Términos de referencia para la elaboración de expedientes técnico para la construcción de proyectos a validar por

CONAGUA de Agua Potable.

Agosto-Diciembre 2014

Victoria de Durango, Durango.

Autor: Fernando Antonio Sepúlveda Corral

1

2

ÍNDICE

Introducción 4

Objetivos

Objetivo general 5

Objetivos específicos 5 Capítulo I

Preliminares de recepción 6

Verificación de contenido 10

Criterios de revisión técnica 11

Capítulo II

Hoja de Validación 15

Cédula de registro de obra 16

Cédula de información básica 17

Memoria descriptiva 18

Macrolocalización 19

Microlocalización 20

Capítulo III

Población de proyecto 21

Cálculo de gastos 28

Captación 31

Aguas superficiales 31

Aguas subterráneas 37

Línea de conducción 54

Conducción por bombeo 55

Conducción por gravedad 64

Conducción por bombeo-gravedad 68

3

Red de conducción 68

Líneas paralelas 69

Componentes de la línea de conducción 69

Desinfección del agua 71

Regularización 73

Red de distribución 75

Red de distribución cerrada 83

Red de distribución abierta 89

Presupuesto 91

Números generadores 92

Programa de ejecución de obra 98

Planos 101

Especificaciones 108

Referencias bibliográficas y Virtuales. 109

INTRODUCCIÓN

4

La Comisión Nacional del Agua, órgano administrativo desconcentrado de la Secretaría de Medio Ambiente y Recursos Naturales, tiene a su cargo el ejercicio de las facultades y el despacho de los asuntos que le encomiendan la Ley de Aguas Nacionales y los distintos ordenamientos legales aplicables; los reglamentos, decretos, acuerdos y órdenes del Presidente de la República, así como los programas especiales y asuntos que deba ejecutar y coordinar en las materias de su competencia.

Por lo que se refiere a las Direcciones Locales, éstas tienen la importante labor de aplicar las políticas, estrategias, programas y acciones de la Comisión en las entidades federativas que les corresponden. La misión de la Dirección Local Durango es administrar y preservar las aguas nacionales y sus bienes inherentes en coordinación con los tres niveles de gobierno y la participación de la sociedad, para lograr su uso sustentable, en el ámbito de la Dirección Local Durango.

Los Organismos de Cuenca son las responsables de administrar y preservar las aguas nacionales en cada una de las trece regiones hidrológico-administrativas en que se ha dividido el país.

El desempeño de los Organismos de Cuenca es también muy importante, ya que tienen a su cargo aplicar la razón misma de ser de nuestra institución en cada región del país.

Además, los Organismos de Cuenca son el vínculo con los Gobernadores de las entidades donde se ubican.

OBJETIVOS

5

Objetivo general

Este documento se creó con la finalidad de apoyar a los Organismos Operadores de agua, del estado de Durango, en la elaboración de los expedientes técnicos de agua potable y así hacer más eficiente los procesos de validación correspondientes.

Objetivos específicos

a) Fijar los lineamientos con los cuales debe contar un proyecto técnico de agua potable que marca la normativa vigente.

b) Se evitará aplazar el inicio del proceso de licitación de las obras a construir.

c) Mediante el presente documento apoyar a ciudadanos, ingenieros y/o proyectistas con una herramienta para la elaboración de expedientes técnicos en sistemas de agua potable, tales como:

• Captación. • Línea de conducción.• Regularización.• Red de distribución.

CAPITULO I

6

A continuación se enunciará el proceso de elaboración de un expediente técnico.

El proceso de revisión de un expediente técnico tiene 3 partes fundamentales las cuales se componen de:

1. Preliminares de Recepción.2. Verificación de Contenido.3. Criterios de Evaluación Técnica.

De los anteriores se analiza lo siguiente:

1. Preliminares de Recepción

a) La obra debe de estar incluida en un programa federalizado.

El Programa de Agua Potable, Alcantarillado y Saneamiento en Zonas Urbanas (APAZU), tiene como propósito fomentar y apoyar el desarrollo de los sistemas de agua potable, alcantarillado y saneamiento en centros de población mayores o iguales a 2,500 habitantes, mediante acciones de construcción, ampliación, rehabilitación, mejoramiento de la infraestructura hidráulica para la prestación de los servicios a efecto de proporcionar agua para los diversos usos y fundamentalmente para el consumo humano.

Este programa tiene como objetivo el acceso de la población de zonas urbanas y rurales a los servicios de agua potable, alcantarillado y saneamiento. Al hacer frente a la creciente demanda de estos servicios se busca elevar la eficiencia en el uso del agua, fortalecer los organismos, sociedades y asociaciones responsables de los manejos de los servicios, y proporcionar agua para los diversos usos, fundamentalmente para el consumo humano.

Requisitos generales

7

Que se haya suscrito un Convenio o Acuerdo de Coordinación entre los gobiernos de las entidades federativas y el gobierno federal, con objeto de impulsar acciones de agua potable, alcantarillado y saneamiento, así como para formalizar recursos y acciones mediante los Anexos de Ejecución y Técnicos o los documentos correspondientes para cada programa.

Que los recursos que aporte el ejecutor no sean considerados como contraparte en más de un programa federal.

Presentar el POA con acciones que deberán ser aprobadas en el COPLADE o en el órgano de planeación de la entidad federativa considerando en su caso, aquellas propuestas por la CONAGUA, para agua potable, alcantarillado y saneamiento, así como las metas a alcanzar, estudios de ingeniería básica o de proyectos (cuando proceda y que estén al menos en proceso de validación conceptual por la CONAGUA), la Manifestación de Impacto Ambiental (MIA), (cuando proceda y que se encuentre al menos en trámite) y manifestar que cuentan con recursos autorizados y suficientes para las acciones a realizar, o bien otra forma de aportación de la contraparte que no contravenga lo establecido en las presentes reglas y, que evidencien la rentabilidad técnica y socioeconómica y que se apeguen a las estipulaciones de cada programa, determinadas en las presentes reglas, así como los indicadores establecidos que permitan medir los beneficios a obtener.

Cuando se tengan, deberán incluir obras o acciones con la finalidad de solucionar alguna problemática o que estén consideradas dentro de las prioridades, metas, o compromisos establecidos a nivel federal, en estos casos la aportación de la CONAGUA, establecida en las presentes Reglas de Operación para los programas de agua potable, alcantarillado y saneamiento, podrá incrementarse hasta en 5% para apoyar la ejecución de esas obras o acciones.

Los proyectos, obras y acciones que, acordes con las declaratorias de desastres naturales emitidas por la Administración Pública Federal y publicadas en el Diario Oficial de la Federación, y que no hayan sido incorporados en el FONDEN y sí a programas federalizados para la mitigación de sus efectos y que no fueron concluidos por alguna razón, deberán ser programados, aplicando los montos máximos y mínimos para cada uno de los programas establecidos en estas reglas, y ejecutados hasta su conclusión, sin que para ello se deba cumplir los requisitos aquí establecidos y pudiendo, la Comisión Nacional del Agua, continuar los trabajos por cuenta y orden de la instancia beneficiada.

8

Los presupuestos base para los programas con inversión en construcción, rehabilitación o ampliación de infraestructura, deberán ser elaborados tomando como referencia el Catálogo General de Precios Unitarios para la Construcción de Sistemas de Agua Potable y Alcantarillado, que al efecto difunda la CONAGUA o en su caso, los publicados por la delegación estatal de la CMIC, o los tabuladores oficiales de la entidad federativa, pudiendo agregar o modificar conceptos no considerados en los mismos y aquellos que difieran de los criterios ahí establecidos.

Los ejecutores que hayan sido beneficiados con recursos del mismo programa en el año inmediato anterior, deberán presentar el cierre de ejercicio, reintegro de saldos no ejercidos con sus respectivos intereses y comprobante de haber elaborado las actas de entrega-recepción para poder participar en el programa correspondiente. En caso de reintegro extemporáneo deberá presentar el pago efectuado por los productos financieros generados.

Suscribir Anexo de Ejecución y Técnico o documentos correspondientes para cada programa, a más tardar el 15 de febrero del ejercicio fiscal correspondiente por entidad federativa, la responsable de suscribir y coordinar conforme a la regionalización establecida, estos trabajos por parte de la CONAGUA, es la Dirección de la CONAGUA a que tenga mayor jurisdicción geográfica en la entidad federativa, salvo la Dirección General de Organismo de Cuencas Centrales, que los podrá elaborar conforme a su ámbito de competencia.

La contraparte a la inversión federal podrá estar integrada por recursos provenientes de otros programas o fondos, como Fondo Regional (FONREGION), Fideicomiso para la Infraestructura en los Estados (FIES), Fondo de Inversión de Entidades Federativas (FIEF), Fideicomiso de Entidades Federativas, Fideicomiso 1928, Programa de Infraestructura para el Desarrollo Ambiental (PIDA), Fondos Metropolitanos y donativos y donaciones, entre otros. La única condición es que la normatividad que los rija lo permita. La CONAGUA no tendrá objeción en la aplicación de los recursos si la condición expuesta se cumple. Así mismo no tendrá inconveniente en que los programas a su cargo se empleen como contraparte de programas de emergencia declarada.

Las autoridades municipales o los organismos operadores deberán estar al corriente en el pago de derechos de aguas nacionales y de descargas de aguas residuales, de aquellas localidades iguales o mayores a 2,500 habitantes que les correspondan. No será requisito indispensable para las

9

localidades menores a 2,500 habitantes ni para el Programa Agua Limpia, ni para aquellas que se encuentren dañadas por un desastre natural.

El estado, municipio u organismo operador que pretenda construir, ampliar o rehabilitar plantas de tratamiento de aguas residuales, con subsidio procedente de estos programas, deberá demostrar que cuenta con infraestructura instalada de colectores y emisores para la conducción de las aguas residuales crudas y garantizar la puesta en marcha de la planta inmediatamente al término de su construcción.

El estado, municipio u organismo operador que haya recibido subsidio procedente de estos programas para construir, ampliar o rehabilitar plantas de tratamiento de aguas residuales, deberá operar dicha infraestructura, tratando al menos el gasto correspondiente al 90% de las descargas domiciliarias conectadas a la red de alcantarillado que lleguen a la planta de tratamiento. Es requisito también que, la calidad del agua tratada sea conforme a norma o a las condiciones particulares de descarga, según corresponda. De no ser así, el estado, municipio u organismo operador deberá utilizar sus subsidios asignados para cubrir en primer lugar los gastos para rehabilitar, o construir la infraestructura necesaria para que opere, antes de hacer cualquier tipo de inversión considerada en el Programa.

Proporcionar a la CONAGUA las cuentas bancarias específicas y vigentes para cada uno de los Programas concertados.

Cuando un municipio u organismo operador no pueda acceder a los recursos económicos de los programas aquí enunciados por causas generadas en administraciones pasadas, como por ejemplo obras inconclusas, la falta de pagos por derechos o descargas u observaciones de auditorías, podrá incluir nuevas acciones para cada programa, previa solicitud siempre y cuando se cuente con los recursos requeridos, incluyendo las contrapartes, las acciones se incluirán en los documentos correspondientes para cada programa y sólo el estado o la CONAGUA podrán ser los ejecutores. De ser el estado el que se encuentre en dicha situación, el municipio o la CONAGUA cuando así sea determinado podrán ser los ejecutores.

b) Cada una de las hojas del expediente técnico deben estar foliadas y selladas en su totalidad. (incluyendo los planos).Los sellos deben de ser los oficiales de cada organismo operador.

10

c) Presentar el expediente original anexando dos copias (tres en total), se distribuirán de la siguiente manera una vez validados:

Organismo operador. Normativa estatal (CAED, Comisión del Agua del Estado de Durango). Normativa federal (CONAGUA).

2. Verificación de contenido

a) El expediente técnico debe de contar con la hoja Validación que debe ir firmada por:

• El Organismo Proponente.• El responsable técnico de la Obra.• La normativa estatal.

La firma del Director Local de CONAGUA se plasma una vez validado el proyecto.

b) La cédula de información de cada proyecto no puede omitir la siguiente información: (Fig. 2)

• Nombre del Programa.• Año del ejercicio Fiscal.• Nombre de la Obra.• Ubicación (Municipio, Localidad).• Costo total de la obra.• Inversión en el año fiscal correspondiente.• Fuentes de Financiamiento.• Instancia Ejecutora. • Periodo de ejecución. • Beneficios.

d) Enunciar una memoria descriptiva de la obra a realizar. (Fig. 3, pág.18)

e) Anexar al expediente técnico la memoria de cálculo correspondiente. (Pág. 21)

f) El presupuesto de la obra incluyendo el IVA. (Fig. 35, pág. 97)g) Programa de ejecución de Obra. (Tablas 25 y 26 pág. 99 y 100)

h) Informe Preventivo o Manifestación del impacto ambiental.

11

i) Indicar en un croquis la macro y micro localización para conocer la ubicación exacta en el municipio y poder acceder al lugar fácilmente. (Figuras 5 y 6 pág. 19 y 20)

j) Incluir los planos correspondientes a la obra. (Pág. 101)

k) Especificaciones técnicas de cada concepto que se encuentren dentro del presupuesto. (Pág. 107)

l) Números generadores.(Pág. 92)

3. Criterios de evaluación técnica.

a) Cédula de información

El nombre que está escrito en este apartado tiene que coincidir exactamente con el que está autorizado en el Programa Federalizado en el que se encentre.

El costo total de la obra deberá ser el mismo que el autorizado. La estructura financiera de los proyectos federalizados se

conforma de la siguiente manera: Federal, estatal y municipal, de los cuales cada uno tendrá un monto asignado que cubrirá el total del costo de la obra.

Los beneficiarios que se indiquen en esta sección debe ser el número de habitantes que se manejaron durante todo el proyecto, incluyendo tales en: memoria de cálculo, estudios de factibilidades y económicos. Deben de concordar con los asignados en el Programa Federalizado correspondiente.

b) Memoria descriptiva

12

La memoria descriptiva debe describir el problema a resolver y la naturaleza de la obra. Para lo cual se debe indicar el nombre y el año del ejercicio fiscal del programa del que se forma parte, contar con un objetivo, para tener el alcance del proyecto se enuncian las metas que se lograrán de manera generalizada; por último mostrar de igual forma los parámetros de diseño que se utilizaron.

c) Memoria de Cálculo

Población de Proyecto: La población de proyecto es la cantidad de personas que se espera tener en una localidad al final del período de diseño del sistema de agua potable y alcantarillado.Tratándose de temas de agua potable y alcantarillado, los datos de número de habitantes son esenciales para: estudio de pre factibilidad, diseños ejecutivos, operaciones rutinarias de la red, decisiones de ampliación o rehabilitación de la infraestructura, estudios tarifarios, ampliaciones o conservación de fuentes de abastecimiento, políticas y estrategias de uso eficiente del agua y otros recursos.

Hay tres aspectos fundamentales que deben definirse y acordarse antes de efectuar cualquier proyección: el año y época inicial, el horizonte de planeación, y la delimitación geográfica. Método apropiado de diseño de ingeniería: La memoria de cálculo en proyectos de agua potable, es un apartado donde se demuestra un funcionamiento hidráulico adecuado a base de diseño ingenieril.

d) Presupuesto

En la elaboración del presupuesto se toman en cuenta los siguientes 6 aspectos:

I. El costo debe coincidir con el Desglose o Programa de Acciones en el que se encuentre la obra

II. Las operaciones realizadas deben estar bien efectuadas tanto vertical como horizontalmente.

III. El costo global de la obra es razonable, esto quiere decir que el costo total no debe de exceder en un 10% al calculado en la revisión.

13

IV. Los precios unitarios utilizados en cada uno de los conceptos deben de estar actualizados según el catálogo de la Comisión Nacional del Agua Vigente.

V. Los conceptos deben de reflejar un procedimiento breve de construcción.

VI. Los volúmenes de obra indicados en el presupuesto tiene que coincidir con las cantidades de obra, las que se deben de calcular a través de números generadores** de cada concepto.

**Las referencias para la elaboración de los números generadores se encuentran en el capítulo III, página 92.

e) Programa de Obra

Es un esquema en donde se muestran las actividades programadas, estas deben ser ordenadas de acuerdo a su realización e indicar su inicio, tiempo de duración y termino, así como el avance financiero de cada una de ellas, pueden ser días, semanas o meses.

f) Especificaciones

Las especificaciones que contenga el expediente deben ser únicamente de los conceptos indicados en el presupuesto ya que son las actividades que se van a realizar.

En el caso de que sea un concepto ajeno a los incluidos en Las Especificaciones Generales para la Construcción de Sistemas de Agua Potable y Alcantarillado, Edición 2014, este deberá enunciarse por parte del organismo operador, dicho concepto debe contener: Definición y ejecución, Medición y forma de pago.

g) Planos

Los planos deben ser los adecuados para la construcción de la obra, deben de incluirse ciertos detalles para su aceptación, estos se mencionan en el Capítulo III, página 101.

14

CAPITULO II

En este apartado se muestra la parte administrativa con la que cuenta un expediente técnico correctamente elaborado.

1. Preliminares de Recepción.

La obra debe de estar incluida en un programa federalizado. El nombre que tenga la obra tiene que coincidir exactamente con el autorizado. Los expedientes técnicos deben ser enviados de acuerdo al último anexo modificatorio firmado.

Cada una de las hojas del expediente técnico deben estar foliadas y selladas en su totalidad. (incluyendo los planos). Los sellos deben de ser los oficiales de cada organismo operador.

Presentar el expediente original anexando dos copias (tres en total), se distribuirán de la siguiente manera una vez validados:

Organismo operador. Normativa estatal (CAED). Normativa federal (CONAGUA).

2. Verificación de contenido.

Hoja de Validación

El expediente técnico debe de contar con la hoja de Validación la cual que debe ir firmada por:

• El Organismo Proponente.• El responsable técnico de la Obra.• La normativa estatal.

La firma del Director Local de CONAGUA se plasma una vez validado el proyecto.

15

16

Cédula de Información

Se recomienda que en la cédula de información de cada proyecto se adjunte la cédula de registro por obra como se muestra a continuación:

Nombre del Organismo Operador

CEDULA DE REGISTRO POR OBRA

ESTADO DE:

CLAVE:

Nº DE OBRA:

LINEAMIENTOS ESTRATÉGICOS:

SECTOR: 40.-

CLAVE DEPENDENCIA:

PROGRAMA:

SUBPROGRAMA:

PROYECTO Y/O NOMBRE DE LA OBRA:

CLAVE DE SUBREGIÓN:

CLAVE DE MUNICIPIO: BENEFICIARIOS:

LOCALIDAD:

COSTO TOTAL DE LA OBRA O ACCIÓN:

INV. EJERC. TOTAL AL (Fecha de termino):

INVERSIÓN (Año Fiscal)(PESOS)

FUENTES DE FINANCIAMIENTOPROGRAMA NORMAL FEDERAL: CRÉDITO:

PROPIOS: OTROS:

A) SUMA:

Programa federal (año fiscal) FEDERAL: ESTATAL:

PART: MUNICIPAL:

B) SUMA:

DIRECTA ESTATAL MUNICIPAL:

PART: OTROS:

C) SUMA:

A+B+C= TOTAL: 0.00

METAS

CAPACIDAD UNIDAD DE MEDIDA: TOTALES DE LA OBRA:

BENEFICIARIOS UNIDAD DE MEDIDA: TOTALES DEL AÑO:

Nº DE JORNALES A GENERAR EN 2014:

AVANCE FÍSICO ACUMULADO AL 31/12/13:

FECHA DE INICIO:

FECHA DE TERMINACIÓN:

FORMA DE EJECUCIÓN DE LA OBRA:

No. DE REVISIÓN123

HISTORIAL DE REVISIÓNDESCRIPCIÓN DE LA REVISIÓN FECHA DE REVISIÓN

Fig. 1 Cédula de Registro por Obra

17

Fig. 2 Cédula de Información Básica

(Nombre del Organismo Operador)

CEDULA DE INFORMACIÓN BÁSICA POR PROYECTO

EJ ERCICIO

I.- UBICACIÓN CLAVE NOMBRE

FONDO

ESTADO

ZONA P RIORITARIA

REGIÓN

MUNICIP IO

LOCALIDADBARRIO, COLONIA, RANCHERÍA, ETC.CABECERA MUNICIP AL SI ( ) NO ( )

TIP O DE LOCALIDAD CP ( ) P R ( ) Z I ( )

II.- IDENTIFICACIÓN

Nº DE OBRA

CLAVE NOMBRE

P ROGAMA

SUBP ROGRAMA

TIP O DE P ROYECTO

NOMBRE DE LA OBRA

TIP O DE OBRA NUEVA ( ) AMP LIACIÓN ( ) REHABILITACIÓN ( ) P ROCESO ( )

MODALIDAD DE LA EJ ECUCIÓN C ( ) AM ( ) AD ( ) AC ( ) M ( )

INSTANCIA EJ ECUTORA

III.- INVERSIONES

CONCEPTO TOTAL FEDERAL ESTATAL MUNICIPAL BENEFIC IARIOS GIC OTROS

INVERSIÓN AP ROBADA O VALIDADA

EN EL EJ ERCICIO (Año Fiscal)

INVERSIÓN EJ ERCIDA* (Fecha de autorizacion de Inversion)

* EN (Año Fiscal)

TRIMESTRE

P RIMERO

SEGUNDO

TERCERO

CUARTO

IV.- METAS Y BENEFICIOS DEL PROYECTO

AP ROBADAS ALCANZADAS

METAS BENEFICIARIOS METAS BENEFICIARIOSDIRECTOS DIRECTOS

CANTIDAD U. DE MEDIDA CANTIDAD U. DE MEDIDA CANTIDAD U. DE MEDIDA CANTIDAD U. DE MEDIDA

ANOTAR SI BENEFICIA A UNA O A VARIAS LOCALIDADES (CUANTAS)

No. DE REVISIÓN DESCRIP CIÓN DE LA REVISIÓN FECHA DE REVISIÓN

Nombre del Programa Federalizado (Año fiscal)

HISTORIAL DE REVISIONES

3

1

2

18

Memoria Descriptiva.

Fig. 3 Ejemplo de Memoria Descriptiva

0021

TÍTULO

SELLO

FOLIO

CONTENIDO

19

Arnulfo R. Gómez

Macrolocalización y Microlocalización

Se debe de anexar una hoja que contenga el municipio y en esa misma señalar el sector donde será la obra en cuestión, con el formato correspondiente (folio, sello y título de la hoja). Se muestra un ejemplo de macro y micro localización:

Fig. 4 Indicar Municipio en el estado.

Fig. 5 Ejemplo de Macrolocalización

20

Para la microlocalización es necesario señalar el sector donde será la obra en cuestión a una escala menor donde se pueda apreciar bien el lugar donde será, con el formato correspondiente (folio, sello y título de la hoja).

Fig. 6. Ejemplo de Microlocalización.

Ubicación de la obra en cuestión.

21

CAPITULO III

En este segmento se muestra una descripción seguida por un ejemplo del contenido básico para fijar los lineamientos con los cuales debe contar un proyecto técnico de agua potable en el marco de la normativa vigente.

MEMORIA DE CÁLCULO.

La memoria de cálculo en proyectos de agua potable es un apartado donde se demuestra un funcionamiento hidráulico adecuado a base de diseño ingenieril.Para llevar a cabo el cálculo hidráulico se necesitan datos básicos tales como:Población de proyecto, Gastos de diseño, Dotación, Configuración Topográfica, etc.La Población de Proyecto y los Gastos de Diseño también deben ser calculados.En el caso de realizarse una rehabilitación en un sistema que esté funcionando correctamente, el proyecto técnico puede prescindir de la memoria de cálculo.

Población de Proyecto: La población de proyecto es la cantidad de personas que se espera tener en una localidad al final del período de diseño del sistema de agua potable y alcantarillado.Tratándose de temas de agua potable y alcantarillado, los datos de número de habitantes son esenciales para: estudio de pre factibilidad, diseños ejecutivos, operaciones rutinarias de la red, decisiones de ampliación o rehabilitación de infraestructura, estudios tarifarios, ampliaciones o conservación de fuentes de abastecimiento, políticas y estrategias de uso eficiente del agua y otros recursos.

Hay tres aspectos fundamentales, que deben definirse y acordarse antes de efectuar cualquier proyección: el año y época inicial, el horizonte de planeación, y la delimitación geográfica.

22

Cálculo de la población de proyecto.

Los datos utilizados para calcular la población de proyecto por los distintos métodos de tendencia poblacional fueron obtenidos de los censos de población y vivienda de 2000 y 2010, también de los conteos de población de 1995 y 2005 realizados por el INEGI (Instituto Nacional de Estadística y Geografía).

Entidad Federativa: Durango, Clave INEGI: 10Municipio: Nuevo Ideal, Clave INEGI: 039Localidad: Pinos Altos, Clave INEGI: 0046

Año Población1990 32001995 37232000 51242005 66162010 7150

Tabla 1. Poblaciones (Nota: Estos datos no verídicos, son con el fin de ejemplificar.)

23

A continuación se presentan las tablas para el cálculo de población de proyecto.

En donde:

PP = Pobl ac ión Fut ur a o de P r oyect o (Hab.)P2= Pobl ac ión úl t imo censoP1=Pobl ac ión penúl t imo censoT=Año de pr oyect ot 2=Año de ul t imo censot 1=Año del penúl t imo censoKa=C onst ant e de c r ec imient o

C ál c ul o de l a Pobl ac ión de Pr oyec to par a un per iodo de 10 años:

Año C enso (Hab.)

1990 32001995 37232000 51242005 66162010 7150

T= 2025

K1= (7150-6616)/ (2010-2005) 106.8K2= (6616-5124)/ (2005-2000) 298.4K3= (5124-3723)/ (2000-1995) 280.2 Kpr om= 106.8K4= (3723-3200)/ (1995-1990) 104.6

P2025= 8752 8752 HAB.

MÉTODO ARITMÉTIC O

)2(2 tTKaPPp

12

12

tt

PPKa

Tabla 2. Ejemplo de Método Aritmético, para un período de diseño de 10 años.

24

En donde:

Pp = Pobl ac ión Fut ur a o de P r oyect o (Hab.)P2= Pobl ac ión úl t imo censoP1=Pobl ac ión penúl t imo censoT=Año de pr oyect ot 2=Año de ul t imo censot 1=Año del penúl t imo censoKa=C onst ant e de c r ec imient o

C ál c ul o de l a Pobl ac ión de Pr oyec to par a un per iodo de 10 años:

Año C enso (Hab.) K1= 0.01551990 3200 K2= 0.05111995 3723 K3= 0.06392000 5124 K4= 0.03032005 66162010 7150 Kpr om= 0.0155

T= 2025 LNPp= 9.1074

Pp= e LN PpP2025= 9,019.04 9,019 HAB.

MÉTODO GEOMÉTRICO

Ln Pp = LnP2 + Ka(T-T2)

Ka = LnP2-LnP1

t2-t1

25

Tabla 3. Ejemplo de Método Geométrico para el cálculo de población futura.

en donde:Pp = Pobl ac ión Fut ur a o de P r oyect o (Hab.)Po= Pobl ac ión úl t imo censoP1=Pobl ac ión penúl t imo censoT=Años ent r e el ul t imo censo y el año de pr oyect ot =Años ent r e censos i=Taza de c r ec imient o

C ál c ul o de l a Pobl ac ión de Pr oyec to par a un per iodo de 10 años:

Año C enso (Hab.)1990 32001995 37232000 51242005 66162010 7150

T= 2025

i1= 0.0156454i2= 0.0524398i3= 0.0659657 Ipr om= 0.0156i4= 0.0307388

(1+i)expT= 1.2613639

P2025= 9018.752 9019 HAB.

MÉTODO DE INTERÉS C OMPUESTO

26

Tabla 4. Ejemplo de Método de Interés Compuesto para el cálculo de población futura.

Cál cul o de l a Pobl ación de Pr oyecto par a un per iodo de 10 años:

Año Censo (Hab.)1990 32001995 37232000 51242005 66162010 7150

T= 2025 8752

MÉTODO GRAFICO

32003723

5124

66167150

8752

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

9000

10000

1990 1995 2000 2005 2010 2025

PO

BLA

CIO

NES

AÑO DE CENSOS

CÁLCULO POBLACIONAL MÉTODO GRÁFICO

Series1

Tabla 5. Ejemplo de Método Grafico para el cálculo de población futura.

27

Para obtener la Población de Proyecto se calcula el promedio aritmético de los cuatro datos que arrojan los métodos anteriores y se afecta con la población flotante (10 % de Población calculada).

A) ARITMÉTICO

B) GEOMÉTRICO

C) INTERÉS COMPUESTO

D) GRAFICO

∑=

7150 Hab.

8886 Hab.

10% 889 Hab.

9775 Hab.

La pobl ación de pr oyecto ser á l a siguiente =9775 Hab.

9019

9019

8752

35542

POBLACIÓN FLOTANTE

Como en este caso l a pobl ación cal cul ada nos da un val or Super ior a l a pobl ación actualque es de 7150 habitantes; por l o tanto se tomar a como pobl ación de pr oyecto l os 9775habitantes cal cul ados por l os metodos antes mencionados, y asi sat isf acer sus necesidadesde abastecimiento.

POBLACION ESTIMADA AL 2025 =

MÉTODO POBLACIÓN (HAB.)

8752

RESUMEN

POBLACION CALCULADA AL 2025 =

POBLACIÓN ACTUAL (2010) =

28

Tabla 6. Población de proyecto.

Cálculo de Gastos

EJEMPLO DE CÁLCULO DE GASTOS

Datos necesarios para el cálculo.

1.- Población de proyecto: 9775 habitantes.

2.- Dotación: Para asignar una dotación se utiliza las tablas 7, 8 y 9 ; Para este ejemplo la temperatura media anual es de 15 °C en una comunidad con clase socioeconómica Popular.

Clasificación de climas por su temperaturatemperatura media anual (°C) Tipo de climaMayor que 22 Cálidode 18 a 22 Semicálidode 12 a 17.9 Templado

de 5 a 11.9 Semifrío

Menor que 5 FrioTabla 7. Tabla de climas según temperatura media anual (°C)

ClimaConsumo por clase socioeconómica (lts/hab/día)Residencial Media Popular

Cálido 400 230 185Semicálido 300 205 130Templado 250 195 100

Tabla 8. Tabla de consumo por clase socioeconómica.

Habitantes Cálido Templado Friode 2500 a 15000 150 125 100 l/h/d

de 15000 a 30000 200 150 125 l/h/dde 30000 a 70000 250 200 175 l/h/d

de 70000 a 150000 300 250 200 l/h/d

de 150000 en adelante 350 300 250 l/h/d

Tabla 9. Tabla de dotaciones por cantidad de población.

Se localiza la temperatura media anual

en este ejemplo: 15 °C

Se obtuvo un clima

TEMPLADO

Para un clima templado seleccionamos la clase socioeconómica de proyecto y obtenemos el primer consumo de 100 lts/hab/dia

Con la población de proyecto de

9775 hab. En un clima templado

se requieren 125 lts/hab/dia de

dotación.

29

Nota: De las tablas anteriores se obtuvieron 2 dotaciones, 125 y 100 lts/hab/día, por lo cual se considera el promedio de ambas.

Dotación = (125+100)/2 =112.5 lts/hab/día

3.- Gasto Medio Diario: es la cantidad de agua requerida para satisfacer las necesidades de una población en un día de consumo promedio.

Qmd= (D x Pp.) / 86400

Dónde:

D = Dotación en litros por habitante por día.

Pp. = Población de proyecto.

Nota: Los 86400 son los segundos que tiene un día.

Ejemplo:

D=112.5 lts/hab/día

Pp.= 9775 Hab

Qm= (112.5* 9755)/ 86400 =12.70 L.p.s

Qm= 12.70 l.p.s

4.- Gasto Máximo diario y Gasto Máximo Horario: Estos son los requeridos para satisfacer las necesidades en un día de máximo consumo y a la hora de máximo consumo en un año, respectivamente.

Qmaxd= Qm x CVD

Qmaxh= Qmaxd x CVH

Dónde:

Qmaxd= Gasto Máximo Diario. (Litros por segundo)

CVD= Coeficiente de Variación Diaria. (1.4)

Qmaxh= Gasto Máximo Horario. (Litros por segundo)

CVH= Coeficiente de Variación Horaria. (1.55)

Continuando con el ejemplo anterior:

30

Qm= 12.70 l.p.s

Qmaxd= 12.70 * 1.4 = 17.78 l.p.s

Qmaxh= 17.78 * 1.55 = 27.56 l.p.s

Datos :Pobl ación úl t imo censo ofi cial (2010) 7150 hab.Pobl ación actual (2010) 7150 hab.Pobl ación es t imada al año 2025 8886 hab.Pobl ación de pr oyecto 9775 hab.Dotación 112.5 l t s /hab./díaCVD 1.4CVH 1.55

Gasto medio = Pobl ación pr oyecto * Dotación = 12.73 l ps

S e deter mina un coefi ciente de var iación diar ia de 1.4gas to medio anual

Gas to mínimo = Gas to medio = 6.36 l ps

Gas to Máximo Diar io = 17.82 l ps

Gas to Máximo Hor ar io = 27.62 l ps

S e deter mina un coef . de var iación hor ar ia de 1.55

2

86400

Deter minación de gastos de diseño.

Tabla 10. Cálculo de Gastos de Diseño.

Gasto utilizado para el diseño

de línea de conducción.

Gasto utilizado para el diseño

de Red de distribución.

31

CAPTACIÓN

Debe entenderse como obra de captación a la estructura o estructuras que nos permiten tomar en las mejores condiciones posibles, el agua de la fuente escogida.

En la naturaleza se dispone de aguas atmosféricas, superficiales y subterráneas.

1.- Captación de aguas superficiales.

1.1- Ríos y Arroyos

La manera de captar el agua en cursos naturales como ríos o arroyos varía según el volumen por captar; las características de la corriente, es decir, si es de régimen permanente o variable, el gasto, velocidad, pendiente de la topografía de la zona, turbiedad del agua, nivel de aguas máximas y mínimas y de otros factores que saltan a la vista en el proceso de elección del tipo de obra de captación.

La variedad de las obras de captación en corrientes superficiales van desde una toma sencilla formada por un tubo y un atraque, hasta una presa de almacenamiento pasando por canales de llamada o derivación, muros de retención, torres etc.

Fig. 7 Toma directa en un río (rejilla de toma).

32

Cualquiera que sea el tipo de obra debe satisfacer las siguientes condiciones:

a) La bocatoma se localizará en un tramo de la corriente que esté a salvo de erosión o azolve y aguas arriba de cualquier descarga de residuos.

b) La clave del conducto de la toma se situará a nivel inferior al de las aguas mínimas de la corriente. En la boca de la entrada llevará una rejilla de barras o alambrón con un espacio libre de 3 a 5 cm., la velocidad a través de la rejilla será de 0.1 a 0.15 m/s.

c) La velocidad dentro del conducto deberá ser como mínimo de 0.6 m/s con el objeto de evitar azolves, y el límite máximo de velocidad será por el material del conducto y las características del agua.

d) En todo proyecto de obra de captación se dispondrán elementos que permitan la operación, acceso, inspección y limpieza de las partes de la obra.

A manera de ejemplo de este tipo de captaciones se tienen los dos casos mostrados:

La toma 1, (fig. 8) está constituida a base de un tubo de acero tipo cedazo, apoyado y anclado sobre atraques de concreto colados a una profundidad apropiada en el cauce de la corriente. El tubo de toma se une a una caja de control.

El diámetro del cedazo normalmente es de 8 o 10 pulgadas con una longitud dentro del cauce que varía de 12 a 24 metros, un espesor de 4.78 milímetros y ranuras de ancho máximo de 3.97 milímetros. Hecha la instalación del tubo y construida la caja de control, se efectuara un aforo para asegurar que se obtiene el gasto requerido.

La toma directa tipo 2 (fig. 9) está formada por piezas especiales de fierro fundido, instalando como mínimo dos tomas, las que deberán tener en su entrada una rejilla de cobre o acero galvanizado. Esta toma se une a una caja de control.

33

Para esta toma, el área al nivel de la unión del carrete con la reducción se obtendrá como se indica a continuación:

A= QmdC √2 gh

Dónde:

A= Área hidráulica de la toma en m2

Qmd= Gasto máximo diario en m3/seg.

C= Coeficiente de descarga (0.80)

g= Aceleración de la gravedad (9.81 m/seg2)

h= Carga hidráulica en metros.

Fig. 8 Toma directa tipo I.

34

Fig. 9 Toma directa tipo II

1.2 Lagunas.

Cuando se utilice como fuente de aprovechamiento un lago o laguna, se localizará la obra de toma lo más alejado posible de la orilla y en un punto donde pueda tenerse agua de la mejor calidad. Dicho sitio debe estar alejado de las desembocaduras de corrientes y sedimentos que ya previamente se habran determinado en el campo. La profundidad a que debe estar la bocatoma será tal que no permita la entrada de azolve ni resienta los efecto del oleaje; efectos que se sabe están entre 4 y 6 metros de profundidad en lagos o lagunas de regular extensión. La bocatoma siempre debe estar debajo del nivel de aguas mínimas.

35

La obra de captación torre de toma está constituida para una estructura de acceso, una torre que funcione como cárcamo y juego de compuertas, los que se operan desde un puente de maniobras instalado en la misma torre; de esta torre sale a la profundidad conveniente, el o los tubos de toma cuyo extremo constituye la bocatoma que igualmente como en ríos y arroyos debe estar protegida con una rejilla.

Fig. 10 Torre de toma.

36

1.3 Embalses.

Cuando como obra de captación de las corrientes se recurre a las presas de almacenamiento, se provoca un embalse contenido por una cortina o muro que pueden ser de dos tipos y formas.

La capacidad de estas obras está en función de la demanda de la población y de la aportación de la corriente en intervalos más o menos definidos y que se conocen cuando se dispone de la historia hidrográfica de la corriente.

Una presa está constituida por obra de toma, cortina y obra de excedencias.

La elección de la obra de toma depende del tipo de cortina, del gasto por extraer, carga hidráulica, topografía, volumen y tipo de azolves, etc.

La captación se lleva a cabo generalmente por medio de una torre que se localiza cerca del pie de la cortina en la parte de aguas arriba disponiéndose de entradas a diferentes niveles. En cada una de estas bocatomas se instalará una compuerta cuyo mecanismo se coloca en la parte superior de la torre. La compuerta de servicio se puede instalar al pie de la torre, la que estará ligada a la corona de la presa.

La toma puede estar constituida por una tubería que se ahoga dentro de la cortina colocándole a la entrada una rejilla, y en el lado de aguas abajo de la cortina se instalan las válvulas de emergencia y servicio.

La rejilla se forma con barras de acero soportadas por un marco de acero o concreto con una separación que varía de 5 a 7.5 centímetros de centro a centro y la velocidad con que el agua debe pasar debe ser menor de 0.6 m/s. El área total de la rejilla debe ser igual a 1.25 A, siendo A el área de paso de la rejilla.

37

Fig. 11 Captación en embalses.

2.- Captación de agua subterránea

2.1- Agua en manantial.

No siempre es de buena calidad bacteriológica pues en muchos casos no son más que pozos superficiales cuya agua procede de una estrato acuífero compuesto de piedra caliza fragmentada, arena o grava, situadas a escasa profundidad. Debido a que no siempre es posible determinar la profundidad del estrato en que se encuentran las aguas, ni si el agua está protegida de la contaminación superficial por la impermeabilidad del terreno es necesario tomar precauciones rigurosas antes de aprovecharla para el uso doméstico y para beber.

Cuando haya de ser utilizada el agua de manantial, este deberá protegerse de los escurrimientos superficiales del polvo, basura, animales, etc. El venero debe ser perfectamente protegido por una cámara formada por un muro y estructura de cubierta. El muro debe desplantarse sobre el material resistente y de ser posible impermeable, pero cuidándose de no tocar los veneros para no provocar su desaparición o cambio de comportamiento hidráulico. La losa o cubierta debe protegerlo del contacto con el exterior. El vertedor debe de estar a la altura de la superficie libre del agua para no provocar sobrecarga en el manantial, y debe ir

38

protegido con rejillas para evitar la entrada de personas o animales. Adosado a este muro o a distancia debe ir una caja o registro donde se instalará la toma propiamente dicha y en la que se pondrá una válvula para controlar la entrada y bloqueo del agua en la conducción; pues es en este punto precisamente donde se inicia la línea de conducción. En la cubierta de la cámara se hará un registro para dar acceso a una escalera marina que servirá para hacer su inspección. Si el agua debe ser bombeada el equipo no debe montarse sobre la cubierta de la cámara sino sobre el registro adosado que servirá de cárcamo.

No debe usarse el agua de manantial para beber hasta disponer del análisis bacteriológico que demuestre que no existe contaminación intermitente y que el agua es inocua en todo tiempo si el resultado del análisis bacteriológico es desfavorable habrá que tratar el agua filtrándola por arena o grava y establecer un sistema de desinfección continua a base de cloro u otro desinfectante.

Fig. 12-a) Instalaciones típicas en manantiales

39

Fig. 12-b) Instalaciones típicas en manantiales

Con el objeto de mantener limpia la zona de afloramientos debe deshierbarse, procurando no arrancar los arboles ni de raíz ni acerrándolos sino limpiar a su alrededor.

Durante la cimentación del muro de la obra de captación no deben emplearse métodos violentos; esta excavación debe hacerse con cuidado.

40

Fig. 13 Manantiales protegidos conectados a una trampa de sedimentos.

Cuando hay varios manantiales en la zona de afloramiento se captan de forma individual cada manantial y mediante conductos particulares se reúnen en un cárcamo desde donde inicia la conducción.

A parte del tubo de toma las cajas y cámaras deben llevar obras de excedencia limpia y debe disponerse de escalas que permitan apreciar en cualquier momento el gasto del manantial y poder llevar un registro de aportación.

41

2.2 Aguas freáticas.

Estas aguas se caracterizan por estar a la presión atmosférica y no estar confinadas, pues circulan a través de mantos porosos como arena, grava, tolvas poco coherentes, aluviones, etc. Estas aguas se captan mediante pozos a cielo abierto, galerías filtrantes, sistemas de puyones, pozos Ranney o por medio de pozos profundos.

2.2.1.- Pozos a cielo abierto o pozos excavados.

Cuando se recurra a pozos a cielo abierto o someros se recomienda tengan un diámetro mínimo de 1.5 metros si es circular y si es rectangular de 1.5 metros el lado menor. Estos pozos tienen una profundidad generalmente comprendida entre 10 y 20 metros y raras veces más allá de 25 metros.

Si la pared del pozo es de concreto, la parte situada en el estrato permeable debe de llevar perforaciones de acuerdo a un estudio granulométrico pero si no se disponen de estos datos se recomienda que el diámetros de perforaciones sea de 2.5 a 5 centímetros colocadas en tresbolillo a una distancia de 15 a 25 centímetros de centro a centro. Para pozos con ademe de mampostería de piedra o tabique se dejarán espacios sin juntear en el estrato permeable.

Para estos pozos excavados a cielo abierto existe el procedimiento tipo “indio”. En estos pozos la cimbra se forma previamente en el exterior y en el sitio de la construcción, se arma el refuerzo y se va colocando el ademe o pared, mismo que por su propio peso y con auxilio de la excavación se va hundiendo a medida que se profundiza el pozo. El ademe se forma en anillos de 1 a 1.5 metros de altura, con el diámetro requerido y espesor mínimo de 30 centímetros dependiendo este último del peso que debe tener el anillo para vencer la fricción entre en concreto y el suelo. La parte que va frente al acuífero lleva orificios distribuidos en la forma hincada. El primer anillo va provisto de una zapata biselada para concentrar la carga del peso o lastre que se coloca encima, en casos necesarios, para lograr el hundimiento del citado ademe.

Esta clase de pozos está indicada cuando se trata de captar una acuífero freático somero, de fuerte espesor y constituido por materiales fragmentarios como las capas de origen aluvial que están en las márgenes de los ríos.

Como estas aguas son sub-superficiales, la calidad bacteriológica es deficiente ya que no reciben una buena filtración, si a esto agregamos que por lo general las corrientes subterráneas siguen la pendiente topográfica del terreno, para no empeorar su calidad deben tomarse precauciones para que no entre agua que no sea haya filtrado por lo menos a través de 4 metros de tierra. El brocal del pozo

42

debe tener como mínimo 50 centímetros sobre el nivel del terreno y la tapa debe ser de concreto armado con una saliente perimetral de 50 centímetro. Si el pozo es de mampostería o tabique debe colocarse una capa impermeable de concreto o de arcilla compactada de 15 a 20 centímetros de espesor en la periferia de la pared hasta una profundidad de 4 metros. Si se encuentra dentro o cerca de zona poblada, debe localizarse en un punto alto con respecto a los de contaminación y alejado de ellos a una distancia mínima de 25 metros.

Generalmente estos pozos son de bajo e incierto rendimiento por lo general no más de 25 litros por segundo y cuando son hechos en los cauces de ríos no más de 40 litros por segundo.

43

Fig. 14 Pozo a cielo abierto.

44

Fig. 15 Pozo excavado protegido.

45

2.2.2- Galerías filtrantes.

Cuando el agua subterránea está a una profundidad moderada, se capta mediante galerías filtrantes. Estas obras deben proyectarse según la posición y forma del acuífero, con corte geológico y con las curvas de nivel del terreno y de la superficie exterior del nivel freático, a fin de orientar la galería con la dirección de la mayor pendiente de la superficie formada por el nivel de saturación. Esta obra de captación está formada por una tubería perforada en su parte superior, colocada sin juntear, que se instala en el fondo de una zanja o tajo de sección trapecial con la pendiente adecuada, en donde para evitar que a través de las perforaciones entre arena o tierra de relleno de zanja y para lograr filtrar el agua al mismo tiempo, se coloca sobre el tubo como material de relleno, grava clasificada generalmente en tres capas o espesores que varían según la profundidad del tajo (40 a 70 centímetros). Esta forma filtrante estará constituida por material pétreo lavado con una granulometría adecuada a la del terreno natural del acuífero. La última capa estará formada por material producto de la excavación. En ningún caso el diámetro del conducto será menor de 30 centímetros y la zanja de preferencia de sección trapecial. La profundidad máxima de estas obras no debe exceder de 6 metros salvo casos especiales, como cuando la tubería tiene un diámetro de alrededor de 2.5 metros el ancho del fondo se recomienda que sea de 2 a 3 veces el diámetro.

Fig. 16 Galería filtrante.

46

Las galerías filtrantes se emplean también en la captación de manantiales cuando se presentan en las laderas o cuando afloran en una superficie y no en un punto definido. Se emplea también en la captación de aguas subálveas

La posición de la galería en un rio puede ser transversalmente a la corriente o paralela a ella dentro o fuera del cauce, de acuerdo con la distribución y circulación del agua freática o subálvea, que se determinarán por la observación de los pozos de observación.

Las perforaciones de los conductos deben ser en forma de ranuras en vez de círculos por presentar más dificultad de obturación. Si las perforaciones se hacen circulares, su dimensión y espaciamiento será el indicado en el caso de pozos excavados o cielo abierto.

CÁLCULO DE GALERÍA FILTRANTE.

Los datos necesarios para el cálculo de una galería filtrante son:

DATOS:

Qmax diario = 17.82 Lts/seg

V permisible= 45 cm/seg

Velocidades máximas y mínimas permisibles en tuberías

Material de la tuberíaVelocidad m/s

Máxima Mínima

Concreto simple hasta 45 cm de diámetro 3.00 0.30concreto reforzado a partir de 60 cm de diámetro 3.50 0.30Acero con revestimiento

5.00 0.30

Acero sin revestimiento Acero galvanizadoAsbesto cementoHierro fundidoHierro dúctilPEAD (Polietileno de alta densidad)PVC (Poli cloruro de vinil)

PRFV (Polyester reforzado con fibra de vidrio)Tabla. 11 Velocidades máximas y mínimas permisibles en tuberías.

CÁLCULO DE GALERÍA FILTRANTE

Considerando tubería de PEAD proponemos una velocidad en el

intervalo de 0.3 a 5.0 m/s. realizando

iteraciones.

Con las iteraciones de la velocidad, el área que está en

función de la misma cambia hasta encontrar la

47

A= 0.396 m2= 3960 cm2

POR ECUACION DE CONTINUIDADQ = A . V

por lo tanto: A=Q/V

Con la ecuación de continuidad se calcula el área necesaria.

Seleccionamos abertura (e) del fabricante (se determina seleccionando un No. de malla que proporcione en la curva granulométrica entre el 40% y 50% del porcentaje de retenidos)

e= 1/8" = 3.1 mm

Se selecciona el diámetro nominal Ø(diámetro comercial proporcionado por el fabricante, ver tabla del fabricante)

-Se realiza una prueba granulométrica en el lugar.

-Se analizan los resultados para que el tamaño de las partículas sea mayor a las ranuras de la tubería y no haya obstrucción de la misma.

DIAMETRO NOMINAL (EN PULG.) AREA DE INFILTRACION (EN cm2/ml)

18 31016 28214 254

12 197

10 197

8 169

6 85Tabla. 12 Área de infiltración según el diámetro de la tubería.

Se selecciona el diámetro nominal Ø(diámetro comercial proporcionado por el fabricante, ver tabla del fabricante)

Con las iteraciones de la velocidad, el área que está en

función de la misma cambia hasta encontrar la

48

Diametro en pulg A (cm2/ml) L=mØ = 6 85 46.59

8 169 23.4310 197 20.1012 197 20.1014 254 15.5916 282 14.0418 310 12.77

Ø = 6 85 46.59

Tabla. 13 Cálculo de longitud de tubería según el área de infiltración.

Se recomienda L= entre 12 y 48 m

Se utilizará Tubería de 6 pulgadas de 47 metros y de 1/8 “de abertura para extraer 17.82 litros por segundo a una velocidad de 45 centímetros por segundo (0.45 m/s)

2.2.3- Pozos profundos.

Este se construye tanto como para aguas freáticas como para aguas artesianas. Se consideran pozos profundos cuando rebasan una profundidad de 30 metros

El agua artesiana está a presión diferente de la atmosférica por encontrarse confinada entre dos capas de terreno impermeable. De las aguas subterráneas, las freáticas profundas y las artesianas son la fuente que más agua proporciona y a la que se recurre cuando se abastece a poblaciones de fuerte concentración demográfica. Estas aguas presentan la ventaja de que por su remoto origen mantienen casi constante su nivel piezométrico.

Los pozos profundos son de diámetro insignificante comparado con la profundidad. El diámetro de la perforación de estos pozos varia de 350 a 750 milímetros (14 a 30 pulgadas) y sus profundidades fluctúan entre 30 y 650 metros y a veces más. El diámetro del ademe que pueden ser tubos de fluoropolímeros (politetrafluorotileno, tetrafluorotileno, fluoranato, etileno, propileno, perfluoroalcoxy, fluorinato polivinilo), o materiales metálicos (acero, acero de alta calidad, acero galvanizado, acero inoxidable), materiales termoplásticos (PVC, acrilometil-butadience-esfreno) varía desde 250 a 600 milímetros (10 a 24 pulgadas). Muchas veces el diámetro del ademe no es constante desde la

Para calcular la longitud se dividirá el área necesaria 3960 cm 2 entre el área de infiltración

(tabla 12) comparando los diámetros todos están dentro del

parámetro entre 12 y 48 metros así se elige el diámetro más económico.

49

superficie de la tierra hasta la capa acuífera, sino que va disminuyendo a medida que se profundiza. Se hace el diámetro de perforación unos 100 o 150 milímetros (4 a 6 pulgadas) más grande que el diámetro del tubo de ademe con el objeto de colocar en el espacio entre los diámetros, una capa de grava. Se ranura el tubo de ademe en el tramo en que estará en contacto con el manto acuífero.

Fig. 17 Pozo profundo.

50

El sitio elegido para la perforación estará de acuerdo con los estudios geohidrológicos o geofísicos. El proyecto de entubación dependerá del corte geológico del pozo ya perforado y del registro eléctrico que se hará posterior a la perforación. Este registro eléctrico nos dará la profundidad del acuífero. El diámetro del ademe estará en función del diámetro de los tazones del equipo de bombeo que asegura el gasto de explotación. Terminada la perforación exploratoria, se procede al desarrollo y limpieza, es decir, se pone a funcionar la bomba de aforo para extraerle el barro y otros materiales caídos durante la construcción, y limpiar, por la succión de la bomba, los caminos que ha de seguir el agua en su reconocimiento al pozo. Una vez hecho el desarrollo y limpia, se efectuará el aforo mediante el bombeo continuado de por los menos 72 horas. Los resultados se registrarán y tabularán y con ellos se formará una gráfica llamada “gastos de abatimiento” con la que se determina el gasto de explotación. Se llama de gastos abatimiento porque en el eje de las abscisas se indican los gastos y en el eje de las ordenadas lo que baja el nivel del agua dentro de un pozo a medida que se va aumentando el gasto de extracción. El nivel que tiene el agua en el pozo cuando no se le extrae después de un tiempo se le llama nivel estático, al nivel que tiene cuando la bomba está funcionando se le llama nivel dinámico.

Fig. 18 Esquema de pozos artesianos.

51

Curva. 1 Curva de gastos-abatimientos

GASTO ESPERADO (lps)

DIAMETRO NOMINAL DE TAZONES DE BOMBA (mm)

MEDIDA OPTIMA DEL DIAMETRO DEL ADEME mm (pulg)

MEDIDA MINIMA DEL DIAMETRO DEL ADEME mm (pulg)

Menos de 6 102 152 Di (6) 127 Di (5)5 a 11 127 203 Di (8) 152 Di (6)

10 a 22 152 254 Di (10) 203 Di (8)20 a 44 203 305 Di (12) 254 Di (10)30 a 60 254 356 DE (14) 305 Di (12)50 a 115 305 406 DE (16) 356 DE (14)75 a 190 356 508 DE (20) 406 DE (16)

125 a 240 406 610 DE (24) 508 DE (20)190 a 380 508 782 DE (30) 610 DE (24)

Di: Diámetro Interior, DE: Diámetro Exterior

Tabla. 14 Diámetro del ademe en función del gasto esperado.

PASOS A SEGUIR PARA LA PERFORACIÓN DE POZOS PROFUNDOS.

1. Se debe considerar los rendimientos del pozo para una selección confiable de bomba (aforamiento).

2. Determinar la carga Dinámica total del sistema de pozo profundo. La carga dinámica está compuesta por dos elementos principales:

Elementos de carga estática. Cambio de elevación.

Nivel dinámico. Altura máxima.

Presión a descarga. (en caso de requerirse)

52

Elementos de carga dinámica: Es la resistencia u oposición al paso de flujo a través de una tubería, estas son determinadas por:

Diámetro de tubería. Material de la tubería. Número de accesorios (codos, válvulas, etc.) Longitud total de la tubería.

CDT= HE + HD + HR

Dónde:

HE= Carga estática.

HD= Carga Dinámica.

HR= Carga Requerida en la descarga. EJEMPLO PARA CÁLCULO DE CARGA DINÁMICA.-El flujo requiere 5.677 l.p.s.-Se descarga directamente a un tanque-Codos de 90°-Tubería de 4”-L1= 33. 52 mts-L2= 30.48 mts-L3= 24.38 mts-L4= 1.82 mts

Del esquema tenemos que:

CDT= HE + HD + HR

CDT= [L1+L3] + [(L1+L2+L3+L4+Cantidad de Codos*12)*0.52/100]+0

CDT=[33.52+24.38]+[(33.52+30.48+24.38+1.82+3*3.6576)*0.52/100] +0

CDT=58.42+0.9144 (Factor de seguridad)

53

CDT= 59.33 con una demanda de 5.677 l.p.s.

Tabla. 15 Pérdida por fricción a través Válvulas

Para este ejemplo se necesita una bomba con un punto de operación de 59.33 mts Q=5.677 l.p.s.

Para el ejemplo se multiplica la cantidad

de codos por equivalencia en

longitud según la tabla 15. En este caso

el codo de 90 de 4” equivale a 12

ft.*0.3048 =3.65 mts

54

LÍNEA DE CONDUCCIÓN

Dentro de un sistema de abastecimiento de agua potable se llama línea de conducción, al conjunto integrado por tuberías, estaciones de bombeo y dispositivos de control, que permiten el transporte del agua desde una sola fuente de abastecimiento, hasta un solo sitio donde será distribuida en condiciones adecuadas de calidad, cantidad y presión.

Clasificación de líneas de conducciónLas conducciones deberán entregar el agua a un tanque de regularización, como se indica en la figura 19 y así facilitar el procedimiento de diseño hidráulico de los sistemas de agua potable, tener un mejor control en la operación de los mismos, y asegurar un funcionamiento adecuado del equipo de bombeo.

Fig. 19 Líneas de Conducción

55

1. Conducción por bombeo

La conducción por bombeo es necesaria cuando se requiere adicionar energía para obtener el gasto de diseño. Este tipo de conducción se usa generalmente cuando la elevación del agua en la fuente de abastecimiento es menor a la altura piezométrica requerida en el punto de entrega. El equipo de bombeo proporciona la energía necesaria para lograr el transporte del agua.

Conceptos a considerar para el diseño

Contar con el perfil y trazo del terreno donde se ubicará la línea.

No cruzar terrenos particulares, si fuera estrictamente necesario conseguir el derecho de paso.

Dejar pasillo de servicio entre terrenos para ubicar la línea de conducción. Estos pasillos de servicio deberán ser de 4 metros de ancho mínimo (2 de cada lado) con acceso libre de construcciones y obstáculos, no se permitirá ningún tipo de construcción.

Buscar el recorrido más corto entre la fuente de abastecimiento y el tanque de regulación.

Siendo una instalación urbana se instalará en zanjas de acuerdo a secciones de excavación definidas en la tabla 24 (pág. 95)

Deberá de ubicarse la línea de conducción en zanjas separadas de las redes de distribución.

En la conducción nunca deberán conectarse tomas domiciliarias.

Deberá contar con válvulas de admisión y expulsión de aire en los sitios más elevados del perfil, en las zonas sensiblemente planas a distancias entre 400 y 800 metros lo anterior es para eliminar el aire presente en el agua y permitir la correcta operación de la línea durante el llenado y vaciado de la misma.

En los puntos bajos de perfil deberán colocarse válvulas de desagüe.

Contar con un tren de descarga que une a la fuente de abastecimiento con la línea de conducción.

56

Procedimiento de cálculo.

Para el cálculo de la línea de conducción se deben seguir los siguientes pasos.

1.- Partiendo del trazo y perfil de la línea, se deberán definir las longitudes de cada tramo y los desniveles de la línea pudiendo determinar así la carga total a vencer.

2.- Determinar el gasto que aporta la fuente de abastecimiento.

3.- Determinar el gasto demandado por día que será igual Qmaxd calculado en la tabla 10 (pág. 30) multiplicado por 24.

Qd= Qmaxd x 24

Dónde:

Qd: Gasto demandado.

Qmaxd: Gasto máximo diario

24: Las horas que tiene un día.

4.- Determinar el gasto de entrada Qe al tanque de regulación, que será igual al Gasto demandado entre el número de horas que se bombea al día

Qe= Qd

Horasdebombeo

5.- Calcular el diámetro de la tubería de conducción.

D= ¿

D= 1.2Qe1/2

6.- Calcular las pérdidas por fricción y si se considera necesario las pérdidas secundarias.

57

Hf= (K* V2)/D*2g

Hf=KLQ2

7.- Hacer varias alternativas con diámetros comerciales menores y mayores al calculado volviendo a calcular pérdidas por fricción y elegir el diámetro más conveniente.

8.- Revisar la velocidad de la línea que esté dentro de los parámetros permitidos.

V= A/Q

EJEMPLO DE CÁLCULO DE LÍNEA DE CONDUCCIÓN POR BOMBEO.

Datos:

Qmaxd= 17.82 l.p.s /1000= 0.01782 m3/s (para el cálculo de gastos ir a pagina 29)

Horas de bombeo: 8 hrs

S= 0.0067

Tubería: PEAD

n: 0.009 (Valor obtenido de la tabla 16)

Longitud=892 m

Desnivel= 6 m

58

Tabla 16. Coeficiente de fricción para la fórmula de Manning.

Gasto de demanda

Qd= Qmaxd x 24

Qd= 17.82*24= 427.68 l.p.s

Gasto de entrada

Qe= Qd

Horasdebombeo

Qe= 427.688

= 53.46 l.p.s/1000 = 0.05346

Cálculo del diámetro utilizando la fórmula de Manning del paso 5.

D= ¿

Sustituyendo:

D= ¿ = 22.56 cm. = 25.4 cm 10”

Velocidad

V= A/Q

V= 0.05067 m2/0.05346m3/seg =0.9478 m/s

59

Se encuentra dentro del rango de velocidades permisibles de la tabla 11 (pág. 46), por lo tanto se acepta el diámetro de 10 “.

Perdidas por fricción

60

n= 0.009 n= 0.010 n= 0.011 n= 0.012 n= 0.013 n= 0.014 n= 0.015 n= 0.016

Pulg. m. K (PVC) K (AC) K (Acero)K

(Conc.sim)K (Fo.Fo.) K (Fo.Ga.) K

K (conc. Aspe)

1/2 0.013 9553264.60 11798396.33 14318442.15 16953035.50 19931217.48 23138602.52 26575028.64 30240549.833/4 0.019 1261724.66 1558245.08 1891074.13 2239031.77 2632375.19 3055975.79 3509833.59 3993948.561 0.025 292631.58 361403.51 438596.49 519298.25 610529.82 708771.93 817543.86 926315.79

1 1/4 0.032 77943.93 96261.68 116822.43 138317.76 162616.82 188785.05 216822.43 246728.971 1/2 0.033 31353.38 38721.8 46992.48 55639.1 65413.53 75939.85 87218.05 99248.12

2 0.050 6515.63 8046.88 9765.63 11562.5 13593.75 15781.25 18125.78 206252 1/2 0.064 1944.06 2400.93 2913.75 3449.88 4055.94 4708.62 5407.93 6153.85

3 0.073 779.44 962.52 1168.22 1383.18 1676.17 1887.85 2168.22 2467.294 0.102 161.63 199.61 242.25 286.82 337.21 391.47 449.61 511.635 0.127 50.24 62.05 75.3 89.16 104.82 121.69 139.76 159.046 0.152 19.26 23.79 28.87 34.18 40.18 46.65 53.58 60.978 0.203 4.11 5.07 6.16 7.29 8.57 9.95 11.43 13

10 0.254 1.24 1.54 1.87 2.21 2.6 3.01 3.46 3.9412 0.305 0.46854 0.5835 0.70225 0.83146 0.97753 1.15 1.3 1.4814 0.356 0.20593 0.25432 0.30864 0.36543 0.42963 0.49877 0.57284 0.6518516 0.406 0.10208 0.1261 0.153 0.18115 0.21297 0.24725 0.28397 0.3231318 0.457 0.05416 0.06688 0.08123 0.0961 0.11299 0.13117 0.15065 0.1714320 0.508 0.03088 0.03815 0.0463 0.05481 0.06444 0.07481 0.08593 0.0977824 0.610 0.01165 0.01439 0.01746 0.02067 0.0243 0.02821 0.0324 0.0368730 0.762 0.00355 0.00439 0.00533 0.00631 0.00742 0.00861 0.00989 0.0112536 0.914 0.00135 0.00166 0.00202 0.00239 0.00281 0.00326 0.00375 0.0042642 1.067 0.00059 0.00073 0.00088 0.00105 0.00123 0.00143 0.00164 0.0018748 1.219 0.00029 0.00036 0.00043 0.00051 0.00061 0.00070 0.00081 0.0009254 1.372 0.00015 0.00019 0.00023 0.00027 0.00032 0.00037 0.00043 0.00049

KLQ

Longitud en metrosGasto en m3 / seg.

NOTA.- Los valores de K corresponden a los diámetros indicados en la tabla en el

sistema métrico decimal.

FORMULA UTILIZADA: MANNING

DIAMETRO

FORMULAS

Pérdida de fricción en metrosConstante

Tabla 17. Valores de K coeficientes de perdida.

De la tabla 17 se tiene un valor K= 1.24

Hf=KLQ2

Hf= (1.24*892.21*0.053462) = 3.16 m

61

Plg mm Plg mm Plg mm PSI KG/cm2

1/2 0.84 21.3 0.609 15.47 0.109 2.7686 600 42 0.243/4 1.05 26.7 0.81 20.57 0.113 2.8702 480 33.6 0.32

1 1.135 33.4 1.033 26.24 0.133 3.3782 450 31.5 0.471 1/4 1.66 42.2 1.363 34.62 0.14 3.556 370 25.9 0.631 1/2 1.9 48.3 1.593 40.46 0.145 3.683 330 23.1 0.762 2.375 60.3 2.049 52.04 0.154 3.9116 280 19.6 1.012 1/2 2.875 73 2.455 62.36 0.023 0.5842 300 21 1.63 3.5 88.9 3.042 77.27 0.216 5.4864 260 18.2 2.14 4.5 114.3 3.989 101.32 0.237 6.0198 220 15.4 2.986 6.625 168.3 6.031 153.19 0.28 7.112 280 12.6 5.268 8.625 219.1 7.942 201.73 0.322 8.1788 160 11.2 7.8910 10.75 273.1 9.976 253.39 0.365 9.271 140 9.8 11.212 12.75 323.9 11.889 301.98 0.406 10.3124 130 9.1 14.814 14 355.6 13.0073 330.39 0.437 11.0998 130 9.1 17.5616 16 406.4 14.94 379.48 0.5 12.7 130 9.1 23.9318 18 457.2 16.809 426.95 0.562 14.2748 130 9.1 29.9120 20 508 18.743 476.07 0.593 15.0622 120 8.4 35.1324 24 609.6 25.544 648.82 0.687 17.4498 120 8.4 48.89

Diametro exterior Diametro interior Espesor de pared Presion a 23 °CDiametro

nominal (pulg)Peso aproximado en

kg/m

Tabla 18. Dimensionamiento de tubería.

El RD (Relación de dimensiones) Se define como el cociente de dividir el diámetro externo promedio entre el espesor mínimo de la pared.

P.V.C. y P.E.A.D.RD Presión de Trabajo kg/cm29 27.513.5 22.421 1426 11.232.5 8.941 7

Tabla 19. Presiones de trabajo.

Para el cálculo de una línea de conducción por bombeo se puede utilizar la siguiente tabla la cual usaremos como ejemplo proponiendo un RD =41

CALCULO DE DIAMETRO ECONOMICO.

DATOS:

DIAMETRO1: 203 mm 8 " ŋ = 0.009 e1= 8.17 7.0 kg/cm2DIAMETRO2: 254 mm 10 " Q = l.p.s 53.46 e2= 9.27 7.0 kg/cm2DIAMETRO3: 305 mm 12 " L= 892.21 e3= 10.31 7.0 kg/cm2

Dt=desnivel topografico

6 V= 0.9478 m.p.s A= 0.0564 m2

Presion de trabajo en

tuberia

62

Se calculó un diámetro de 10 “con la fórmula de Manning, para el cálculo del diámetro económico se proponen los diámetros inmediatos inferior y superior (8 y 12 pulgadas)

Los espesores e1, e2, e3 se obtuvieron de la tabla 17 (pág. 59)

La presión de trabajo la determinó el RD utilizado (tabla19, pág. 60)

El área se calculó con la ecuación de continuidad.

Q=A/V

Entonces:

A=Q/V

A= área

Q=Gasto en m3/seg

V=Velocidad calculada.

A=0.05346/0.9478= 0.5640

Ea= 20670 kg/cm2Et= 5200 kg/cm2d= 0.268 m

d= 10.6 pulg

d18 pulg

d2 10 pulg

d3 12 pulg

Ea= Módulo de elasticidad del agua (tabla 20, pág. 62)

Et= Módulo de elasticidad del material de la tubería a utilizar (tabla 20, pág. 62)

d=Diámetro calculado m y pulg.

d1= Diámetro inferior propuesto

d2=Diámetro calculado

d3=Diámetro superior propuesto.

63

MATERIAL MOD. ELASTPVC 28,000.00

POLIETILENO 5,200.00

ACERO 2.1 x 106 = 2,100,000

AGUA 20,670.00

FIERRO FUNDIDO 990,000.00

CONCRETO SIMPLE 125,000.00

MODULOS DE ELASTICIDAD

Tabla 20. Módulos de elasticidad en kg/cm2

0.203 8 0.032 0.053 1.65 892.21 0.003 0.009 4.0963

0.254 10 0.051 0.053 1.06 892.21 0.003 0.009 1.2461

0.305 12 0.073 0.053 0.73 892.21 0.003 0.009 0.4712

Diam NomArea en

m2Q en m3/s

V en m/s

L=long en mmm pulg

Q^2ŋ Coef de

friccionK constante de

maning

Fig. 20 Cálculo del diámetro económico parte 1.

CALCULO DEL DIAMETRO ECONOMICO EN LINEAS DE CONDUCCION POR BOMBEOPOTENCIA REQUERIDA EN EL EQUIPO DE BOMBEO

Área del

tubo.

Gasto de

entrad

V=A/Q

Longitud total de línea de

conducción.

Qe2 Dato tabla 16 K=10.3x n

2

D5.33

Al calcular se observa que el valor K es igual al de la

tabla 17

64

10.45 0.522 10.97 15.80 26.77 1430.99 68.40 20.92

3.18 0.159 3.34 15.80 19.14 1023.02 68.40 14.96

1.20 0.060 1.26 15.80 17.06 912.12 68.40 13.34

H= h+HftQH

Q=l.p.s76ŋ ŋ=90%hft=hf+%

hf en mHP=QH/76ŋ

hf=KLQ^2 en m

% hf perd. Menor en m

h=Dt+ND

hf= perdida por friccion en m. h=desnivel entre el N.D. y la S.L.A. en el tanque en m.H=carga total de bombeo en m

Fig. 21 Cálculo del diámetro económico parte 2.

Presion de trabajo en tuberia Kg/cm2

d=diametro nom en cm

e=espesor de pared tubo en cm

V=vel. En m/seg

145V Ea(d) Et(e) 1+(Ea(d)/Et(e.)h.g.a. =

145 1+((Ea*d)/Et*e)

20% h.g.a sobrepresion

que absorve el tubo

Carga normal de operación

en m.

Presion Total 20%

h.g.a.+carga normal

oper.

7.0 20.32 8.17 1.65 239.033 420,014 42,484 3.30 72.45 14.49 16.97 31.467.0 25.40 9.27 1.06 152.98 525,018 48,204 3.45 44.36 8.87 9.34 18.217.0 30.48 10.31 0.73 106.24 630,022 53,612 3.57 29.75 5.95 7.26 13.21

GOLPE DE ARIETE

Ea= Modulo de elasticidad del agua (20670 kg/cm2) Et=Modulo de elasticidad de las paredes del tubo (para A.C. 328000 KG/CM2) h.g.a.=Sobrepresion por

Ea= Modulo de elasticidad del agua (20670 kg/cm2) Et=Modulo de elasticidad de las paredes del tubo (para A.C. 328000 KG/CM2) h.g.a.=Sobrepresion por

Fig. 22 Cálculo del golpe de ariete.

Presión de RD-

41 tabla

Sobrepresión por el golpe de

ariete.

hft + desnivel

65

615141312111

3121 21 413111

6141715161

7.0 0.203 8 20.92 15.60 12.73$ 111,516.75$ 3,181,844.63$ 517,829.30$ 629,346.05$ 7.0 0.254 10 14.96 11.15 9.10$ 79,723.76$ 3,660,770.64$ 595,772.12$ 675,495.88$ 7.0 0.305 12 13.34 9.94 8.11$ 71,081.01$ 4,910,847.86$ 799,215.93$ 870,296.95$

NOTA: 1 HP=0.7457 kw-hr

1KW-HR= 0.82

COMPARATIVA DE PRECIOS POR BOMBEOPresion de trabajo en

tuberia Kg/cm2

Diam NomHP Kw-hr

Costo por hora

bombeo

Costo anual de bombeo

Costo total de conduccion por m.

de o.

Cargo anual de amortizacion de conduccion (10

años al 10%)

Costo total anual de

operaciónmm pulg

1Hp= 0.7457 Kw-hr = x 0.7457 = x 0.82 = x 8760

1Kw-hr= 0.82 1 año =8760 horas = x a = +

a= r + r¿¿

Nota: La columna 5 es el total del costo de la Línea de Conducción: Excavación, Plantilla, Instalación y suministro de tubería, rellenos y atraques de concreto.

Analizando los resultados anteriores por cuestiones económicas se elige la tubería PEAD 8” RD-41 ya que la presión total está dentro de los 70 metros de columna de agua que ésta soporta y el costo total anual de operación es el más bajo.

2. Conducción por gravedad

Una conducción por gravedad se presenta cuando la elevación del agua en la fuente de abastecimiento es mayor a la altura piezométrica requerida o existente en el punto de entrega del agua, el transporte del fluido se logra por la diferencia de energías disponible.

EJEMPLO DE CÁLCULO DE LÍNEA DE CONDUCCIÓN POR GRAVEDAD

Utilizando los mismos datos del ejemplo anterior cambiamos la configuración del terreno suponiendo que la zona de captación tiene una elevación superior a la del tanque de regularización, por lo tanto tenemos una línea de conducción por gravedad.

Tenemos que:

Qmax.d = 53.46 lps 1L = 892.21 m 2H = 6.00 m 3n = 0.009 4Q = 0.053 5

ELEV (FUENTE ABAST) = 150 m 6

ELEV (TANQUE) = 144 m

DATOS

66

1.- Se determina la pendiente que existe entre la captación del agua y el tanque de almacenamiento.

s=HL

s=6

892.21=.006724

2.- Con la pendiente obtenida se procede al cálculo del diámetro de la tubería.

D=¿ ; D=¿ = .2254m = 8.87”

Del cálculo se obtuvieron 8.87” de diámetro, no existe comercialmente tubería de ese tamaño, por lo que utiliza el inmediato superior e inferior. (10” y 8”)

3.- Por medio de fórmulas o de la tabla 17 (pág. 59) se determina el valor de la constante de Manning (k) para cada diámetro obtenido.

k=10.3∗n2

d163

; k 10=10.3∗0.0092

.254163

= 1.24607 k 8=10.3∗0.0092

.2032163

=4.09633

El inicio de la tubería para la conducción será la de mayor ∅ , por lo que a los valores k se les denominará como K1, y k2, según su orden de utilización.

k 10=k1 k 8=k2

4.- Se calcula la longitud a cubrir de cada tubería con las siguientes fórmulas

L1=

H−K2LQe2

Qe2 (K1−K2)

L2=

H−K1LQe2

Qe2 (K2−K1)

L1=6−¿¿¿ L2=6−¿¿ ¿

67

La sumatoria de las longitudes debe ser igual a la longitud total L=892.21m

Lt=L 1 + L 2 = 545.693 + 346.5069 = 892.2m

Por lo que las operaciones son correctas

5.- Se calculan las pérdidas por fricción de cada tramo de tubería, para determinar el curso de la línea piezométrica. La suma de las pérdidas debe ser igual al desnivel total. Estas se determinan por la fórmula:

hf t=K t∗Lt∗Qe2

hf 10=1.24607∗545.693∗.053462=1.9433

hf 8=4.09633∗346.5069∗.053462=4.0655

Se nombra hf1 y hf2 según su orden de utilización de la tubería en la conducción. Al igual que los coeficientes K.

H= hf1 + hf2 = 1.9433 + 4.0566 = 6m

6.- Por último se calcula la pendiente y velocidad de la tubería para ver que satisfagan los parámetros establecidos (tabla 11).

La pendiente que permita la velocidad máxima< s < .002

5m/s < v < .3 m/s

s10=H f 10

L10 s=

1.9433545.693

=.003562 V=(0.397D10

23∗S10

12 )/n

V=(0.397∗.25423∗.003565

12) /0.009 . ¿1.05685m /s OK

s8=H f 8

L8 s=

4.0566346.5069

=.011707 V=(0.397D8

23∗S8

12 )/n

V=(0.397∗.203223∗.011707

12) /0.009. ¿1.6513m /s OK

68

Por lo que el cálculo de la línea de conducción por gravedad se acepta.

69

N.A. min= 150

TUBERIAΦ1 10 "L1= 545.70 mS= 0.0035 ELEV=144

Φ2= 8 "L2= 346.51 mS2= 0.011

545.70 m 346.51 m

892.21 m

6.00 m

CAMBIO DE DIAMETRO

LINEA PIEZOMETRICA

PERFIL DEL TERRENO

Fig. 23 Esquema de línea de conducción.

70

3. Conducción por bombeo-gravedad

Si la topografía del terreno obliga al trazo de la conducción a cruzar por partes más altas que la elevación de la superficie del agua en el tanque de regularización, conviene analizar la colocación de un tanque intermedio en ese lugar. La instalación de dicho tanque ocasiona que se forme una conducción por bombeo-gravedad, donde la primera parte es por bombeo y la segunda por gravedad.

Fig. 24 Línea de conducción mixta

Para el cálculo de una línea conducción que por las condiciones del terreno funcione por gravedad y bombeo se utilizan de igual manera los cálculos mostrados anteriormente, pero de manera conjunta para el adecuado funcionamiento hidráulico.

4. Red de conducción

En ciudades donde es necesario buscar fuentes alternas para el abastecimiento del agua, su ubicación puede presentarse en puntos diferentes. En este caso resultan a menudo conducciones más económicas al interconectar los conductos, formando en este caso una red de conducción.Las derivaciones de una conducción hacia dos o más tanques de regularización, ocasiona también la formación de redes de conducción.

71

5. Líneas paralelas

Las líneas de conducción paralelas se forman cuando es necesario colocar dos o más tuberías sobre un mismo trazo. Esta instalación se recomienda para evitar la colocación de diámetros grandes, para efectuar la construcción por etapas según sean las necesidades de la demanda de agua y la disponibilidad de los recursos, y facilitar la operación a diferentes gastos.

COMPONENTES DE UNA LINEA DE CONDUCCIÓN

Tuberías

En la fabricación de tuberías utilizadas en los sistemas de agua potable, los materiales de mayor uso son: acero, fibrocemento, concreto presforzado, cloruro de polivinilo (PVC), hierro dúctil, y polietileno de alta densidad.

Piezas especiales

• Juntas: Las juntas se utilizan para unir dos tuberías; las de metal pueden ser de varios tipos, por ejemplo, Gibault, Dresser, etc.

• Carretes: Los carretes son tubos de pequeña longitud provistos de bridas en los extremos para su unión. Se fabrican de fierro fundido con longitudes de 25, 50, y 75, cm.

• Extremidades: Las extremidades son tubos de pequeña longitud que se colocan sobre alguna descarga por medio de una brida en uno de sus extremos. Se fabrican en longitudes de 40, 50, y 75 cm. Para materiales de PVC, las extremidades pueden ser campana o espiga.

• Tees: Las tees se utilizan para unir tres conductos en forma de te, donde las tres uniones pueden ser del mismo diámetro, o dos de igual diámetro y uno menor. En el segundo caso se llama te reducción.

• Cruces: Las cruces se utilizan para unir cuatro conductos en forma de cruz, donde las cuatro uniones pueden ser del mismo diámetro, o dos mayores de igual diámetro y dos menores de igual diámetro. En el segundo caso se llama cruz reducción.

• Codos: Los codos tienen la función de unir dos conductos del mismo diámetro en un cambio de dirección ya sea horizontal o vertical. Los codos pueden tener deflexiones de 22.5, 45 y 90 grados.

72

• Reducciones: Las reducciones se emplean para unir dos tubos de diferente diámetro. En materiales de PVC, las reducciones pueden ser en forma de espiga o de campana.

• Coples: Los coples son pequeños tramos de tubo de PVC o de fibrocemento que se utilizan para unir las espigas de dos conductos del mismo diámetro. Los coples pueden ser también de reparación, los cuales se pueden deslizar libremente sobre el tubo para facilitar la unión de los dos tubos en el caso de una reparación.

• Tapones y tapas: Los tapones y las tapas se colocan en los extremos de un conducto con la función de evitar la salida de flujo. En materiales de PVC, es costumbre llamarlos tapones, pudiendo ser en forma de campana o espiga. En materiales de fierro fundido, se acostumbra llamarlos tapas ciegas.

Válvulas

• Válvula eliminadora de aire : La válvula eliminadora de aire cumple la función de expulsar el aire del tubo que continuamente se acumula en las partes altas sobre el trazo de la conducción, cuando ésta se encuentra en operación.

• Válvula de admisión y expulsión de aire : La válvula de admisión y expulsión de aire se utiliza para expulsar el aire que contiene la tubería al momento de iniciar el llenado del conducto. Una vez que el agua ejerce presión sobre el flotador de la válvula, ésta se cierra y no se abre mientras exista presión en el conducto. Otra función de esta válvula es permitir la entrada de aire dentro del tubo al momento de iniciar el vaciado de la tubería, y con ello evitar que se presenten presiones negativas.

• Válvula de no retorno : La válvula de no retorno tiene la función de evitar la circulación del flujo en el sentido contrario al definido en el diseño.

• Válvula de seccionamiento: La válvula de seccionamiento se utiliza para controlar el flujo dentro del tubo, ya sea para impedir el paso del agua o reducir el gasto a un valor requerido. Las válvulas de seccionamiento pueden ser, por ejemplo, tipo compuerta, de mariposa, o de esfera.

73

Medios para control de transitorios

• Válvula aliviadora de presión : La válvula aliviadora de presión se coloca en la tubería para disminuir las sobrepresiones causadas por un fenómeno transitorio. Es un dispositivo provisto de un resorte calibrado para abrir una compuerta cuando la presión sobrepasa un valor determinado. Se recomienda colocar este tipo de elemento, en conducciones con diámetros pequeños; sin embargo, no debe olvidarse que las presiones negativas tendrán que resolverse con algún otro dispositivo.

• Válvula anticipadora del golpe de ariete : La válvula anticipadora del golpe de ariete protege al equipo de bombeo de la onda de sobrepresión causada por el paro de la bomba o falla de la energía. Esta válvula opera con la presión de la línea de conducción, y el nombre de anticipadora se debe a que entra en funcionamiento antes de la llegada de la onda de sobrepresión.Este tipo de válvula realiza la apertura de la válvula cuando baja la presión hasta un valor prestablecido y evacúa a la atmósfera el exceso de presión que provoca la onda de sobrepresión.

DESINFECCIÓN DEL AGUA

Cloradores

De acuerdo a los estudios de laboratorio para determinar la calidad del agua, si esta no satisface las normas que exige el reglamento federal, deberá someterse a procesos de potabilización.

a) En localidades hasta de 5 mil habitantes de proyecto, los aparatos dosificadores podrán ser hipocloradores de solución de tipo de carga constante o cloradores de gas directo o en solución.

b) En las localidades de más de 5 mil habitantes de proyecto, se recomienda el uso de dosificadores de cloro. En el caso en que la aplicación se realice en líneas de presión, se recomiendan cloradores tipo solución.

Capacidad y envases de cloro convenientes

a) Para gastos de hasta de 100 l.p.s se recomiendan envases con capacidad de 68 kg.

b) Para gastos mayores de 100 l.p.s se recomiendan envases con una capacidad de 908 kg.

74

Casetas o salas de desinfección

Las casetas o salas de desinfección deben proyectarse preferentemente para ese único fin, con criterio económico, considerando la protección y seguridad del personal y de los equipos.

Recomendaciones generales

a) Para determinar la capacidad adecuada de los equipos de desinfección para aguas superficiales, se debe contar con un estudio de laboratorio derivado preferentemente de un ciclo hidrológico anual. Cuando no se tenga esa información, se recomienda para aguas muy turbias con materia orgánica en suspensión elegir un equipo que pueda dosificar hasta 10 ppm (partes por millón).

b) Debe preverse en el proyecto pequeños almacenes para las refacciones mínimas más usuales.

Punto de aplicación

La aplicación del cloro se puede hacer en dos formas:

a) A gravedad en las captaciones y tanques reguladores, en donde existe espacio suficiente para la Sumergencia necesaria del difusor.

b) A presión en las líneas de conducción.

Los sitios de aplicación pueden ser los siguientes:En la obra de captación cuando esta solo fuese una.En el sitio de concentración de caudales cuando se tengan varias captaciones.En las diversas captaciones cuando estas funcionen independientemente.

Cuando se aplique el cloro en forma gaseosa se tomará en cuenta evitar la corrosión de los elementos metálicos que puedan estar en contacto.

75

REGULARIZACIÓN

La regularización tiene por objeto lograr la transformación de un régimen de aportaciones (de la conducción) que normalmente es constante, en un régimen de consumos o demandas (de la red de distribución) que siempre es variable. El tanque de regularización debe de proporcionar un servicio eficiente bajo normas estrictas de higiene y seguridad, procurando que su costo de inversión y mantenimiento sea mínimo.La capacidad del tanque está en función del gasto máximo diario Qmd y la ley de demandas de la localidad. Para el caso del presente documento se adoptarán los valores de variación de gasto horario en (%) determinados por el IMTA, para diferentes ciudades de la república,

EJEMPLO DE CÁLCULO PARA TANQUE DE REGULARIZACIÓN

Datos:

Dotación: 150 l.p.s

Tiempo de bombeo: 8 horas

Gasto máximo diario: 2.536 l.p.s

Dotacion (lps) Tiempo de bombeo (Hrs.) Q max Diario (lps) Porcentaje Aportacion Q Bomb (lps) C

150 8 2.536 300 7.61 47.70

Capacidad del Tanque= 121 m3

CALCULO DEL COEFICIENTE DE REGULARIZACION PARA 8 HRS

24tiempode bombeo

x 24

tiempode bombeo x

(Suma de Máximo déficit+ Máximo

superávit)*86400/1000

76

HORAS DEMANDA EN % APORTACION EN % DIFERENCIAS EN %DIFERENCIAS

ACUMULADAS EN %

0-1 45 0 -45 -451-2 45 0 -45 -902-3 45 0 -45 -1353-4 45 0 -45 -1804-5 45 0 -45 -2255-6 60 0 -60 -2856-7 90 300 210 -757-8 135 300 165 908-9 150 300 150 2409-10 150 300 150 390

10-11 150 300 150 54011-12 140 300 160 70012-13 120 300 180 88013-14 140 300 160 104014-15 140 0 -140 90015-16 130 0 -130 77016-17 130 0 -130 64017-18 120 0 -120 52018-19 100 0 -100 42019-20 100 0 -100 32020-21 90 0 -90 23021-22 90 0 -90 14022-23 80 0 -80 6023-24 60 0 -60 0

Suma de Máximo déficit+ Máximo superávit

285+1040 = 1325%

Calculo del coeficiente de regularización

C=13.25X3600/1000= 47.70 Q max. d.

Capacidad del Tanque= 121 m3

Para este ejemplo se obtuvo una capacidad de 121 m3.

Variación del gasto según el

IMTA

Máximo déficit

285

Capacidad del tanque es igual al coeficiente de regularización

por el gasto máximo diario.

47.7*2.536 =120.38

Máximo superávit

1040

77

RED DE DISTRIBUCIÓN

Funcionamiento Y Componentes de un Sistema de Agua Potable

Básicamente existen dos formas de funcionar los sistemas de agua potable, estas son por gravedad o por bombeo ya sea de manera independiente o una combinación de ambas. Un buen servicio de agua potable debe suministrar agua de buena calidad, en cantidad suficiente, a la presión necesaria, a toda hora y en todos los puntos de la población.

Fig. 25 Red de Distribución trabajando por gravedad

78

Aspectos técnicos

Red de distribución es el conjunto de tuberías que se instalan subterráneamente en las calles de una población y de las que se derivan las tomas domiciliarias que entregan el agua en la puerta de la casa del usuario.

Las redes están formadas por tuberías principales, llamadas también de circuito, troncales o maestras y por tuberías secundarias o de relleno que son las que se derivan de la primera.

Fig. 26 Red de circuitos

Cuando la traza de la población forme una malla que permita instalar circuito, estos se localizarán en las calles más densamente pobladas o cerca de ellas en caso de que el tránsito de vehículos o establecimientos comerciales u otras instalaciones subterráneas, así lo requieran. Se situarán a distancias de 600 a 700m unas de otras, aunque a veces por la densidad de población estas distancias se acorten.

Si la disposición de la población es tal que no permita formar circuitos, tales como poblaciones alargadas a orillas de una carretera, la tubería principal queda en “línea abierta”.

79

Fig. 27 Red abierta

Localizadas las calles por las que se instalarán las tuberías de circuitos, las calles restantes se cubrirán con tuberías de relleno. Estas tuberías pueden ser de plástico rígido clase Rd-26 con diámetros de 50 y 60 mm (2” y 2 ½“) de diámetro, y en poblaciones rurales de 50mm (2”). Pueden también emplearse fierro galvanizado, pero en casos excepcionales solamente.

Los diámetros de tuberías en circuitos generalmente van desde 150mm (6”) hasta 600mm (24”). Para la justificación de estos diámetros se considerará la densidad de la población del área por servir. Se usarán tuberías de acero o de concreto reforzadas en los circuitos.

Es importante no perder de vista que solo se proyectará la instalación de tubería en las calles que tengan como mínimo 12 casas habitación.

Las tuberías que integren la red deben tener capacidad para satisfacer adecuadamente el consumo destinado a la población, y cuando el caso lo requiera, el consumo propio para incendio, así como la presión necesaria para dar servicio continúo a todas las zonas de la población. Deben tomarse las medidas necesarias para que la buena calidad del agua se conserve.

La presión máxima no debe exceder de 50 m.c.a en todos los casos. La mínima no debe ser menor de 15 m.c.a en poblaciones urbanas pequeñas de hasta 15000 habitantes actuales más o menos y de 10 m.c.a en poblaciones rurales. La presión máxima debe tomarse a partir de la superficie libre del agua en el tanque y la mínima a partir de la plantilla de dicho tanque.

Cuando se recurra al caso de instalar hidrantes para toma pública, la presión de estos debe ser como mínimo 3.00m y se localizarán en la periferia de la localidad preferentemente, procurando instalar el menor número de ellos.

80

Cuando en una localidad existen zonas con viviendas dispersas, se puede localizar estratégicamente, además de hidrantes, UNIDADES-AGUA integradas por hidrantes, sanitarios para ambos sexos, lavanderos, tendederos y corral para niños.

Cuando haya necesidad de considerar un consumo por incendio, al gasto medio de la población se debe sumar el gasto que se obtenga por el uso simultáneo de los hidrantes contra incendio, de acuerdo con el siguiente criterio:

Población en miles de hab.

Hidrantes de incendio en uso simultáneo

Localización del hidrante

20-50 2 de 12.6 l.p.s En el sitio más alejado al punto de alimentación de la red.

50-200 1 de 31.5 l.p.s 1 en la zona comercial o en el sitio más alejado al punto de alimentación de la red.

más de 200

2 de 31.5 l.p.s 1 en la zona comercial y otro en sitio más alejado al punto de alimentación de la red

81

Fig. 28 Croquis de Hidrante de Incendio de Pared

Cuando las poblaciones son topográficamente planas se diseña una red y si el desnivel entre el punto más alto y el más bajo es mayor a 40m se diseñan dos o más redes en formas escalonada de manera que la presión estática máxima sea de 50 m y mínima de acuerdo con lo ya indicado.

Estas redes deben estar alimentadas de la siguiente manera:

1.- Si la línea de conducción es por gravedad y tiene presión suficiente para llegar al depósito más alto, desde dicho depósito se irá alimentando a todas las zonas en forma escalonada. Si solo trae presión para llegar a un punto intermedio, desde allí se alimentará por gravedad a las zonas más bajas y por bombeo a las más altas.

2.- Si la conducción es por bombeo, el agua se llevará hasta la red más baja y desde allí por sucesivos rebombeos se irán alimentando las zonas altas siguientes en forma tal que el bombeo vaya siendo cada vez menor.

Es conveniente que estas redes estén completamente desconectadas unas de otras para no dar lugar a conexiones equivocadas que arruinen la división de la red en niveles y den al traste con su funcionamiento. Si se desea ligar estas redes, deberá ser mediante cajas rompedoras de presión o válvulas reductoras de presión.

82

Fig. 29 Red de distribución de dos circuitos con caja rompedora de presión

CALCULO HIDRÁULICO

Para el cálculo de la red se considerará la zona urbana presente en la fecha del proyecto y de acuerdo con sus densidades actuales y probables.

Secuela de cálculo.

Se procede al cálculo hidráulico de la siguiente manera:

1.- Sobre el plano de la población se trazarán las tuberías de circuito y de relleno localizadas en la forma indicada anteriormente; se anotará la longitud de cada tramo de calle y se enumerarán ordenadamente los cruceros. También se deberán tener las elevaciones topográficas de cada crucero.

2. Se supone el escurrimiento del agua en la red, para lo cual se puede establecer sin mucho error que el agua es alimentada por las líneas principales con sus áreas de influencia.

3.- Se obtendrá la longitud total de la red sumando todas las longitudes de los tramos de calle.

4.- Se calcula el coeficiente de gasto por metro lineal de tubería, llamado también gasto específico o gasto unitario, el cual resulta de dividir el gasto máximo horario entre la longitud total de la red.

qe= Qmax .horarioLong .Tot . de la red

5.- Se calculan los gastos parciales en cada tramo de la red, multiplicando el gasto especifico por la longitud correspondiente a cada tubo. Los gastos que salen de las tuberías principales a las de relleno se determinan de forma idéntica (q = qe * l). A las tuberías de relleno que les entra el agua por los dos extremos según la suposición del escurrimiento del agua, del paso 2, este gasto parcial calculado se divide entre dos suponiendo ahora que por cada extremo entra la mitad del caudal.

6.-Se ubica el punto de equilibrio piezométrico en cada uno de los circuitos, estos puntos se deben localizar en el lado opuesto a la alimentación y deben llenar la condición de que la suma de las pérdidas de carga encontradas por una rama sea igual a la suma de las pérdidas de carga de la otra rama.

83

Fig. 30 Punto de equilibrio hidráulico

7.- Se determinan los gastos acumulados en las líneas principales, siguiendo en la acumulación exactamente el sentido opuesto al de la suposición del escurrimiento. Se estiman los diámetros preliminares de estas mismas tuberías en función de los gastos que por ellas fluye. Considerar que los diámetros disminuyen a medida que se alejan del punto de alimentación.

8.- Ajuste del funcionamiento hidráulico de la red por el método de Hardy Cross.

Con respecto a la acumulación de gastos, es necesario aclarar que cuando un gasto Q llega al circuito se divide en 2 partes: una que va por un sentido del circuito hasta el punto de equilibrio y otra parte va por el otro sentido también hasta el punto de equilibrio; los 2 gastos Q1 y Q2 suman el gasto Q que llega a dicho circuito. Si la red consta de un solo circuito, la acumulación se hace partiendo del punto de equilibrio, sumando todos los gastos parciales en un sentido primero hasta llegar al punto de entrada al circuito y después en otro sentido desde el mismo punto de equilibrio hasta el punto de entrada. Es decir, que se sigue un camino inverso del que sigue el agua en su distribución.

Para el ajuste hidráulico se procede de la siguiente manera, fijados los diámetros y elegido el punto de equilibrio de acuerdo con el escurrimiento supuesto, se determinan las pérdidas de carga en las dos ramas en que se supone escurre el agua desde el punto de entrada al circuito hasta el punto de equilibrio.

Si la pérdida de carga con que se llega en un sentido es igual al del otro sentido, el problema está resuelto y los diámetros y los escurrimientos supuestos son los correctos, de lo contrario se procederá a hacer otro tanteo modificando los diámetros supuestos o moviendo el punto de equilibrio, o modificando los gastos. Se procede de esta manera en forma sucesiva hasta lograr que la pérdida de carga una y otro sentido sean iguales o tengan una diferencia razonable.

Cuando la red es más complicada, es decir, cuando está formada por más de tres circuitos, este procedimiento se hace más laborioso; en estos casos en vez de modificar diámetros o puntos de equilibrio se modifican los gastos: para ello el procedimiento de Cross aconseja hacer correcciones sucesivas modificando los

84

gastos en uno y otro sentido según lo indique el signo de corrección (Q1+∆;Q2−∆ ¿

hasta tener una diferencia aceptable de cargas.

Esta corrección se hace mediante la siguiente fórmula: ∆=−∑ h f 1−∑ h f 2

n∑ HQ

En donde:

∆= Corrección.

∑ hf 1 = Pérdidas de carga en el sentido positivo.

∑ hf 2 = Pérdidas de carga en el sentido negativo.

∑ HQ

= Suma algebraica de las relaciones de pérdidas de carga a gastos en los

dos sentido.

n = Coeficiente (para Manning = 2; para Williams y Hazen n= 1.85)

En los tramos de circuitos comunes la corrección es (∆1¿−(∆2) con sus respectivos signos.

SIGNOS. A partir del vértice de entrada en el circuito, el flujo del agua se bifurca entre las 2 ramas, entonces, el flujo en una rama será en el sentido del reloj por lo que los caudales tendrán un signo(generalmente positivo), mientras que la otra rama sigue el sentido contrario y los caudales tendrán también signo contrario (generalmente signo negativo). Es importante hacer notar que la asignación de los signos se refiere únicamente a los gastos y no a las pérdidas de carga. Por otra parte, el denominador Hf/Q tiene siempre signo positivo. Debe ponerse cuidado en los signos del numerador.

85

EJEMPLO DE CALCULO DE RED DE DISTRIBUCIÓN CERRADA

DATOS:

Único Circuito

Elevación Plantilla de la Tanque= 170m

Qmaxh= 26 l.p.s

Longitud total de la red= 2910m

La red a calcular es la siguiente:

86

Fig. 31 Red de distribución cerrada sin corrección.

Se anexa la tabla con los cálculos de la red.

87

1--2 100 13.31 6 0.3412 0.0252--3 90 11.24 6 0.2189 0.019473--4 95 9.08 6 0.1508 0.01664--5 100 6.96 4 0.7829 0.112485

5--10 100 6.06 4 0.5935 0.0979310--15 100 2.41 4 0.1879 0.055115--20 90 0.81 4 0.00954 0.01177

2.2761--6 90 12.84 6 0.2866 0.02232

6--11 80 10.23 6 0.16125 0.0157611--16 80 7.8 6 0.09374 0.0120116--17 105 7.08 4 0.8507 0.12015517--18 95 4.96 4 0.3777 0.0761518--19 100 2.94 4 0.1397 0.0475119--20 100 0.9 4 0.01309 0.01454

1.92278 0.6468

26 8 1.39

H (5)D (plg) (4)Q (lps) (3) H/Q (6)

+

-

Unico

Tanque-1 500

Longitud (m) (2)Tramo (1)Circuito

Tabla 21. Cálculo Hidráulico de la Red de Distribución. (Parte 1)

Tabla 22. Cálculo Hidráulico de la Red de Distribución. (Parte 2)

k6= 19.62 k4=161.63k3=779.44 k2=6515.63

Constante Manning (tabla 17)

170 170 0168.61 150 18.61

13.04 6 0.3275 168.2825 150 18.282510.96 6 0.2082 168.0743 149 19.0743

8.81 6 0.1508 167.9235 148 19.92356.69 4 0.7233 167.2002 147 20.20025.79 4 0.5418 166.6584 146 20.65843.14 3 0.7685 165.8899 135 30.8899

0.537 2 0.3847 165.5052 130 35.50523.1048

13.11 6 0.2979 168.3121 149 19.312110.5 6 0.1698 168.14 148 20.14

8.073 6 0.1004 168.04 135 33.047.353 6 0.1093 167.93 133 34.935.233 4 0.4205 167.51 132 35.513.213 3 0.8046 166.71 131 35.711.173 2 0.8965 165.81 130 35.81

2.799

H1 (10)D (plg) (9)Q1 (8)

∆= -(∑h(+ ) -(∑h(-)/(n∑H/Q) n= 2 (Manning) n=1.85 (Hazen)

∆=-(2.276-1.92278 )/((2)(.6468)) = .27305

Carga Disponible (13)

Correccion (7) Cota Piezometrica (11)

Cota Terreno (12)

88

Llenado de la tabla

(1).- Se indican los tramos de tubería según el cruce en el que estén, y se agrupan según el régimen de flujo, si es positivo y negativo.

(2).- Se coloca la longitud de la tubería en su respectivo tramo.

(3).- El gasto acumulado se obtiene sumando cada uno de los gastos unitarios de la tubería, pero en sentido inverso al flujo propuesto, desde el punto de equilibrio hasta el inicio de la distribución.

(4).- El cálculo del diámetro se hace mediante la fórmula de Bresse. D=√Q X 1.2. Se utiliza el valor en pulgadas, inmediato superior.

Ejemplo

Si se tiene un gasto en una tubería de 20 l.p.s, que diámetro de tubería deberá utilizar.

Q= 20 l.p.s = 0.020m3/s

D=√0.02 X 1.2= .1697m

El resultado se multiplica por 39.37 para convertirlo a pulgadas.

.1697x39.37=6.68 plg. El diámetro inmediato superior comercial sería de 8”

(5).- Para obtener el valor de H, se utiliza la siguiente fórmula.

H=KLQ2

Donde H= pérdida de energía en m

K= Coeficiente de Manning según diámetro y tipo de material (véase en tabla 17, pág. 59)

Q= Gasto acumulado en la tubería.

Ejemplo.

Con los datos del ejemplo anterior calcúlese la pérdida de energía en una tubería de 120m en tubería de PVC.

K (según tabla 17) para tubería de 8 de PVC = 4.11

H=4.11 (120) (.02)2= .19728 m.c.a

89

(6).- En esta columna, se divide la pérdida de carga obtenida entre el gasto que fluye por la tubería (en l.p.s)

Con los datos anteriores tenemos que H/Q= .19728/20 =0. 009864

(7).- El procedimiento de Cross aconseja hacer correcciones sucesivas modificando los gastos en uno y otro sentido según lo indique el signo de corrección (Q1+∆;Q2−∆ ¿ hasta tener una diferencia aceptable de cargas.

Esta corrección se hace mediante la siguiente fórmula: ∆=−∑ h f 1−∑ h f 2

n∑ HQ

En donde:

∆= Corrección.

∑ hf 1 = Pérdidas de carga en el sentido positivo.

∑ hf 2 = Pérdidas de carga en el sentido negativo.

∑ HQ

= Suma algebraica de las relaciones de pérdidas de carga a gastos en los

dos sentido.

En los tramos de circuitos comunes la corrección es (∆1¿−(∆2) con sus respectivos signos.

(8).- Con el factor de corrección ∆ obtenido, se procede a hacer el cálculo de un nuevo gasto.

Se debe respetar el signo que lleva el factor de corrección, para en su caso sumar o restar al gasto acumulado de un tramo de tubería.

(9).- Se recomienda calcular el diámetro de nuevo para observar si la tubería calculada anteriormente puede servir para el nuevo gasto calculado.

(10).- Con el gasto corregido se calculan nuevamente las pérdidas por fricción de todos los tramos y se realiza la sumatoria por ramal para obtener la igualdad buscada en la Columna 6, en caso de que esto no suceda se repiten los pasos 7, 8, 9 y 10 hasta que se logre la igualdad o se tenga la diferencia de una unidad.

∑ hf 1=¿ ∑ hf 2

90

(11).- Para la cota piezométrica se inicia el cálculo en el nivel de plantilla del tanque, y se le va restando cada pérdida de carga obtenida en la columna (10).

Se resta la carga según el sentido de flujo.

(12).- Cota de terreno, es la elevación de cada crucero.

(13).- La carga disponible es igual a la diferencia entre el nivel piezométrico, y el nivel de terreno. Se define como la presión en metros por columna de agua.

Se anexa el plano de la red con los gastos y pérdidas corregidos. El problema se ha resuelto cuando las pérdidas en ambos sentidos son similares. (+H1 = - H1)

91

Fig. 32 Red de distribución cerrada con corrección.

92

EJEMPLO DE CALCULO DE RED DE DISTRIBUCION ABIERTA.

Gasto max. Horario (l/s) suma de log. coeficiente "q" Coeficiente devirtual l/s *m maning

0.3441 1125.86 0.0003056 0.009

Datos

Longitud virtual: Este concepto se utiliza cuando el tramo analizado tiene toma domiciliaria de un solo lado ó de ambos lados de la calle, se expresa en metros.

Gasto unitario: q= Gasto maximo horario/ suma de longitud virtual

q=0.3441 /1125.86= 0.0003056 l.p.s.

Fig. 33 Ejemplo: Red de distribución abierta

93

Tabla de cálculo:

CRUCERO

REAL FRENTESTT 1 1 102.73 2 205.461 2 2 197.97 2 395.942 3 3 28.90 0 03 4 4 296.31 1 296.31

3 5 5 54.94 1 54.94

1 6 6 173.21 1 173.21

854.06 1125.860.3441 0.3441

0.0003056

DE

QMH (lps)=q (lps/m)=

SUMATORIA (m)=

A VIRTUAL

TRAMO LONGITUD

GASTOS(LPS) DIAMETRO(mm)

PROPIOS ACUMULADOSTEORICO COMERCIAL(plg) (plg)

       0.0628 0.3441 0.69 20.1210 0.2284 0.56 20.0000 0.1074 0.39 20.0906 0.0906 0.36 2       0.0168 0.0168 0.15 2       0.0529 0.0529 0.27 2

Se indican los tramos a

Longitud real del tramo

Se indican los lados a

abastecer de la tubería

Es la multiplicación de la longitud

real por el número de

frentes

Longitud virtual *Gasto

unitario q

Según el plano: se suman los

gastos propios de los tramos: 2-3 3-4 y 3-5

La suma acumulada de los tramos *se

inicia de

D=1.2Q0.5

Q= Gasto acumulado

Se elige un diámetro

permisible, comercial.

94

DIAM. k PERDIDAS DE CARGA

INTERIOR 0.009 CARGA DISPONIBLE(m) 0.011 (m) ( m )

699.48 699.48PEAD RED-21 0.053 5153.60 0.063 699.42 672.29 27.13PEAD RED-21 0.053 5153.60 0.053 699.36 666.54 32.82PEAD RED-21 0.053 5153.60 0.002 699.36 668.77 30.59PEAD RED-21 0.053 5153.60 0.013 699.35 664.96 34.39

PEAD RED-21 0.053 5153.60 0.000 699.35 668.36 30.99

PEAD RED-21 0.053 5153.60 0.003 699.35 673.49 25.86

COTAS

PIEZOM TERRENOMATERIAL

PRESUPUESTO

El presupuesto debe de coincidir con el desglose o programa de acciones actualizado, las operaciones deberán estar correctamente realizadas tanto horizontal como verticalmente.

Los precios unitarios no deben exceder en un 10 % a los establecidos en el catálogo vigente de la CONAGUA.

Cada partida de obra se desglosará en conceptos, los cuales, deben de reflejar un procedimiento breve de construcción; dichos conceptos deberán coincidir con los volúmenes de obra calculados en el apartado de números generadores, además de incluir su especificación correspondiente al final del expediente.

Tabla

Perdida de carga en igual a: K*Longitud Real*(Gasto acumulado/1000)2

K=10.3¿¿

Diferencia de cotas: Piezométrica

menos de terreno

Se extraen del plano

Cota de terreno en la regularización menos la perdida de carga de cada

tramo

95

EJEMPLO PARA LA ELABORACION DE NUMEROS GENERADORES.

A continuación se presenta un ejemplo para la elaboración de números generadores para un tramo 1-2.

LONGITUD ZANJA (M)

PROFUNDIDADZANJA (M)

ANCHO ZANJA (M)

DIAMETRO (PULG)

1 2 100 1.15 0.75 8

TRAMO

Tramo: se indican los nodos de inicio y término del tramo a cuantificar.

Longitud: Es la distancia entre nodos en metros.

Profundidad de zanja: Es la profundidad a excavar.

Ancho de zanja: Depende del diámetro de la tubería ver tabla 24 (pág. 95).

Diámetro: Es el diámetro óptimo obtenido en el cálculo para el correcto funcionamiento hidráulico.

VOLUMEN DE TUBO

(M3)

ESPESOR PLANTILLA

(M)

PLANTILLA APISONADA

(M3)

RELLENO APISONADO

(M3)

RELLENO COMPACTADO

(M3)MAT C (30 %) MAT B (70%)

3.24292787 0.1 25.875 60.375 7.5 34.49707213 41.01TOTAL 86.25

EXCAVACIÓN (M3)

Volumen del tubo: Es el resultado de la multiplicación del área del tubo (Tabla 23, pág. 95) por la longitud del tramo.

1

2

100 ml- 8”

96

Espesor plantilla: Al igual que el ancho de la zanja este depende del diámetro de la tubería. (Tabla 24, pág. 95)

Excavación: Para obtener el volumen excavado se multiplican las columnas: longitud*ancho de zanja*profundidad de zanja.

Si se consideran materiales mixtos se deberá afectar el total por los porcentajes (en decimal) según el tipo de suelo a excavar como se indica en el ejemplo.

MAT B (70%) = 86.25*0.70 =60.375

Plantilla apisonada: Se obtiene multiplicando:

Ancho de la zanja * Longitud de tramo * Espesor plantilla.

Relleno apisonado: El relleno apisonado se calcula a partir de la base del tubo hasta el inicio del relleno compactado.

Se utilizan 30 cm como protección al tubo.

Fig 34 Detalle de Zanja

= (Longitud * ancho zanja) * (0.30 + Diámetro)

A este resultado se le resta el volumen del tubo, así se obtiene la columna de relleno apisonado.

Relleno compactado: Para el cálculo del volumen de Relleno compactado se deben seguir los siguientes pasos:

97

1.- A la profundidad total de la zanja se le resta el espesor de la plantilla, el diámetro del tubo en centímetros y los 30 centímetros de la protección del tubo:

(1.15-0.10-0.30-0.2032)= 0.5468 cm (este resultado es el espesor del relleno compactado)

2.-Se multiplican: La longitud del tramo * el ancho de la zanja * el espesor del relleno compactado:

(100 * 0.75 * 0.5468) = 41.01 m3

El resultado el volumen total del relleno compactado del tramo 1-2

A modo de comprobación se realiza la suma de las siguientes columnas:

VOLUMEN DE TUBO (M3)

PLANTILLA APISONADA (M3)

RELLENO APISONADO (M3)

RELLENO COMPACTADO (M3)

3.24292787 7.5 34.49707213 41.01

Total 86.25

El resultado debe ser semejante al total de la excavación.

MAT C (30 %) MAT B (70%)25.875 60.375

TOTAL 86.25

EXCAVACIÓN (M3)

98

DIAMETRO (PLG) AREA2 0.00203

2 1/2 0.00317 3 0.00456 4 0.00811 6 0.01824 8 0.03243 10 0.05067 12 0.07297 14 0.09931 16 0.12972 18 0.16417 20 0.20268 24 0.29186 30 0.45604 36 0.65669 42 0.89383 48 1.16745

Tabla 23. Áreas de tuberías Tabla 24. Dimensiones de zanja

Tomas Domiciliarias

Las tomas domiciliarias se cuantifican por unidad ya que el concepto que se maneja define correctamente el proceso constructivo, por lo cual su unidad de medida será por TOMA.

Ejemplo:

Toma Domiciliaria de 0.00 a 4.00 metros de longitud en material “A y/o B” por método tradicional, incluye excavación para zanjas en material seco, relleno compactado al 85 %, limpieza de la zona de trabajo, instalación de tubería de polietileno de alta densidad de 13 mm, suministro e instalación de todos los materiales indicados por el plano e instalación de hidrotoma para 3 o 4” de diámetro.

TOMAS DOMICILIARIAS

CORTAS

TOMAS DOMICILIARIAS

LARGAS0 A 4 METROS 0 A 8 METROS

1 0

99

Válvulas y Piezas especiales:

La cantidad de válvulas y piezas especiales que se obtienen en el plano, se indican en los números generadores.

Acarreo:

La transportación de los materiales desde el lugar de compra, excavación, banco etc, hasta el sitio de su utilización en las obras.

El acarreo de materiales pétreos, arena, grava material de banco o producto de excavación debe indicarse en los números generadores en m3 para un acarreo de 1 km.

Para kilómetros subsecuentes se medirá en ton-km este será el que resulte de multiplicar las toneladas de material empleado por el número de kilómetros de acarreo.

EJEMPLO PARA LA ELABORACIÓN DEL PRESUPUESTO

Para el siguiente ejemplo se utilizaron algunos de los conceptos generales en la construcción de una línea de conducción de agua potable.

El costo total de la obra deberá coincidir con los anexos modificatorios actualizados; el nombre de la obra, los montos y beneficiarios corresponderán exactamente.

100

PRESUPUESTO

Fig. 35 Ejemplo de un presupuesto de obra

Cada partida de obra debe subdividirse en conceptos, cada uno de ellos lleva una breve

descripción de su proceso constructivo; la totalidad de los conceptos aquí indicados

deberán contar con su especificación

Cantidades de obra

calculadas en números generadore

s.

Unidad de medida

del concepto

Los precios unitarios de cada

concepto no deben exceder en

10% de los indicados en el catálogo de la

CONAGUA

Clave de concepto

Total de

cada partid

a

Sub total

I V A

TOTAL

Folio

Sello

101

PROGRAMA DE EJECUCIÓN DE OBRA.

Para elaborar el programa de ejecución de obra es necesario revisar los planos del proyecto y especificaciones, para hacer un plan tentativo, por medio del cual se elaborará el método de realización del trabajo en sus principales puntos, definiendo así un programa de trabajo.

En la programación de la obra se tomaran en cuenta los factores que afectan su alcance, con esto se podrá tomar la fecha más ventajosa de realización de un proyecto y así poder estimar los tiempos y recursos necesarios, la finalidad de programar una obra es la de mostrar los tiempos en los que deban de iniciar y terminar las secuencias de actividades consideradas, mediante un diagrama de barras, se determinan las actividades principales, su duración y representarlas a cierta escala de manera que, a cada actividad le corresponde un renglón de la lista, según el orden de ejecución de las actividades, situándose la barra representativa de cada actividad a lo largo de una escala de tiempos efectivos( hrs, semanas, jornadas, etc.). La dimensión de la barra se puede reducir de manera de obtener una fecha de terminación deseada, tomando en cuenta los rendimientos de mano de obra y maquinaria para conformar los tiempos efectivos.

El programa de obra, tiene como objetivo determinar los tiempos de realización de las distintas actividades que comprenden el proyecto y la coordinación de las mismas, a fin de poder calcular la duración total, para efectuar este procedimiento debemos desglosar adecuadamente las actividades que intervendrán en el proyecto y la secuencia general de trabajo; las actividades se interrelacionan entre sí, dentro de una secuencia lógica.

Cuando una obra se encuentra retrasada, una solución no es recomendable para terminarla en la fecha indicada, es apresurar las actividades que más tiempo nos afecta dentro de un proceso productivo despreciando a veces recursos de material y mano de obra en actividades que nos definen la duración del proyecto.

Ruta crítica

Es el sistema de programación y control que permita conocer las actividades que definen la duración de un proceso productivo. Donde cualquier proceso productivo consta de 3 fases: Planeación, Programación y Control.

El uso de la programación de la ruta crítica, permite la asignación de actividades y proporcionar los tiempos de duración de estas efectuando los cálculos rápidamente, para la ejecución del proyecto.

102

EJEMPLO DE UN PROGRAMA DE EJECUCIÓN DE OBRA

Tabla. 25 Ejemplo de programa de ejecución de obra (parte 1)

CLAVE

CONCEPTO

Fechas de inicio y término deben coincidir con las indicadas en la cédula información.

103

Tabla. 26 Ejemplo de programa de ejecución de obra (parte 2)

Tiempo de ejecución programada Porcentaje

de avance físico y financiero

Sell

104

PLANOS

El plano debe ser adecuado para la construcción, en este se deben de incluir ciertos detalles para su elaboración.

- Croquis de

localización.

Fig. 36 Croquis de localización en plano.

105

Se hace un pequeño croquis de la localidad o lugar con el fin de tener referencias sobre la ubicación en donde será la obra en cuestión. (Se coloca en la esquina superior derecha

generalmente)

- Notas

Fig. 37 Notas en plano

106

Se dan a explicar puntos a considerar en cuanto a la obra, recomendaciones o advertencias.

- Datos básicos de proyecto

Fig. 38 Datos básicos de proyecto.

Se indican los datos primordiales que se calcularon con anterioridad para la elaboración del proyecto y su correcto funcionamiento. (Por lo general se colocan abajo del croquis de localización.

- Simbología

Se indica la simbología utilizada en el plano para diferenciar cada elemento de este.

107

Fig. 39 Simbología en el plano

- Cuadro de piezas especiales

Aquí se detalla el tipo de pieza utilizar, la ubicación de esta, según el nodo donde se encuentra. Si existen piezas repetidas basta con poner el número de nodo donde se encuentre en un mismo diagrama.

Fig. 40 ejemplo de piezas especiales

- Detalle de zanja

108

Fig. 41 Detalle de zanja en plano.

En caso de que la tubería este bajo tierra se hará el dibujo del detalle de zanjas. Esta sección es la que se utilizará para elaborar el cálculo de los volúmenes de obra. Los distintos espesores deben de coincidir con los utilizados en los números generadores.

En el caso de utilizar tubería de acero, se indica la sección del encoframiento.

- Cantidades de obra

109

Fig. 42 ejemplo de cantidades de obra calculadas en números generadores e indicados en plano

Se indican los volúmenes obtenidos en los números generadores, en sí, es un resumen de los volúmenes de obra obtenidos.

- Cuadro de Construcción

Fig. 43 Datos generales del plano

110

Debe contar con los datos básicos tales como: Nombre del proyecto u obra a realizar, Nombre del plano, Municipio con clave, localidad con clave, Escala utilizada, responsables de la obra, Lugar y fecha de elaboración.

- Obra Civil

Fig. 44 Obra civil, necesaria para justificar los cálculos realizados y para la elaboración de la obra.

Son aquellas obras desarrolladas por medio de la utilización de conocimientos como la física, hidráulica y el álgebra, que contribuyen a la hora del diseño y construcción de infraestructura, para llegar a una solución del problema.

111

112

Fig. 45 Vista general del plano.

Localización

Detalle de zanja

Cantidades de obra

Datos básicos

Cuadro de cruceros

Notas

Simbología

Cuadro de construcción

Obra civil

113

ESPECIFICACIONES

Para la integración de expedientes técnicos en este apartado se debe consultar las ESPECIFICACIONES GENERALES PARA LA CONSTRUCCIÓN DE SISTEMAS DE AGUA POTABLE Y ALCANTARILLADO EDICIÓN 2014, en donde:

• Cada concepto está identificado con una clave, misma que existe sola o formando parte integral de un grupo de conceptos semejantes que para evitar especificaciones repetitivas se maneja como una sola. En general los conceptos seleccionados representan la mayoría de los trabajos que competen a las obras de Agua Potable y Alcantarillado; sin embargo, sería utópico presuponer que resuelvan de manera integral todas las alternativas de un Proyecto, por lo que para los trabajos adicionales que pudiesen existir en una obra determinada o en la elaboración de un Catálogo de Conceptos para Concurso, es conveniente asignarles una clave acorde con la nomenclatura aquí propuesta dándole un ordenamiento racional. Estos conceptos adicionales, tomando en cuenta su grado de repetición, previa solicitud de las Unidades Administrativas serán estudiados e incorporados a esta edición.

• En caso de que las condiciones de una obra específica difieran con lo aquí asentado, las variaciones se deben indicar generando un nuevo concepto, pero tomando como base el que se encuentra ya definido, al que se le harán las adecuaciones en las Especificaciones Particulares; indicando únicamente las adiciones o cancelaciones según la naturaleza de los trabajos; esto permitirá el análisis y elaboración de los precios unitarios requeridos.

114

Referencias Bibliográficas y Virtuales.

• Comisión Nacional del Agua. (2013). Reglas de Operación para los Programas de Infraestructura Hidroagrícola y de Agua Potable, Alcantarillado y Saneamiento a cargo de la Comisión Nacional del Agua, aplicables a partir de 2014. Distrito Federal, México.

• López, P. (1994). ). Abastecimiento de agua potable y disposición y eliminación de excretas. IPN.

• Gutiérrez Fco. (2007). Criterios de diseño para infraestructura de agua potable. México

• Valdez E. (1990). Abastecimiento de Agua Potable. UNAM, Facultad de Ingeniería Civil y Topografía y geodésica, Depto. de Ingeniería Sanitaria.

• GRUNDFOS. (2003). Selección de equipos de bombeo sumergibles. Guanajuato, México

• DURMAN. (2007). Manual Técnico y de Instalación, Sistema Hidráulico para Agua a Presión.

• Hidráulica e hidrología de Durango S.A de C.V. (2013). Planos Constructivos. Durango, México.

• Galeana C. (2008). Apuntes de la clase de Abastecimiento de Agua potable. I.T.D. Depto. De Ciencias de la Tierra, Durango, México.

• Sitio oficial de la CONAGUA, http://intranet.conagua.gob.mx.