 6-23. Diseño de VRP 2 ................................................................................. 169

Cuadro 6-24. Diseño de VRP 3 ................................................................................. 170

xvii

Cuadro 6-25. Diseño de VRP 4 ................................................................................. 170

Cuadro 6-26. Diseño de VRP 5 ................................................................................. 171

Cuadro 6-27. Resumen de las VRP propuestas ........................................................... 171

Cuadro 6-28. Anchos de zanja según diámetro de tubería ........................................... 173

Cuadro 6-29. Profundidades de zanja según diámetro de tubería ................................ 174

Cuadro 6-30. Tipos de bloques de anclaje en concreto ............................................... 178

Cuadro 6-31. Bloques de anclaje en el tramo de conducción ....................................... 179

Cuadro 6-32. Bloques de anclaje en la red de distribución .......................................... 179

Cuadro 6-33. Bloques de anclaje en tuberías con pendientes mayores a 30% .............. 180

Cuadro 6-34. Tipos de cajas de registro propuesta ..................................................... 182

Cuadro 6-35. Análisis comparativo del sistema de almacenamiento ............................. 189

Cuadro 7-1. Comparación de costos de opciones propuestas por el Cuerpo de Bomberos

............................................................................................................................. 203

Cuadro 7-2. Costos unitarios para tanques de concreto según AyA .............................. 205

Cuadro 7-3. Comparación de costos de sistemas de almacenamiento .......................... 205

Cuadro 7-4. Resumen general del presupuesto final del proyecto ................................ 207

Cuadro 7-5. Resumen del presupuesto final del proyecto, clasificado según tipos de costos

............................................................................................................................. 211

Cuadro 7-6. Conformación de cuadrillas por actividad ................................................. 212

Cuadro 7-7. Inversión asociada a las actividades de la fase A ...................................... 214

Cuadro 7-8. Inversión asociada a las actividades de la fase B ...................................... 216

Cuadro 7-9. Inversión asociada a las actividades de la fase C ...................................... 218

Cuadro 7-10. Inversión asociada a las actividades de la fase D ................................... 219

Cuadro 7-11. Inversión asociada a las actividades de la fase E .................................... 222

Cuadro 7-12. Resumen de los costos y duraciones asociados a cada fase planteada ... 224x

xviii

ÍNDICE DE ABREVIATURAS

AyA: Instituto Costarricense de Acueductos y Alcantarillados

ARESEP: Autoridad Reguladora de los Servicios Públicos

ASADA: Asociación Administradora de los Sistemas de Acueductos y Alcantarillados Comunal

SENARA: Servicio Nacional de Aguas Subterráneas Riego y Avenamiento

SETENA: Secretaría Técnica Nacional Ambiental

MINAE: Ministerio de Ambiente y Energía

MOPT: Ministerio de Obras Públicas y Transportes

ICT: Instituto Costarricense de Turismo

IMN: Instituto Meteorológico Nacional

SINAC: Sistema Nacional de Áreas de Conservación

UCR: Universidad de Costa Rica

UNA: Universidad Nacional

ECG: Escuela de Ciencias Geográficas, Universidad Nacional

INEC: Instituto Nacional de Estadísticas y Censos

km: kilómetros

msnm: metros sobre el nivel del mar

mca: metros columna de agua

mm: milímetros

m: metros

m3: metros cúbicos

km2: kilómetros cuadrados

l/s: litros por segundo

l/p/d: litros por persona por día

m3/s: metros cúbicos por segundo

xix

m/s2: metros por segundo al cuadrado

SDR: relación diámetro espesor de una tubería

°C: grados Celcius

PVC: cloruro de polivinilo (tubería plástica)

GAM: Gran Área Metropolitana

Qpd: Caudal Promedio diario

Qmd: Caudal Máximo diario

Qmh: Caudal Máximo horario

xx

Portilla Fuentes, David Ricardo.

Diseño detallado y solución constructiva del acueducto de agua potable de la comunidad de El Mastate de Poás

Proyecto de Graduación – Ingeniería Civil – San José. C.R.:

D.R. Portilla F., 2016

xx, 233, [50]h; ils. col. – 27 refs.

RESUMEN

Como principal necesidad de la Asociación Administradora de los Sistemas de Acueductos y

Alcantarillados Comunal (ASADA) de la comunidad de El Mastate de Poás se tiene el contar

con el diagnóstico y diseño hidráulico de cada uno de los componentes del acueducto bajo

su administración. Esto le permitiría conocer la capacidad del sistema actual y las

deficiencias que este presenta, para así invertir en la mejora del acueducto.

Para esto se desarrolló una investigación de campo para caracterizar y evaluar la demandad

de agua potable en la zona de interés. Además, se evaluó el contexto legal y con esto se

realizaron diferentes proyecciones de demanda bajo el criterio de saturación de la zona, es

decir, el caso en que la zona contaría con la mayor cantidad de usuarios posibles. Asimismo,

se evaluó la capacidad hidráulica de los componentes del acueducto existente para definir

cuáles elementos requieren mejoras. Al definir las propuestas respectivas, se validó el diseño

hidráulico mediante un análisis de sensibilidad y también la modelación en el software de

análisis EPANET 2.0 vE para garantizar que la zona estaría cubierta en términos de

abastecimiento de agua potable como máximo para el escenario propuesto. Luego se

planteó un análisis de costos y comparación de diferentes alternativas para así escoger las

opciones que impacten de menor forma a la ASADA, desde el punto de vista económico.

Además, se propuso la planificación de la construcción de las mejoras en diferentes fases

para así dar la capacidad hidráulica al sistema de forma paulatina. Finalmente, debido al

detalle del trabajo este podrá ser utilizado como guía de diseño para proponer mejoras en

sistemas que presenten deficiencias similares y en los cuales no se tengan los recursos para

sufragar un estudio amplio. D.R.P.F

ACUEDUCTO DE COMUNIDAD DE EL MASTATE DE POÁS, PROYECCIÓN DE POBLACIÓN Y DE CONSUMO, DISEÑO HIDRÁULICO DE RED, EVALUACIÓN CONSTRUCTIVA DE COSTOS Y APLICACIÓN.

Ing. Robert Anglin Fonseca, MSe. Escuela de Ingeniería Civil

1

CAPÍTULO 1 INTRODUCCIÓN

1.1 Justificación

1.1.1 Descripción del problema

En Costa Rica existen comunidades, especialmente rurales, que no cuentan con los

diferentes recursos, de organización y monetarios, necesarios para poder administrar

adecuadamente un sistema de abastecimiento de agua potable, de tal forma que los

habitantes de las comunidades puedan recibir este recurso de forma eficiente. Así se ha

descrito en el Estado de la Nación en cuanto a la gestión del recurso hídrico: “El país avanza

en cobertura de abastecimiento de agua, pero no en asistencia a los acueductos comunales

para mejorar su servicio. La mayoría de los acueductos comunales cuentan con personas

de la comunidad con gran compromiso, pero que trabajan bajo condiciones muy empíricas

y rudimentarias, que ponen en peligro o en gran fragilidad el servicio de agua a sus

comunidades y con ello la salud y la calidad de vida de esa gran cantidad de población

atendida.” (Decimonoveno informe Estado de la Nación en desarrollo humano sostenible,

2013).

Este es el caso de la comunidad de El Mastate de Poás, en donde recientemente se conformó

una Asociación Administradora de los Sistemas de Acueductos y Alcantarillados Comunal

(ASADA) que busca solventar las principales necesidades de la zona con respecto al

abastecimiento de agua potable.

A pesar que existe un acueducto, este no cuenta con un diseño documentado y tampoco

dispone de un levantamiento topográfico del mismo. Sumado a esto, el acueducto no ha

contado con un control adecuado del recurso hídrico. La falta de macromedición,

micromedición y control de pérdidas de agua por fugas o por conexiones ilegales ha sido

característico del sistema de acueducto actual. La suma de estos componentes mencionados

agrava la situación ya que incrementa la demanda del agua a un punto que refleja la falta

de conciencia de la población en cuanto al valor del recurso.

El agua captada es usada por los habitantes tanto para el uso normal o domiciliar como

para uso en sus actividades agrícolas y ganaderas. Debido a que los volúmenes de agua

que se requieren para estos últimos usos (agrícola y ganadero) son considerablemente

mayores, se han encontrado irregularidades en cuanto a la captación del agua, ya que en

ciertas épocas del año algunas personas no son abastecidas para sus necesidades

2

personales, pues otras se encuentran utilizando el recurso en grandes volúmenes para las

actividades mencionadas.

1.1.2 Importancia

El desarrollo de este proyecto se debió básicamente a la necesidad de la ASADA de El

Mastate de San Juan de Poás de contar un diseño debidamente documentado y detallado

que permita conocer a fondo la capacidad de abastecimiento que se tendría en la zona, que

cumpla con lo establecido en la legislación actual y que la construcción sea viable para la

ASADA, según los recursos disponibles (equipos, presupuesto, entre otros). Al cumplir con

lo mencionado, se logra contribuir con la institución pero principalmente con los habitantes

de la comunidad.

Recientemente, el acueducto evidenció épocas en donde no se abastece a toda la población

como se debería, tal y como se mencionó anteriormente. Por esta razón, es necesario

evaluar el consumo real que se da en la zona y proyectar el consumo que se puede presentar

a un plazo de entre 20 y 30 años, para así satisfacer la demanda que se tenga en la

comunidad. Esta demanda se estimó de forma que se logren priorizar los consumos y así

evitar los problemas relacionados con la escasez que se han evidenciado en ciertas

ocasiones.

Como punto adicional se menciona el aspecto económico, en el momento de realización del

proyecto, la ASADA necesita solucionar muchos aspectos simultáneamente y no cuenta con

los recursos suficientes. Al proveer un diseño de un nuevo acueducto, no sólo se brinda un

beneficio desde el punto de vista técnico sino también económico puesto que implica el

ahorro en el costo que representa el trabajo que se realizó. Además, es aquí donde la

planificación de la construcción toma importancia ya que si se cuenta con un debido

cronograma donde se contemplen todas las actividades necesarias para la construcción del

acueducto, este puede ser construido de una forma más eficiente, reduciendo aspectos

como: desperdicios, alquileres de equipos que podrían ser sustituidos por otros disponibles,

contratación de mano de obra, entre otros aspectos relacionados con la planificación.

3

1.2 Objetivos

1.2.1 Objetivo General

Proponer un diseño de un acueducto para el abastecimiento de agua potable de la

comunidad de El Mastate de Poás de forma que este sea construible según las características

de la zona y los recursos disponibles por parte de la ASADA de El Mastate.

1.2.2 Objetivos Específicos

a) Evaluar las condiciones actuales del acueducto y la demanda de agua potable en la zona

de estudio.

b) Desarrollar el diseño hidráulico del acueducto para definir los diferentes elementos

necesarios para el abastecimiento adecuado de la población, según la legislación

nacional vigente.

c) Elaborar un presupuesto detallado del proyecto que incluya tanto los costos por obra

hidráulica como por obra constructiva de forma que se tengan claros todos los rubros

que implican un gasto monetario.

d) Plantear la planificación de la construcción del acueducto en donde se tomen en cuenta

las diferentes actividades y la respectiva secuencia, de forma que se logre construir el

acueducto lo más pronto posible y optimizando el uso de los recursos disponibles

(presupuesto, materiales, equipos).

1.3 Delimitación del problema

1.3.1 Alcance

En todo proyecto se debe establecer claramente cuál es su cobertura y por tanto cuáles son

sus fronteras, de esta forma se establecen los siguientes alcances para el diseño que se

propone:

Geográficos:

o Como parte de las necesidades de la ASADA de la comunidad de El Mastate de

Poás se requiere el diseño de un acueducto para abastecer la población bajo su

administración, y por esto se evaluó únicamente la demanda generada por dicha

comunidad.

o Debido a los recursos y requerimientos actuales de la ASADA, el acueducto que

se propone abastecerá a la comunidad por gravedad, únicamente, por lo que se

4

estableció la elevación o curva de nivel tanque de almacenamiento como el límite

máximo de elevación al cual se distribuirá.

Temporales:

o La demanda de agua potable toma en cuenta el crecimiento tanto de la población

como de las actividades de producción y comerciales de la zona y por tanto varía

en el tiempo. Sin embargo, por cuestiones que se explican en el análisis de

demanda, se optó por el criterio de saturación de la zona y por tanto únicamente

se tomó un período de 25 años a partir del momento de realización del proyecto

como punto de comparación en los diferentes análisis de demanda.

Específicos:

o Debido a las necesidades específicas de la ASADA y los registros que se poseen,

el diseño del acueducto es meramente hidráulico y con los respectivos detalles

constructivos, dejando de lado el análisis ambiental detallado de calidad del

agua. Únicamente se propone un sistema de cloración para eliminar los agentes

patógenos del agua y así cumplir con el requerimiento mínimo establecido en el

Reglamento para la Calidad del Agua Potable.

o Debido a que los registros de producción de la naciente no varían

significativamente y debido a la complejidad y extensión de un análisis

hidrogeológico, para efectos de diseño se partió de un valor de producción

mínima de la naciente, suponiendo que a lo largo del período considerado se

mantendrá dicha producción.

o La proyección de demanda de agua potable se basó en lo descrito en el

documento del Plan Regional de Desarrollo Urbano Gran Área Metropolitana y

sus anexos (en su versión original de 1982 y la actualización de 2014) debido a

que el cantón de Poás no cuenta con un Plan Regulador.

o Los costos que se estimaron en el presupuesto son válidos únicamente para el

contexto temporal en el que se propone el desarrollo del proyecto. Si el proyecto

se desarrolla en períodos posteriores, deben hacerse los ajustes respectivos.

1.3.2 Limitaciones

Al no realizar un análisis detallado de la calidad del agua y sólo plantear un sistema de

cloración no se garantiza que, a lo largo del tiempo, los índices respectivos se mantengan

acorde a lo establecido en el Reglamento para la Calidad del Agua Potable.

5

Al no incluir un análisis hidrogeológico de la fuente de abastecimiento, si la producción

llegara a ser menor a la considerada como mínima, el diseño tendría que reevaluarse

para garantizar que satisfaría la demanda de agua.

Para efectos de estimación y proyección de la demanda no se tienen restricciones legales

específicas en cuanto al desarrollo urbanístico y comercial que podrá haber en la zona.

Por esto, si hubieran regulaciones más estrictas que las consideradas, el diseño

propuesto puede ser menos eficiente ya que sería capaz de satisfacer una mayor

demanda a la proyectada y por tanto implicaría costos mayores. Por todo esto, se tendría

que reevaluar y analizar las diferentes propuestas.

Debido a que durante la realización del proyecto no se definió la ubicación destinada a

los tanques de almacenamiento, se propuso un sistema con tanques, partiendo que se

tendrá una superficie de apoyo plana, sin desniveles. Esto puede influir de manera

significativa en el diseño de la red de distribución y en los costos y planificación de la

construcción del sistema que se planteó.

Como producto del trabajo se expusieron la planificación y esquemas constructivos que

se consideren necesarios en la ejecución del proyecto, no obstante, si el ente

administrador (ASADA) decidiera implementar otros métodos no se garantiza que la

construcción del acueducto se aproxime los tiempos y costos estimados.

1.4 Metodología

Para proponer el proyecto se desarrolló una metodología en donde se tienen 5 fases. A

continuación se describen las actividades que se llevaron a cabo para obtener el resultado

deseado.

1.4.1 Fase de revisión bibliográfica

Para tener certeza que el diseño del acueducto es adecuado, fue necesario conocer aspectos

básicos como la legislación de la zona en que se ubica el proyecto, normas técnicas de

diseño de tuberías, catálogos de fábrica de los componentes que forman parte del sistema

de tuberías, condiciones o específicas o particulares que se hayan encontrado en acueductos

similares, entre otros.

6

Es por esto que antes de iniciar con la fase de estimaciones y proyecciones se recopiló toda

la información necesaria, de forma que el acueducto planteado cumpla con todas las

normativas y criterios de diseño vigentes.

En cuanto a legislación de la zona, a la fecha del informe, se encontró que el cantón de

Poás no cuenta con un Plan Regulador aprobado. No obstante, la Escuela de Ciencias

Geográficas de la Universidad Nacional (UNA) trabaja en la propuesta de un Plan Regulador.

Por no contar con dicho plan, al consultar en la municipalidad, se encontró la vigencia del

Plan Regional de Desarrollo Urbano Gran Área Metropolitana o Plan GAM. Este plan cuenta

con un decreto y su respectivo reglamento. Para efectos de diseño se utiliza el Reglamento

3332 publicado en el diario oficial La Gaceta No.119 del 22 de junio de 1982. Existe una

actualización de dicho Plan, para la que se publicó el decreto con el respectivo reglamento.

Estos documentos fueron publicados en el diario oficial La Gaceta No. 82 del 30 de abril de

2014.

Este último reglamento, en sus disposiciones transitorias menciona que “Las Municipalidades

que no posean planes reguladores, en forma residual deberán aplicar las regulaciones

contenidas en este reglamento hasta que promulguen sus regulaciones locales, en

observancia a las regulaciones contenidas en este Instrumento Regional.” (Reglamento de

Actualización del Plan GAM 2013-2030). Por esta razón, las proyecciones que se realizaron

en este trabajo en cuanto a población y su posible distribución en el futuro, así como las

proyecciones en cuanto a actividades productivas que se puedan desarrollar en la zona, son

basadas en dichos reglamentos.

Para complementar la información obtenida de la legislación y los libros de diseño, se

analizaron varios trabajos similares en donde se muestran las diferentes metodologías

aplicadas, además de casos particulares, y las decisiones que se tomaron para la solución

de cada uno de ellos. Todo esto sirvió para aplicar una metodología similar y basar las

decisiones en experiencias de otras comunidades.

1.4.2 Fase de diagnóstico

En esta fase se busca describir detalladamente los componentes del sistema de acueducto

actual y el funcionamiento del mismo. Para esto se partió de características generales de la

7

zona como la ubicación, la topografía, los tipos de suelo, el clima, el uso del suelo, las

actividades productivas, las condiciones ambientales, entre otras.

Aparte de estas características generales de la zona, se realizó un levantamiento detallado

de parámetros básicos para analizar la red de tuberías actual. Estos parámetros son las

características de la población y los elementos del acueducto. Esto permitió evaluar la

condición actual del acueducto y posteriormente se utilizó para evaluar y decidir cuáles

componentes se pueden dejar en funcionamiento y cuáles no. Estos componentes incluyen

las tuberías, válvulas y tanques que están en funcionamiento.

1.4.3 Fase de obtención de insumos para el diseño

Al tener definidos los aspectos de la fase de diagnóstico, se procedió a realizar el

levantamiento topográfico del alineamiento de la tubería actual y de su expansión.

Además, se buscó realizar el estudio de demanda de agua potable en la comunidad pero

tomando en cuenta el factor tiempo, es decir, que el resultado del estudio sea la demanda

de agua potable a un plazo de entre 20 y 30 años, considerando tanto el crecimiento

poblacional como las actividades comerciales y productivas que implementen las familias de

la zona.

Para este estudio se compararon los datos de consumo facturados por parte de la ASADA

con dotaciones teóricas para así sustentar las mediciones de los hidrómetros colocados

recientemente. A partir de las estimaciones de consumos se proyectaron una serie de

escenarios de crecimiento y se escogieron los más representativos para la fase de diseño.

1.4.4 Fase de diseño

Al contar con los insumos de las fases anteriores fue posible empezar el proceso de diseño

del acueducto.

Los resultados deseables de esta fase son los del diseño hidráulico como las propuestas de

esquemas constructivos. En cuanto a resultados hidráulicos se buscó el diseño del acueducto

donde se controlen las presiones y velocidades de agua, mediante la escogencia adecuada

de tuberías y accesorios, el dimensionamiento de tanques, entre otros aspectos.

Como análisis adicional, se consideró el realizar un análisis de sensibilidad. Este análisis

consistió en variar porcentualmente la población de diseño adoptada, en un rango tanto

8

superior como inferior, para así observar el impacto que este cambio implica en las

dimensiones de los diferentes componentes del acueducto. De esta forma se logra

cuantificar el impacto que tendría el variar la población de diseño, producto de posibles

cambios en la legislación actual o en las tendencias demográficas.

Después de realizar el diseño de cada uno de los elementos, se procedió a modelar la red

de tuberías en el software de análisis y simulación de redes hidráulicas EPANET 2.0 vE, para

evaluar el escenario diseñado.

Por otra parte, la propuesta constructiva se buscó de forma que se obtenga una construcción

lo más económica posible. Para esto se evaluaron aspectos como la excavación a lo largo

de la ruta del acueducto, los rellenos que se tienen que llevar a cabo, la construcción de

mejoras en los tanques, entre otras obras que hacen posible la construcción del acueducto.

Se buscó obtener eficiencia en la administración de los recursos que se utilicen en la

construcción del acueducto desde la fase de diseño, para así reducir desperdicios, agilizar

el proceso constructivo y reducir costos, de forma que se beneficie a la ASADA.

1.4.5 Fase de evaluación de costos

Una vez definido el diseño hidráulico y los esquemas constructivos, se procedió a calcular

los costos asociados. En el caso de los costos hidráulicos, este es representado por los costos

de componentes como: tuberías, distintos tipos de válvulas, componentes de los tanques,

accesorios hidráulicos como adaptadores, codos, reducciones, uniones, pegamento, entre

otros. Por otro lado, los costos constructivos que se consideraron son los costos de

materiales, equipos y mano de obra para poder construir el acueducto.

Para todos los costos se debió analizar diferentes opciones de forma que se escoja la que

más se acerque a la realidad económica de la ASADA. Por tratarse de costos de componentes

tanto para los costos hidráulicos como de construcción, el presupuesto se realizó mediante

costos unitarios.

Para esta parte fue importante considerar la variable del tiempo en cuanto a las inversiones

que se requieren para la construcción del nuevo acueducto. Es decir, evaluar la necesidad

de realizar las inversiones en etapas para así reducir el impacto y amortiguar el costo de las

obras conforme la ASADA recibe ingresos.

9

CAPÍTULO 2 MARCO TEÓRICO

2.1 Generalidades

Como parte de las necesidades básicas del ser humano está la del consumo de agua. Es por

esta razón que desde hace siglos las personas buscan cómo contar con dicho recurso para

actividades diarias como aseo, alimentación, producción, entre otras.

La Real Academia Española define un acueducto como “conducto artificial por donde va el

agua a lugar determinado, y especialmente el que tiene por objeto abastecer de aguas a

una población”. El abastecimiento de agua se logra mediante diferentes componentes que

incluyen tuberías o canales y elemento adicionales como válvulas, bombas o tanques que

garanticen que el funcionamiento del acueducto sea adecuado.

El transporte de aguas se puede realizar mediante medios a presión como el caso de las

tuberías, o a superficie libre como en el caso de los canales, muy utilizados en las sociedades

antiguas. En la actualidad se opta mayoritariamente por medios a presión debido a la

facilidad constructiva y la capacidad de los materiales como el policloruro de vinilo para

resistir presiones altas.

“Cualquier sistema de abastecimiento de agua potable, desde el más sencillo hasta los más

complejos, está compuesto por los siguientes elementos:” (López, 2003, pág. 22)

Fuente de abastecimiento

Obra de captación

Obra de conducción

Obra de tratamiento del agua

Tanque de almacenamiento

Red de distribución

En las siguientes secciones se describirá los diferentes aspectos relacionados con el diseño

y funcionamiento adecuado de cada uno de los elementos de un acueducto como el que se

propondrá para la comunidad de El Mastate.

10

2.2 Elementos básicos de un acueducto

2.2.1 Fuentes de abastecimiento y obras de captación

“La fuente de abastecimiento de agua puede ser superficial, como en los casos de ríos,

lagos, embalses o incluso aguas lluvias, o de aguas subterráneas superficiales o profundas.

La elección del tipo de abastecimiento depende de factores tales como localización, calidad

y cantidad” (López, 2003, pág. 22).

En el caso del acueducto de interés, el agua subterránea se vuelve en la opción principal de

captación ya que en la zona se presentan gran cantidad de manantiales y los ríos que cruzan

el área cuentan con caudales bajos por ser en las partes altas de una cordillera. “Un

manantial es un afloramiento superficial de agua subterránea, el cual puede ser por

gravedad si pasa a través de una capa superficial permeable, o bien puede ser un manantial

artesiano si el estrato permeable se halla confinado entre dos estratos impermeables y se

encuentra a presión debido a la cota piezométrica del depósito de agua.” (López, 2003, pág.

24). El caso de la fuente como afloramiento superficial se muestra en la Figura 2-1.

Figura 2-1. Manantial como afloramiento superficial

Fuente: López, R., 2003

En el caso anterior, no se requiere de obras destinadas a la extracción del agua ya que esta

aflora por gravedad. La ASADA de El Mastate capta el recurso hídrico de una naciente de

este tipo. Para estas fuentes normalmente se utilizan obras de captación similares a la que

11

se muestra en la Figura 2-2. Si se tratara de un manantial artesiano, se requiere la

instalación de un sistema de bombeo para extraer el agua.

Figura 2-2. Captación de agua en un manantial

Fuente: López, R., 2003

Para los manantiales que afloran por gravedad es necesario vigilar que tengan protección

adecuada para que no se contamine la fuente, evitando la instalación de tanques sépticos

en puntos cercanos al afloramiento.

2.2.2 Obra de conducción

El transporte de agua de la obra de captación al tanque de almacenamiento se da mediante

la obra de conducción. Para definir eficientemente una línea de conducción, es necesario

evaluar la topografía de la zona de forma que las presiones generadas en las tuberías sean

aptas según las propiedades de los materiales disponibles. Asimismo, se debe garantizar

que el agua fluya con una velocidad mínima para evitar la acumulación de aire y sedimentos

y una velocidad máxima para reducir el desgaste en las paredes de las tuberías.

Además de estas consideraciones, para el trazado se deberá vigilar que la tubería no se

coloque en zonas de deslizamiento, inundaciones o de alta amenaza sísmica. Al evaluar

estas condiciones, se plantea un caso ideal de conducción forzada en donde la tubería se

coloque siempre por debajo de la línea piezométrica, tal como se muestra en la Figura 2-3.

12

Figura 2-3. Obra de conducción forzada

Fuente: López, R., 2003

Modificado por: el autor, 2015

De esta forma, se evita la presencia de zonas con presiones negativas, o zonas en donde

se ocuparía un sistema de bombeo para poder transportar el agua, esto es donde el nivel

de la tubería se encuentra por encima de la línea piezométrica.

En muchos casos, las diferencias de elevación hacen que sea más económico utilizar tanques

quiebragradientes. Estos sirven únicamente para liberar las presiones que genera el fluido

en las tuberías y hacer que el agua parta de ellos con presión atmosférica hacia otro tramo.

De esta forma, se reducen las presiones en los puntos críticos y las tuberías podrían ser

resistentes a presiones menores y por tanto la colocación de tanques hace que los proyectos

sean más baratos con respecto a construir el tramo con tuberías más resistentes, llegando

incluso a cambiar el material, de policloruro de vinilo (PVC) por acero.

En la Figura 2-4 se muestra la funcionalidad de los tanques quiebragradientes, en donde se

presenta la línea piezométrica original (en café). Sin colocar los tanques en los puntos “A”

y “B”, se vería en la obligación de construir los tramos “1”, “2” y “3” en un material que

resista grandes presiones, inclusive podría haber la necesidad de utilizar acero. No obstante,

al colocar los tanques quiebragradientes, la línea piezométrica pasa a ser la que se señala

en verde y por tanto, podría colocarse tuberías menos resistentes a presiones que las que

se considerarían en el primer caso. Las presiones excesivas (en rojo) se alivian mediante la

construcción de los tanques.

13

Figura 2-4. Funcionamiento de tanques quiebragradientes

Fuente: López, R., 2003

Modificado por: el autor, 2015

Todas estas condiciones deben evaluarse en el acueducto de El Mastate, donde la topografía

presenta variaciones importantes en elevaciones. Para este tipo de conducciones se

recomienda colocar elementos como válvulas para que tenga un funcionamiento adecuado.

Posteriormente se hace referencia a los distintos tipos de elementos y sus respectivas

funciones.

2.2.3 Obra de tratamiento del agua

“Aunque no se requiera la construcción de una planta de purificación de aguas convencional,

el tratamiento mínimo que debe dársele al agua es la desinfección, con el fin de entregarla

libre de organismos patógenos (causantes de enfermedades en el organismo humano).”

(López, 2003, pág. 252)

Según López, la desinfección se puede realizar mediante alguno de los siguientes

procedimientos:

14

a) Desinfección por rayos ultravioleta: se hace pasar el agua en capas delgadas por

debajo de lámparas de rayos ultravioleta. El agua debe ser de muy baja turbiedad

para una desinfección efectiva.

b) Desinfección por medio de ozono: se eleva el voltaje que, al ocasionar chispas y

entrar éstas en contacto con el oxígeno, produce el ozono.

c) Desinfección por medio de cloro: Es un sistema más económico que los dos

anteriores. Las dosis de cloro que se emplean normalmente son de 1 a 2 mg/L,

obteniendo residuales de cloro del orden de 0,5 mg/L para prevenir la contaminación

posterior en la red de distribución. El tiempo de contacto necesario para que el cloro

actúe efectivamente es de 15 a 20 minutos.

El cloro puede encontrarse en tres estados: gaseoso, líquido o sólido. Existen diferentes

equipos de dosificación que dependen del estado en que se encuentre el cloro. El cloro

gaseoso viene en cilindros y se requiere de agua a presión para obtener una solución acuosa.

Por la complejidad y peligrosidad en el manejo del cloro gaseoso, se opta más regularmente

por el cloro en estado líquido o sólido.

Normalmente se utilizan los hipocloritos o sales del ácido hipocloroso. Estos pueden

obtenerse en las siguientes formas:

Hipoclorito de calcio: el más utilizado es el HTH (High Test Calcium Hyoiclorite) y

está disponible en forma granular, polvo o tabletas. Para hacer la dosificación de un

hipoclorito, es necesario diluir la concentración inicial de cloro de 0,5 a 1,0% en

peso.

Hipoclorito de sodio: se dispone en forma líquida en diferentes concentraciones.

Como punto adicional se debe tomar en consideración la acción corrosiva del cloro para así

disponer de materiales resistentes a la corrosión que no se vayan a ver afectados con el

tiempo.

Aparte de este tratamiento recomendado como mínimo de desinfección, en Costa Rica, para

considerar que el agua es apta para el consumo humano es necesario que cumpla con lo

establecido en el Reglamento para la Calidad del Agua Potable (Decreto 32327-S, Gaceta

No.84 3 de mayo de 2005). En este se establece el concepto de agua potable como “agua

tratada que cumple con las disposiciones de valores recomendables o máximos admisibles

estéticos, organolépticos, físicos, químicos, biológicos y microbiológicos”, donde el agua

15

tratada se define como “agua subterránea o superficial cuya calidad ha sido modificada por

medio de procesos de tratamiento que incluyen como mínimo a la desinfección en el caso

de aguas de origen subterráneo.”. Por tanto, se deben evaluar los parámetros definidos en

el reglamento para así definir el tipo de tratamiento que el agua debe recibir de manera

previa a su distribución.

En el reglamento se establecen cuatro niveles de control de la calidad del agua:

a) Nivel Primero (N1): corresponde al programa de control básico junto con la inspección

sanitaria, para evaluar la operación y mantenimiento en la fuente, el almacenamiento y

la distribución del agua potable. Los parámetros que exige este nivel se muestran en el

Cuadro 2-1.

b) Nivel Segundo (N2): corresponde al programa de control básico ampliado (N1), el

análisis de tendencias temporales de variaciones de calidad en las fuentes de

abastecimiento, a ser aplicado en muestras de agua potable en la fuente, su

almacenamiento y distribución. En este nivel se incluyen los parámetros del nivel primero

y se suman los que se muestran en el Cuadro 2-2.

c) Nivel Tercero (N3): corresponde al programa de control avanzado del agua potable.

Comprende la ejecución de los parámetros del nivel N2 ampliados con: nitrito, amonio,

arsénico, cadmio, cromo, mercurio, níquel, antimonio, selenio y residuos de plaguicidas.

d) Nivel Cuarto (N4): corresponde a programas ocasionales ejecutados por situaciones

especiales, de emergencia o porque la inspección sanitaria identifica un riesgo inminente

de contaminación del agua.

Según el artículo 7 de dicho reglamento, las entidades públicas y privadas que fungen como

operadores de servicios públicos, deben cumplir con el programa de control hasta el nivel

N1 en todos los acueductos del país, el programa de control hasta el nivel N2 en todos los

acueductos con población abastecida superior a 10 000 habitantes y el programa de control

hasta nivel N3 en todos los acueductos con población abastecida superior a 50 000

habitantes.

16

Cuadro 2-1. Parámetros de calidad del agua para el programa de control nivel N1

Parámetro Unidad Valor

recomendado Valor

Máximo Valor

Admisible

Coliforme fecal NMP/100 ml UFC/100 mL ausente ausente

Escherichia coli NMP/100 ml UFC/100 mL ausente ausente

Color aparente mg/L (U-Pt-

Co) 5 225 -

Turbiedad UNT < 1 25 -

Olor - Aceptable Aceptable -

Sabor - Aceptable Aceptable -

Temperatura °C 18 30 -

pH valor pH 6,5 8,5 -

Conductividad mS/cm 400 - -

Cloro residual libre mg/L 0,3 0,6 - Cloro residual combinado mg/L 1 1,8 -

Fuente: Reglamento para la Calidad del Agua Potable, 2005. Tomado de Bejarano, 2013

Cuadro 2-2. Parámetros de calidad del agua para el programa de control nivel N2

Parámetro Unidad Valor recomendado Valor Máximo Valor Admisible

Dureza total mg/L CaCO3 400 500 -

Cloruro mg/L Cl- 25 250 -

Fluoruro mg/L F- 0,7 1,5 -

Nitrato mg/L NO3- 25 50 -

Sulfato mg/L SO4-2 25 250 -

Aluminio mg/L Al+3 0,2 - -

Calcio mg/L Ca+2 100 - -

Magnesio mg/L Mg+2 30 50 -

Sodio mg/L Na+ 25 200 -

Potasio mg/L K+ - 10 -

Hierro mg/L Fe - 0,3 -

Manganeso mg/L Mn 0,1 0,5 -

Zinc mg/L Zn - 3 -

Cobre mg/L Cu 1 2 -

Plomo mg/L Pb - 0,01 -

Fuente: Reglamento para la Calidad del Agua Potable, 2005. Tomado de Bejarano, 2013

17

2.2.4 Tanque de almacenamiento

En general, el consumo de agua de una población no es constante a lo largo de un día, sino

que presenta uno o varios picos de consumo. Al diseñar un acueducto se vuelve importante

contar con un tanque de almacenamiento que permita contener el agua necesaria para

satisfacer la demanda de la población en los distintos momentos en que se presenten picos

de consumo.

Las funciones de un tanque regulador o de almacenamiento son las siguientes (López,

2003):

a) Compensar las variaciones en el consumo de agua durante el día

b) Tener una reserva de agua para atender los casos de incendio.

c) Disponer de un volumen adicional para casos de emergencia, accidentes,

reparaciones o cortes de energía en caso de que se tenga sistema de bombeo.

d) Dar una presión adecuada a la red de distribución en la población.

Estos tanques pueden construirse de diferentes formas, según las características de la

topografía donde se ubique. Si la topografía presenta las diferencias de elevaciones

necesarias para brindar las presiones requeridas a la red de distribución, entonces se podrá

optar por construir el tanque sobre la superficie, enterrado o semienterrado. Si no es así, se

podría optar por la opción de un tanque elevado.

La forma del tanque no influye en la capacidad hidráulica del sistema, solamente influye en

la complejidad del diseño estructural y de cimentación del tanque.

Debido a que el almacenamiento depende de las variaciones en el consumo diario de la

población, es importante conocer detalladamente las características propias de la población,

las actividades que demandan agua y si existen consumos grandes y puntuales en alguna

hora del día.

En comunidades pequeñas se logra distinguir claramente los picos de consumo en el día ya

que las costumbres suelen ser uniformes. Sin embargo, aunque el comportamiento suele

ser típico, en la mayoría de estos sistemas no se cuenta con la medición necesaria para

observar el comportamiento de consumos en un día particular. Es por esto que “habrá

necesidad de estimar tales valores a partir de la extrapolación de datos conocidos en

poblaciones semejantes” (López, 2003, pág. 268)

18

El volumen de regulación de la demanda de los tanque de almacenamiento, se obtiene a

partir de una curva de variación horaria del consumo (Figura 2-5), donde el eje de las

ordenadas usualmente indica el caudal consumido o los porcentajes con respecto al caudal

medio diario y el eje de las abscisas muestras las horas del día de medición.

Figura 2-5. Ejemplo de curva de distribución horaria de consumo

Fuente: Plan Maestro de los sistemas de abastecimiento de agua y de saneamiento de San

Pedro de Poás, 2010

Con base en esta curva, se define la curva integral o curva masa (Figura 2-6). Esta se

obtiene con el acumulado del consumo en un período de 24 horas y por tanto la curva

siempre será creciente, la ordenada en cualquier punto indica el consumo total hasta ese

momento y la pendiente en cualquier punto representa el consumo instantáneo.

Al tener la curva integral, se puede genera la curva de suministro del sistema. Esta curva

“depende del tipo de tanque que se tenga, esto es, si es un tanque alimentado por gravedad

o por bombeo. Una de las características de la curva integral del suministro es que tiene

pendiente uniforme, es decir, que el suministro es constante entre intervalos de tiempo

característicos.” (López, 2003, pág. 269).

19

Figura 2-6. Ejemplo de curva integral del consumo de una población

Fuente: López, R., 2003

Con la curva integral del consumo y la curva del suministro, se podrán comparar y observar

claramente las fluctuaciones y por tanto definir el volumen que requiere el tanque para

regular la demanda.

El volumen del tanque de almacenamiento está compuesto por tres volúmenes:

a) Volumen de regulación: cantidad de metros cúbicos de agua necesarios para

cubrir los picos en la demanda de los usuarios.

b) Volumen para incendios

c) Volumen para interrupciones: considerado según las Normas para el Diseño de

Proyectos de abastecimiento de Agua Potable en Costa Rica (AyA) como 4 horas del

caudal promedio diario.

El volumen de regulación se obtiene de un análisis con las curvas masa de consumo y de

suministro. Para este análisis se sobreponen las dos curvas y se encuentran las máximas

diferencias entre el consumo y el suministro. La suma del máximo déficit más el máximo

sobrante da como resultado el volumen de regulación de la demanda. Para entender mejor

el concepto, se muestra la Figura 2-7 en donde se observa la curva integral de consumo

(curva A-B-C-D`-E), la curva integral de suministro continuo o constante para un sistema

por gravedad (recta A-E). A partir de estas, se encuentra los puntos donde las diferencias

20

son mayores. El segmento B-B´indica el máximo déficit ya que el consumo es mayor al

suministro, mientras que el segmento D-D´muestra el mayor sobrante ya que el consumo

es menor al suministro. Al trazar rectas paralelas a AE y que pasan por el punto B y por el

punto D´se obtiene el volumen V que será el volumen de regulación de la demanda. Este

volumen será entonces igual a la suma del máximo déficit más el máximo sobrante.

Con este volumen se logra garantizar que a partir del máximo déficit comenzará la

recuperación del nivel del tanque, por lo que el tanque se encontrará vacío en el punto de

máximo déficit mientras que lleno en el punto de máximo sobrante.

“Por seguridad, el volumen necesario para la regulación de la demanda podrá incrementarse

en un 20% o en una cifra similar, según la norma aplicable.” (López, 2003, pág. 271)

Figura 2-7. Análisis de curva integral en tanque regulador con suministro por

gravedad

Fuente: López, R., 2003

El volumen para incendios, el Instituto Costarricense de Acueductos y Alcantarillados lo

establece según el Cuadro 2-3. No obstante, es necesario cumplir también con lo

establecido en el Reglamento a la Ley de Declaratoria del Servicio de Hidrantes como

Servicio Público y Reforma de Leyes Conexas, Nº 8641 del 11 de Junio de 2008.

21

Dicho reglamento estipula la necesidad de contar con hidrantes en donde existan tuberías

de diámetros de 100 mm o mayor. Para los sistemas en donde no se cuente con tuberías

que cumplan con estos diámetros, se plantea la opción de una conexión directa al tanque

de almacenamiento. Al contar con este tipo de conexión, en principio, el tanque deberá

tener un volumen adicional destinado como reserva en caso de incendio. En caso que las

casas de la localidad estén separadas se dispondría de un volumen adicional de 15 m3,

mientras que si las casas se encuentran contiguas, el volumen será de 22 m3. En cuanto a

la ubicación y requerimientos específicos de caudal y presión residual en los hidrantes, se

describe brevemente en el artículo 7 del reglamento y se muestra detallada en el Cuadro

2-4.

Cuadro 2-3. Caudales de incendio y volúmenes de almacenamiento requeridos

por AyA

Población (habitantes)

Duración del incendio (horas)

Caudal de incendio (L/s)

Volumen de almacenamiento

(m3)

0 - 5000 0 0 0

5000 - 15000 3 8 90

15000 - 30000 3 16 170

30000 - 60000 3 24 260

60000 - 120000 4 40 580

120000 - 200000 4 48 690

200000 - 300000 4 64 920

Fuente: Normas para el Diseño de Proyectos de abastecimiento de Agua Potable en Costa

Rica (AyA), 2001

Cuadro 2-4. Caudales de incendio y presiones residuales requeridos por el

Benemérito Cuerpo de Bomberos de Costa Rica

Zona (Z) Caudal (Q) Presión Residual (PS) Distancia lineal entre hidrantes (D)

Z1: Zona Urbana 500 GPM 20 PSI 180 metros

Z2: Zona Comercial 800 GPM 20 PSI 180 metros

Z3: Zona Industrial 1000 GPM 20 PSI 180 metros

Fuente: Tabla de requerimientos de caudal de la Unidad de Ingeniería del Benemérito

Cuerpo de Bomberos de Costa Rica

22

2.2.5 Red de distribución

Una vez que se ha garantizado que el agua cumple con los parámetros aceptables de

calidad, establecidos en el reglamento respectivo, esta podrá ser distribuida a la población.

La red de distribución se define como “el conjunto de tuberías cuya función es suministrar

el agua potable a los consumidores de la localidad en condiciones de cantidad y calidad

aceptables. (…) La conexión entre el tanque de almacenamiento y la red de distribución se

hace mediante una conducción denominada “línea matriz”, la cual transporta el agua al

punto o a los puntos de entrada a la red.” (López, 2003, pág. 292)

La red de distribución se puede conformar por las siguientes tuberías, según su función y

diámetro (López, 2003, pág. 292):

a) Red principal o matriz: conjunto de tuberías con diámetro nominal mayor o igual a 300

mm. No hay conexiones domiciliares en esta red y sirve para distribuir las aguas entre

distintas zonas de la población.

b) Red secundaria: conjunto de tuberías con diámetros menores de 300 mm pero mayores

a 100 mm. Esta se abastece de las tuberías principales y transporta el agua a las redes

terciarias o menores. No deben haber conexiones domiciliares.

c) Red terciaria: conjunto de tuberías alimentada por la red secundaria y a la cual se

conectan las previstas domiciliares. El diámetro de las tuberías suele ser de 75 mm o

menor.

d) Conexión domiciliar: conexión de la red terciaria con cada predio. Por lo general se

utilizan diámetros entre 12,5 mm y 75 mm.

En general, en poblaciones menores de 60 000 habitantes, no se utiliza red matriz por lo

que la red secundaria hace las funciones de esta. Los materiales más utilizados en las redes

son acero, asbesto-cemento, concreto, hierro, polivinilo de cloruro, polietileno de alta

densidad, entre otros).

Las redes de distribución se pueden clasificar en tres tipos según su configuración hidráulica:

cerradas, abiertas y mixtas.

“Las redes cerradas son aquellas que se encuentran en una configuración tipo anillo,

mientras que las redes abiertas tienen sus puntos extremos libres. Las redes mixtas son una

combinación de redes abiertas y redes cerradas.” (Bejarano, 2013, pág. 47)

23

La ubicación del tanque de almacenamiento se debe decidir con precisión ya que es a partir

de este que las presiones van a definirse en la red. “En poblaciones con grandes desniveles

altimétricos, hay que subdividir la red en varias zonas de presión, de tal manera que en

cada una de las zonas se dé el cumplimiento a las exigencias de presión mínima y máxima,

permitiendo que en los puntos bajos las presiones no sean exageradamente altas y en los

puntos altos las presiones no sean muy bajas.” (López, 2003, pág. 297)

2.2.6 Accesorios y características físicas de las líneas de tubería

En esta sección se busca describir las características físicas de una tubería y los accesorios

que ayudan a que el funcionamiento del acueducto sea adecuado, logrando explotar la

capacidad que las tuberías ofrecen para el transporte de aguas. La descripción se basa en

lo descrito según López.

Como se ha mencionado en las secciones anteriores, existen diversos materiales que

permiten la conducción de aguas mediante tuberías a presión (López, 2003, pág. 213).

a) Hierro: Existen tuberías en hierro (HF) y en hierro dúctil (HD). El material

presenta la ventaja de su gran vida útil y durabilidad. No obstante, es

susceptible a la tuberculización o a la formación de incrustaciones de óxido

en las paredes de la tubería que aumentan la rugosidad y por tanto reducen

la capacidad para transportar el fluido.

b) Acero: Este material presenta gran resistencia a las presiones altas, pero se

debe tener cuidado ya que suele ser atacado por suelos ácidos o alcalinos y

de igual forma que el hierro, es susceptible a la tuberculización.

c) Plástico: se trata de materiales sólidos o de fibras reforzadas como el caso

del polivinilo de cloruro (PVC). Son tuberías livianas, de fácil manejo,

resistentes a la corrosión, de muy baja rugosidad relativa, de buena

acomodación en el terreno y gran resistencia a cargas externas.

Por las propiedades que se mencionaron del PVC y las ventajas que ofrece, actualmente

este es el material más recurrente en el diseño de acueductos. El caso de hierro y acero se

utiliza cuando se ocupa resistir grandes presiones que el PVC no soporta.

Existen muchos accesorios que permiten que el flujo del agua en las tuberías sea el deseado.

Una válvula según el Diccionario de la Real Academia Española se define como un

“mecanismo que regula el flujo de la comunicación entre dos partes de una máquina o

24

sistema.”. Esta definición representa la principal función de las válvulas que se utilizan en

los acueductos. Entre los principales tipos de válvulas que son frecuentemente utilizados,

se tienen:

a) De purga

b) Ventosa

c) De corte

d) Reguladora de presión

e) Reguladora de caudal

f) De paso directo (check)

g) De alivio

Válvula de purga

Este tipo de accesorios se recomienda instalarlos de forma lateral en cada uno de los puntos

bajos del trazado donde hay posibilidad de que la tubería sea obstruida por la acumulación

de sedimentos. La principal función de la válvula es la limpieza de la línea de tubería.

Válvula de aire o ventosa

Este elemento permite liberar el aire que se introduce en las tuberías y que es indeseable

en las mismas ya que quita espacio al agua y eleva las presiones. Se deben ubicar en los

puntos altos del trazado siempre y cuando la presión en el punto no sea muy alta o menor

a la presión atmosférica. Se recomienda colocar una válvula de corte antes de la ventosa,

con el fin de aislarla de la tubería cuando se requiera.

Válvula de corte

Son válvulas cuya función es el corte del flujo, cerrar la tubería. Se deben ubicar al menos

una al comienzo y otra al final de un tramo de conducción, en la entrada y en la salida de

un tanque. En redes de distribución se recomienda colocar algunas de estas entre los

distintos sectores, de forma que se puedan hacer reparaciones sin afectar a todo el sistema.

Válvula reguladora de presión

Son válvulas de control que permiten regular la presión aguas debajo de la misma,

introduciendo una pérdida controlada e independiente del caudal que pase a través de ella.

En la Figura 2-8 se muestra un ejemplo del funcionamiento de una válvula reguladora de

presión.

25

Figura 2-8. Esquema del funcionamiento de una válvula reguladora de presión

Válvula reguladora de caudal

Esta válvula regula el caudal que pasa a través de ella a un valor máximo, esto además

previene que la presión aguas arriba caiga por debajo de un valor crítico (Figura 2-9).

Figura 2-9. Esquema del funcionamiento de una válvula reguladora de caudal

Válvula de paso directo (check)

Permite el paso del fluido solamente en una dirección. Usualmente se utilizan en las tuberías

aguas debajo de una bomba.

Válvula de alivio

La función de este accesorio es disminuir la presión cuando esta sobrepase un valor máximo

deseado. Para liberar presión, descarga una cantidad de agua al sistema de alcantarillado a

un drenaje.

2.3 Conceptos y criterios de diseño

Para poder diseñar y por tanto abastecer a la población de El Mastate es necesario el

conocimiento de conceptos de hidráulica, de forma que se controlen situaciones como:

26

presiones muy altas o bajas, caudales, velocidad del agua, acumulación de sedimentos en

la tubería que afecten el flujo de agua a través de éstas y afecte el material del que están

fabricadas hasta incluso provocar su falla. El proceso de diseño comienza con el

establecimiento de la demanda de agua y esta a su vez depende de la población a la que

se abastezca, posteriormente se definen los diferentes componentes del acueducto de forma

que se supla la demanda y que no se presenten problemas de escasez o de mal

funcionamiento del sistema como la presencia de presiones muy altas o muy bajas.

2.3.1 Proyección de la población

En el proyecto se analizó la condición de diseño para una población futura de la zona y para

esto se establecieron varios métodos para proyectar la población. Entre estos métodos se

mencionan los siguientes, tomados de lo propuesto por López, 2003:

1. Gráfico: Consiste básicamente en proyectar la curva de crecimiento poblacional. Dicha

curva se obtiene a partir de datos pasados obtenidos de fuentes como censos. Es un método

que sirve como punto de partida, sin embargo, no se considera representativo en

comunidades pequeñas.

2. Logarítmico: Se supone que la tasa de crecimiento dP/dt es proporcional a la población,

de la siguiente forma:

𝑑𝑃

𝑑𝑡= 𝐾 ∙ 𝑃

(1)

𝐼𝑛𝑡𝑒𝑔𝑟𝑎𝑛𝑑𝑜: ln 𝑃 = ln 𝑃0 + 𝐾 ∙ (𝑇𝑥 − 𝑇1) (2)

Donde P sería la población al año Tx posterior al actual, K es la tasa de crecimiento

geométrico de la población, T1 es el año de registro (actual) y P0 es la población actual

3. Analítico aritmético o lineal: Se supone que la tasa de crecimiento es constante:

𝑑𝑃

𝑑𝑡= 𝐾

(3)

𝐼𝑛𝑡𝑒𝑔𝑟𝑎𝑛𝑑𝑜: P = 𝑃0 +𝐾 ∙ (𝑇𝑥 − 𝑇1) (4)

27

4. Método geométrico o de interés compuesto: Método de tipo exponencial, basado en

fórmulas empleadas en el crecimiento de capitales:

𝑃𝑥 = 𝑃𝑖 ∙ (1 + 𝑟)𝑛 (5)

Donde Px es la población futura, Pi es la población inicial, r es la razón de crecimiento

(definida por algún período, por ejemplo: anual), n es el número de años o unidad del

período escogido. Este método es regularmente usado para proyección de población.

5. Método de Wappus: Este método utiliza la siguiente ecuación:

𝑃𝑓 = 𝑃𝑐𝑖 ∙ [200 + 𝑖 ∙ (𝑇𝑓 − 𝑇𝑐𝑖)

200 − 𝑖 ∙ (𝑇𝑓 − 𝑇𝑐𝑖)]

(6)

En donde Pf es la población futura, Pci es la población del censo inicial, Tf es el año

proyectado y Tci es el año del censo inicial. El término “i” se obtiene de la siguiente forma:

𝑖 = 200 ∙ (𝑃𝑢𝑐 − 𝑃𝑐𝑖)

(𝑇𝑢𝑐 − 𝑇𝑐𝑖) ∙ (𝑃𝑢𝑐 + 𝑃𝑐𝑖)

(7)

Donde Puc es a población del último censo, Pci es la población del censo inicial, Tuc es el año

del último censo y Pci es la población de censo inicial.

El método de crecimiento es válido mientras el término 200 − 𝑖 ∙ (𝑇𝑓 − 𝑇𝑐𝑖) sea positivo.

2.3.2 Estimación de la demanda

Una vez definida la población de interés se tiene un insumo para calcular el caudal necesario

para el abastecimiento. “El consumo promedio por persona en un día se denomina dotación

y se expresa normalmente en litros por habitante por día y sus unidades suelen expresarse

como L/hab/día, aunque también es muy común que se expresen como “lpd” “ (Bejarano,

2013, pág. 59).

La dotación normalmente se basa en el consumo domiciliar ya que este suele ser el mayor

comparado con los consumos industrial, comercial y de uso público. Sin embargo, en casos

específicos será necesario estudiar a fondo las características propias de la población y de

las actividades que demandan agua ya que los usos comercial e industrial podrían ser

mayores. Además de estos consumos específicos será importante considerar un porcentaje

28

del agua que se pierde en fugas o por conexiones ilegales (agua no controlada o no

contabilizada).

Normalmente, según López, hay siete factores determinantes del consumo de una

población:

Temperatura: a mayor temperatura el consumo tiende a incrementarse.

Calidad del agua: entre mejor sea la calidad, tiene a incrementar el consumo.

Características sociales y económicas

Servicio de alcantarillado

Presión en la red de distribución

Administración: un sistema con buen mantenimiento, pocas fugas y control de

conexiones ilegales contribuyen a mejorar la eficiencia.

Tarifas y medidores: implementar buenos métodos de tarifas en donde se prioriza y

se cobra según el uso que se le da al agua, además de las mediciones continuas y

acertadas contribuyen a aumentar la eficiencia del sistema.

En general y según las tarifas establecidas por el AyA, se definen cinco tipos de usos del

agua (Cordero, 2003):

a) Tarifa 1 (Domiciliar): se aplica en casas y apartamentos habitados por personas en

forma permanente y sin fines de lucro.

b) Tarifa 2 (Ordinario): Incluye oficinas, negocios comerciales e industriales, en los

cuales se dé un uso similar a los domicilios.

c) Tarifa 3 (Reproductivo): Aplica para restaurantes, hoteles, sodas, cantinas,

cafeterías, estaciones de servicio, fábricas de refrescos, cervecerías, plantas de

procesamiento de leche, en general todas las industrias y comercios que utilicen el

agua como materia prima y como elemento para la elaboración de sus productos o

la prestación de servicios.

d) Tarifa 4 (Preferencial): comprende los servicios prestados a las instituciones de

beneficiencia, educación y culto, tales como iglesias, hospitales y escuelas.

e) Tarifa 5 (Gubernamental): es utilizada para instituciones del gobierno, poderes

públicos, instituciones descentralizadas del estado, entre otras.

En resumen, la dotación se puede definir como la suma de cuatro componentes:

29

𝐷𝑜𝑡𝑎𝑐𝑖ó𝑛 = 𝐶𝐷 + 𝐶𝑁𝐷 + 𝐴𝑁𝐶 + 𝐸𝐹 + 𝑂𝑈 (8)

Donde:

CD: consumo domiciliar, incluiría los usuarios con tarifa 1

CND: consumo no domiciliar, incluiría los usuarios con tarifas 2,3, 4 y 5

ANC: Agua no contabilizada

EF: exceso por servicios fijos, usuarios a los que se les cobra una tarifa fija por falta

de medición.

OU: Otros usos, incluido como parte de la demanda para usos operacionales, lavado

tuberías, hidrantes, entre otros.

El término ANC se refiere a aquella agua que se pierde, es decir, la diferencia entre el

volumen de agua producido y el volumen de agua utilizada por los habitantes. En este

término se incluye el agua no controlada que es el agua que es producida pero que no es

facturada. El índice se define matemáticamente de la siguiente forma:

𝐴𝑁𝐶 = 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑐𝑖𝑑𝑜 − 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑓𝑎𝑐𝑡𝑢𝑟𝑎𝑑𝑜

𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑐𝑖𝑑𝑜∙ 100

(9)

Las principales causas de altos valores de agua no contabilizada son las siguientes

(Bejarano, 2013, pág. 62):

Fugas en los componentes del acueducto

Reboses en los tanques del sistema

Conexiones ilícitas

Errores en el control de la producción o facturación

“En sistemas con baja capacidad técnica y económica el porcentaje de pérdidas máximo es

del orden de 40%, mientras que en sistemas con una alta capacidad técnica y económica,

el índice puede ser máximo del 20%. Las entidades reguladoras de la prestación del servicio

deberán establecer metas a corto, mediano y largo plazo para la reducción de pérdidas de

tal manera que se apunte a un óptimo que oscile entre 15 y 10%.” (López, 2003, pág. 58)

El parámetro de ANC es quizá el más complejo de determinar, debido a la falta de medición

en los sistemas (macromedición y micromedición) y es por esto que se debe velar porque

30

se cuente con la medición debida en el acueducto que se propone para así buscar la

eficiencia en el sistema.

Una vez definida la dotación es posible definir los caudales de diseño para cada uno de los

componentes hidráulicos del acueducto. Estos caudales son los siguientes:

Caudal promedio diario (Qpd)

Caudal máximo diario (Qmd)

Caudal máximo horario (Qmh)

Caudal promedio diario (Qpd)

El caudal promedio diario hace referencia al consumo de los usuarios en un día promedio,

obtenido de un año de registros. Matemáticamente se expresan así:

𝑄𝑝𝑑 =𝐷𝑜𝑡𝑎𝑐𝑖ó𝑛 [litros/habitante/día] ∙ 𝑃𝑜𝑏𝑙𝑎𝑐𝑖ó𝑛[ℎ𝑎𝑏𝑖𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒𝑠]

86 400 [𝑠𝑒𝑔𝑢𝑛𝑑𝑜𝑠/𝑑í𝑎]

(10)

Caudal máximo diario (Qmd)

En el caso de los componentes que se ubiquen antes del tanque de almacenamiento deberán

ser diseñados utilizando el concepto de caudal máximo diario (Qmd) que hace referencia al

caudal promedio del día de máximo consumo del año.

𝑄𝑚𝑑 = 𝑓𝑚𝑑 ∙ 𝑄𝑝𝑑 (11)

Donde tanto el factor fmd es un factor de mayoración que se explica más adelante.

Caudal máximo horario (Qmh)

Para el caso de distribución mediante redes, estas se diseñan para el caudal máximo horario

(Qmh) que hace referencia al caudal promedio de la hora de máximo consumo y se define

matemáticamente así:

𝑄𝑚ℎ = 𝑓𝑚ℎ ∙ 𝑄𝑝𝑑 (12)

El factor fmh, al igual que el fmd, es un factor de mayoración.

31

Factores de mayoración (fmd y fmh)

Estos factores dependen básicamente de la población y de las costumbres, usualmente se

pueden obtener de dos formas:

a) Normas de diseño y depende básicamente del tipo de zona (urbana, rural, etc.).

b) Estudio de demanda de agua de la población en la zona de estudio.

El factor fmd “es inversamente proporcional al número de habitantes y puede variar entre

1,3 para poblaciones menores a 12 500 habitantes y 1,2 para poblaciones mayores.” (López,

2003, pág. 60). Según las Normas para el Diseño de Proyectos de abastecimiento de Agua

Potable en Costa Rica (AyA) se establece un valor de 1,2.

Por otra parte, el factor fmh se obtiene usualmente de las curvas de distribución horaria del

sistema. Usualmente varía entre 1,3 y 2,5, dependiendo del tamaño de la población y la

homogeneidad de las costumbres de sus habitantes. Según las Normas para el Diseño de

Proyectos de abastecimiento de Agua Potable en Costa Rica (AyA) se establece un valor

entre 1,6 y 2,0.

2.3.3 Diseño de líneas de conducción

Para el proceso de diseño se debe considerar aspectos como el control de presiones

(sobrepresiones y presiones negativas) que se puedan generar por características de la

topografía. Para esto, se considera el efecto del Golpe de Ariete o “(…) la variación de la

presión, por arriba y por debajo del valor de funcionamiento normal de los conductos a

presión, como consecuencia de los cambios en las velocidades del agua, consecuentes de

las operaciones de las válvulas de regulación de los gastos.” (Silvestre, 1983, pág. 221).

Para evaluar este aspecto se usan varios conceptos como el de la celeridad o velocidad de

propagación de la onda que se genera al cerrar una válvula:

𝐶 =9900

√48,3 + 𝑘 ∙𝐷𝑒

(13)

Donde k es una constante que depende el material del tubo (kPVC=18), D es el diámetro

interior medio y e el espesor mínimo de la pared de la tubería. Luego se utiliza el concepto

de período de la tubería que representa “El tiempo necesario para que la onda de presión

32

vaya y vuelva de la válvula al depósito” (Silvestre, 1983, pág. 223) y numéricamente se

presenta así:

𝑇 =2 ∙ 𝐿

𝐶

(14)

Donde L es la longitud de la tubería y C la celeridad. Al conocer este parámetro se evalúa si

se trata de un caso de “cierre lento” o “cierre rápido”, básicamente comparando el período

(T) con el tiempo de cierre (tc) de la válvula, definido de forma previa al diseño. Si el período

de la tubería es mayor al tiempo de cierre, se considera como “cierre rápido” y el Golpe de

Ariete se puede calcular así:

ℎ𝑚𝑎𝑥 =𝐶 ∙ 𝑉

𝑔

(15)

Donde V es la velocidad del agua (Caudal/Área) y g es la aceleración de la gravedad. Si se

trata de un “cierre lento”, la sobrepresión máxima por Golpe de Ariete se puede calcular

utilizando la fórmula de Michaud-Vensano, no obstante, este método no es muy preciso. El

otro método que se puede utilizar es el de Allievi, que consiste en la determinación de

parámetros para luego determinar un parámetro de forma gráfica. De las siguientes

ecuaciones, las 16 y 17 son las que se ocupan para ingresar a los gráficos de Allievi (ver

anexo A) y leer el parámetro Z2. Con este parámetro es posible obtener el hmax despejándolo

de la ecuación 18.

𝜌 =𝐶 ∙ 𝑉

2 ∙ 𝑔 ∙ 𝐻0

(16)

𝜃 =𝑡𝑐

𝑇 (17)

𝑍2 =𝐻0 + ℎ𝑚𝑎𝑥

𝐻0

(18)

Conociendo la máxima presión a la que puede estar sometida la tubería, se evalúa la

diferencia entre el hmax y la topografía para que no se presente sobrepresiones ni presiones

negativas a lo largo de la tubería. Para la escogencia de diámetros de tuberías se pueden

33

utilizar varias teorías entre las más comunes se encuentran la de Hazen-Williams y la de

Darcy-Weisbach.

Para determinar el diámetro de una tubería mediante lo establecido por Hazen-Williams, se

utiliza la siguiente ecuación:

𝐷𝑒𝑥𝑎𝑐𝑡𝑜 = (10,675 ∙ 𝐿 ∙ 𝑄1,852

ℎ𝑓 ∙ 𝐶𝐻1,852 )

1/4,87

(19)

Donde Q es el caudal en m3/s, L la longitud de la tubería, hf son las pérdidas de energía que

para efectos de estos diseños se puede considerar como la diferencia entre la presión de

diseño y la sobrepresión hmax, CH es el coeficiente de rugosidad de Hazen-Williams (140 para

tubos PVC). De estos parámetros, la presión de diseño se puede calcular así:

𝑃𝑑𝑖𝑠𝑒ñ𝑜 ≤ 80 % ∙ 𝑃𝑡𝑟𝑎𝑏𝑎𝑗𝑜 (20)

Donde la presión de trabajo depende básicamente de la relación Diámetro/espesor de las

tuberías (SDR).

En algunos casos, el uso de un solo tipo de tubería podría ser innecesario desde el punto

de vista económico y es por esto que se podría recurrir a combinar diámetros de tuberías.

Para estos casos habría que calcular las pérdidas de energía para cada tubería de la siguiente

manera:

ℎ𝑓,𝑖 = 𝐾𝑖 ∙ 𝐿𝑖 ∙ 𝑄1.852 (21)

Donde cada Ki se calcula igualmente con Hazen-Williams:

𝐾𝑖 =10.675

𝐶𝐻1.852 ∙ 𝐷4.87

(22)

Los “Li” se calculan de forma que la transición siempre sea de la tubería con mayor diámetro

al de menor diámetro para evitar las presiones negativas y por tanto:

𝐿1 =

ℎ𝑓

𝑄𝑚𝑑− 𝐾2 ∙ 𝐿

𝐾1 − 𝐾2

(23)

34

𝐿2 = 𝐿𝑡𝑟𝑎𝑚𝑜 − 𝐿1 (24)

Donde Ltramo se refiere a la longitud conocida entre los puntos donde se coloquen tanques

quiebragradientes o entre tanques de almacenamiento y plantas de tratamiento.

Esta teoría es comúnmente utilizada en proyectos de agua potable debido a las propiedades

específicas del fluido, sin embargo, presenta algunas limitaciones en el momento de su

aplicación ya que se obtuvo de un proceso empírico. Entre estas limitaciones se citan las

siguientes:

La teoría es aplicable para tuberías con diámetro de 50 mm o superior.

Para agua con temperaturas entre 5 °C y 30 °C.

Para flujos turbulentos

Por esto, para el diseño se recomienda la utilización de la teoría de Darcy-Weisbach debido

a su ámbito amplio de aplicación. En este caso, las pérdidas por fricción en las tuberías se

calculan así:

ℎ𝑓 = 𝑓 ∙𝐿

𝐷∙

𝑉2

2𝑔

(25)

Donde f es el factor de fricción (adimensional), L la longitud en metros, D el diámetro de la

tubería en metros, V la velocidad media del fluido en m/s y g la aceleración de la gravedad

(9,81 m/s2).

El término de factor de fricción se puede determinar según diferentes ecuaciones, una de

ellas es la de Swamee y Jain que es aplicable para fluidos que cumplan con las siguientes

condiciones:

500 < 𝑅𝐸 < 1𝑥108

10−6 ≤𝐾

𝐷≤ 10−2

𝐹𝑙𝑢𝑗𝑜𝑠 𝑡𝑢𝑟𝑏𝑢𝑙𝑒𝑛𝑡𝑜𝑠

35

𝑓 =1,325

[ln (𝐾

𝐷⁄

3,71+

5,74

𝑅𝐸0,9 )]

2 (26)

Donde K representa la rugosidad relativa del conducto (0,0015 mm para PVC), D el diámetro

del mismo y RE es el número de Reynolds definido según la siguiente ecuación:

𝑅𝐸 =𝑉 ∙ 𝐷

𝜐

(27)

Donde 𝜈 representa la viscosidad cinemática del fluido (1,007x10-6 m2/s para el agua). Por

otra parte se tiene la propuesta de Colebroke White:

1

√𝑓= −2 ∙ log (

𝐾𝐷⁄

3,71+

2,51

𝑅𝐸 ∙ √𝑓)

(28)

Esta ecuación es aplicable para tubos lisos o rugosos en la zona de transición o turbulenta

y para RE > 4000. Como se puede observar el término de factor de fricción aparece en

ambos lados de la ecuación anterior, por lo que obliga al diseñador a iterar para obtener el

resultado deseado.

De igual forma existen otras ecuaciones desarrolladas por diferentes autores con el fin de

obtener las pérdidas de energía en tuberías y así diseñar sistemas de tuberías, sin embargo,

para efectos de este trabajo, se utilizaron las teorías de Hazen- Williams y Darcy-Weisbach.

De esta manera se resumen las ecuaciones que se utilizarían en el diseño de líneas de

conducción donde además se debería considerar aspectos como la colocación de los

accesorios como las válvulas (de purga, de paso y de aire) donde cada una tiene una función

particular.

2.3.4 Diseño de redes de distribución

Para el diseño de redes de distribución, a diferencia de las conducciones, es necesario incluir

los consumos demandados en los diferentes puntos de la red. Esta consideración hace que

los caudales en cada una de las tuberías varíe y por tanto los diámetros de las mismas.

36

Método de nodo crítico

Este método se utiliza comúnmente en casos de redes abiertas. Lo que se busca es

garantizar que en cada nodo se cumplan las condiciones de presiones mínimas y que no se

excedan las presiones máximas.

Inicialmente se identifica el nodo crítico que es aquel en el que el gradiente hidráulico “i”

sea menor, para los nodos más alejados y que presentan una mayor diferencia de elevación

con respecto al tanque de almacenamiento o elemento que los abastezca. El gradiente

hidráulico se define así:

𝑖 =∆𝐻

𝐿

(29)

Donde:

∆H = diferencia de carga por elevación

L = distancia de recorrido del flujo entre nodos

Al definir el nodo crítico se le asigna el valor de presión mínima, establecida en la legislación.

Según las Normas para el Diseño de Proyectos de abastecimiento de Agua Potable en Costa

Rica (AyA) se establece un valor de 15 mca (metros columna de agua).

Al conocer el caudal de diseño, la configuración geométrica de la red (distancias y

elevaciones) y las demandas en los nodos, se procede a elaborar la distribución de caudales

a lo largo de la red para así determinar los caudales teóricos que fluyen en cada tubería.

Esta distribución se puede obtener utilizando el criterio de caudal unitario. En este caso,

se asume que el consumo se distribuye uniformemente a lo largo de la tubería. Por lo tanto,

se obtiene un caudal unitario “q” por unidad de longitud y a partir de este se obtienen los

consumos al final de cada tramo como la multiplicación del caudal “q” por la longitud del

tramo en análisis. Esto se expresa matemáticamente así:

𝑞 = 𝑄𝑚ℎ

𝐿𝑇

(30)

𝑄𝑖 = 𝑞 ∙ 𝐿𝑖 (31)

37

Donde Lt es la longitud total de la red de distribución en donde hay consumos, Qi es el

consumo en los nodos finales de cada tramo “i” y Li es la longitud de cada tramo.

Por otra parte, al definir el gradiente hidráulico para cada nodo, se obtienen unas pérdidas

de carga esperadas,

ℎ𝑓,𝑒𝑠𝑝𝑒𝑟𝑎𝑑𝑜 = 𝑖 ∙ 𝐿𝑖 (32)

Con base en los parámetros obtenidos con las ecuaciones anteriores, es posible empezar a

iterar el diseño de las tuberías, empezando con la determinación de un diámetro de tubería

para el tramo con el nodo crítico, utilizando la ecuación 19. Con base en el diámetro obtenido

se compara con los diámetros nominales cercanos (el inmediato mayor y el inmediato

menor) y las pérdidas de carga asociadas a estos, utilizando la ecuación 21 para cada

diámetro. Al comparar las pérdidas de carga hf, esperado, con los hf reales para los diámetros

cercanos, se opta por el diámetro que aproxime sus pérdidas de carga con el hf, esperado. Esta

elección se hace buscando la línea de energía con menor pendiente para así hacer el diseño

más económico y que cumpla con requerimientos de presión y velocidad.

Con esta información se verifica que la velocidad del agua en las tuberías cumpla con los

límites recomendados y se obtiene la carga en los nodos. Como todos los nodos requieren

cumplir con la presión mínima, el nodo crítico contará con una carga igual a la elevación

más los metros de presión mínima establecidos. Posteriormente, el nodo adyacente o

anterior al nodo crítico se le asignará una carga igual a la carga del nodo crítico más la carga

hf real del diámetro escogido para la tubería. Para el caso de las presiones, al utilizar un

límite de velocidades máximas del orden de 2,5 m/s a 3 m/s, se puede despreciar el efecto

de la presión dinámica y por tanto la presión de cada nodo se obtiene como la diferencia

entre la carga y la elevación del punto.

De la misma forma se procede con el resto de nodos de la red que se diseña hasta llegar al

punto de inicio. Por último, se revisan las condiciones de presiones mínimas y máximas y

las velocidades mínimas y máximas para cada tramo.

Este método es útil siempre y cuando no se cuente con consumos muy altos puntuales en

algunos de los nodos, ya que esto afectaría el supuesto de distribución uniforme del caudal

de diseño en función de la longitud de la red de distribución. Para los casos en que no se

cumple con este criterio, se parte de consumos puntuales en cada nodo.

38

2.3.5 Parámetros de diseño

Para que el acueducto funcione de forma adecuada es necesario cumplir con criterios

técnicos específicos. En las secciones anteriores se han mencionado algunos de estos

parámetros, a continuación (Cuadro 2-5) se enumeran los criterios exigidos por el AyA en

el documento de Normas para el Diseño de Proyectos de abastecimiento de Agua Potable

en Costa Rica. Dichas normas muestran parámetros límite de diseño obtenidos con base en

estudios y experiencia del Instituto en los diferentes proyectos que ha desarrollado en

diferentes zonas del país.

Cuadro 2-5. Parámetros de diseño establecidos según el AyA

Dato Parámetro de diseño Magnitud Unidad

1 Rango de factor de demanda máxima horaria (fmh)

1,6-2,0 -

2 Rango de factor de demanda máxima diario (fmd)

1,1-1,3 -

3 Caudal de diseño (sistemas por

gravedad),En: fuente, captación y conducción

Qmd -

4 Caudal de diseño (red distribución) Qmh -

5 Presión máxima en conducción P.trabajo tubería

6 Presión dinámica mínima en pto crítico

de la red (con respecto a nivel medio del tanque)

15 mca

7 Presión máxima de funcionamiento (con respecto a nivel medio del tanque)

60 mca

8 Presión máxima de funcionamiento

Excepción en zona muy inclinada (con respecto a nivel medio del tanque)

75 mca

9 Presión de prueba de tubería (veces de la presión de trabajo)

1,5 x Pres. trabajo

10 Presión mínima de tuberías

100 mca

Excepción: conducciones 80 mca

Excepción: red en acueducto rural 80 mca

11 Diámetro mínimo: conducciones cálculo -

12 Diámetro mínimo: redes acueducto rural 50 mm

13 Velocidades permisibles conducciones

Mínima 0,6 m/s

Máxima 5 m/s

39

Dato Parámetro de diseño Magnitud Unidad

14 Velocidades permisibles redes

Mínima N.A -

Máxima 2,5 m/s

15 Volumen de regulación (tanque de

almacenamiento) 0,14 x Vol promedio diario

16 Volumen de reserva para interrupciones (tanque de almacenamiento)

4 horas del Qpd

Fuente: Normas para el Diseño de Proyectos de abastecimiento de Agua Potable en Costa

Rica, 2001

40

CAPÍTULO 3 DESCRIPCIÓN DE LA ZONA DE ESTUDIO

Como se describió detalladamente en el marco teórico, el diseño de un acueducto no tiene

como fin primordial dimensionar cada uno de los elementos que lo compone sino satisfacer

las necesidades de la población de la zona en que se plantea el proyecto. Para esto se vuelve

imprescindible conocer a fondo las características, necesidades y costumbres propias del

entorno.

Entre las características generales que interesan en la fase de concepción de un acueducto

se encuentran las siguientes:

1. Ubicación geográfica

2. Zonas protegidas

3. Clima

4. Topografía

5. Tipos de suelos

6. Hidrogeología

7. Condiciones ambientales

8. Zonas de riesgo

9. Características Socioeconómicas: actividades productivas, turismo, usos del suelo,

educación, vivienda y vías de comunicación.

Al conocer cada una de estas características de la zona, se podrá prever diferentes

situaciones que podrán generar un impacto al acueducto que se busca diseñar.

3.1 Ubicación geográfica

La comunidad a la cual se beneficia mediante este trabajo se encuentra en la provincia de

Alajuela (Provincia 02), en el cantón de Poás (cantón 08) y es compartida por los distritos

de San Juan (distrito 02) y Sabana Redonda (distrito 05).

Como referencia adicional se tiene que la zona se encuentra en coordenadas de proyección

CRTM05: latitud entre 1122000 y 1124000, longitud entre 474000 y 478000, con altitudes

entre los 2000 y 2300 msnm.

41

Para detallar la ubicación se muestra el mapa en la Figura 3-1. La zona limita al norte con

el Parque Nacional Volcán Poás, al sur con el poblado conocido como Bajos del Tigre en

Sabana Redonda de Poás, al este con el poblado de Poasito y Fraijanes de Alajuela y al

oeste con la Reserva Forestal de Grecia.

3.2 Zonas protegidas

Un aspecto que se debe considerar de previo al diseño de un proyecto como el que se

pretende es si existen restricciones específicas como las que se presentan al estar dentro

de una zona protegida. En este caso, la zona que se ve incluida en zonas protegidas es la

ubicación de la naciente (Figura 3-1). El punto en sí donde se capta el agua se encuentra

en el límite de dos zonas protegidas, una de ellas es el Parque Nacional Volcán Poás y la

otra es la Reserva Forestal Grecia.

3.3 Clima

En general, la zona de estudio se encuentra clasificada con clima de la Región Valle Central

Occidental (VC) en la subregión VC3 que comprende un clima de tipo seco de altura. Se

cataloga así según las regiones y subregiones climáticas de Costa Rica que se establecen

en la clasificación del Instituto Meteorológico Nacional (IMN) (Solano & Villalobos, pág. 18),

basada en la investigación de Coen en 1967.

Esta región climática se caracteriza por presentar una mezcla de características del clima

Pacífico con el clima Caribe ya que se ve afectada por la presencia de vientos ecuatoriales,

vientos alisios del noreste, nubosidad y lluvias débiles. Las temperaturas medias anuales

presentan un máximo de 21 °C y un mínimo de 10 °C. Además se presentan

aproximadamente 147 días con lluvia al año, con precipitación media anual de 2820 mm tal

como se muestra en la Figura 3-2. Cabe resaltar que para esta zona no se distingue

claramente una época seca a lo largo del año.

42

Figura 3-1. Ubicación de la zona de estudio

43

Figura 3-2. Resumen sinóptico-climático de la Región Valle Central Occidental

Fuente: Solano, 1992

Este clima también favorece a las actividades productivas como la agricultura y la ganadería

lechera que se describirán posteriormente.

3.4 Topografía

El área del proyecto se ubica en las zonas altas del cantón de Poás y por tanto en las

cercanías de la cima del Volcán Póas, donde las elevaciones del terreno suelen variar

significativamente en distancias cortas. Además, la presencia de quebradas o ríos y los

cañones asociados a estos contribuyen a que la topografía sea quebrada. Como muestra de

lo anterior, se presenta un mapa de la zona (Figura 3-3) donde se aprecia como las

pendientes varían en un rango entre los 5 y los 50 grados aproximadamente, que equivaldría

a un rango de pendientes entre 9% y 119%.

De igual forma, se muestra la Figura 3-4 donde se observa las variaciones de elevación en

la zona de interés. Se nota como las elevaciones varían entre los 2300 msnm y 1950 msnm.

La elevación promedio del alineamiento de la tubería actual es de aproximadamente 2125

msnm.

44

Figura 3-3. Mapa de pendientes

45

Figura 3-4. Mapa de elevaciones

46

3.5 Tipos de suelos

3.5.1 Litología

En el estudio realizado por la Escuela de Geología de la Universidad de Costa Rica titulado

“Geología del cantón de Poás y estudios adicionales”, se clasifica al cantón de Poás en

diferentes zonas o unidades geológicas. La zona del acueducto se encuentra clasificada en

su gran mayoría en la unidad geológica Doka (Figura 3-5). Estos suelos datan de la época

del Holoceno y “(…) está compuesta por depósitos piroclásticos de caída formados por

diversas capas de lapilli y ceniza con diferente granulometrías, espesores y grados de

consolidación, que corresponden a diferentes pulsos piroclásticos así como también de tobas

consolidadas intercaladas con las capas de lapilli.” (Escuela Centroamericana de Geología,

2005, pág. 56).

En este mismo estudio se indica la presencia de aluviones específicamente en los cañones

de los ríos Poás, Poasito y Prendas, esto para la zona de estudio. También se presentan

lahares principalmente en las partes altas del Río Mastate donde la exposición de los bloques

es limitada con tamaños que alcanzan los metros en algunos casos.

3.5.2 Estructuras geológicas (fallas)

A pesar que en el cantón de Poás se presentan varias estructuras o fallas geológicas, para

la zona de estudio se distingue únicamente un tipo. La zona volcano-tectónica de debilidad

cortical del Poás atraviesa la zona, mostrando dos fallas (Figura 3-5), una al este y otra al

oeste. Estas fallas se caracterizan por cortar los depósitos piroclásticos de los cuales se

compone la unidad Doka. Además, según el criterio de los técnicos de la Escuela de

Geología, presentan movimiento aparente normal, los cuales no superan los 2 cm. Otra

característica de estas estructuras es que son relativamente recientes, contemporáneos con

las unidades como la Doka.

47

Figura 3-5. Mapa de litología y estructuras geológicas

48

3.5.3 Características geotécnicas

Las características mecánicas de un suelo pueden ser muy variables y por esto es importante

tomar muestras y someterlas a distintos ensayos de laboratorio para determinar con cierta

precisión sus propiedades. Como parte del estudio de la Escuela de Geología se estudió

muestras recolectadas en distintos puntos del cantón de Poás. De acuerdo con la ubicación

de estas muestras, una de ellas se ubica cerca de la zona del acueducto de interés. Se trata

de la muestra con el código PG-1, ubicado en la unidad Doka, en las coordenadas 511,920

Este y 235,903 Norte de proyección Lambert Norte. El suelo se caracteriza como lapilli medio

y se clasifica como arena limosa con algo de grava, sin plasticidad.

A continuación se presentan los resultados obtenidos para esta muestra, por el Laboratorio

de Geotecnia de la Escuela Centroamericana de Geología (Cuadro 3-1).

Cuadro 3-1. Propiedades geotécnicas obtenidas en laboratorio

Parámetro Simbología Unidad Resultado

Gravedad Específica Gs - 2,67

Peso unitario húmedo γw kN/m3 14,06

Peso unitario seco γd kN/m3 8,85

Peso unitario saturado γsat kN/m3 15,34

Peso unitario sólidos γs kN/m3 26,18

Humedad w % 58,9

Relación de vacíos e - 1,96

Porosidad n % 66,2

Grado de saturación S % 80,7

Fuente: Informe Geología del Cantón de Poás y estudios adicionales, 2005

Estas propiedades sugieren que el suelo es poroso ya que cuenta con densidades bajas y

una relación de vacíos alta, lo que conlleva a una alta permeabilidad del mismo. Esto es

característico de los suelo volcánicos como el que se presenta en la zona de estudio. Además

se presenta poca plasticidad posiblemente debido a la poca meteorización a la que han sido

sometidos.

En general, según la totalidad de muestras que se recolectaron y que fueron sometidas a

ensayos, la unidad de Doka presenta propiedades que se encuentran en los rangos que se

muestran en el Cuadro 3-2.

49

Cuadro 3-2. Propiedades geotécnicas promedio en la Unidad Doka

Parámetro Simbología Unidad Límite inferior Límite superior

Gravedad Específica Gs - 2,5 2,7

Peso unitario húmedo γw kN/m3 10,66 19,21

Peso unitario seco γd kN/m4 6,58 16,88

Peso unitario saturado γsat kN/m5 13,95 19,94

Peso unitario sólidos γs kN/m6 24,52 26,48

Humedad w % 46,09 96,3

Relación de vacíos e - 0,45 3,03

Porosidad n % 31,1 75,2

Grado de saturación S % 32,4 92,3

Fuente: Informe Geología del Cantón de Poás y estudios adicionales, 2005

3.6 Hidrogeología

La zona de estudio se encuentra en un punto alto de la Cordillera Volcánica Central, debido

a las características de los suelos y la topografía que se mencionaron, el agua fluye a nivel

de superficie pero también, de manera considerable, de forma subterránea.

Según los registros de manantiales del Servicio Nacional de Aguas Subterráneas Riego y

Avenamiento (SENARA) y el Instituto Costarricense de Acueductos y Alcantarillados (ICAA),

existen 31 manantiales registrados en el Cantón de Poás. Dichos manantiales son

aprovechados para distintos usos, desde domiciliar hasta industrial, dependiendo de la

producción de cada uno de ellos. En la Figura 3-6 se muestran las nacientes y pozos

registrados en la zona alta del cantón de Poás, donde interesa para efectos del proyecto.

Como se observa en la figura existe gran cantidad de fuentes de agua subterránea las cuales

son captadas por diferentes entes. Propietarios privados, ASADAS y la Municipalidad captan

la gran mayoría de manantiales. Además existen gran cantidad de pozos, especialmente en

la zona Este del cantón.

Se nota como por las características de topografía de la zona de estudio y por la delimitación

de las zonas protegidas, son pocas las fuentes de las que la ASADA de El Mastate se puede

abastecer.

50

Figura 3-6. Mapa de pozos y nacientes

51

3.7 Condiciones ambientales

La protección del ambiente es una de las principales metas que se propone mediante la

actualización del Plan GAM (Plan GAM 2013-2030). La conservación de acuíferos en las zonas

de la Cordillera Volcánica Central, en Barva de Heredia y en las zonas de Alajuela como en

el caso de Poás, se convierte en una de las prioridades. Es por esta razón que se plantea la

obligatoriedad de aplicación de la Matriz de Criterios de Uso del Suelo Según la

Vulnerabilidad a la Contaminación de Acuíferos para la Protección del Recurso Hídrico. Dicha

obligatoriedad se plantea en la resolución No. 2012-08892 de la Sala Constitucional de la

Corte Suprema de Justicia. La matriz fue creada por el SENARA y presenta recomendaciones

de uso del suelo según la vulnerabilidad que presente cada zona. “La vulnerabilidad de un

acuífero se define como un conjunto de características intrínsecas a los estratos geológicos,

que separan la zona saturada del acuífero de la superficie del suelo y que determina la

sensibilidad del acuífero a ser afectado adversamente por una carga contaminante aplicada

(Ramírez & Alfaro, 2002).” (Programa de agua potable y saneamiento para el nivel

subnacional (CR-T1034), 2010, pág. 28 Anexo 3).

Por las propiedades descritas en las secciones anteriores, los suelos de la zona del proyecto

favorecen el rápido escurrimiento de las aguas subterráneas. En la Figura 3-7 se muestra

un mapa donde se señala la capacidad de recarga hídrica y la vulnerabilidad asociada al

área de estudio.

Como se observa en la figura, la capacidad de recarga hídrica en el área de estudio es

clasificada como extrema en su gran mayoría y asociado a esta se cuenta con vulnerabilidad

alta en gran parte del territorio mientras que baja en otra zona. No obstante, la zona de

vulnerabilidad alta se localiza donde actualmente se encuentra la red de distribución. Estas

dos condiciones sin duda muestran la fragilidad ambiental. Para estas circunstancias, según

la matriz propuesta por el SENARA, se propone una serie de recomendaciones en donde se

tendría una vigilancia estricta por instituciones como el SENARA y la Secretaría Técnica

Ambiental (SETENA) para reducir en cuanto se pueda los posibles derrames y contaminación

a nivel subterráneo que afectaría a zonas bajas del cantón de Poás y por ende la provincia

de Alajuela.

52

Figura 3-7. Mapa de recarga hídrica y vulnerabilidad

53

La principal preocupación en la zona se presenta con la contaminación proveniente de los

tanques sépticos en los centros poblacionales ya que estos generan “(…) los efluentes al

subsuelo que contienen elementos patógenos así como concentraciones altas de nitratos y

cloruros entre otras sustancias, los cuales provienen de las excretas humanas

principalmente.” (Programa de agua potable y saneamiento para el nivel subnacional (CR-

T1034), 2010, pág. 28 Anexo 3)

Por todas estas condiciones fue importante evaluar el factor ambiental y mantener una

posición conservadora para las proyecciones relacionadas con el diseño en cuanto al

desarrollo que se pueda dar en la zona. Este desarrollo podrá ser limitado considerablemente

debido a las estrictas restricciones que podrían establecerse en un futuro próximo.

3.8 Zonas de riesgo

Como la zona de interés se encuentra cerca de un volcán activo, fue necesario considerar

cualquier tipo de riesgo que esto pueda traer a las comunidades cercanas. Al tratarse del

diseño de un acueducto este aspecto toma más relevancia ya que ante una emergencia, el

agua podría ser indispensable para mitigar los posibles efectos que se puedan dar. Sumado

a esto, se tienen que evaluar los posibles riesgos de inundación, deslizamientos, sismos,

entre otros. En la Figura 3-8 se muestra un extracto del mapa de riesgos de la Comisión

Nacional de Emergencias (CNE) elaborado en el año 2009 y donde se presentan los

principales riesgos en la zona del acueducto y sus alrededores.

Como se observa en el mapa los principales riesgos de las zonas se asocian con la posibilidad

de afectación por gases y de ceniza ante una eventual actividad volcánica. También se

observa la presencia de la zona de fractura volcano-tectónica que se describió en la sección

de tipos de suelos y la cual por el momento no presenta un riesgo inminente para la

población de la zona. Además, se tiene el riesgo de inundación en el cauce del Río Mastate,

esto si se acumula la basura en el mismo.

54

Figura 3-8. Mapa de riesgos Comisión Nacional de Emergencias

Modificado por el autor, 2015

55

Relacionado con lo anterior, también fue importante considerar aspectos como la topografía

y cómo las elevadas pendientes ante eventos sísmicos podrían propiciar deslizamientos que

pueden perjudicar e incluso incomunicar a la comunidad de El Mastate, por las pocas vías

de acceso con que cuenta.

3.9 Características socioeconómicas

3.9.1 Actividades productivas

La producción de la zona se basa en actividades agrícolas y pecuarias (Figura 3-9). La

presencia de plantaciones, principalmente de fresas, se constituye en una de las principales

actividades debido a que se ve favorecida por la fertilidad del suelo y lo rentable de la

actividad.

Por otro lado, la ganadería lechera es también de las actividades más importantes, la cual

se ve favorecida por el clima y las amplias zonas dedicadas a los pastos. Las plantaciones

que se encuentran en la zona del proyecto se dedican al cultivo básicamente de fresas, sin

embargo, en otras zonas vecinas se encuentran productos como flores, helechos, moras,

granadillas, chiles, entre otros.

a: plantaciones de fresa, b: ganadería lechera

Figura 3-9. Fotografías ilustrativas de las actividades productivas de la zona

En cuanto a la ganadería, la mayoría de lecherías se encuentran ubicadas en la zona norte

del cantón de Poás, justamente donde se encuentra el acueducto actual. Esta actividad

presenta consumos altos de agua para distintos usos como lavado y abrevaderos, además,

se trata de una actividad muy extensiva, en donde el ganado necesita de áreas vastas

dedicadas a pastos con el fin de alimentarlo, para la producción de leche.

56

Según el VI Censo Agropecuario del INEC (2015), en el cantón de Poás se tiene un total de

78 fincas dedicadas a la ganadería vacuna y cuentan en total con 3598 cabezas. De este

total, se obtiene la distribución de uso o propósito del ganado (Cuadro 3-3).

Cuadro 3-3. Distribución del ganado según su propósito en la provincia de Poás

Propósito Cantidad de cabezas de ganado Distribución porcentual

Carne 271 7,5%

Leche 3268 90,8%

Doble propósito 58 1,6%

Trabajo 1 0,0%

Total 3598 100,0%

Fuente: VI Censo Agropecuario Nacional (INEC), 2015

Como se observa, la ganadería lechera es la que más se presenta en el cantón de Poás y

gran parte de esas fincas se encuentran en la zona del proyecto de interés y sus alrededores.

Por tanto fue necesario contemplar este tipo de actividad en el análisis de demanda. De

este censo, se desprende también información relacionada con la utilización de fuentes de

agua para abastecimiento de fincas agropecuarias (Cuadro 3-4).

Cuadro 3-4. Distribución de fincas agropecuarias según la utilización de fuentes

de agua

Fuente de agua* Cantidad Distribución porcentual

Acueducto 671 69,75%

Río o quebrada 102 10,60%

Naciente o manantial 55 5,72%

Pozo 30 3,12%

Proyecto de riego de SENARA 28 2,91%

Cosecha de agua 18 1,87%

Otra 34 3,53%

No utilizó 24 2,49%

Total de fuentes 962 100,00% * Una finca puede utilizar más de una fuente de agua para la actividad productiva de la finca, por lo que puede quedar contabilizada en varias categorías.

Fuente: VI Censo Agropecuario Nacional (INEC), 2015

Como se observa en el cuadro anterior, la mayoría de las fincas agropecuarias se abastecen

de fuentes captadas por entes administradores de acueductos. Debido a esta estadística se

recomienda incluir los usuarios de este tipo de fincas para así abastecerlos de forma

57

adecuada. No obstante, se debe dar prioridad al consumo humano por lo que convendrá

evaluar este aspecto en el análisis de demanda en la zona del acueducto.

3.9.2 Turismo

La zona se ubica cercana al Parque Nacional Volcán Poás y al ser este uno de los parques

nacionales más visitados, el turismo ha favorecido la instalación de restaurantes, comercios

y hoteles o cabinas. “Con respecto al hospedaje, su distribución se encuentra más acorde

con las características de la demanda turística, porque al contrario de los servicios de

alimentos y bebidas, la mayor cantidad de cabinas (83%) se ubican en la parte alta del

cantón, más valorada por su paisaje y cercanía al área protegida” (Quirós, Miranda, & Alfaro,

pág. 5)

“La oferta turística se encuentra en manos de nacionales, según la encuesta de Quirós y

Miranda (2008) aplicada en el cantón, el 87 % de los dueños de los negocios son nacionales,

de los cuales la mayor parte son del cantón de Poás, pero también se 6 encuentran

propietarios de lugares cercanos como Grecia y Alajuela. Esta situación es de gran

importancia porque indica la voluntad de la población de invertir en la zona y que la actividad

turística genera una distribución más equitativa de los ingresos recibidos.” (Quirós, Miranda,

& Alfaro, pág. 6)

El crecimiento en el turismo también se puede ver reflejado en la Figura 3-10 donde se

muestra la cantidad de visitantes al Parque Nacional Volcán Poás desde el año 2002 hasta

el 2013, registrado por el Sistema Nacional de Áreas de Conservación (SINAC).

Como se observa en dicha figura, el turismo se ha mantenido o crecido desde el año 2002

salvo para el período entre el 2008 y 2009 donde se dio la crisis económica y el terremoto

de Cinchona que afectaron significativamente las visitas al parque. Sin embargo, después

de esta caída, se empezó con una visita creciente continua al parque lo que también indica

que el número de turistas que transitó por la zona del acueducto aumentó de la misma

forma, ya que la única vía de acceso al parque es la ruta 120, la cual atraviesa la zona del

acueducto.

58

Figura 3-10. Cantidad de turistas registrados en Parque Nacional Volcán Poás

Fuente: ICT

No obstante, según Quirós, Miranda y Alfaro, debido a que el mayor atractivo turístico es

apreciar el cráter del volcán, el turismo se desarrolla más en las horas de la mañana, lo que

hace que los visitantes no se detengan por largos períodos a colaborar con los vecinos de

la zona. Por esta razón, locales como restaurantes y comercios no han crecido

significativamente.

“Los municipios juegan un papel importante en el desarrollo de la actividad turística en cada

uno de los cantones ya que por medio del ordenamiento territorial pueden implementar

políticas para el mejoramiento de la actividad tomando en cuenta el potencial turístico de

su territorio y creando vínculos con instituciones públicas y privadas que permitan dinamizar

el sector por medio de planes de desarrollo turístico.” (Quirós, Miranda, & Alfaro, pág. 15)

Sin duda, a pesar que el crecimiento del turismo no ha sido acelerado, en cualquier momento

se podría explotar el potencial y esto haría crecer las zonas aledañas como la del proyecto

de interés. Por esta razón fue necesario considerar escenarios en donde los locales

relacionados con el turismo crezcan en cantidad y por tanto impliquen un mayor consumo

de agua potable en la zona.

0

50

100

150

200

250

300

350

400

2000 2002 2004 2006 2008 2010 2012 2014

Can

tid

ad d

e tu

rist

as (

en m

iles)

Año

59

a: atractivo turístico (paisaje), b: atractivo turístico (P.N. Volcán Poás)

Figura 3-11. Fotografías ilustrativas de atractivo turístico de la zona

3.9.3 Usos del suelo

Debido a las actividades productivas propias de la zona y de las consideraciones ambientales

que se describieron, el uso del suelo de la zona del proyecto se encuentra dedicada en su

mayoría a bosques y pastos para actividades como la ganadería lechera. La población se

encuentra distribuida de forma dispersa, al igual que los puestos comerciales como

restaurantes y hoteles o cabinas.

Debido a las consideraciones ambientales en la zona, históricamente se ha restringido el

crecimiento poblacional y comercial y por esto las zonas se han dedicado a la producción

extensiva como el caso de plantaciones y lecherías.

En la Figura 3-12 se muestra la distribución actual del uso del suelo. Esta clasificación se

obtuvo con base en fotografía aérea de Google Earth, el cual cuenta con fotografías

actualizadas al año 2015. De acuerdo con esa fotografía aérea de la zona, se corroboró los

distintos usos del suelo mediante visitas y levantamiento en campo.

En dicho mapa y en los mapas de elevaciones y pendientes que se presentaron, se observa

como el uso del suelo se ve influenciado claramente por la topografía de la zona. En las

zonas más llanas se encuentra ubicada la mayoría de población y centros como restaurantes

y hoteles, mientras que en las zonas más escarpadas se encuentran las actividades

agropecuarias (plantaciones y lecherías).

60

Figura 3-12. Mapa de uso del suelo de la zona del acueducto

61

3.9.4 Educación

En la actualidad no existe ningún centro educativo en la zona del acueducto. Las escuelas

más cercanas se encuentran en la comunidad de Poasito y otra en Fraijanes de Alajuela.

Este será un factor que se debe evaluar para la proyección de demanda. Básicamente

dependerá del crecimiento en la población que se espera en los próximos años.

3.9.5 Vivienda

En general, en la zona se encuentran 33 casas que son en su mayoría del tipo construcción

horizontal unifamiliar, con algunas casas de más de un piso. Según los datos del Censo de

población del 2011 del INEC, se tiene un promedio de 3,7 habitantes por vivienda. Además,

se considera a la población de la zona como rural. Se describen de forma más detallada los

aspectos poblacionales en la sección de análisis de demanda.

3.9.1 Vías de comunicación

Existen únicamente tres vías de comunicación transitables por vehículos entre las diferentes

comunidades del cantón de Poás y la zona del proyecto. La carretera principal es la ruta

nacional 120 que conecta a Vara Blanca con el Parque Nacional Volcán Poás. Esta carretera

se encuentra debidamente señalizada, asfaltada y en buen estado.

Por otro lado, se encuentra la ruta 2-08-02-00022 como la denomina el MOPT en conjunto

con la Junta Vial Cantonal del Municipio de Poás, popularmente se le denomina “Calle La

Legua”. Esta última ruta es cantonal y comunica a San Juan Norte con el pueblo de Altura

que se encuentra en la zona del acueducto, presenta altas pendientes y no se encuentra

asfaltada en su totalidad.

Al igual que la “Calle de La Legua” se encuentra la “Calle La Pradera” o ruta 2-08-05-00045.

Esta es una ruta cantonal y no se encuentra totalmente asfaltada. Además, conecta al

pueblo de Bajos del Tigre con la zona del acueducto.

Cabe resaltar la importancia en cuanto a la comunicación que presenta el puente sobre la

Quebrada El Tigre en la zona del acueducto. Dicho puente presenta más de 50 años de ser

construido, según la placa que se ubica en una de sus barandas de contención. Sin la

presencia de este puente, el acceso a la zona sería muy complicado, funcionando solo la

“Calle La Legua” como vía de comunicación, por la cual no todo tipo de vehículo puede

transitar.

62

Para tener una referencia en cuanto a distancias de carreteras, se muestran diferentes

puntos de referencia (Cuadro 3-5) y el kilometraje respectivo que indica la distancia entre

la zona del acueducto (poblado Altura) con cada punto ejemplificado.

Cuadro 3-5. Distancias desde Altura a otros puntos de referencia

Punto de referencia Distancia sobre carretera

Entrada Parque Nacional Volcán Poás 4,5 km

Poasito 4,8 km

Fraijanes 6,5 km

Sabana Redonda 11,8 km

San Pedro de Poás 18,5 km

Vara Blanca 10,5 km

Alajuela (Parque Central) 24,2 km

Fuente: Google Maps, 2015

63

CAPÍTULO 4 DESCRIPCIÓN Y DIAGNÓSTICO DEL ACUEDUCTO ACTUAL

4.1 Generalidades

Actualmente existe una red de tuberías que se ha instalado según las necesidades de la

población. Es decir, conforme se ha expandido la población así lo ha hecho la red de

acueducto. Estas tuberías y sus respectivos accesorios como válvulas y tanques no fueron

diseñados bajo un criterio técnico y es por esto que mediante este trabajo se busca mejorar

dicha situación.

Para comprender mejor el escenario actual del acueducto se describirá las condiciones en

las que se encuentra cada uno de los componentes principales. Estos componentes son los

siguientes:

a) Fuente de abastecimiento

b) Conducción por gravedad

c) Tanque de almacenamiento

d) Red de distribución

En la Figura 4-1 se muestra un esquema del acueducto actual. Entre paréntesis cuadrados

se muestra las longitudes de tubería para los tramos señalados.

Figura 4-1. Esquema de componentes del acueducto actual

64

4.2 Fuente de abastecimiento y obra de captación

El agua es captada desde un manantial mediante una galería de infiltración, similar a la

mostrada en la Figura 4-2. No obstante, la galería con que se capta el agua no cuenta con

tubería de limpieza ni pichacha que es un tipo de colador o filtro. Las dimensiones de la

galería (Figura 4-3) son 21,76 m de largo, 1,05 m de ancho y 1,0 m de profundidad. Dicho

componente cuenta con una tubería de salida de 150 mm de diámetro y dos tuberías de

rebose de 150 mm de diámetro, ambas en policloruro de vinilo (PVC).

Figura 4-2. Galería de infiltración similar a la del acueducto en estudio

Fuente: Instituto de Fomento Municipal de Guatemala, 2011

Figura 4-3. Galería de infiltración del acueducto actual

65

El manantial se encuentra registrado como “NAC-2015” según el expediente del SENARA,

ubicado en las coordenadas de latitud 238177 y longitud 511149, a una altitud de 2227

msnm, en la propiedad “Hacienda La Carmela”. Por otra parte, el expediente del

Departamento de Aguas del MINAE lo registra como “Expediente 1583R”.

Dicha fuente se encuentra en las cabeceras del Río Prendas y cuenta con un registro de

aforos realizados por los miembros de las ASADAS y uno de ellos realizado por el autor del

trabajo. Los aforos se realizan en un punto entre la galería de infiltración y el tanque de

distribución (Figura 4-4). Para realizar las mediciones, se cierra la válvula de corte que se

encuentra en la entrada del tanque de distribución y se procede a medir el caudal que sale

por la tubería de 150 mm de diámetro que se muestra en la fotografía, obteniendo así la

producción de la naciente.

Figura 4-4. Punto destinado para realizar los aforos

Estos aforos no presentan una periodicidad establecida pero son los únicos datos con los

que se dispone, al no existir macromedición en el sistema. En el Cuadro 4-1 se muestran

los registros obtenidos.

66

Cuadro 4-1. Registro de aforos en la naciente

Aforo Fechas Caudal aforado (l/s)

1 31/01/2012 9,404

2 03/03/2012 11,486

3 14/05/2012 8,786

4 18/08/2012 9,938

5 14/05/2013 6,006

6 09/06/2015 7,197

Promedio 8,803

Mínimo 6,006

Fuente: ASADA El Mastate de San Juan de Poás, 2015

Se observa en el cuadro que la naciente produce en promedio un caudal de 8,803 l/s

mientras que la producción mínima registrada es de 6,006 l/s.

4.3 Tanque de distribución

De la galería de infiltración se conecta una tubería de 150 mm de diámetro (PVC) que

transporta el agua hasta el tanque de distribución (Figura 4-5). En el tramo entre la galería

y el tanque (16 metros) existe una válvula de corte la cual si se cierra, deja sin abastecer a

tres ASADAS: San Juan Norte, Calle Lilis y El Mastate. Este tanque es de mampostería

reforzada con losas de concreto en sus partes inferior y superior, se encuentra

semienterrado y cuenta con dimensiones de 1,0 m de ancho, 2,0 m de largo y 0,92 m de

profundidad dando un volumen de aproximadamente 1,83 m3.

Al tanque se conectan tres tuberías las cuales distribuyen el agua a las ASADAS. Además

cuenta con una tubería de rebose de 100 mm de diámetro, tubería de ventilación y válvula

de corte en la salida. La tubería de salida de la ASADA de El Mastate es de 75 mm de

diámetro.

Este tanque no cuenta con medición de ningún tipo por lo que no se puede evaluar cuánta

agua le ingresa, cuánta agua rebosa, ni la distribución de caudales por ASADA.

67

Figura 4-5. Tanque de distribución

4.4 Conducción por gravedad

A partir del tanque de distribución, la tubería de 75 mm es conectada por parte de la ASADA

de El Mastate y esta se extiende hasta llegar al tanque de almacenamiento (longitud del

tramo de aproximadamente 877 m). Esta tubería recorre terrenos en montaña y en potreros

o pastos. Gran parte de la tubería se encuentra al descubierto, sobre la superficie, esto

favorece para que se observen fisuras y por tanto fugas a lo largo del recorrido. En el tramo

se observó una válvula ventosa y ninguna válvula de corte.

Además de esto, la topografía del tramo es la más irregular del sistema y la tubería cruza el

cauce del Río Prendas. Sin embargo, el punto donde atraviesa el cauce, es en las cercanías

donde nace el río (Figura 4-6) y se encuentra colgando. Además, la tubería cruza por zonas

donde se evidencian pequeños deslizamientos y caídas de árboles. Por esta razón es

importante considerar un buen soporte y ubicación de la tubería en estos puntos.

68

Figura 4-6. Fotografía en ubicación de punto más bajo (tramo de conducción)

4.5 Tanque de almacenamiento

Existe una división de tuberías justo antes de llegar al tanque de almacenamiento. Esta

división se puede observar en la Figura 4-1. La tubería que proviene del tramo de conducción

tiene un diámetro de 75 mm, mientras que la que se divide para descargar en el tanque es

de 50 mm. La tubería de 75 mm continúa paralela a la tubería de salida del tanque de

almacenamiento para posteriormente unirse a la red de distribución. Esta condición del

sistema da como resultado que la totalidad del agua no pase por el tanque de

almacenamiento, sino que parte de ella se distribuye directamente.

El tanque (Figura 4-7) cuenta con dimensiones de 2,62 m de ancho, 6,63 m de largo y 1,73

m de profundidad, dando un volumen de 30,05 m3. Además cuenta con válvulas de corte

tanto en la entrada como en la salida y también con una tubería de lavado de 75 mm de

diámetro en PVC. Por otra parte, no se cuenta con medición ni en la entrada ni en la salida

del tanque, lo que no permite evaluar directamente su capacidad de almacenamiento actual.

El tanque es de mampostería reforzada con losas de concreto en su parte superior y en el

fondo.

69

a: tanque de almacenamiento enterrado; b: tapa de tanque, válvula y tubería de entrada ( 50 mm)

Figura 4-7. Tanque de almacenamiento

Según los vecinos de la zona, el tanque se construyó hace treinta años o más, por lo que

su vida útil podría haber acabado. Al inspeccionar el tanque se encontró condiciones de

deterioro tanto en las paredes externas como en las internas. Se muestran grietas o fisuras

tanto en las losas como en las paredes perimetrales (Figura 4-8).

Figura 4-8. Fisuras en las paredes y en el fondo del tanque de almacenamiento

70

En la sección de análisis de la demanda se extenderá más el análisis del tanque de

almacenamiento y su influencia en las pérdidas físicas de agua que se dan actualmente en

el acueducto.

4.6 Red de distribución

Al igual que el tanque de almacenamiento, la red de distribución fue colocada hace alrededor

de 30 años. Inicialmente, según los vecinos de la zona Gilberth Ramírez Murillo y Jessennia

Núñez encargados de mantener el acueducto por muchos años, fue dedicada a abastecer a

la familia de apellido Murillo que ha habitado la zona durante todo ese período. Conforme

los años han pasado, el sistema se ha ido expandiendo con el fin de abastecer a nuevos

usuarios. Por esta razón, las tuberías que componen la red de distribución no contaron con

un diseño o criterio técnico para su instalación. Esto se ve reflejado en la cantidad y variación

en los diámetros de tubería que se encuentran a lo largo de la red. En la Figura 4-9 se

muestra un esquema en planta que muestra las tuberías actuales de la red, todas ellas se

encuentran en PVC. Por otra parte, en el Cuadro 4-2 se muestran las longitudes de tuberías

asociadas a los diámetros correspondientes.

Cuadro 4-2. Longitudes de tuberías que componen la red de distribución

Diámetro (mm) Longitud (m)

18 405

25 323

31 83

38 45

50 1655

62 212

75 66

TOTAL 2789

En la figura mencionada se observa como existen dos tuberías que siguen una trayectoria

paralela casi hasta el final de la red. Esto se da porque antes el sistema funcionaba

únicamente con una de las tuberías que pasaba por el tanque de almacenamiento y

posteriormente debido a los cambios en la demanda de la población y a que se evidenciaron

problemas de escasez y bajas presiones se decidió colocar la otra tubería, dándole más

capacidad al sistema. Estas tuberías se encuentran unidas en dos puntos de la red lo que

permite el traspaso de agua entre las mismas.

71

Figura 4-9. Esquema en planta de las tuberías de la red de distribución actual

72

A lo largo de la red se tienen algunas válvulas de corte y una válvula ventosa. Al igual que

la tubería de conducción, existen varios tramos en que las tuberías se encuentran al

descubierto, lo que podría traer problemas de fugas en la red. Además, la tubería cruza el

Río Mastate y la Quebrada El Tigre, por lo que pasa anclada a la estructura de dos puentes.

La ubicación y soporte de la tubería en estos puntos deberá diseñarse de forma que no se

vea afectado el flujo.

El sistema no contó con algún sistema de medición durante el período de 30 años o más.

Por una parte, se encuentra la macromedición o medición del volumen de agua que se

distribuye a la población con respecto al que se capta de la naciente. Esta información no

es posible conocerla debido a que no se ha contado con los instrumentos requeridos. Es

importante implementar estos elementos en el nuevo diseño ya que mediante esta

información es posible controlar y hacer más eficiente el sistema.

Por otro lado, se encuentra la micromedición o la medición del volumen consumido por

cada uno de los usuarios del sistema. Este tipo de medición fue instalada recientemente

por la ASADA (agosto 2014) a los usuarios que se encuentran registrados. Debido a que a

los vecinos de la zona no se les facturaba el servicio por cantidad de metros cúbicos

consumidos, el impacto de la instalación de la micromedición se vio claramente reflejada en

el sistema durante los primeros meses de medición. Desde el momento en que se colocó

los medidores, el consumo disminuyó considerablemente, hasta que se reguló

aproximadamente en un período de tres meses. Además, algunos usuarios que dedicaban

sus previstas para consumos de plantaciones y lecherías, se hicieron a un lado debido a los

altos costos que tuvieron que sufragar y buscaron otras fuentes para sus producciones.

En total se cuenta con 35 usuarios a lo largo de la red, con sus debidos hidrómetros y

válvulas de corte instalados. En la Figura 4-10 se muestra un mapa que muestra la ubicación

de cada uno de los usuarios abastecidos y en el Cuadro 4-3 se muestra la clasificación según

el uso que le dan al agua.

En total se estima una población de 76 habitantes que están siendo abastecidos por el

acueducto administrado por la ASADA y 29 habitantes que se encuentran dentro de la zona

del acueducto pero que se abastecen por su cuenta. El tema de la población se describe

detalladamente en la sección de análisis de demanda.

73

Figura 4-10. Mapa de usuarios actuales del acueducto

74

Cuadro 4-3. Distribución de usuarios según el uso del agua

Usuario Cantidad Distribución porcentual

Porcentaje promedio del consumo mensual (m3)

Casa 23 66% 16%

Restaurante 2 6% 5%

Hotel 2 6% 6%

Comercio 2 6% 8%

Plantación 4 11% 13%

Lechería 2 6% 52%

TOTAL 35 100% 100%

Como se puede observar, existen unos usuarios que se abastecen del acueducto pero se

encuentran aguas abajo de la tubería con que finaliza la red de distribución (18 mm de

diámetro). Estos usuarios cuentan con tuberías propias y deben ser abastecidos mediante

el nuevo diseño que se plantea.

Según el cuadro anterior, se nota como los usuarios domiciliares representan la mayoría del

acueducto. No obstante, según un levantamiento realizado en la zona, muchas de estas

casas se encuentran desocupadas la mayoría de tiempo, siendo habitadas con más

frecuencia en los fines de semana. Además, como se observa en el mapa anterior, la mayoría

de casas se encuentran dispersas o separadas unas de otras, por lo que no se establece un

centro de población. Adicionalmente a los usuarios abastecidos por la ASADA de El Mastate,

existe una cantidad de habitantes en la zona que captan el agua de forma privada, es decir,

se conectan directamente a otros manantiales o quebradas. Estos usuarios y sus

características se describirán más adelante, en el análisis de la demanda de agua.

El alineamiento de la red se encuentra ubicado mayoritariamente paralelo a la ruta nacional

120. Existe un tramo corto de aproximadamente 130 metros que se ubica en terreno privado

(encerrado en círculo anaranjado en Figura 4-10) y otro sobre una servidumbre conocida

como “Calle La Legua” (señalado en rectángulo verde en Figura 4-10). Este último tramo

cuenta con varios usuarios que se conectan de forma propia a los medidores. Este trecho

también debe ser contemplado en la expansión del acueducto para el nuevo diseño.

A lo largo del recorrido, no se encuentra ningún tanque quiebragradiente ni válvula

reductora de presión lo cual debe ser evaluado ya que existen grandes diferencias de

75

elevación y por tanto presiones elevadas (mayores a 75 metros, establecido como máximo

recomendable para zonas escarpadas por las normas de diseño del AyA).

4.7 Calidad del agua

Se cuenta con dos registros de pruebas de laboratorio para muestras tomadas en el tanque

de distribución y un registro adicional para una muestra tomada en el tanque de

almacenamiento. El resultado “A” corresponde a resultados obtenidos por el Laboratorio del

Centro de Investigaciones en Contaminación Ambiental de la Universidad de Costa Rica

(CICA) en el año 2005 y cuyo fin era obtener los parámetros del agua para el informe

Geología del cantón de Poás y estudios adicionales, al que se ha hecho referencia en varias

ocasiones.

Por otra parte, el resultado “B” corresponde a una prueba puntual solicitada por la ASADA

de El Mastate en el año 2013, la cual fue analizada por el Laboratorio de Análisis Ambiental

de la Escuela de Ciencias Ambientales y Laboratorio de Microbiología de Alimentos de la

Universidad Nacional.

En el Cuadro 4-4 se muestran los resultados de los parámetros microbiológicos obtenidos

para la muestra analizada por el laboratorio de la Universidad Nacional en el 2013. Los

límites que se señalan en los cuadros como recomendados y máximos admisibles son los

que establece el Reglamento para la Calidad del Agua Potable (Decreto 32327-S, Gaceta

No.84 3 de mayo de 2005).

Los resultados de los parámetros físico-químicos obtenidos en laboratorio se muestran en

el Cuadro 4-5. Estas muestras se obtuvieron justo antes del tanque de distribución.

Cuadro 4-4. Parámetros microbiológicos de calidad del agua (muestras en

tanque de distribución)

Parámetro Unidad Resultado Límites

Recomendados

Límites Máximos

Admisibles

Cumple con

límites

Coliformes Totales (NMP /100 ml) <1,8 ausente ausente CUMPLE

Coliformes Fecales (NMP /100 ml) <1,8 ausente ausente CUMPLE

E. Coli (NMP /100 ml) <1,8 ausente ausente CUMPLE

Fuente: ASADA El Mastate, Laboratorio de Análisis Ambiental (Universidad Nacional), 2013

76

Cuadro 4-5. Parámetros físico-químicos de calidad del agua (muestras en tanque

de distribución)

Parámetro Unidad A B Límites

Recomendado

Límites Máximos

Admisibles

Cumple con

límites

Temperatura (°C) 15,3 10,5 18 30 CUMPLE

pH - 7,08 7,25 6,5 8,5 CUMPLE

Conductividad (mS/cm) 20 132 400 - CUMPLE

Alcalinidad parcial (mg/L CO32-) <1,6 - - - CUMPLE

Alcalinidad total (mg/L HCO3-) 51 - - - CUMPLE

Ca++ (mg/L) 11,73 - 100 - CUMPLE

Cl- (mg/L) 2,6 - 25 250 CUMPLE

Dureza total (mg/L CaCO3) 44,5 - 400 500 CUMPLE

Fe (mg/L) <0,093 - - 0,3 CUMPLE

Mg (mg/L) 3,68 - 30 50 CUMPLE

NO3- (mg/L) <0,8 - 25 50 CUMPLE

K+ (mg/L) 2,8 - - 10 CUMPLE

Na+ (mg/L) 4,6 - 25 200 CUMPLE

SO4 (mg/L) 12,51 - 25 250 CUMPLE

Turbiedad (UNT) <0,4 0,05 <1 5 CUMPLE

Color (UC) - nd** ausente ausente CUMPLE

**nd:límite de detección 0,06 UC

Fuente: ASADA El Mastate, Laboratorio de Análisis Ambiental (Universidad Nacional,

2013), Informe Geología del cantón de Poás y estudios adicionales, 2005

Como se mencionó anteriormente, se tiene el registro de una muestra tomada en el tanque

de almacenamiento. Dicho espécimen fue tomado por el laboratorio de la Universidad

Nacional en el 2013, en conjunto con la muestra cuyos resultados se presentaron en los

cuadros anteriores. En Cuadro 4-6 se presenta los resultados obtenidos por el Laboratorio.

Como se observa en los cuadros y como se estableció en el marco teórico, por las

características de población de la comunidad a la que se abastece (menor a 10 000

habitantes), debe cumplirse únicamente con el nivel de control N1 para satisfacer lo

establecido en la legislación. No obstante, se presentan parámetros adicionales, que se

incluyen en el nivel de control N2, los cuales también cumplen con los requerimientos

establecidos.

77

Cuadro 4-6 . Parámetros físico-químicos y microbiológicos de calidad del agua

(muestra en tanque de almacenamiento)

Parámetro Unidad Resultado Límites

Recomendados

Límites Máximos

Admisibles

Cumple con

límites

Temperatura (°C) 16,6 18 30 CUMPLE

pH - 6,76 6,5 8,5 CUMPLE

Conductividad (mS/cm) 120 400 - CUMPLE

Turbiedad (UNT) 0,1 <1 5 CUMPLE

Color (UC) nd ausente CUMPLE

Col. Totales (NMP /100 ml) <1,8 ausente ausente CUMPLE

Col. Fecales (NMP /100 ml) <1,8 ausente ausente CUMPLE

E.Coli (NMP/100 ml) <1,8 ausente ausente CUMPLE

Fuente: ASADA El Mastate, Laboratorio de Análisis Ambiental (Universidad Nacional), 2013

Cabe resaltar que estos resultados se obtuvieron para muestras inalteradas, es decir, sin

ningún tipo de tratamiento previo, lo que indica la buena calidad del agua para el consumo

humano. No obstante, se señala la necesidad de contar con un sistema de desinfección o

cloración para así garantizar que el agua es potable, según lo establecido en la legislación.

En los cuadros anteriores no se muestran resultados de cloro residual libre ni cloro residual

combinado, ya que el sistema no cuenta con métodos de cloración.

78

CAPÍTULO 5 DETERMINACIÓN DE PARÁMETROS DE DISEÑO

5.1 Alineamiento de las tuberías y levantamiento topográfico

Para lograr dimensionar los diferentes componentes de un acueducto, es necesario conocer

detalladamente la topografía o el trazado por donde se colocaría la tubería. En la mayoría

de los casos, al diseñar un nuevo acueducto, se podrá analizar diferentes alternativas del

trazado de forma que se escoja el que sea más eficiente y que por tanto presente una buena

capacidad hidráulica al menor costo asociado. No obstante, en otras ocasiones se deberá

cumplir con un trazado que logre abastecer a toda la población pero que permita el

mantenimiento del acueducto y para esto será necesario alinear la tubería en terrenos

públicos. Este es el caso del acueducto del Mastate, que al ser administrado por una ASADA,

debió alinearse por terrenos públicos o del Estado. La descripción que se realiza a

continuación representa la condición del acueducto en el momento de elaboración de este

informe. El tramo de conducción se ubica en propiedad privada e inclusive en áreas

protegidas. Cambiar este tramo no fue viable tanto por la ubicación de la naciente como por

la topografía que se presenta en la zona. Por esta razón, el levantamiento topográfico de

este tramo se realizó siguiendo la ruta de la tubería actual.

Por otra parte, el alineamiento de la red de distribución actual se ubica mayoritariamente

en terrenos públicos, gran parte de la tubería se encuentra paralela a la ruta nacional 120

y otra sección en la “Calle La Legua” que es una calle cantonal. No obstante, existe un tramo

que se encuentra en propiedad privada y por tanto dicha tubería debió trasladarse.

Además de lo mencionado, al tratarse de una evaluación del sistema de acueducto actual

para proponer mejoras del mismo, se realizó el levantamiento topográfico siguiendo la ruta

actual de las tuberías para así tratar de utilizar los componentes actuales del acueducto que

están funcionando de buena forma, para así no incurrir en costos mayores para el proyecto.

Para ilustrar esta situación, se muestra la Figura 5-1 donde se compara el alineamiento de

tuberías actual con el levantamiento propuesto para la nueva red de distribución. En este

caso, las tuberías actuales se representan mediante líneas sólidas, las expansiones

requeridas se muestran con líneas entrecortadas y las líneas punteadas representan el tramo

que debe ser trasladado.

79

Figura 5-1. Alineamiento horizontal actual de tuberías con sus expansiones en el nuevo diseño

80

Al realizar el levantamiento topográfico mediante una estación total topográfica, se logró

obtener las distancias horizontales y los cambios de elevación para la ruta escogida. Al

realizar estas mediciones se evidenció las grandes variaciones en altura que se presentan a

lo largo del acueducto. Esta información se presenta de forma gráfica en los planos

propuestos para el proyecto y de forma numérica en el anexo B.

Para efectos de diseño, se consideraron tres secciones del levantamiento, estas son: el

tramo de montaña, donde no existen consumos y comprende el tramo entre el tanque de

distribución y el tanque de almacenamiento, este se puede diseñar como una línea de

conducción; por otra parte está el tramo de carretera, el cual se encuentra paralelo a la ruta

nacional 120 y consiste en una tubería principal a la cual se conectan los usuarios; por

último, el tramo de servidumbre, que comprende actualmente el único ramal de la red de

distribución por el que la ASADA puede colocar tuberías. Estas tres secciones se aprecian

en la figura anterior.

Los tramos descritos representan lo obtenido mediante la estación total topográfica. Por

otra parte, se plantearon algunos tramos ficticios que constituyen las servidumbres que en

un futuro podrían plantearse en la zona con el fin de abastecer las zonas altas (elevación

similar al tanque de almacenamiento), si allí existieran demandantes. En la zona existen

fincas que son privadas y por tanto no se puede tener acceso para realizar las mediciones

respectivas además que se trata de un planteamiento meramente ficticio cuyo único fin es

garantizar que se podrá abastecer usuarios o algún tanque en los puntos finales de cada

tramo. Por esta razón, se utilizaron las curvas de nivel para obtener los perfiles topográficos.

El trazo de estos tramos AA, BB, CC y DD (Figura 5-2) se supuso por caminos que existen

en lastre, basado en visitas de campo y vistos mediante la herramienta de Google Earth. La

información detallada se encuentra en el anexo B.

5.2 Población de diseño y planteamiento de escenarios

La población y sus requerimientos son las razones por las cuales un acueducto es construido.

Por esta razón antes de diseñar el mismo es importante conocer la cantidad de habitantes

que demandan agua potable, así como las actividades que se desarrollan en la zona y las

tendencias de las mismas en el período de diseño que se contempla.

81

Figura 5-2. Trazo de servidumbres ficticias

82

En el caso de la comunidad de El Mastate de Poás, inicialmente se buscó información

histórica de censos en dicha zona. Como el área de interés se encuentra compartida por los

distritos de San Juan y Sabana Redonda, se buscó información relacionada con estos.

Según los datos del INEC, se obtiene lo que se muestra en el Cuadro 5-1.En ese cuadro se

muestran datos provenientes de diferentes estudios. Los datos que corresponden a los años

entre 1970 y 1990 provienen de las estimaciones realizadas para el período entre 1970 y

2015, por otra parte, los datos asociados al período entre el 2001 y el 2005, corresponden

a datos de estimaciones para el período 2000-2011. Estos datos son estimaciones

estadísticas realizadas por el Instituto basadas en los datos censales más recientes.

Por último, los datos que se resaltan en negro, corresponden a los datos obtenidos de los

censos nacionales más recientes, el del 2000 y 2011 respectivamente.

Cuadro 5-1. Datos históricos registrados y calculados por el INEC

Año Distrito

San Juan Sabana Redonda

1970 1080 540

1980 1439 793

1990 2185 1296

2000 3 738 2 187

2001 3 905 2 253

2002 3 992 2 280

2003 4 077 2 297

2004 4 162 2 323

2005 4 244 2 341

2011 4 638 2 343

Fuente: INEC

Por otra parte, en el Cuadro 5-2 se muestran parámetros demográficos que caracterizan a

los distritos de interés. Como se observa en el dicho cuadro, la población de la zona se

considera totalmente rural en el distrito de Sabana Redonda, mientras que en San Juan se

encuentra distribuida de forma similar como rural y urbana. Otro aspecto importante es el

contraste que se presenta en las densidades de población donde en el distrito de San Juan

supera el doble de la densidad de habitantes de Sabana Redonda. Esto fue importante

evaluarlo cuando se pondera la población entre los distritos y a la vez analizar si el contraste

se daba de esta forma en la zona del proyecto.

83

Cuadro 5-2. Datos del censo nacional 2011 del INEC

Indicador

Distrito

San Juan Sabana Redonda

Población total* 4638 2343

Población en zona urbana 2331 0

Población en zona rural 2307 2343

Porcentaje de población urbana (%) 50,30 0,00

Porcentaje de población rural (%) 49,74 100,00

Cantidad de Viviendas individuales 1376 742

Viviendas ocupadas 1243 629

Viviendas desocupadas 133 113

Promedio de ocupantes** 3,70 3,70

Porcentaje de viviendas con agua de acueducto (%) 100,00 97,77

Densidad de población (habitantes/Km2) 306,95 114,46

*Incluye las personas sin vivienda

** En viviendas ocupadas

Fuente: INEC, 2011

5.2.1 Proyección de población por métodos matemáticos

Como se mencionó en el marco teórico, cuando se cuente con registros históricos de

población, se parte de estos y su tendencia al crecimiento o decrecimiento para estimar la

cantidad de habitantes al finalizar el período de diseño del acueducto.

Por esta razón se partió de los datos mostrados en el En el caso de la comunidad de El

Mastate de Poás, inicialmente se buscó información histórica de censos en dicha zona. Como

el área de interés se encuentra compartida por los distritos de San Juan y Sabana Redonda,

se buscó información relacionada con estos.

Según los datos del INEC, se obtiene lo que se muestra en el Cuadro 5-1.En ese cuadro se

muestran datos provenientes de diferentes estudios. Los datos que corresponden a los años

entre 1970 y 1990 provienen de las estimaciones realizadas para el período entre 1970 y

2015, por otra parte, los datos asociados al período entre el 2001 y el 2005, corresponden

a datos de estimaciones para el período 2000-2011. Estos datos son estimaciones

estadísticas realizadas por el Instituto basadas en los datos censales más recientes.

84

Por último, los datos que se resaltan en negro, corresponden a los datos obtenidos de los

censos nacionales más recientes, el del 2000 y 2011 respectivamente.

Cuadro 5-1, a partir del año 2000 hasta el 2011, para calcular las tasas de crecimiento

poblacionales, según los métodos matemáticos expuestos en el marco teórico (Ecuaciones

1 a 7). Con base en estas tendencias de crecimiento, se proyectó la población al año de

diseño 2040, de esta forma, el período de diseño se establece inicialmente en 25 años.

En general, para las proyecciones se partió de una población inicial equivalente a la suma

de las poblaciones de los dos distritos de interés. Con base en esta población se aplicó cada

uno de los métodos matemáticos. Al tener los resultados proyectados de cada método, se

calcularon las tasas para saber qué cantidad de dichas poblaciones corresponderían a un

distrito y al otro. Posteriormente se calculó otra tasa que indica el porcentaje de población

por distrito que correspondería a la zona del proyecto, debido a que esta es pequeña en

comparación con el área de los distritos.

Para saber el porcentaje de habitantes que corresponden a cada distrito se tomó cada

registro histórico de población de cada distrito (1970, 1980, 1990, 2000, entre otros),

sumarlos y evaluar qué porcentaje equivale a cada uno, posteriormente, se calculó un

promedio de los porcentajes obtenidos. Por otra parte, para saber qué cantidad de población

de cada distrito habitaría la zona del acueducto, se comparó las áreas de los distritos con

respecto a las áreas de la zona del acueducto pertenecientes a cada distrito.

En el anexo C se muestra detalladamente los datos obtenidos en estas proyecciones, donde

además se hizo un análisis de sensibilidad en cada método utilizado. Este análisis de

sensibilidad consiste en variar el año del censo inicial y obtener las proyecciones para cada

caso, de forma que se pueda obtener un promedio de los resultados y este sea la proyección

final.

A manera de resumen, en el Cuadro 5-3 y en la Figura 5-3 se muestran los resultados de

las proyecciones realizadas para la zona del acueducto. Cabe resaltar que además de las

proyecciones realizadas con los diferentes métodos matemáticos, se cuenta también con

datos calculados por el Programa de Investigación en Desarrollo Urbano Sostenible

(ProDUS) y con proyecciones estimadas por el INEC para los diferentes años futuros.

85

Cuadro 5-3. Proyecciones de población realizadas

Método

Población proyectada por año en zona de acueducto

2015 2020 2025 2030 2035 2040

Aritmético o lineal 292 307 323 338 354 370

Interés compuesto o geométrico 293 310 329 349 371 394

Logarítmico 316 348 383 422 464 511

Wappus 293 311 330 351 373 397

Promedio 298 319 341 365 390 418

Proyecciones INEC 305 334 360 - - -

Proyecciones ProDUS 319 357 - 405 - 448

Fuentes: INEC, PRODUS

Figura 5-3. Proyecciones de población en la zona del acueducto

Fuentes: INEC, PRODUS

230

250

270

290

310

330

350

370

390

410

430

450

470

490

510

530

2000 2005 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045

EstimacionesINEC

Lineal

Geométrico

Logarítmico

Wappus

Promedio

ProyeccionesINEC

ProyeccionesProDUS

86

Al observar el cuadro y la figura anteriores, se nota como las proyecciones de población

para el año 2015 muestran valores del orden de los 300 habitantes. Este valor pareció ser

alto para la cantidad de casas que existen en la zona del acueducto. Por esto se realizó un

censo y se obtuvo la información mostrada en el anexo C. A manera de resumen se

presentan los datos del Cuadro 5-4.

Cuadro 5-4. Resultados del censo realizado en la zona del acueducto

Parámetro Abastecidos Total

Cantidad de casas en la zona 24 33

Cantidad de habitantes permanentes 52 81

Cantidad de habitantes vacacional 24 24

Cantidad total de habitantes 76 105

Promedio de habitantes por casa 4 4

Densidad de habitantes en zona del acueducto (hab/km2) 41 57

La diferencia entre los datos totales y abastecidos, actualmente capta el recurso hídrico de

manera privada de otras nacientes. Para efectos de diseño se evaluó la necesidad de incluir

dichos usuarios ya que en cualquier momento podrían requerir del servicio.

Al comparar los datos del Cuadro 5-3 con los del Cuadro 5-4, se nota como la población del

año 2015 muestra diferencias importantes, inclusive mayores al 100%. Por esta razón, las

proyecciones se consideraron no válidas debido a que no se acercan a la realidad y la

particularidad de la zona del acueducto. Si se tomara la población proyectada para el diseño

del acueducto, claramente se estaría sobre diseñando ya que podría significar demandas

mucho mayores a lo que realmente se espera en la zona. Por esta razón, al tener esta

variación y no tener otra base de registros, para proyectar la población actual en la zona se

optó por evaluar la condición de saturación en la zona. Esto se explica detalladamente en

la siguiente sección.

5.2.2 Criterio de saturación

Para decidir la población de diseño del acueducto se hizo referencia a los registros históricos

de censos y sus respectivas tasas de crecimiento, no obstante, existen casos en que la

población no se ajusta precisamente a la información de los censos u otros en que no se

cuenta con ningún tipo de registro poblacional. En estos casos en que se presenta una

87

situación particular, se puede utilizar el criterio de saturación que corresponde al escenario

en el que la zona contará con su mayor número de habitantes permitidos por la legislación.

Es decir, se restringe el crecimiento poblacional con base en las densidades de población

máximas (habitantes/km2) establecidas por la legislación mediante criterios de planificación,

urbanismo, ambientales, entre otros. De esta forma, el proyecto sería capaz de satisfacer

las necesidades de la mayor cantidad de habitantes que puedan llegar a establecerse en la

zona de interés.

La decisión de utilizar el criterio de saturación depende en muchas ocasiones de una

evaluación de costos asociados al proyecto que se plantea desarrollar. Según lo establecido

en las diferentes normas que regulan el desarrollo urbano podría darse escenarios de

saturación que conlleven a diseño y construcción con costos muy altos que hacen que los

proyectos sean inviables.

Para el caso del proyecto de acueducto en la comunidad de El Mastate, al contar con la

variación poblacional que se mencionó en la sección anterior se decidió optar por el criterio

de saturación para obtener la población de diseño.

Marco legal relacionado con el proyecto

Para conocer el máximo desarrollo urbano permitido en la zona se visitó la Municipalidad de

Poás al ser el ente encargado de regular este aspecto. En dicha institución se mencionó la

carencia actual de un plan regulador aprobado por la SETENA. El plan regulador y

específicamente para el caso del cantón de interés será “un instrumento útil para el gobierno

local y los pobladores de Poás para la toma de decisiones sobre las actividades que hacen

uso del territorio de Poás. Con una propuesta concertada por los actores locales para la

distribución ordenada de las actividades – económicas y sociales -, de los usos de la tierra,

de la actividad educativa y de salud en los distritos.” (Universidad Nacional, 2015).

Al no contar con un plan regulador legalmente aprobado, no se tiene límites específicos en

cuanto a densidades de población en el cantón. El documento bajo el que se rigen las

decisiones relacionadas con este aspecto es el Plan de Desarrollo Urbano “Gran Área

Metropolitana” (Plan GAM). Dicho documento se decretó originalmente en el año 1982 como

el Reglamento 3332 en la Gaceta 119 del 22 de junio. Sin embargo, se ha modificado con

el fin de darle mayor importancia a la variable ambiental. En el año 2014, se cambió el

88

documento original y se decretó el “Plan GAM 2013-2030. Actualización del Plan Regional

de la Gran Área Metropolitana” en la Gaceta 82 del 30 de abril de 2014.

Este instrumento es el que rige a las municipalidades de todos aquellos cantones que se

encuentran dentro del territorio delimitado como Gran Área Metropolitana y que no cuentan

con un plan regulador aprobado por la SETENA.

El cantón de Poás no se encuentra en su totalidad dentro de la delimitación planteada para

la GAM, sino que en su zona norte esta deja por fuera cierta área. El límite noroeste de la

GAM atraviesa la zona del acueducto, éste se ubica en la coordenada de latitud (CRTM05)

de 1123464,08549. Como se observó en la Figura 3-1, el área del proyecto se encuentra

mayoritariamente por debajo de este límite por tanto se utilizaron los criterios establecidos

en dichos documentos para la proyección de la población y los distintos usos del suelo que

se puedan establecer.

Como punto de partida adicional, se tomó como referencia lo desarrollado hasta el momento

por la Escuela de Ciencias Geográficas (ECG) de la Universidad Nacional. En el momento de

realización del presente proyecto, dicha institución se encuentra investigando y realizando

trabajos para proponer un plan regulador a la SETENA. Según se informó en dicha Escuela,

la zona del acueducto se encuentra en un área de alta fragilidad ambiental y por esta razón

las restricciones que podrían obtenerse para la nueva propuesta del plan serán estrictas en

cuanto al desarrollo urbano y específicamente con actividades que puedan generar

contaminación a los acuíferos que se encuentran en el lugar.

Las decisiones con respecto a los límites de crecimiento dependen en gran forma de los

índices de fragilidad ambiental (IFA).

Los IFA los define el Manual de Instrumentos Técnicos para el proceso de Evaluación de

Impacto Ambiental (Manual de EIA) como “el balance total de carga ambiental de un espacio

geográfico dado, que sumariza la condición de aptitud natural del mismo (biótica, gea y de

uso potencial del suelo), la condición de carga ambiental inducida, y la capacidad de

absorción de la carga ambiental adicional, vinculada a la demanda de recursos”. En el año

2008, la misma ECG elaboró un mapa de IFA en donde se puede observar como en la zona

del acueducto se presenta una muy alta fragilidad ambiental (Categoría I). En la Figura 5-4

se observa un extracto de este mapa donde se señala la zona del acueducto encerrada por

un círculo amarillo.

89

Figura 5-4. Mapa de índices de fragilidad ambiental (IFA)

Fuente: ECG, 2008

Modificado por: el autor, 2015

90

A partir de esta clasificación de IFA se evalúa una matriz que lleva a obtener restricciones

específicas en cuanto al desarrollo urbanístico en cada zona. Actualmente, la ECG no ha

actualizado dichos IFA y por tanto no se han propuesto restricciones específicas pero por lo

comentado anteriormente, se espera que sean estrictas, específicamente en la zona de

interés de este proyecto.

Criterios establecidos en el Plan GAM

Debido a que la única base legal de proyección con que se cuenta es el Plan GAM, es a

partir de este que se basa el criterio de saturación para el acueducto que se pretende

diseñar.

La Gran Área Metropolitana es dividida en diversas macro zonas que dependen del uso del

suelo que se les da y el crecimiento urbano que se espera en ellas, de manera que se logre

regular el desarrollo hacia zonas donde el impacto sea el menor. Estas zonas son la macro

zona de protección y preservación, la macro zona de producción agropecuaria y la macro

zona urbana. Adicionalmente, se delimitan Zonas de Control Especial, Zonas de

Recuperación Urbana y Centralidades Densas Integrales Periféricas (Cuadrantes Urbanos).

En la Figura 5-5 se muestra la distribución de estas áreas.

Con base en esa figura, se aprecia claramente que la zona del acueducto se encuentra en

la macro zona de protección y preservación. Según la dimensión Urbana Regional propuesta

en el Plan, esta macro zona “Es el área comprendida por todas las zonas donde el Índice

muy alto de Fragilidad Ambiental integrado, aun corresponde a zonas sin uso intenso del

territorio. Su importancia radica en su condición generadora de recursos de preservación

ambiental y en el valor paisajístico que otorga al Valle Central. Están directamente

relacionados con zonas protegidas y corredores biológicos. (…) Los estudios de sobre uso

(uso contrario al recomendado por el IFA) del suelo indican que en esta zona se realizan

actividades agrícolas y pecuarias, las que requieren ser mejoradas y adaptadas a la situación

de fragilidad ambiental que impera. En particular se hace indispensable que estas prácticas

tomen en cuenta que estos terrenos corresponden a áreas de recarga acuífera.” (Plan GAM

2013-2030. Actualización del Plan Regional de la Gran Área Metropolitana, 2014)

91

Figura 5-5. Mapa de macro zonas de la GAM

Fuente: Secretaría Técnica del Plan GAM 2013-2030, 2013

Modificado por: el autor, 2015

Conociendo como se clasifica la zona del acueducto según el Plan y según lo establecido en

la legislación se establecen una serie de regulaciones que se citan a continuación:

1. Para fines estrictamente agrícolas, se podrá permitir segregaciones con frente a

servidumbres o caminos privados, en porciones resultantes no menores de siete mil

(7.000) metros cuadrados.

Se permiten sólo las siguientes construcciones:

2. Una vivienda por finca para uso del propietario o los propietarios y otras

construcciones necesarias para uso o servicios de las fincas.

3. Actividades directamente relacionadas con la actividad agropecuaria local.

92

4. Servicios estatales, infraestructura de redes nacionales y municipales, tales como

redes eléctricas, agua, oleoductos y telecomunicaciones.

5. Clubes campestres siempre que no incluyan vivienda permanente, hoteles, servicios

locales de culto, comerciales y profesionales, establecimientos educacionales

privados y organismos internacionales. Estas actividades reguladas se permitirán

siempre y cuando cumplan con los siguientes requisitos:

a. Localización frente a calles públicas que cuenten con todos los servicios.

b. Altura de edificación: Menor de doce metros o tres pisos. Se podrán aceptar

alturas mayores, siempre y cuando cumplan con los siguientes retiros:

i. Retiros Mínimos. Para alturas inferiores o iguales a doce metros o tres

pisos: veinte metros. Para alturas mayores a doce metros: adicionales

a los veinte metros señalados, se deberá dejar diez metros por cada

piso en exceso.

c. Área mínima: Para clubes campestres y hoteles se requerirá un área de cinco

hectáreas. Para los demás usos se requerirá un área de dos hectáreas.

d. Cobertura: Hasta un diez por ciento.

e. Densidad Hotelera: 12 habitaciones por hectárea.

6. El área necesaria para el establecimiento de servidumbre de agua potable, pluvial y

de alcantarillados tendrá como mínimo un ancho de seis metros pudiendo ser mayor

si así lo estableciera el Instituto Costarricense de Acueductos y Alcantarillados.

Delimitación del área de cobertura del acueducto

Debido a que los únicos criterios con que se rige la zona son los presentados en el Plan

GAM, inicialmente se decide segregar las fincas actuales en parcelas agrícolas de 7000 m2.

Esta segregación se hace para suponer que se tendrá un número de viviendas igual a la

mayor cantidad de parcelas posibles en la zona del acueducto.

Para esto es necesario conocer con precisión la cobertura administrativa de la ASADA de El

Mastate, de forma que se definan los límites y basar la segregación con base en ellos. La

ASADA se creó hace unos 25 años aproximadamente para abastecer a una familia que ha

habitado la zona durante todo ese período. Se observó el acta constitutiva de la ASADA y

no se encontró una delimitación clara con respecto al área de cobertura de la ASADA.

93

Conforme el tiempo ha transcurrido se han ido conectando nuevos usuarios al sistema

debido a que es el único acueducto cercano que podría abastecerlos.

Debido a esta falta de información, se investigó en las instituciones administradoras de agua

vecinas. Estas instituciones son la ASADA de San Juan Norte y la Municipalidad de Poás.

Con base en lo comentado en estas dos instituciones, se logró definir un área de cobertura

para la ASADA de El Mastate. En la Figura 5-6 se muestra un mapa donde se señalan las

áreas administradas por cada una de las instituciones mencionadas, además de las fuentes

de abastecimiento que se encuentran cercanas.

Como se observa en dicha figura, existen muchas fuentes de abastecimiento similares a la

de El Mastate, sin embargo, muchas de ellas se encuentran en áreas protegidas y otras en

zonas más bajas que implicarían el uso sistemas de bombeo.

Los límites de la cobertura de la ASADA de El Mastate se definieron según los siguientes

criterios:

a) Norte: con base en la curva de nivel del tanque de almacenamiento actual, de forma

que el abastecimiento se logre por gravedad. Por esta razón se trata de una línea

irregular.

b) Este: coincide con el límite de administración de la Municipalidad de Poás.

c) Oeste: coincide con los límites de las áreas protegidas y con el área de cobertura de

la ASADA de San Juan Norte.

d) Sur: en el territorio de San Juan, la administración es por parte de la ASADA de San

Juan Norte, mientras que en Sabana Redonda existe cierta incertidumbre ya que en

las cercanías no hay viviendas cercanas por lo que son solamente fincas, sin algún

uso definido. Según lo establecido por la municipalidad, en caso que se establecieran

nuevos usuarios en esta zona, dicha institución sería la encargada de abastecerlos y

por tanto quedarían por fuera de la cobertura de la ASADA de El Mastate.

Como se observa en el mapa, existen zonas que quedarían sin cobertura de acueducto en

la zona norte. Estas zonas actualmente se abastecen de forma privada y si se fueran a incluir

como usuarios de la ASADA, habría que diseñar un sistema de bombeo para lograr proveer

el agua o negociar el uso de las fuentes que están utilizando. Por estas razones, se dejan

por fuera de la cobertura de la ASADA.

94

Figura 5-6. Mapa de administración de las fuentes y sistemas de abastecimiento en las zonas cercanas a El Mastate

95

Segregación en parcelas agrícolas

En el área de cobertura de la ASADA se encuentran pocas fincas, sin embargo, hay varias

que son muy extensas. Para ilustrar esto, se muestra la Figura 5-7 donde se nota la división

actual por fincas facilitada por la Municipalidad de Poás y sobrepuesto se muestra la

segregación ficticia realizada para efectos de este trabajo. Para realizar dicha segregación

se cumplió con lo establecido en el Plan GAM, utilizando servidumbres de mínimo 6 m de

ancho, procurando utilizar caminos que existen actualmente y las fincas de 7000 m2 como

mínimo. Cabe aclarar que se trata de una división meramente ficticia cuyo único fin es

determinar la cantidad de fincas de 7000 m2 que podría haber como máximo en la zona del

acueducto.

Para que esta segregación sea posible se tienen que presentar muchos aspectos simultáneos

como la venta de las fincas más grandes, la aprobación de las servidumbres que se plantean,

factores ambientales y de retiros, entre muchos otros. Por esta razón se consideró el criterio

de saturación como el caso crítico en donde el desarrollo de la zona se lleva a un máximo.

En el siguiente mapa se aprecia en colores gris y negro la división de fincas actuales y se

observa como en algunos casos son muchas parcelas agrícolas las que se pueden segregar

en ellas debido a la gran extensión territorial. Para la segregación se dejó por fuera el

territorio por donde cruza la tubería de conducción y las zonas de protección de ríos y el

derecho de vía. Como resultado de la segregación se obtuvo lo que se muestra en el Cuadro

5-5.

Cuadro 5-5. Resultados de segregación en fincas de 7000 m2

Descripción Unidad Cantidad

Cantidad de fincas de 7000 m2 un 245

Área total de fincas km2 1,750

Área total de caminos privados o servidumbres km2 0,097

Área de derecho de vía km2 0,007

Área de protección de ríos km2 0,032

Área de tubería de conducción y de áreas protegidas km2 0,108

ÁREA DISPONIBLE km2 1,750

ÁREA NO DISPONIBLE km2 0,245

ÁREA TOTAL km2 1,994

96

Figura 5-7. Mapa de segregación de fincas actuales en parcelas agrícolas de 7000 m2

97

De acuerdo con esta segregación es que se planteó el criterio de saturación y se evaluaron

diferentes distribuciones de usuarios en las fincas para así definir la demanda y por tanto

los caudales de diseño. Esto se verá en las próximas secciones.

5.2.1 Proyección de escenarios

Al conocer la información de las secciones anteriores, se pudo distribuir los usuarios actuales

y los usuarios ficticios que se darían en el caso de saturación de la zona del acueducto. Con

base en estas distribuciones se tendrán diferentes demandas de agua asociadas y por esto

se debió escoger la que se acerque a la realidad de la zona y a las necesidades que se

esperan en el futuro. De nada serviría evaluar un escenario en donde la demanda de agua

doméstica sea mayor a la comercial, si en un futuro se espera que el comercio se desarrolle

más en la zona de interés, o viceversa. Por esto fue importante investigar las características

propias de cada comunidad y adaptar el diseño del acueducto a estas.

Para efectos de este trabajo se basó la proyección de escenarios en un levantamiento de

campo en donde se caracterizó cada prevista en cuanto a su uso del agua, las épocas de

mayor consumo y la cantidad de habitantes por cada una de ellas. Además se consultó a

los vecinos de la zona cómo ha sido el desarrollo de las diferentes actividades comerciales

e industriales y qué se espera para el futuro.

En la sección de descripción de la red de distribución (Sección 4.6)se presentó la distribución

de usuarios que están siendo abastecidos por la ASADA de El Mastate, sin embargo, existe

una cantidad de usuarios potenciales, los que se encuentran en la zona de cobertura del

acueducto y se podrían incluir en el diseño. En el Cuadro 5-6 se muestran las dos

distribuciones de usuarios.

Cuadro 5-6. Distribución de usuarios abastecidos y total en la zona del acueducto

Zona Actuales % Totales %

Casas 23 65,7% 33 61,1%

Restaurantes 2 5,7% 3 5,6%

Hoteles 2 5,7% 2 3,7%

Comercios 2 5,7% 2 3,7%

Plantaciones 4 11,4% 9 16,7%

Lecherías 2 5,7% 5 9,3%

TOTAL 35 100,0% 54 100,0%

98

A partir de estas distribuciones de usuarios se proyectó diferentes escenarios procurando

que se mantenga una distribución proporcional en el caso de saturación. Para esto, se tomó

la cantidad total de parcelas agrícolas como producto de la segregación realizada y se asignó

a los usuarios una cantidad de parcelas según se muestra en el Cuadro 5-7. Esta distribución

se hizo así para garantizar las áreas mínimas que establece el Plan GAM y para garantizar

que las actividades productivas sean rentables y por tanto se puedan mantener. El Plan

establece un área mínima de 5 hectáreas para hoteles, en el caso de las lecherías, según

los vecinos de la zona un área de 20 hectáreas permite que la producción sea rentable y

para las plantaciones se encontró que en promedio el área utilizada es de 7000 m2.

Cuadro 5-7. Distribución de parcelas agrícolas según los requerimientos por tipo

de usuario

Tipo usuario Cantidad de parcelas requeridas Área equivalente (m2)

Casas 1 7000

Restaurantes 1 7000

Hoteles 8 56000

Comercios 1 7000

Plantaciones 1 7000

Lecherías 29 203000

Escuela 1 7000

Iglesia 1 7000

Conociendo las dos distribuciones de usuarios (abastecidos y totales) y la cantidad de fincas

que cada tipo de usuario requiere, se evaluaron 4 escenarios en los cuales se hicieron ciertas

suposiciones relacionadas con las características y consumo de agua de la zona para así

analizar cuáles de ellos se acercaban más a la realidad de la comunidad.

Escenario A

Se partió de la distribución de usuarios totales y se proyectó los usuarios manteniendo la

distribución del Cuadro 5-6 y según los requerimientos del Cuadro 5-7. Como resultado se

obtuvo la siguiente cantidad de usuarios (Cuadro 5-8) que representa el caso de saturación

de las 245 fincas disponibles.

99

Cuadro 5-8. Distribución de usuarios para el escenario A

Tipo usuario Cantidad total % Cantidad de fincas ocupadas

Casas 59 64,1% 57

Restaurantes 5 5,4% 5

Hoteles 3 3,3% 10

Comercios 3 3,3% 3

Plantaciones 13 14,1% 13

Lecherías 7 7,6% 155

Escuela 1 1,1% 1

Iglesia 1 1,1% 1

TOTAL 92 100,0% 245

Debido a la forma en que se calculan los usuarios totales, la población de diseño se despejó

en función de la cantidad de usuarios tipo “casa”. Por esto, la cantidad de habitantes se

puede obtener como la multiplicación de los usuarios tipo “casa” por la cantidad de personas

que en promedio habitan una vivienda. Este último valor equivale a 3,7 habitantes/vivienda,

según los datos obtenidos en el último censo nacional por el INEC (Cuadro 5-2). Sin

embargo, en algunos casos, no fue posible alcanzar la saturación de las 245 fincas de forma

exacta debido a que hay algunos usuarios que requieren más fincas que otros y por tanto

se añadieron usuarios de casa con el fin de lograr esta cifra. Esta variación hizo que la tasa

de habitantes por vivienda se reduzca levemente.

𝑃𝑜𝑏𝑙𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 𝑑𝑖𝑠𝑒ñ𝑜 = 𝟏𝟗𝟐 𝒉𝒂𝒃𝒊𝒕𝒂𝒏𝒕𝒆𝒔

𝐻𝑎𝑏𝑖𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒𝑠/𝑣𝑖𝑣𝑖𝑒𝑛𝑑𝑎 = 3,254

Se destaca la introducción de la pequeña iglesia o capilla que existe pero que no es

abastecida debido a que pocas veces es utilizada y también una nueva escuela en caso que

se llegara a construir, debido a la lejanía de escuelas con respecto a la zona del acueducto.

Por otra parte, se nota como además de incluir los usuarios que se encuentran en la zona

pero que no están siendo abastecidos, la proyección contempló el crecimiento de todos los

usuarios.

Escenario B

Se partió de la distribución de usuarios abastecidos y se proyectó de forma similar al

escenario A. Se obtienen los resultados del Cuadro 5-9.

100

Cuadro 5-9. Distribución de usuarios para el escenario B

Tipo usuario Cantidad total % Cantidad de fincas ocupadas

Casas 56 65,1% 54

Restaurantes 5 5,8% 5

Hoteles 5 5,8% 26

Comercios 5 5,8% 5

Plantaciones 8 9,3% 8

Lecherías 5 5,8% 145

Escuela 1 1,2% 1

Iglesia 1 1,2% 1

TOTAL 86 100,0% 245

𝑃𝑜𝑏𝑙𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 𝑑𝑖𝑠𝑒ñ𝑜 = 𝟏𝟕𝟖 𝒉𝒂𝒃𝒊𝒕𝒂𝒏𝒕𝒆𝒔

𝐻𝑎𝑏𝑖𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒𝑠/𝑣𝑖𝑣𝑖𝑒𝑛𝑑𝑎 = 3,179

Según los datos anteriores se nota como el basar la proyección de usuarios en los actuales

o abastecidos, le dio más peso al consumo comercial, mientras que redujo el consumo en

plantaciones y lecherías, además la población de diseño se vio reducida.

A diferencia del escenario A, este contemplaría la totalidad de los usuarios que existen en

la zona pero no daría espacio para el crecimiento en lecherías, ya que actualmente hay 5

en la zona de estudio. Además, se tendría una plantación menos que las que existen

actualmente.

Escenario C

Este escenario se basó en la distribución de usuarios totales, sin embargo, presenta varias

limitantes específicas. La principal limitante que se propone es el establecimiento de

crecimiento nulo para usuarios tipo lechería. Esto se evaluó así, ya que de todos los tipos

de usuarios estos son los que podrían tener menor crecimiento, incluso cambiar alguno de

ellos por otro tipo. Se limitó el crecimiento, de forma que se pueda abastecer a las lecherías

que existen actualmente si así lo requieren, pero que no se vaya a instalar una nueva

lechería en la zona.

Esta decisión habilitó 29 fincas de 7000 m2, lo que elevó la cantidad de todos los demás

usuarios, para alcanzar la saturación de la zona. Este crecimiento hizo que la demanda

sobrepase la capacidad de producción de la naciente y por tanto haya escasez teórica de

101

agua. Para esto se limitó también el crecimiento en los hoteles y plantaciones, de forma que

se estableció una prioridad para el consumo domiciliar y comercial. Por esto, a los hoteles y

plantaciones se les redujo el crecimiento a la mitad. Es decir, se partió con una cantidad de

estos usuarios igual a la mitad de los que realmente existen.

Con todas estas características, se logró que la producción sea mayor a la demanda y por

tanto se obtienen los siguientes resultados (Cuadro 5-10).

Cuadro 5-10. Distribución de usuarios para el escenario C

Tipo usuario Cantidad total % Cantidad de fincas ocupadas

Casas 109 73,6% 107

Restaurantes 9 6,1% 9

Hoteles 3 2,0% 10

Comercios 6 4,1% 6

Plantaciones 14 9,5% 14

Lecherías 5 3,4% 97

Escuela 1 0,7% 1

Iglesia 1 0,7% 1

TOTAL 148 100,0% 245

𝑃𝑜𝑏𝑙𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 𝑑𝑖𝑠𝑒ñ𝑜 = 𝟑𝟓𝟐 𝒉𝒂𝒃𝒊𝒕𝒂𝒏𝒕𝒆𝒔

𝐻𝑎𝑏𝑖𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒𝑠/𝑣𝑖𝑣𝑖𝑒𝑛𝑑𝑎 = 3,229

Claramente se observa las variantes con respecto a los escenarios A y B, especialmente en

el porcentaje de usuarios domiciliares y restaurantes. Igual que en los casos anteriores, se

podría abastecer a la totalidad de usuarios en la zona.

Escenario D

Este caso se presenta como punto de comparación para los tres escenarios anteriores. A

diferencia de los casos A, B y C, se calculó la población de diseño con base en el método de

“interés compuesto” explicado en el marco teórico. Se tomó como referencia los datos de

los censos del 2000 y 2011 para calcular la tasa de crecimiento y con base en esta, se

proyecta al año 2040. Para calcular la tasa de crecimiento, se calculó las tasas de forma

independiente para cada distrito, según lo obtenido por el INEC. Al tener estas, se proyectó

la población de cada distrito al año 2040 y se obtuvo una población total. Al tener esta

102

población total, equivalente a la población de diseño, se despejó la tasa de crecimiento que

corresponde a los dos distritos en conjunto. En el Cuadro 5-11 se muestra la obtención de

dicho parámetro.

Cuadro 5-11. Obtención de la población de diseño del escenario D

Indicador

Distrito

San Juan Sabana Redonda

Población total (Censo 2011) 4638,00 2343,00

Población total (Censo 2000) 3738,00 2187,00

Tasa de crecimiento (interés compuesto) 1,981% 0,628%

Año meta 2040 2040

Población actual 35 70

Población 2040 58 82

Población de diseño 140

Tasa de crecimiento compuesta despejada 1,150%

Al comparar la población de diseño obtenida con los escenarios anteriores se observa

similitud con los escenarios A y B, mientras que con el C se encuentra lejano. A pesar de

esto, esta población es una medida de referencia ya que como se explicó previamente, los

datos del INEC no se ajustan de forma precisa con las características de la zona de interés.

Para este escenario, se utiliza la distribución de usuarios totales para la proyección de la

demanda. De esta forma, como la población de diseño es menor que la que se obtiene en

el escenario A y además se parte de los mismos supuestos, se puede afirmar que la zona

del acueducto no se encuentra saturada para este caso.

5.3 Estimación de demanda y dotación

Para decidir cuál escenario representa mejor los requerimientos actuales de la comunidad,

fue necesario estudiar la demanda de agua por cada uno de los usuarios. De esta forma se

pudo conocer cuáles usos del agua predominan en la zona y por tanto diseñar para satisfacer

esos usos. En el caso de El Mastate, aunque la mayoría de usuarios son domiciliares, el

mayor consumo de agua se da por parte de los usuarios comerciales y reproductivos y esta

situación hizo que el caso sea particular. En la mayoría de los acueductos, el mayor consumo

es el domiciliar y con base en este se estimaron los demás, sin embargo, para este caso se

partió de un consumo domiciliar en algunos casos mucho menor a los demás usos.

103

Debido a esta peculiaridad, se realizó un levantamiento en campo de cada una de las

actividades que se desarrollan en la zona y se obtuvieron parámetros para medir los

consumos promedio que demandan. Esta información se presenta detalladamente en el

anexo C y a continuación se presenta un resumen de los aspectos más relevantes para el

diseño.

Para el análisis de cada demanda que conforma la dotación se partió de dos fuentes de

información. La primera de ellas es el registro de la micromedición de la ASADA. Este

sistema se instaló en agosto de 2014. Debido a que la comunidad no contaba con este

sistema, en los primeros meses de medición se evidenció una caída significativa en el

consumo de los usuarios. Para ilustrar esta situación se presenta la Figura 5-8.

Figura 5-8. Consumos medidos por hidrómetros de la ASADA de El Mastate

Fuente: ASADA El Mastate

Por esta condición, para el análisis de demanda se tomó los datos medidos de enero de

2015 a mayo de 2015. De esta forma se obtuvieron datos representativos ya que se había

regulado el consumo y además se obtuvieron las mayores demandas dado que es la época

más seca durante el año y también representa la mayor afluencia turística en la zona.

Por otra parte, al conocer los consumos medidos y la información obtenida del levantamiento

de campo, se asociaron las demandas medidas con dotaciones teóricas obtenidas de

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

oct-14 nov-14 dic-14 ene-15 feb-15 mar-15 abr-15 may-15

Co

nsu

mo

de

agu

a m

edid

o (

m3

)

Mes de medición

104

diferentes fuentes para así comparar y que sirvan de punto de partida para las proyecciones

de los nuevos usuarios que se puedan instalar en la zona.

Los usos del agua que se van a presentar se clasifican según las tarifas propuestas por el

AyA que se describieron en el marco teórico.

5.3.1 Demanda domiciliar

Para la estimación de esta demanda, se tomó en cuenta los consumos medidos en las

previstas domiciliares. Para esto se tomó el promedio del consumo de enero a mayo de

2015 para cada uno de los usuarios y posteriormente se calculó el promedio del total de

consumidores. Este promedio tomó en cuenta la cantidad de personas que habita cada

vivienda abastecida para así obtener una dotación de litros por habitante por día. En el

Cuadro 5-12 se presenta el resultado de la dotación obtenida y se compara con la planteada

por el AyA en las Normas para el Diseño de Proyectos de abastecimiento de Agua Potable

en Costa Rica para casos de poblaciones rurales.

Cuadro 5-12. Dotación domiciliar

Uso Dotación Unidad

Domiciliar (medido) 251 l/p/d

Domiciliar (teórico, AyA) 250 l/p/d

Debido a la similitud de las dotaciones, para efectos de diseño se adoptó la dotación teórica

planteada por el AyA.

5.3.2 Demanda no domiciliar

Esta demanda incluye varios tipos de usuarios ya que se debió incluir todos los que no sean

domiciliares. Entre ellos están los usuarios ordinarios o comerciales, los reproductivos o

industriales, los gubernamentales y preferenciales. Por esta razón, los restaurantes, hoteles,

comercios, escuelas, iglesias, plantaciones y lecherías están incluidos en este rubro y por

tanto representa la mayor demanda en la zona del acueducto.

Al igual que la demanda domiciliar, se partió de los datos medidos por la ASADA y por el

levantamiento de campo para cada uno de estos usuarios y posteriormente se comparan

con dotaciones teóricas para evaluar cuáles se adoptan para efectos de diseño. En el

105

Cuadro 5-13 se muestra la comparación entre las diferentes dotaciones.

Cuadro 5-13. Comparación de dotaciones no domiciliares

Uso Unidad Dotación promedio medida

Dotación teórica

Fuente teórica

Restaurantes l/m2/d 4 40 Norma IS.010 Perú

Restaurantes l/m2/d 4 50 CIHSE 2010

Restaurantes l/cliente/d 37 30 SIAPA, Guadalajara

Restaurantes l/cliente/d 37 25 CIHSE 2010

Hoteles l/huésped/d 292 300 MINAE

Hoteles l/huésped/d 292 200 CIHSE 2010

Hoteles l/habitación/d 531 400 Lineamientos Técnicos

del Estado de Querétaro

Lecherías l/d/cabeza 91 130 MINAE

Lecherías l/d/cabeza 91 120 CIHSE 2010

Lecherías l/d/litro

producido 8 9

TecDepur Ingeniería (España)

Plantaciones fresa

l/d/ha 10510 11450 MINAE

Comercios l/m2/d 7,62 6,00 MINAE

Comercios l/m2/d 7,62 6 CIHSE 2010

106

Uso Unidad Dotación promedio medida

Dotación teórica

Fuente teórica

Iglesia l/m2/d - 2 Lineamientos Técnicos

del Estado de Querétaro

Escuela l/alumno/turno - 20 MINAE

Escuela l/alumno/turno - 50 CIHSE 2010

Para comprender el origen de cada una de las fuentes teóricas, se describen a continuación:

Norma IS.010 Perú: norma técnica peruana de instalaciones sanitarias para edificaciones

en que se presenta una sección exclusiva de dotaciones diarias mínimas para uso

doméstico, comercial, industrial, comercial, riego, entre otros.

SIAPA, Guadalajara: dotaciones tomadas de un documento de Criterios y lineamientos

técnicos para factibilidades (criterios básicos de diseño) del Sistema Intermunicipal para

los Servicios de Agua Potable y Alcantarillado (SIAPA) de Guadalajara, México.

Lineamientos técnicos del Estado de Querétaro: tomadas del documento legal titulado

“Normas y Lineamientos Técnicos para las Instalaciones de Agua Potable, Agua Tratada,

Alcantarillado Sanitario y Pluvial de los Fraccionamientos y Condominios de las Zonas

Urbanas del Estado de Querétaro”.

TecDepur Ingeniería (España): Empresa española dedicada a la línea medioambiental

que propone dotaciones para diferentes sectores.

MINAE: Dotaciones tomadas del Manual Técnico del Departamento de Aguas del MINAE

en donde se establecen las dotaciones mínimas para determinar las necesidades o

requerimientos de agua en diferentes actividades y proyectos. Este manual se publicó

en la Gaceta 98 del 20 de mayo de 2004.

CIHSE 2010: Código de instalaciones hidráulicas y sanitarias en edificaciones, Costa Rica

(2010). En él se establecen las principales regulaciones para instalaciones hidráulicas y

sanitarias en proyectos de edificación en el país. En el artículo 4.1 se establecen las

dotaciones mínimas que se deben utilizar para efectos de diseño.

107

Como se observa en el cuadro anterior, se compararon las dotaciones medidas con

diferentes unidades y en algunos casos los valores son similares mientras que en otros se

alejan. Por esto, se adoptaron lo valores mayores para los casos en que las dotaciones son

similares. Los valores adoptados se muestran en el Cuadro 5-14.

Cuadro 5-14. Dotaciones no domiciliares adoptadas

Uso Dotación Unidad

Restaurantes 37 l/cliente/d

Hoteles 300 l/huésped/d

Lecherías 9 l/d/litro producido

Plantaciones 11450 l/d/ha

Comercios 8 l/m2/d

Iglesia 2 l/m2/d

Escuela 20 l/alumno/turno

Para la proyección de la demanda para cada uno de los escenarios que se proponen, se

utilizaron las dotaciones del cuadro anterior. Sin embargo, en algunos casos se tienen

suposiciones adicionales. Por ejemplo, en el caso de los hoteles no se tiene una dotación

por hotel sino por huésped. Por esto, según lo que establece el Plan GAM, lo máximo

permitido son 12 habitaciones por hectárea y como el área mínima es de 5 hectáreas

entonces cada hotel nuevo tendrá 60 habitaciones y se supone una estadía de 3 huéspedes

por habitación, para un total de 180 huéspedes por hotel. En el caso de los comercios, se

supone que cada comercio nuevo tendrá un área igual o similar a la de Fresas del Volcán,

para las lecherías en promedio se producen 1000 litros de leche diarios por lo que se adopta

este valor, para las plantaciones el área es de 7000 m2 o lo que es lo mismo 0,7 hectáreas

y para los restaurantes se supone el promedio de clientes diarios de los restaurantes Mirador

Poás y El Descanso que equivale a 45 clientes. Para la escuela se supone que es pequeña y

que tendrá 60 alumnos.

Estas suposiciones son para los usuarios ficticios que se presentarían en cada uno de los

escenarios, para los usuarios existentes se utilizó los parámetros reales correspondientes a

cada uno de ellos obtenidos del levantamiento de campo.

108

5.3.3 Agua no contabilizada

Este parámetro representa una parte importante de la demanda y por tanto si se quiere

contar con un sistema eficiente, se debe evaluar a profundidad y estar constantemente en

mantenimiento con el fin de reducir este rubro. Como se mencionó en el marco teórico, un

valor de 40% debería ser el máximo en cualquier sistema de acueducto, sin embargo, por

las fallas en administración y mantenimiento de los sistemas, este parámetro muchas veces

alcanza porcentajes mayores.

Para lograr reducir el porcentaje de agua no contabilizada es necesario contar con un

adecuado sistema de medición (micro y macro) para así saber qué cantidad del agua

producida no es medida sino que se pierde en algún componente del acueducto.

En el caso del acueducto actual se hizo una prueba para tratar de determinar el porcentaje

de pérdidas o de agua no contabilizada. Para esto se tomó una medida inicial de los 35

hidrómetros que existen. Justo después de esto se llenó el tanque de almacenamiento y se

tomó el nivel de referencia inicial. Al tomar este nivel, se cerró la válvula de entrada y

también se cerró la tubería que pasa paralela. De esta forma, el acueducto funcionó

únicamente con el agua contenida en el tanque. Después de un cierto período, el tanque

vació y por tanto se tomó una lectura final tanto del nivel final del tanque como en cada

uno de los hidrómetros, con el fin de obtener la diferencia total que equivale al volumen

consumido por los usuarios.

Con estas mediciones, se presenta un balance hídrico en donde se tiene lo siguiente:

𝑉0 = 𝑉𝑐 + 𝑉𝑃𝑇 + 𝑉𝑃𝑇𝑢𝑏

Donde,

V0: Volumen inicial almacenado en el tanque

VC: Volumen consumido por los usuarios

VPT: Volumen de pérdidas por fugas en el tanque

VPTub: Volumen de pérdidas en la red de distribución

El volumen inicial del tanque es conocido ya que se tienen las propiedades geométricas del

mismo (2,62 m de ancho, 6,63 m de largo y 1,73 m de profundidad, dando un volumen de

30,05 m3) y el volumen consumido por los usuarios también se puede calcular debido a que

se cuenta con las lecturas inicial y final de todos los hidrómetros. El volumen de pérdidas

109

por fugas en el tanque se conoció debido a que se le hizo una prueba en donde se llenó

hasta cierto nivel y posteriormente se cerró las tuberías de entrada y salida, de forma que

el nivel que bajara por el área en planta equivale al volumen de fugas del tanque. Para

asegurar que el agua se fugara únicamente por las fisuras en el concreto, no solo se cerró

las válvulas sino que se utilizó un tapón para cerrar la tubería de salida, de esta forma se

elimina la incertidumbre si existiera alguna conexión ilegal, no visible, entre la salida del

tanque y la válvula de corte en la salida del tanque.

El comportamiento del tanque se muestra en la Figura 5-9 donde se aprecia la rapidez con

que descarga el volumen almacenado. En una hora descargó 15,11 m3 únicamente por

medio de las fisuras, lo que equivale a un caudal de 4,2 l/s.

Por último, el volumen de pérdidas en la red de distribución se pudo obtener por diferencia

ya que se cuenta con los demás términos de la ecuación.

Figura 5-9. Curva de descarga por fisuras del tanque de almacenamiento

Siguiendo esta metodología, se repitió la prueba dos veces para obtener un promedio final

del porcentaje de pérdidas en el tanque y en el sistema. En el Cuadro 5-15,

Cuadro 5-16 y Cuadro 5-17 se presentan los tres casos en que se hizo la medición y en el

Cuadro 5-18 se muestra el resumen de porcentajes de pérdidas para cada caso y el

promedio final.

0123456789

10111213141516

0,00 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00 60,00

m3

des

carg

ado

s

Tiempo (minutos)

110

Cuadro 5-15. Medición de pérdidas de agua por fugas en el tanque de

almacenamiento (Caso 1: mañana 14-07-15)

Nivel inicial tanque (m) 1,00

Nivel final tanque (m) 0,19

Tiempo transcurrido entre mediciones de niveles del tanque 00:43:00

Tiempo transcurrido entre mediciones de consumo 01:48:00

Diferencia de niveles total (m) 0,81

Volumen descargado total (m3) 14,07

Volumen consumido medido (m3) 2,8733

Caudal de consumo equivalente (l/s) 0,44

Volumen Consumido en intervalo de vaciado tanque (m3) 1,14

Volumen Descargado por fisuras en tanque (m3) 11,89

Caudal equivalente de pérdidas en tanque (l/s) 4,61

Volumen de pérdidas en red de distribución (m3) 1,03

Caudal equivalente de pérdidas en red (l/s) 0,40

% Agua consumida 8,13%

% Agua perdida 91,87%

% Agua perdida en tanque 84,53%

% Agua perdida en red de distribución 7,34%

Tasa de descarga del tanque (l/s) 5,45

Cuadro 5-16. Medición de pérdidas de agua por fugas en el tanque de almacenamiento (Caso 2: medio día 14-07-15)

Nivel inicial tanque (m) 0,87

Nivel final tanque (m) 0,2

Tiempo transcurrido entre mediciones de niveles del tanque 00:43:00

Tiempo transcurrido entre mediciones consumo 01:25:00

Diferencia de niveles total (m) 0,67

Volumen descargado total (m3) 11,64

Volumen consumido medido (m3) 2,3673

Caudal de consumo equivalente (l/s) 0,46

Volumen Consumido en intervalo de vaciado tanque (m3) 1,20

Volumen Descargado por fisuras en tanque (m3) 9,79

Caudal equivalente de pérdidas en tanque (l/s) 3,79

Volumen de pérdidas en red de distribución (m3) 0,66

Caudal equivalente de pérdidas en red (l/s) 0,25

% Agua consumida 10,29%

% Agua perdida 89,71%

% Agua perdida en tanque 84,08%

% Agua perdida en red de distribución 5,63%

Tasa de descarga del tanque (l/s) 4,51

111

Cuadro 5-17. Medición de pérdidas de agua por fugas en el tanque de almacenamiento (Caso 3: mañana 15-07-15)

Nivel inicial tanque (m) 0,93

Nivel final tanque (m) 0,25

Tiempo transcurrido entre mediciones de niveles del tanque 00:34:00

Tiempo transcurrido entre mediciones consumo 01:30:00

Diferencia de niveles total (m) 0,68

Volumen descargado total (m3) 11,81

Volumen consumido medido (m3) 5,154

Caudal de consumo equivalente (l/s) 0,95

Volumen Consumido en intervalo de vaciado tanque (m3) 1,95

Volumen Descargado por fisuras en tanque (m3) 8,96

Caudal equivalente de pérdidas en tanque (l/s) 4,39

Volumen de pérdidas en red de distribución (m3) 0,90

Caudal equivalente de pérdidas en red (l/s) 0,44

% Agua consumida 16,48%

% Agua perdida 83,52%

% Agua perdida en tanque 75,88%

% Agua perdida en red de distribución 7,64%

Tasa de descarga del tanque (l/s) 5,79

Cuadro 5-18. Resumen de porcentajes de agua no contabilizada

Descripción Caso 1 Caso 2 Caso 3 Promedio

% Agua consumida 8,13% 10,29% 16,48% 11,63%

% Agua perdida en tanque 84,53% 84,08% 75,88% 81,50%

% Agua perdida en red de distribución 7,34% 5,63% 7,64% 6,87%

Índice ANC 91,87% 89,71% 83,52% 88,37%

Como se observa en los cuadros anteriores, las fugas en el tanque representan la mayoría

de pérdidas de agua en el sistema. Como se describió en la sección de diagnóstico del

sistema actual, en el interior del tanque se tienen grietas longitudinales en la losa de fondo.

Existe una de ellas que es de gran tamaño (6 m de largo) y de 2 a 3 mm de ancho. La

ubicación de esta fisura se puede apreciar señalada con rojo en la Figura 5-10 mientras que

la fotografía se presentó anteriormente en la Figura 4-8. Dicha fisura se presenta paralela a

una de las paredes del tanque y se le realizó un trabajo de mantenimiento recientemente

(2 ó 3 años). En la fotografía se aprecia cómo se colocó una capa de concreto por encima

de la fisura original. Puesto que la grieta se observa por encima de esta capa de concreto,

112

es probable que por debajo se tenga una fisura de mayor tamaño por donde se esté filtrando

el agua del tanque.

Además de esto, a lo largo de dicha fisura se observó vegetación o raíces (Figura 5-11) lo

que confirma que el agua estaría pasando a través de ella.

Figura 5-10. Fisura causante de fugas en el tanque

Figura 5-11. Presencia de raíces que brotan por las fisuras del tanque

Un aspecto adicional por considerar es que dicho tanque cuenta con 30 años o más de

construido y además sufrió los efectos del “terremoto de Cinchona” en el 2009, evento que

pudo haber contribuido a incrementar la cantidad y el tamaño de las fisuras del tanque.

Como observaciones importantes para el análisis del tanque se tienen las siguientes:

113

Se cambió el funcionamiento normal del sistema, ya que se abasteció únicamente

con el agua almacenada en el tanque. Normalmente, la tubería que pasa paralela al

tanque abastece en conjunto con la tubería de salida del mismo. Por esta razón,

como la primera tubería tiene mayores presiones, debido a que se conecta desde el

tanque de distribución, reduce el caudal de salida del tanque de almacenamiento y

por esta razón, el mismo mantiene un nivel de equilibrio y además nunca rebalsa a

pesar que la entrada se mantiene abierta todo el tiempo. Si el acueducto funcionara

únicamente con el agua almacenada, habría escasez en un período de una o dos

horas, debido a que el tanque no está realizando su función.

Se parte que a lo largo de la red no existen conexiones ilegales ya que a simple vista

no se observaron y los administradores de la ASADA se encuentran en constante

vigilancia para determinar estas conexiones. De existir estas salidas de agua, el

balance tendría una variante importante y por tanto el resultado no sería válido.

A manera de resumen, si se reparan las figuras del tanque o si se reconstruye, el índice de

ANC se reduciría a alrededor de 7% y por tanto indica que la red de distribución tiene pocas

fugas. Esta condición se puede justificar debido a la simplicidad del sistema que consiste en

una sola línea de tuberías y que además gran parte de ella se encuentra visible para hacer

las reparaciones en el momento que se presente alguna fuga.

Por todo esto, para efectos de diseño se decidió adoptar un 12% de índice de ANC

siempre y cuando se tenga un buen mantenimiento de las tuberías, una medición adecuada

de los volúmenes de agua producida y consumida en todo el sistema y un control de las

presiones en las tuberías que se logra mediante el nuevo diseño de la red de distribución.

5.3.4 Exceso por servicios fijos

En el caso del nuevo diseño, se busca tener un 100% de medición en el sistema por lo que

no habría exceso por servicios fijos a los que se les cobre una tarifa fija y no según lo que

indique el medidor.

5.3.5 Otros usos

Se considera como un 3% de la demanda total e incluye usos operacionales, lavado

tuberías, lavado de tanques, entre otros.

114

5.4 Dotaciones netas y caudales de diseño para cada escenario

Una vez definidas las dotaciones individuales por cada tipo de usuario, los porcentajes

adicionales considerados como el ANC y otros usos y la cantidad de usuarios asociados a

cada escenario planteado, es posible estimar una dotación neta para cada caso. A partir de

estas dotaciones se obtuvo los caudales de diseño.

En el anexo C se muestra el desglose de las dotaciones domiciliar y no domiciliar que se

estimaron como base para la información que se presenta en esta sección.

Para obtener la dotación bruta correspondiente a cada escenario se parte de un formato

que se presenta en el documento denominado Plan Maestro de los sistemas de

abastecimiento de agua y de saneamiento de San Pedro de Poás. A continuación se explica

cómo se obtienen los resultados según dicho formato.

Fila 1: La población del sistema será la despejada con base en el criterio de saturación

utilizado, excepto para el escenario D en el que se despejó la población.

Fila 2: La cobertura del sistema, será siempre del 100% hasta el año 2040.

Fila 3: Población servida en todos los casos será del 100%.

Fila 4: El porcentaje de micromedición se propone como el 100% de los usuarios.

Fila 5: 100% menos el valor de la anterior fila.

Fila 6 y fila 7: Las poblaciones servidas con medición y sin medición.

Fila 8: Consumo Residencial Medido.

Fila 9: La dotación doméstica medida según cada sistema, definida en 250 lpd según lo

descrito previamente.

Fila 10: Resultado de la multiplicación de la población con medidor por la dotación con

medidor.

Fila 11: Consumo Residencial No Medido

Fila 12 y 13: El factor que multiplica la dotación sin medidor por la dotación con medidor,

se puede considerar constante a lo largo de todo el período, e igual al valor estimado

actualmente de 1.5, no obstante, como se busca tener 100% de cobertura en

micromedición, estos valores son nulos.

Fila 14. Consumo total residencial, la suma de los resultados anteriores.

Fila 15: La dotación residencial incluyendo los consumos medidos y no medidos.

Fila 16: Porcentaje de la demanda domiciliar con respecto al total

115

Fila 17: Consumo comercial estimado

Fila 18: Porcentaje que representa el consumo comercial con respecto al total de la

demanda (obtenido de la distribución porcentual que se muestra en el anexo C)

Fila 19: Consumo total ordinario o comercial

Fila 20: Consumo reproductivo estimado

Fila 21: Porcentaje que representa el consumo reproductivo con respecto al total de la

demanda (obtenido de la distribución porcentual que se muestra en el anexo C)

Fila 22: Consumo total reproductivo o industrial

Fila 23: Consumo preferencial y de gobierno estimados

Fila 24: Porcentaje que representa el consumo preferencial y de gobierno con respecto

al total de la demanda (obtenido de la distribución porcentual que se muestra en el

anexo C)

Fila 25: Consumo total preferencial y de gobierno

Fila 26: Consumo destinado para otros usos

Fila 27: Porcentaje que representa el volumen destinado a otros usos con respecto al

total de la demanda

Fila 28: Consumo total para otros usos

Fila 29: Agua no contabilizada propuesta para el sistema

Fila 30: Porcentaje que representa el ANC con respecto al total de la demanda

Fila 31: Caudal equivalente al ANC

Fila 32: Consumo promedio diario total o QPD equivalente a la suma de las filas 14, 19,

22, 25, 28 y 31.

Fila 33: Dotación bruta equivalente al consumo diario de todo el sistema por habitante,

es decir, el cociente de las filas 32 y 3 por 86400 segundos que tiene un día.

Fila 34: Consumo Máximo Diario o QMD equivalente a (fila 32 – fila 31)* fmd + f31,

donde fmd se toma como 1,2 para todos los escenarios y no se amplifica el ANC debido

a que se considera constante a lo largo del período de análisis.

Fila 35: Consumo Máximo Horario o QMH equivalente a (fila 32 – fila 31)* fmh + f31,

donde fmh se toma como 1,6 para todos los escenarios y no se amplifica el ANC debido

a que se considera constante a lo largo del período de análisis.

116

En este caso, los factores de demanda (“fmd” y “fmh”) se plantean según lo utilizado en el

documento que se citó anteriormente. En en este último, se adoptó el factor máximo diario

como el promedio de los valores (entre 1,1 y 1,3) que plantea el AyA en las Normas de

Diseño para Proyectos de Agua Potable. Por otra parte, para establecer el factor máximo

horario se recopiló información de curvas horarias del consumo para diferentes comunidades

en el país. A partir de estas se obtuvo diferentes factores máximos horarios, algunos de

ellos se muestran en el Cuadro 5-19, y a partir de estos se obtuvo un promedio que

representa el valor adoptado para la obtención de los caudales de diseño.

Cuadro 5-19. Factores máximos horarios para diferentes ciudades del país

Ciudad fmh

Santo Domingo 1,42

Ciudad Quesada 1,6

Limón 1,6

San Blas, Cartago 1,38

Liberia 1,7

Puntarenas 1,5

San Ramón 1,55

Pérez Zeledón 1,79

Santa Cruz 1,55

Los Ángeles, Grecia 2,3

Promedio 1,6

Desviación estándar 0,3

En el Cuadro 5-20 se muestran los resultados de estimación de la demanda de los cuatro

escenarios que se analizan, basado en la metodología de cálculo descrita anteriormente.

5.5 Evaluación de la producción de la naciente con respecto a la demanda

Con base en los resultados del cuadro mencionado es posible evaluar si la producción de la

naciente es suficiente para cubrir la demanda. Para esto, se comparó el caudal máximo

diario de cada escenario con el valor de producción mínimo que se tiene registrado del

manantial. En la Sección 4.2, en el Cuadro 4-1, se mostraron los registros de aforos que

posee la ASADA de El Mastate y se tiene que el valor mínimo es de 6,006 l/s. Por lo tanto,

para evaluar si para cada escenario habría escasez, se tomó dicho valor como referencia

para comparar. En el Cuadro 5-21 se muestra la comparación de cada uno de los valores.

117

Cuadro 5-20. Obtención de caudales de diseño para todos los escenarios

Fila Descripción Escenario

A B C D

1 Población proyectada 192 178 352 140

2 Cobertura 100% 100% 100% 100%

3 Población servida 192 178 352 140

4 Porcentaje con medición 100% 100% 100% 100%

5 Porcentaje sin medición 0% 0% 0% 0%

6 Población servida con medición 192 178 352 140

7 Población servida sin medición 0 0 0 0

8 Consumo residencial

9 Dotación medida l/p/d 250 250 250 250

10 Demanda doméstica medida l/s 0,5556 0,5150 1,0185 0,4051

11 Consumo residencial no medido

12 Dotación no medida l/p/d 375 375 375 375

13 Demanda doméstica no medida l/s 0,000 0,000 0,000 0,000

14 Consumo total residencial l/s 0,556 0,515 1,019 0,405

15 Dotación promedio residencial l/p/d 250 250 250 250

16 % con respecto a demanda total 13,2% 10,2% 20,7% 12,7%

17 Consumo comercial

18 % con respecto demanda total 2,8% 4,6% 5,8% 2,7%

19 Demanda comercial l/s 0,120 0,231 0,286 0,086

20 Consumo reproductivo

21 % con respecto demanda total 68,5% 69,9% 58,1% 69,3%

22 demanda industrial l/s 2,892 3,531 2,854 2,203

23 Consumo preferencial y de gobierno

24 %con respecto demanda total 0,5% 0,4% 0,4% 0,3%

25 Demanda oficial l/s 0,02 0,02 0,02 0,01

26 Otros usos

27 % con respecto a demanda total 3,0% 3,0% 3,0% 3,0%

28 Otros usos l/s 0,127 0,152 0,147 0,095

29 Agua no contabilizada

30 % con respecto a demanda total 12,0% 12,0% 12,0% 12,0%

31 Agua no contabilizada l/s 0,506 0,607 0,590 0,381

32 QPD en l/s 4,22 5,05 4,92 3,18

33 DOTACIÓN BRUTA EN l/p/d 1899 2454 1207 1962

34 QMD en l/s 4,96 5,94 5,78 3,74

35 QMH en l/s 6,45 7,72 7,51 4,86

118

Cuadro 5-21. Evaluación de producción de la naciente con respecto a las

demandas de cada escenario

Descripción Escenario

A B C D

Consumo Máximo Diario (l/s) 4,96 5,94 5,78 3,74

Producción de la naciente (l/s) 6,01 6,01 6,01 6,01

Déficit naciente(l/s) -1,04 -0,06 -0,23 -2,27

Como se observa en el cuadro anterior, todos los escenarios tienen un déficit negativo lo

que indica que la demanda es inferior a la producción de la naciente por lo que para

cualquiera de ellos la fuente daría abasto. Se nota además como el escenario B representaría

el caso más crítico al tener una diferencia menor, mientras que como se esperaba, el

escenario D presenta el caso más holgado.

119

CAPÍTULO 6 DISEÑO HIDRÁULICO Y PROPUESTA DE MEJORAS

En este capítulo se describe detalladamente el análisis hidráulico de aquellos componentes

del acueducto que no requieren mejora y el diseño de aquellos que requieren ser

modificados para garantizar que el sistema cuente con la capacidad para satisfacer la

demanda proyectada. Además, se muestra la solución constructiva que se propone para

cada uno de ellos. Los planos propuestos para el proyecto se muestran al final de este

capítulo, en varias ocasiones se hará referencia en las siguientes secciones.

6.1 Escogencia del escenario de diseño

Al observar los resultados de las proyecciones de demanda basado en el criterio de

saturación se nota cómo los escenarios B y C son los más críticos, si se toma en cuenta

únicamente los caudales de diseño obtenidos. Sin embargo, los escenarios A y B son los que

más representan las características de la comunidad de El Mastate, esto desde el punto de

vista poblacional y del crecimiento de actividades tanto reproductivas como comerciales.

Mientras el escenario A tiene más peso en el aspecto poblacional, el escenario B muestra

mayor crecimiento comercial. Por otro lado, el escenario C aunque presenta caudales de

diseño similares al caso B, muestra un gran crecimiento poblacional que podría estar

sobreestimado si se toma como punto de comparación el escenario D.

Por todas estas razones y porque representa los caudales de diseño más críticos, se escoge

el escenario B como el caso de diseño para todo el sistema. Este escenario al ser el más

crítico, cubrirá a cualquiera de los otros en caso que se presente un crecimiento en la

demanda similar a ellos y diferente del caso B. Esto se demuestra posteriormente en los

diferentes análisis de sensibilidad del sistema.

6.2 Análisis hidráulico de los componentes del acueducto

En esta sección se describe detalladamente cada uno de los análisis hidráulicos realizados a

los elementos del sistema con el fin de garantizar que cada uno cumpla con la función

deseada. En algunos casos los elementos satisfacen los requerimientos desde el punto de

vista hidráulico mientras que en otros se plantean modificaciones o cambio total de los

componentes.

120

6.2.1 Obra de captación

La galería de infiltración mediante la cual se capta el recurso hídrico cuenta con una gran

capacidad volumétrica para la función que se requiere, tanto es así, que normalmente

durante el año existe un rebose permanente, el cual alimenta el cauce del Río Prendas, por

lo que la mayoría del tiempo se capta el recurso de buena forma.

Además de esto, la estructura se encuentra debidamente aislada de agentes externos como

animales y vegetación que puedan contaminar la fuente, también la conexión de las tuberías

de aducción y de rebalse se encuentran bien ubicadas para garantizar la captación y

evacuación del agua, respectivamente.

Por otro lado, la administración de esta obra no le compete únicamente a la ASADA de El

Mastate sino que en conjunto a las tres ASADAS que se abastecen del manantial.

Por estas razones, para efectos de este trabajo, no se proponen mejoras para la obra de

captación.

6.2.2 Tubería de aducción

Se entiende como tubería de aducción a la que transporta el agua desde la obra de

captación, hacia algún tanque de almacenamiento o en este caso al tanque de distribución.

A pesar que, al igual que la obra de captación, este componente no es administrado

únicamente por la ASADA de El Mastate, se analizó la capacidad hidráulica de la tubería del

sistema. Esta tubería como se mencionó anteriormente se encuentra en PVC con diámetro

nominal de 150 mm y cédula SDR 32,5.

Caudal de diseño

Según las Normas para el Diseño de Proyectos de abastecimiento de Agua Potable en Costa

Rica del AyA, se establece el caudal máximo diario (Qmd) como caudal de diseño para las

obras de captación siempre que sea un sistema por gravedad y cuente con tanque de

almacenamiento. Como el sistema cumple con los requisitos anteriores, el caudal de diseño

tendría que ser 17,82 l/s que equivale al caudal registrado en el ¡Error! No se encuentra

l origen de la referencia. multiplicado por tres debido a que se supone una distribución

equitativa entre las tres ASADAS que se abastecen del manantial. Sin embargo, siendo

conservador se decidió evaluar el caudal aforado promedio equivalente a 18,02 l/s y se

121

analizó hidráulicamente según lo explicado en el marco teórico para tuberías de conducción

Sección 2.3.3.

Resultados del análisis hidráulico

En el Cuadro 6-1 se muestran los resultados obtenidos del análisis hidráulico de la tubería

de aducción existente en el sistema y bajo las condiciones descritas en la sección anterior.

Como consideración adicional se tienen que se tomó un factor de Hazen-Williams (C) igual

a 140.

Cuadro 6-1. Resultados del análisis hidráulico de la tubería de aducción

Parámetro Magnitud Parámetro Magnitud

Tramo ADUCCIÓN V1 (m/s) 0,92

Pmáx. de tubería,diseño (mca) 70,40 V2 (m/s) 1,99

G.A supuesto (mca) 70,02 ¿Cumple Rangos de velocidades? CUMPLE

Elevación inicial (m) 2224,44 C1 337,95

Elevación final (m) 2224,06 C2 360,76

hf (m) 0,38 Área equivalente (m2) 0,01

Ho (m) 0,38 Veloc. equivalente (m/s) 1,58

Longitud (m) 16,24 Celeridad Equivalente 351,61

D exacto (mm) 116,37 Periodo de la tubería (s) 0,09

D interior Superior (mm) 157,92 Tiempo de cierre (s) 15,00

D interior Inferior (mm) 107,28 Tipo de cierre lento

Espesor 1 (mm) 3,51 hmax Michaud V. (m) 0,35

Espesor 2 (mm) 2,74 K 73,89

K1 9,06 theta 162,38

K2 59,58 Z2 1,04

L1 (m) 6,27 Hmax Allievi (m) 0,02

L2 (m) 9,97 Energía tub.1 2224,41

hf1 (m) 0,03 Energía tub.2 2224,06

hf 2 (m) 0,35 G.A supuesto (mca) 70,02

hf total 0,38 hmax Allievi (mca) 0,02

A1 (m2) 0,02 hmax-G.A.sup -70,00

A2 (m2) 0,01 ¿Cumple G.A.? CUMPLE

Como se observa en el cuadro anterior, al evaluar el tramo con las tuberías inmediatamente

superior e inferior al diámetro exacto calculado, se presenta que de manera óptima se podría

trabajar con tuberías de diámetros nominales de 150 mm y 100 mm respectivamente. Como

el sistema cuenta con tubería de 150 mm para la totalidad del tramo, se puede asegurar

122

que no hay problemas de capacidad, sino un excedente de energía en la entrada al tanque

de distribución. También se resalta que al ser un tramo tan corto y con poca diferencia de

elevación, la presión no representa algún problema para la tubería.

Por todas estas razones, se decide no proponer alguna mejora para este componente del

sistema.

6.2.3 Tanque de distribución

Al igual que los dos anteriores componentes, este elemento es administrado en conjunto

por las tres ASADAS, además, se trata de un tanque con poca capacidad volumétrica ya que

su función principal es garantizar la captación del agua. Por esta razón, al igual que la obra

de captación, este se mantiene lleno y rebosando durante la mayor parte del año y por tanto

no existen problemas para la captación del agua por cada una de las ASADAS. Lo que se

presenta es cierta incertidumbre ya que no se tiene certeza de la cantidad de agua que

capta cada ASADA y por tanto si la distribución es equitativa.

Para este componente no se proponen mejoras en la estructura del tanque ni las conexiones

de tuberías al mismo pero sí se propone la incorporación de un macromedidor en la

captación de la ASADA de El Mastate, de forma que se tenga certeza del caudal producido

para el sistema de estudio. Este tema se comenta más adelante en las propuestas

constructivas de medición del sistema.

6.2.4 Tubería de conducción

A diferencia de los elementos anteriores, esta tubería sí es administrada un cien por ciento

por la ASADA de El Mastate. Inicialmente lo que se realizó es un análisis similar al de la

tubería de aducción. No obstante, a diferencia de esta última, la tubería de conducción sí

presenta una longitud considerable y grandes variaciones de elevación.

Criterios de análisis

A continuación se enlistan los diferentes criterios utilizados para el análisis de la tubería de

conducción en el sistema:

1. Coeficiente de Hazen-Williams: 140

2. Presión de diseño (tubería SDR 26): 89,6 mca

3. Velocidades permisibles (mínima-máxima): 0,6 m/s - 5 m/s

4. Tiempo de cierre mínimo (tc): 10 segundos

123

5. Caudal de diseño (Qmd según Norma AyA): 5,94 l/s

Resultados del análisis hidráulico de la tubería de conducción

De acuerdo con el análisis hidráulico y siguiendo la teoría de la Sección 2.3.3, se obtienen

los resultados del Cuadro 6-2 (Hazen Williams) y en el anexo D (Darcy Weisbach).

Cuadro 6-2. Resultados del análisis hidráulico de la tubería de conducción

Parámetro Magnitud Parámetro Magnitud

Tramo CONDUCCIÓN V1 (m/s) 1,12

Pmax.tubería,diseño (mca) 89,60 V2 (m/s) 1,12

G.A supuesto (mca) 56,75 ¿Cumple Rangos de velocidades? CUMPLE

Elevación inicial (m) 2223,56 C1 452,42

Elevación final (m) 2190,71 C2 452,42

hf (m) 32,85 Área equivalente (m2) 0,01

Ho (m) 32,85 Veloc. equivalente (m/s) 1,12

Longitud (m) 857,85 Celeridad Equivalente 452,42

D exacto (mm) 69,08 Periodo de la tubería (s) 3,79

D interior Superior (mm) 82,04 Tiempo de cierre (s) 10,00

D interior Inferior (mm) 82,04 Tipo de cierre lento

Espesor 1 (mm) 3,43 hmax Michaud V.(m) 19,65

Espesor 2 (mm) 3,43 K 0,79

K1 220,01 theta 2,64

K2 220,01 Z2 1,30

L1 (m) 857,85 hmax Allievi (m) 9,86

L2 (m) 0,00 Energía fin tub.1 (m) 2209,34

hf1 (m) 14,22 Energía fin tub.2 (m) 2209,34

hf 2 (m) 0,00 G.A supuesto (mca) 56,75

hf total (m) 14,22 hmax-G.A.sup -46,89

A1 (m2) 0,01

¿Cumple G.A.? CUMPLE A2 (m2) 0,01

Como se aprecia en el cuadro anterior, sólo se analizó un diámetro ya que es el único que

existe en el acueducto, de esta forma se obtienen los resultados asociados a la tubería de

conducción y se puede evaluar la condición real del tramo de tubería.

Además, de estos resultados, se analizó si en el tramo en cuestión existirían presiones

negativas o sobrepresiones para la configuración que se prueba. Las últimas se evaluaron

mediante el criterio de decisión del golpe de Ariete (G.A.) en donde se compara el golpe de

ariete supuesto inicial con el calculado mediante el método de Allievi. Según este, la

124

suposición inicial representa una sobrepresión mucho mayor a la calculada y por esto el

tramo no presentaría problemas de sobrepresiones. Sin embargo, generalmente se busca

que el golpe de ariete calculado tienda a la suposición inicial, de esta forma se obtendría un

diseño óptimo. Esto claramente no se presentó en el caso de análisis y se debió básicamente

a la topografía del tramo. Al observar el perfil topográfico del tramo en la Figura 6-1 se nota

la presencia de un “sifón invertido” por la forma del relieve que asemeja un “U” y esto obligó

a colocar un tanque hasta un punto donde por gravedad se pueda captar el agua hacia

aguas abajo y por tanto en el tramo del sifón invertido no fue posible colocar algún tanque.

Además, se debió evaluar si, en el punto más bajo del perfil, la tubería resiste la presión

máxima de diseño. Como se vio en el cuadro anterior, se tiene que la tubería SDR26 cuenta

con una presión de diseño de 89,6 mca, al evaluar el punto más bajo del tramo, se tiene

que la elevación de este es de 2158,147 msnm. De esta forma, al conocer la elevación inicial

del tramo (2223,56 msnm) y la máxima sobrepresión por golpe de ariete (9,86 m), es posible

evaluar la siguiente condición:

𝑃𝑑𝑖𝑠𝑒ñ𝑜 ≥ 𝐸𝑙𝑒𝑣𝑎𝑐𝑖ó𝑛𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 − 𝐸𝑙𝑒𝑣𝑎𝑐𝑖ó𝑛𝑝𝑡𝑜 𝑏𝑎𝑗𝑜 + 𝐺. 𝐴.

89,6 𝑚 ≥ 2223,56 𝑚 − 2158,147 𝑚 + 9,86 𝑚 = 75,273 𝑚

Como dicha condición se cumple, la tubería tiene gran capacidad para resistir la presión

máxima en el punto más bajo del tramo.

Por otra parte, se evaluó la presencia de presiones negativas, para esto se presenta la Figura

6-1 donde se muestra detalladamente el perfil topográfico, la línea de tubería, la línea de

energía, la sobrepresión por Golpe de Ariete y las válvulas que se proponen para el tramo

en cuestión. Estas últimas se describen más adelante en la Sección 6.6 Al observar dicha

figura se muestra como la línea de energía no es interrumpida en algún punto por el perfil

topográfico del tramo. Esta simple observación bastó para afirmar que el tramo no presenta

presiones negativas.

Como aspecto adicional del análisis está el sobrante de energía que se presenta al final del

tramo, en la llegada al tanque de almacenamiento. Esto se refleja en la diferencia entre las

elevaciones de la línea de energía y la línea de tubería en el punto final. Esta diferencia es

de 18,63 mca. Para disipar dicha energía, se propone colocar un codo de 90 grados en la

entrada al tanque de almacenamiento con el fin de desviar el agua contra el volumen

almacenado y así contrarrestar este efecto.

125

Figura 6-1. Perfiles para el tramo de conducción producto del análisis hidráulico

2150

2160

2170

2180

2190

2200

2210

2220

2230

2240

2250

0 60 120 180 240 300 360 420 480 540 600 660 720 780 840 900 960

Elev

ació

n (

msn

m)

Longitud (m)

Línea Estática Perfil del tramo de conducción Línea de energía Tubería 3 pulg SDR26

Válvulas de corte Válvulas de aire Válvulas de purga GA

126

Debido a que la tubería que existe en el sistema cumple satisfactoriamente con los

requerimientos hidráulicos deseados, no se plantea modificación en cuanto a cambios en

las tuberías. Se propone la debida instalación de la tubería, es decir, colocarla de manera

subterránea en la totalidad del tramo para así evitar situaciones como la que se presentó

en la Figura 4-6 donde se evidencia como la tubería se encuentra expuesta y por tanto se

presenta el riesgo de que se fisure debido a la falta de estabilidad. Estas y otras propuestas,

se describen ampliamente en la sección de propuestas constructivas.

6.2.5 Tanques de almacenamiento

Como se mencionó en el marco teórico, el tanque de almacenamiento se debe diseñar para

regular la demanda de la población, abastecer en caso de incendio, contar con un volumen

para emergencias o interrupciones del sistema y para garantizar que las presiones de la red

de distribución cumplan con lo mínimo establecido en la legislación. En este mismo orden

se procede a explicar la obtención de la capacidad requerida de almacenamiento para el

sistema.

Regulación de la demanda

Para conocer el volumen de agua necesario para garantizar que a toda hora del día se podrá

abastecer a la población, se parte de un análisis de curva masa como se describió en el

marco teórico.

De esta forma, como el sistema de El Mastate no cuenta con un sistema de macromedición,

no fue posible determinar la variación horaria del consumo de la población. Por esto, se

buscó una curva de variación horaria que presente condiciones similares a la que se plantea

en El Mastate. Al consultar en el AyA, se facilitó una curva de una comunidad cercana, Los

Ángeles de Grecia, que presenta características similares a la del estudio. La ubicación de la

misma se muestra en la Figura 6-2 en la que a su vez muestra la ubicación de la zona de

interés de este estudio. Asimismo, en la Figura 6-3 se muestra la curva de variación horaria

de la misma comunidad. Esta curva se obtuvo con base en las mediciones de la empresa

CHG Consultores, del 29 al 30 de junio de 2011.

127

Figura 6-2. Ubicación de la comunidad de Los Ángeles de Grecia

Fuente: Google Earth, 2015

Figura 6-3. Curva de variación horaria de Los Ángeles de Grecia

Fuente: Oficina de Acueductos Rurales AyA, 2015

0

2

4

6

8

10

12

0:00:00 3:00:00 6:00:00 9:00:00 12:00:00 15:00:00 18:00:00 21:00:00 0:00:00

Cau

dal

(l/

s)

Hora

128

Conociendo dicha información fue posible obtener una curva de variación horaria en

términos de porcentaje del consumo diario y con esto seguir el procedimiento descrito en el

marco teórico para obtener un porcentaje del caudal máximo diario correspondiente al

mayor déficit y otro correspondiente al mayor superávit. Con base en estos, al sumarlos se

obtuvo el porcentaje total del caudal máximo diario necesario para regular la demanda de

la población. En el anexo D, se muestra detalladamente el desarrollo del análisis de curva

masa. A continuación se muestra la Figura 6-4 donde se compara la curva integral de

suministro con la curva integral de consumo y se señalan los puntos de mayor déficit y

mayor superávit, respectivamente.

Figura 6-4. Comparación de curvas integrales de consumo contra suministro

Como resultado se obtiene que al sumar los máximos superávit y déficit se obtiene un

porcentaje de 20,44% del caudal máximo diario.

129

Con base en este porcentaje se calculó los volúmenes de almacenamiento requeridos para

regular la demanda en cada uno de los escenarios que se evaluaron. Para obtener estos

volúmenes simplemente se multiplicó el volumen equivalente a un día del caudal máximo

diario por el porcentaje conseguido. Los resultados se muestran en el Cuadro 6-3.

Cuadro 6-3. Resultados por escenarios del volumen de regulación de la demanda

Volumen A (m3) B (m3) C (m3) D (m3)

Regulación de la demanda 87,65 104,97 102,09 66,02

Como se observa, el escenario B es el mayor de todos y por tanto se adopta este como

volumen de diseño para regular la demanda de la población.

Reserva para incendio

A pesar que AyA propone ciertos volúmenes para reserva de incendio (se mostraron en el

Cuadro 2-3), también es necesario cumplir con los requerimientos del Benemérito Cuerpo

de Bomberos de Costa Rica. Se buscó asesoría en la Unidad de Ingeniería de dicha

institución y se mencionó la necesidad de cumplir con los requerimientos de caudal y presión

que se mostraron en el Cuadro 2-4. Como se puede observar, a pesar que no es una zona

urbana (Z1) se debe brindar un caudal de 500 GPM en caso de que los bomberos lo

requieran. Este caudal equivale a 31,5 l/s, muy superior a los 6 l/s que produce la naciente.

Es por esto que se requiere al almacenamiento de un volumen equivalente al caudal de 500

GPM por una duración de 30 minutos, según lo conversado con la Unidad de Ingeniería.

Ahora, para disponer de ese volumen, según una entrevista con la Ing. Karol Boza de la

Unidad de Ingeniería del Cuerpo de Bomberos de Costa Rica, se propusieron 2 opciones

para el sistema de interés:

1. Diseñar la red de distribución de forma que se disponga de un diámetro mínimo de

4 pulgadas (100 mm) en puntos específicos para la colocación de hidrantes. A pesar

que se establece el diámetro mínimo, este puede ser mucho mayor ya que se

requiere cumplir con el caudal de 500 GPM, en la hora de máximo consumo y durante

30 minutos, puesto que el incendio podría ocurrir en cualquier momento. Además,

en dichos puntos se deberá mantener una presión mínima de 20 PSI que

aproximadamente son los 15 mca que exigen AyA como mínimos.

130

2. Añadir un volumen equivalente a los 500 GPM por 30 minuto (56,7 m3 ≈ 57 m3) al

sistema de almacenamiento. Este volumen tendría que ser dedicado únicamente

para disposición de los bomberos, es decir, se debe garantizar la permanencia de

dicho volumen en los tanques de almacenamiento. De esta forma, se debe colocar

una salida en tubería de 6 pulgadas (150 mm) con un tapón de forma que la unidad

o camión de bomberos pueda bombear el agua del tanque donde se tenga

almacenada. Además de la tubería de salida, se deben implementar los diferentes

accesorios para garantizar que el bombeo se dé de forma adecuada, evitando la

entrada de aire a la tubería de salida, en el momento del bombeo. Si se adopta esta

opción, la red de distribución se puede diseñar para los caudales demandados,

únicamente.

Como se nota, en cualquiera de las opciones, se debe garantizar un caudal de 500 GPM por

30 minutos, por tanto el volumen escogido para reserva de incendio para cualquier

escenario es de 57 m3. Más adelante, en el análisis de costos, se explica cómo la opción

2 es la más apropiada en términos monetarios y por tanto el porqué de su elección para la

propuesta del sistema.

Reserva para emergencias e interrupciones

Según la norma de diseño del AyA y lo mostrado en el Cuadro 2-5, se debe disponer de un

volumen equivalente a 4 horas del Qpd. Sin embargo, para efectos de análisis se siguió la

teoría propuesta en el libro de López, en donde se propone estimar el volumen de regulación

de la demanda como ya se explicó y amplificar dicho volumen mediante un factor de

seguridad para considerar el volumen de emergencias e interrupciones. Para efectos de este

trabajo se utiliza un factor de seguridad (FS=1,2) para obtener el volumen de

almacenamiento requerido total. Si se compara con lo propuesto por el AyA, cuatro horas

del Qpd equivalen a 0,17 (4/24) del volumen total promedio diario. Al observar esto, se nota

como el factor de seguridad adoptado cubre el volumen establecido por el AyA.

En el Cuadro 6-4 se muestra el resumen general de los volúmenes de almacenamiento por

cada escenario.

131

Cuadro 6-4. Resumen por escenarios del volumen de almacenamiento requerido

Volumen A (m3) B (m3) C (m3) D (m3)

Regulación de la demanda 87,65 104,97 102,09 66,02

Incendio 57,00 57,00 57,00 57,00

Emergencias y reparaciones 17,53 20,99 20,42 13,20

TOTAL 162,18 182,97 179,51 136,22

Como se observa y era de esperarse, el volumen de almacenamiento que rige el diseño es

el asociado al escenario B y por tanto se tendría que adoptar un volumen de 183 m3.

Adicionalmente al volumen obtenido, debido a la configuración que se propone del sistema

de almacenamiento, es necesario considerar el efecto del bombeo por parte de la unidad de

bomberos, en caso de un incendio. Para esto se debe garantizar que la bomba no succione

aire y por tanto se define el “nivel de sumergencia”. Este se establece como el nivel mínimo

del agua por encima de la corona del tubo de salida del tanque para que no se genere un

vórtice que ingrese por el mismo tubo y por tanto genere la presencia de aire en el agua en

el momento del bombeo. Geométricamente se define como entre 2 y 3 veces el diámetro

de la tubería de salida.

Como la tubería de salida del sistema de almacenamiento se propone en 75 mm se debe

garantizar un nivel mínimo de 19 cm por encima de la corona del tubo. Debido al sistema

de tanques que se propone, este nivel equivale a un volumen de 13 m3 que habría que

añadir a los 183 m3 obtenidos previamente. Se realiza esta adición ya que al garantizar el

nivel de sumergencia, dicho volumen asociado a los 19 cm no se debe considerar como

almacenamiento útil del sistema, debido a que el tanque no deberá bajar de dicha altura.

Por estas razones se adopta un volumen de almacenamiento de 196 m3. En la sección de

propuestas constructivas y en el análisis de costos se describe detalladamente el sistema de

tanques que se plantea.

Ubicación del sistema de almacenamiento

Como se mencionó al inicio de esta sección, el sistema de almacenamiento es el encargado

de definir las presiones para cada uno de los nodos o puntos de consumo de la red de

distribución. En este caso, como limitante del trabajo, se tiene la ubicación del nuevo sistema

de almacenamiento. Al no tener definido este lugar, se parte de una condición conservadora

132

al tomar una posición cercana al tanque de almacenamiento existente del sistema. Esta

suposición es muy probable que se cumpla según lo mencionado por el presidente de la

ASADA. El diseño propuesto deberá ser revisado una vez definida la ubicación del sistema

de almacenamiento, ya que podrían variar diferentes elementos en la red de distribución,

desde diámetros de tubería hasta los diferentes accesorios que se proponen.

6.2.6 Red de distribución

Generalidades

Para comprender los resultados que se muestran en esta sección, es importante aclarar

ciertos puntos que se demuestran posteriormente.

1. El diseño que se muestra es producto de un análisis de los escenarios A, B y C, en

donde se contempló la influencia de diferentes factores como por ejemplo, la

presencia o ausencia de hidrantes en la red, la distribución de caudales teóricos por

unidad de longitud de tubería y la distribución de caudales teóricos puntuales para

cada uno de los escenarios. Como resultado de este análisis, se verificó que el

escenario B rige sobre los demás, esto se demuestra en el análisis de sensibilidad, y

por tanto los datos que se presentan en esta sección son los referentes a dicho

escenario.

2. Debido a las variaciones grandes en elevación (mayores a 100 m) que existen a lo

largo de la red de distribución, se introducen válvulas reductoras de presión con el

fin de liberar dicha presión y que no se afecten las tuberías que se proponen. Se

descarta por completo la utilización de tanques quiebra gradientes.

3. Se proponen varios tramos de tubería y nodos ficticios con el fin de garantizar que

el recurso hídrico podrá ser abastecido hasta las zonas altas del área de cobertura

de la ASADA, en caso que en algún momento exista demanda en dichos lugares y

por tanto el sistema quede provisto para esto.

4. El diseño hidráulico se realizó siguiendo el levantamiento topográfico realizado. A

pesar que el alineamiento horizontal de la tubería varío en algunos tramos, se verificó

que estos cambios no representan gran diferencia en cuanto a las presiones y

velocidades del agua en las tuberías y por tanto el diseño se considera adecuado.

5. Los diámetros de tubería mostrados como resultado del diseño corresponden a los

diámetros medios internos de las tuberías.

133

Criterios de diseño hidráulico

A continuación se enlistan los diferentes criterios utilizados para el análisis de las tuberías

de la red de distribución:

1. Coeficiente de Hazen-Williams: 140

2. Presión de diseño (tubería SDR 32,5): 70,4 mca

3. Presión de diseño (tubería SDR 26): 89,6 mca

4. Velocidades permisibles (máxima): 2,50 m/s

5. Tiempo de cierre mínimo (tc): 10 segundos

6. Caudal de diseño (Qmh según Norma AyA): 7,72 l/s

7. Presión dinámica mínima: 15 mca

8. Presión de funcionamiento máxima, para terrenos con altas pendientes, en relación

con el nivel medio del tanque en la condición de presión estática nocturna : 75 mca

9. Elevación del nivel medio del sistema de almacenamiento: 2188,596 msnm

Cabe destacar que los resultados obtenidos mediante la teoría de Darcy-Weisbach se

muestran en el anexo D. Estos presentaron datos muy similares a los obtenidos mediante

la teoría de Hazen-Williams y por esta razón únicamente esos últimos se presentan en las

secciones siguientes.

Definición de nodos de la red de distribución

En la Sección 4.6 se presentó la distribución de usuarios a lo largo de la red de distribución.

Se nota como algunos de ellos se encuentran concentrados en ciertas zonas mientras que

otros se hallan dispersos. Por esta razón, para el diseño de la red se decidió agrupar los

usuarios y distribuirlos en nodos a distancias similares unos de otros. Para esto, se aglomeró

cierta cantidad de usuarios y se colocó un nodo en el punto de la prevista que se encuentra

más aguas abajo, de esta forma se asegura que el caudal en dicho nodo cubre la demanda

de los diferentes usuarios incluidos.

En el Cuadro 6-5 se muestra la agrupación realizada por nodo, según los números de

previstas, junto con la distancia con respecto al sistema de almacenamiento y la elevación

correspondiente. Por otro lado, en la Figura 6-5 y en los planos propuestos para el proyecto

se puede observar la ubicación de cada uno de los nodos.

134

Figura 6-5. Ubicación de nodos de la red de distribución analizada

135

Cuadro 6-5. Definición de nodos de la red (agrupación de previstas)

Nodo Descripción Distancia (m) Cota (msnm)

1 P#1 24,84 2185,291

2 P#3 65,32 2180,501

3 P#2* 143,97 2173,167

4 P#35 y 36 223,8 2166,568

5 P#37 297,08 2159,034

U1 Unión tubería principal con servidumbre 370,97 2151,953

6 P#11 418,56 2150,331

7 P#4,5,7,9 y 10 628,1 2137,896

8 P#6 702,08 2122,104

9 P#8 758,83 2108,068

10 P#42 957,66 2079,944

11 P#12 519,08 2142,597

12 P#14, 15, 16,38,13 654,88 2149,661

13 P#17, 18 y 19 716,92 2150,679

14 P#20,21,22 798,22 2150,148

15 P#23 907,35 2149,98

16 P#24,25,26 1047,93 2139,396

17 P#27,28 1136,21 2130,695

18 P#29, 30 1294,45 2114,403

19 P#31 1388,36 2105,661

20 P#32,33,34 1541,48 2095,879

21 P#39,40 2216,17 2037,465

22 P#42 647,08 2171,034

23 P#41 1003,22 2172,648

24 P#43 1207,35 2162,48

25 P#44 2136,21 2155,695

PA1 - 507,08 2180,034

PA2 - 1132,35 2171,98

PA3 - 1286,21 2143,195

*Reubicación

Como puntos por resaltar se tienen la reubicación de la prevista número 2 y la presencia de

nuevas previstas (36-44) y los puntos PA1, PA2 y PA3. Al observar la lámina del anexo citado

anteriormente, se podrá observar que las nuevas previstas (42-44) obedecen a los puntos

finales y ficticios en las zonas altas, mientras que el resto (36-41) corresponden a previstas

que se podrían presentar en un futuro producto del crecimiento proyectado de cada uno de

los tipos de usuarios. Por otra parte, los puntos PA1, PA2 y PA3 hacen referencia a puntos

altos (PA) situados en los tramos ficticios planteados, estos se tomaron en cuenta para

analizar las presiones que se presentarían en estos puntos.

136

Diseño hidráulico utilizando una distribución de caudales por longitud de tubería

En el marco teórico, específicamente en la Sección 2.3.4, se mencionó que generalmente

se utiliza una distribución teórica de caudales por longitud de tubería, es decir, se divide el

caudal de diseño entre la cantidad total de metros de tubería para obtener un caudal por

unidad de longitud. Sin embargo, también se mencionó que este método no se considera

válido si existen demandas puntuales que tienen una magnitud considerablemente mayor

con respecto al resto, esto ya que si en un nodo se requiere un gran caudal, es probable

que no se satisfaga la demanda si se utiliza este método.

Por esta razón se evaluó esta opción y se comparó con una distribución de caudales

puntuales que se explica posteriormente.

Con base en los criterios de diseño y lo descrito en el marco teórico se diseñó la red de

distribución partiendo del nudo crítico, hasta llegar al sistema de almacenamiento. La

distribución de caudales utilizados y el diseño hidráulico se muestra detalladamente en el

anexo D. A manera de resumen, se muestra el Cuadro 6-6 donde se presenta el

dimensionamiento de las tuberías y el Cuadro 6-7 donde se encuentran las cargas y

presiones para cada uno de los nodos.

Diseño hidráulico utilizando una distribución de caudales puntual

En algunos casos, en las redes de distribución existen demandas puntuales que superan el

promedio de los demás usuarios, es por esto que se requirió analizar si distribuyendo

puntualmente los caudales, el diseño de la red se veía modificado de alguna forma. En el

caso de la comunidad de El Mastate, existen caudales puntuales considerables si se

comparan con las demandas de las casas. Las lecherías y plantaciones demandan gran

cantidad de agua en comparación con los hogares y por esto fue necesario evaluar este

caso. Para esto, se realizó una distribución de forma que concuerde con los usuarios actuales

y el uso del suelo histórico de la zona. Se buscó asentar la mayoría de hogares en las zonas

más llanas mientras que las lecherías y plantaciones en las zonas escarpadas. Además los

hoteles y restaurantes se supusieron distribuidos tanto en zonas llanas como en zonas altas.

De esta forma, la mayoría de la demanda se planteó en las zonas más aguas abajo en la

zona de interés. Esta distribución se presenta en la Figura 6-6.

137

Cuadro 6-6. Dimensionamiento hidráulico de red de distribución (caudales por longitud de tubería)

Nodo Tramo Longitud tramo(m) Q ruta (l/s) D escogido (mm) V (m/s)

1 A: 0 a 1 24,84 7,724 157,92 0,39

2 B:1 a 2 40,48 7,682 157,92 0,39

3 C: 2 a 3 78,65 7,615 157,92 0,39

4 D: 3 a 4 79,83 7,485 157,92 0,38

5 E: 4 a 5 73,28 7,353 157,92 0,38

U F: 5 a U 73,89 6,651 157,92 0,34

11 G: U a 11 148,11 5,678 157,92 0,29

12 H: 11 a 12 135,8 5,310 157,92 0,27

13 I: 12 a 13 62,04 5,084 157,92 0,26

14 J: 13 a 14 81,3 4,982 157,92 0,25

15 K: 14 a 15 109,13 4,507 157,92 0,23

16 L: 15 a 16 140,580 3,828 83,42 0,70

17 N: 16 a 17 88,28 3,595 83,42 0,66

18 O:17 a 18 158,240 1,791 56,63 0,71

19 P: 18 A 19 93,910 1,528 56,63 0,61

20 Q: 19 A 20 153,12 1,373 56,63 0,54

N VRP5 R1: 20 a VRP5 269,830 1,12 56,63 0,44

21 R2:VRP5 a 21 404,860 1,119 56,63 0,44

6 S: U a 6 47,590 0,973 56,63 0,39

7 T: 6 a 7 209,540 0,894 56,63 0,35

8 U:7 a 8 73,980 0,546 56,63 0,22

9 V: 8 a 9 56,750 0,424 56,63 0,17

10 W:9 a 10 198,830 0,330 55,71 0,13

PA1 AA: 5 A PA1 210,000 0,580 56,63 0,23

22 BB:PA1 a 22 140,000 0,580 56,63 0,23

23 DD: 14 a 23 205,000 0,340 56,63 0,13

138

Nodo Tramo Longitud tramo(m) Q ruta (l/s) D escogido (mm) V (m/s)

PA2 EE: 15 a PA2 225,000 0,497 56,63 0,20

24 FF:PA2 a 25 75,000 0,497 56,63 0,20

PA3 GG:17 a PA3 150,000 1,658 56,63 0,66

25 HH: PA3 a 26 850,000 1,658 56,63 0,66

Cuadro 6-7. Resultados del diseño hidráulico de red de distribución (caudales por longitud de tubería)

Nodo Carga (mca) Presión (mca)

Anterior Posterior Anterior Posterior

1 2188,60 2188,57 0,00 3,28

2 2188,57 2188,52 3,28 8,02

3 2188,52 2188,44 8,02 15,27

4 2188,44 2188,36 15,27 21,79

5 2188,36 2188,28 21,79 29,25

U 2188,28 2188,22 29,25 36,27

11 2188,22 2188,13 36,27 45,53

12 2188,13 2188,05 45,53 38,39

13 2188,05 2188,02 38,39 37,34

14 2188,02 2187,98 37,34 37,83

15 2187,98 2187,93 37,83 37,95

16 2187,93 2186,98 37,95 47,59

17 2186,98 2186,45 47,59 55,75

VRP3 2186,45 2150,76 55,75 20,07

18 2150,76 2149,03 20,07 34,63

19 2149,03 2148,27 34,63 42,60

20 2148,27 2147,24 42,60 51,36

VRP4 2147,24 2130,94 51,36 35,06

139

Nodo

Carga (mca) Presión (mca)

Anterior Posterior Anterior Posterior

N VRP5 2130,94 2129,72 35,06 56,77

VRP5 2129,72 2097,72 56,77 24,77

21 2097,72 2095,87 24,77 58,4

6 2188,22 2188,05 36,27 37,72

VRP1 2178,27 2178,9 40,37 28,57

7 2178,9 2178,27 28,57 40,37

8 2178,27 2178,18 40,37 56,07

VRP2 2178,9 2151,45 56,07 29,35

9 2151,45 2151,41 29,35 43,34

10 2151,41 2151,31 43,34 71,37

PA1 2188,28 2188 29,25 7,96

22 2188 2187,81 7,96 16,77

23 2188,02 2187,92 37,34 15,27

PA2 2187,93 2187,7 37,95 15,72

24 2187,7 2187,63 15,72 25,15

PA3 2186,45 2185,03 55,75 41,83

25 2185,03 2176,96 41,83 21,27

Puntos con presiones inferiores al mínimo (P < 15 mca)

140

Figura 6-6. Distribución de usuarios puntual planteada para el escenario B

De esta manera, se agregaron diferentes usuarios (ficticios) a cada uno de los nodos

planteados inicialmente con el fin de saturar la zona y diseñar para dicho escenario. En el

Cuadro 6-8 se presenta el dimensionamiento de las tuberías y en el Cuadro 6-9 se

encuentran las cargas y presiones para cada uno de los nodos.

Análisis y comparación de los diseños hidráulicos planteados

Al comparar los resultados de ambos diseños, se nota como las diferencias son mínimas.

Sin embargo, existe la diferencia en el tramo EE, el cual es ficticio. Mientras en el caso de

distribución de caudales por longitud de tubería se obtuvo un diámetro de 50 mm, cuando

la distribución de los caudales es puntual, se requiere colocar tubería de 62 mm en el mismo

tramo.

Para efectos constructivos, debido a que el cambio de diámetros se presenta en un tramo

ficticio, se puede considerar que los dos diseños concuerdan o que son equivalentes.

141

Cuadro 6-8. Dimensionamiento hidráulico de red de distribución (caudales puntuales)

Nodo Tramo Longitud tramo(m) Q ruta (l/s) D escogido (mm) V (m/s)

1 A: 0 a 1 24,84 7,724 157,92 0,39

2 B:1 a 2 40,48 7,671 157,92 0,39

3 C: 2 a 3 78,65 7,640 157,92 0,39

4 D: 3 a 4 79,83 7,624 157,92 0,39

5 E: 4 a 5 73,28 7,558 157,92 0,39

U F: 5 a U 73,89 7,410 157,92 0,38

11 G: U a 11 148,11 6,968 157,92 0,36

12 H: 11 a 12 135,8 6,874 157,92 0,35

13 I: 12 a 13 62,04 6,094 157,92 0,31

14 J: 13 a 14 81,3 5,925 157,92 0,30

15 K: 14 a 15 109,13 5,351 157,92 0,27

16 L: 15 a 16 140,580 4,100 83,42 0,75

17 N: 16 a 17 88,28 3,884 83,42 0,71

18 O:17 a 18 158,240 2,335 56,63 0,93

19 P: 18 A 19 93,910 2,165 56,63 0,86

20 Q: 19 A 20 153,12 2,149 56,63 0,85

N VRP5 R1: 20 a VRP5 269,830 1,38 56,63 0,55

21 R2:VRP5 a 21 404,860 1,380 56,63 0,55

6 S: U a 6 47,590 0,442 56,63 0,18

7 T: 6 a 7 209,540 0,210 56,63 0,08

8 U:7 a 8 73,980 0,099 56,63 0,04

9 V: 8 a 9 56,750 0,083 56,63 0,03

10 W:9 a 10 198,830 0,067 55,71 0,03

PA1 AA: 5 A PA1 210,000 0,081 56,63 0,03

22 BB:PA1 a 22 140,000 0,081 56,63 0,03

142

Nodo Tramo Longitud tramo(m) Q ruta (l/s) D escogido (mm) V (m/s)

23 DD: 14 a 23 205,000 0,212 56,63 0,08

PA2 EE: 15 a PA2 225,000 1,104 68,55 0,30

24 FF:PA2 a 25 75,000 1,104 56,63 0,44

PA3 GG:17 a PA3 150,000 1,532 56,63 0,61

25 HH: PA3 a 26 850,000 1,532 56,63 0,61

Cuadro 6-9. Resultados del diseño hidráulico de red de distribución (caudales puntuales)

Nodo Carga (mca) Presión (mca)

Anterior Posterior Anterior Posterior

1 2188,60 2188,57 0,00 3,28

2 2188,57 2188,52 3,28 8,02

3 2188,52 2188,44 8,02 15,27

4 2188,44 2188,35 15,27 21,78

5 2188,35 2188,27 21,78 29,24

U 2188,27 2188,20 29,24 36,24

11 2188,20 2188,06 36,24 45,46

12 2188,06 2187,94 45,46 38,28

13 2187,94 2187,90 38,28 37,22

14 2187,90 2187,84 37,22 37,69

15 2187,84 2187,78 37,69 37,80

16 2187,78 2186,70 37,80 47,30

17 2186,70 2186,08 47,30 55,39

VRP3 2186,08 2150,91 55,39 20,22

18 2150,91 2148,08 20,22 33,68

19 2148,08 2146,62 33,68 40,96

143

Nodo Carga (mca) Presión (mca)

Anterior Posterior Anterior Posterior

20 2146,62 2144,27 40,96 48,4

VRP4 2144,27 2126,69 48,4 30,81

N VRP5 2126,69 2124,89 30,81 51,94

VRP5 2124,89 2089,7 51,94 16,75

21 2089,7 2086,97 16,75 49,5

6 2188,2 2188,16 36,24 37,83

VRP1 2188,16 2170,58 37,83 20,25

7 2170,58 2170,54 20,25 32,64

8 2170,54 2170,53 32,64 48,43

VRP2 2170,53 2152,95 48,43 30,85

9 2152,95 2152,95 30,85 44,88

10 2152,95 2152,95 44,88 73

PA1 2188,27 2188,27 29,24 8,23

22 2188,27 2188,26 8,23 17,23

23 2187,9 2187,85 37,22 15,2

PA2 2187,78 2187,38 37,8 15,4

24 2187,38 2187,05 15,4 24,57

PA3 2186,08 2184,85 55,39 41,66

25 2184,85 2177,89 41,66 22,19

Puntos con presiones inferiores al mínimo (P < 15 mca)

144

Como aspectos importantes de resaltar del diseño se tienen los siguientes:

Se presentaron bajas velocidades en varias de las tuberías. Esto se debe a que la

gran mayoría de tubería fue regida por el criterio de diámetro mínimo del AyA (50

mm), además que para garantizar que el agua abastezca los puntos altos de la zona,

se ocupaba una pérdida mínima de energía, lo cual se logra mediante grandes

diámetros, que a su vez reducen la velocidad ya que los caudales no son muy altos

para la capacidad que poseen las tuberías.

Existen puntos en donde las presiones resultantes son menores al mínimo

establecido por el AyA. Debido a que no se conoce con certeza la ubicación del

sistema de abastecimiento y que conservadoramente se adoptó una posición cercana

al tanque existente, estos puntos no podrán ser abastecidos de la forma deseada,

especialmente el nodo 1. Como alternativas a esta situación se plantean ubicar el

sistema de almacenamiento de forma que al menos se logre brindar una presión

mínima de 10 mca (esto podría cambiar el diseño de la red) y de no ser posible, se

plantearía un sistema de bombeo exclusivo para los usuarios cercanos al sistema de

abastecimiento. Sin embargo, de esto no se tendría certeza hasta definir la ubicación

del sistema de almacenamiento.

Debido a las altas presiones que se presentan en el tramo W (entre nodos 9 y 10)

se propone cambiar la cédula de la tubería de 50 mm de SDR 32,5 a SDR 26. A pesar

que la presión de trabajo de la tubería SDR 32,5 es de 88 mca, se es conservador y

se propone dicho cambio. Este es el único tramo que se plantea con SDR 26 ya que

esta implementación representa un menor costo que introducir una válvula reductora

de presión adicional.

Al analizar los nodos ficticios (22 a 25) se observa como en la mayoría de ellos se

obtuvo presiones cercanas al límite mínimo de 15 mca establecido por el AyA. El

único nodo que se aleja de esto y que por tanto muestra mayores presiones es el

nodo 25. Para garantizar que dichas presiones se mantengan por encima del valor

límite, se recomienda no sobrepasar los gastos asociados en cada nodo. De esta

forma en los ramales o tramos ficticios “AA” hasta “HH” se plantea un límite de

usuarios para que así ellos puedan ser abastecidos tanto en la cantidad deseada

(caudal) como con la presión debida. En el Cuadro 6-10, de manera conservadora,

se muestra las limitantes que se plantean para cada uno de estos nodos. En dicho

145

cuadro se muestra la cantidad máxima estimada para usuarios tipo “casa” (casas de

4 habitantes). Por otro lado, en el Cuadro 6-13 se muestra la estimación de

equivalencia de usuarios tipo “casa” con respecto al resto. A manera de ejemplo, un

usuario tipo “comercio” que se refiere a un local comercial de no más de 600 m2

equivaldría, teóricamente, a 6 usuarios tipo “casa” y así respectivamente para cada

caso mostrado.

Cuadro 6-10. Recomendaciones de límite de usuarios tipo “casa” en nodos en las

zonas altas

Tramo de análisis Caudal máximo en el tramo(l/s) Usuarios tipo "casa"*

AA y BB 0,58 38

DD 0,34 26

EE y FF 1,11 65

GG y HH 1,66 94

*Usuario tipo “casa”: una vivienda con 4 habitantes permanentes

Cuadro 6-11. Aproximación de equivalencia entre usuarios tipo “casa” con otros

tipos

Usuario Descripción Equivalencia en

usuarios tipo "casa"

Restaurante En promedio 45 clientes diarios 2

Hotel Hospedaje máximo: 180 habitantes diarios 65

Comercio Local de no más de 630 m2 6

Plantación No más de 7000 m2 10

Lechería 1000 litros de leche producidos diariamente 11

6.3 Análisis de sensibilidad de la red de distribución

Una vez obtenido el diseño de la red de distribución fue posible evaluar qué sucede con la

misma al variar ciertas características del mismo, por ejemplo, la introducción o no de

hidrantes que introducen una gran demanda al sistema, la variación en la distribución de

usuarios, la variación en la demanda de la población, entre otros.

146

Para el presente proyecto se evaluaron los escenarios A, B y C estimados en la sección de

análisis de demanda. Estos últimos dos cuentan con características diferentes de demanda

y distribución de usuarios con respecto al escenario de diseño B, por lo que se utilizaron

para realizar el análisis de sensibilidad.

Para cada uno de los escenarios se realizó un análisis similar al descrito en la sección anterior

y se obtuvo los resultados que se muestran en el Cuadro 6-12 y Cuadro 6-13 .Al observar

dichos cuadros se verifica que a pesar que los diámetros y presiones obtenidos son muy

similares, el escenario B cubre en términos de capacidad hidráulica a los dos

restantes escenarios.

Adicionalmente, se analizó el escenario propuesto por el Cuerpo de Bomberos, en el que se

utilizaría hidrantes en dos puntos específicos. El análisis hidráulico se realizó para la

condición en el que el hidrante más lejano al sistema de almacenamiento estaría en

funcionamiento. Este estudio se hizo para la hora de máxima demanda, bajo la distribución

de usuarios puntual del escenario B y garantizando que en ese momento todos los usuarios

no verían interrumpido el abastecimiento.

Al observar los resultados del diseño para el caso en que se propone los hidrantes, se nota

la diferencia en cuanto a diámetros de tuberías, ya que para garantizar las condiciones

requeridas por los bomberos, habría que instalar tubería hasta de 10 y 12 pulgadas de

diámetro, lo que claramente eleva los costos de construcción significativamente.

Los diámetros de las válvulas reductoras de presión que se muestran en los siguientes

cuadros se obtuvieron siguiendo los criterios descritos más adelante en la sección de diseño

de accesorios adicionales (Sección 6.6).

6.4 Modelación de la red de distribución en EPANET 2.0 vE

6.4.1 Generalidades

Para comprender lo que se describe en esta sección, es necesario brindar una breve

explicación del software de análisis y simulación de redes hidráulicas EPANET 2.0 vE y sus

funciones.

147

Cuadro 6-12. Resultados del análisis de sensibilidad (distribución de caudales por longitud de tubería)

Nodo Escenario A Escenario B Escenario C

Tramo Longitud

(m)

Escenario A Escenario B Escenario C

Presión (mca) Diámetro (mm)

1 3,29 3,28 3,28 A: 0 a 1 24,84 157,92 157,92 157,92

2 8,04 8,02 8,03 B:1 a 2 40,48 157,92 157,92 157,92

3 15,32 15,27 15,28 C: 2 a 3 78,65 157,92 157,92 157,92

4 21,86 21,79 21,80 D: 3 a 4 79,83 157,92 157,92 157,92

5 29,34 29,25 29,26 E: 4 a 5 73,28 157,92 157,92 157,92

U 36,37 36,27 36,28 F: 5 a U 73,89 157,92 157,92 157,92

11 45,66 45,53 45,55 G: U a 11 148,11 157,92 157,92 157,92

12 38,54 38,39 38,42 H: 11 a 12 135,8 157,92 157,92 157,92

13 37,50 37,34 37,37 I: 12 a 13 62,04 157,92 157,92 157,92

14 37,85 37,83 37,86 J: 13 a 14 81,3 107,28 157,92 157,92

15 37,80 37,95 37,75 K: 14 a 15 109,13 107,28 157,92 107,28

16 46,61 47,59 47,43 L: 15 a 16 140,58 68,55 83,42 83,42

17 54,32 55,75 55,63 N: 16 a 17 88,28 68,55 83,42 83,42

VRP3 20,29 20,07 20,43 VRP3 - 50 50 50

18 35,34 34,63 35,08 O:17 a 18 158,24 56,63 56,63 56,63

19 43,53 42,60 43,09 P: 18 A 19 93,91 56,63 56,63 56,63

20 52,58 51,36 51,90 Q: 19 A 20 153,12 56,63 56,63 56,63

148

Nodo Escenario A Escenario B Escenario C

Tramo Longitud

(m)

Escenario A Escenario B Escenario C

Presión (mca) Diámetro (mm)

VRP4 35,97 35,06 35,23 VRP4 - 50 50 50

N VRP5 58,02 56,77 56,87 R1: 20 a VRP5 269,83 56,63 56,63 56,63

VRP5 25,13 24,77 24,84 VRP5 - 50 50 50

21 59,29 58,4 58,7 R2:VRP5 a 21 404,86 56,63 56,63 56,63

6 37,87 37,72 37,75 S: U a 6 47,59 56,63 56,63 56,63

7 42,57 40,37 40,23 T: 6 a 7 209,54 56,63 56,63 56,63

8 58,3 56,07 55,94 U:7 a 8 73,98 56,63 56,63 56,63

VRP2 29,62 29,35 29,38 VRP2 - 50 50 50

9 43,62 43,34 43,37 V: 8 a 9 56,75 56,63 56,63 56,63

10 71,68 71,37 71,41 W:9 a 10 198,83 56,63 56,63 56,63

PA1 8,13 7,96 7,99 AA: 5 A PA1 210 56,63 56,63 56,63

22 17 16,77 16,81 BB:PA1 a 22 140 56,63 56,63 56,63

23 15,46 15,27 15,3 DD: 14 a 23 205 56,63 56,63 56,63

PA2 15,64 15,72 15,53 EE: 15 a PA2 225 56,63 56,63 56,63

24 25,08 25,15 24,96 FF:PA2 a 25 75 56,63 56,63 56,63

PA3 40,8 41,83 41,77 GG:17 a PA3 150 56,63 56,63 56,63

25 22,53 21,27 21,61 HH: PA3 a 26 850 56,63 56,63 56,63

149

Cuadro 6-13. Resultados del análisis de sensibilidad (distribución de caudales puntuales)

Nodo

Escenario A

Escenario B

Escenario

B (hidrantes)

Escenario C Tramo

Longitud

(m)

Escenario A

Escenario B

Escenario

B (hidrantes)

Escenario C

Presión (mca) Diámetro (mm)

1 3,29 3,28 3,28 3,28 A: 0 a 1 24,84 157,92 157,92 303,93 157,92

2 8,04 8,02 8,03 8,03 B:1 a 2 40,48 157,92 157,92 303,93 157,92

3 15,32 15,27 15,20 15,28 C: 2 a 3 78,65 157,92 157,92 256,23 157,92

4 21,85 21,78 21,63 21,80 D: 3 a 4 79,83 157,92 157,92 256,23 157,92

5 29,33 29,24 29,09 29,26 E: 4 a 5 73,28 157,92 157,92 157,92 157,92

U 36,36 36,24 36,09 36,27 F: 5 a U 73,89 157,92 157,92 157,92 157,92

11 45,62 45,46 45,31 45,50 G: U a 11 148,11 157,92 157,92 157,92 157,92

12 38,48 38,28 38,13 38,32 H: 11 a 12 135,8 157,92 157,92 157,92 157,92

13 37,43 37,22 37,06 37,26 I: 12 a 13 62,04 157,92 157,92 157,92 157,92

14 37,93 37,69 37,54 37,74 J: 13 a 14 81,3 157,92 157,92 157,92 157,92

15 37,86 37,80 37,65 37,86 K: 14 a 15 109,13 107,28 157,92 157,92 157,92

16 47,08 47,30 47,15 47,61 L: 15 a 16 140,58 68,55 83,42 83,42 83,42

17 55,04 55,39 55,24 55,85 N: 16 a 17 88,28 68,55 83,42 83,42 83,42

VRP3 19,18 20,22 26,97 21,19 VRP3 - 50 50 50 50

18 34,47 33,68 40,43 35,70 O:17 a 18 158,24 56,63 56,63 56,63 56,63

19 42,76 40,96 47,71 43,58 P: 18 A 19 93,91 56,63 56,63 56,63 56,63

20 51,82 48,40 55,15 51,97 Q: 19 A 20 153,12 56,63 56,63 56,63 56,63

150

Nodo

Escenario

A

Escenario

B

Escenario B

(hidrantes)

Escenario

C Tramo Longitud

(m)

Escenario

A

Escenario

B

Escenario B

(hidrantes)

Escenario

C

Presión (mca) Diámetro (mm)

VRP4 36,04 30,81 28,45 34,21 VRP4 - 50 50 50 50

N VRP5 58,86 51,94 49,58 56,4 R1: 20 a VRP5 269,83 56,63 56,63 56,63 56,63

VRP5 25,8 16,75 20,78 25,23 VRP5 - 50 50 50 50

21 61,13 49,5 53,53 59,78 R2:VRP5 a 21 404,86 56,63 56,63 56,63 56,63

6 37,94 37,83 37,67 37,84 S: U a 6 47,59 56,63 56,63 56,63 56,63

VRP1 29,82 20,25 32,15 30,95 VRP1 - 50 50 50 50

7 42,21 32,64 44,54 43,34 T: 6 a 7 209,54 56,63 56,63 56,63 56,63

8 57,99 48,43 60,33 59,12 U:7 a 8 73,98 56,63 56,63 56,63 56,63

VRP2 30,01 30,85 26,69 30,04 VRP2 - 50 50 50 50

9 44,04 44,88 40,72 44,07 V: 8 a 9 56,75 56,63 56,63 56,63 56,63

10 72,16 73 68,84 72,19 W:9 a 10 198,83 56,63 55,71 56,63 56,63

PA1 8,32 8,23 8,08 8,24 AA: 5 A PA1 210 56,63 56,63 56,63 56,63

22 17,32 17,23 17,07 17,24 BB:PA1 a 22 140 56,63 56,63 56,63 56,63

23 15,42 15,2 15,05 15,24 DD: 14 a 23 205 56,63 56,63 56,63 56,63

PA2 15,44 15,4 15,25 15,42 EE: 15 a PA2 225 68,55 68,55 68,55 68,55

24 24,59 24,57 24,42 24,55 FF:PA2 a 25 75 56,63 56,63 56,63 56,63

PA3 41,75 41,66 41,51 42,17 GG:17 a PA3 150 56,63 56,63 56,63 56,63

25 24,77 22,19 22,04 22,99 HH: PA3 a 26 850 56,63 56,63 56,63 56,63

151

El software fue desarrollado por la Agencia para la Protección del Medio Ambiente de EEUU

(U.S. Environmental Protection Agency o EPA) mediante el Laboratorio de Investigación

Nacional para la Gestión de Riesgos (National Risk Management Research Laboratory) en el

año 2000. Por otra parte, se utilizó la versión en español del software, traducida por el

Grupo de Redes Hidráulicas y Sistemas a Presión (REDHISP) del Instituto de Ingeniería del

Agua y Medio Ambiente (Universidad Politécnica de Valencia, España).

A diferencia de las tuberías de conducción en donde solo se tiene una línea de tubería, en

las redes de distribución se tienen muchos factores que hacen del análisis más complejo

como la presencia de válvulas de todo tipo, tanques de almacenamiento, de compensación,

entre muchos otros. En el caso del presente proyecto se trata de una red sencilla ya que se

cuenta con una tubería principal de la cual se ramifican 5 líneas de tuberías. Sin embargo,

generalmente las redes presentan mucho más factores que interactúan y por tanto

complican el análisis sencillo que se realiza para las tuberías de conducción.

Para esto se han desarrollado muchos software, uno de ellos es EPANET, que ayuda al

usuario a evaluar las características y capacidades hidráulicas de un sistema o red de

tuberías en mucho menos tiempo. Para la utilización de dicho software basta con conocer

las propiedades hidráulicas de cada uno de los componentes, es decir, no se trata de un

programa de diseño, sino solo de análisis. Con la información de cada uno de los

componentes es posible trazar la red, introducir las distintas propiedades y ejecutar el

análisis.

Para el trazado de la red se facilita una amplia gama de componentes, entre ellos: tanques,

cisternas, tuberías, válvulas check, válvulas reductoras de presión, válvulas reguladoras de

caudal, bombas, entre otros. Para algunos de ellos será necesario un proceso de calibración

para que el funcionamiento sea similar al que se pretende.

Otro aspecto importante es que permite analizar la red de tuberías con base en diferentes

teorías como por ejemplo Hazen Williams, la que se utiliza en este proyecto, también otras

como Darcy-Weisbach y Chezy-Manning.

Una de las funciones principales que posee el software es la opción de realizar un análisis

en “período extendido”. Normalmente, al diseñar una red de distribución, se plantea el

diseño para garantizar que en el momento de máxima demanda, todos los nodos sean

abastecidos cumpliendo con los criterios de presión y velocidad mínimas. Sin embargo, en

152

muchas ocasiones se requiere conocer qué pasa a alguna hora específica durante el día que

no sea la de máximo consumo. Tal es el caso de la hora de mayor presión como lo es la

estática nocturna, cuando el consumo es casi nulo. Por esta razón EPANET da la opción de

evaluar la condición de un sistema a cualquier hora deseada, al calibrar el sistema

introduciendo la curva de variación horaria. Esta función permite determinar con precisión

las presiones, los caudales, los niveles de tanque, entre muchas otras características a la

hora específica.

6.4.2 Calibración

Para la modelación, se tomó en cuenta únicamente el escenario diseñado (B con distribución

de caudales puntual) ya que se demostró que es el que rige.

Inicialmente, se definen los parámetros de análisis teóricos que requiere el programa. Para

este caso, se especifica que el análisis se debe realizar utilizando unidades de “LPS” o litros

por segundo. Al definir esto, el programa automáticamente trabaja con unidades de metros

para longitud y milímetros para los diámetros de tubería. Por otra parte se define que utilice

la teoría de Hazen- Williams (H-W) para el análisis hidráulico. Esto se muestra en la Figura

6-7.

Figura 6-7. Introducción de valores por defecto de análisis

153

Posteriormente se trazó la línea de tubería, los nodos y las válvulas, además se introdujo

las diferentes propiedades de cada uno de ello. Para el caso de las tuberías se introdujo la

longitud de cada tramo, el diámetro de la tubería y la rugosidad que en este caso se hace

referencia al coeficiente de Hazen-Williams (C=140). Para los nodos se estableció la cota,

la demanda base (Cuadro 6-14) y el patrón de variación horario. Para el caso de las válvulas,

como solo se proponen reductoras de presión, se introdujo el diámetro, el tipo de válvula y

la consigna que representa la presión de salida de la válvula, es decir, una vez que la válvula

cumplió su función. Estos últimos valores se muestran en la sección de diseño de accesorios

adicionales.

Cuadro 6-14. Demandas en cada nodo en la hora de máxima demanda (Escenario

B)

Nodo Cota (m) Consumo

puntual(l/s) Nodo Cota (m)

Consumo puntual(l/s)

0 2188,6 - VRP4 2095,9 0,00

1 2185,3 0,05 N VRP5 2073,0 0,00

2 2180,5 0,03 VRP5 2073,0 0,00

3 2173,2 0,02 21 2037,5 1,38

4 2166,6 0,07 6 2150,3 0,23

5 2159,0 0,07 VRP1 2137,9 0,00

U 2152,0 0,00 7 2137,9 0,11

11 2142,6 0,09 8 2122,1 0,02

12 2149,7 0,78 VRP2 2137,9 0,00

13 2150,7 0,17 9 2108,1 0,02

14 2150,1 0,36 10 2079,9 0,07

15 2150,0 0,15 PA1 2180,0 0,00

16 2139,4 0,22 22 2171,0 0,08

17 2130,7 0,02 23 2172,6 0,21

VRP3 2130,7 0,00 PA2 2172,0 0,00

18 2114,4 0,17 24 2162,5 1,10

19 2105,7 0,02 PA3 2143,2 0,00

20 2095,9 0,77 25 2155,7 1,53

Para el análisis en tiempo extendido de los distintos escenarios, se utilizó la curva de

variación horaria de Los Ángeles de Grecia, tal y como se utilizó en la estimación del volumen

de almacenamiento. En la Figura 6-8 se muestra dicha curva introducida en el programa.

154

Figura 6-8. Introducción de la curva de variación horaria en el programa EPANET 2.0 vE

Este patrón de variación horaria EPANET lo recibe como factores de las demandas bases

introducidas en cada nodo. Por esto, se debió verificar que las horas de máxima demanda

concordaran con la curva horaria que se tomó como base. Como resultado de esta, se

establece las 10:00 am como la hora de máxima demanda, mientras que las 2:00 am

como la hora de menor consumo.

6.4.3 Resultados

A continuación se muestran los resultados de la modelación. Los datos que se presentan

son los referentes a las dos horas críticas del análisis, la de mayor consumo y la de menor

consumo pero que presenta las mayores presiones. Debido a que el análisis dio como

resultado valores muy similares a los presentados a la Sección 6.2.6, en esta se procede a

mostrar los resultados de forma gráfica. En el anexo D se muestra los resultados exportados

del software.

155

Figura 6-9. Plano de ubicación de nodos y diámetros de tuberías

Fuente: generado con EPANET 2.0, fotografía tomada de Google Earth, 2015

156

Figura 6-10. Presiones en los nodos (hora de máxima demanda)

Fuente: generado con EPANET 2.0, fotografía tomada de Google Earth, 2015

157

Figura 6-11. Caudales en las tuberías (hora de máxima demanda)

Fuente: generado con EPANET 2.0, fotografía tomada de Google Earth, 2015

158

Figura 6-12. Presiones en los nodos (hora de menor consumo)

Fuente: generado con EPANET 2.0, fotografía tomada de Google Earth, 2015

159

Figura 6-13. Caudales en las tuberías (hora de menor consumo)

Fuente: generado con EPANET 2.0, fotografía tomada de Google Earth, 2015

160

6.5 Trazado de las tuberías, alineamiento horizontal y vertical

Una vez que se definió cada uno de los diámetros de las tuberías, se procedió a realizar el

alineamiento horizontal de las tuberías con base en los materiales y accesorios disponibles.

Para esto se plantea el uso de tuberías de PVC con campanas de unión según las respectivas

especificaciones de diámetro y cédula del diseño y con uniones cementadas. Además, para

facilitar que la tubería siguiera un alineamiento similar al levantamiento topográfico

realizado, se propone el uso de codos en PVC de 11.25, 22.5, 45 y 90 grados. También se

busca no someter la tubería a deflexiones grandes debido a que puede comprometer el

material debido a esfuerzos de flexión. Generalmente diferentes fabricantes recomiendan

no someter la tubería a curvaturas mayores de 3 grados y desarrollar esta en las partes lisas

de la misma y no en las campanas de unión. No obstante, en el Cuadro 6-15 se muestran

las flechas máximas que podrían tener las tuberías que interesan para efectos de este

proyecto.

Cuadro 6-15. Flechas máximas recomendadas para tuberías de PVC de 6 m de

largo

Diámetro (mm) Flecha máxima (cm)

50 13

75 11

150 6

Fuente: Tuberías Nicoll de Aliaxis, 2015

Los dos alineamientos, el horizontal y vertical, se realizaron mediante la ayuda del software

AutoCad Civil 2014 que contiene funciones específicas desarrolladas para este tipo de diseño

geométrico. En dicho programa, inicialmente se introdujeron las curvaturas permisibles, la

profundidad a la que iría colocada la tubería en el terreno y posteriormente se trazó la

tubería por una ruta deseada (alineamiento horizontal). Una vez trazada la ruta, el mismo

software dibujó la tubería con los respectivos diámetros y codos que se hayan indicado.

Posteriormente se realizó una revisión a lo largo de la tubería ya que existieron puntos en

donde se incumplieron las condiciones geométricas planteadas. Después de esto, se generó

un perfil del terreno siguiendo la ruta de la tubería y luego se dibujaron los componentes

en dicho perfil (alineamiento vertical). Al igual que el alineamiento horizontal, fue necesario

realizar una revisión para garantizar que toda la tubería cumpliera con las deflexiones

permitidas y que se encontrara al nivel adecuado en el terreno.

161

El AyA en las Normas de diseño para proyectos de agua potable y en el Reglamento para

diseño y construcción de urbanizaciones, condominios y fraccionamientos establece que las

tuberías deberán estar ubicadas en los costados norte y oeste de las avenidas y calles

respectivamente, a 1,50 metros del cordón del caño. Sin embargo, como el acueducto no

entra en dicha categoría ya que se trata de una sola calle principal, se propone colocar toda

la tubería al costado derecho de la misma, transitando desde el sistema de almacenamiento

hasta el punto final (aguas abajo) del sistema.

Para efectos de este proyecto, se trató de seguir la ruta del levantamiento topográfico

realizado. Sin embargo, existieron tramos en donde por aspectos constructivos se decidió

cambiar la posición del mismo. Este cambio de posición se realizó buscando mantener

elevaciones similares a la del levantamiento. Además, se procuró trazar la ruta por el

derecho de vía, es decir, sin entrar en propiedad privada. Esto se logró con la distribución

de predios brindado por la Municipalidad de Poás.

Como se observa en los planos del proyecto, se realizaron dos alineamientos, uno para el

tramo de conducción (estaciones de 0+00 m a 0+858 m) y otro para la red de distribución

(estaciones 0+00 m a 2+226 m y a 0+986 m en el tramo de servidumbre). Esto se hizo así

ya que ambas obras se pueden considerar independientes debido a que los cambios

realizados en una no afectan directamente a la otra.

Cabe resaltar que los tramos ficticios planteados en el diseño no se contemplaron para los

alineamientos por tres razones: el acceso era restringido, no se midieron con la estación

total topográfica y son tramos que no se tiene certeza que vayan a seguir esa ruta en algún

momento.

De esta forma se obtuvo ambos alineamientos y como resultados del mismo se conoció las

pendientes de cada tramo de tubería, las longitudes de las mismas y en general el despiece,

es decir, la cantidad, ubicación y tipo de codos necesarios.

6.6 Diseño de accesorios adicionales y sus propuestas constructivas

Esta sección se dedica a explicar cómo se dimensionó cada una de las válvulas que se

proponen para este proyecto.

162

6.6.1 Válvulas de corte o de paso

Según la norma de diseño del AyA, se recomienda instalar válvulas de corte en puntos donde

existan interconexiones de varias tuberías, en las entradas y salidas de los tanques y en

lugares donde se dispongan válvulas especiales y por tanto se permita su mantenimiento.

Con base en esto se propusieron válvulas tanto en la tubería de conducción como en la red

de distribución. Para protección de dichos accesorios, se proponen cajas de registro en

concreto para así facilitar su mantenimiento y operación. Todas estas válvulas se proponen

del mismo diámetro que la tubería en que son colocadas.

En el Cuadro 6-16 se muestra la estación y cota de cada una de las válvulas propuestas

para el tramo de conducción, mientras que en el Cuadro 6-17 se muestran las de la red de

distribución. Para poder observar claramente la ubicación de estas, se presentan la planta

y los perfiles de cada uno de los tramos en las láminas 1/5 a 3/5 de los planos del proyecto,

mientras que los detalles constructivos se muestran en las láminas 4/5 y 5/5.

Cuadro 6-16. Ubicación y cota de válvulas de corte en tramo de conducción

ID Diámetro (mm) Estación Elevación (msnm)

VC1 75 0+00 2222,6

VC2 75 0+267,93 2165,5

VC3 75 0+679,07 2194,6

VC4 75 0+857,85 2190,7

Cuadro 6-17. Ubicación y cota de válvulas de corte en red de distribución

ID Diámetro (mm) Estación Elevación (msnm)

VC5 150 0+04,91 2188,6

VC6 150 0+390,33 2150,2

VC7 150 0+390,74 2150,1

VC8 150 0+511,93 2140,9

VC9 150 0+812,12 2148,6

VC10* 50 0+391,1 2150,37

VC11 75 1+129,87 2129,3

*En tramo de servidumbre

163

6.6.2 Válvulas de purga

Estos accesorios se deben colocar en los puntos bajos de la línea de tubería para evitar la

acumulación de sedimentos. Según la norma de diseño del AyA para proyectos de agua

potable se debe seguir la siguiente sugerencia: para tuberías de 100 mm o menos colocar

una válvula con el mismo diámetro que la tubería, mientras que para tuberías de diámetro

mayor se debe colocar una válvula con diámetro igual a 100 mm+D/6, donde D es el

diámetro de la tubería en milímetros. Con base en esto se proponen las válvulas de purga

tanto para el tramo de conducción (Cuadro 6-18) como para la red de distribución (Cuadro

6-19).

Cuadro 6-18. Ubicación y cota de válvulas de purga en tramo de conducción

ID Diámetro (mm) Estación Elevación (msnm)

VP1 75 0+27,70 2216,1

VP2 75 0+281,46 2157,6

VP3 75 0+844,38 2186,2

Cuadro 6-19. Ubicación y cota de válvulas de purga en red de distribución

ID Diámetro (mm) Estación Elevación (msnm)

VP4 175 0+535 2141,6

VP5* 50 0+985,64 2079,1

VP6 50 2+225,99 2036,8

*En tramo de servidumbre

6.6.3 Válvulas de aire o ventosas

En el mercado existen diferentes tipos de válvula ventosas. Las tres más utilizadas son:

cinética, automática y triple función. La diferencia de ellas radica en el tamaño del orificio

que tienen para expulsar o admitir aire de la tubería o hacia la misma.

En el caso de las válvulas cinéticas estas también se conocen con doble efecto debido a que

se encargan de expulsar aire en el momento de llenado de la tubería y admitir aire en el

momento de vaciado de la misma. Estas se consideran de “orifico grande” ya que las

cantidad de aire que liberan o admiten es superior al que se da en las automáticas. Este

tipo de válvulas se recomienda en donde existan puntos altos, cambios de pendiente tanto

164

en la tubería como en la línea de energía o también donde se tenga un tramo largo con

pendiente uniforme.

Por otro lado se encuentran las válvulas ventosas automáticas (“orificio pequeño”) que se

encargan de liberar pequeñas cantidades de aire (burbujeo) que se presenta en la tubería

debido a contracciones de diámetro o a la presencia de accesorios que generan turbulencia.

También se presenta un tipo de válvula que combina las dos funciones anteriores, estas son

las ventosas de triple función o combinada, ya que admite y expulsa grandes cantidades de

aire en los procesos de vaciado y llenado de la tubería y además, expulsa el aire producto

del burbujeo que se presenta en las tuberías.

Para ilustrar la ubicación recomendada de cada una de las válvulas, se presenta la Figura

6-14.

Figura 6-14. Recomendación de ubicación de válvulas ventosas

Fuente: Ficha técnica Válvulas Dorot, 2012

Para efectos de este proyecto, se propone la utilización de válvulas ventosas de triple

función.

Para dimensionar este tipo de válvulas generalmente basta con conocer el diámetro de la

tubería principal, sin embargo, estas simplificaciones son resultado de una metodología

propia para el cálculo de las válvulas, basada en el volumen de aire producido en los

procesos de llenado y vaciado de una tubería y las diferencias de presión entre el interior

de la tubería y la presión atmosférica.

Para cada una de estas ventosas se propone colocar una válvula de bola para el momento

que se requiera dar mantenimiento, así se pueda aislar de la tubería principal. Los detalles

165

constructivos de la instalación de estas válvulas se muestran en la lámina 5/5 de los planos

del proyecto.

En el Cuadro 6-20 se presentan las válvulas escogidas para el tramo de conducción, mientras

que en el Cuadro 6-21 se muestran las ventosas escogidas para la red de distribución.

Cuadro 6-20. Propuesta de válvulas de aire en el tramo de conducción

ID Diámetro tubería

(mm) Diámetro

ventosa (mm) Estación Elevación (msnm)

VA1 75 25 0+44,97 2218,46

VA2 75 25 0+87,61 2215,03

VA3 75 25 0+128,19 2207,69

VA4 75 25 0+262,57 2167,67

VA5 75 25 0+289,23 2161,22

VA6 75 25 0+400,20 2185,35

VA7 75 25 0+481,23 2198,48

VA8 75 25 0+575,52 2201,52

Cuadro 6-21. Propuesta de válvulas de aire en la red de distribución

ID Diámetro tubería (mm)

Diámetro ventosa (mm)

Estación Elevación (msnm)

VA9 150 50 0+613,30 2146,66

VA10* 50 25 0+464,97 2152,00

VA11* 50 25 0+647,02 2137,94

VA12 75 25 1+051,41 2138,91

*En tramo de servidumbre

6.6.4 Válvulas reductoras de presión (“VRP”)

Para diseñar estos accesorios lo primero que se debe definir con precisión es la posición, ya

que de ella dependerán las presiones que se tendrán aguas debajo de la válvula. Para este

caso debido a las grandes variaciones de elevación a lo largo de la red de distribución, se

buscó una configuración en donde se colocara la menor cantidad de estas válvulas y

manteniendo las presiones establecidas por el AyA tanto para el límite superior (75 mca)

como para el límite inferior (15 mca).

166

En el mercado existen básicamente dos tipos de válvulas reductoras de presión. Una de ellas

es la de acción directa y la otra es la operada por un “piloto”. En la Figura 6-15 se muestran

los dos tipos de válvulas. La tipo “A” es la pilotada mientras que la “B” es la de acción

directa.

Figura 6-15. Tipos de válvulas reductoras de presión

Fuente: Fichas técnicas de válvulas Cla-Val y Wilkins, 2015

La diferencia de ambas radica en el funcionamiento, mientras que la válvula tipo A reduce

la presión mediante la instalación del piloto (elemento conectado a la válvula en cobre), la

tipo B reduce la presión internamente mediante un mecanismo de resorte.

Generalmente, las válvulas tipo B se fabrican y se destinan a instalaciones residenciales y

comerciales y por esto se diseñan hasta un diámetro de 2 pulgadas. Por otro lado, las

válvulas tipo B se destinan más a sistemas de infraestructura como acueductos y sistemas

agrícolas y por esto se diseñan en diámetros desde 1/2 pulgada hasta 36 pulgadas. No

obstante para sistemas pequeños de abastecimiento las válvulas tipo B suelen ser la opción

más económica en cuanto a inversión inicial y mantenimiento del accesorio.

Para el caso del presente proyecto, debido a la configuración hidráulica obtenida del diseño,

se propone ubicar 5 válvulas reductoras de presión y todas en tramos de tubería de 50 mm

de diámetro (2 pulgadas). De esta forma, las válvulas escogidas para el diseño son las tipo

B o de acción directa.

La función de esta válvula es mantener una presión uniforme del flujo de agua,

independientemente de las variaciones de consumo a lo largo del día. Para esto utiliza un

167

sistema de resorte que permite regular la presión mediante el ajuste de un diafragma. Para

ilustrar el funcionamiento, se presenta la Figura 6-16.

Figura 6-16. Reducción de presión en VRP de acción directa

Fuente: Tutorial en Youtube-Miranda, 2015

Como se observa en la figura anterior, para garantizar que se tendrá una presión estable

en la salida del accesorio, se debe ajustar debidamente el tornillo ubicado en la parte

superior (figura d) de la válvula ya que este permitirá al resorte desplazarse únicamente lo

necesario para mantener la presión requerida. Al entrar el flujo, este empieza a llenar la

cámara como se muestra en la figura B y al empujar el diafragma hacia arriba, se aumenta

la presión hasta llegar al valor de presión ajustado por el resorte. En el momento en que

dicha presión se reduzca, el resorte en conjunto con el diafragma vuelven a su posición

relajada como se nota en la figura c. De esta forma, independientemente de la carga o

presión en la tubería de entrada, la mayoría del tiempo se mantendrá la presión de salida

deseada.

Existe un único defecto al utilizar las válvulas de acción directa y es que en el momento de

máxima demanda, es decir, cuando se tiene el mayor caudal pasando por el elemento, este

reduce la presión ajustada por el tornillo más una cuantía pequeña, denominada como “fall-

off” o caída de presión. Estas caídas se pueden encontrar en las fichas técnicas de cada

168

válvula donde los fabricantes indican el valor que hay que considerar como extra a la presión

que se desea. En la Figura 6-17 se muestra el ejemplo de las válvulas Wilkins NR3.

Figura 6-17. Curvas de caída de presión para las VRP Wilkins NR3

Fuente: Ficha técnica de VRP Wilkins NR-3, 2011

Para efectos de este proyecto se consideró la magnitud de las caídas de presión para cada

válvula reductora de presión asociado al máximo caudal de diseño respectivamente.

Para diseñar las VRP se utilizó como referencia las Wilkins NR3, sin embargo, en el mercado

existen gran variedad de marcas que cumplen con funciones similares. Estas válvulas

reducen entre 25 y 75 psi o lo que es lo mismo entre 18 y 53 mca. En varias de ellas se

busca reducir el mínimo, 25 psi, por la configuración hidráulica del sistema. Además se

proponen así y no solamente una reduciendo el máximo ya que se debe considerar el efecto

de cavitación en las válvulas en donde no se recomienda una reducción de presión 4:1, es

decir, que la presión de entrada sea 4 veces la presión de salida.

A continuación, en los siguientes cuadros se muestra los resultados del diseño para cada

una de las válvulas propuestas, mientras que en el Cuadro 6-27 se muestra la ubicación y

elevación de cada una de ellas.

169

Cuadro 6-22. Diseño de VRP 1

Datos de entrada

Consumo máximo

Consumo mínimo

P1 (mca) 37,83 38,25

Caudal (l/s) 0,21 0,04

Parámetro Fuente Dato (mca)

P2 ajustada (-25 psi) (Hora consumo max) Fabricante 20,25

P2 ajustada (-25 psi) (Hora consumo min) Fabricante 20,67

¿Diferencial de 25 psi cumple con P2min (15 mca)? - SÍ

Caída de presión (fall off) para el caudal pasante máximo

(pulg) (mm)

Diámetro VRP 2 50

Verificación de presiones Dato (mca)

Fall off (máximo consumo) Fabricante 0,35

P2 con máximo consumo = P1 - (25 psi + fall off) Fabricante 19,90

¿Diferencial residual (25 + fall off) cumple con P2min? - SÍ

P2 min diseño - 19,90

P2 diseño - 20,25

Cuadro 6-23. Diseño de VRP 2

Datos de entrada

Consumo máximo

Consumo mínimo

P1 (mca) 48,43 48,48

Caudal (l/s) 0,08 0,01

Parámetro Fuente Dato (mca)

P2 ajustada (-25 psi) (Hora consumo max) Fabricante 30,85

P2 ajustada (-25 psi) (Hora consumo min) Fabricante 30,90

¿Diferencial de 25 psi cumple con P2min? - SÍ

Caída de presión (fall off) para el caudal pasante máximo

(pulg) (mm)

Diámetro VRP 2 50

Verificación de presiones Dato (mca)

Fall off (máximo consumo) Fabricante 0,70

P2 con máximo consumo = P1 - (25 psi + fall off) Fabricante 30,15

¿Diferencial residual (25 + fall off) cumple con P2min? - SÍ

P2 min diseño - 30,15

P2 diseño - 30,85

170

Cuadro 6-24. Diseño de VRP 3

Datos de entrada

Consumo máximo

Consumo mínimo

P1 (mca) 55,38 57,8

Caudal (l/s) 2,34 0,41

Parámetro Fuente Dato (mca)

P2 por defecto de fabricante (-50 psi) [Hora consumo max) Fabricante 20,22

P2 por defecto por fabricante (-50 psi) [Hora consumo min) Fabricante 22,64

¿Diferencial de 50 psi cumple con P2min? - SÍ

Caída de presión (fall off) para el caudal pasante máximo

(pulg) (mm)

Diámetro VRP 2 50

Verificación de presiones Dato (mca)

Fall off (máximo consumo) Fabricante 3,52

P2 con máximo consumo = P1 - (50 psi + fall off) Fabricante 16,70

¿Diferencial residual (50 + fall off) cumple con P2min? - SÍ

P2 min diseño - 16,70

P2 diseño - 20,22

Cuadro 6-25. Diseño de VRP 4

Datos de entrada

Consumo máximo

Consumo mínimo

P1 (mca) 48,39 54,78

Caudal (l/s) 1,38 0,24

Parámetro Fuente Dato (mca)

P2 ajustada (-25 psi) (Hora consumo max) Fabricante 30,81

P2 ajustada (-25 psi) (Hora consumo min) Fabricante 37,20

¿Diferencial de 25 psi cumple con P2min (15 mca)? - SÍ

Caída de presión (fall off) para el caudal pasante máximo

(pulg) (mm)

Diámetro VRP 2 50,00

Verificación de presiones Dato (mca)

Fall off (máximo consumo) Fabricante 2,11

P2 con máximo consumo = P1 - (25 psi + fall off) Fabricante 28,70

¿Diferencial residual (25 + fall off) cumple con P2min? - SÍ

P2 min diseño - 28,70

P2 diseño - 30,81

171

Cuadro 6-26. Diseño de VRP 5

Datos de entrada

Consumo máximo

Consumo mínimo

P1 (mca) 51,91 53,67

Caudal (l/s) 1,38 0,24

Parámetro Fuente Dato (mca)

P2 por defecto de fabricante (-50 psi) [Hora consumo max) Fabricante 16,75

P2 por defecto por fabricante (-50 psi) [Hora consumo min) Fabricante 18,51

¿Diferencial de 50 psi cumple con P2min? - SÍ

Caída de presión (fall off) para el caudal pasante máximo

(pulg) (mm)

Diámetro Válvula 1 (1) 2 50

Verificación de presiones Dato (mca)

Fall off (máximo consumo) Fabricante 1,74

P2 con máximo consumo = P1 - (50 psi + fall off) Fabricante 15,00

¿Diferencial residual (50 + fall off) cumple con P2min? - SÍ

P2 min diseño - 15,00

P2 diseño - 16,75

Cuadro 6-27. Resumen de las VRP propuestas

ID Diámetro

(mm) Reducción de presión

(psi) Estación

Elevación (msnm)

VRP1* 50 25 0+478,03 2150,36

VRP2* 50 25 0+731,98 2120,96

VRP3 50 50 1+131,99 2129,25

VRP4 50 25 1+554,34 2093,67

VRP5 50 50 1+817,27 2071,11

*En tramo de servidumbre

Se nota como a las válvulas 1, 2 y 4 se les debe ajustar el tornillo superior para garantizar

que la presión se reduzca en 25 psi y no más. Si esto no se controla, algunos usuarios aguas

abajo del accesorio tendrían presiones menores a los 15 mca mínimos. Por otra parte, las

otras dos deben instalarse sin ajuste, ya que por defecto las válvulas tienen predefinida una

reducción de 50 psi. También se resalta que se tomó los valores de “P2 diseño” como valores

de diseño, estos se pueden observar en los diferentes resultados en la Sección 6.2.6 y en

172

los datos de la modelación en la Sección 6.4.3. Los valores de “P2 min diseño” se calcularon

para verificar que las presiones no bajarían del mínimo de 15 mca, producto del “fall-off” o

caída de presión residual.

Además de la válvula reductora de presión se recomienda instalar otros accesorios para

garantizar un buen funcionamiento del sistema reductor de presión. Entre estos elementos

se tienen válvulas de compuerta en la entrada y salida al sistema para el momento en que

se requiera mantenimiento o simplemente pueden funcionar como válvulas de corte.

Además se proponen dos manómetros, uno a la entrada y otro a la salida de la VRP, con el

fin de controlar las presiones con que está trabajando la válvula. Un “strainer” o filtro se

propone justo antes de la válvula reductora para reducir la cantidad de sedimento o

partículas que entra a la válvula. Este accesorio es complementario y se utiliza únicamente

para alargar la vida útil de la VRP. Por último, se propone una válvula ventosa al final del

sistema de regulación. Esta puede ser automática o de triple función para liberar las

burbujas que se producen cuando el agua pasa por todos los accesorios. El detalle

constructivo se muestra en la lámina 5/5 de los planos del proyecto.

6.7 Propuestas constructivas del acueducto

6.7.1 Excavación, relleno e instalación de tuberías

Para la instalación de las tuberías se sigue lo establecido en la norma INTE 16-08-01 2014,

“Instalación Subterránea de Tubería Termoplástica para Alcantarillado y otras Aplicaciones

de Flujo por Gravedad” del Instituto de Normas Técnicas de Costa Rica (INTECO) la cual a

su vez es referida por el AyA como la norma por aplicar, en el Reglamento para diseño y

construcción de urbanizaciones, condominios y fraccionamientos dado que en la norma para

proyectos de agua potable de la misma Institución no se mencionan estos detalles.

A continuación se resumen los puntos que se aplicaron para las diferentes propuestas del

presente proyecto.

Ancho de zanja

Para definir los anchos de las zanjas, se hace referencia a la sección 6.3 de la norma en

donde se establece como mínimo el mayor de los siguientes:

Diámetro externo del tubo más 400 mm

1,25 veces el diámetro externo del tubo más 300 mm

173

Con base en esto, se definen los anchos de zanja que se muestran en el Cuadro 6-28.

Cuadro 6-28. Anchos de zanja según diámetro de tubería

Diámetro nominal de

tubería (mm)

Diámetro externo (mm)

Ancho de zanja 1

(cm)

Ancho de zanja 2

(cm)

Ancho de zanja mayor

(cm)

Ancho de zanja

escogido (cm)

50 60,33 46,03 37,54 46,03 47

75 88,90 48,89 41,11 48,89 50

150 168,28 56,83 51,04 56,83 57

Profundidad de zanja

Para determinar la profundidad de las zanjas, en la norma se propone el esquema de la

Figura 6-18.

Figura 6-18. Sección transversal de la zanja

Fuente: INTE 16-08-01, 2014

Con base en esto, en el Cuadro 6-29 se muestran las profundidades de zanja por diámetro

de tubería. Para la estimación se supuso que no se requiere de una fundación sino que el

terreno es lo suficiente estable para el apoyo del material. Esto se debe verificar en el lugar

de construcción.

174

Cuadro 6-29. Profundidades de zanja según diámetro de tubería

Diámetro nominal de tubería (mm)

Diámetro externo (mm) Profundidad de

zanja (m)

50 60,33 1,2

75 88,9 1,2

75* 88,9 0,8

100 114,3 1,3

150 168,28 1,3

*Tramo de conducción

Se observa que para el tramo de conducción se obtuvo una profundidad mucho menor que

el resto, esto se debe a que se consideró una profundidad de 0,6 m del nivel de terreno a

la corona del tubo mientras que en la red de distribución se consideró una distancia de 1,0

m del nivel de terreno a la corona del tubo. Estas profundidades se establecieron así según

las normas de diseño de proyectos de agua potable del AyA.

Materiales de relleno

Para el relleno circundante de la tubería se debe proveer un material que permita un

acomodo estable de la misma y además que en el momento de la compactación las paredes

de la tubería no se vean comprometidas estructuralmente. Para esto, la norma clasifica

cuatro tipos de materiales aptos para colocarlos como relleno:

1. Clase 1: proporcionan máxima estabilidad y soporte estructural al tubo debido a su

bajo contenido de arenas y finos. Se trata de un material gravoso como piedra

angular quebrada que además de soporte, sirve como material de drenaje.

2. Clase 2: se trata de materiales clasificados según la Cartilla de Clasificación de suelos

ASTM D-2487 como SW, SP, GW o SP. Es decir, se trata de materiales gravosos y

arenosos limpios, bien o mal graduados. Se caracterizan porque menos del 12% de

las partículas pasa la malla No. 200. Estos materiales debidamente compactados,

muestran gran capacidad de soporte estructural.

3. Clase 3: suelos de grano grueso con finos (GM, GC, SM, SC), esto es suelos gravosos

y arenosos con presencia de limos y arcillas (más del 12% pasando la malla No.

200). También caen dentro de esta categoría los suelos de grano fino arenosos o

con grava (CL, ML), con más del 30% retenido en la malla No. 200. Se requiere de

175

altos esfuerzos de compactación y con control del porcentaje de humedad para

garantizar que provean suficiente soporte estructural.

4. Clase 4: suelos de grano fino CL, ML, con menos del 30% retenido en la malla No.

200. No se recomienda para zanjas profundas ni con mucha presencia de agua o

cuando se utilice compactación vibratoria.

Para efectos de este proyecto se propone utilizar base granular como material de relleno

circundante. Este material, al tener un tamaño máximo de 38 mm y una graduación similar

a la que se presenta en la Figura 6-19, se puede considerar como un material tipo “GW” y

por tanto de la clase 2. De esta forma se siguen las recomendaciones establecidas en la

norma para la utilización de dicho material.

Figura 6-19. Graduación de material base granular

Fuente: Catálogo Holcim, Tajo Cerro Minas, 2008

Antes de realizar el relleno en la zanja, se debe verificar que el fondo de la misma sea

estable y que no exista la presencia del nivel freático, material orgánico como raíces, ni

rocas o materiales rígidos. Posteriormente se debe proveer un encamado del mismo material

escogido para el relleno circundante. Este encamado debe ser de al menos 10 cm de

espesor.

Luego, se procede a colocar la tubería respetando las pendientes de diseño y la ubicación

de accesorios que se plantea. En el caso de tuberías con campanas, se debe proveer un

espacio adecuado para las mismas, de forma que quede uniformemente apoyada en el

relleno.

176

Una vez colocada la tubería, se compacta la zona del encamado y el acostillado utilizando

un pisón manual de forma que no se comprometa las paredes de la tubería. Posteriormente

se continúa el relleno hasta la mitad del diámetro de la tubería y se compacta debidamente.

Por último se continúa con el relleno del material circundante y el relleno final, respetando

las indicaciones de compactación para cada uno de ellos.

Compactación

Para los materiales de clase 2, la norma establece la necesidad de compactar

cuidadosamente las zonas de encamado, acostillado y relleno circundante de la tubería. Lo

ideal será compactar dichas zonas con un pisón manual mientras que el relleno final se

sugiere compactar al 85% del Proctor Standard mediante equipo vibratorio o de impacto.

Para los rellenos circundante y final se recomienda compactar el material en capas no

mayores a 30 cm. Antes de permitir el paso de vehículos o maquinaria pesada sobre la

zanja, se debe proveer un mínimo de 90 cm entre la corona del tubo y la superficie del

terreno.

6.7.2 Bloques de anclaje

A lo largo de las líneas de tubería se presentan cambios de dirección como codos y tees

además de accesorios como válvulas y reducciones de diámetro. Estos cambios de dirección

y de diámetro generan empujes puntuales que deben transmitirse al suelo de forma que la

tubería no se encuentre en constante vibración e impacto con los materiales circundantes.

Para esto se proponen bloques de anclaje en concreto f’c= 210 kg/cm2, con el fin de

distribuir los esfuerzos al terreno y que las tuberías queden debidamente fijadas.

Para dimensionar dichos bloques de anclaje se utilizan ciertas ecuaciones basadas en el

equilibrio de fuerzas en cada uno de los cambios de dirección y de diámetro.

En el caso de los cambios de dirección se utiliza la siguiente ecuación para determinar el

empuje que se debe transmitir al terreno:

𝐸 = 2 ∙ 𝛾 ∙ 𝐴 ∙ 𝑠𝑒𝑛 (𝜗

2)

(29)

𝐶 =2 ∙ 𝛾 ∙ 𝐴

𝑔∙ 𝑉2 ∙ 𝑠𝑒𝑛 (

𝜗

2)

(30)

177

Donde:

E: empuje hidrostático (kg)

γ: peso específico del agua (1 ton/m3)

H: altura de la columna de agua (mca)

A: área de la sección del tubo (m2)

C: presión dinámica debido a la fuerza centrífuga

V: velocidad del flujo

θ: ángulo de desviación (ángulo del codo)

La suma del empuje hidrostático más el dinámico dan como resultado el empuje total. No

obstante, cuando las velocidades son bajas, el término dinámico suele ser despreciable en

comparación con el estático. Conocido el empuje, es necesario transmitirlo al suelo y esto

depende del tipo de desviación que se tenga. Existen tres tipos de desviaciones, los codos

horizontales (A), codos verticales inferiores (B) y codos verticales superiores (C). En la Figura

6-20 se muestran los tres tipos.

Figura 6-20. Tipos de codos en PVC según su colocación

Fuente: López, 2003

178

La forma en que se coloca cada uno de estos codos hace necesario evaluar cómo se

transmiten los esfuerzos al suelo. Para el caso de los codos horizontales, el esfuerzo será

resistido tanto por fricción del bloque de anclaje con el suelo como por el soporte lateral

que el suelo brinda en una de las paredes del bloque. Los codos verticales inferiores deben

transmitir el esfuerzo en su totalidad al suelo en el que están apoyados. Por último, los

codos verticales superiores deben transmitir los esfuerzos al suelo y por esto, el bloque de

anclaje debe ser pesado de forma que el peso del bloque contrarreste el empuje producido

en el codo. Para estos últimos, en la mayoría de casos se hace necesario colocar anclajes

de forma que estos reciban el empuje y lo transmitan al bloque de anclaje.

Siguiendo esta teoría, se escogió un codo de cada tipo para cada diámetro y se dimensionó

bloques de anclaje para cada uno de ellos. Esto se hizo de manera independiente para el

tramo de conducción y la red de distribución.

Conservadoramente se utilizaron los siguientes datos de diseño:

Capacidad soportante del suelo (σmax): 0,8 kg/cm2 (Das, 2001)

Capacidad soportante lateral del suelo: ¼ * 0,8 kg/cm2 = 0,2 kg/cm2 (López, 2003)

Factor de fricción suelo-concreto (µ): 0,3 (López, 2003)

Densidad del concreto: 2000 kg/m3

Densidad del agua: 1000 kg/m3

Como resultado de este análisis, se obtuvo un total de 10 bloques de anclaje que se

muestran en el Cuadro 6-30.

Cuadro 6-30. Tipos de bloques de anclaje en concreto

Tipo Bloque Dimensiones LxhxB (cm)

1 35x15x30

2 45x20x40

3 40x35x30

4 55x25x45

5 20x15x20

6 60x25x50

7 95x30x50

8 70x30x50

9 105x50x40

10 155x50x40

179

En el Cuadro 6-31 y el Cuadro 6-32 se muestra la clasificación de bloques según el tipo y el

ángulo de desviación de cada codo, para los tramos de conducción y red de distribución

respectivamente.

Cuadro 6-31. Bloques de anclaje en el tramo de conducción

Diámetro tubería (mm)

Ángulo de codo

Tipo de bloque de anclaje por codo Codo

horizontal Codo vertical

Inferior* Codo vertical Superior **

75

11,25 B1 B5 B4

22,5 B2 B5 B6

45 B4 B5 B4

90 - B4 -

* Se debe garantizar que el apoyo en el suelo sea mediante el área "LxB"

** Se debe garantizar que el apoyo en el suelo sea mediante el área "Lxh"

Cuadro 6-32. Bloques de anclaje en la red de distribución

Diámetro tubería (mm)

Ángulo de codo

Tipo de bloque de anclaje por codo Codo

horizontal Codo vertical

Inferior* Codo vertical Superior**

50

11,25 B1 - -

22,5 B2 - -

45 B2 - -

90 B2 - -

75

11,25 B3 B1 -

22,5 - - -

45 - - -

90 B8 - -

150

11,25 B3 B3 B7

22,5 B7 - -

45 B9 - -

90 - - -

* Se debe garantizar que el apoyo en el suelo sea mediante el área "LxB"

** Se debe garantizar que el apoyo en el suelo sea mediante el área "Lxh"

En el caso de las tees, para efectos de análisis, se puede considerar como un codo con

desviación de 90 grados. Para efectos de este proyecto, las tees y las válvulas que se

proponen irán embebidas hasta cierto nivel en concreto de f’c=175 kg/cm2 ya que se

plantean en cajas de registro independientes. De no ser así, los bloques tipo 9 y 10 son los

180

adecuados para dichos accesorios. En caso de las contracciones de diámetro y anclajes

debido a altas pendientes del terreno, se proponen bloques especiales, los cuales deben ir

reforzados con acero necesario para contrarrestar los efectos de la retracción y temperatura,

por el gran tamaño que tienen. Estos elementos se muestran en la lámina 4/5 de los planos

propuestos para el proyecto.

El criterio de decisión para la colocación de anclajes en pendientes altas se basa en la fricción

entre el suelo y la tubería. “Cuando el valor de la pendiente a la cual se instala una tubería,

es mayor que el ángulo de rozamiento existente entre el suelo y la tubería, existe el riesgo

de deslizamiento. Los bloques de anclajes situados tras las campanas, que están dirigidas

aguas arriba, permiten evitar ese riesgo.” (Empresas Municipales de Cali, 2014). Bajo este

criterio, se establece la siguiente ecuación:

𝐸 = 9,8 ∙ 𝑀 ∙ (𝑠𝑒𝑛 𝜗 − tan 𝜑 ∙ 𝑐𝑜𝑠𝜗) (31)

Donde:

E: empuje de deslizamiento por soportar por el bloque de anclaje (ton)

M: masa total (tubo+agua) en toneladas del tramo entre dos bloques de anclaje

θ: ángulo formado entre la tubería y la horizontal

Φ: ángulo de rozamiento entre el terreno y la tubería

Para efectos de este proyecto se utilizó conservadoramente un ángulo de rozamiento Φ

igual a 18 grados que equivalen a una pendiente del 30%. Es decir, para pendientes

mayores al 30% se requiere la colocación de anclajes. En el Cuadro 6-33 se muestran las

dimensiones mínimas requeridas de los bloques de anclaje para tuberías con pendientes

mayores a 30%.

Cuadro 6-33. Bloques de anclaje en tuberías con pendientes mayores a 30%

Rangos de pendientes Dimensiones de bloque

30-45% 20x20x30

46-55% 55x20x30

56-80% 55x25x45

*En tramos menores a 6 m, 1 anclaje intermedio

*En tramos mayores a 6 m pero menores a 12 m, 1 anclaje intermedio

*En tramos mayores a 12 m, 1 anclaje en cada tubo

181

6.7.3 Anclaje en estructuras de puente

Debido a que en el presente proyecto se tienen tramos en donde la tubería debe cruzar por

encima de dos ríos, es necesario establecer el anclaje debido para esos puntos. En este

caso, como la tubería cruza paralela a dos puentes construidos con vigas de concreto se

propone anclar la estructura a dichas estructuras. En ambos puentes la tubería que se

plantea en el diseño es de 150 mm de diámetro. Para asegurar la fijación de la misma, se

presentan anclajes en pletina de acero inoxidable de 6 mm de espesor. Estos anclajes de

pletina irán empotrados en la estructura mediante pernos de varilla de 3/8 de pulgada,

embebidos en epóxico para garantizar el anclaje de las mismas. Para resistir el peso de la

tubería, se propone colocar dos anclajes por cada unión de tubería y el resto a cada metro.

Para este detalle se tomó como referencia lo planteado por Guerrero en 1984.

6.7.4 Cajas de registro para instalación de válvulas

Con el fin de proteger las válvulas, alargar su vida útil, facilitar el mantenimiento y reducir

la posibilidad de hurto o daño a las mismas, se proponen cajas de registro en concreto

reforzado para cada una de estos accesorios.

Las propuestas de esta sección se basan en detalles típicos planteados por el AyA en el

Reglamento para diseño y construcción de urbanizaciones, condominios y fraccionamientos,

en la propuesta constructiva de Guerrero en 1984 para el acueducto de Heredia y el diseño

estructural conservador desarrollado por el autor. Se realizó un diseño estructural

conservador ya que no se contó con estudios de suelos necesarios para el tipo de análisis

requerido.

En total se proponen 5 tipos de cajas de registro por el tipo de válvula que protegen, sin

embargo, por dimensiones únicamente son 3 tipos. Las dimensiones de estas cajas se

presentan en el Cuadro 6-34.

En esta sección también se describe la obtención del detalle estructural para los 3 tipos

principales de cajas de registro que se proponen, ya en las secciones anteriores se describió

la instalación requerida para cada una de las válvulas. En las láminas 4/5 y 5/5 de los planos

propuestos para el proyecto se presenta el detalle en conjunto.

182

Cuadro 6-34. Tipos de cajas de registro propuesta

ID Nombre Dimensiones (LxAxH en m)

1 Caja Válvula de corte 0,95x0,95x1,35 máx

2 Caja Válvula ventosa de triple función 0,95x0,95x1,35 máx

3 Caja Válvula de purga 0,95x0,95x1,35 máx

4 Caja de unión de tuberías 1,15x1,15x1,35 máx

5 Caja de Válvula Reguladora de Presión 1,85x1,45x1,35 máx

*L: largo, A: ancho, H: alto o profundidad

Al observar el cuadro anterior se nota como la dimensión de la altura o profundidad se

establece como 1,35 m máximo, esto ya que en el tramo de conducción la profundidad a la

que se coloca la tubería es menor y por tanto la profundidad para estas es de 0,85 m. La

dimensión de 1,35 m se estableció con el fin de que las cajas sean adecuadas para todas

las tuberías, incluida la de mayor tamaño que en este caso es la de 150 mm. Si se nota, la

profundidad de la zanja para tubería de 150 mm de diámetro es de 1,3 m y por tanto

quedaría colocada justo sobre la losa de fondo de la caja. Por otro lado, las dimensiones de

largo y ancho se definieron con el fin de dar suficiente espacio de maniobra a un fontanero

para efectos de mantenimiento.

Criterios de diseño estructural

Como se trató de un diseño estructural conservador, se tomaron los siguientes datos de

diseño:

Peso específico del suelo: 1,6 t/m3 (Das, 2001, pág. 24)

Esfuerzo admisible del suelo (σmax): 0,8 kg/cm2 (Das, 2001, pág. 235)

Esfuerzo admisible horizontal del suelo (σhmax): 0,2 kg/cm2 (López, 2003)

Coeficiente de empuje en reposo Ko: 0,5 (Das, 2001, pág. 293)

Peso específico del concreto reforzado: 2,4 t/m3

f’c del concreto: 210 kg/cm2

fy del acero de refuerzo: 2800 kg/cm2

183

Caja típica de 0,95 m x 0,95 m x 1,35 m

1. Muros:

Para el diseño de los muros se propuso un espesor de 12 cm tal y como lo propone el AyA

en sus detalles típicos para los pozos de registro con profundidades similares a la que se

propone. Estos elementos fueron diseñados para resistir cargas de empuje del terreno,

empuje hidrostático (en caso que el nivel freático se encuentre en la zona de las cajas) y

empuje producto del sismo. El modelo utilizado consistió en un extremo del muro

simplemente apoyado en la losa de fondo mientras el otro apoyado en la viga perimetral

superior. Bajo esta condición de cargas y según las combinaciones de carga del Código

Sísmico de Costa Rica del 2010 (CSCR10) de la sección 6.2.1, se obtuvieron las siguientes

cargas de diseño:

Pu: 1,86 t/m

Mu: 0,8 tm/m

Vu:1,76 t/m

Donde Pu corresponde a la carga de empuje última, Mu el momento último y Vu el cortante

último. Todas estas cargas desarrolladas por unidad de longitud, es decir,

independientemente de la longitud del muro, las cargas serían las mismas por cada metro.

Con base en el momento último se procedió al diseño por flexión del muro basado en el ACI

318S-11. Utilizando un recubrimiento de 4 cm de concreto, se obtuvo un refuerzo de malla

de varillas #3 (3/8”) espaciadas a cada 15 cm (1#3@15 cm). Dicho refuerzo debe ubicarse

a 4,5 cm del lado opuesto al terreno.

Debido a que se deben resistir esfuerzos producto de la retracción y temperatura, se debe

colocar una malla idéntica en el otro sentido del muro. Por tanto se propone malla de #3@15

cm en ambas direcciones. Al comparar este refuerzo con el planteado por el AyA para pozos

de registro se observa que dicha institución propone malla de #3@20 cm para algunas

mientras que malla de #3@15 cm en otras. Por tanto, siendo conservador se adopta el

refuerzo calculado.

2. Tapa:

Las tapas en concreto se diseñaron para resistir una carga viva de 300 kg/m2 y carga muerta

como el peso propio más una capa de 10 cm de terreno sobre la misma (sobrecarga). Debido

184

a que la tapa se apoya en cada uno de los muros de la caja, siendo conservador se supuso

un modelo simplemente apoyado de la misma. De esta forma y respetando las

combinaciones de carga del CSCR10, se obtuvo las cargas últimas de diseño. Como

momento último se obtuvo una magnitud de 49,98 kgm/m, el cual es bajo. Por esta

sospecha, se verificó si el concreto resistiría dicha flexión sin necesidad de refuerzo de acero.

Para esto se evaluó el módulo de rotura del concreto planteado como 2 veces la raíz

cuadrada del f’c. Este parámetro indica el esfuerzo al que el concreto se agrieta producto

de la flexión.

𝑀𝑟 = 2√𝑓′𝑐 (32)

Como la tapa propuesta tiene una sección de 5 cm de espesor por 70 cm de largo y de

ancho, se calculó el esfuerzo producto del momento último obtenido mediante la ecuación:

𝜎 =𝑀𝑢 ∗ 𝑦

𝐼

(33)

Al comparar el esfuerzo obtenido con el módulo de rotura, se verificó que el primero fue

menor y por tanto se calculó el refuerzo de la tapa para resistir los esfuerzos de retracción

y temperatura, dando como resultado una malla de #3@ 35 cm. Sin embargo, si se aplicara

esta propuesta sólo se tendría una varilla de refuerzo debido a las dimensiones de la tapa,

por esto, se proponen tapas con mallas de #3@15 cm.

3. Viga perimetral superior

Para garantizar que los muros se apoyan en el extremo superior es necesario calcular el

acero de refuerzo necesario para garantizar que dicho apoyo sea adecuado, por esto se

siguió un procedimiento similar a los anteriores y se vio la necesidad de incluir una

varilla#4 en el perímetro superior de los muros.

4. Losa de fondo

Debido a la falta de información geotécnica, se decidió adoptar la losa que propone el AyA

en sus detalles típicos para los pozos de registro. Esta consiste en una losa de 20 cm de

espesor con malla de #3@ 15 cm.

185

Caja tipo 4

Para esta caja se proponen los mismos refuerzos en los muros y losa de fondo debido a que

los empujes se mantienen debido a que la profundidad de los muros no varió. Por otro lado,

debido a que el largo y ancho de la caja se aumentaron con respecto a las anteriores, se

decide cambiar el diseño de las tapas. Para estas se propone el uso de tapas de hierro negro

en vez de concreto debido al peso de las mismas. Dicho peso pasaría de aproximadamente

58 kg a 97 kg lo cual es considerable para efectos de mantenimiento.

Las tapas en hierro negro se diseñan para las mismas cargas y da como resultado el uso de

láminas de 6,35 mm de espesor como mínimo con un esfuerzo de fluencia fy=2500

kg/cm2 o superior.

Caja tipo 5

En este caso, a diferencia de las primeras cajas, se buscó un diseño aún más conservador

debido a que las dimensiones son mayores y porque protege todo un sistema de equipos y

no solo una válvula.

1. Muros:

Al igual que las anteriores, se propone que la caja resista las cargas del empuje de terreno,

empuje hidrostático y empuje sísmico. Se supuso un modelo del muro como empotrado en

su base y libre en su extremo superior. De esta forma no se requiere el diseño de una viga

perimetral superior como en el caso de las primeras cajas diseñadas. Con base en estas

cargas y las combinaciones de carga del CSCR10 se encontraron las cargas de diseño:

Pu: 2,624 t/m

Mu: 1,181 tm/m

Vu:2,624 t/m

Al igual que en el caso anterior, estas cargas son por unidad de longitud, por lo que sin

importar el largo del muro se tendrían las mismas cargas por metro.

Con base en el momento último se procedió a diseñar por flexión los muros, basado en el

ACI 318S-11. Se utilizó un recubrimiento de 4 cm del lado del terreno y se obtuvo un

refuerzo de malla#4@ 15 cm en ambas direcciones, una de ellas para resistir la flexión y

en el otro por retracción y temperatura.

186

2. Tapa:

Debido a las dimensiones de la caja, se propone dividir la tapa en dos, de forma que

quedaron definidas de 88 cm x 120 cm cada una. Debido a estas se decidió proponer tapas

en lámina de hierro negro. Las mismas fueron diseñadas para resistir las mismas cargas,

carga viva de 300 kg/m2 más carga permanente del peso propio más una sobrecarga de 10

cm de terreno sobre la misma. Debido a que se dividió la tapa en dos, se debe colocar una

viga central en el lado largo de la caja de forma que ofrezca un apoyo a ambas tapas y a la

vez dé más capacidad de soporte a los muros laterales los que tienen mayor longitud.

Contemplando todo esto y amplificando las cargas según lo establecido en las

combinaciones del CSCR10, se diseñó una tapa para una condición simplemente apoyada

en los muros de la caja y en la viga central. De esa forma se propone la colocación de tapas

de lámina hierro negro con esfuerzo de fluencia fy=2500 kg/cm2 o superior y 6,35 mm

de espesor como mínimo para garantizar que se soporten las cargas de diseño.

3. Viga central:

Para garantizar el apoyo de la tapa en el centro de la longitud del muro largo de la caja, se

debe proveer la suficiente rigidez. Es por esto que se propone una viga central cuadrada de

15 cm x 15 cm en concreto reforzado con luz de 1,32 m. Debido a que la tapa se modeló

como simplemente apoyada en los muros y en la viga, se tomó la reacción generada en el

apoyo que representa la viga central. Esta fuerza dio como resultado una carga última

distribuida de 0,8 t/m.

Con base en esa carga se diseñó a flexión el elemento estructural. De igual forma se

contempló un recubrimiento de concreto para todo el refuerzo de 4 cm. Con base en esto y

lo establecido en el ACI 318S-11, se obtuvo un refuerzo de 4 varillas #3 longitudinales,

dos en la parte superior de la viga y dos en la parte inferior.

Posteriormente se diseñó la viga por cortante con el fin de definir los aros necesarios para

resistir estos esfuerzos. Se planteó el diseño según los requerimientos planteados en el ACI

318S-11 y lo estipulado en el CSCR10 para efectos de confinamiento en el elemento. De

esta forma rigió el refuerzo planteado de aros en varilla #2 @ 5 cm.

Finalmente, se verificó que la longitud de anclaje del refuerzo longitudinal fuera el adecuado

para lograr la debida adherencia del acero con el concreto. Para esta definición se tomó en

cuenta el criterio establecido en el CSCR10. De esta forma, se obtuvo que se requiere una

187

longitud de anclaje de 11,5 cm a partir del punto crítico que es la unión entre la viga y los

muros laterales. Como se nota, las dimensiones de los muros (espesor) es de 12 cm lo que

no deja espacio para garantizar el recubrimiento deseado de 4 cm. Por esta razón se decide

implementar unos salientes de 4 cm en los puntos de unión de viga-muro, para así garantizar

que el acero tendrá el anclaje debido. De esta forma, la luz de la viga se reduce a 1,13 m y

por tanto las cargas de diseño, no obstante, siendo conservador se decidió plantear el mismo

refuerzo. Adicionalmente, el anclaje se deberá terminar con un gancho estándar de 90

grados.

4. Losa de fondo:

Al igual que las primeras cajas, conservadoramente se adoptó un espesor de 20 cm con

refuerzo de malla#3@15 cm en ambas direcciones.

Consideraciones generales

El diseño estructural planteado queda sujeto a estudios de suelo que se realicen en

los puntos de ubicación de las diferentes cajas y a criterio del ingeniero responsable

de la construcción de las mismas.

Las cajas se diseñan para profundidades máximas, por esto, se podrían adoptar

profundidades menores pero se tendría que hacer la modificación respectiva en el

alineamiento vertical de las tuberías.

El análisis y diseño de fundaciones, en caso de ser necesarias, dependerá de los

resultados de estudios de suelo, por esto no se planteó algún elemento estructural

en específico.

Al finalizar la construcción de cada caja se recomienda rellenar alrededor de la caja

con material del lugar y compactarlo a 95% de Proctor Standard en capas de 30 cm,

con base en lo planteado por el AyA para los pozos de registro.

Dentro de las cargas de diseño adoptadas, no se tomó en cuenta la sobrecarga

producto del paso cercano de vehículos. Para evitar el efecto de dicha sobrecarga se

debe instalar las cajas a una distancia que cumpla con la condición 𝐷 ≥ 𝐻, donde D

es la distancia entre el muro de la caja y el punto de sobrecarga (límite de carretera)

y H es la profundidad de la caja. De no ser posible, se debe evaluar el efecto de

dicha sobrecarga y verificar si el refuerzo planteado resistiría las nuevas cargas.

188

Se debe buscar a toda costa la ausencia del agua en los alrededores de las cajas. A

pesar que se consideró el efecto hidrostático actuando en los muros, el agua no solo

puede afectar los muros sino cada uno de los elementos de la estructura y el apoyo

en el suelo. En caso que haya presencia de la misma de manera superficial

(escurrimiento) o subterránea (nivel freático alto) se debe implementar un sistema

de drenaje para evacuar el agua.

Los detalles constructivos de cada caja se muestran en las láminas 4/5 y 5/5 de los

planos propuestos.

6.7.5 Sistema de almacenamiento

Como se vio en la sección de diagnóstico del sistema de almacenamiento, el tanque

existente en el momento de elaboración de este informe muestra graves deficiencias

estructurales que repercuten en su capacidad hidráulica. Cuando se obtuvo el índice de agua

no contabilizada, se mostró aún más clara la necesidad de intervenir el tanque de

almacenamiento.

Por esta razón se decide descartar por completo dicho componente, no solo por lo

mencionado en el párrafo anterior sino porque lo más probable es que ya haya cumplido su

vida útil, según lo conversado con los vecinos de la zona.

Para proponer un nuevo sistema de almacenamiento se debe evaluar no solo la capacidad

que hay que proveer sino los costos asociados a la construcción de un nuevo tanque.

En este caso, se consideró implementar un sistema de almacenamiento con tanques

plásticos. En el mercado se encontró la disponibilidad de tanques de este tipo con

capacidades entre 5 y 22 m3. Debido a que el volumen de almacenamiento es

considerablemente grande (196 m3), se decidió proponer un sistema con tanques de 22 m3.

Ahora bien, se hizo un análisis comparativo para tomar esta decisión. Existen muchas

ventajas de utilizar tanques plásticos en vez de utilizar un solo tanque de concreto,

específicamente para el caso de estudio, esto se observa en el Cuadro 6-35. Por otra parte,

en el análisis de costos se muestra la comparación cuantitativa entre las opciones analizadas.

189

Cuadro 6-35. Análisis comparativo del sistema de almacenamiento

Sistema de tanques plásticos Tanque de concreto asentado

Ventajas

Material resistente a la corrosión Material susceptible a la corrosión

(acero de refuerzo )

Material impermeable de fábrica Material poroso que debe

impermeabilizarse (concreto)

Fácil y rápida instalación Instalación (construcción) lenta

Fácil reposición en caso de falla por fenómenos naturales

Puede requerir demolición y reconstrucción total en caso de falla

por fenómenos naturales

Más redundancia en el sistema: si se requiere cambiar o aislar un tanque, no se ve afectada la

distribución del agua ya que el resto se mantiene funcionando.

Redundancia nula: si el tanque requiere ser reparado, se tendría que

sacar momentáneamente de funcionamiento.

En caso que se requiera almacenamiento en alguna otra

zona del acueducto, un tanque se podría movilizar e instalar para cumplir con la función deseada.

En caso que se requiera almacenamiento en alguna otra zona

del acueducto, se tendría que construir otro tanque o comprar uno

nuevo plástico para lograr lo deseado.

Se puede instalar los tanques paulatinamente conforme crece la

demanda en la zona.

La inversión y construcción se debe dar desde un principio, sin importar si la demanda en realidad alcanzaría la condición de saturación de la zona de

interés.

Desventajas

Fisuras: depende del tamaño deberá ser reemplazado por otro

nuevo.

Fisuras: se pueden reparar y seguir en funcionamiento.

Ocupan más espacio: se requiere de un lote grande (200 m2) con el debido cerramiento perimetral y

techo.

Ocupa menos espacio: con un lote de 100 m2 se puede lograr dar la capacidad (10mx10mx2m).

Se deben instalar más accesorios como válvulas, codos y tuberías

de conexión entre tanques.

Requiere únicamente de válvulas de corte en la entrada y salida y la

válvula flotante que controle el nivel del agua.

Con base en esta comparación, el análisis de costos mostrado más adelante en el capítulo

7 y debido a que el sistema de tanques plásticos se adecua mejor a la realidad de la

comunidad de El Mastate, se opta por esta opción. Para la misma se propone lo que se

muestra en la lámina 5/5 de los planos propuestos. En la Figura 6-21 se muestra una

190

fotografía de un sistema similar al que se pretende, aplicado en una comunidad cercana a

El Mastate.

Figura 6-21. Fotografía de aplicación de un sistema con tanques plásticos (volumen de 22 m3 cada uno)

Como aspectos principales se notan la propuesta de diferentes válvulas de corte con el fin

de poder aislar cada tanque en caso que se requiera realizar reparaciones o sacar de

funcionamiento. Además se propone una línea de tubería principal en 6 pulgadas (150 mm)

con el fin de darle la capacidad necesaria en caso que los bomberos requieran bombear el

agua. Adicionalmente a cada tanque se conecta una manguera que servirá de medidor del

nivel para así lograr medirlo debido a que no se tendría certeza a menos que se observe por

la tapa que está ubicada en la parte superior.

Inicialmente, como se verá en la sección de análisis de costos, se propone la instalación de

4 tanques de 22 m3, de esta forma se garantiza el almacenamiento necesario para reserva

en caso de incendios y para cubrir la demanda existente en la zona en el momento de

elaboración de este informe. Por esta razón la tubería de 6 pulgadas cuenta con un tapón

191

en uno de sus extremos, ya que es a partir de esta que se conectarán los tanques que se

vayan incorporando al sistema de almacenamiento.

Como aspecto importante se tiene el supuesto que todos los tanques se encuentran sobre

una superficie horizontal plana, es decir, todos se encuentran al mismo nivel. De esta forma

el sistema se comporta como “vasos comunicantes” en donde todos mantendrán el mismo

nivel de agua. De esta forma, solo se requiere de una válvula de flotador que controle la

entrada, la salida y el nivel mínimo necesario para caso de incendio. Esta válvula de flotador

deberá ser modulante, es decir, que se regule para que el agua en los tanques no baje del

nivel determinado que garantiza la permanencia de los 57 m3 en el sistema de

almacenamiento. Si no se logra instalar todos los tanques al mismo nivel, deberá hacerse

un análisis más detallado conforme se vayan agregando los tanques con el fin de evaluar la

necesidad de introducir más válvulas de flotador.

Se menciona la propuesta de válvula flotador ya que no se tiene dispuesto algún lugar

cercano para evacuar el agua en caso que se utilicen tuberías de rebose.

6.7.6 Sistema de cloración

De acuerdo con lo descrito en el marco teórico existen muchos métodos de cloración que

se utilizan en los diferentes acueductos. El más utilizado como se citó es mediante

hipocloritos, específicamente el de calcio. Se buscó asesoría en cuanto a este tema y cuál

podría ser la opción más viable para la ASADA de El Mastate. Con base en lo conversado en

la Unidad de Plantas Potabilizadoras de la GAM del AyA, se recomienda el uso del sistema

“Accu-Tab” que consisten en un sistema de dosificación de hipoclorito de calcio en forma

de pastillas. Debido a las grandes ventajas que este sistema ofrece y lo económico del

mismo en cuanto a inversión inicial y costos de mantenimiento, se opta por esta opción.

En la Figura 6-22 se muestra un cuadro comparativo del sistema con otros como la utilización

del cloro gaseoso y de hipoclorito de sodio.

192

Figura 6-22. Ventajas del sistema Accu-Tab con respecto a otros utilizados

Fuente: Ficha técnica sistema de cloración Accu-Tab, 2009

Para comprender el funcionamiento del sistema, se muestra y se procede a explicar la Figura

6-23 donde se propone la instalación que se requiere para el presente proyecto.

Figura 6-23. Instalación del sistema Accu-Tab

Fuente: Unidad de Plantas Potabilizadoras de la GAM del AyA, 2015

193

En la figura anterior se muestran unas letras, a continuación se describe cada uno de estos

componentes:

A: tubería de entrada del sistema

B: derivación (tee) de tubería principal hacia estañón

C: Estañón plástico

D: tubería de rebose que se conecta a la tubería de entrada al sistema

E: tubería de salida del estañón en ¾ de pulgada de diámetro

F: Llave de corte (bola) en PVC

G: Flujómetro (medidor del caudal pasante por la tubería de ¾ de pulgada de diámetro)

H: Llave de compuerta de ¾ de pulgada de diámetro

I: tubería de entrada al clorador en ¾ de pulgada de diámetro

J: Clorador Accu-Tab Modelo 3012

K: tubería de salida del clorador en 1 1/2 pulgadas de diámetro

L: Entrada de la solución de cloro al tanque de almacenamiento

Como aspectos fundamentales del funcionamiento se tienen que el estañón se propone para

evitar que en la tubería de entrada al clorador haya aire que afecte la cantidad de agua que

mide el flujómetro y que es necesaria para obtener la cantidad de cloro residual requerido.

Además este elemento sirve como un simple desarenador en caso que el agua proveniente

de la tubería principal contenga muchas partículas. Además, la válvula de compuerta servirá

para regular el flujo de agua que entra al clorador. Por último, al tratarse de un sistema por

gravedad, que no requiere de ningún tipo de energía más que la del agua para funcionar,

el sistema se debe colocar en un punto con mayor elevación que la tubería de entrada al

tanque de almacenamiento con el fin que la solución de cloro pueda verter en el mismo

tanque.

El funcionamiento en sí del componente principal, el clorador, es bastante sencillo ya que

se introducen las pastillas por la parte superior. Estas tiene 7,6 cm de diámetro y el modelo

propuesto tiene capacidad para retener 17 pastillas. Posteriormente, conforme el agua fluye

a través del aparato, así se van degradando las pastillas una a una como se muestra en la

Figura 6-24.

194

Figura 6-24. Funcionamiento del clorador Accu-Tab

Fuente: Ficha técnica sistema de cloración Accu-Tab, 2009

Junto con el sistema de cloración se debe adquirir un comparador de cloro, este será muy

importante ya que es el que medirá el cloro residual libre en la salida del sistema de

cloración. Este instrumento sirve para verificar que la cantidad de cloro residual libre está

acorde con lo establecido en el Reglamento para la Calidad del Agua Potable de 2005.

Para efectos de este proyecto, como se aconsejó en la Unidad de Plantas Potabilizadoras

del AyA, inicialmente se debe concretizar la ubicación del sistema de almacenamiento para

poder analizar el sistema de cloración y el flujo necesario para obtener el cloro residual libre

deseado. Sin embargo, como planteamiento teórico e ideal se propone que para el caudal

de diseño de 5,94 l/s, se debe dosificar 0,6 PPM de cloro, lo que equivale a 1,54 pastillas

por día. Debido a que la capacidad del clorador es de 17 pastillas, habría que recargar

aproximadamente 15 pastillas, cada 10 días. Esta estimación se realizó con una hoja

de cálculo del fabricante y según los rendimientos que proponen. No obstante, la propuesta

se debe evaluar en campo antes de plantearla como definitiva ya que el cloro residual libre

podría presentar valores menores al deseado.

Lo que sí se tiene certeza es que es el sistema más adecuado no solo para la ASADA de El

Mastate sino en general para la mayoría de las ASADAS por la falta de personal capacitado

para brindar el mantenimiento debido a los diferentes sistemas de cloración.

195

6.7.7 Sistema de medición en el acueducto

La medición en cualquier sistema de abastecimiento es fundamental para poder evaluar qué

componentes del mismo podrían mejorarse o controlarse para buscar la eficiencia y por

tanto reducir costos de mantenimiento. Es por esto que en cualquier acueducto debe existir

macromedición y micromedición. La primera hace referencia a la medición de volúmenes

captados y producidos en el sistema mientras los segundos corresponden a la medición

puntual de los usuarios del sistema, es decir, los volúmenes que se facturan.

En la comunidad de El Mastate al momento de elaboración de este informe existe

micromedición, la cual se instaló a finales del año 2014. Por esta razón, para efectos del

proyecto no se proponen mejoras en cuanto a este tipo de medición. Solamente se propone

reubicar una prevista debido a que se encuentra en una posición lejana a la casa que

abastece. Esta prevista es la que registra la ASADA como No.2 y que se propone colocar en

la ubicación del nodo 3 de la red de distribución. Aparte de este cambio, para todas las

demás lo único que se propone es conectarlas a la nueva red de distribución.

Por otra parte, en el sistema no existe macromedición y es aquí donde se pretende mejorar.

Para esto se propone la incorporación de un macromedidor en la captación de la ASADA en

el tanque de distribución y otro en la llegada al sistema de almacenamiento. Estos dos se

proponen en diámetro de 75 mm como la tubería de conducción. Además se propone un

macromedidor en la salida del sistema de almacenamiento en 150 mm de diámetro para

conocer la cantidad de agua que se distribuye a la red. De esta forma, con los dos primeros

medidores será posible determinar las posibles fugas que se presenten en el tramo de

conducción y con el tercer medidor se podrá comparar el volumen distribuido con el volumen

facturado (micromedición) para así identificar potenciales fugas o conexiones ilegales en el

sistema.

Como instalación de estos elementos, se propone colocarlos entre dos válvulas de

compuerta, en donde una de ellas podrá ser las de corte del sistema de almacenamiento y

la otra se tendría que añadir en cada caso. Además de esto, se propone la instalación de un

“strainer” o filtro justo antes de cada medidor, con el fin de reducir la cantidad de partículas

finas que podrían pasar a través del medidor y por tanto ir reduciendo la vida útil del mismo.

ESCALA LÁMINAFECHA

Diciembre 2015Indicada

DESCRIPCIÓN:

PROYECTO DE GRADUACIÓN

DISEÑO DETALLADO Y SOLUCIÓNCONSTRUCTIVA DEL ACUEDUCTO DE AGUA POTABLE DE LACOMUNIDAD DE EL MASTATE DE POÁS

15

SIMBOLOGÍA:

FUENTES DE INFORMACIÓN:

ESCALA LÁMINAFECHA

Diciembre 2015Indicada

DESCRIPCIÓN:

PROYECTO DE GRADUACIÓN

DISEÑO DETALLADO Y SOLUCIÓNCONSTRUCTIVA DEL ACUEDUCTO DE AGUA POTABLE DE LACOMUNIDAD DE EL MASTATE DE POÁS

25

SIMBOLOGÍA:

ESCALA LÁMINAFECHA

Diciembre 2015Indicada

DESCRIPCIÓN:

PROYECTO DE GRADUACIÓN

DISEÑO DETALLADO Y SOLUCIÓNCONSTRUCTIVA DEL ACUEDUCTO DE AGUA POTABLE DE LACOMUNIDAD DE EL MASTATE DE POÁS

35

SIMBOLOGÍA:

Tabla de bloques de anclaje para LÍNEA DE CONDUCCIÓN

Diámetro de tubería Ángulo del codo Codo horizontal

75 mm

11,2522,54590

* Se debe garantizar que el apoyo en el suelo sea mediante el área "LxB"**Se debe garantizar que el apoyo en el suelo sea mediante el área "Lxh"

Codo vertical inferior* Codo vertical superior**

B1B2B4-

B5B5B5B4

B4B6B4-

Tipo de bloque de anclaje por codo

θ

L

B

L

H

BLOQUE DE ANCLAJE EN CODO HORIZONTAL ESC: 1:10

SECCIÓN DE APOYO

SECCIÓN DE APOYO L x H

1/3

H2/

3 H

SECCIÓN

H

θ

L

H

L

B

BLOQUE DE ANCLAJE EN CODO VERTICAL INFERIOR ESC: 1:10

SECCIÓN

mín

L x B SECCIÓN DE APOYO

SECCIÓN

H

B

L

H

L

B

SECCIÓN

L x B SECCIÓN DE APOYO

SECCIÓN

H

B

θ

VARILLA NO.2

BLOQUE DE ANCLAJE EN CODO VERTICALSUPERIOR ESC: 1:10

15 c

ms

3 cms

mín

1/3

H2/

3 H

SECCIÓN

L

B

TEE HORIZONTAL ESC: 1:10

BORDE DE LA ZANJA

MAX 45 grados

H

TERRENO

TUBO

PERNO EN VARILLA no. 3

EPÓXICO

GAZA DE ACERO INOXIDABLE@ 100 cmPLETINA DE 6mm ESPESOR

15 cm

TUBO

1.00 m variable

ANCLAJE EN ESTRUCTURAS DE PUENTES ESC: 1:10

55

L

H

VARILLAS no. 4 @ 0.2 C.A.C

VARILLAS no. 4 @ 0.2 C.A.C

SECCION 5-5

PLANTA

ANCLAJE EN REDUCCIONES Y TRAMOS CON PENDIENTES ALTAS ESC: 1:10

B

a

Mat

eria

l BM

ater

ial A

0,15

Ø0,

1

RELLENO INICIAL

LÍNEA MEDIA

ACOSTILLADO

ENCAMADO

FUNDACIÓN (SI ES NECESARIA)

SEGÚN NORMA INTE 16-08-01: 2014

mínimo

mínimo

SECCIÓN TRANSVERSAL DE ZANJA ESC: 1:10

RELLENO FINAL

Material A: base granular (tmáx. 38 mm) compactado con pisón manual capas de 5 cmMaterial B: material excavado libre de piedras y objetos puntiagudos, compactado al85% Proctor Standard en capas de 30 cm máximo

0,12

ESCALONES @45cm

0,12

CONCRETO F´C: 175 kg /cm2

TUBERÍA PVC

CONCRETO F´C: 210 kg /cm2

VISTA EN PLANTA

SECCIÓN A-A (VÁLVULAS EN UNIÓN DE TUBERÍAS)

1,35

0,2

1,15

DIA

M

DIA

M+5

cm

MALLA no. 3 @ 15 cm a.d.

0,950,12 0,120,71

máx

imo

A

B

BC

SALIDA A

0,1

7.5 cm

SERVIDUMBRE

0,90

1,14

C C

0,9

0,9

0,1

TAPA

AGARRADERAS EN VARILLA no. 4

LÁMINA DE HN DE 6.35mm

LÁMINA DE HN DE 6.35mmCAJA DE REGISTRO ÚNICA (CR4: UNIÓN DE TUBERÍAS) ESC: 1:10

A

A

D

ESC: 1:10

A: TEE (150 mm)

B: ADAPTADOR MACHO (50 mm)

C: VÁLVULA DE COMPUERTA (DIÁMETRO = Ø DE TUBERÍA)

D: REDUCCIÓN EN PVC SCH40 (150x 50 mm)

ESCALA LÁMINAFECHA

Diciembre 20151:10

DESCRIPCIÓN:

PROYECTO DE GRADUACIÓN

DISEÑO DETALLADO Y SOLUCIÓNCONSTRUCTIVA DEL ACUEDUCTO DE AGUA POTABLE DE LACOMUNIDAD DE EL MASTATE DE POÁS

David Ricardo Portilla Fuentes

UNIVERSIDAD DE COSTA RICA ESCUELA DE INGENIERÍA CIVIL

45

Lámina de detalles:

- Bloques de anclaje en cambios de dirección, enreducciones de diámetro y tramos con pendientes altas

-Anclaje de tuberías en estructuras de puentes

-Sección de zanjas recomendada según norma INTECO

-Caja de registro en intersección de tuberías

0,95

0,12

0,12

0,71

0,95

0,120,12 0,71

0,15

TUBERÍA DE VENTILACIÓN PVC 1/2"(UNICAMENTE PARA VENTOSAS)

TAPAS

0,06

PARED DE LA

0,45

0,1

EPÓXICO

VARILLA no.5 @ 45cm

ESCALONESCAJA DE REGISTRO

DIMENSIÓN DE TAPA0.08no.3

no.3

aros no. 2 @ 0.2

no.3

no.3

DETALLE D

A: VÁLVULA DE COMPUERTA

B: SILLETA DE PROLIPROPILENO

C: TUBERÍA PVC (DIÁMETRO = Ø DE VENTOSA)

D: LLAVE BOLA PVC (DIÁMETRO = Ø DE VENTOSA)

E: ADAPTADOR HEMBRA PVC

F: VÁLVULA DE VENTOSA

(AUTOMÁTICA O TRIPLE EFECTO)

A: TEE (DIÁMETRO = Ø DE TUBERÍA)

B: ADAPTADOR MACHO (DIÁMETRO = Ø DE TUBERÍA)

C: VÁLVULA DE COMPUERTA (DIÁMETRO = Ø DE TUBERÍA)

D: TAPÓN HEMBRA (DIÁMETRO = Ø DE TUBERÍA)SECCIÓN A-A (VÁLVULA DE PURGA) ESC: 1:10

1,35

0,2

1,15

DIA

M

DIA

M+5

cms

GASA EN VARILLA no. 4

MALLA no. 3 @ 15cm a.d.

0,95

0,12 0,120,71

máx

imo

5 c

m

MALLA DE REFUERZO CENTRADA

7.5 cm

1 varilla No.4 perimetral

1,84

1,44

0,12

0,12

1,2

VISTA EN PLANTA

BA

EC

DE

C

D A

B

KFGH

0,04

0,15

B

ESCALONES @45cm

A: VÁLVULA DE COMPUERTA EN BRONCE 50mm

TIPO GENEBRE (PI MÁXIMO= 200 PSI)

B: STRAINER DE BRONCE 50mm TIPO GENEBRE

C:

0,88

0,4

0,4

0,2

PLETINA DE 5mm

1,2

0,1

AGARRADERAS EN VARILLA no. 4

DETALLE DE TAPA EN HN ESC: 1:10

0,95

0,95

0,12

A

VÁLVULA

0,12

0,71

CONCRETO F´C: 175 kg /cm2

TUBERÍA PVC

CONCRETO F´C: 210 kg /cm2

A

VISTA EN PLANTA

ESCALONES @45cm

SECCIÓN A-A (VÁLVULA DE CORTE DE COMPUERTA)

X : 27 cm COMO MÍNIMO

1,35

0,2

1,15

DIA

MX

DIA

M+5

cms

X

GASA EN VARILLA no. 4

VÁLVULA DE COMPUERTA

A

0,95

0,12 0,120,71

máx

imo

MALLA no. 3

5 c

m

MALLA DE REFUERZO CENTRADA

7.5 cm

1 varilla No.4 perimetral 1 varilla No.4 perimetral

ESC: 1:10

@ 15 cm a.d.

1,35

0,2

1,15

DIA

MX

DIA

M+5

cms

X

GASA EN VARILLA no. 4

MALLA no. 3 @ 15cm a.d.

B

0,95

0,12 0,120,71

VÁLVULA DE VENTOSA

CD

EC

Fmáx

imo

5 c

m

MALLA DE REFUERZO CENTRADA

7.5 cm

1 varilla No.4 perimetral1 varilla No.4 perimetral

X : 27 cm COMO MÍNIMO

SECCIÓN A-A (VÁLVULA VENTOSA)

ESC: 1:10

0,95

0,12

0,12

0,71

0,95

0,120,12 0,71

0,15

TAPAS EN CONCRETO

0,95

0,95

0,12

ESCALONES @45cm

0,12

0,71

A

VISTA EN PLANTA

0,3

A

B

B

C

DDESCARGA HACIA SITIO ADECUADO

0,1

SECCIÓN B-B (VÁLVULA REGULADORAS DE PRECIÓN) ESC: 1:10

1,35

0,12

0,2

1,03 MALLA no. 4 @ 15cm a.d.

1,84

0,12 0,121,6

máx

imo

0,725 0,725

0,15

0,0740,168 0,1 0,126 0,3 0,19 0,3 0,074 0,1

MALLA no. 3 @ 15 cm a.d.

0,15

4 no. 3 aros no. 2@ 5 cm

0,09

LÁMINA DE HN DE 6.35mm

0,168

DETALLES B y DDETALLES B y D

A

J J J J J J J JB

C

ED

I

V R P

C

ED A

K

F

GH

4.5 cm

0,15

AGARRADERAS EN VARILLA no. 4 y CANDADO

Línea centro de la viga 5 cm

5.5

cm

0.07

5

DETALLE B

4 cm 8 cm

ANGULAR DE 50x50x5mm

TAPA DE 88 cm x 120 cm x 6.35 mm

VARILLA no. 6

PLETINA DE 5mm

3 cm

2 cm5

cm

0,12 0,121,12

0,16 0,16

DETALLE DE ANCLAJE DE VIGA CENTRAL ESC: 1:10

FIN DE VIGA4 no. 3 aros no. 2@ 5 cm

0,12

0,12

SECCIÓN B-B

CAJAS DE REGISTRO EN CONCRETO REFORZADOID Accesorio Dimensiones (LxAxH) en m

CR1

CR2

CR3

CR4

CR5

Válvula de corte

Válvula ventosa

Válvula de purga

Unión de tuberías

VRP

0,95 x 0,95 x 1,35 máx.

1,15 x 1,15 x 1,35 máx

0,95 x 0,95 x 1,35 máx.

0,95 x 0,95 x 1,35 máx.

1,85 x 1,45 x 1,35 máx

* Las dimensiones dadas son externas (las paredes son de 12 cm de espesor)* Se establece 1,35 m como profundidad máxima, en el tramo de conducción se puede utilizar una profundidad de 0,8 m.* L: largo, A: ancho, H: profunidad

Equi

po d

eC

lora

ción

Accu

-TaB

22 m

322

m3

22 m

3

22 m

3

22 m

3

10 m

3

10 m

3

22 m

3

22 m

3

22 m

3

13,2

1

16,53

3,47 3,47 3,47

1 1 1

1 1

4,04 4,04 4,03

3,69

VISTA EN PLANTA DEL SISTEMA DE ALMACENAMIENTO ESC 1:100

0,7

1,3

1,45

1,96

1,29

1,29

1,29

I: VÁLVULA REDUCTORA DE PRESIÓN

TIPO WILKINS NR3 (0 A 75 PSI)

J: ADAPTADOR MACHO DE 50mm

K: SILLETA DE PROLIPROPILENO 2" x 1" C/R

SIMBOLOGÍA SISTEMA DE ALMACENAMIENTO

Tubería en PVC SDR 32.5 (75 mm)

Tubería en PVC SDR 32.5 (150 mm)

Válvula de bola en PVC (75 mm)

Unión de reparación en PVC SDR 17 (diámetro según tubería)

Válvula de compuerta bridada (diámetro según tubería)

Strainer o filtro en bronce (diámetro según tubería)

Macromedidor bridado (diámetro según tubería)

Caja de registro en concreto reforzado (sin diseño definido)

Válvula flotante modulante

Tapón hembra roscado en PVC (150 mm)

Cruz en PVC SDR 26 (150 mm)

Reducción 150 mm x 75 mm en PVC SCH 40

Adaptador macho en PVC SCH 40 (diámetro según tubería)

Piezómetro en manguera 12 mm. Conformado por (derecha a izquierda):Adaptador macho en PVC SCH40 (75 mm), Reducción 75 mm x 12 mm enPVC SCH40; Llave de bola en PVC SCH40 (12 mm), Tee en PVCSCH40(12 mm),Unión de acople macho en 12 mm para manguera y Tapónhembra con rosca PVC SCH40 (12 mm).

TANQUE ROTOPLAS DE 22 M3

TANQUE ROTOPLAS DE 10 M3

DIMENSIONES DE TANQUES

3.00

0.46

0.46

3.52

0.20

0.20

3.00

Placa para conexiónTubería de 75 mm

VISTA EN PLANTA (SUPERIOR) VISTA FRONTAL

2.20

0.46

0.46

3.10

0.202.20

Placa para conexiónTubería de 75 mm

VISTA EN PLANTA (SUPERIOR) VISTA FRONTAL

SIMBOLOGÍA SISTEMA DE CLORACIÓN

ABCDEF

Tubería de entrada en PVC SDR 32.5 (75 mm)

Válvula de bola en PVC SCH40 (18 mm)

Estañón plástico (55 gal)

Superficie de apoyo del estañón

Tubería de salida del estañón en PVC SDR 17 (18 mm)

Unión de acople macho en PVC (diámetro según tubería)

A

C

D

B

I

J

K

G G

FG

FGH

FGFG

E

Nivel por encima dela entrada al tanque

Nivel por encima dela entrada al tanque

Se debe garantizar que elnivel de salida seasuperior al del elemento I

L

SISTEMA DECLORACIÓNESC 1:30

JK Tubería de salida del clorador hacia el tanque principal en

PVC SDR 32.5 (38 mm)

Clorador Accu-Tab MOD.3012

G Adaptador macho en PVC SCH40 (diámetro según tubería)

H Flujómetro Blue-White 1 a 7.5 LPM (12 mm)

I Válvula de compuerta en bronce (18 mm)

L Tubería de rebose en PVC SDR 32.5 (50 mm)

C: SILLETA DE PROLIPROPILENO 2" x 12" C/R

D: REDUCCIÓN BUSHING 12" x 14 " HG

E: MANÓMETRO DE GLISERINA A 200 PSI (Ø= 2,5" O SIMILAR)

F: VÁLVULA DE BOLA PVC (Ø= 25mm)

G: ADAPTADOR HEMBRA DE 25mm

H: VÁLVULA VENTOSA TRIPLE EFECTO O AUTOMÁTICA (Ø= 1")ESCALA LÁMINAFECHA

Diciembre 20151:10

DESCRIPCIÓN:

PROYECTO DE GRADUACIÓN

DISEÑO DETALLADO Y SOLUCIÓNCONSTRUCTIVA DEL ACUEDUCTO DE AGUA POTABLE DE LACOMUNIDAD DE EL MASTATE DE POÁS

David Ricardo Portilla Fuentes

UNIVERSIDAD DE COSTA RICA ESCUELA DE INGENIERÍA CIVIL

55

Lámina de detalles:

- Diferentes tipos de cajas de registro propuestas(válvulas de corte, ventosas, de purga y reductoras depresión)

-Sistema de almacenamiento

-Sistema de cloración

196

CAPÍTULO 7 ANÁLISIS DE COSTOS Y PLANIFICACIÓN CONSTRUCTIVA

En el presente capítulo se describe el proceso mediante el que se elaboró el presupuesto de

las obras de mejora propuestas para el acueducto de la comunidad de El Mastate de Poás.

Además se plantea la planificación de la construcción de las mismas mediante diferentes

etapas o fases para así amortiguar las inversiones con los ingresos que reciba la ASADA.

7.1 Generalidades de la estimación de costos

Para toda obra de construcción se deben evaluar muchos aspectos desde el punto de vista

de presupuesto para buscar que la estimación sea lo más precisa posible y se tenga una

aproximación del costo final que se tendría para el proyecto. No obstante, el costo final se

conocerá con certeza únicamente al concluir este.

Los conceptos descritos a continuación son basados en lo planteado por Fernández, 1987.

Los costos asociados a actividades constructivas en un proyecto se pueden clasificar en dos

rubros: costos directos y costos indirectos. Los costos directos son aquellos que pueden

asignarse a una actividad determinada y específica de una obra, entre ellos: materiales,

mano de obra, equipos y subcontratos. Mientras que los costos indirectos son los que no

pueden asignarse a una actividad específica, sino que son aplicados en forma indeterminada

a la obra en total.

Los costos indirectos se pueden clasificar en tres grandes grupos: de campo, de oficina

central y financieros. Los primeros hacen referencia a los que aunque no se pueden asignar

a alguna actividad en específico, pero se pueden atribuir globalmente a un proyecto en

específico. Algunos ejemplos de estos son siguientes:

Salarios de ingenieros, maestros de obra, personal de bodega, administradores de

campo, entre otros.

Honorarios: pruebas de suelos, de concreto, topografía, entre otros.

Traslados

Viáticos: vivienda y alimentación.

Depreciación

Consumos: combustible, lubricantes, agua potable, energía eléctrica.

Varios: seguro contra incendios, papelería, equipo de seguridad, entre otros.

197

Por otra parte, los costos de oficina central son los que la empresa encargada de la

construcción paga por operar. Entre estos se encuentran los montos de planos, salarios de

personal administrativo, viáticos del personal de oficina, alquileres de oficina, entre otros.

Por último, los costos financieros son aquellos que se relacionan con pago de intereses por

diferentes préstamos requeridos por la empresa para desarrollar las obras, pagos de

derechos de construcción, pérdidas por atrasos en pago de reajustes, entre muchos otros.

Como se nota, los dos últimos tipos de costos indirectos los debe prever la empresa

constructora o el contratista e introducirlo en los presupuestos de los diferentes proyectos

que desarrolle anualmente, de forma que cubra dichos montos y no le generen pérdidas.

Aparte de estos, se debe tomar en cuenta un porcentaje de imprevistos para el proyecto.

Este rubro se define para prevenir posibles aumentos en el costo debido a situaciones

impredecibles, que se escapan de la planificación establecida y que sólo se conocerán al

construir el proyecto. Algunas de las causas comunes de estas situaciones son las

condiciones climáticas, accidentes de trabajo, huelgas, errores constructivos que impliquen

demolición, entre otros.

Además de estos costos, se debe evaluar la utilidad del contratista para el proyecto que se

construye. Esta hace referencia al porcentaje sobre el costo total que cobra la empresa o

contratista por ejecutar un proyecto. Generalmente esta utilidad se adopta como un

porcentaje sea del costo final o de cada rubro de forma diferenciada. Esta asignación el

contratista la debe realizar evaluando el tipo de proyecto y el riesgo asociado a este, la

competencia, el tipo de cliente y consultor, la precisión de la estimación realizada, entre

muchos otros factores.

7.2 Costos directos del proyecto

Como se mencionó en la sección anterior, en este rubro se incluyen costos como los

materiales, mano de obra, equipos y subcontratos, todos ellos relacionados directamente

con actividades del proyecto.

Para efectos de este proyecto, estos se evaluaron de forma detallada y precisa para obtener

una aproximación cercana del costo total de las obras.

198

7.2.1 Materiales

Para esta sección se partió del dimensionamiento y diseño hidráulico de cada uno de los

componentes del acueducto. Con base en estos inicialmente se realizó un levantamiento por

unidad de cada uno de los materiales y accesorios que se requieren para la construcción de

las obras.

El levantamiento de las cantidades se realizó tanto para los componentes hidráulicos

propuestos para el sistema como lo son: tuberías, codos, válvulas, adaptadores, uniones,

silletas, tanques, entre otros; como para los componentes en concreto y hierro negro que

se plantean como lo son: cajas de registro y bloques de anclaje.

En algunos casos, debido a que la zona del acueducto se encuentra alejada de centros

urbanos, se tuvo que incluir el transporte al lugar del proyecto, lo cual se consideró como

parte del costo de los diferentes materiales.

Posteriormente al levantamiento se cotizó los diferentes materiales en diferentes empresas

y ferreterías proveedoras. Para los componentes hidráulicos se valoró proveedores

especializados en estos sistemas de forma que se garantice la calidad de los mismos y

asesoría en el momento de la construcción. Por otra parte, los materiales como la base

granular para los rellenos de las zanjas, el cemento, piedra, varillas, madera y demás

materiales requeridos para la construcción de obras en concreto se cotizaron en la ferretería

y el tajo más cercano a la zona del proyecto con el fin de reducir los costos de transporte.

7.2.2 Mano de obra

Para el presente proyecto se plantea que la construcción de las diferentes obras mediante

cuadrillas de operarios, ayudantes y peones.

Según Villegas, 2012, un operario es el obrero con más experiencia y aptitudes después del

maestro de obras y en general suele especializarse en una actividad particular, entre ellos:

carpinteros, albañiles, armadores, electricistas y fontaneros. Por otra parte, un ayudante se

considera a aquel trabajador que por su experiencia adquiere el carácter de aprendiz de

operario, esto ya que asiste en sus labores, suministra materiales y herramientas. En

ocasiones, es normal que el ayudante realice las labores del operario siempre y cuando

cuente con supervisión. Por último, el peón es aquel trabajador que no requiere de ningún

199

tipo de experiencia debido a que las funciones que se le encargan tienen que ver con

acarreos, preparación de mezclas, zanjeos, movilización de equipos, entre otras.

Las horas de trabajo por tipo de obrero dependen de las actividades que se realicen y el

cuidado de cada una de ellas. Estas duraciones se denominan rendimientos de mano de

obra y se describirán más adelante. Para efectos de presupuesto y planificación de las obras,

se propuso un horario laboral de 48 horas semanales.

Los salarios que se pagarían a cada uno de estos obreros se definieron con base en los

salarios mínimos establecidos en Costa Rica para el segundo semestre del año 2015.

Además de los salarios, se debe tomar en cuenta las cargas sociales. Estas se consideran

como un porcentaje del salario pagado. Para efectos de este proyecto se utilizó lo

establecido en la legislación vigente, sin tomar en cuenta los porcentajes de preaviso y

cesantía ya que se considera que los trabajadores serán contratados únicamente para el

tiempo del proyecto. El porcentaje se definió como 43,38%.

7.2.3 Equipos y subcontratos

Para las obras de construcción generalmente se utilizan diferentes equipos o maquinaria

para facilitar las labores y reducir las duraciones de las actividades. En este caso, se plantea

el uso de equipos de excavación (Miniexcavador) para el zanjeo de la tubería de la red de

distribución, se propone el uso de un compactador (sapito brincón) para compactar los

diferentes rellenos que se requieren y también se propone el alquiler de una mezcladora de

concreto. Por otra parte se plantean varios subcontratos, entre ellos el trazado de las rutas

de las tuberías por parte de un topógrafo y su personal de apoyo, la exportación de material

excavado que no se vaya a utilizar como relleno de las zanjas, la demolición y reposición de

la carpeta asfáltica en los lugares donde se requiera trazar la zanja a través de carretera, la

instalación del sistema de cloración.

7.3 Costos indirectos

En este rubro se considera la instalación de una bodega con el fin de almacenar los

diferentes materiales y así aislarlos de humedad, calor y demás factores ambientales,

mientras se construyen las obras. También se incluyen los costos de seguridad en la bodega

y los salarios de maestro de obras e ingeniero. Todos estos dependen de la duración de las

200

obras. En el caso del maestro de obras se contrataría permanentemente, durante la totalidad

de duración de las obras, mientras que el ingeniero por medio tiempo.

Viáticos

Debido a que la zona del proyecto es alejada de centros urbanos, se debe evaluar el pago

de viáticos a cada uno de los trabajadores ya que si no se logra conseguir apoyo de la

comunidad y por tanto se debe buscar trabajadores en otras zonas, se les deberá garantizar

el monto de viáticos para que se pueda costear los desplazamientos de ellos a la zona del

acueducto. En el estudio de León en 1981 se estimó un porcentaje promedio para los

proyectos que el Programa de Ayuda Comunal de AyA favorecía en acueductos rurales.

Como resultado de la investigación se obtuvo un porcentaje de 9,38% sobre la mano de

obra para este rubro, el cual se adoptó para el presupuesto del presente proyecto.

Herramientas

Este rubro se consideró conservadoramente como 2% del total de materiales.

Utilidad del contratista

Para efectos de este proyecto se supone un porcentaje de 15% de utilidad. Para definir

esto se decidió utilizar los porcentajes que establece el AyA para los proyectos similares que

desarrolla la Institución.

Administración e imprevistos

De manera similar a la utilidad del contratista, se definió el porcentaje de administración e

imprevistos como un 10% tal como lo establece el AyA en sus proyectos.

7.4 Rendimientos de mano de obra

Un rubro significativo de la estimación de los costos de un proyecto lo representa la mano

de obra. Esta implica un porcentaje importante del costo final y también define la duración

del proyecto. Para lograr una estimación precisa de estos dos aspectos es necesario utilizar

rendimientos que pueden ser teóricos (literatura) o experimentales (medidos en campo).

Para efectos de este proyecto se realizó una investigación amplia en diferentes fuentes. Se

tomó como referencia rendimientos tanto teóricos como experimentales. A pesar que

algunas referencias bibliográficas se pueden considerar como antiguas debido al contexto

temporal del presente proyecto, estas fueron basadas en estudios de medición de mano de

201

obra en campo donde se utilizaron prácticas similares a las que se desarrollarían en la

construcción de las obras que se plantea, por lo que se consideran aceptables para las

estimaciones.

A continuación se mencionan las diferentes fuentes utilizadas.

1. Villegas, 2012: Trabajo final de graduación de Ingeniería Civil de la Universidad de Costa

Rica en donde se realizó mediciones en campo de los tiempos de las actividades

constructivas para un proyecto de residencia, utilizando concreto colado en sitio.

2. Calvo, 2007: Trabajo final de graduación de Ingeniería en Construcción del Instituto

Tecnológico de Costa Rica en donde se realizó un estudio similar al de Villegas y se

obtuvo diferentes rendimientos por hora hombre.

3. Paniagua & Fallas, 2005: Manual de rendimientos obtenido por los autores para

proyectos de habitación similares a los estudiados por Villegas y Calvo.

4. Elizondo, 2012: Trabajo final de graduación de Ingeniería Civil de la Universidad de

Costa Rica en donde se desarrolló un programa para el cálculo de presupuestos, aplicado

a proyectos urbanísticos. En este trabajo no consistió en la obtención de rendimientos

de mano de obra, sino que implementó algunos en el programa que desarrolló. Estos

rendimientos los tomó de otra tesis, de Ernesto Hayn Reyes denominada “Rendimientos

de Mano de obra en obras de urbanización” de 1982.

5. Salas & Villalobos, 1987: Estudio de rendimientos de maquinaria utilizada en proyectos

de construcción urbanísticos. El autor partió de entrevistas y estudio en campo en

diferentes constructoras para determinar los rendimientos de maquinaria de excavación

y exportación de materiales excavados. Como resultado del estudio se propone varios

rendimientos de maquinaria en función de la potencia y características comunes

encontradas en la maquinaria utilizada por las diferentes constructoras.

6. Richardson Engineering Services, Inc, 1979: Son tres volúmenes de manual de

estimación de costos de infraestructura, urbanístico, mecánico, eléctrico, entre otros. En

este se propone una metodología rápida de cálculo utilizando costos y rendimientos

propuestos en cada uno de los volúmenes.

7. Bravo, 1969: manual de rendimientos de mano de obra para construcción de residencias.

Se explica detalladamente las subactividades que comprende cada actividad de la

construcción y los materiales y mano de obra requerida para llevar a cabo cada una de

ellas.

202

8. Caterpillar, 2010: manual de rendimiento de toda la maquinaria que ofrece Caterpillar

para construcción. Se describe detalladamente las características de cada máquina junto

con el rendimiento estimado.

Como se puede observar, la mayoría de las fuentes evalúan la construcción de proyectos de

residencia o urbanísticos. Estos se tomaron como referencia para los rendimientos de obras

en concreto y excavación y compactación de rellenos. Por otra parte, para las instalaciones

de mecánicas de tuberías, válvulas y demás accesorios hidráulicos se tomó rendimientos del

manual de Richardson el cual es muy completo en este sentido. Por último para los

rendimientos de maquinaria se basó la estimación en los rendimientos del manual Caterpillar

y el trabajo desarrollado por Salas y Villalobos.

7.5 Comparación de costos de diferentes alternativas para el sistema

En esta sección se comparan las alternativas planteadas anteriormente como solución para

la red de distribución de acuerdo con lo propuesto por la Unidad de Ingeniería de Bomberos

y por otro lado la evaluación del sistema de almacenamiento.

7.5.1 Opciones propuestas por el Cuerpo de Bomberos

Como se mencionó en la Sección 6.2.5, el Cuerpo de Bomberos propuso dos opciones para

cumplir con lo requerido por dicha institución en caso de incendio en la zona del acueducto.

Además de esto, se mostró en el análisis de sensibilidad que las dimensiones de las tuberías

de la red de distribución, en caso de colocar hidrantes en el sistema, son considerablemente

mayores a las que dieron únicamente como resultado de la demanda de la población. En

esta sección se busca mostrar estos cambios en términos monetarios.

Con el fin de no complicar la comparación de costos, únicamente se evaluaron los costos de

tubería que se tendría en la red de distribución. Los costos de excavación, relleno, mano de

obra de instalación y demás rubros se pueden considerar proporcionales al diámetro de la

tubería y por tanto se dejan por fuera. En el Cuadro 7-1 se muestra la comparación de

costos de las dos opciones (1: con hidrantes, 2: sin hidrantes).

203

Cuadro 7-1. Comparación de costos de opciones propuestas por el Cuerpo de

Bomberos

Elemento

OPCIÓN 1 OPCIÓN 2

Cantidad Costo Total Cantidad Costo Total

Tubo PVC presión (300 mm) 12 ₡ 4.602.386,04 0 ₡ -

Tubo PVC presión (250 mm) 27 ₡ 6.886.137,51 0 ₡ -

Tubo PVC presión (150 mm) 117 ₡ 10.135.218,60 155 ₡ 13.426.999,00

Tubo PVC presión (75 mm) 39 ₡ 870.514,71 39 ₡ 870.514,71

Tubo PVC presión (50 mm) 284 ₡ 3.237.440,96 284 ₡ 3.237.440,96

Hidrante multivalvular de barríl húmedo DN150 2 ₡ 1.734.759,12 0 ₡ -

TOTAL ₡ 27.466.456,94 ₡ 17.534.954,67

Como se observa en el cuadro anterior, existe una diferencia de aproximadamente 10

millones de colones entre las dos opciones propuestas por los bomberos. Esta diferencia

claramente se magnificaría al considerar el costo total de las obras. Por esta razón, para

efectos del proyecto se consideró la opción 2, de esta forma se ahorrará gran cantidad de

recursos y se garantiza el volumen destinado como reserva para incendio. El detalle

requerido por el Cuerpo de Bomberos para la opción 2 es el que se presenta en la Figura

7-1. Además, la ubicación propuesta para esta toma se puede observar en la lámina 1/5 de

los planos del proyecto.

7.5.2 Opciones para el sistema de almacenamiento

Como se vio en la Sección 6.7.5, para la propuesta del sistema de almacenamiento se evaluó

la utilización de tanques plásticos en vez de un tanque de concreto, por diferentes razones

ya citadas. En esta sección se comparan ambas opciones desde el punto de vista de costos.

Debido a que se escogió la opción de tanques plásticos, para compararlo con un tanque de

concreto se tomó como referencia el costo unitario que utiliza el AyA en sus proyectos como

estimación base. Se trata de un tanque de concreto asentado basado en las referencias del

Cuadro 7-5.

204

Figura 7-1. Propuesta del Cuerpo de Bomberos adoptada para el acueducto de El Mastate

Fuente: Departamento de Ingeniería del Cuerpo de Bomberos de Costa Rica, 2015

Modificado por: el autor, 2015

205

Cuadro 7-2. Costos unitarios para tanques de concreto según AyA

Rango Costo ($) Unidad

De 600 m³ o menos 284 / m³

Mayor a 600 m³ hasta 1000 m³ 225 / m³

Mayor a 1000 m³ hasta 2000 m³ 180 / m³

Mayor a 2000 m³ hasta 5000 m³ 140 / m³

Mayor a 5000 m³ 122 / m³

Fuente: Unidad de Dirección y Proyectos del AyA, 2015

Cabe resaltar que estos costos incluyen el mismo 10% de administración e imprevistos y

15% de utilidad del contratista utilizados para el presupuesto del presente proyecto.

Aparte de esto, debido a que el tanque ficticio con el que se está comparando el sistema

propuesto es de 10 m x 10 m x 2 m de alto, para tener igualdad de condiciones se debe

verificar el nivel de sumergencia para este tanque. De esta forma, para tener un volumen

neto de 183 m3 de almacenamiento en el tanque de concreto, se requiere contar con 203

m3. Por esta razón, se comparó un sistema de tanques plásticos de 196 m3 (8 unidades de

22 m3 y 2 unidades de 10 m3) con uno de concreto de 203 m3, de esta manera ambos

cuentan con un volumen de almacenamiento neto de 183 m3.

Para poder evaluar los dos sistemas se realizó la estimación detallada de costo para el

sistema de tanques plásticos con todos los accesorios, como se muestra en la lámina 5/5

de los planos. Al tener este costo, se compararon los costos de las opciones. Esto se muestra

en el Cuadro 7-3.

Cuadro 7-3. Comparación de costos de sistemas de almacenamiento

Parámetro Tanques plásticos

Tanque de concreto asentado

Volumen neto de almacenamiento (m3) 183 183

Volumen total (m3) 196 203

Área requerida * 200 m2 100 m2

Costo total ₡ 29.006.941,82 ₡ 31.132.080,00

Costo por m3 ₡ 147.994,60 ₡ 153.360,00

Diferencia total ₡ 2.125.138,18

*Podría ocupar áreas diferentes dependiendo de la configuración que se plantee

206

Al observar el cuadro anterior se nota como existe una diferencia pequeña de costos entre

las opciones, donde el sistema de tanques plásticos sería más económico que el tanque de

concreto asentado. No obstante, este resultado podría ser engañoso ya que si se observa

el área requerida por una es el doble de la otra. Esto implicaría que habría que adquirir un

terreno el doble de grande para poder colocar el sistema de tanques plásticos. Además, la

superficie de apoyo tendrá que contar con un área igual al doble a la que tendría que tener

el tanque de concreto.

Sin embargo, podría haber posibilidad de abarcar la misma área que la opción de concreto

si se adopta una configuración diferente de los tanques en donde se coloquen en dos niveles.

Para esta opción se tendría que analizar la estructura de soporte de los tanques lo que

significaría un costo importante.

En fin, el análisis detallado de costos dependerá de la ubicación que se establezca como

definitiva para el sistema de almacenamiento.

Adicionalmente a esto, se debe proveer de un cerramiento al sistema de tanques plásticos

para reducir la posibilidad de intrusos en el lote, esto aunado a una estructura de techo o

similar que se recomienda para garantizar el cerramiento total y la protección de los tanques

y equipos. La mayoría de estas estructuras se podrían ahorrar en el caso de construir un

tanque de concreto asentado.

Por estas razones, no se puede asegurar que el sistema de tanques plásticos sea más

económico en el momento de terminar las obras con respecto al tanque de concreto

asentado. Lo que sí se puede asegurar es que es la opción más económica propuesta en

fases o etapas ya que el tanque de concreto tendría que construirse totalmente desde un

inicio. En cambio, el sistema de tanques plásticos permite ir agregando capacidad de

almacenamiento conforme pase el tiempo y la demanda crezca. De esta forma, se puede ir

invirtiendo paulatinamente en el sistema y si se evalúa que no se llegará a la condición de

saturación de la zona, se podría establecer el volumen de almacenamiento necesario, menor

al de diseño. De igual forma, como se mencionó anteriormente, el sistema de tanques

plásticos permite versatilidad al presentar gran “redundancia”. Esto permitirá aislar cualquier

tanque en caso de ser necesario sin tener que cortar el servicio de agua a la comunidad de

El Mastate.

207

7.6 Resultados del presupuesto final del proyecto

Al determinar todo lo descrito en las secciones anteriores, fue posible elaborar el

presupuesto detallado de las obras de mejora del acueducto de El Mastate.

En esta sección, en el Cuadro 7-4 , se muestra el desglose general de las obras estimadas,

en el Cuadro 7-5 se muestra un resumen clasificado por los diferentes tipos de costos

explicados previamente. El presupuesto base, detallado, se presenta en el anexo E.

Cabe resaltar que a continuación se muestran los costos por la totalidad de la obra, en la

siguiente sección se plantea la planificación de la construcción por etapas, para las que se

hace referencia al costo y duración aproximada de cada una de ellas.

Cuadro 7-4. Resumen general del presupuesto final del proyecto

Ítem Descripción Unidad Cantidad Precio unitario Total

10.00 OBRAS PRELIMINARES

10.01 Bodega y S.S. gb 1,0 ₡6.148.056,3 ₡6.148.056,3

TRAZADO CON ESTACIÓN TOTAL TOPOGRÁFICA

20.00 TRAZADO CON TOPOGRAFÍA

20.01 Trazado en tramo de conducción m 880,4 ₡563,1 ₡495.778,0

20.02 Trazado en red de distribución (tubería de 150 mm)

m 924,0 ₡365,6 ₡337.764,0

20.03 Trazado en red de distribución (tubería de 75 mm)

m 233,2 ₡365,4 ₡85.211,9

20.04 Trazado en red de distribución (tubería de 50 mm)

m 1098,7 ₡365,5 ₡401.617,5

20.05 Trazado en red de distribución (tubería de servidumbre en 50 mm)

m 601,6 ₡365,7 ₡220.002,7

TOTAL TRAZADO CON TOPOGRAFÍA ₡ 1.540.374,0

EXCAVACIÓN Y RELLENOS

30.00 EXCAVACIÓN

30.01 Excavación de zanja (extracción de tubería de conducción existente )

m 880,4 ₡ 2.115,6 ₡1.862.623,0

30.02 Excavación de zanja (reubicación de tubería de conducción)

m 880,4 ₡ 7.206,8 ₡6.344.997,2

30.03 Excavación de zanja (tubería de red de distribución en 150 mm)

m 924,0 ₡ 9.751,2 ₡9.009.956,1

30.04 Excavación de zanja (tubería de red de distribución en 75 mm)

m 233,2 ₡ 8.180,3 ₡1.907.730,0

30.05 Excavación de zanja (tubería de red de distribución en 50 mm)

m 1098,7 ₡ 7.463,7 ₡8.200.628,9

30.06 Excavación de zanja (tubería de red de distribución - servidumbre en 50 mm)

m 601,6 ₡ 7.488,2 ₡4.504.920,5

40.00 RELLENO Y COMPACTACIÓN

40.01 Relleno manual con base fina compactada (tubería de conducción)

m 880,4 ₡ 6.555,0 ₡5.771.170,1

208

Ítem Descripción Unidad Cantidad Precio unitario Total

40.02 Relleno manual con base fina compactada (tubería de red de distribución en 150 mm)

m 924,0 ₡ 9.058,3 ₡8.369.672,3

40.03 Relleno manual con base fina compactada (tubería de red de distribución en 75 mm)

m 233,2 ₡ 6.704,2 ₡1.563.504,5

40.04 Relleno manual con base fina compactada (tubería de red de distribución en 50 mm)

m 1098,7 ₡ 5.912,7 ₡6.496.470,5

40.05 Relleno manual con base fina compactada (tubería de red de distribución -servidumbre en 50 mm)

m 601,6 ₡ 5.871,8 ₡3.532.518,1

40.06 Relleno manual con material excavado compactado (tubería de conducción)

m 880,4 ₡ 1.139,5 ₡1.003.202,3

40.07 Relleno manual con material excavado compactado (tubería de red de distribución en 150 mm)

m 924,0 ₡ 2.026,6 ₡1.872.569,3

40.08 Relleno manual con material excavado compactado (tubería de red de distribución en 75 mm)

m 233,2 ₡ 1.784,1 ₡ 416.078,3

40.09 Relleno manual con material excavado compactado (tubería de red de distribución en 50 mm)

m 1098,7 ₡ 1.647,0 ₡1.809.639,5

40.10 Relleno manual con material excavado compactado (tubería de red de distribución-servidumbre en 50 mm)

m 601,6 ₡ 1.658,1 ₡ 997.506,9

50.00 DISPOSICIÓN DEL MATERIAL EXCAVADO

50.01 Bote material excavado (tubería de conducción)

m 880,4 ₡ 1.131,5 ₡ 996.220,7

50.02 Bote material excavado (tubería de red de distribución en 150 mm)

m 924,0 ₡ 1.563,6 ₡1.444.774,7

50.03 Bote material excavado (tubería de red de distribución en 75 mm)

m 233,2 ₡ 1.157,3 ₡ 269.892,5

50.04 Bote material excavado (tubería de red de distribución en 50 mm)

m 1098,7 ₡ 1.020,7 ₡1.121.422,2

50.05 Bote material excavado (tubería de red de distribución - servidumbre en 50 mm)

m 601,6 ₡ 1.013,6 ₡ 609.784,1

60.00 DEMOLICIÓN Y REPOSICIÓN DE ASFALTO

60.01 Demolición y retiro de pavimento m2 83,4 ₡ 16.472,2 ₡1.373.636,0

60.02 Reposición de carpeta asfáltica m2 83,4 ₡ 22.478,6 ₡1.874.517,0

TOTAL EXCAVACIÓN Y RELLENOS ₡ 71.353.434,5

OBRAS EN CONCRETO

70.00 CAJAS DE REGISTRO (Tramo de conducción)

70.01 Cajas de registro tipo 1.A un 4,0 ₡ 288.664,5 ₡1.154.657,9

70.02 Cajas de registro tipo 2.A un 8,0 ₡ 288.664,5 ₡2.309.315,9

70.03 Cajas de registro tipo 3.A un 3,0 ₡ 304.091,3 ₡ 912.274,0

80.00 CAJAS DE REGISTRO (Tramo de tubería principal de red de distribución)

80.01 Cajas de registro tipo 1 .B un 4,0 ₡ 363.529,3 ₡1.454.117,1

80.02 Cajas de registro tipo 2.B un 2,0 ₡ 363.529,3 ₡ 727.058,6

80.03 Cajas de registro tipo 3.B un 2,0 ₡ 378.956,1 ₡ 757.912,2

80.04 Cajas de registro tipo 4.B un 1,0 ₡ 742.231,7 ₡ 742.231,7

80.05 Cajas de registro tipo 5.B un 3,0 ₡1.021.833,25 ₡3.065.499,7

209

Ítem Descripción Unidad Cantidad Precio unitario Total

90.00 CAJAS DE REGISTRO (Tramo de tubería en servidumbre en red de distribución)

90.01 Cajas de registro tipo 2.C un 2,0 ₡ 363.529,3 ₡ 727.058,6

90.02 Cajas de registro tipo 3.C un 1,0 ₡ 378.956,1 ₡ 378.956,1

90.03 Cajas de registro tipo 5.C un 2,0 ₡1.021.238,58 ₡2.042.477,2

100.00 BLOQUES DE ANCLAJE Y ANCLAJES A ESTRUCTURA DE PUENTES

100.01 Bloques de anclaje en tramo de conducción m3 3,8 ₡ 239.527,8 ₡ 898.541,8

100.02 Bloques de anclaje en red de distribución m3 5,1 ₡ 206.030,4 ₡1.040.659,5

100.03 Anclajes metálicos en estructura de puentes un 20,0 ₡ 13.579,8 ₡ 271.596,0

TOTAL OBRAS EN CONCRETO ₡ 16.482.356,23

TUBERÍAS Y ACCESORIOS

110.00 TUBERÍAS Y ACCESORIOS

110.01 Suministro de accesorios y reubicación de tubería de conducción (75 mm)

m 880,4 ₡ 3.833,6 ₡3.375.162,6

110.02 Suministro e instalación de tubería principal de la red de distribución (150 mm)

m 922,6 ₡ 25.950,5 ₡23.942.694,6

110.03 Suministro e instalación de tubería principal de la red de distribución (75 mm)

m 233,2 ₡ 7.820,1 ₡1.823.742,3

110.04 Suministro e instalación de tubería principal de la red de distribución (50 mm)

m 1098,7 ₡ 4.356,4 ₡4.786.506,3

110.05 Suministro e instalación de tubería principal de la red de distribución - servidumbre (50 mm)

m 601,6 ₡ 4.596,7 ₡2.765.416,6

TOTAL TUBERÍAS Y ACCESORIOS ₡ 36.693.522,37

VÁLVULAS Y COMPONENTES ADICIONALES

120.00 VÁLVULAS Y COMPONENTES ADICIONALES

120.01 Kit completo válvulas de corte en tubería principal de la red de distribución (150 mm)

un 3,0 ₡ 326.625,1 ₡ 979.875,2

120.02 Kit completo válvula de corte en tubería principal de la red de distribución (75 mm)

un 1,0 ₡ 150.555,9 ₡ 150.555,9

120.03 Kit completo válvula ventosa en tubería principal de la red de distribución (tubería de 150 mm)

un 1,0 ₡ 123.881,1 ₡ 123.881,1

120.04 Kit completo válvulas de purga en tubería principal de la red de distribución (tubería de 75 mm)

un 1,0 ₡ 82.672,8 ₡ 82.672,8

120.05 Kit completo válvulas de purga en tubería principal de la red de distribución (150 mm)

un 1,0 ₡ 354.207,0 ₡ 354.207,0

120.06 Kit completo válvulas de purga en tubería principal de la red de distribución (50 mm)

un 1,0 ₡ 12.418,0 ₡ 12.418,0

120.07 Kit completo de unión de tubería principal con tubería en servidumbre (150 mm x 50 mm)

gb 1,0 ₡ 709.562,5 ₡ 709.562,5

120.08 Kit completo válvulas reguladoras de presión en tubería principal de la red de distribución (50 mm)

un 3,0 ₡ 476.928,0 ₡1.430.784,1

210

Ítem Descripción Unidad Cantidad Precio unitario Total

120.09 Kit completo válvulas ventosas en tubería en servidumbre (50 mm)

un 2,0 ₡ 73.558,8 ₡ 147.117,5

120.10 Kit completo válvulas de purga en tubería en servidumbre (50 mm)

un 1,0 ₡ 15.199,6 ₡ 15.199,6

120.11 Kit competo válvulas reguladoras de presión en tubería en servidumbre (50 mm)

un 2,0 ₡ 476.928,0 ₡ 953.856,1

120.12 Kit completo válvulas de corte en tubería de conducción (75 mm)

un 4,0 ₡ 150.555,9 ₡ 602.223,7

120.13 Kit completo válvulas ventosas en tubería de conducción (75 mm)

un 8,0 ₡ 82.693,7 ₡ 661.549,6

120.14 Kit completo válvulas de purga en tubería de conducción (75 mm)

un 3,0 ₡ 42.560,4 ₡ 127.681,3

120.15 Toma de bomberos un 1,0 ₡ 592.321,2 ₡ 592.321,2

TOTAL VÁLVULAS Y COMPONENTES ADICIONALES ₡ 6.943.905,83

SISTEMA DE TANQUES Y CLORACIÓN

130.00 CLORACIÓN

130.01 Suministro e instalación de sistema de cloración Accu-Tab

gb 1,0 ₡1.634.567,4 ₡1.634.567,4

140.00 SISTEMA DE TANQUES DE ALMACENAMIENTO

140.01 Suministro e instalación de tanques de almacenamiento y accesorios

un 10,0 ₡2.903.741,38 ₡29.037.413,78

TOTAL SISTEMA DE ALMACENAMIENTO Y CLORACIÓN ₡ 30.671.981,13

MEDICIÓN DEL SISTEMA (MACROMEDICIÓN Y MICROMEDICIÓN)

150.00 MACROMEDICIÓN

150.01 Medición en salida del tanque de distribución y entrada al sistema de almacenamiento (75 mm), no incluye cajas de protección

un 2,0 ₡ 711.393,8 ₡1.422.787,5

150.02 Medición en salida del sistema de almacenamiento (150 mm), no incluye caja de protección

un 1,0 ₡1.523.838,1 ₡1.523.838,1

160.00 MICROMEDICIÓN (PREVISTAS)

160.01 Conexiones a tubería de 150 mm (no incluye hidrómetro)

un 15,0 ₡ 35.471,8 ₡ 532.076,7

160.02 Conexiones a tubería de 75 mm (no incluye hidrómetro)

un 6,0 ₡ 21.652,2 ₡ 129.913,5

160.03 Conexiones a tubería de 50 mm (no incluye hidrómetro)

un 6,0 ₡ 17.873,6 ₡ 107.241,5

160.04 Conexiones a tubería de 50 mm- servidumbre (no incluye hidrómetro)

un 8,0 ₡ 17.873,6 ₡ 142.988,7

TOTAL MEDICIÓN EN EL SISTEMA ₡ 3.858.846,0

TOTAL ₡ 173.692.476,4

211

Cuadro 7-5. Resumen del presupuesto final del proyecto, clasificado según tipos

de costos

Rubro Costo total Peso porcentual

Total de Materiales ₡ 67.335.623,14 39%

Total Mano de Obra ₡ 15.337.182,80 9%

Total Cargas Sociales ₡ 6.653.269,90 4%

Total de Equipo ₡ 17.158.875,03 10%

Total Subcontratos ₡ 9.725.480,83 6%

Total Herramientas ₡ 1.346.712,46 1%

Total Viáticos ₡ 1.438.627,75 1%

Total Indirectos ₡ 24.947.761,53 14%

Total imprevistos ₡ 11.899.577,19 7%

Total Administración y Utilidad ₡ 17.849.365,79 10%

₡ 173.692.476,42 100%

7.7 Planteamiento de la planificación de la construcción de las obras de

proyecto

Al obtener el costo total de las obras se evaluó la necesidad de establecer la construcción

de las mismas en distintas fases de forma que la ASADA logre invertir en el proyecto y que

este no perjudique su situación financiera. La propuesta en este proyecto no consiste en

evaluar el financiamiento de las obras sino proponer etapas de construcción que le vayan

dando paulatinamente la capacidad hidráulica al sistema y que no se tenga que interrumpir

por largos períodos el servicio de agua del acueducto.

Al observar las actividades planteadas en el presupuesto este se dividió en tramos de tubería

según diámetros. Así también se dividieron los diferentes componentes como cajas de

registro, instalación de válvulas y accesorios adicionales y la micromedición del sistema.

Además, totalmente aparte se consideró el sistema de almacenamiento, cloración y

macromedición del acueducto. De esta forma se busca plantear las fases con base en dichas

divisiones de diámetros y estableciendo una prioridad en cuanto a los requerimientos que

se tienen en el sistema en el momento de realización de este proyecto.

Para llevar a cabo las actividades para cada una de las fases se partió de varias

conformaciones de cuadrillas de operarios, ayudantes y peones según los requerimientos

de cada actividad. Estas cuadrillas se muestran en el Cuadro 7-6. De esta forma, según los

212

rendimientos de mano de obra utilizados, se podrá ejecutar las obras en tiempos o

duraciones aproximadas a las que se presentan más adelante. En ciertas ocasiones varias

de estas cuadrillas deberán trabajar simultáneamente según lo que se plantea en cada fase.

Cuadro 7-6. Conformación de cuadrillas por actividad

Actividad Operarios Ayudantes Peones

Excavación manual 0 0 5

Excavación con retroexcavadora 0 0 1

Relleno manual compactado con pisón manual (tramo montaña)

0 0 2

Relleno manual compactado con pisón manual (red de distribución)

0 0 3

Relleno manual compactado con sapito brincón

0 1 4

Demolición y retiro de pavimento 3 0 1

Construcción de cajas de registro 3 2 1

Construcción de bloques de anclaje 2 1 1

Anclajes metálicos en puentes 1 0 0

Instalación de tuberías 2 0 1

Instalación de válvulas y componentes adicionales

2 0 0

Instalación de sistema de cloración 2 0 0

Instalación de sistema de almacenamiento 2 0 0

Instalación de sistema de medidores 2 0 0

Para ilustrar la forma en que se plantea mejorar el sistema, se muestra la Figura 7-2 donde

se notan las líneas de tubería que se intervendrían en cada fase propuesta. En cada una de

ellas se incluirían la instalación de tuberías, accesorios y la construcción de las cajas de

registro. Además de esto, en algunas fases se propone ir mejorando de forma progresiva el

sistema de almacenamiento mediante aumento en la capacidad volumétrica y la introducción

de macromedición.

213

Figura 7-2. Fases de ejecución de las obras del acueducto

214

7.7.1 Fase A

Para la primera etapa se propone invertir en los componentes que requieren mejoras de

manera urgente. Inicialmente se propone que una vez que se defina la ubicación donde se

colocarían los tanques, colocar cuatro unidades de 22 m3 debidamente instalados como se

muestra en la lámina 5/5 de los planos propuestos. Este volumen de almacenamiento de 88

m3 daría abasto para garantizar el volumen de reserva para incendio, el volumen para

emergencias y para regular la demanda en el momento de elaboración de este informe más

un volumen extra. Adicionalmente se propone la instalación del sistema de cloración el cual

se considera necesario para garantizar que el agua es potable.

Cabe resaltar que para esta fase no es necesario intervenir el sistema existente hasta el

momento en que ya se hayan instalado todos los componentes. Es decir, se realizan todas

las instalaciones y posteriormente se hacen las conexiones de la tubería de conducción al

sistema de almacenamiento y luego la conexión de la tubería de salida de los tanques hacia

la red de distribución.

A continuación en el Cuadro 7-7 se muestra la inversión que la ASADA tendría que realizar

mientras en la Figura 7-3 se muestra el diagrama de Gantt de las actividades que se

proponen junto con las duraciones respectivas (días hábiles), estimadas según las

secuencias planteadas. Además, en rojo, se señala la ruta crítica de las actividades.

Cuadro 7-7. Inversión asociada a las actividades de la fase A

Actividad Costo

Total obras temporales ₡ 6.148.056,35

Total cloración ₡ 1.634.567,36

Total sistema de almacenamiento ₡ 11.614.965,51

TOTAL ₡ 19.397.589,22

En esta fase también se contemplaría la construcción de la superficie de apoyo del sistema

de tanques, muros de contención si son necesarios y el cerramiento perimetral lo cual queda

fuera del alcance del proyecto debido a que no se definió la ubicación del sistema de

almacenamiento.

215

Figura 7-3. Diagrama de Gantt de actividades propuestas para la fase A

216

7.7.2 Fase B

Al mejorar el sistema de almacenamiento, se dispondrá del volumen suficiente para

abastecer sin problema a la población. Entonces en esta fase se propone la mayor inversión

en el tramo de la red de distribución ya que se plantea la instalación de toda la tubería en

diámetro de 150 mm. Para esto, se debe colocar toda la tubería y finalizado esto se

conectaría la misma al sistema de almacenamiento y a las tubería de 75 mm y 50 mm que

se ubican en donde finalizaría el tramo de 150 mm. Esta conexión a estas dos tuberías que

continúan en paralelo se realizaría de manera temporal hasta el momento en que se siga

interviniendo la tubería principal de la red de distribución.

Adicionalmente, al tener debidamente conectada la tubería principal de 150 mm al sistema

de almacenamiento, se podrá instalar el sistema de macromedición tanto en la entrada

como en la salida del sistema de tanques propuesto.

En el Cuadro 7-8 se muestra la inversión que representaría estas obras mientras en la Figura

7-4 se muestra el diagrama de Gantt de las actividades que se proponen junto con las

duraciones respectivas (días hábiles), estimadas según las secuencias planteadas. Además,

en rojo, se señala la ruta crítica de las actividades.

Cuadro 7-8. Inversión asociada a las actividades de la fase B

Actividad Costo

Trazado con topografía ₡ 337.763,95

Excavación ₡ 9.009.956,10

Relleno y compactación ₡ 10.242.241,61

Disposición del material excavado ₡ 1.444.774,70

Demolición y reposición de asfalto ₡ 3.248.153,01

Cajas de registro ₡ 2.575.304,97

Bloques de anclaje y anclaje en puentes ₡ 1.312.255,44

Tubería en 150 mm ₡ 23.942.694,60

Válvulas y componentes adicionales en tubería de 150 mm ₡ 2.759.847,02

Macromedición en salida del sistema de almacenamiento ₡ 1.523.838,05

Micromedición: conexiones en tubería de 150 mm ₡ 532.076,69

TOTAL ₡ 56.928.906,15

217

Figura 7-4. Diagrama de Gantt de actividades propuestas para la fase B

218

7.7.1 Fase C

Al instalar la tubería de 150 mm será posible conectar dos tuberías a la misma. Estas son la

tubería del tramo de servidumbre en 50 mm y la tubería de 75 mm. Por esto y debido a los

costos y duraciones que se estimaron para cada uno de estos tramos, se plantea instalar

dichas líneas.

La tubería del tramo de servidumbre se conectaría a la de 150 mm y se instalaría en su

totalidad mientras que la tubería de 75 mm se colocaría hasta conectarla con la tubería que

existe en el tramo final del acueducto. La última tubería se encuentra en diámetro de 18

mm. Esta contracción brusca generará grandes pérdidas de energía, sin embargo, en dicho

tramo las cargas son altas por lo que no habría problemas de presión mínima para los

usuarios aguas debajo de esta conexión.

Por otra parte, al ser la tubería de diámetro pequeño tiene una presión de trabajo de 176

mca, la cual podrá soportar las presiones pero se recomienda instalar la caja reductora de

presión propuesta en esa zona lo más pronto posible posterior a la instalación de la tubería

de 75 mm.

Luego de instalar las tuberías, se propone la introducción de tres tanques más de 22 m3 al

sistema de almacenamiento, de esta forma se tendría un volumen total de 154 m3. Esta

propuesta se deberá evaluar en el momento de aplicación de esta fase ya que el crecimiento

en la zona podría ser mínimo y por tanto no sería necesario agregar dicha capacidad extra.

En el Cuadro 7-9 se muestra la inversión que representaría estas obras mientras en la Figura

7-5 se muestra el diagrama de Gantt de las actividades que se proponen junto con las

duraciones respectivas (días hábiles), estimadas según las secuencias planteadas. Además,

en rojo, se señala la ruta crítica de las actividades.

Cuadro 7-9. Inversión asociada a las actividades de la fase C

Actividad Costo

Trazado con topografía ₡ 305.214,62

Excavación ₡ 6.412.650

Relleno y compactación ₡ 6.509.608

Disposición del material excavado ₡ 879.677

Cajas de registro en línea de tubería de 75 mm ₡ 727.059

Cajas de registro en línea de tubería de servidumbre en 50 mm ₡ 3.148.492

Tubería en 75 mm ₡ 1.823.742

219

Actividad Costo

Tubería en 50 mm ₡ 2.765.417

Válvulas y componentes adicionales en tubería de 75 mm ₡ 233.229

Válvulas y componentes adicionales en tubería de 50 mm ₡ 1.116.173

Micromedición: conexiones en tubería de 75 mm ₡ 129.913

Micromedición: conexiones en tubería de 50 mm ₡ 142.989

Sistema de almacenamiento (3 tanques) ₡ 8.711.224

TOTAL ₡ 32.905.387

7.7.1 Fase D

En esta fase se propone finalizar con las mejoras en la red de distribución. De esta forma

se instalaría el último tramo de la misma con tubería de 50 mm. De esta forma se cambiaría

la tubería de 18 mm que existe en el sistema y se expandiría el sistema hasta el nodo 21,

esto ya que actualmente la red se extiende hasta el nodo 20. Igual que se planteó en la

fase anterior, se propone la adición de un tanque más de 22 m3 de forma que se obtenga

un volumen total de 176 m3. No obstante, esta decisión será basada en el crecimiento que

presente la zona y la capacidad de inversión con que cuente la ASADA en el momento de

aplicación de las propuestas.

En el Cuadro 7-10 se muestra la inversión que representaría estas obras mientras en la

Figura 7-6 se muestra el diagrama de Gantt de las actividades que se proponen junto con

las duraciones respectivas (días hábiles), estimadas según las secuencias planteadas.

Además, en rojo, se señala la ruta crítica de las actividades.

Cuadro 7-10. Inversión asociada a las actividades de la fase D

Actividad Costo

Trazado con topografía ₡ 401.617,45

Excavación ₡ 8.200.628,89

Relleno y compactación ₡ 8.306.110,01

Disposición del material excavado ₡ 1.121.422,18

Cajas de registro en línea de tubería de 50 mm ₡ 3.444.455,86

Tubería en 50 mm ₡ 4.786.506,28

Válvulas y componentes adicionales en tubería de 50 mm ₡ 1.443.202,18

Micromedición: conexiones en tubería de 50 mm ₡ 107.241,51

Sistema de almacenamiento (1 tanque) ₡ 2.903.741,38

TOTAL ₡ 30.714.926

220

Figura 7-5. Diagrama de Gantt de actividades propuestas para la fase C

221

Figura 7-6. Diagrama de Gantt de actividades propuestas para la fase D

222

7.7.2 Fase E

Al concluir las obras en la red de distribución, se plantea las mejoras en la tubería de

conducción. Para esta, como se mencionó anteriormente solo se requiere instalar la tubería

debidamente enterrada para así evitar posibles fisuras y por tanto fugas a lo largo del tramo.

Para esto se reubicará la tubería y se cambiaran los tramos que se encuentren deteriorados.

Para efectos del presupuesto solo se consideró la reubicación de la tubería. Cabe resaltar

que la duración de las actividades de esta fase es la mayor debido a que se deben realizar

de forma manual. La topografía y la dificultad de acceso al tratarse de un tramo en montaña

obligan a utilizar únicamente técnicas manuales lo que claramente aumenta la duración de

las actividades.

Por otra parte, en el proceso de reubicación de la tubería de conducción se propone la

colocación del macromedidor en la captación de la ASADA en el tanque de distribución y en

la entrada al sistema de almacenamiento. Si así se deseara, estos componentes se pudieron

haber instalado en las fases anteriores, sin embargo, para esta propuesta se plantea en la

fase E de las obras.

En el Cuadro 7-11 se muestra la inversión que representaría estas obras mientras en la

Figura 7-7 se muestra el diagrama de Gantt de las actividades que se proponen junto con

las duraciones respectivas, estimadas según las secuencias planteadas. Además, en rojo, se

señala la ruta crítica de las actividades.

Cuadro 7-11. Inversión asociada a las actividades de la fase E

Actividad Costo

Trazado con topografía ₡ 495.778,02

Excavación manual ₡ 8.207.620,23

Relleno y compactación ₡ 6.774.372,32

Disposición del material excavado ₡ 996.220,66

Cajas de registro en línea de tubería de 75 mm ₡ 4.376.247,78

Bloques de anclaje ₡ 898.541,76

Tubería en 75 mm ₡ 3.375.162,58

Válvulas y componentes adicionales en tubería de 75 mm ₡ 1.391.454,64

Macromedición en salida tanque de distribución y entrada a almacenamiento ₡ 1.422.787,55

Sistema de almacenamiento (2 tanques) ₡ 5.807.483

TOTAL ₡ 33.745.668

223

Figura 7-7. Diagrama de Gantt de actividades propuestas para la fase E

224

7.7.3 Consideraciones finales

De acuerdo con lo presentado en las secciones anteriores, se puede resumir las actividades

como se muestra en el Cuadro 7-12 donde se observa las diferentes inversiones junto a las

duraciones respectivas de las actividades y la distribución porcentual de cada uno de ellos,

con el fin de observar el peso relativo de cada fase propuesta.

Cuadro 7-12. Resumen de los costos y duraciones asociados a cada fase

planteada

RESUMEN DE INVERSIONES POR ETAPAS

FASE DEL PROYECTO

COSTOS DURACIONES

Monto Porcentaje Días Porcentaje

A ₡ 19.397.589,22 11% 9,8 4%

B ₡ 56.928.906,15 33% 49,43 21%

C ₡ 32.905.387,01 19% 42,28 18%

D ₡ 30.714.925,74 18% 46,34 20%

E ₡ 33.745.668,29 19% 86,17 37%

TOTAL ₡ 173.692.476,42 100% 234,02 100%

Cabe resaltar nuevamente como estas propuestas se plantean desde el punto de vista

hidráulico y constructivo de forma que el funcionamiento del acueducto se vea impactado

de forma mínima conforme se desarrollan las obras. Como análisis adicional, que queda

fuera del alcance del trabajo, se tendrá el análisis propio de financiamiento para determinar

si es posible desarrollar las fases tal como se plantearon o si se llevan a cabo de forma

diferente, desde el punto de vista temporal.

225

CONCLUSIONES

a) Con base en diferentes levantamientos y estudios en campo se logró evaluar las

condiciones actuales de cada uno de los componentes del acueducto. Se encontró una

condición de funcionamiento regular ya que el acueducto abastece de buena forma a la

población, sin embargo, varios de los componentes deben ser mejorados mientras que

otros se encuentran en condición deteriorada como en el caso del tanque de

almacenamiento.

b) De acuerdo con el censo de población realizado en la zona de interés y el análisis de los

datos estadísticos recopilados por el INEC en el censo nacional de 2011 y 2002 se

determinó grandes diferencias en la población estimada. Debido a esto se adoptó el

diseño con base en el resultado del censo y el criterio de saturación de la zona del

acueducto, de acuerdo con la legislación vigente en la zona de interés. Se definió una

población de diseño de 178 habitantes.

c) Según el análisis de demanda se encontró que la mayor parte del consumo de agua

potable se da en usuarios no domiciliares. Por esta razón, a pesar que se le dio prioridad

al consumo humano en la fase de diseño, también se consideró el porcentaje importante

que representa el consumo de lecherías, hoteles y plantaciones.

d) Debido a que el sistema actual no cuenta con un tratamiento de desinfección del agua

antes de la distribución de la misma, el agua de la que se ha abastecido la comunidad

de El Mastate por más de 30 años no se puede considerar potable según la legislación

nacional. Por esto se debió proponer un sistema de cloración del agua para que

cumpliendo los respectivos límites de parámetros establecidos en el Reglamento para la

Calidad del Agua Potable, incluido el cloro residual libre, se pueda garantizar la

potabilidad del recurso.

e) Basado en el análisis hidráulico de cada uno de los componentes del acueducto, se

determinó que los elementos aguas arriba del sistema de almacenamiento tienen gran

capacidad hidráulica para los caudales de diseño propuestos. Por otra parte los

componentes del sistema de almacenamiento y la red de distribución presentan una

capacidad hidráulica limitada para abastecer la demanda estimada para el escenario de

diseño.

226

f) Las grandes variaciones de elevación a lo largo de la zona del acueducto generan

variantes importantes en las presiones en las tuberías. Para regular este aspecto,

específicamente en la red de distribución, se propuso la instalación de válvulas

reductoras de presión ubicadas estratégicamente para reducir costos y mantener los

límites de presión establecidos por las normas de diseño del AyA.

g) El diseño hidráulico de la red de distribución se definió previendo la posible expansión

del acueducto hacia puntos altos en la zona con elevaciones similares pero inferiores a

la del sistema de almacenamiento, de forma que el acueducto funcione únicamente por

gravedad. Las dimensiones de las tuberías son producto de este requerimiento y en la

gran mayoría de casos debido al criterio de diámetro mínimo establecido en 50 mm

según las normas de diseño del AyA para proyectos de agua potable en sistemas rurales.

h) El análisis de sensibilidad de la red de distribución se realizó para evaluar las variaciones

en la configuración hidráulica del acueducto ante cambios en la población de diseño, en

la distribución de usuarios y demanda de agua potable en la zona. De esto se obtuvo

variaciones pequeñas desde el punto de vista hidráulico con respecto al diseño del

escenario de demanda escogido. No obstante, se pudo comparar los diferentes casos

para garantizar que el diseño planteado cubrirá el escenario crítico.

i) La modelación en el software de EPANET 2.0 V.E sirvió para validar el diseño hidráulico

realizado y para evaluar el sistema en la hora teórica de menor consumo, momento en

que se presentan las mayores presiones en el sistema. Mediante este se pudo analizar

las zonas que presentarían mayores presiones y cuáles presentarían las menores. Para

el caso de las zonas con mayores presiones, todas cumplen con la legislación nacional,

sin embargo, en una de ellas se propuso el cambio de cédula de la tubería con el fin de

contar con mayor resistencia a las presiones. Por otra parte, en las zonas de presiones

bajas se planteó la posibilidad de utilizar bombeo únicamente para los usuarios

afectados, sin embargo, esta situación no se podrá solucionar hasta el momento en que

se defina la ubicación precisa del sistema de almacenamiento.

j) Al instalar la macromedición en el sistema se logrará tener control de los volúmenes que

se producen y los que se facturan mediante la micromedición. De esta forma se podrá

aumentar la eficiencia del sistema, reduciendo la cantidad de fugas e identificando

conexiones ilegales al sistema. Por esta razón se busca mantener el 100% de medición

en el sistema que se propuso.

227

k) Mediante los esquemas constructivos planteados, el lector y la ASADA podrán tener más

claridad de cada una de las propuestas de mejora para el sistema. Además de esto, se

describió detalladamente cómo se obtuvo cada una de las propuestas y la función que

desempeñaría cada una de ellas lo que podría beneficiar a otros administradores de

sistemas de acueducto que requieran mejoras similares y que no tengan los recursos

necesarios para sufragar un estudio amplio y costoso.

l) La elaboración del presupuesto detallado permite visualizar la magnitud de costos que

tendrá la construcción de las obras propuestas. Al estimar los costos unitarios por cada

elemento del sistema se logró evaluar los pesos relativos entre ellos. De esta forma, la

ASADA podrá buscar un financiamiento que permita amortiguar las inversiones con los

ingresos que reciba conforma pase el tiempo.

m) El análisis de costos de las alternativas propuestas por el Cuerpo de Bomberos permitió

definir cuál es la opción que podría afectar de menor forma a la ASADA en cuanto a

costos de inversión. En este caso se descartó la instalación de hidrantes y se optó por

una toma directa a la tubería principal de la red donde la unidad de bomberos se conecte

y bombee el agua que requiere. No obstante, la red quedaría provista con capacidad en

diámetro mínimo de tuberías para la conexión de hidrantes mas no con la capacidad

hidráulica para garantizar los caudales requeridos por el Cuerpo de Bomberos.

n) El análisis de costos de las alternativas propuestas para el sistema de almacenamiento

permitió definir cuál es la mejor opción desde el punto de vista constructivo para la

ASADA de El Mastate. Para esto se optó por un sistema de tanques plásticos debido a

las diferencias en costos de inversión inicial, la versatilidad que muestra con respecto a

un tanque de concreto y además debido a la incógnita si en realidad se llegará en algún

momento a la condición de saturación de la zona, suposición de la que se partió en el

análisis de demanda.

o) Al proponer las actividades de construcción en diferentes etapas se logró plantear un

orden según la prioridad de intervención de los diferentes componentes del acueducto.

De esta forma se lograría ir mejorando paulatinamente y dándole mayor capacidad

hidráulica al sistema sin generar problemas de presión en las tuberías y permitiendo a

la ASADA recuperar parte o la totalidad de las inversiones en los períodos en los que no

se desarrollen las obras. Esto último dependerá del análisis de financiamiento que se

realice para el proyecto.

228

p) Debido al detalle con que se desarrolló el trabajo y con el que se planteó el diseño del

acueducto, este podrá servir de guía para diseño de sistemas similares. Según las

diferentes investigaciones realizadas durante la realización de este proyecto se presenta

una situación común, específicamente en sistemas de acueducto rurales administrados

por ASADAS en donde en muchas ocasiones gestionan los sistemas de acueducto con el

único fin de mantenerlo en funcionamiento en vez de plantear metas de mejora

proyectadas a un futuro.

229

RECOMENDACIONES

a) Elaborar un estudio hidrogeológico de la naciente para garantizar que la producción

de agua no vaya a ser menor a la planteada en el diseño. Si esta situación no se

puede garantizar, se deberá analizar el sistema para evaluar si los componentes

propuestos se adecuan de buena forma con la producción definida.

b) Realizar pruebas de calidad de agua periódicamente (semestrales en la fuente de

abastecimiento y en la red de distribución) para garantizar que el agua cumpla con

los parámetros mínimos establecidos en el Reglamento para la Calidad del Agua

Potable.

c) Aplicar un programa de inventario y revisión de los micromedidores del sistema para

identificar las deficiencias en los mismos y así garantizar que la medición en el

acueducto se realizará de buena forma y se mantendrá a un 100%.

d) Generar un registro estadístico de los volúmenes captados en el tanque de

distribución, los volúmenes de entrada y salida del sistema de almacenamiento y los

volúmenes facturados a los usuarios con el fin de identificar fugas o conexiones

ilegales para así mantener el índice ANC bajo tal como se planteó en el análisis de

demanda. De esta forma también se podrá evaluar el crecimiento en la demanda de

la población de la zona y valorar la adición de capacidad de almacenamiento.

e) Al instalar la medición completa en el sistema se propone analizar la variación horaria

del consumo para verificar si en realidad el patrón adoptado en el diseño se asemeja

a las características de consumo del sistema.

f) Cuando se defina la ubicación del sistema de almacenamiento, verificar que la

capacidad hidráulica de cada uno de los componentes propuestos no se vea afectada

y que el sistema mantenga una operación similar a la que se pretende mediante el

diseño planteado. Además se debe comprobar que las presiones en el acueducto

cumplan con lo establecido por las normas de diseño del AyA para así no someter a

las tuberías del sistema a presiones muy altas que puedan comprometer la estructura

de las paredes y por tanto generar fugas frecuentes.

g) Al definir la ubicación del sistema de almacenamiento e instalar los primeros tanques

se deberá verificar que estos se apoyen sobre una superficie plana para que

funcionen como “vasos comunicantes” y así colocar solamente una válvula flotador

230

modulante. De no ser posible se debe evaluar la posibilidad de insertar más válvulas

de este tipo para evitar el llenado y el vaciado total de los tanques. Esto podría

generar que los tanques rebalsen o por el contrario que en el momento de un

incendio, los tanques no cuenten con el volumen requerido por el Cuerpo de

Bomberos.

h) En el momento de instalar el sistema de cloración se debe verificar que la cantidad

de cloro residual cumpla con los requisitos del respectivo reglamento y que toda el

agua almacenada interactúe con la solución de cloro que se suministra al sistema de

almacenamiento, de forma que se mantengan los niveles establecidos en la

legislación. Se debe estar al tanto de la dosificación de pastillas en el clorador cada

vez que se añada un tanque al sistema de almacenamiento, para así garantizar el

cumplimiento del reglamento.

i) Mantener un sistema de facturación de los usuarios equitativo, tal como lo plantea

el AyA al establecer los diferentes tipos de tarifa por utilizar, de forma que se castigue

más los consumos altos y así se logre una mayor eficiencia y menor desperdicio.

Además, aplicar mensualmente a cada usuario el monto definido por la ARESEP

destinado únicamente a sufragar los costos del sistema contra incendios del

acueducto (₡15/m3 según resolución RIA-006-2013 del 29 de Agosto de 2013,

publicada en la Gaceta N° 170 del 5 de Septiembre del 2013).

j) Cuando se realice el análisis financiero y se proponga el inicio de las obras, estar

conscientes que la propuesta constructiva por etapas se realizó mayoritariamente

bajo un criterio hidráulico para reducir en cuanto se pueda el impacto de las mejoras

en los tramos del sistema que se mejorarían posteriormente. El orden planteado

para llevar a cabo las mejoras no es único por lo que si se decidiera seguir otro

procedimiento, debería evaluarse el comportamiento hidráulico de cada uno de los

componentes de manera previa para así garantizar que el sistema irá ganando

capacidad sin deteriorar otros de los componentes actuales.

k) En el proceso constructivo, elaborar un inventario de las actividades en donde se

incluya el nombre de las actividades, la cuadrilla y cantidad de personas que

desarrollan las obras y las duraciones de las mismas. De esta forma se tendrán datos

de referencia para posibles reparaciones en un futuro o una expansión del sistema

y así será posible estimar los costos y duraciones asociados a dichas obras.

231

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

American Concrete Institute. (2011). Requisitos de Reglamento para Concreto Estructural

(ACI 318S-11) Capítulo de Costa Rica. Farmington Hills, MI, USA.

Bejarano, E. (2013). Diagnóstico del acueducto de Santa Cruz y propuestas de mejora. San

José: Univeridad de Costa Rica.

Bravo, L. (1969). Manual de costos unitarios. Chile: Universidad Católica de Chile.

Calvo, R. (2007). Rendimientos de la mano de obra por horas-hombre en el área de

construcción de viviendas para la empresa constuctora MAVACON. San José:

Universidad de Costa Rica.

Caterpillar. (2010). Manual de rendimiento caterpillar. Peoria, Illinois, U.S.A: Caterpillar Inc.

Colegio Federado de Ingenieros y Arquitectos de Costa Rica. (2010). Código Sísmico de

Costa Rica 2010. Cartago, Costa Rica: Editorial Tecnológica de Costa Rica.

Cordero, F. (2003). Nuevas opciones de abastecimiento de agua potable y análisis hidráulico

operacional del acueducto de Puerto Viejo de Talamanca. San José: Universidad de

Costa Rica.

Das, B. M. (2001). Fundamentos de Ingeniería Geotécnica. México: Thomson Editores S.A.

de C.V.

Elizondo, K. (2012). Cálculo de presupuesto para desarrollos urbanísticos utilizando

programas de computo y nomenclatura MasterFormat, versión 2011. San José,

Universidad de Costa Rica.

Empresas Municipales de Cali. (2014). Criterios de diseño de anclajes, apoyos y soportes en

redes de acueducto y alcantarillado.

Escuela Centroamericana de Geología. (2005). Geología del cantón de Poás y estudios

adicionales. Universidad de Costa Rica.: Addendum Convenio AyA- FUNDEVI.

Fernández, J. (1987). Los costos en la construcción civil. San José: Universidad de Costa

Rica.

232

Guerrero Tassara, G. (1984). Acueducto para la Ciudad de Heredia en base a los Ríos

Guararí, Ciruelas y Porrosati. San José: Universidad de Costa Rica.

Instituto Costarricense de Acueductos y Alcantarillados. (2001). Normas para el Diseño de

Proyectos de abastecimiento de Agua Potable en Costa Rica.

Instituto de Fomento Municipal de Guatemala, Ministerio de Salud Pública de Guatemala.

(2011). Guía de normas sanitarias para el diseño de sistemas rurales de

abastecimiento de agua para consumo humano. Ciudad de Guatemala.

León, C. (1981). Análisis de costos en acueductos rurales. San José: Universidad de Costa

Rica.

López, R. A. (2003). Elementos de diseño para acueductos y alcantarillados. Bogotá:

Editorial Escuela Colombiana de Ingeniería.

Paniagua, E., & Fallas, E. (2005). Folleto de rendimientos de mano de obra. Cartago:

Instituto Tecnológico de Costa Rica.

(2014). Plan GAM 2013-2030. Actualización del Plan Regional de la Gran Área Metropolitana.

Programa de agua potable y saneamiento para el nivel subnacional (CR-T1034). (2010).

Plan Maestro de los sistemas de abastecimiento de agua y de saneamiento de San

Pedro de Poás. San José.

Quirós, L., Miranda, P., & Alfaro, C. (s.f.). El turismo en volcanes de Costa Rica: caso volcán

Poás.

Richardson Engineering Services, Inc. (1979). Richardson General Estimating Standards.

Solana Beach, California.

Salas, S., & Villalobos, L. (1987). Rendimiento de la maquinaria en obras de urbanización.

San José: Universidad de Costa Rica.

Silvestre, P. (1983). Fundamentos de Hidráulica General. México: Editorial Limusa, S.A.

Solano, J., & Villalobos, R. (s.f.). Regiones y subregiones climáticas de Costa Rica. San José.

Universidad Nacional. (1 de Setiembre de 2015). Obtenido de

http://www.geo.una.ac.cr/phocadownload/Plan_regulador/que_es_un_plan_regula

dor.pdf

233

Villegas, J. (2012). Estimación de los rendimientos de mano de obra para el sistema

constructivo de viviendas de concreto colado en sitio, empleado en el proyecto de

vivienda La Campiña. San José: Universidad de Costa Rica.

234

ANEXO A: CRITERIOS DE DISEÑO

235

Figura A-1. Ábaco de Allievi

236

ANEXO B: LEVANTAMIENTO TOPOGRÁFICO

237

A continuación se presenta los datos registrados por la estación total topográfica seguida

de los gráficos o perfiles obtenidos en AutoCAD Civil 3D en escalas 1:1. Se separan los datos

según los tres tramos establecidos: montaña, carretera y servidumbre. Las letras “N” y “E”

hacen referencia a los puntos cardinales Norte y Este, mientras que la descripción “sd”

significa que dicho punto no tiene una descripción en particular.

Cuadro B-1. Datos del levantamiento topográfico (tramo en montaña)

Punto N(m) E(m) Z (m) Descripción

1 2000,00 3000,00 2227,00 Salida naciente

2 2004,06 3018,81 2224,64 Tubería de entrada 5"

3 2004,00 3019,36 2225,27 Tanque captación

4 2003,89 3018,92 2224,71 Tuberías rebalse 6"

5 2004,08 3019,12 2224,00 Fondo tanque captación

6 2004,37 3019,20 2224,44 Tubería de salida 6"

7 2003,64 3019,79 2225,01 sd

8 2002,21 3027,66 2224,10 Unión tubería 6"

9 2001,66 3028,65 2224,11 Válvula 6"

10 1997,15 3032,86 2224,06 Entrada tanque 1,6"

11 1996,77 3033,92 2224,30 Tubería ventilación tanque 1

12 1996,02 3034,47 2224,28 Altura tanque 1(concreto)

13 1996,21 3034,69 2224,12 Tubería rebalse tanque 1 , 4"

14 1996,55 3034,77 2223,38 Fondo tanque 1

15 1996,43 3035,51 2223,57 Llave de paso 3" en salida tanque 1

16 1996,03 3036,26 2223,64 Tubería de salida tanque 1, 3"

17 1996,49 3031,67 2223,55 sd

18 1995,99 3037,15 2222,41 sd

19 1996,82 3040,54 2222,47 sd

20 1996,05 3048,57 2220,76 sd

21 1995,00 3055,03 2220,36 sd

22 1998,47 3059,54 2218,56 sd

23 1998,34 3062,46 2216,73 sd

24 1997,28 3065,58 2217,75 sd

25 1994,77 3067,85 2218,79 sd

26 1988,31 3074,14 2219,66 sd

27 1984,09 3078,58 2218,48 sd

28 1981,82 3079,98 2218,45 sd

29 1974,96 3086,53 2215,53 sd

30 1971,31 3088,62 2214,71 sd

31 1965,66 3091,82 2216,15 sd

32 1962,40 3093,93 2215,86 sd

33 1959,50 3096,30 2216,08 sd

238

34 1956,71 3101,78 2216,26 sd

35 1951,59 3108,95 2214,87 sd

36 1945,59 3118,46 2212,70 Válvula de aire

37 1940,86 3124,54 2211,45 sd

38 1940,74 3134,77 2209,80 sd

39 1941,53 3138,78 2208,53 sd

40 1941,97 3139,76 2207,97 sd

41 1942,71 3151,25 2201,79 sd

42 1941,76 3158,17 2199,70 sd

43 1939,82 3163,86 2197,35 sd

44 1939,11 3166,77 2195,84 sd

45 1934,81 3175,28 2193,02 sd

46 1932,16 3184,22 2190,99 sd

47 1930,60 3191,82 2188,20 sd

48 1934,80 3203,52 2180,75 sd

49 1937,30 3208,25 2180,02 sd

50 1945,50 3213,39 2180,00 sd

51 1948,68 3230,37 2177,62 sd

52 1956,66 3240,11 2172,00 sd

53 1959,72 3241,32 2170,50 sd

54 1963,77 3248,22 2168,41 sd

55 1964,93 3251,61 2168,42 sd

56 1968,57 3257,57 2168,78 sd

57 1974,97 3269,35 2162,22 sd

58 1976,60 3274,37 2158,15 Punto más bajo montaña, tubería a 3,4 m del

suelo

59 1976,79 3280,77 2162,34 sd

60 1971,58 3285,12 2162,13 sd

61 1957,43 3289,24 2166,31 sd

62 1950,24 3291,84 2168,15 sd

63 1942,53 3300,30 2168,27 sd

64 1931,47 3307,87 2169,26 sd

65 1924,80 3311,06 2169,47 sd

66 1923,34 3312,05 2169,91 sd

67 1914,00 3314,70 2171,91 sd

68 1902,46 3316,28 2174,40 sd

69 1890,71 3317,28 2178,88 sd

70 1892,38 3316,60 2177,84 sd

71 1884,19 3319,53 2182,44 sd

72 1877,43 3323,44 2186,40 Entrada en montaña

73 1854,88 3329,37 2187,57 sd

74 1826,62 3343,23 2191,74 sd

239

75 1803,78 3360,74 2200,09 sd

76 1793,26 3364,61 2199,38 sd

77 1780,23 3370,94 2199,95 sd

78 1766,14 3380,25 2202,01 sd

79 1753,88 3389,25 2202,89 sd

80 1744,09 3397,34 2202,57 sd

81 1740,56 3419,35 2202,57 sd

82 1736,29 3428,44 2200,59 sd

83 1729,34 3448,96 2197,36 sd

84 1720,50 3464,76 2196,21 sd

85 1702,78 3497,40 2196,18 sd

86 1671,58 3566,94 2193,71 sd

87 1663,75 3575,85 2193,33 sd

88 1640,84 3595,84 2191,85 sd

89 1622,00 3610,96 2191,28 sd

90 1614,75 3616,79 2190,68 sd

91 1609,2 3622,6 2190,10 sd

92 1601,3 3630,7 2188,89 sd

93 1597 3634 2187,53 sd

94 1593,5 3638,6 2187,23 Te desv a tanque 2, cambio diam 3"-2"

95 1604,4 3645,1 2192,62 codo 2" para tubería entrada al tanque 2

Cuadro B-2. Datos del levantamiento topográfico (tramo paralelo a carretera)

Punto N(m) E(m) Z (m) Descripción

95 1604,40 3645,07 2192,615 codo 2" para tubería entrada al tanque 2

96 1600,21 3650,36 2192,34 borde de tanque 2

97 1599,87 3650,50 2192,133 Tubería de entrada 2"

98 1599,85 3650,77 2190,483 Fondo tanque 2

99 1594,82 3655,08 2192,304 Pared atrás tanque 2

100 1591,81 3658,53 2190,1 Salida de tubería lavado tanque 2, 2" (tub nueva)

101 1576,30 3673,26 2187,096 válvula 3", cerca de salida de tanque (tub vieja)

102 1564,16 3694,93 2185,291 Prevista Poás Lodge P#1, cambio diam 3"-2 1/2"

(tub vieja)

103 1561,22 3701,32 2184,182 sd

104 1557,15 3719,69 2182,341 sd

105 1556,79 3732,98 2180,77 Prevista casa por antena P#2

106 1557,03 3734,29 2180,501 Prevista Rest.Mirador del Poás P#3

107 1560,54 3739,82 2180,175 sd

108 1565,86 3750,76 2178,934 sd

109 1572,37 3761,99 2177,631 sd

110 1576,49 3768,67 2176,663 sd

240

111 1591,16 3783,67 2174,622 sd

112 1604,50 3795,94 2173,167 Entrada a la izquierda, antena

113 1629,70 3820,28 2170,007 sd

114 1648,00 3837,45 2168,238 Prevista vecino a casa ladrillos P#35

115 1662,28 3851,03 2166,568 Prevista casa ladrillos #36

116 1665,79 3854,50 2166,086 sd

117 1683,28 3872,24 2164,004 sd

118 1692,16 3894,11 2160,593 Prevista casa en curva P#37

119 1685,42 3912,76 2159,034 sd

120 1670,14 3931,24 2156,504 sd

121 1664,04 3938,00 2155,684 sd

122 1639,29 3970,44 2151,953 sd

123 1637,52 3990,55 2150,785 sd

124 1637,10 3990,96 2150,706 sd

125 1640,41 4009,08 2148,584 sd

126 1653,57 4023,72 2147,057 sd

127 1673,32 4038,86 2144,587 sd

128 1691,60 4055,85 2142,712 sd

129 1695,74 4066,32 2142,114 sd

130 1696,61 4072,11 2142,206 Llave de paso en entrada a puente (bajando)

131 1695,81 4087,19 2141,718 En medio del puente

132 1694,12 4092,20 2142,781 Salida puente

133 1692,41 4093,02 2142,597 Te 2" después de salida de puente (2 previstas:

P#12 y P#13)

134 1693,97 4124,83 2143,336 sd

135 1693,74 4153,98 2145,239 sd

136 1692,16 4166,12 2148,103 Válvula de aire 2"

137 1703,39 4190,83 2148,035 Prevista entrada casa Gilbert P#15 y P#16

138 1711,18 4200,09 2148,291 Prevista cerca de válvula de aire P#14

139 1722,60 4220,41 2149,661 Prevista frente a Iglesia P#38

140 1735,81 4241,07 2150,538 Previstas vecinos Iglesia y terreno por construir

P#17 y P#18

141 1756,19 4272,57 2150,679 Prevista Rest. El Descanso P#19, cambio diam

2"- 1 1/4" (tub nueva)

142 1771,97 4321,07 2150,63 Prevista Fresas del Volcán y casa con entrada

independienteP#20 y P#41

143 1776,83 4350,97 2150,148 Previstas y entrada puente, (tubería nueva en 1

1/4" y vieja a 2") P#21 y P#22

144 1776,99 4352,69 2149,702 Válvulas en ambas tuberías 1 1/4" y 2"(entrada

puente)

145 1775,14 4414,94 2150,272 Salida puente (tubería nueva en 1" y vieja 2")

146 1774,29 4460,06 2149,98 Prevista casa P#23

147 1785,66 4512,07 2146,314 sd

148 1776,09 4556,03 2142,477 cambio diám tub vieja (2" -1 1/2")

241

149 1768,29 4589,42 2140,23 Previstas (2 casas) P#24 y P#25

150 1766,69 4597,33 2139,396 Prevista lechería P#26

151 1740,94 4635,01 2133,762 sd

152 1718,77 4653,47 2129,814 Unión tuberías (tub nueva en 1" con tub vieja en

1/2", cruza la calle tub vieja de 1/2")

153 1724,49 4666,02 2130,695 Previstas casas P#27 y P#28 (cambio diam 1 1/2"

a 3/4")

154 1720,24 4668,82 2129,961 Válvula 3/4"

155 1701,20 4681,25 2127,512 sd

156 1656,36 4714,61 2122,09 sd

157 1595,48 4757,59 2114,403 Previstas plantación P#29 y P#30

158 1566,82 4776,69 2111,255 sd

159 1562,33 4792,54 2109,298 sd

160 1573,46 4834,07 2105,661 Prevista P#31

161 1579,78 4884,96 2102,104 sd

162 1609,84 4902,11 2099,138 sd

163 1644,70 4907,09 2097,34 sd

164 1654,39 4897,84 2096,674 sd

165 1672,97 4896,65 2095,879 FIN ACUEDUCTO ACTUAL, Previstas (2 de casas y

una de lechería) P#32,33 y 34

166 1746,47 4982,27 2085,915 sd

167 1769,64 5013,20 2082,825 sd

168 1793,02 5041,02 2079,71 sd

169 1809,55 5056,27 2077,586 sd

170 1826,49 5077,42 2075,702 sd

171 1827,74 5109,82 2072,952 sd

172 1811,47 5132,83 2070,236 sd

173 1795,43 5160,02 2066,403 sd

174 1784,06 5183,47 2064,628 sd

175 1800,76 5223,72 2060,453 sd

176 1813,01 5242,52 2058,392 sd

177 1837,55 5269,79 2054,508 sd

178 1867,04 5316,71 2049,764 Tubería pasaría por canal

179 1863,59 5347,28 2047,738 sd

180 1863,10 5376,00 2045,484 sd

181 1864,83 5385,40 2044,756 sd

182 1872,86 5415,38 2041,954 sd

183 1884,87 5447,74 2039,142 sd

184 1894,52 5472,23 2037,465 Prevista casa final P#39 y 40

185 1897,04 5480,39 2036,837 FIN ACUEDUCTO

242

Cuadro B-3. Datos del levantamiento topográfico (tramo en servidumbre)

Punto N(m) E(m) Z (m) Descripción

186 1639,29 3970,44 2151,95 sd

187 1636,31 3972,12 2151,45 entrada servidumbre

188 1633,01 3969,93 2150,95 sd

189 1625,30 3955,50 2150,38 sd

190 1616,28 3933,42 2150,33 Prevista #11 (cambio de posición algunos metros)

191 1611,82 3912,48 2151,83 medidores P#4,5,6,7,8,9,10,11

192 1607,37 3912,15 2151,06 Curva

193 1587,67 3917,40 2149,84 sd

194 1574,43 3921,91 2148,64 sd

195 1553,33 3929,25 2145,74 sd

196 1519,69 3940,83 2142,73 sd

197 1497,25 3948,66 2141,90 sd

198 1467,61 3959,20 2141,32 sd

199 1448,86 3962,25 2139,64 Casa P#7

200 1433,81 3970,51 2137,90 Hotel Altura P#4,5,9 y 10

201 1418,61 3974,10 2134,72 Finca

202 1362,33 3989,51 2122,10 Casa P#6 y P#8

203 1308,38 4007,11 2108,07 sd

204 1270,80 4037,00 2098,44 Curva

205 1240,19 4056,60 2092,57 Curva

206 1227,63 4064,50 2090,64 sd

207 1188,73 4068,11 2085,21 Curva

208 1154,02 4079,29 2082,34 Curva

209 1130,48 4084,45 2079,94 Fin servidumbre

Cuadro B-4. Datos del levantamiento topográfico (tramos ficticios AA y BB)

TRAMO AA TRAMO BB

Longitud (m)

Elevación (msnm)

Longitud (m)

Elevación (msnm)

Longitud (m)

Elevación (msnm)

Longitud (m)

Elevación (msnm)

1248,3 2159,0 1406,7 2173,8 1501,4 2179,5 1620,4 2150,1

1294,9 2158,5 1408,3 2174,0 1509,8 2178,9 1622,9 2150,9

1295,7 2158,5 1409,8 2174,4 1511,4 2178,7 1625,1 2152,0

1304,0 2159,4 1415,8 2175,5 1519,5 2178,0 1632,8 2154,2

1304,4 2159,4 1420,4 2176,2 1521,8 2177,5 1639,7 2157,3

1304,8 2159,4 1427,8 2177,6 1528,1 2176,9 1645,9 2157,3

1310,5 2160,1 1430,7 2178,1 1531,0 2176,2 1649,4 2157,3

1310,9 2160,1 1442,0 2180,3 1534,9 2175,4 1656,9 2157,3

1314,2 2160,5 1442,2 2180,3 1539,5 2174,9 1665,6 2157,3

243

1315,2 2160,7 1443,0 2180,5 1543,2 2174,1 1674,5 2157,3

1319,7 2161,8 1443,6 2180,5 1546,8 2173,7 1686,2 2157,3

1328,5 2163,7 1444,0 2180,5 1552,0 2172,8 1686,9 2157,3

1335,3 2164,9 1451,6 2180,5 1554,3 2172,5 1693,9 2157,3

1341,3 2166,0 1461,0 2180,9 1560,2 2172,1 1695,9 2157,3

1345,3 2166,8 1464,3 2181,0 1561,9 2171,9 1715,9 2159,5

1348,5 2167,3 1468,9 2180,9 1568,2 2171,8 1718,0 2159,8

1356,0 2168,4 1469,2 2180,9 1574,9 2172,0 1723,9 2159,7

1357,7 2168,6 1477,9 2180,6 1576,4 2171,8 1726,8 2160,1

1359,2 2168,8 1478,0 2180,7 1583,4 2172,0 1730,7 2160,4

1372,6 2170,5 1481,9 2180,5 1584,6 2171,9 1732,2 2160,7

1373,1 2170,6 1484,8 2180,3 1592,3 2171,8 1771,2 2165,7

1380,9 2171,4 1485,0 2180,3 1593,0 2171,7 1772,9 2165,9

1381,8 2171,6 1485,1 2180,3 1597,9 2171,6 1779,5 2167,3

1390,6 2172,4 1493,8 2180,0 1599,2 2171,0 1793,5 2170,1

1392,4 2172,7 1494,3 2179,9 1798,4 2170,8

1400,5 2173,4 1500,4 2179,6 1825,4 2172,6

Cuadro B-5. Datos del levantamiento topográfico (tramos ficticios CC)

TRAMO CC

Longitud (m) Elevación (msnm) Longitud (m)

Elevación (msnm) Longitud (m)

Elevación (msnm)

1858,6 2150,0 1998,4 2163,9 2097,3 2171,1

1873,3 2150,0 2005,4 2164,5 2103,4 2170,0

1874,9 2150,0 2011,6 2165,3 2107,4 2170,0

1882,7 2150,0 2017,3 2165,8 2113,4 2168,7

1885,6 2150,0 2025,0 2166,9 2114,3 2168,6

1909,6 2154,3 2025,1 2166,9 2115,4 2168,4

1914,1 2155,1 2028,3 2166,9 2117,2 2168,0

1921,4 2155,7 2038,3 2167,9 2124,9 2166,1

1929,7 2157,1 2040,5 2167,9 2130,7 2164,8

1932,3 2157,3 2042,4 2167,9 2137,5 2163,2

1946,6 2159,7 2055,2 2169,5 2145,7 2161,4

1946,9 2159,7 2055,7 2169,6 2152,2 2160,0

1948,7 2160,0 2058,9 2170,0 2159,9 2160,0

1953,3 2160,9 2066,8 2171,2 2163,3 2160,0

1960,0 2161,2 2067,7 2171,4 2166,6 2160,8

1969,7 2161,7 2074,8 2172,2 2170,0 2162,1

1971,8 2162,0 2077,2 2172,4 2158,6 2162,5

244

1981,1 2162,4 2085,1 2172,2

1984,3 2162,8 2086,3 2172,0

1992,9 2163,3 2096,5 2171,4

Cuadro B-6. Datos del levantamiento topográfico (tramos ficticios DD)

TRAMO DD

Longitud (m)

Elevación (msnm)

Longitud (m)

Elevación (msnm)

Longitud (m)

Elevación (msnm)

Longitud (m)

Elevación (msnm)

Longitud (m)

Elevación (msnm)

Longitud (m)

Elevación (msnm)

2087,5 2130,7 2290,8 2133,7 2445,7 2132,2 2594,7 2131,4 2747,5 2132,3 2927,5 2142,8

2093,4 2131,4 2295,7 2133,5 2446,5 2132,1 2595,7 2131,3 2753,0 2132,1 2929,5 2142,7

2097,2 2132,1 2300,1 2133,2 2450,6 2132,3 2600,5 2131,5 2757,7 2132,0 2934,2 2141,8

2100,3 2132,3 2302,8 2133,2 2452,1 2132,4 2602,8 2131,5 2759,5 2131,9 2935,0 2141,7

2105,1 2132,5 2305,3 2133,0 2457,2 2132,2 2603,8 2131,5 2764,9 2131,8 2936,2 2141,6

2107,8 2132,8 2309,5 2132,8 2462,6 2132,1 2604,7 2131,5 2771,5 2131,8 2936,9 2141,5

2111,0 2133,2 2312,1 2133,0 2464,0 2132,1 2612,0 2131,8 2773,0 2131,7 2944,5 2142,5

2120,8 2134,4 2318,2 2132,7 2469,8 2132,0 2613,2 2131,7 2779,8 2131,8 2950,9 2142,6

2125,2 2134,9 2320,9 2132,9 2471,0 2132,0 2619,9 2131,9 2781,3 2131,7 2953,4 2143,2

2130,8 2135,6 2327,9 2132,5 2477,3 2131,9 2626,0 2132,1 2782,6 2131,7 2959,2 2144,6

2134,1 2136,0 2330,4 2132,7 2478,8 2131,8 2627,1 2132,0 2789,6 2131,7 2967,7 2146,7

2137,0 2136,3 2334,5 2132,9 2479,6 2131,9 2627,2 2132,0 2790,6 2131,7 2972,9 2147,4

2143,4 2137,0 2338,2 2133,3 2486,8 2131,7 2632,8 2132,3 2791,1 2131,8 2980,7 2149,2

2147,6 2137,4 2341,6 2133,4 2487,6 2131,8 2634,1 2132,3 2797,5 2131,9 2981,6 2149,3

2154,2 2138,1 2346,0 2133,4 2488,2 2131,8 2639,4 2132,4 2799,3 2132,0 2982,2 2149,4

2156,4 2138,4 2348,5 2133,3 2496,2 2132,4 2645,1 2132,0 2799,5 2132,0 2983,6 2149,7

2159,2 2138,7 2350,9 2133,3 2497,5 2132,5 2646,2 2132,1 2805,2 2132,4 2986,6 2150,2

2163,7 2139,1 2353,7 2133,3 2504,1 2132,8 2647,1 2132,1 2808,3 2132,7 2990,4 2151,6

2165,3 2139,3 2358,6 2133,0 2510,0 2132,4 2651,2 2131,6 2813,7 2133,1 2991,1 2151,8

2173,3 2140,2 2363,6 2132,6 2511,6 2132,3 2652,4 2131,6 2818,6 2133,6 2998,1 2153,2

2173,8 2140,2 2365,7 2132,6 2516,5 2131,5 2653,2 2131,9 2822,8 2134,1 3000,3 2153,5

2183,7 2141,7 2370,2 2132,4 2519,5 2131,8 2654,5 2132,3 2828,5 2134,6 3006,4 2154,2

2196,4 2142,8 2371,9 2132,3 2521,1 2131,9 2662,9 2132,5 2834,0 2135,3 3009,9 2154,3

2202,1 2143,0 2376,6 2132,5 2530,5 2132,1 2664,9 2133,7 2839,2 2135,8 3010,4 2154,4

2202,4 2143,1 2378,0 2132,4 2539,5 2131,9 2665,0 2133,7 2845,8 2136,7 3016,0 2154,7

2204,9 2143,2 2381,2 2132,9 2540,9 2131,8 2668,1 2134,0 2849,8 2137,1 3020,7 2154,4

2210,3 2143,4 2384,3 2133,3 2548,2 2131,6 2671,2 2133,2 2856,9 2137,8 3026,8 2154,9

2214,9 2143,5 2385,5 2133,0 2549,1 2131,5 2674,1 2133,6 2857,5 2137,9 3031,4 2154,5

2219,8 2143,4 2387,6 2133,0 2550,1 2131,5 2678,3 2133,9 2860,4 2138,3 3036,6 2154,7

2223,0 2143,6 2393,1 2132,4 2555,1 2131,1 2682,3 2134,8 2871,7 2139,9 3087,5 2155,7

2228,1 2143,4 2394,9 2132,3 2555,5 2131,0 2684,3 2135,0 2872,1 2140,0

245

2233,8 2142,9 2401,3 2132,2 2556,1 2130,8 2687,5 2134,6 2872,2 2140,0

2238,7 2142,4 2403,1 2132,2 2556,5 2130,8 2692,8 2134,5 2874,4 2140,2

2241,6 2142,1 2405,3 2132,2 2562,5 2130,8 2695,2 2133,5 2882,3 2141,4

2243,4 2142,1 2412,0 2132,6 2562,9 2130,8 2701,6 2133,4 2883,8 2141,6

2252,9 2140,7 2414,9 2132,8 2563,5 2130,8 2704,1 2132,6 2891,7 2142,7

2253,2 2140,7 2418,3 2132,9 2570,3 2131,3 2711,2 2132,5 2897,5 2143,2

2255,0 2140,4 2421,2 2132,7 2571,2 2131,4 2712,9 2132,0 2901,1 2143,6

2255,7 2140,2 2426,4 2132,7 2575,4 2131,6 2719,3 2131,9 2906,0 2143,9

2266,5 2138,4 2428,6 2132,6 2578,7 2131,5 2719,7 2132,0 2910,2 2143,9

2269,7 2137,7 2433,1 2132,6 2579,3 2131,6 2724,9 2132,3 2914,7 2143,7

2279,0 2136,0 2438,2 2132,4 2580,0 2131,6 2734,0 2131,7 2918,3 2144,1

2286,7 2134,1 2439,7 2132,3 2586,8 2131,4 2739,6 2132,4 2922,5 2143,6

2289,0 2133,7 2444,3 2132,2 2587,5 2131,3 2745,4 2132,3 2925,3 2143,3

246

ANEXO C: ANÁLISIS DE DEMANDA

247

Proyecciones de población por métodos matemáticos

Cuadro C-1. Datos iniciales de población distritales

Año

POBLACIÓN TOTAL

POBLACIÓN TOTAL % de habitantes

por distrito Distrito EN

San Juan

Sabana Redonda

DISTRITOS DE ACUEDUCTO

San Juan

Sabana Redonda

2000 3738 2187 5925 0,631 0,369

2001 3905 2253 6158 0,634 0,366

2002 3992 2280 6272 0,636 0,364

2003 4077 2297 6374 0,640 0,360

2004 4162 2323 6485 0,642 0,358

2005 4244 2341 6585 0,644 0,356

2011 4638 2343 6981 0,664 0,336

Cuadro C-2. Proyecciones por método aritmético o lineal

Método aritmético o lineal Población proyectada (habitantes)

Pci K 2015 2020 2025 2030 2035 2040

2000 96,00 7365,00 7845,00 8325,00 8805,00 9285,00 9765,00

2001 82,30 7310,20 7721,70 8133,20 8544,70 8956,20 9367,70

2002 78,78 7296,11 7690,00 8083,89 8477,78 8871,67 9265,56

2003 75,88 7284,50 7663,88 8043,25 8422,63 8802,00 9181,38

2004 70,86 7264,43 7618,71 7973,00 8327,29 8681,57 9035,86

2005 66,00 7245,00 7575,00 7905,00 8235,00 8565,00 8895,00

Promedio 78,302 7295 7686 8078 8469 8861 9252

Cuadro C-3. Proyecciones por método de interés compuesto o geométrico

Método interés compuesto o geométrico Población proyectada (habitantes)

Pci r 2015 2020 2025 2030 2035 2040

2000 1,50% 7410,02 7983,55 8601,48 9267,23 9984,52 10757,32

2001 1,26% 7340,22 7815,34 8321,22 8859,84 9433,32 10043,93

2002 1,20% 7321,32 7770,15 8246,49 8752,03 9288,56 9857,99

2003 1,14% 7305,84 7733,24 8185,64 8664,50 9171,37 9707,90

2004 1,06% 7281,28 7674,86 8089,71 8526,99 8987,90 9473,73

2005 0,98% 7258,14 7620,10 8000,10 8399,05 8817,90 9257,63

Promedio 1,190% 7320 7767 8241 8745 9281 9850

248

Cuadro C-4. Proyecciones por método logarítmico

Método Logarítmico Población proyectada (habitantes)

Pci k 2015 2020 2025 2030 2035 2040

2000

0,0386 7905,41 8703,01 9581,09 10547,76 11611,96 12783,54

2001

0,0183

2002

0,0161

2003

0,0173

2004

0,0153

2005

0,0097

Promedio

0,0192 7906 8704 9582 10548 11612 12784

Cuadro C-5. Proyecciones por método de Wappus

Método Wappus Población proyectada (habitantes)

Pci i 2015 2020 2025 2030 2035 2040

2000

1,4877 7413,23 7996,00 8632,02 9328,95 10095,96 10944,19

2001

1,2528 7341,84 7821,76 8337,06 8891,80 9490,69 10139,21

2002

1,1888 7322,50 7774,95 8258,55 8776,64 9333,03 9932,16

2003

1,1363 7306,71 7736,88 8194,99 8683,84 9206,63 9767,03

2004

1,0524 7281,84 7677,34 8096,23 8540,66 9013,04 9516,08

2005

0,9730 7258,50 7621,76 8004,60 8408,64 8835,70 9287,80

Promedio

1,1818 7321 7772 8254 8772 9330 9932

249

Cuadro C-6. Parámetros para ponderar las poblaciones distritales

Parámetro Distrito

San Juan Sabana Redonda

Área total (Km2) [distritos ECG UNA) 16,568 20,152

% del Área del proyecto con respecto al área de cada distrito 1,94% 7,69%

Porcentajes de habitantes correspondientes a cada distrito 64,17% 35,83%

Usuarios actuales del acueducto y consumos medidos de set-14 a mayo-15

Cuadro C-7. Consumos medidos por la ASADA de octubre de 2014 a mayo de 2015

NÚMERO DE MEDIDOR

oct-14

nov-14

dic-14

ene-15

feb-15

mar-15

abr-15

may-15

1 15 33 24 35 39 51 34 28

2 331 10 15 5 11 18 11 15

3 52 51 56 49 115 18 19 17

4 19 21 22 26 22 32 88 16

5 18 66 62 21 26 14 23 17

6 1048 73 17 55 57 42 20 10

7 1 31 12 4 1 4 5 4

8 0 0 0 0 0 0 0 0

9 34 45 51 73 48 63 71 36

10 32 40 42 52 50 67 77 39

11 61 46 50 33 41 53 80 50

12 648 46 7 151 0 0 12 9

13 13 18 11 27 15 11 20 22

14 56 1 3 6 4 3 10 3

15 219 14 13 11 11 12 9 8

16 82 50 5 0 21 0 65 147

17 0 0 0 0 0 0 0 0

18 5 6 7 7 3 10 13 6

19 39 54 66 68 58 60 58 40

20 85 88 74 126 139 179 144 90

21 0 0 0 0 0 0 0 0

22 0 0 0 0 0 0 0 0

23 798 145 105 71 65 53 37 37

24 584 93 21 199 48 27 26 25

25 0 4 10 10 15 17 34 24

26 492 207 174 207 214 338 305 272

250

27 293 173 61 105 0 0 0 0

28 322 9 78 30 16 21 30 25

29 125 127 88 42 83 131 132 88

30 119 140 116 82 121 173 174 143

31 49 20 6 0 29 64 46 40

32 327 999 951 1185 495 0 0 0

33 161 41 28 18 25 19 35 20

34 131 126 21 2 4 6 2 14

35 0 0 0 0 0 4 15 15

Censo realizado en la zona

Cuadro C-8. Resultados del censo realizado en la zona del acueducto

Número de medidor Tipo de prevista

Total habitantes

abastecidos

Habitantes totales en la zona

1 Hotel 0 0

2 Domiciliar 3 3

3 Restaurante 0 0

4 Domiciliar 2 2

5 Domiciliar 2 2

6 Domiciliar 3 3

7 Domiciliar 3,7 3,7

8 Domiciliar 2 2

9 Hotel 0 0

10 Hotel 0 0

11 Domiciliar 8,7 8,7

12 Plantación 0 0

13 Domiciliar 2 2

14 Domiciliar 6,7 6,7

15 Domiciliar 2 2

16 Domiciliar 2 2

17 Lote 3,7 3,7

18 Domiciliar 3,7 3,7

19 Restaurante 0 0

20 Comercio 0 0

21 Plantación 0 0

22 Plantación 0 0

251

23 Domiciliar 5 5

24 Domiciliar 3 3

25 Domiciliar 2 2

26 Lechería 0 0

27 Domiciliar 4 4

28 Comercio 0 0

29 Plantación 0 0

30 Plantación 0 0

31 Domiciliar 3,7 3,7

32 Lechería 0 0

33 Domiciliar 5 5

34 Domiciliar 3 3

35 Domiciliar 5,7 5,7

36 Domiciliar 0 0

37 Domiciliar 0 3

38 Iglesia 0 0

39 Domiciliar 0 3,7

40 Domiciliar 0 3,7

41 Domiciliar 0 3,7

42 Domiciliar 0 3,7

43 Domiciliar 0 3,7

44 Domiciliar 0 3,7

45 Domiciliar 0 3,7

46 Lechería 0 0

TOTAL 76 105

*Actualmente son 35 usuarios registrados en la ASADA, se asigna 3,7 habitantes/vivienda

en las que no hubo respuesta dado que no había nadie en la vivienda en el momento del

censo

252

Levantamiento de campo de las actividades productivas de la zona

Cuadro C-9. Resultados del levantamiento de los restaurantes

No. Prevista Descripción Cantidad de

sillas Cantidad de

platos diarios Meses + consumo

Abastecido

3 Mirador Poás 50 40 Enero-Marzo Sí

19 El Descanso 65 50 Diciembre-

Junio Sí

- Quieres 250 132 Diciembre-

Mayo No

Cuadro C-10. Resultados del levantamiento de las lecherías

No. Prevista

Cantidad de ganado

total

Cantidad de ganado

productor Usos del agua

Producción diaria (litros)

Meses + consumo

Abastecido

26 100 40 Lavados 1000 Constante Sí

32 280 130 Lavados,

abrevadero 4000 Época seca Sí

- 110 50 Lavados, uso empleados

1300 Constante No

253

- 100 45 Lavados,

abrevaderos 1000 Constante No

- 75 40 Lavados,

abrevaderos 800 Constante No

Cuadro C-11. Resultados del levantamiento de las plantaciones

No. Prevista Producto Meses + consumo

Abastecido Área plantación

(ha)

12 Fresa Constante Sí 0,4016

21 Fresa Constante Sí 0,4727

22 Fresa Constante Sí 0,6568

29 Fresa Constante Sí 0,3647

30 Fresa Constante Sí 0,3647

- Fresa Constante No 0,9063

- Fresa Constante No 1,0474

- Fresa Constante No 0,7192

- Fresa Constante No 0,0781

- Fresa Constante No 0,3574

254

Cuadro C-12. Resultados del levantamiento de los hoteles

No. Prevista

Descripción Cantidad de habitaciones

Personas por

habitación

Capacidad (huéspedes)

Huéspedes diarios

Meses + Consumo

Abastecido

1 Poás Lodge 4 2 8 6 Constante Sí

9 Hotel Altura 5 3,2 16 10 Noviembre-

Abril Sí

10 Hotel Altura

* 2 hab. para 2 personas y 3 hab. Para 4 personas

A continuación se muestran las dotaciones estimadas para los usuarios que están siendo abastecidos, según la información obtenida

en el levantamiento de campo.

255

Cuadro C-13. Consumos medidos y dotaciones estimadas para los restaurantes

No. Prevista Descripción

Consumo promedio por mes

(m3/mes)

Área aproximada de servicio

(m2)

Clientes promedio

diarios

3 Restaurante Mirador Poás

43,6 388,065 40

19 Restaurante El Descanso

56,8 441,205 50

Consumo promedio l/m2/d 3,95

Consumo promedio l/cliente/d 36,49

Cuadro C-14. Consumos medidos y dotaciones estimadas para los hoteles

No. Prevista

Descripción Consumo promedio por mes (m3/mes)

Huéspedes promedio

por día Habitaciones

9 Hotel Altura 58,2 10 5

10 Hotel Altura 57

1 Poás Lodge 37,4 6 4

Consumo promedio l/huésped/d 291,04

Consumo promedio l/habitación/d 530,98

Cuadro C-15. Consumos medidos y dotaciones estimadas para las lecherías

No. Prevista

Consumo promedio por mes (m3/mes)

Cabezas de ganado Producción de

leche diaria (litros)

26 267,2 100 1000

32 791,4 280 4000

Promedio consumo (l/d/cabeza) 90,138

Promedio consumo (l/d/litro producido) 7,6237

256

Cuadro C-16. Consumos medidos y dotaciones estimadas para las plantaciones

No. Prevista

Consumo promedio por mes (m3/mes)

Área (ha) l/d/ha

12 34,4 0,402 2808,20

21 0 0,473 0,00

22 0 0,657 0,00

29 233,8 0,729 10509,91

30

Promedio ponderado consumo (l/d/ha) 10509,914

*Se toma únicamente el valor de la prevista 29 y 39 porque es el que ha sido más regular

en el consumo

Cuadro C-17. Consumos medidos y dotaciones estimadas para los comercios

No. Prevista

Descripción Consumo promedio por

mes (m3/mes) m2 del local

20 Fresas del Volcán 135,6 629,5831

28 Empaca fresas 24,4 97,8526

Consumo promedio l/d/m2 7,6186

Dotaciones domiciliar y no domiciliar

Para cada uno de los escenarios se presentan los resultados obtenidos de dos formas, la

primera en forma desglosada y la segunda basada en las tarifas planteadas por el AyA. De

esta forma, los usuarios se asignan de la siguiente forma:

1. Tarifa domiciliar: usuarios de casa.

2. Tarifa ordinaria: usuarios de locales comerciales.

3. Tarifa reproductiva: usuarios de hoteles, restaurantes, plantaciones y lecherías.

4. Tarifa de gobierno: no hay ningún usuario de este tipo en la zona del acueducto.

5. Tarifa preferencial: usuarios de escuela e iglesia

Escenario A

En el Cuadro C-18 se muestra las dotaciones desglosadas para este escenario mientras que

en el Cuadro C-19, se presentan los datos según la clasificación que plantea el AyA.

257

Cuadro C-18. Dotaciones domiciliar y no domiciliar para el escenario A

Uso Dotación

Domiciliar 250

Población de diseño 192

Subtotal domiciliar 48

Restaurantes 11,54

Hoteles 58,80

Lecherías 90,90

Plantaciones 93,53

Comercios 10,34

Iglesia 0,52

Escuela 1,20

Subtotal No domiciliar 266,84

CONSUMO TOTAL DIARIO 314,84

Cuadro C-19. Dotaciones domiciliar y no domiciliar para el escenario A según las

tarifas del AyA

Tipo tarifa Consumo (m3/d) Distribución de consumos

1. Consumo Domiciliar 48,00 15,25%

2. Consumo Ordinario 10,34 3,28%

3. Consumo Reproductivo 254,78 80,92%

4. Consumo de Gobierno 0,00 0,00%

5. Consumo Preferencial 1,72 0,55%

TOTAL 314,84 100%

Escenario B

En el Cuadro C-20 se muestra las dotaciones desglosadas para este escenario mientras que

en el Cuadro C-21, se presentan los datos según la clasificación que plantea el AyA.

Cuadro C-20. Dotaciones domiciliar y no domiciliar para el escenario B

Uso Dotación

Domiciliar 250

Población de diseño 178

Subtotal domiciliar 45

Restaurantes 8,33

Hoteles 166,80

Lecherías 72,00

258

Plantaciones 57,94

Comercios 19,93

Iglesia 0,52

Escuela 1,20

Subtotal No domiciliar 326,72

CONSUMO TOTAL DIARIO 371,22

Cuadro C-21. Dotaciones domiciliar y no domiciliar para el escenario B según las

tarifas del AyA

Tipo tarifa Consumo (m3/d) Distribución de consumos

1. Consumo Domiciliar 44,50 11,99%

2. Consumo Ordinario 19,93 5,37%

3. Consumo Reproductivo 305,07 82,18%

4. Consumo de Gobierno 0,00 0,00%

5. Consumo Preferencial 1,72 0,46%

TOTAL 371,22 100%

Escenario C

En el Cuadro C-22 se muestra las dotaciones desglosadas para este escenario mientras que

en el Cuadro C-23, se presentan los datos según la clasificación que plantea el AyA.

Cuadro C-22. Dotaciones domiciliar y no domiciliar para el escenario C

Uso Dotación (m3/día)

Domiciliar 250

Población de diseño 352

Subtotal domiciliar 88

Restaurantes 18,20

Hoteles 58,80

Lecherías 72,90

Plantaciones 101,55

Comercios 24,73

Iglesia 0,52

Escuela 1,20

Subtotal No domiciliar 277,90

CONSUMO TOTAL DIARIO 365,90

259

Cuadro C-23. Dotaciones domiciliar y no domiciliar para el escenario C según las

tarifas del AyA

Tipo tarifa Consumo (m3/d) Distribución de consumos

1. Consumo Domiciliar 88,00 24,05%

2. Consumo Ordinario 24,73 6,76%

3. Consumo Reproductivo 251,45 68,72%

4. Consumo de Gobierno 0,00 0,00%

5. Consumo Preferencial 1,72 0,47%

TOTAL 365,90 100%

Escenario D

Para este escenario, como se mencionó anteriormente, se evalúa una condición en que no

hay saturación en la zona del acueducto y se parte de los mismos supuestos que para el

escenario A. Por lo tanto, a pesar que los consumos no son los mismos en magnitud, la

distribución porcentual sí se mantiene.

260

ANEXO D: ANÁLISIS HIDRÁULICO

261

Cuadro D-1. Análisis de tubería de conducción (Darcy-Weisbach)

Parámetro Magnitud Parámetro Magnitud

Tramo CONDUCCIÓN A1 (m^2) 0,01

P max. tubería,diseño (mca) 89,60 A2 (m^2) 0,01

G.A supuesto (mca) 56,75 V1 (m/s) 1,12

Elevación inicial (m) 2223,56 V2 (m/s) 1,12

Elevación final (m) 2190,71 Cumple Rangos de velocidades CUMPLE

hf (m) 32,85 C1 452,42

Ho (m) 32,85 C2 452,42

Longitud (m) 857,85 Área equivalente (m^2) 0,01

Diametro exacto (mm) 66,881 Veloc. equivalente (m/s) 1,12

D interior Superior (mm) 82,04 Celeridad Equivalente 452,42

D interior Inferior (mm) 82,04 Periodo de la tubería (s) 3,79

Espesor 1 (mm) 3,43 Tiempo de cierre (s) 10,00

Espesor 2 (mm) 3,43 Tipo de cierre lento

K/D 2,2E-05 hmax Michaud V.(m) 19,65

Re 112296,24 K 0,79

f 0,02 theta 2,64

K1 390,792 Z^2 1,30

K2 0,000 hmax Allievi (m) 9,86

L1 (m) 857,850 Energía fin tub.1 (m) 2209,34

L2 (m) 0,00 Energía fin tub.2 (m) 2209,34

hf1 (m) 11,8285 G.A supuesto (mca) 56,75

hf 2 (m) 0,00 hmax-G.A.sup -46,89

hf total 11,8285 Cumple GA? CUMPLE

262

Cuadro D-2. Análisis de curva masa (regulación de demanda)

Hora inicial [1]

Hora final [2]

Caudal Medido (l/s)

[3]

Consumo (m3) [4]

% Consumo (C ) [5]

Σ C (%) [6] S (%) [7] Σ S (%) [8] ∆ (S-C) [9] Σ ∆ (S-C)

[10] V (%) [11]

00:00:00 00:10:00 2 1,2 0,32% 0,32% 0,69% 0,69% 0,37% 0,37% 6,01%

00:10:00 00:20:00 1,9 1,14 0,31% 0,63% 0,69% 1,39% 0,39% 0,76% 6,40%

00:20:00 00:30:00 1,8 1,08 0,29% 0,93% 0,69% 2,08% 0,40% 1,16% 6,80%

00:30:00 00:40:00 1,6 0,96 0,26% 1,19% 0,69% 2,78% 0,43% 1,59% 7,24%

00:40:00 00:50:00 1,65 0,99 0,27% 1,45% 0,69% 3,47% 0,43% 2,02% 7,66%

00:50:00 01:00:00 1,55 0,93 0,25% 1,71% 0,69% 4,17% 0,44% 2,46% 8,10%

01:00:00 01:10:00 1,6 0,96 0,26% 1,97% 0,69% 4,86% 0,43% 2,90% 8,54%

01:10:00 01:20:00 1,63 0,978 0,26% 2,23% 0,69% 5,56% 0,43% 3,32% 8,97%

01:20:00 01:30:00 1,8 1,08 0,29% 2,52% 0,69% 6,25% 0,40% 3,73% 9,37%

01:30:00 01:40:00 1,85 1,11 0,30% 2,82% 0,69% 6,94% 0,39% 4,12% 9,76%

01:40:00 01:50:00 2 1,2 0,32% 3,15% 0,69% 7,64% 0,37% 4,49% 10,13%

01:50:00 02:00:00 2,25 1,35 0,37% 3,51% 0,69% 8,33% 0,33% 4,82% 10,46%

02:00:00 02:10:00 1,62 0,972 0,26% 3,78% 0,69% 9,03% 0,43% 5,25% 10,89%

02:10:00 02:20:00 1,75 1,05 0,28% 4,06% 0,69% 9,72% 0,41% 5,66% 11,30%

02:20:00 02:30:00 1,55 0,93 0,25% 4,31% 0,69% 10,42% 0,44% 6,10% 11,75%

02:30:00 02:40:00 1,56 0,936 0,25% 4,57% 0,69% 11,11% 0,44% 6,54% 12,19%

02:40:00 02:50:00 1,56 0,936 0,25% 4,82% 0,69% 11,81% 0,44% 6,98% 12,63%

02:50:00 03:00:00 1,52 0,912 0,25% 5,07% 0,69% 12,50% 0,45% 7,43% 13,08%

03:00:00 03:10:00 1,75 1,05 0,28% 5,35% 0,69% 13,19% 0,41% 7,84% 13,49%

03:10:00 03:20:00 1,85 1,11 0,30% 5,65% 0,69% 13,89% 0,39% 8,24% 13,88%

03:20:00 03:30:00 1,72 1,032 0,28% 5,93% 0,69% 14,58% 0,41% 8,65% 14,30%

03:30:00 03:40:00 1,78 1,068 0,29% 6,22% 0,69% 15,28% 0,41% 9,06% 14,70%

03:40:00 03:50:00 1,5 0,9 0,24% 6,46% 0,69% 15,97% 0,45% 9,51% 15,15%

03:50:00 04:00:00 1,51 0,906 0,25% 6,71% 0,69% 16,67% 0,45% 9,96% 15,60%

04:00:00 04:10:00 1,52 0,912 0,25% 6,96% 0,69% 17,36% 0,45% 10,40% 16,05%

04:10:00 04:20:00 1,54 0,924 0,25% 7,21% 0,69% 18,06% 0,44% 10,85% 16,49%

04:20:00 04:30:00 1,8 1,08 0,29% 7,50% 0,69% 18,75% 0,40% 11,25% 16,89%

04:30:00 04:40:00 1,7 1,02 0,28% 7,78% 0,69% 19,44% 0,42% 11,67% 17,31%

04:40:00 04:50:00 2,1 1,26 0,34% 8,12% 0,69% 20,14% 0,35% 12,02% 17,67%

04:50:00 05:00:00 1,8 1,08 0,29% 8,41% 0,69% 20,83% 0,40% 12,42% 18,07%

05:00:00 05:10:00 1,52 0,912 0,25% 8,66% 0,69% 21,53% 0,45% 12,87% 18,51%

263

Hora inicial [1]

Hora final [2]

Caudal Medido (l/s)

[3]

Consumo (m3) [4]

% Consumo (C ) [5]

Σ C (%) [6] S (%) [7] Σ S (%) [8] ∆ (S-C) [9] Σ ∆ (S-C)

[10] V (%) [11]

05:10:00 05:20:00 2 1,2 0,32% 8,98% 0,69% 22,22% 0,37% 13,24% 18,88%

05:20:00 05:30:00 1,8 1,08 0,29% 9,27% 0,69% 22,92% 0,40% 13,64% 19,29%

05:30:00 05:40:00 2,1 1,26 0,34% 9,62% 0,69% 23,61% 0,35% 14,00% 19,64%

05:40:00 05:50:00 2,25 1,35 0,37% 9,98% 0,69% 24,31% 0,33% 14,32% 19,97%

05:50:00 06:00:00 2,75 1,65 0,45% 10,43% 0,69% 25,00% 0,25% 14,57% 20,22%

06:00:00 06:10:00 3,75 2,25 0,61% 11,04% 0,69% 25,69% 0,09% 14,66% 20,30%

06:10:00 06:20:00 3,5 2,1 0,57% 11,61% 0,69% 26,39% 0,13% 14,78% 20,43%

06:20:00 06:30:00 4,2 2,52 0,68% 12,29% 0,69% 27,08% 0,01% 14,80% 20,44%

06:30:00 06:40:00 5 3 0,81% 13,10% 0,69% 27,78% -0,12% 14,68% 20,32%

06:40:00 06:50:00 4,75 2,85 0,77% 13,87% 0,69% 28,47% -0,08% 14,60% 20,24%

06:50:00 07:00:00 5,5 3,3 0,89% 14,77% 0,69% 29,17% -0,20% 14,40% 20,04%

07:00:00 07:10:00 7,75 4,65 1,26% 16,02% 0,69% 29,86% -0,56% 13,84% 19,48%

07:10:00 07:20:00 5,5 3,3 0,89% 16,92% 0,69% 30,56% -0,20% 13,64% 19,28%

07:20:00 07:30:00 6,08 3,648 0,99% 17,91% 0,69% 31,25% -0,29% 13,34% 18,99%

07:30:00 07:40:00 5,9 3,54 0,96% 18,86% 0,69% 31,94% -0,26% 13,08% 18,72%

07:40:00 07:50:00 5,5 3,3 0,89% 19,76% 0,69% 32,64% -0,20% 12,88% 18,52%

07:50:00 08:00:00 5,4 3,24 0,88% 20,64% 0,69% 33,33% -0,18% 12,70% 18,34%

08:00:00 08:10:00 5,2 3,12 0,84% 21,48% 0,69% 34,03% -0,15% 12,55% 18,19%

08:10:00 08:20:00 5,7 3,42 0,93% 22,41% 0,69% 34,72% -0,23% 12,32% 17,96%

08:20:00 08:30:00 7 4,2 1,14% 23,54% 0,69% 35,42% -0,44% 11,87% 17,52%

08:30:00 08:40:00 5,1 3,06 0,83% 24,37% 0,69% 36,11% -0,13% 11,74% 17,38%

08:40:00 08:50:00 8,2 4,92 1,33% 25,71% 0,69% 36,81% -0,64% 11,10% 16,74%

08:50:00 09:00:00 6,1 3,66 0,99% 26,70% 0,69% 37,50% -0,30% 10,80% 16,45%

09:00:00 09:10:00 5,2 3,12 0,84% 27,54% 0,69% 38,19% -0,15% 10,65% 16,30%

09:10:00 09:20:00 6,15 3,69 1,00% 28,54% 0,69% 38,89% -0,30% 10,35% 15,99%

09:20:00 09:30:00 6,8 4,08 1,10% 29,65% 0,69% 39,58% -0,41% 9,94% 15,58%

09:30:00 09:40:00 7,8 4,68 1,27% 30,91% 0,69% 40,28% -0,57% 9,37% 15,01%

09:40:00 09:50:00 7,25 4,35 1,18% 32,09% 0,69% 40,97% -0,48% 8,88% 14,53%

09:50:00 10:00:00 8,45 5,07 1,37% 33,46% 0,69% 41,67% -0,68% 8,20% 13,85%

10:00:00 10:10:00 9,8 5,88 1,59% 35,06% 0,69% 42,36% -0,90% 7,31% 12,95%

10:10:00 10:20:00 8,9 5,34 1,45% 36,50% 0,69% 43,06% -0,75% 6,55% 12,20%

10:20:00 10:30:00 8 4,8 1,30% 37,80% 0,69% 43,75% -0,61% 5,95% 11,59%

10:30:00 10:40:00 8,8 5,28 1,43% 39,23% 0,69% 44,44% -0,74% 5,21% 10,86%

10:40:00 10:50:00 9,9 5,94 1,61% 40,84% 0,69% 45,14% -0,91% 4,30% 9,94%

10:50:00 11:00:00 9,5 5,7 1,54% 42,38% 0,69% 45,83% -0,85% 3,45% 9,09%

11:00:00 11:10:00 9,2 5,52 1,49% 43,88% 0,69% 46,53% -0,80% 2,65% 8,29%

264

Hora inicial [1]

Hora final [2]

Caudal Medido (l/s)

[3]

Consumo (m3) [4]

% Consumo (C ) [5]

Σ C (%) [6] S (%) [7] Σ S (%) [8] ∆ (S-C) [9] Σ ∆ (S-C)

[10] V (%) [11]

11:10:00 11:20:00 9,6 5,76 1,56% 45,44% 0,69% 47,22% -0,87% 1,78% 7,43%

11:20:00 11:30:00 8,75 5,25 1,42% 46,86% 0,69% 47,92% -0,73% 1,06% 6,70%

11:30:00 11:40:00 8,2 4,92 1,33% 48,19% 0,69% 48,61% -0,64% 0,42% 6,06%

11:40:00 11:50:00 6,75 4,05 1,10% 49,29% 0,69% 49,31% -0,40% 0,02% 5,66%

11:50:00 12:00:00 7,45 4,47 1,21% 50,50% 0,69% 50,00% -0,52% -0,50% 5,15%

12:00:00 12:10:00 6,9 4,14 1,12% 51,62% 0,69% 50,69% -0,43% -0,93% 4,72%

12:10:00 12:20 7,77 4,662 1,26% 52,88% 0,69% 51,39% -0,57% -1,49% 4,15%

12:20:00 12:30 6,48 3,888 1,05% 53,94% 0,69% 52,08% -0,36% -1,85% 3,79%

12:30:00 12:40 7,01 4,206 1,14% 55,07% 0,69% 52,78% -0,44% -2,30% 3,35%

12:40:00 12:50 5,84 3,504 0,95% 56,02% 0,69% 53,47% -0,25% -2,55% 3,09%

12:50:00 13:00 5,6 3,36 0,91% 56,93% 0,69% 54,17% -0,22% -2,77% 2,88%

13:00:00 13:10:00 6,14 3,684 1,00% 57,93% 0,69% 54,86% -0,30% -3,07% 2,57%

13:10:00 13:20 4,82 2,892 0,78% 58,71% 0,69% 55,56% -0,09% -3,16% 2,49%

13:20:00 13:30 5,08 3,048 0,83% 59,54% 0,69% 56,25% -0,13% -3,29% 2,35%

13:30:00 13:40 6,37 3,822 1,03% 60,57% 0,69% 56,94% -0,34% -3,63% 2,01%

13:40:00 13:50 6,07 3,642 0,99% 61,56% 0,69% 57,64% -0,29% -3,92% 1,72%

13:50:00 14:00 6,56 3,936 1,07% 62,63% 0,69% 58,33% -0,37% -4,29% 1,35%

14:00:00 14:10:00 4,63 2,778 0,75% 63,38% 0,69% 59,03% -0,06% -4,35% 1,29%

14:10:00 14:20 4,47 2,682 0,73% 64,10% 0,69% 59,72% -0,03% -4,38% 1,26%

14:20:00 14:30 4,74 2,844 0,77% 64,87% 0,69% 60,42% -0,08% -4,46% 1,19%

14:30:00 14:40 4,17 2,502 0,68% 65,55% 0,69% 61,11% 0,02% -4,44% 1,20%

14:40:00 14:50 5,5 3,3 0,89% 66,45% 0,69% 61,81% -0,20% -4,64% 1,00%

14:50:00 15:00 5,38 3,228 0,87% 67,32% 0,69% 62,50% -0,18% -4,82% 0,82%

15:00:00 15:10:00 4,41 2,646 0,72% 68,04% 0,69% 63,19% -0,02% -4,84% 0,80%

15:10:00 15:20 4,92 2,952 0,80% 68,84% 0,69% 63,89% -0,10% -4,95% 0,70%

15:20:00 15:30 4,78 2,868 0,78% 69,61% 0,69% 64,58% -0,08% -5,03% 0,61%

15:30:00 15:40 4,71 2,826 0,77% 70,38% 0,69% 65,28% -0,07% -5,10% 0,54%

15:40:00 15:50 4,62 2,772 0,75% 71,13% 0,69% 65,97% -0,06% -5,16% 0,49%

15:50:00 16:00 4,53 2,718 0,74% 71,86% 0,69% 66,67% -0,04% -5,20% 0,45%

16:00:00 16:10:00 4,56 2,736 0,74% 72,61% 0,69% 67,36% -0,05% -5,24% 0,40%

16:10:00 16:20 4,57 2,742 0,74% 73,35% 0,69% 68,06% -0,05% -5,29% 0,35%

16:20:00 16:30 4,67 2,802 0,76% 74,11% 0,69% 68,75% -0,06% -5,36% 0,29%

16:30:00 16:40 4,37 2,622 0,71% 74,82% 0,69% 69,44% -0,02% -5,37% 0,27%

16:40:00 16:50 4,52 2,712 0,73% 75,55% 0,69% 70,14% -0,04% -5,41% 0,23%

16:50:00 17:00 4,67 2,802 0,76% 76,31% 0,69% 70,83% -0,06% -5,48% 0,17%

17:00:00 17:10:00 4,72 2,832 0,77% 77,08% 0,69% 71,53% -0,07% -5,55% 0,10%

265

Hora inicial [1]

Hora final [2]

Caudal Medido (l/s)

[3]

Consumo (m3) [4]

% Consumo (C ) [5]

Σ C (%) [6] S (%) [7] Σ S (%) [8] ∆ (S-C) [9] Σ ∆ (S-C)

[10] V (%) [11]

17:10:00 17:20 4,86 2,916 0,79% 77,87% 0,69% 72,22% -0,10% -5,64% 0,00%

17:20:00 17:30 3,4 2,04 0,55% 78,42% 0,69% 72,92% 0,14% -5,50% 0,14%

17:30:00 17:40 3,26 1,956 0,53% 78,95% 0,69% 73,61% 0,16% -5,34% 0,31%

17:40:00 17:50 3,22 1,932 0,52% 79,47% 0,69% 74,31% 0,17% -5,17% 0,48%

17:50:00 18:00 4,3 2,58 0,70% 80,17% 0,69% 75,00% 0,00% -5,17% 0,47%

18:00:00 18:10:00 4,27 2,562 0,69% 80,86% 0,69% 75,69% 0,00% -5,17% 0,47%

18:10:00 18:20 4,56 2,736 0,74% 81,60% 0,69% 76,39% -0,05% -5,22% 0,43%

18:20:00 18:30 4 2,4 0,65% 82,25% 0,69% 77,08% 0,04% -5,17% 0,47%

18:30:00 18:40 5,07 3,042 0,82% 83,08% 0,69% 77,78% -0,13% -5,30% 0,34%

18:40:00 18:50 3,54 2,124 0,58% 83,65% 0,69% 78,47% 0,12% -5,18% 0,46%

18:50:00 19:00 4,46 2,676 0,72% 84,38% 0,69% 79,17% -0,03% -5,21% 0,43%

19:00:00 19:10:00 5,48 3,288 0,89% 85,27% 0,69% 79,86% -0,20% -5,41% 0,24%

19:10:00 19:20 4,44 2,664 0,72% 85,99% 0,69% 80,56% -0,03% -5,43% 0,21%

19:20:00 19:30 3,27 1,962 0,53% 86,52% 0,69% 81,25% 0,16% -5,27% 0,37%

19:30:00 19:40 4 2,4 0,65% 87,17% 0,69% 81,94% 0,04% -5,23% 0,42%

19:40:00 19:50 3,91 2,346 0,64% 87,81% 0,69% 82,64% 0,06% -5,17% 0,48%

19:50:00 20:00 3,82 2,292 0,62% 88,43% 0,69% 83,33% 0,07% -5,09% 0,55%

20:00:00 20:10:00 4,32 2,592 0,70% 89,13% 0,69% 84,03% -0,01% -5,10% 0,54%

20:10:00 20:20 4,08 2,448 0,66% 89,79% 0,69% 84,72% 0,03% -5,07% 0,57%

20:20:00 20:30 4,02 2,412 0,65% 90,44% 0,69% 85,42% 0,04% -5,03% 0,62%

20:30:00 20:40 3,86 2,316 0,63% 91,07% 0,69% 86,11% 0,07% -4,96% 0,68%

20:40:00 20:50 3,48 2,088 0,57% 91,64% 0,69% 86,81% 0,13% -4,83% 0,81%

20:50:00 21:00 3,52 2,112 0,57% 92,21% 0,69% 87,50% 0,12% -4,71% 0,93%

21:00:00 21:10:00 3,32 1,992 0,54% 92,75% 0,69% 88,19% 0,16% -4,55% 1,09%

21:10:00 21:20 3,05 1,83 0,50% 93,24% 0,69% 88,89% 0,20% -4,36% 1,29%

21:20:00 21:30 3,59 2,154 0,58% 93,83% 0,69% 89,58% 0,11% -4,24% 1,40%

21:30:00 21:40 2,82 1,692 0,46% 94,29% 0,69% 90,28% 0,24% -4,01% 1,64%

21:40:00 21:50 2,96 1,776 0,48% 94,77% 0,69% 90,97% 0,21% -3,79% 1,85%

21:50:00 22:00 3,01 1,806 0,49% 95,26% 0,69% 91,67% 0,21% -3,59% 2,05%

22:00:00 22:10:00 2,55 1,53 0,41% 95,67% 0,69% 92,36% 0,28% -3,31% 2,33%

22:10:00 22:20 3,04 1,824 0,49% 96,16% 0,69% 93,06% 0,20% -3,11% 2,54%

22:20:00 22:30 3,45 2,07 0,56% 96,72% 0,69% 93,75% 0,13% -2,97% 2,67%

22:30:00 22:40 2,22 1,332 0,36% 97,09% 0,69% 94,44% 0,33% -2,64% 3,00%

22:40:00 22:50 2,8 1,68 0,45% 97,54% 0,69% 95,14% 0,24% -2,40% 3,24%

22:50:00 23:00 2,27 1,362 0,37% 97,91% 0,69% 95,83% 0,33% -2,08% 3,57%

23:00:00 23:10:00 2,75 1,65 0,45% 98,36% 0,69% 96,53% 0,25% -1,83% 3,82%

266

Hora inicial [1]

Hora final [2]

Caudal Medido (l/s)

[3]

Consumo (m3) [4]

% Consumo (C ) [5]

Σ C (%) [6] S (%) [7] Σ S (%) [8] ∆ (S-C) [9] Σ ∆ (S-C)

[10] V (%) [11]

23:10:00 23:20 1,9 1,14 0,31% 98,66% 0,69% 97,22% 0,39% -1,44% 4,20%

23:20:00 23:30 1,93 1,158 0,31% 98,98% 0,69% 97,92% 0,38% -1,06% 4,58%

23:30:00 23:40 2,09 1,254 0,34% 99,32% 0,69% 98,61% 0,35% -0,71% 4,94%

23:40:00 23:50 2,35 1,41 0,38% 99,70% 0,69% 99,31% 0,31% -0,39% 5,25%

23:50:00 00:00 1,85 1,11 0,30% 100,00% 0,69% 100,00% 0,39% 0,00% 5,64%

TOTAL (M3 en el día) 369,29 100%

Memoria de cálculo

Columna 1 Hora medición inicial

Columna 2 Hora medición final

Columna 3 Caudal medido (l/s)

Columna 4 Consumo asociado al tiempo de medición [C3* (C2-C1)]

Columna 5 % De consumo con respecto al consumo diario [C4/ΣC4]

Columna 6 Curva integral del consumo [ΣC5]

Columna 7 Curva de suministro continuo por gravedad [100% / 144 mediciones]

Columna 8 Curva integral del suministro [ΣC7]

Columna 9 Déficit (+: acumula, -: descarga) [C7-C5]

Columna 10 Déficit acumulado, se identifican los puntos de mayor déficit y de mayor sobrante [ΣC9]

Columna 11 Volumen del agua en el tanque [C10-Máx. Déficit]

267

Cuadro D-3. Diseño hidráulico de red de distribución sin corregir (caudales por longitud de tubería, teoría Hazen

Williams)

Carga Presión

Nodo Elevación Tramo Longitud tramo(m)

Q ruta (l/s)

i (m/m)

hf esperado

D exacto (mm)

D com hf

real Delta

hf D

escogido Hf real

escogido V Anterior Posterior Anterior Posterior

1 2185,291 A: 0 a 1 24,84 7,724 0,010 0,25 100,06

157,92 0,03 0,23

157,92 0,02759 0,39 2188,37 2188,34 -0,23 3,05 157,92 0,03 0,23

2 2180,501 B:1 a 2 40,48 7,682 0,005 0,19 117,82

157,92 0,04 0,14

157,92 0,04452 0,39 2188,34 2188,30 3,05 7,80 157,92 0,04 0,14

3 2173,167 C: 2 a 3 78,65 7,615 0,003 0,21 131,20

157,92 0,09 0,12

157,92 0,0851 0,39 2188,30 2188,21 7,80 15,04 107,28 0,56 0,35

4 2166,568 D: 3 a 4 79,83 7,485 0,002 0,17 137,04

157,92 0,08 0,08

157,92 0,08366 0,38 2188,21 2188,13 15,04 21,56 107,28 0,55 0,38

5 2159,034 E: 4 a 5 73,28 7,353 0,002 0,13 139,96

157,92 0,07 0,06

157,92 0,0743 0,38 2188,13 2188,05 21,56 29,02 107,28 0,49 0,35

U 2151,953 F: 5 a U 73,89 6,651 0,002 0,12 137,90

157,92 0,06 0,06

157,92 0,06221 0,34 2188,05 2187,99 29,02 36,04 107,28 0,41 0,29

11 2142,597 G: U a 11 148,11 5,678 0,001 0,20 135,09

157,92 0,09 0,11

157,92 0,09304 0,29 2187,99 2187,90 36,04 45,30 107,28 0,61 0,41

12 2149,661 H: 11 a 12 135,8 5,310 0,001 0,16 135,25

157,92 0,08 0,08

157,92 0,07535 0,27 2187,90 2187,82 45,30 38,16 107,28 0,50 0,34

13 2150,679 I: 12 a 13 62,04 5,084 0,001 0,07 134,42

157,92 0,03 0,04

157,92 0,03177 0,26 2187,82 2187,79 38,16 37,11 107,28 0,21 0,14

14 2150,148 J: 13 a 14 81,3 4,982 0,001 0,09 135,00

157,92 0,04 0,05

157,92 0,04008 0,25 2187,79 2187,75 37,11 37,60 107,28 0,26 0,18

15 2149,98 K: 14 a 15 109,13 4,507 0,002 0,17 120,51

157,92 0,04 0,12

157,92 0,0447 0,23 2187,25 2187,21 37,11 37,23 107,28 0,29 0,13

16 2139,396 L: 15 a 16 140,580

3,828 0,008 1,06 81,65

83,42 0,95 0,10

83,42 0,95244 0,70 2181,67 2180,72 31,69 41,32 68,55 2,48 1,42

17 2130,695 N: 16 a 17 88,28

3,595 0,007 0,65 79,98

83,42 0,53 0,12

83,42 0,53241 0,66 2180,72 2180,18 41,32 49,49 68,55 1,39 0,73

18 2114,403 O:17 a 18 158,240

1,791 0,046 7,24 42,22

56,63 1,73 5,50

56,63 1,73122 0,71 2180,18 2178,45 49,49 64,05 56,63 1,73 5,50

19 2105,661 P: 18 A 19 93,910 1,528 0,049 4,60 39,20 56,63 0,77 3,83 56,63 0,76615 0,61 2178,45 2177,69 64,05 72,02

268

56,63 0,77 3,83

20 2095,879 Q: 19 A 20 153,12

1,373 0,050 7,72 37,40

56,63 1,02 6,70

56,63 1,02377 0,54 2177,69 2176,66 72,02 80,78 56,63 1,02 6,70

N VRP5 2072,952 R1: 20 a VRP5 269,830 1,12 0,056 14,99 33,92

56,63 1,22 13,77 56,63 1,21908

0,44 2176,66 2175,44 80,78 102,49 56,63 1,22 13,77

21 2037,465 R2:VRP5 a 21 404,860

1,119 0,061 24,87 33,23

56,63 1,85 23,02

56,63 1,8534 0,44 2175,44 2173,59 102,49 136,12 56,63 1,85 23,02

6 2150,331 S: U a 6 47,590 0,973

0,056 2,65 32,16

56,63 0,17 2,48

56,63 0,16818 0,39 2165,50 2165,33 13,55 15,00 56,63 0,17 2,48

7 2137,896 T: 6 a 7 209,540 0,894

0,059 12,43 30,73

56,63 0,63 11,80 56,63 0,63312

0,35 2165,33 2164,70 15,00 26,80 56,63 0,63 11,80

8 2122,10 U:7 a 8

73,980 0,546 0,373 27,59 17,47

56,63 0,09 27,50 56,63 0,08984

0,22 2164,70 2164,61 26,80 42,50 56,63 0,09 27,50

9 2108,07 V: 8 a 9

56,750 0,424 0,732 41,54 13,81

56,63 0,04 41,50 56,63 0,04304

0,17 2164,61 2164,57 42,50 56,50 56,63 0,04 41,50

10 2079,94 W:9 a 10

198,830 0,330 0,350 69,62 14,60

56,63 0,09 69,53 56,63 0,09472

0,13 2164,57 2164,47 56,50 84,53 56,63 0,09 69,53

PA1 2180,034 AA: 5 A PA1 210,000 0,580 0,001 0,23 59,039

56,63 0,29 0,05 56,63 0,2851

0,23 2195,32 2195,03 36,29 15,00 68,55 0,11 0,12

22 2171,034 BB:PA1 a 22 140,000 0,580 0,001 0,16 59,039

56,63 0,19 0,03 56,63 0,19007

0,23 2195,03 2194,84 15,00 23,81 68,55 0,07 0,08

23 2172,65 DD: 14 a 23 205,000 0,340 0,001 0,19 49,78

56,63 0,10 0,09 56,63 0,10334

0,13 2187,75 2187,65 37,60 15,00 56,63 0,10 0,09

PA2 2171,98 EE: 15 a PA2 225,000 0,497 0,001 0,32 52,86

56,63 0,23 0,09 56,63 0,2296

0,20 2187,21 2186,98 37,23 15,00 56,63 0,23 0,09

24 2162 FF:PA2 a 25 75,000 0,497 0,009 0,69 36,05

56,63 0,08 0,61 56,63 0,07653

0,20 2186,98 2186,90 15,00 24,42346607 56,63 0,08 0,61

PA3 2143,195 GG:17 a PA3 150,000 1,658 0,008 1,15 59,19

56,63 1,42 0,28 56,63 1,42317

0,66 2180,18 2178,76 49,49 35,56 68,55 0,56 0,59

25 2155,695 HH: PA3 a 26 850,000 1,658 0,008 7,12 58,09

56,63 8,06 0,94 56,63 8,06461

0,66 2178,76 2170,70 35,56 15,00 68,55 3,18 3,94

*La corrección de cargas y presiones se presentó en la sección 6.2.6

269

Cuadro D-4. Diseño hidráulico de red de distribución sin corregir (caudales puntuales, teoría Hazen Williams)

Carga Presión

Nodo Elevación Tramo

Longitud tramo(m)

Q ruta (l/s)

i (m/m)

hf esperado

D exacto (mm)

D com

hf real

Delta hf

D escogido

Hf real escogido V Anterior Posterior Anterior Posterior

1 2185,29 A: 0 a 1 24,84 7,724 0,007 0,18 107,83

157,9 0,03 0,15

157,92 0,03 0,39 2188,45 2188,42 -0,15 3,13 157,9 0,03 0,15

2 2180,50 B:1 a 2 40,48 7,671 0,003 0,14 125,27

157,9 0,04 0,09

157,92 0,04 0,39 2188,42 2188,37 3,13 7,87 107,3 0,29 0,15

3 2173,17 C: 2 a 3 78,65 7,640 0,002 0,17 137,56

157,9 0,09 0,08

157,92 0,09 0,39 2188,37 2188,29 7,87 15,12 107,3 0,56 0,40

4 2166,57 D: 3 a 4 79,83 7,624 0,002 0,14 143,00

157,9 0,09 0,05

157,92 0,09 0,39 2188,29 2188,20 15,12 21,63 107,3 0,57 0,43

5 2159,03 E: 4 a 5 73,28 7,558 0,002 0,12 145,54

157,9 0,08 0,04

157,92 0,08 0,39 2188,20 2188,12 21,63 29,09 107,3 0,51 0,40

U 2151,95 F: 5 a U 73,89 7,410 0,001 0,11 146,63

157,9 0,08 0,03

157,92 0,08 0,38 2188,12 2188,05 29,09 36,10 107,3 0,50 0,39

11 2142,60 G: U a 11 148,11 6,968 0,001 0,20 146,63

157,9 0,14 0,06

157,92 0,14 0,36 2188,05 2187,91 36,10 45,32 107,3 0,89 0,70

12 2149,66 H: 11 a 12 135,8 6,874 0,001 0,17 147,95

157,9 0,12 0,05

157,92 0,12 0,35 2187,91 2187,79 45,32 38,13 107,3 0,80 0,63

13 2150,68 I: 12 a 13 62,04 6,094 0,001 0,07 142,40

157,9 0,04 0,03

157,92 0,04 0,31 2187,79 2187,75 38,13 37,07 107,3 0,29 0,22

14 2150,15 J: 13 a 14 81,3 5,925 0,001 0,09 142,18

157,9 0,06 0,04

157,92 0,06 0,30 2187,75 2187,69 37,07 37,54 107,3 0,36 0,27

15 2149,98 K: 14 a 15 109,13 5,351 0,001 0,15 132,07

107,3 0,40 0,26

157,92 0,06 0,27 2187,44 2187,38 37,29 37,40 157,9 0,06 0,09

16 2139,40 L: 15 a 16 140,580

4,100 0,009 1,22 81,39

83,4 1,08 0,14

83,42 1,08 0,75 2180,59 2179,51 30,61 40,11 68,6 2,81 1,59

17 2130,70 N: 16 a 17 88,28

3,884 0,009 0,75 79,98

83,4 0,61 0,14

83,42 0,61 0,71 2179,51 2178,89 40,11 48,20 68,6 1,60 0,84

18 2114,40 O:17 a 18 158,240 2,335 0,046 7,24 46,70 56,6 2,83 4,40 56,63 2,83 0,93 2178,89 2176,06 48,20 61,66

270

56,6 2,83 4,40

19 2105,66 P: 18 A 19 93,910

2,165 0,049 4,60 44,75

56,6 1,46 3,14

56,63 1,46 0,86 2176,06 2174,60 61,66 68,94 56,6 1,46 3,14

20 2095,88 Q: 19 A 20 153,12

2,149 0,050 7,72 44,35

56,6 2,35 5,37

56,63 2,35 0,85 2174,60 2172,25 68,94 76,37 56,6 2,35 5,37

N VRP5 2072,95 R1: 20 a VRP5 269,830 1,38 0,056 14,99 36,74

56,6 1,80 13,19 56,63 1,80

0,55 2172,25 2170,45 76,37 97,50 56,6 1,80 13,19

21 2037,47 R2:VRP5 a 21 404,860

1,380 0,061 24,87 35,99

56,6 2,73 22,13

56,63 2,73 0,55 2170,45 2167,72 97,50 130,25 56,6 2,73 22,13

6 2150,33 S: U a 6 47,590 0,442

0,056 2,65 23,83

56,6 0,04 2,61

56,63 0,04 0,18 2165,37 2165,33 13,42 15,00 56,6 0,04 2,61

7 2137,90 T: 6 a 7 209,540 0,210

0,059 12,43 17,70

56,6 0,04 12,39 56,63 0,04 0,08 2165,33 2165,29 15,00 27,39 56,6 0,04 12,39

8 2122,10 U:7 a 8

73,980 0,099 0,381 28,18 9,10

56,6 0,00 28,18 56,63 0,00 0,04 2165,29 2165,28 27,39 43,18 56,6 0,00 28,18

9 2108,07 V: 8 a 9

56,750 0,083 0,744 42,22 7,41

56,6 0,00 42,21 56,63 0,00 0,03 2165,28 2165,28 43,18 57,21 56,6 0,00 42,21

10 2079,94 W:9 a 10

198,830 0,067 0,354 70,34 7,95

56,6 0,00 70,33 55,71 0,00 0,03 2165,28 2165,28 57,21 85,33 56,6 0,00 70,33

PA1 2180,03 AA: 5 A PA1 210,000 0,081 0,001 0,23 27,946

56,6 0,01 0,23 56,63 0,01 0,03 2195,04 2195,03 36,01 15,00 56,6 0,01 0,23

22 2171,03 BB:PA1 a 22 140,000 0,081 0,001 0,16 27,946

56,6 0,00 0,15 56,63 0,00

0,03 2195,03 2195,03 15,00 24,00 56,6 0,00 0,15

23 2172,65 DD: 14 a 23 205,000 0,212 0,001 0,19 41,60

56,6 0,04 0,15 56,63 0,04 0,08 2187,69 2187,65 37,54 15,00 56,6 0,04 0,15

PA2 2171,98 EE: 15 a PA2 225,000 1,104 0,001 0,32 71,57

56,6 1,00 0,68 68,55 0,40 0,30 2187,38 2186,98 37,40 15,00 68,6 0,40 0,08

24 2162,48 FF:PA2 a 25 75,000 1,104 0,009 0,69 48,81

56,6 0,33 0,36 56,63 0,33

0,44 2186,98 2186,65 15,00 24,17 56,6 0,33 0,36

PA3 2143,20 GG:17 a PA3 150,000 1,532 0,009 1,28 56,21

56,6 1,23 0,05 56,63 1,23

0,61 2178,89 2177,66 48,20 34,47 56,6 1,23 0,05

25 2155,70 HH: PA3 a 26 850,000 1,532 0,008 7,12 56,37

56,6 6,97 0,16 56,63 6,97 0,61 2177,66 2170,70 34,47 15,00 56,6 6,97 0,16

*La corrección de cargas y presiones se presentó en la sección 6.2.6

271

Cuadro D-5. Diseño hidráulico de red de distribución sin corregir (caudales puntuales, teoría Darcy-Weisbach)

Carga Presión

Nodo Tramo Longitud tramo(m)

Q ruta (l/s)

i (m/m) hf

esperado D exacto

(mm) f Re K/D D com

hf real

D com escogido

Hf real escogido

V Anterior Posterior Anterior Posterior

1 A: 0 a 1 24,8 7,7 0,0018 0,0 139,6 0,0193 69972,0 1,1E-05 157,92 0,02

157,92 0,02 0,39 2188,58 2188,55 -0,02 3,26 107,28 0,17

2 B:1 a 2 40,5 7,7 0,0046 0,2 114,3 0,0186 84829,8 1,3E-05 157,92 0,04

107,28 0,26 0,85 2188,55 2188,29 3,26 7,79 107,28 0,26

3 C: 2 a 3 78,7 7,6 0,0026 0,2 128,6 0,0190 75095,9 1,2E-05 157,92 0,07

157,92 0,07 0,39 2188,29 2188,22 7,79 15,05 107,28 0,51

4 D: 3 a 4 79,8 7,6 0,0020 0,2 135,7 0,0193 71054,8 1,1E-05 157,92 0,08

157,92 0,08 0,39 2188,22 2188,15 15,05 21,58 107,28 0,52

5 E: 4 a 5 73,3 7,6 0,0017 0,1 139,3 0,0194 68600,2 1,1E-05 157,92 0,07

157,92 0,07 0,39 2188,15 2188,08 21,58 29,04 107,28 0,47

U F: 5 a U 73,9 7,4 0,0016 0,1 141,2 0,0195 66339,3 1,1E-05 157,92 0,07

157,92 0,07 0,38 2188,08 2188,01 29,04 36,06 107,28 0,46

11 G: U a 11 148,1 7,0 0,0014 0,2 142,4 0,0198 61864,6 1,1E-05 157,92 0,12

157,92 0,12 0,36 2188,01 2187,89 36,06 45,29 107,28 0,83

12 H: 11 a 12 135,8 6,9 0,0012 0,2 144,4 0,0200 60193,0 1,0E-05 157,92 0,11

157,92 0,11 0,35 2187,89 2187,78 45,29 38,12 107,28 0,74

13 I: 12 a 13 62,0 6,1 0,0012 0,1 139,3 0,0203 55307,3 1,1E-05 157,92 0,04

157,92 0,04 0,31 2187,78 2187,74 38,12 37,06 107,28 0,27

14 J: 13 a 14 81,3 5,9 0,0011 0,1 139,4 0,0205 53762,0 1,1E-05 157,92 0,05

157,92 0,05 0,30 2187,74 2187,69 37,06 37,55 107,28 0,34

15 K: 14 a 15 109,1 5,4 0,0014 0,1 129,2 0,0206 52361,5 1,2E-05 107,28 0,37

157,92 0,05 0,27 2187,42 2187,37 37,27 37,39 157,92 0,05

16 L: 15 a 16 140,6 4,1 0,0094 1,3 78,1 0,0196 66410,0 1,9E-05 83,42 0,95

83,42 0,95 0,75 2179,71 2178,77 29,73 39,37 68,55 2,53

17 N: 16 a 17 88,3 3,9 0,0091 0,8 76,9 0,0197 63820,2 1,9E-05 83,42 0,54

83,42 0,54 0,71 2178,77 2178,23 39,37 47,53 68,55 1,44

18 O:17 a 18 158,2 2,3 0,0457 7,2 45,5 0,0197 64930,8 3,3E-05 56,63 2,42 56,63 2,42 0,93 2178,23 2175,81 47,53 61,41

272

56,63 2,42

19 P: 18 A 19 93,9 2,2 0,0489 4,6 43,6 0,0199 62792,6 3,4E-05 56,63 1,24

56,63 1,24 0,86 2175,81 2174,57 61,41 68,91 56,63 1,24

20 Q: 19 A 20 153,1 2,1 0,0504 7,7 43,2 0,0199 62887,6 3,5E-05 56,63 1,99

56,63 1,99 0,85 2174,57 2172,58 68,91 76,70 56,63 1,99

N VRP5 R1: 20 a VRP5 269,8 1,4 0,0556 15,0 35,9 0,0211 48611,3 4,2E-05 56,63 1,54

56,63 1,54 0,55 2172,58 2171,04 76,70 98,09 56,63 1,54

21 R2:VRP5 a 21 404,9 1,4 0,0614 24,9 35,2 0,0210 49640,2 4,3E-05 56,63 2,29

56,63 2,29 0,55 2171,04 2168,75 98,09 131,28 56,63 2,29

6 S: U a 6 47,6 0,4 0,0556 2,6 23,5 0,0249 23744,3 6,4E-05 56,63 0,03

56,63 0,03 0,18 2165,36 2165,33 13,41 15,00 56,63 0,03

7 T: 6 a 7 209,5 0,2 0,0593 12,4 17,6 0,0280 15016,9 8,5E-05 56,63 0,04

56,63 0,04 0,08 2165,33 2165,29 15,00 27,40 56,63 0,04

8 U:7 a 8 74,0 0,1 0,3811 28,2 9,1 0,0287 13858,7 1,7E-04 56,63 0,00

56,63 0,00 0,04 2165,29 2165,29 27,40 43,19 56,63 0,00

9 V: 8 a 9 56,8 0,1 0,7440 42,2 7,4 0,0286 14248,6 2,0E-04 56,63 0,00

56,63 0,00 0,03 2165,29 2165,29 43,19 57,22 56,63 0,00

10 W:9 a 10 198,8 0,1 0,3538 70,3 8,0 0,0308 10620,6 1,9E-04 55,71 0,00

55,71 0,00 0,03 2165,29 2165,29 57,22 85,34 55,71 0,00

PA1 AA: 5 A PA1 210,0 0,1 0,0011 0,2 29,1 0,0422 3531,9 5,2E-05 56,63 0,01

56,63 0,01 0,03 2195,04 2195,03 36,01 15,00 56,63 0,01

22 BB:PA1 a 22 140,0 0,1 0,0011 0,2 29,1 0,0422 3531,9 5,2E-05 56,63 0,01

56,63 0,01 0,03 2195,03 2195,03 15,00 23,99 56,63 0,01

23 DD: 14 a 23 205,0 0,2 0,0009 0,2 42,5 0,0353 6306,9 3,5E-05 56,63 0,05

56,63 0,05 0,08 2187,69 2187,65 37,55 15,00 56,63 0,05

PA2 EE: 15 a PA2 225,0 1,1 0,0014 0,3 71,2 0,0260 19592,1 2,1E-05 83,42 0,15

68,55 0,39 0,30 2187,37 2186,98 37,39 15,00 68,55 0,39

24 FF:PA2 a 25 75,0 1,1 0,0092 0,7 48,1 0,0237 28986,9 3,1E-05 56,63 0,31

56,63 0,31 0,44 2186,98 2186,67 15,00 24 56,63 0,31

PA3 GG:17 a PA3 150,0 1,5 0,0089 1,3 54,7 0,0226 35419,5 2,7E-05 56,63 1,13

56,63 1,13 0,61 2178,23 2177,10 47,53 33,91 56,63 1,13

25 HH: PA3 a 26 850,0 1,5 0,0084 7,1 55,4 0,0226 34945,0 2,7E-05 56,63 6,41

56,63 6,41 0,61 2177,10 2170,70 33,91 15,00 56,63 6,41

*La corrección de presiones y cargas de acuerdo con la regulación con VRP se presenta en el siguiente cuadro.

273

Cuadro D-6. Cargas y presiones corregidas de la red de distribución (Escenario B, caudales puntuales, teoría Darcy

Weisbach)

Nodo Carga Presión

Nodo Carga Presión

Anterior Posterior Anterior Posterior Anterior Posterior Anterior Posterior

1 2188,60 2188,57 0,00 3,28 N VRP5 2126,69 2125,15 30,81 52,20

2 2188,57 2188,31 3,28 7,81 VRP5 2125,15 2089,70 52,20 16,75

3 2188,31 2188,24 7,81 15,07 21 2089,70 2087,41 16,75 49,94

4 2188,24 2188,17 15,07 21,60 6 2188,03 2188,00 36,08 37,67

5 2188,17 2188,10 21,60 29,06 VRP1 2188,00 2170,58 37,67 20,25

U 2188,10 2188,03 29,06 36,08 7 2170,58 2170,54 20,25 32,65

11 2188,03 2187,91 36,08 45,31 8 2170,54 2170,54 32,65 48,44

12 2187,91 2187,80 45,31 38,14 VRP2 2170,54 2152,95 48,44 30,85

13 2187,80 2187,76 38,14 37,08 9 2152,95 2152,95 30,85 44,88

14 2187,76 2187,71 37,08 37,57 10 2152,95 2152,95 44,88 73,00

15 2187,71 2187,66 37,57 37,68 PA1 2188,10 2188,09 29,06 8,06

16 2187,66 2186,71 37,68 47,32 22 2188,09 2188,08 8,06 17,05

17 2186,71 2186,18 47,32 55,48 23 2187,76 2187,72 37,08 15,07

VRP3 2186,18 2150,91 55,48 20,22 PA2 2187,66 2187,27 37,68 15,29

18 2150,91 2148,50 20,22 34,09 24 2187,27 2186,97 15,29 24,49

19 2148,50 2147,25 34,09 41,59 PA3 2186,18 2185,05 55,48 41,85

20 2147,25 2145,26 41,59 49,38 25 2185,05 2178,64 41,85 22,95

VRP4 2145,26 2126,69 49,38 30,81

274

Cuadro D-7. Resultados modelo hidráulico EPANET 2.0 V.E (Escenario B, caudales puntuales, teoría Hazen Williams)

Nudos en 10:00 Hrs Nudos en 2:00 Hrs

Demanda Base Demanda Altura Presión Demanda Altura Presión

ID Nudo LPS LPS m m LPS m m

Conexión 1 0.053 0.05 2188.57 3.28 0.01 2188.59 3.30

Conexión 2 0.0302 0.03 2188.52 8.02 0.01 2188.59 8.09

Conexión 3 0.0162 0.02 2188.44 15.27 0.00 2188.59 15.42

Conexión 4 0.0655 0.07 2188.35 21.78 0.01 2188.59 22.02

Conexión 5 0.0655 0.07 2188.27 29.24 0.01 2188.58 29.55

Conexión Union 0 0.00 2188.20 36.24 0.00 2188.58 36.63

Conexión 6 0.2327 0.23 2188.16 37.83 0.04 2188.58 38.25

Conexión 7 0.11 0.11 2170.54 32.64 0.02 2170.58 32.68

Conexión 11 0.0940 0.09 2188.06 45.46 0.02 2188.57 45.98

Conexión 12 0.7801 0.78 2187.94 38.28 0.14 2188.57 38.91

Conexión 13 0.1683 0.17 2187.90 37.22 0.03 2188.57 37.89

Conexión 14 0.3623 0.36 2187.84 37.69 0.06 2188.57 38.42

Conexión 15 0.1468 0.15 2187.78 37.80 0.03 2188.56 38.58

Conexión 16 0.2164 0.22 2186.70 47.30 0.04 2188.52 49.13

Conexión 17 0.0162 0.02 2186.08 55.38 0.00 2188.50 57.80

Conexión 8 0.0162 0.02 2170.53 48.43 0.00 2170.58 48.48

Conexión 9 0.0162 0.02 2152.95 44.88 0.00 2152.95 44.89

Conexión 10 0.067 0.07 2152.95 73.00 0.01 2152.95 73.01

Conexión 18 0.1707 0.17 2148.08 33.68 0.03 2150.81 36.41

Conexión 19 0.0162 0.02 2146.62 40.96 0.00 2150.75 45.09

Conexión 20 0.7682 0.77 2144.27 48.39 0.13 2150.66 54.78

Conexión 21 13.803 1.38 2086.96 49.50 0.24 2089.59 52.13

Conexión 22 0.0812 0.08 2188.26 17.23 0.01 2188.58 17.55

275

Nudos en 10:00 Hrs Nudos en 2:00 Hrs

Demanda Base Demanda Altura Presión Demanda Altura Presión

ID Nudo LPS LPS m m LPS m m

Conexión 23 0.2121 0.21 2187.80 15.15 0.04 2188.56 15.91

Conexión 24 11.036 1.10 2187.05 24.57 0.19 2188.54 26.06

Conexión 25 15.323 1.53 2177.87 22.17 0.27 2188.17 32.47

Conexión PA3 0 0.00 2184.85 41.65 0.00 2188.45 45.25

Conexión PA2 0 0.00 2187.38 15.40 0.00 2188.55 16.57

Conexión PA1 0 0.00 2188.27 8.24 0.00 2188.58 8.55

Conexión 28 0 0.00 2150.92 20.22 0.00 2150.92 20.22

Conexión Valv5 0 0.00 2124.86 51.91 0.00 2126.62 53.67

Conexión Va5 0 0.00 2089.70 16.75 0.00 2089.70 16.75

Conexión 31 0 0.00 2126.69 30.81 0.00 2126.69 30.81

Conexión 29 0 0.00 2170.58 20.25 0.00 2170.58 20.25

Conexión 30 0 0.00 2152.95 30.85 0.00 2152.95 30.85

Embalse TP No Disponible -7.72 2188.60 0.00 -1.34 2188.60 0.00