GUIA DE OPCIONES TECNOLÓGICAS PARA SISTEMAS DE ABASTECIMIENTO DE AGUA PARA CONSUMO HUMANO Y SANEAMIENTO EN EL AMBITO RUR
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ANEXO. COMPONENTES HIDRÁULICOS DEL SISTEMA DE AGUA POTABLE 15. CÁMARAS ROMPE PRESIÓN PARA CONDUCCIONES INDICE
15. CÁMARAS ROMPE PRESIÓN PARA CONDUCCIONES...........................................2 1
MEMORIA DESCRIPTIVA......................................................................................2
2
MEMORIA CÁLCULO HIDRAÚLICO.....................................................................3
2.1. 2.2. 2.3.
CÁLCULOS DE LA CÁMARA ROMPE-PRESIÓN PARA LÍNEAS CÁLCULOS DE LA CÁMARA ROMPE-PRESIÓN PARA LÍNEAS CÁLCULOS DE LA CÁMARA ROMPE-PRESIÓN PARA LÍNEAS
(Q md = 0.5 l/s)............3 (Q md = 1 l/s)..............6 (Q md = 1.5 l/s)...........9
3
MEMORIA CÁLCULO ESTRUCTURAL...............................................................12
3.1.
CÁMARA ROMPE PRESIÓN PARA LÍNEAS......................................................................12
4
METRADOS.........................................................................................................15
4.1. 4.2. 4.3.
PLANILLA............................................................................................................................ 15 GENERAL........................................................................................................................... 16 METRADOS DE ACERO..................................................................................................... 19
5
ESTRUCTURA DE PRESUPUESTOS.................................................................20
6
ESPECIFICACIONES TÉCNICAS........................................................................21
7
MANUAL DE OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO................................................33
7.1. 7.2. 7.3. 7.4. 7.5.
INTRODUCCIÓN................................................................................................................. 33 INFRAESTRUCTURA EN LÍNEAS DE CONDUCCIÓN......................................................33 OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO.....................................................................................35 MANTENIMIENTO PERIÓDICO DE LA LÍNEA DE CONDUCCIÓN....................................37 RECOMENDACIONES........................................................................................................ 38
8
PLANOS...............................................................................................................39
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15. CÁMARAS ROMPE PRESIÓN PARA CONDUCCIONES 1
MEMORIA DESCRIPTIVA
Las Cámaras Rompe Presión (CRP) para líneas son proyectadas en lugares estratégicos para reducir las presiones en las líneas de conducción que puedan superar los 50 mca afectando a la tubería, según el trazado de las líneas en función a la topografía del terreno que debe realizar el proyectista. La CRP cuenta con una tubería de entrada y una tubería de salida de diámetros variables de acuerdo a los planos de redes proyectadas. La estructura será de concreto armado f’c=280 kg/cm2 en su cámara húmeda. La CRP tendrá 01 elemento de limpieza y rebose con tubería PVC de 2“ y dado móvil de concreto simple f´c=140 kg/cm2 Las cámaras poseerán tapas sanitarias metálicas e=1/8” de 0.60 x 0.60 mts para la cámara seca y cámara húmeda respectivamente.
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2
MEMORIA CÁLCULO HIDRAÚLICO
Al existir fuerte desnivel entre la captación y algunos puntos a lo largo de la línea de conducción, pueden generarse presiones superiores a la máxima que puede soportar la tubería. En este caso se sugiere la instalación de cámaras rompe-presión cada 50 m de desnivel. Se recomienda: - Una sección interior mínima de 0,60 x 0,60 mt, tanto por facilidad constructiva como para permitir el alojamiento de los elementos. - La altura de la cámara se calculará mediante la suma de tres conceptos: Altura mínima de salida, mínimo 10 cm Resguardo a borde libre, mínimo 40 cm Carga de agua requerida, calculada aplicando la ecuación de Bernoulli para que el caudal de salida pueda fluir. - La tubería de entrada a la cámara estará por encima de nivel del agua. - La tubería de salida dispondrá de una canastilla de salida, que impida la entrada de objetos en la tubería. - La cámara dispondrá de un aliviadero o rebose. - El cierre de la cámara será estanco y removible, para facilitar las operaciones de mantenimiento. 2.1.
CÁLCULOS DE LA CÁMARA ROMPE-PRESIÓN PARA LÍNEAS (Q md = 0.5 l/s)
2.1.1. Cámara Rompe Presión Se conoce:
Qmd = 0.500 l/s (Caudal máximo diario) D = 1.0 pulg Ilustración 1: Cámara rompe presión
Del gráfico: A : Altura mínima = 10.0 cm = 0.10 m H : Altura de carga requerida para que el caudal de salida pueda fluir BL: Borde libre = 40.0 cm = 0.40 m Ht : Altura total de la Cámara Rompe Presión
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Entonces:
Ht = A + H + BL
Para determinar la altura de la cámara rompe presión, es necesaria la carga requerida (H). Este valor se determina mediante la ecuación experimental de Bernoulli. Se sabe: 2
H=1 .56∗
V 2∗g
y
V=
Q A
V = 0.99 m/s Reemplazando en:
V2 H=1 .56∗ 2∗g H = 0.077 m = 8 cm
Por procesos constructivos tomamos H = 0.4 m Luego:
Ht = Ht = Ht =
A + H + BL 0.1 + 0.4 + 0.4 0.90 m
Con menor caudal se necesitarán menores dimensiones, por lo tanto la sección de la base de la cámara rompe presión para la facilidad del proceso constructivo y por la instalación de accesorios, consideraremos una sección interna de 0.60 * 0.60 m. 2.1.2. Cálculo de la Canastilla Se recomienda que el diámetro de la canastilla sea 2 veces el diámetro de la tubería de salida. Dc = 2 x D Dc = 2 pulg La longitud de la canastilla (L) debe ser mayor 3D y menor que 6D L= (3 x D) x 2.54 = 7.62 cm L= (6 x D) x 2.54 = 15.24 cm Lasumido = 20 cm Área de ranuras:
Ar =7 mm ×5 mm=35 mm2 −2 2 Ar =35× 10 cm
Área total de ranuras At= 2 As, considerando As como el área transversal de la tubería de salida.
As=
π D s2 4
As = 5.07 cm2 At = 10.13 cm2 Área de At no debe ser mayor al 50% del área lateral de la granada (Ag)
4
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A g=0.5 × D g × L Ag = 50.80 cm2 El número de ranuras resulta:
N ° ranuras=
Área total de ranura Área de ranura
N° de ranuras = 29 2.1.3. Rebose La tubería de rebose se calcula mediante la ecuación de Hazen y Williams (C= 150)
D=4 . 63∗
Q
0. 38
C 0. 38 S0 . 21
Donde: D = Diámetro (pulg) Qmd = Caudal máximo diario (l/s) Hf = Pérdida de carga unitaria (m/m). Considera = 0.010 Entonces: D = 1.39 pulg Se considera una tubería de rebose de 2 pulg. RESUMEN Tabla 1: Resumen de diámetros mínimos Qmh Qmh Qmh
Rango 0-1.0lps 1.0-2.0lps 2.0-3.0lps
Diámetro mínimo 1.0 pulg 1.5 pulg 2.0 pulg
Elaboración: Programa Nacional de Saneamiento Rural
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2.2.
CÁLCULOS DE LA CÁMARA ROMPE-PRESIÓN PARA LÍNEAS (Q md = 1 l/s)
2.2.1. Cámara rompe presión Se conoce:
Qmd = 1.0 l/s (Caudal máximo diario) D = 1.0 pulg Ilustración 2: Cámara rompe presión
Del gráfico: A : Altura mínima = 10.0 cm = 0.10 m H : Altura de carga requerida para que el caudal de salida pueda fluir BL: Borde libre = 40.0 cm = 0.40 m Ht : Altura total de la Cámara Rompe Presión Entonces:
Ht = A + H + BL
Para determinar la altura de la cámara rompe presión, es necesario la carga requerida (H). Este valor se determina mediante la ecuación experimental de Bernoulli. Se sabe:
V2 H=1 .56∗ 2∗g
y
V=
Q A
V = 1.97 m/s Reemplazando en:
2
H=1 .56∗
V 2∗g
H = 0.310 m = 31 cm Por procesos constructivos tomamos H = 0.4 m Luego:
Ht = Ht = Ht =
A + H + BL 0.1 + 0.4 + 0.4 0.90 m
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Con menor caudal se necesitarán menores dimensiones, por lo tanto la sección de la base de la cámara rompe presión para la facilidad del proceso constructivo y por la instalación de accesorios, consideraremos una sección interna de 0.60 * 0.60 m. 2.2.2. Cálculo de la canastilla Se recomienda que el diámetro de la canastilla sea 2 veces el diámetro de la tubería de salida. Dc = 2 x D Dc = 2 pulg La longitud de la canastilla (L) debe ser mayor 3D y menor que 6D L= (3 x D) x 2.54 = 7.62 cm L= (6 x D) x 2.54 = 15.24 cm Lasumido = 20 cm Área de ranuras:
Ar =7 mm ×5 mm=35 mm −2 2 Ar =35× 10 cm
2
Área total de ranuras At= 2 As, considerando As como el área transversal de la tubería de salida.
As=
π D s2 4
As = 5.07 cm2 At = 10.13 cm2 Área de At no debe ser mayor al 50% del área lateral de la granada (Ag)
A g=0.5 × D g × L Ag = 50.80 cm2 El número de ranuras resulta:
N ° ranuras=
Área total de ranura Área de ranura
N° de ranuras = 29 2.2.3. Rebose La tubería de rebose se calcula mediante la ecuación de Hazen y Williams (C = 150) 0. 38
D=4 . 63∗
Q
C
0. 38 0 . 21
S
Donde: D = Diámetro (pulg) Qmd = Caudal máximo diario (l/s) Hf = Pérdida de carga unitaria (m/m). Considera = 0.010 Entonces: D = 1.81 pulg Se considera una tubería de rebose de 2 pulg.
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RESUMEN Tabla 2: Resumen Qmh Qmh Qmh
Rango 0-1.0lps 1.0-2.0lps 2.0-3.0lps
Diámetro mínimo 1.0 pulg 1.5 pulg 2.0 pulg
Elaboración: Programa Nacional de Saneamiento Rural
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2.3.
CÁLCULOS DE LA CÁMARA ROMPE-PRESIÓN PARA LÍNEAS (Q md = 1.5 l/s)
2.3.1. Cámara Rompe Presión Se conoce:
Qmd = 1.5 l/s (Caudal máximo diario) D = 1.5 pulg
Ilustración 3: Cámara rompe presión
Del gráfico: A : Altura mínima = 10.0 cm = 0.10 m H : Altura de carga requerida para que el caudal de salida pueda fluir BL: Borde libre = 40.0 cm = 0.40 m Ht : Altura total de la Cámara Rompe Presión Entonces:
Ht = A + H + BL
Para determinar la altura de la cámara rompe presión, es necesaria la carga requerida (H). Este valor se determina mediante la ecuación experimental de Bernoulli. Se sabe:
V2 H=1 .56∗ 2∗g
y
V=
Q A
V = 1.32 m/s Reemplazando en:
V2 .56∗ =H=1 0.138 m = 2∗g
14 cm
Por procesos constructivos tomamos H = 0.4 m Luego:
Ht = Ht = Ht =
A + H + BL 0.1 + 0.4 + 0.4 0.90 m
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Con menor caudal se necesitarán menores dimensiones, por lo tanto la sección de la base de la cámara rompe presión para la facilidad del proceso constructivo y por la instalación de accesorios, consideraremos una sección interna de 0.60 * 0.60 m. 2.3.2. Cálculo de la Canastilla Se recomienda que el diámetro de la canastilla sea 2 veces el diámetro de la tubería de salida. Dc = 2 x D Dc = 3 pulg La longitud de la canastilla (L) debe ser mayor 3D y menor que 6D L= (3 x D) x 2.54 = 11.43 cm L= (6 x D) x 2.54 = 22.86 cm Lasumido = 20 cm Área de ranuras:
Ar =7 mm ×5 mm=35 mm −2 2 Ar =35× 10 cm
2
Área total de ranuras At= 2 As, considerando As como el área transversal de la tubería de salida.
As=
π D s2 4
As = 11.40 cm2 At = 22.80 cm2 Área de At no debe ser mayor al 50% del área lateral de la granada (Ag)
A g=0.5 × D g × L Ag = 76.20 cm
2
El número de ranuras resulta:
N ° ranuras=
Área total de ranura Área de ranura
N° de ranuras = 65 2.3.3. Rebose La tubería de rebose se calcula mediante la ecuación de Hazen y Williams (C = 150) 0. 38
D=4 . 63∗
Q
C
0. 38 0 . 21
S
Donde: D = Diámetro (pulg) Qmd = Caudal máximo diario (l/s) Hf = Pérdida de carga unitaria (m/m). Considera = 0.010 Entonces: D = 2.12 pulg Se considera una tubería de rebose de 2 pulg.
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RESUMEN Tabla 3: Resumen Qmh Qmh Qmh
Rango
Diámetro mínimo
0-1.0lps 1.0-2.0lps 2.0-3.0lps
1.0 pulg 1.5 pulg 2.0 pulg
Elaboración: Programa Nacional de Saneamiento Rural
11
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3
MEMORIA CÁLCULO ESTRUCTURAL 3.1.
CÁMARA ROMPE PRESIÓN PARA LÍNEAS
Esfuerzo de tracción por flexión
ft =0.85 × f ' c
Fatiga de trabajo
fs=0.4 × Fy
Momentos en los muros
M =k × gm×( h−he)
Espesor de la pared
6 × M 0.5 e=( ) ft
Peralte efectivo
d=e−r
Área de acero vertical
Asv =
Mx fs× j ×d
Área de acero horizontal
Ash=
My fs × j× d
3.1.1.
0.5
3
Características de la estructura
Ancho de la caja Altura de agua Longitud de caja Profundidad de cimentación Borde libre Altura total de agua Peso específico promedio Capacidad portante del terreno Resistencia del concreto Esfuerzo de tracción por flexión Esfuerzo de fluencia del acero Fatiga de trabajo Recubrimiento en muro Recubrimiento en losa de fondo
B = h = L = he = BL = H= gm = st = f'c = ft = Fy = fs = r = r =
0.90 0.50 0.90 0.20 0.40 0.90 1,000.00 0.86 280.00 14.22 4,200.00 1,680.00 4.00 5.00
m m m m m m kg/m3 kg/cm2 kg/cm2 kg/cm2 kg/cm2 kg/cm2 cm cm
3.1.2. Diseño de los muros RELACION
B/(h-he) 3.00
MOMENTOS EN LOS MUROS
M=k*gm*(h-he)^3
0.5