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• Deiby Raul Castillo Ortiz

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APUNTES DE SANITARIA I – EMI-SC ING. WILLY A. ARZADUM E.

PLAN DE ASIGNATURA INGENIERIA SANITARIA I 1

DATOS REFERENCIALES

CARRERA

:

INGENIERIA CIVIL.

ASIGNATURA

:

INGENIERIA SANITARIA I

SEMESTRE

:

QUINTO

CÓDIGO

:

PES-CIV-05230

PRE REQUISITO

:

Hidrología, Hidráulica II

CARGA HORARIA: CARGA HORARIA SEMANAL SEMESTRAL 2

TEORIA 3 60

PRACTICA 2 40

LABORATORIO 0 0

TOTAL 5 100

JUSTIFICACION DE LA ASIGNATURA

La Ingeniería Sanitaria, es de vital importancia debido a que la demanda de agua potable en la actualidad es muy grande y el diseño e implementación de sistemas de abastecimiento de agua potable se constituye en una necesidad de primer orden.

Para cubrir esta necesidad es necesario que el estudiante adquiera conocimientos suficientes y necesarios para localizar de fuentes de agua, efectuar un análisis de la cantidad y calidad del agua y diseñar sistemas de almacenamiento, tratamiento y distribución de agua.

3

OBJETIVOS DE LA ASIGNATURA: 3.1

OBJETIVO GENERAL Capacitar al estudiante en el diseño de sistemas de captación, aducción, tratamiento, almacenamiento y de agua potable, para poblaciones urbanas, menores y de campaña.

3.2

OBJETIVOS ESPECIFICOS

APUNTES DE SANITARIA I – EMI-SC ING. WILLY A. ARZADUM E. 3.2.1 Analizar e interpretar la calidad de las aguas para abastecimiento de agua potable. 3.2.2 Determinar demandas de agua y proyectar poblaciones a futuro 3.2.3 Diseñar obras de captación y conducción de agua. 3.2.4 Dimensionar aducciones a presión. 3.2.5 Dimensionar aducciones por bombeo. 3.2.6 Potabilizar el agua por medio de sistemas de tratamiento. 3.2.7 Dimensionar redes de distribución de agua potable. 3.2.8 Dimensionar sistemas de almacenamiento de agua potable.

4

CONTENIDO MINIMO 4.1 Conceptos generales y requerimiento de agua 4.2 Calidad del agua suministrada 4.3 Criterios de diseño 4.4 Obras de captación, obras de conducción. 4.5 Potabilización de las aguas 4.6 Redes de distribución. 4.7 Sistemas de almacenamiento 4.8 Repaso y resumen de la materia. 4.9 Proyecto de curso. 4.10 Programas computacionales – Agua potable.

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5 PROGRAMA ANALITICO CAPITULO I CONCEPTOS GENERALES Y REQUERIMIENTOS DE AGUA Aspectos generales El agua es un símbolo universal de pureza y simplicidad. Sin embargo, nada es mas escaso que el agua pura y nada es menos simple que esta curiosa sustancia con sus sorprendentes propiedades físicas, químicas y biológicas. El filosofo griego Tales de Mileto, la considera el principio de todas las cosas, luego Empodocles de Agrigentum, Platon y Aristoteles la clasificaron como uno de los cuatro elementos de los cuales toda materia estaría compuesta por tierra, fuego, aire y agua. 1.1

1.2

Importancia en la salud pública Los abastecimientos de agua seguros, adecuados y accesibles, conjuntamente con un saneamiento apropiado, son, sin duda, necesidades básicas y componentes esenciales de la atension primaria de salud. Ellos pueden ayudar a reducir muchas de las enfermedades que afectan a las poblaciones menos privilegiadas, especialmente aquellas que viven en áreas rularles y urbano-marginales. El agua potable segura es factor importante en el control de muchas enfermedades. Esto en particular ha quedado bien establecido si se trata de enfermedades tales como la diarrea, cólera, fiebre tifoidea y paratifoidea, hepatitis infecciosa, disentería amebiana y bacilar. Se ha estimado que no menos del 80 por ciento de todas las enfermedades en el mundo se asocian con el agua no potable o de mala calidad. Las enfermedades transmitidas por el agua son aquellas transportadas por el agua contaminada con agentes infecciosos y estos pueden causar enfermedades. El control de estas enfermedades requiere de una mejor calidad del agua de abastecimiento.

1.3

Consideraciones básicas

1.4

Objetivos y conceptos

1.5

Rol del Ingeniero Sanitario Preservar la salud de la población Preservar el medio ambiente Explotar los recursos naturales de forma equilibrada Planificar las obras con visión al futuro Extender el servicio a los lugares mas alejados.

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1.6

Ciclo hidrológico

El ciclo hidrológico es la continua circulación de humedad y de agua sobre nuestro planeta. La cualidad de agua existente en la tierra, inmutable en el tiempo se considera en conjunto, varia en diversas porciones en que existe en el estado sólido, liquido y gaseoso. En el estado liquido, el agua se presenta encima de la superficie terrestre, constituyendo las lluvias; en la superficie, formando los ríos y arroyos, lagos y lagunas, océanos y mares; y debajo de la superficie, alimentando los mantos y bolsones subterráneos. Las diversas porciones en que el agua se presenta en estado liquido constituyen los manantiales de aguas. Tenemos, por lo tanto, las lluvias, los manantiales de superficie, los manantiales subterráneos, y considerados separadamente, los océanos y mares. El agua puede pasar de uno para otro manantial en virtud de la gran movilidad y de la facilidad con que cambia de estado en las condiciones naturales de temperatura. Por la acción de los rayos solares, el agua del mar se desprende de la superficie liquida como vapor, que se eleva a la atmosfera para constituir las nubes. Las nubes son arrastradas por el viento. Cuando el aire queda saturado de humedad y decrece la temperatura, ellas se condensan para formar las lluvias, que en gran parte se precipitan al mar. Aunque gran parte de las precipitaciones atmosféricas produzca lluvia, la condensación de vapor de agua también puede formar nieve, helada, granizo, neblina y sereno. La verdad es que, en gran parte las nubes tengan origen en el agua del mar, pueden ser resultantes

1.7

Fuentes de agua y su utilización Existen tres tipos de fuentes de agua, ellas son subterráneas, superficiales y sub superficiales. La utilización mayor de fuentes son las superficiales y subterráneas, esto dependerá de su facilidad de acceso y el costo de su tratamiento.

1.8

Tipos de Sistemas de Abastecimiento de agua

1.9

Aguas subterráneas Acuíferos libres (freáticos), acuíferos confinados, semi confinados, vertientes, etc.

1.10

Aguas superficiales Ríos, arroyos, mares, lagos y lagunas.

1.11

Aguas sub superficiales

APUNTES DE SANITARIA I – EMI-SC ING. WILLY A. ARZADUM E. Aguas de lluvia (apropiada como fuente en lugares donde el agua superficial o subterránea es escasa o de baja calidad). 1.12

Población y demanda de agua En Bolivia, el organismo estatal encargado de llevar los datos oficiales acerca del crecimiento poblacional es el Instituto Nacional de Estadistica (INE), cuyos datos abarcan a todo el país. Se cuenta con datos censales de 1976, 1992 y 2001 que son los tres últimos censos y datos extrapolados que el INE va mostrando en su pagina WEB, en forma anual. El crecimiento demográfico en las poblaciones, se debe a los siguientes factores: Tasa de natalidad Tasa de mortalidad Tasa de migración. Es muy raro encontrar estos factores en poblaciones rurales, en caso de utilizar los mismos, el método desarrollado se conoce con el nombre de crecimiento poblacional por método de las componentes. El crecimiento poblacional esta íntimamente ligado al tamaño del proyecto y por tanto al periodo de diseño que se analice. Debido a factores imprevisibles, una población no puede ser extrapolada con seguridad a mas de 20 años, pues durante periodos mas largos, podrían ocurrir fenómenos de crecimiento que distorsionen en alto grado la magnitud del proyecto que se vaya a adaptar. Crecimiento por componentes: Tasa de natalidad Tasa vegetativa Tasa de crecimiento Tasa de mortalidad de crecimiento poblacional Tasa de migración Tasa de crecimiento poblacional: es el aumento (disminución) de la población por año en un determinado periodo, debido al aumento natural y a la migración neta, expresado como porcentaje de la población del año inicial o base. Tasa vegetativa de crecimiento: son los nacimientos menos las defunciones. Tasa de natalidad: es el número de niños nacidos vivos en un año expresado como porcentaje de la población o por cada 1000 personas, y la tasa bruta de natalidad es el cociente entre el número de nacimientos ocurridos durante un periodo determinado (un año calendario) y la población media del mismo periodo. Tasa de mortalidad: es el número de defunciones ocurridas en un año, como porcentaje de la población o por cada 1000 personas; la tasa bruta de mortalidad es el cociente entre el número de defunciones de todas las edades ocurridas durante un periodo determinado (un año calendario) y la población media del mismo periodo. Tasa de migración: es el cociente entre el saldo neto migratorio de un periodo (inmigrantes menos emigrantes) y la población estimada del mismo periodo.

APUNTES DE SANITARIA I – EMI-SC ING. WILLY A. ARZADUM E. La demanda de agua: Los principales factores que afectan a la demanda de agua son: clima, forma de vida, hábitos de la población, uso comercial, uso industrial, uso publico, costo del agua, calidad del agua, presión en la red de distribución, tipo y calidad de aparatos sanitarios, instalación de medidores, continuidad de abastecimiento de agua potable, estado de conservación de la red, existencia del alcantarillado sanitario.

1.13

ZONA

500

500-2000

2000-5000

5000-20000

20000-100000

MAS DE 100000

Altiplano Valles Llanos

30-50 50-70 70-90

30-70 50-90 70-110

50-80 70-100 90-120

80-100 100-140 120-180

100-150 150-200 200-250

150-250 200-300 250-350

Proyección de la población En el año 1835, el investigador Quetelet, aplica el primer criterio matemático en relación al crecimiento de población. Posteriormente Verholts asumió este principio y sugirió una curva de crecimiento teórica que tiene la forma de una “S”, a la que llamo “Curva logística”. Para el calculo de la población futura se podrá utilizar uno de los siguientes métodos de crecimiento, según el tipo de población, dependiendo de las características socioeconómicas de la población, y debe guardar relación de acuerdo a lo que se especifica en la tabla (NB 689, pag.25).

METODO A EMPLEAR Crecimiento aritmético Crecimiento geométrico Método de Wappaus

1.14

Poblaciones peq. Hasta 5000 hab. SI

Población mediana 5000-20000 hab. SI

Población grande 20000-100000 hab.

Población mayor 100000 hab.

SI

SI

SI

SI

SI

SI

SI

SI

Método de crecimiento aritmético. Corresponde a la ecuación del “Interés simple” dada por la formula: Pf = Po { 1 + }

1.15

Método de crecimiento Geométrico Corresponde a la ecuación del “Interés compuesto” dada por la formula: Pf = Po { 1 + }t

1.16

Método de crecimiento WAPPAUS Pf = Po { } Pf = población futura (hab.).

APUNTES DE SANITARIA I – EMI-SC ING. WILLY A. ARZADUM E. Po = población inicial de referencia (hab.) i = índice de crecimiento anual (%) t = periodo de diseño, a partir del año dato para la población inicial (años). 1.17

Método de crecimiento parabólico Este método se usa preferentemente en poblaciones que se encuentran en el periodo de asentamiento o inicio (solo se escogerán tres datos censales). Pf = A*t2 + B*t + C A, B, C = constantes a determinar de tres ecuaciones obtenidas.

1.18

Otros métodos Metodo exponencial: } Pf = Po * e{ Metodo INE Pf = Po { 1 + }t .r = tasa anual de crecimiento (%) .e = base de los logaritmos neperianos.

1.19

Datos censales requeridos.

1.20

Ejemplos de cálculo

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1.21

Uso de agua para distintos fines 1.21.1 Consumo doméstico Es el utilizado para el uso de viviendas y no es utilizado con fines de lucro. -casa independiente -apartamento -conjunto habitacional 1.21.2 Consumo comercial Es el que se presta a predios en donde se desarrollan actividades comerciales, sin transformación de productos. -tiendas, agencias de ventas -depósitos comerciales -bancos, comerciales, compañías de seguro -oficinas de negocio -hoteles, pensiones -restaurantes, bares, discotecas, confiterías -teatros, cines, sala de espectáculos -clínicas y hospitales privados -establecimiento de servicio de transporte 1.21.3 Consumo industrial Es el que se destina a predios donde se desarrollan operaciones dirigidas a la obtención, transformación de una o varias materias primas. -Fabricas, estaciones de servicio -plantas industriales -industrias metalúrgicas -mataderos -huertas 1.21.4 Consumo oficial Es el que se suministra a predios de entidades de servicio gratuitos y de beneficencia. -hospitales, asilos, instituciones de beneficencia -iglesias, conventos -pilas publicas 1.21.5 Consumo para incendios Es el consumo que se prevé para emergencias de incendios. 1.21.6 Pérdidas en red y plantas Es una cantidad que se pierde en el recorrido de la red e instalaciones de tratamientos y tanques.

1.22

Demanda total de Agua

APUNTES DE SANITARIA I – EMI-SC ING. WILLY A. ARZADUM E. Es el resultado de la suma de los siguientes consumos y perdidas: Consumo doméstico Consumo comercial Consumo industrial Consumo oficial o publico Consumo para incendios Pérdidas en red y plantas

CAPITULO II CALIDAD DEL AGUA SUMINISTRADA 2.1

Enfermedades que puede transmitir el agua ORGANISMO Bacteria: Escherichia coli Ligionella pneumophila Leptospira (150 esp.) Salmonella typhi Salmonella (-1700 esp.) Shigella (4 esp.) Vibrio cholerae Yersinia enterolitica

2.2

ENFERMEDAD gastroenteritis legionelosis leptospirosis fiebre tifoidea salmonelosis shigelosis Cólera Yersinosis

Virus: Adenovirus (31 tipos) Enterovirus (67 tipos) Hepatitis A Agente Norwalk Rotavirus

enfermedades respiratorias gastroenteritis, cardiacas, meningitis hepatitis infecciosas gastroenteritis gastroenteritis

Protozoos: Balantidium coli Crytosporidium Entamoeba histolytica Giardia lamblia

balantidiasis criptoporidiosis Ameabiasis (disisteria amebica) giardiasis

Helmintos: Ascaris lumbricoides Enterobius vericularis Fasciola hepática Hymenolepis nana Taenia saginata Taenia solium Trichuris trichiura

ascariasis enterobiasis (gusanos) Fascioliasis hymenlepiasis (tenia enana) teniasis teniasis trichuriasis (gusanos)

Impurezas del agua 2.2.1 Físicas

APUNTES DE SANITARIA I – EMI-SC ING. WILLY A. ARZADUM E. -color -olor -solidos -temperatura 2.2.2 Químicas Orgánicos: -carbohidratos -grasas animales, aceites, grasas -pesticidas -fenoles -proteínas -contaminantes prioritarios -agentes tenso activos -compuestos orgánicos volátiles Inorgánicos: -Alcalinidad -cloruros -metales pesados -nitrógeno -ph -fosforo -contaminantes prioritarios -azufre 2.2.3 Bacteriológicas -Escherichia coli -Ligionella pneumophila -Leptospira (150 esp.) -Salmonella typhi -Salmonella (-1700 esp.) -Shigella (4 esp.) -Vibrio cholerae -Yersinia enterolitica 2.2.4 Elementos tóxicos. -pesticidas -herbicidas -elementos radioactivos 2.3

Análisis del Agua 2.3.1 Físico Químico Físico: -turbidez -color -olor -sabor -temperatura -solidos totales

U.N.T. escala pt-co o

C mg/L

48 hr 48 hr 6 hr 24 hr in situ 14 dias

APUNTES DE SANITARIA I – EMI-SC ING. WILLY A. ARZADUM E. -solidos totales susp. Químicos: -dureza total -Calcio -manganeso -hierro -sulfatos -cloruros -magnesio -nitratos -nitritos -ph (a 19 oC)

mg/L

6 meses

2.3.2 Bacteriológico -coliformes totales -eschirichia coli 2.3.3 Elementos tóxicos (pesados). -cromo -plomo 2.3.4 Normas propuestas para agua potable (OPS-OMS) Este es un aspecto importante, ya que existen por lo menos 100 parámetros catalogados en las guías para calidad del agua potable (O.M.S.1984). Entre los requisitos tenemos: Requisitos organolépticos: Características Max. aceptable Observaciones -Color 15 UCV UCV-unid. Color verdadero -Sabor y olor Ninguno Debe ser aceptable UNT-uni. Nefelometricas de turbiedad -Turbiedad 5UNT -Solidos totales 1000 mg/lt disueltos *norma boliviana NB512, agua potable requisitos Requisitos de radioactividad del agua potable: Características Max. aceptable Observaciones Radioac. Alfa global 0,1 Hg/L Radioac.Beta global 1,0 Hg/L *norma boliviana NB512, agua potable requisitos Requisitos microbiológicos: Características Coliformes totales Coliformes fecales

Max. aceptable 0 ufc/ml 0 ufc/ml

Observaciones

APUNTES DE SANITARIA I – EMI-SC ING. WILLY A. ARZADUM E. *norma boliviana NB512, agua potable requisitos Requisitos físico-químicos: Características -Alcalinidad total

Max. aceptable

-Dureza total -pH -Arsenico As -Bario Ba Cadmio Cd Calcio Ca Cianuro CNCloruros ClCobre Cu Cromo Cr+6 Fluor F Hierro total Fe Magnesio Mg Manganeso Mn Mercurio Hg Niquel Ni Aluminio Al Amoniaco NH4+ Antimonio Sb Sodio Na Potasio K Nitritos NO-2 Plomo Pb Selenio Se Sulfatos SO4Zinc Zn

500.000 ml/lt CO3Ca

370.000 mg/lt CO3Ca

8.500 0.050mg/L 1000 mg/L 0.005 mg/L 200.000 mg/L 0.020 mg/L 250.000 mg/L 0.050 mg/L 0.050 mg/L 1.500 mg/L 0.300 mg/L 150.000 mg/L 0.300 mg/L 0.001 mg/L 0.050 mg/L 0.200 mg/L 0.050 mg/L 0.050 mg/L 200.00 mg/L 10.000 mg/L 0.050 mg/L 0.010 mg/L 0.010 mg/L 300.000 mg/L 5.000 mg/L

Observaciones Parám. Control relacionado con pH Limt. Inferíos 6.5

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2.4

Investigación de las causales de polución Son causales de polución hídrica los residuos: -Sólidos domésticos (los vertederos generan el lixiviado) -Residuos líquidos industriales (fabricas) -Sólidos industriales -Residuos hospitalarios -Residuos radioactivos -Residuos agropecuarios (agroquímicos) -Residuos fecales humanos y animales

2.5

Aguas ácidas (laboreo minero) -Utilización de ácidos (sulfúrico, etc.) -Utilizacion de metales pesados para concentrados (mercurio)

CAPITULO III CRITERIOS DE DISEÑO 3.1

Caudal de diseño. 3.1.1 Caudal medio diario. Definimos como el promedio de los consumos diarios durante un año de registros expresado en (lt/seg). Qmed.d(lt/sg) = Población(hab) x Dotación(lt/hab/dia) / 86400(sg) 3.1.2 Caudal máximo diario. Definimos como el dia de máximo consumo de una serie de registros observados durante un año. Qmax.d = K1 x Qmed.d

(K1 =1.2-1.5 Norma boliviana NB689) K1 = Fac. de varic. Diaria-según lugar

3.1.3 Caudal máximo horario. Definimos como la hora de máximo consumo del dia de máximo consumo. Qmax.h = K2 x Qmax.d Tamaño de la poblacion Hasta 2000 hab. De 2000 a 10.000 hab. De 10.000 a 100.000 hab. De 100.000 hab. adelante

(K2 = Fac. varc. Horaria-según poblac. Coeficiente K2 2.20 – 2-00 2.00 – 1.80 1.80 – 1.50 1.50

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Generalidades sobre el diseño

COMPONENTES DEL SISTEMA DE ABASTECIMIENTO

red de distribucion

obra captacion linea aduccion planta de tratamiento

planta de bombeo linea de impulsion

tanque almacenamiento

Para el diseño de la red, es imprescindible haber definido la fuente de abastecimiento y la ubicación del tanque de almacenamiento, cumplidos estos requisitos se procederá al diseño. Las cantidades de agua estarán definidas por los consumos, estimados en base a las dotaciones de agua. La red debe mantener Presiones de Servicio mínimas que sean capaces de llevar agua al interior de la vivienda. De acuerdo a la NB689 se tiene: Caudal: La red se calculara para el Consumo Máximo Horario o para el caudal Maximo Diario mas la demanda contra incendio, utilizando el mayor valor. Diámetros: En poblaciones urbanas mayores a 5000 habitantes, el diámetro mínimo será de 50mm(2pulg.). En poblaciones urbanas menores a 5000 habitantes se aceptara como diámetro mínimo de 38mm(1 1/2pulg.). En poblaciones menores a 5000 habitantes se aceptara como diámetro mínimo 25mm(1pulg.), aceptándose ramales de 3/4pulg. Velocidades: Las velocidades en cada uno de los tramos de la red no deben ser menores de 0.60m/seg (para evitar la sedimentación de partículas), ni mayores de 2.0m/seg

APUNTES DE SANITARIA I – EMI-SC ING. WILLY A. ARZADUM E. (velocidades mayores podrían ocasionar problemas de vibración de las tuberías). Se recomienda emplear velocidades entre 1 a 1.20m/seg. Presiones: Durante el periodo de la demanda máxima horaria la “presión dinámica” en cualquier punto de la red no será menor a: En poblaciones rurales menores a 5000 hab.: 5mca. En poblaciones de 5000 a15000 hab.: 10mca. En poblaciones de áreas urbanas .: 20mca. La “presión estática” máxima no será en ningún caso mayor a 70mca. Ubicación de tuberías: Las tuberías de la red de distribución se colocaran en los costados SUR y ESTE de las calles a 1.5 metros del cordón de la acera (o un tercio de la calzada; si se ha estado empleando con anterioridad este criterio), y a una profundidad minima de 0.80m., en vías con transito vehicular, y a 0.50m., en área rural, medidas desde la rasante a la corona del tubo. La separación entre las tuberías de agua potable y alcantarillado será de 3 metros en planta. De no poder cumplirse con esta condición, se colocaran las tuberías en zanjas separadas a una distancia de 1.50m., debiendo colocarse la tubería de agua potable a 0.30m., como mínimo por encima del alcantarillado. Válvulas: Son accesorios que sirven para regular el flujo de agua. La red de distribución debe estar prevista de válvulas tipo compuerta, con vástago no deslizante, provistas de cabezal superior estándar para todos los diámetros, operables mediante llaves “T”. Las válvulas deben colocarse en las intersecciones de las mallas principales, de tal manera que formen cuarteles cuyo desarrollo no debe pasar los siguientes valores: 1500 m., en poblaciones menores y de baja densidad de habitantes (menor de 250 hab/Ha) Debe colocarse una válvula en los puntos en que exista un ramal de derivación importante. En poblaciones hasta de 1000 habitantes, puede proveerse una sola válvula a la entrada a la población, execto en los casos en los que se tenga que definir “areas de consumo” o “zonas de presión diferenciada”. En los puntos bajos de la red se instalaran válvulas de Purga y se diseñan las obras necesarias para su adecuado desagüe. No se permiten “puntos muertos” en la red, debiendo terminar necesariamente en válvulas de drenaje. En los puntos altos de la red se instalaran las Ventosas correspondientes. Todas las válvulas deben completarse y protegerse con cajas de mampostería, hormigón o metálicas, con tapa a nivel de la rasante. Además se debe realizar la señalización correspondiente en la pared visible mas próxima.

APUNTES DE SANITARIA I – EMI-SC ING. WILLY A. ARZADUM E. Hidrantes: Los hidrantes para combatir incendios deben instalarse en tuberías de un diámetro mínimo de 75mm. Deben ubicarse de acuerdo a un estudio especifico, con preferencia en lugares próximos a establecimientos públicos e industriales vulnerables a los incendios, pero a una distancia no menor a 1000m entre ellos. Deben ubicarse en puntos estratégicos, esquinas o intersección de calles y sobre la acera. Cada hidrante debe llevar su propia válvula para aislarlo de la red. Para poblaciones menores a 10000 habitantes, no es recomendable y resulta antieconómico el proyectar sistema contra incendio. Para poblaciones mayores a 10000 habitantes se asume un tiempo de duracionde incendio de 2 a 4 horas, para caudales de incendio de 10, 16, 32 lt/s. de acuerdo a la importancia y densidad de población.

3.3

Partes componentes de los sistemas de agua potable (superficial) Captación: La capacidad de la captación será igual al consumo máximo diario cuando se doten de tanques de regulación e igual al consumo máximo horario en caso contrario. Aducción: Cuando el sistema incluye tanques de almacenamiento o planta de tratamiento, la capacidad de la aducción en el punto de entrega deberá ser por lo menos igual a la requerida para satisfacer el consumo máximo diario. Si no hay tanque de almacenamiento y/o planta de tratamiento, la capacidad deberá ser tal que satisfaga por lo menos el consumo máximo horario, previo análisis económico. Tubería de impulsión: Cuando el sistema incluye el tanque de almacenamiento o planta de tratamiento, la capacidad de impulsión debe ser por lo menos igual a la requerida para satisfacer la demanda de consumo máximo diario. Si no hay tanque de almacenamiento y/o planta de tratamiento, la capacidad debe ser tal que satisfaga por lo menos el consumo máximo horario, previo análisis económico. Planta de tratamiento: La capacidad de la planta de tratamiento, deberá diseñarse en base al consumo máximo diario. Se tendrá en cuenta el tiempo de operación de la planta. Tanque de almacenamiento:

APUNTES DE SANITARIA I – EMI-SC ING. WILLY A. ARZADUM E. La capacidad del tanque será igual al volumen que resulte mayor de las siguientes consideraciones: -volumen de regulación -volumen contra incendio -volumen de reserva El ingeniero proyectista deberá justificar la consideración en el cálculo del volumen total. Cloración: Debe tener una capacidad para tratar el consumo máximo horario. Red de distribución: Su capacidad será el valor que resulte mayor de las siguientes alternativas: -consumo máximo horario -consumo máximo diario y gasto de los hidrantes.

3.4

Fuentes de previsión de Agua y criterios de selección de la fuente Fuentes de provisión: Fuentes superficiales: ríos, lagos, mar, nieve. Fuentes subterráneas: acuíferos, vertientes. Fuentes meteorológicas: lluvias. Criterios de selección de fuente: Localizar las fuentes mas próximas La fuente menos contaminada (menor tratamiento) La capacidad o caudal de la fuente en todo el año Forma de desarrollar los trabajos en la cuenca (facilidad obras) Las leyes y derechos del agua.

3.5

Datos generales del proyecto Aforos: Superficial (vertientes) Sub-superficial (galerías) Información hidrogeológica (subterránea) Censo población actual: Ine, sondeo, estimación, etc. Análisis físico, químico, bacteriológico: Topografía (taquimetría): Ubicación BM p/replanteo Planos a escala Aducción: Topografía

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Detallar quebradas: Croquis Ubicación tanque de almacenamiento: Semi enterrado Elevado Enterrado Evaluación social: Participación de la comunidad

CAPITULO IV OBRAS DE CAPTACION, OBRAS DE CONDUCCION 4.1

Obras de Captación 4.1.1 Captación de manantiales Una captación de manantial debe estar construida de manera sencilla y practica. La captación dependerá de la situación topográfica, de la estructura del suelo y de la clase de manantial. Nunca se debe tratar de modificar la corriente y el caudal natural de un manantial, cualquier obstrucción puede tener consecuencias graves, el agua se crea otro paso y el manantial desaparece. La captación debe ser realizada de manera que el agua este protegida de las contaminaciones debidas a accidentes, a la negligencia o a la mala intención. La profundidad y el tipo de construcción de una captación, dependerán de las consideraciones geológicas y sanitarias, asi como clase de suelo que recubre el terreno de retención del agua. La captación debe ser recubierta de una capa de tierra de 3m de espesor, al menos, en caso contrario deberán ser consideradas medidas especiales de protección. En lo posible, el agua debe ser captada en la capa IMPERMEABLE. Es necesario que el agua pueda correr libremente durante la construcción de la toma.

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CANAL DE DERIVACION B

Deposito de arena

H H/2-H/3

C

Deposito de arena

L

C = V*H/v V = Velocidad en caja de arena v.= Velocidad de sedimentación de partícula D = 0.2mm, v=2.5cm/s H = Altura de caja Obs: mayorar con el 50%

Ejemplo.Se requiere captar un caudal de 0,1m3/seg., determinar las dimensiones del canal de derivación. Q = Vel*Area , Vel = Q/A V = 0,1m3/s /(H*L) = 0,1m3/s/(1m * 0,5m) = 0,2 m/s C = 0,2m/s * 1m/(0,025m/s) = 8m C = 1,5 * 8m = 12 m (mayorado) Ejemplo.Se requiere una obra de toma(20años vida), para una comunidad de 3400 habitantes, sin tanque, calcular las dimensiones, siendo la dotación de 100 lt/habxdía, con un crecimiento de 2,4 %.

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4.1.2 Aguas subterráneas La obra de captación de una fuente subterránea, la constituye el pozo o la galería de infiltración. 4.1.3 Pozos Excavados Presentan grandes diámetros, con profundidades generalmente inferiores a 25 metros y normalmente revestidos con cemento, ladrillos o piedras. El agua se extrae con baldes, bombas de pequeña potencia y molinos de viento, principalmente.

4.1.4 Pozos perforados Presentan diámetros pequeños con profundidades que varian de decenas a centenas de metros, muchas veces revestidos con tubos intercalados con filtro, de donde el agua se extrae con bombas y compresoras entre otros.

4.1.5 Aguas superficiales Es el agua que se encuentra circulando o en reposo, sobre la superficie de la tierra: ríos, lagos,lagunas, pantanos, charcas humedales, y otros similares, sean naturales o artificiales(presas, otra). 4.1.6 Aguas sub sub superficiales La captación de estas aguas(lluvia) se realiza por medio de cubiertas, pisos, todos ellos almacenados para ser consumidos lentamente. También se puede retirar la humedad del aire mediante condensadores, mantas colectoras, etc. 4.1.7 Captación de Aguas superficiales del glaciares Se sabe que el agua de los glaciares el agua dulce, esta se extrae mediante plataformas con temperaturas que permiten descongelar el agua y hacerla fluir, mediante canales o tuberías, para conducirlas hasta las plantas de tratamiento o consumo. 4.1.8 Represas a Embalses

APUNTES DE SANITARIA I – EMI-SC ING. WILLY A. ARZADUM E. CAPTACION CON DIQUE (AZUP) VISTA LATERAL DIQUE

VISTA DE FRENTE DIQUE

b h

H H1

B H = Altura maxima de agua B = Ancho base presa b = Ancho corona h = altura vertedero dique W1 = peso especifico del material (dique) W = peso especifico del liquido (agua) B = (-W1*b + √((W1*b)2 + 4(W1 – W)(W*H2 + W1*b2)) / (4(W1 – W)) h.= b*√((W1 – W)/W) Albañileria: W1 = 2250 kg/m3 B = -0,9*b + (2,47*b2 +0,74 *H2)1/2 h.= 1,12b Concreto simple: W1 = 2400 kg/m3 B = -0,86*b + (2,45*b2 +0,71* H2)1/2 h.= 1,19b

Ejemplo.Calcular una presa de concreto de: a)H = 2m, b = 0,4m b) H = 2m, b = 0,6m Resp. a)B = 1,45m, h = 0,47m(concreto), B=1,47, h=0,45m(albañilería) b)B = 1,41m, h = 0,71m

APUNTES DE SANITARIA I – EMI-SC ING. WILLY A. ARZADUM E.

4.2

Obras de Conducción 4.2.1 Canales Los canales son obras de conducción o trasporte por acción de la gravedad de líquidos, ellos pueden ser revestidos o naturales (tierra), cubiertos o abiertos, la secciones de dicho canal son las mas diversas. 4.2.2 Secciones típicas de canales, cálculos en tierra Las secciones típicas mas usadas son: Rectangular Triangular Trapecial CANAL TRIANGULAR

CANAL RECTANGULAR

D

D d

d

A

B

CANAL TRAPECIAL

B

D d

A

b

Coeficiente de rugosidad corrientes naturales(n) SUPERFICIE Tierra,suelo,limpio Suelo hierba baja Suelo sinuoso piedra S. sinuoso tirante bajo S. sin. Hierba, piedra S. sin. Tirant.b. piedra Rio piedra hierb. Poza Playa enhierbada

PERFECTAS

BUENAS

MEDIANAS

MALAS

0.025 0.030 0.033 0.040 0.035 0.045 0.050 0.070

0.0275 0.033 0.035 0.045 0.040 0.050 0.060 0.100

0.030 0.035 0.040 0.050 0.045 0.055 0.070 0.125

0.033 0.040 0.045 0.055 0.050 0.060 0.080 0.150

Coeficiente de rugosidad canales y zanjas (n) SUPERFICIE

PERFECTA S

BUENAS

MEDIANAS

MALAS

Tierra/alinea/uniform Roca/liso/uniforme Roca/salientes/sinuos

0.017 0.025 0.035

0.020 0.030 0.040

0.0225 0.033 0.045

0.025 0.035

APUNTES DE SANITARIA I – EMI-SC ING. WILLY A. ARZADUM E. sinuoso escurr/lento Dragados en tierra Lech/pedreg/bor/hierb Fondo/tierra/talud/asper

0.0225 0.025 0.025 0.028

0.025 0.0275 0.030 0.030

0.0275 0.030 0.035 0.033

0.030 0.033 0.040 0.035

Inclinación de paredes canales de tierra Caracteristicas de los suelos Roca en buenas condiciones Arcillas compactas o conglom. Limos arcillosos Limos arenosos Arenas sueltas

Canales poco profundos Vertical ½:1 1:1 1½:1 2:1

Canales profundos ¼:1 1:1 ½:1 2:1 3:1

Propiedades geométricas de los canales SECCIO N

área

RECTANGUL AR TRAPECIAL

Bxd Bxd+md

B+2d(1+m )

B+2mxd

TRIANGULA R

.md2

2d(1+m2)1/2

2md

2

Peri.moj .

Anch o sup.

Prof.hid. (D)

Rad.hid.

B+2d

B

Area/B

Bxd/(B+2d)

2

1/2

2

(Bd+md )/(B+2m d) d/2

(Bd+md2)/(B+2d(1+m2 )1/2) Md/(2(1+m2)1/2)

Ecuaciones mas utilizadas en conducciones libres Ecuacion de Chezy, para diseño de alcantarilla: V = C√(RHxS) V = velocidad media m/s C = coeficiente constante dependiente RH= radio hidráulico S = So pendiente fondo canal Fórmulas americanas – MANNING Según manning: C =

(

)

V = RH2/3 S1/2

D=(

)3/8

Q = A RH2/3 S1/2

S = V2n2/(D/4)4/3

APUNTES DE SANITARIA I – EMI-SC ING. WILLY A. ARZADUM E.

V = velocidad m/s .n = coeficiente de rugosidad RH = radio hidráulico m S = pendiente m/m Q = descarga m3/s A = área de escurrimiento m2 Método analítico circulación(dn)

para

el calculo

del tirante

normal de

Este método consiste en que conocidos los datos(Q, n, S, B, m=pend.late.), se deberá suponer valores de “d”, hasta realizar la igualdad: AreaxRh2/3 = Q x n/(S)1/2 .d(supuesto)

B (m)

Area (m2)

P (m)

AxRh2/3

Rh

Qxn/√S

Ejemplo Calcular el tirante normal en un canal de tierra, en buenas condiciones, que conduce un gasto de 4.5m3/s, y cuya pendiente es 0.4m por kilometro, el ancho de la plantilla es 3m, la inclinación de las paredes 1,5:1 y el coeficiente de rugosidad 0.025.

.d(supuesto) 1,00 2 1.5 1.25

B (m) 3,00 3,00 3,00 3,00

T (m) 6,00 9 7.5 6.75

Area (m2) 4,50 12 7.87 6.09

P (m) 6,6 10.22 8.4 7.5

Rh 0.68 1.17 0.94 0.81

AxRh2/3 3.48 13.32 7.55 5.29

Qxn/√S 5,63

APUNTES DE SANITARIA I – EMI-SC ING. WILLY A. ARZADUM E.

CANAL TRAPECIAL

T

1 m

D d

A

B

i.

Revestidos SUPERFICIE

PERFECTA S

BUENAS

MEDIANAS

MALAS

Canal de concreto Mamposteria c/cemt. Mamposteria seca S. cemento pulido S. aplanad.c/mote/cem Tuberia concreto Tuberia de duela

0.012 0.017 0.025 0.010 0.011 0.012 0.010

0.014 0.020 0.030 0.011 0.012 0.013 0.011

0.016 0.025 0.033 0.012 0.013 0.015 0.012

0.018 0.030 0.035 0.013 0.015 0.016 0.013

Ejemplo Encontrar el tirante (d) de un canal rectangular con los siguientes datos: Q=20 m3/s .n=0.02 S=0.0001m/m .d(supuesto) 1 2

B (m) 10 10

Area (m2)

P (m) 10 20

Rh 12 14

0,833 1,429

AxRh2/3 8,86 25,37

Qxn/√S 40,00

APUNTES DE SANITARIA I – EMI-SC ING. WILLY A. ARZADUM E. 3 2,8 2,75

10 10 10

30 28 27,5

16 15,6 15,5

1,875 1,795 1,774

45,62 41,35 40,30

CANAL RECTANGULAR

D d

B

ii.

Obras Complementarias y detalles constructivos Salto hidráulico: Cuando en la circulación ocurre un cambio de estado de supercrítico a subcritico, por efecto de una disminución rápida de la pendiente, por un ensanchamiento del canal. Aforadores: Son dispositivos que miden frecuentemente el caudal y el tirante del canal, el mas conocido método directo: Parshall Sanidi Vertedor de aforo Aforo volumétrico, etc. Transiciones: Son dispositivos que permiten el paso del fluido de un tipo de sección a otro, o de un tamaño de sección a otro. Curvas o cambio dirección:

APUNTES DE SANITARIA I – EMI-SC ING. WILLY A. ARZADUM E. Permiten mantener la continuidad del fluido en el canal, iii.

Tuberías de aducción por gravedad Los casos típicos de estas conducciones son los túneles de alcantarillas y cloacas. Para considerar este tipo como libre, se supone que se trabaja a tubo no lleno o parcial. Se puede hacer trabajar al tubo a mitad de la sección o diámetro. Ejemplo Encontrar el tirante (d) de un canal circular con los siguientes datos: Q=20 m3/s .n=0.02 S=0.0001m/m

.d(supuesto) 1,00 2,00 3,00 2,80 2,76

B (m) 2,00 4,00 6,00 5,60 5,52

Area (m2) 3,14 12,56 28,26 24,62 23,92

P (m) 4,00 8,00 12,00 11,20 11,04

Rh

AxRh2/3

0,79 1,57 2,36 2,20 2,17

2,67 16,97 50,02 41,62 40,05

Qxn/√S 40,00

b. Dimensionamiento de aducciones a PRESION Podemos utilizar las ecuaciones de Hazen-Williams, se verifica la perdida de carga y constatando siempre las velocidades en el rango optimo (0.6-2m/s), habremos encontrado el diámetro requerido: J = 10.643xQ1.85/(C1.85xD4.87) V = 0.355xCxD0.63J0.54 Hf = JxL Q=caudal (m3/s) C=coeficiente rugosidad Hazen-Williams (CHW) D=diametro (m) L=longitude de la tuberia (m) J=perdida de carga por unidad de recorrido (m/m) .hf=perdida por cada tramo recto

APUNTES DE SANITARIA I – EMI-SC ING. WILLY A. ARZADUM E. Material Hierro dulce

condicion Nuevo 5 años

concreto

Encof.acero Encof.madera Centrifugado buenas cte

PVC Hierro galvan.

Diámetro(pulg) Todos D>12 8