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• Gianmartin Cavero Uribe

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UNIVERSIDAD NACIONAL “SAN LUIS GONZAGA” DE ICA FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL

INTRODUCCION  En el presente trabajo de investigación, correspondiente al curso de Hidráulica Urbana I, buscaremos hallar la población final de un distrito, lo cual tendrá como fin permitirnos diseñar la red de agua.  El diseño de redes de agua potable y alcantarillado es un trabajo que, gracias a la labor del ingeniero, se vuelve una obra eficiente y económica, permitiendo el desarrollo de una determinada localidad.  Las obras de agua potable no se diseñan para satisfacer solo una necesidad del momento actual, sino que deben prever el crecimiento de la población en un periodo de tiempo prudencial que varía entre 10 y 40 años; siendo necesario estimar cual será la población futura al final de este periodo.  El sistema de abastecimiento público de agua es el conjunto de obras, equipos y servicios destinados al abastecimiento de agua potable de una comunidad para fines de consumo doméstico, servicios públicos, consumo industrial y otros usos. Esa agua suministrada por el sistema deberá ser siempre que sea posible, una cantidad suficiente y de la mejor calidad desde el punto de vista físico, químico y bacteriológico.  En dicho trabajo mediante datos estadísticos tomados por la INEI se podrá conocer que conforme avanza los años una población va creciendo o disminuyendo dependiendo de su tasa de crecimiento poblacional y cada año se requerirá de más o igual cantidad de agua para abastecer una población, para ello se diseñará un caudal de diseño para así estimar la cantidad de agua por día y controlar las necesidades de la población.

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OBJETIVOS  Tomar lo aprendido en clase hasta el momento y plasmarlo dentro de una realidad social, para satisfacer las necesidades de una población determinada.

 Al realizar los cálculos para diversos métodos, obtendremos diferentes resultados y esto nos ayudaría a hacer proyecciones más reales y obtener en lo posible datos precisos.

 Conocer las características o parámetros que se toman en cuenta para diseñar una red de agua potable y alcantarillado; y mediante esto determinar los diferentes tipos de caudales que se llevaran a una población determinada.

MEMORIA DESCRIPTIVA Hidráulica Urbana I

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1. DESCRIPCION DE LA ZONA DEL PROYECTO 1.1. UBICACIÓN  El proyecto se desarrollará en:  Distrito  Provincia  Departamento

: Ocaña : Lucanas : Ayacucho

 La comunidad tiene una superficie de 82.823,86 hectáreas siendo la Comunidad más grande de la Provincia de Lucanas. Fig. No.01 UBICACIÓN DEL DEPARTAMENTO DE AYACUCHO

Fig. No.02 UBICACIÓN DE LA PROVINCIA DE LUCANAS

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Fig. No.03 UBICACIÓN DEL DISTRITO DE OCAÑA

Fig. No.04 VISTA DE SATELITE DEL CENTRO POBLADO DE OCAÑA

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1.2. LIMITES     

Tiene los siguientes Límites: Por el Norte: Distrito de Laramate Por el Sur: Distrito de San Pedro de Palco Por el Este: Provincia de Huancasancos Por el Oeste: Con la provincia de El Ingenio

1.3. ALTITUD  Ocaña se encuentra a 2660 msnm.

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1.4. CLIMA  El clima de Ocaña es templado - seco, con lluvias periódicas de diciembre a marzo, con variaciones sensibles de temperatura entre el día 22,5 °C y la noche 10,5 °C y una humedad relativa promedio de 52 % pero con la moderación apropiada y permisible, para la vida humana.

1.5. EVALUACION DEL MEDIO GEOGRÁFICO

 DISTRIBUCIÓN ESPACIAL  La actual distribución de la población en el territorio de la provincia de Ocaña, es resultado de procesos desarrollados a través de la historia en función de las coyunturas económicas, sociales, políticas y condiciones geomorfológicas, las cuales han tenido injerencia en la configuración actual de centros poblados. Factores de incidencia que deben tomarse en consideración.  Asimismo, la actual distribución espacial obedece al tipo de relaciones que se dan entre los centros poblados y las funciones que cumplen cada uno de ellos. Esto servirá de base para expresar el tipo de dinamismo poblacional de acuerdo a los factores condicionantes que definen el espacio territorial.

 FLORA Y FAUNA  Variada fauna compuesta por huallatas, patos andinos, pariguanas, yanawicos, y una abundante flora Altoandina.

 RECURSOS HÍDRICOS

 FUENTE DE AGUA Manantiales.

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MARCO TEORICO  Para llegar a cumplir los objetivos del proyecto, es necesario basarse en información teórica que nos proporcione las herramientas suficientes para realizar las diversas etapas para un diseño de abastecimiento de agua y desagüe. En los siguientes subcapítulos se llegará a explicar la función e importancia de ellos, teniendo en cuenta el ciclo que se muestra a continuación:

 CAPTACION Se denomina captación al proceso en el cual se utilizan estructuras para derivar el caudal de diseño de una fuente de abastecimiento, puede hacerse de forma directa o mediante el uso de obras de regulación. Hay que considerar que la fuente de abastecimiento de agua es el elemento más importante del sistema de abastecimiento y se debe suministrar aguas de calidad para los diferentes tipos de consumo, teniendo que pasar por un sistema de tratamiento.

 CONDUCCION Según las normas técnicas OS.010 se denomina obras de conducción a las estructuras que trasportan el agua desde la captación hasta la planta de tratamiento o a un reservorio para su almacenamiento. Se pueden realizar por:  

Conducción por gravedad (Canal o tubería) Conducción por bombeo

 DOTACIÓN Ésta se establece en función a tres aspectos importantes, la demanda de la comunidad, disponibilidad del caudal de la fuente y la capacidad económica para costear el mantenimiento y operación del sistema.

 ALMACENAMIENTO En un sistema de abastecimiento de agua, el reservorio o tanque es una estructura que almacena el agua temporalmente, teniendo como objetivo:   

Asegurar la fiabilidad del suministro. Mantener la presión en la red de distribución Igualar las tasas de bombeo y tratamiento

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 Reducir el tamaño de los colectores de transmisión.  Mejorar la flexibilidad y eficiencia. Para diseñar un reservorio se tiene que determinar: Tamaño, Ubicación, Tipo, Operación esperada.

 RED DE DISTRIBUCIÓN Es el conjunto de tuberías de diferentes diámetros, válvulas, grifos y demás accesorios, cuyo origen está en el punto de entrada a la ciudad (final de la línea de aducción) y que se desarrolla por todas las calles, conduciendo al agua hasta la vivienda del poblador. La red está relacionada con el reservorio debido a que éste suministra el agua y condiciona la presión en la red (zonas de presión). 

LÍNEA DE ALIMENTACIÓN La línea de alimentación está constituida por tuberías que van de la fuente, del reservorio o planta de tratamiento a la zona de servicio.



TUBERÍA TRONCAL La tubería troncal está conformada por la red principal.



TUBERÍA DE SERVICIO Son las tuberías que están conectadas a las troncales y dan servicio local a los predios. El diámetro mínimo de la tubería de servicio será de 75 mm (3”), en algunos casos en las zonas precarias puede ser de 50 mm (2”).

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POBLACION Y DISEÑO  POBLACIÓN La población futura para el período de diseño considerado deberá calcularse: a) Tratándose de asentamientos humanos existentes, el crecimiento deberá estar acorde con el plan regulador y los programas de desarrollo regional si los hubiere; en caso de no existir éstos, se deberá tener en cuenta las características de la ciudad, los factores históricos, socioeconómico, su tendencia de desarrollo y otros que se pudieren obtener. b) Tratándose de nuevas habilitaciones para viviendas deberá considerarse por lo menos una densidad de 6 hab/ vivienda.

 PERIODO DE DISEÑO Es el periodo recomendable de las etapas constructivas. Para proyectos de poblaciones o ciudades, así como para proyectos de mejoramiento y/o ampliación de servicios en asentamientos existentes, el período de diseño será fijado por el proyectista utilizando un procedimiento que garantice los períodos óptimos para cada componente de los sistemas. Según la Norma OS.100 Para proyectos de poblaciones o ciudades, así como para proyectos de mejoramiento y/o ampliación de servicios en asentamientos existentes, el período de diseño será fijado por el proyectista utilizando un procedimiento que garantice los períodos óptimos para cada componente de los sistemas. En función a los datos siguientes:    

Obras de captación: 20 años. Conducción : 10 a 20 años. Reservorio : 20 años. Redes : 10 a 20 años (tubería principal 20 años, secundaria 10 años).

Para todos los componentes, las normas generales para proyectos de abastecimiento de agua potable en el medio rural del Ministerio de Salud recomiendan un periodo de diseño de 20 años. En nuestro caso asumiremos un periodo de diseño de 20 años más 3 años desde su contrato hasta su ejecución.

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 COEFICIENTE DE VARIACIONES DE CONSUMO El Reglamento de Nacional de Edificaciones Norma OS.100 numeral 1.5 establece en los abastecimientos por conexiones domiciliarias, los coeficientes de las variaciones de consumo, referidos al promedio diario anual de la demanda, deberán ser fijados en base al análisis de información estadística comprobada. De lo contrario se podrán considerar los siguientes coeficientes:  Máximo anual de la demanda diaria: 1,3 

Máximo anual de la demanda horaria: 1,8 a 2,5

COEFICIENTES DE VARIACIÓN

COEFICIENTE

a) Coeficiente de variación diaria (K1) b) Coeficiente de variación horaria (K2)

1.3 1.8 – 2.5

*Para el presente estudio se ha tomado como parámetro el valor de K1 igual a 1.3 y para K2 el valor de 2.5 (debido a que la población tiene menos de 10000 habitantes).

 VOLUMEN CONTRA INCENDIOS Y RESERVA Asimismo, en la norma OS.030, establece que en los casos que se considere demanda contra incendios deberá asignarse un volumen mínimo adicional de acuerdo al siguiente criterio:

DESCRIPCIÓN

VOLUMEN (M3)

Áreas destinadas netamente a viviendas

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 FACTORES BASICOS DE DISEÑO DE AGUA Y DESAGUE  

 

Para Obras Civiles: Se debe considerar 20 años netos sin considerar el tiempo de proyecto. Se debe asumir uno o más años extras de vida útil de la obra dependiendo de la magnitud de la obra, en este caso serían 22 años efectivos contando desde el inicio del proyecto. Si ya existe un proyecto y/o diseño de saneamiento Si en una obra ya existente se toma en cuenta la rehabilitación o mantenimiento.

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 FACTORES QUE INFLUYEN PARA HALLAR EL CONSUMO Pueden ser las siguientes:     

La zona. Calidad de agua disponible. Estación. Aspectos socio – Económicos. Presión del agua en la zona.

 DOTACION DE AGUA La dotación promedio diaria anual por habitante, se fijará en base a un estudio de consumos técnicamente justificado, sustentado en informaciones estadísticas comprobadas.

 



Se dice que es una población rural si la cantidad de habitantes de menor de 2000. Se dice que es una población urbana si la cantidad de habitantes de mayor de 2000. Clima frio

180 lts./hab./día

Clima cálido

220 lts./hab./día

Para localidades urbanas:

 CAUDALES DE DISEÑO 

CAUDAL PROMEDIO (𝐐𝐏 ) Es el consumo que se espera realice la población de diseño durante un periodo de un día.

𝑄𝑃 = Dónde:

(𝑃𝑑 )𝑥 (𝐷) 86400

= 𝑙𝑡𝑠⁄𝑠𝑒𝑔

QP : Caudal promedio. Pd :Población de diseño. D: Dotación.



CAUDAL MÁXIMO DIARIO (𝐐𝐦𝐝 ) Es el máximo consumo que se espera realice la población en un día y se calcula como un factor de ampliación (K1) del QP, dicho factor está establecido por la norma: 𝑄𝑚𝑑 = 𝑄𝑃 ∗ 𝑘1

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UNIVERSIDAD NACIONAL “SAN LUIS GONZAGA” DE ICA FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL 𝑸𝑴𝑫 = Caudal máximo diario 𝑸𝒑 = Caudal promedio 𝐾1 =coeficiente de variación (para sector urbano y rural 𝐾1 = 1.3 )



CAUDAL MÁXIMO HORARIO (𝐐𝐦𝐡 ) Es el máximo gasto que será requerido en una determinada hora del día, y se calcula como un factor de ampliación (K2) del QP, dicho factor está establecido por la norma:

𝑄𝑚ℎ = 𝑄𝑃 ∗ 𝑘2 K2: Localidades Urbanas Pf < 10 000 hab. 𝑲𝟐 = 2.5 Pf > 10 000 hab. 𝑲𝟐 = 1.8 K2: Localidades Rurales K2 = 2.0



CAUDAL MÍNIMO HORARIO (𝐐𝐦𝐢𝐧 ) Es la menor cantidad de agua que será requerida en una hora por día, y se calcula como un factor de ampliación (K3) del QP, dicho factor está establecido por la norma: 𝑄𝑚𝑖𝑛 = 𝑄𝑃 ∗ 𝑘3

𝐾3 =

0.5

𝑸𝒎𝒊𝒏. = caudal mínimo 𝑄𝑃 = caudal promedio



CAUDAL ALCANTARILLADO (𝐐𝐚𝐥𝐜 )  Localidades Rurales:

𝑄𝑎𝑙𝑐 = 𝑄𝑃 ∗ 𝑅 ∗ 𝐾2 𝑄𝑖 = 𝑄𝑝𝑖 ∗ 𝑅 ∗ 𝐾2 R = 0.8

y

𝑸𝑴𝑯 = 𝑸𝒑 𝒙𝑲𝟐

 Localidades Urbanas: 𝑄𝑓 = 𝑄𝑝𝑓 ∗ 𝑅 ∗ 𝐾2 𝐷𝑜𝑛𝑑𝑒 𝑅 𝑒𝑠 𝑒𝑙 𝑝𝑜𝑟𝑐𝑒𝑛𝑡𝑎𝑗𝑒 𝑑𝑒 𝑎𝑔𝑢𝑎 𝑎𝑙 𝑎𝑙𝑐𝑎𝑛𝑡𝑎𝑟𝑖𝑙𝑙𝑎𝑑𝑜 = 80%

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MEMORIA DE CALCULO  Para el desarrollo de la memoria del cálculo, se consideró como guía el libro de Agua potable para poblaciones rurales de Roger agüero pittman, el cual muestra los procedimientos a seguir, además de ello se trabajaron con los datos de los Censos realizados por el INEI en el distrito de Ocaña, provincia de Lucanas y departamento de Ayacucho.

1. CALCULO DE LA POBLACIÓN FUTURA 1.1. POBLACIÓN  La predicción del crecimiento de la población deberá estar perfectamente justificada de acuerdo a las características de la ciudad, sus factores socio-económicos y su tendencia de desarrollo.  Según Censos (Censo Nacional VIII Población y III Vivienda 1961. INEI. Lima, VII Censo Nacional de Población 1972. Oficina Nacional de Estadísticas y Censos. Lima.) realizados por el INEI en el distrito de Ocaña, provincia Lucanas y Departamento Ayacucho. CENSOS

DISTRITO (OCAÑA)

PROVINCIA (LUCANAS)

DEPARTAMENTO (AYACUCHO)

1961

5001

81445

410772

1972

3521

79999

459747

1993

4027

55830

492507

2007

3444

65414

612489

1.2. PERIODO DE DISEÑO  En un periodo de 20 años en obras civiles.  Un periodo de 2 años para el expediente técnico, por inaccesibilidad del lugar. ESTRUCTURAS Fuente de abastecimiento

PERIODO DE DISEÑO 20 años

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UNIVERSIDAD NACIONAL “SAN LUIS GONZAGA” DE ICA FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL Obras de captación Pozos Planta de tratamiento de agua para consumo humano RESERVORIO Tuberías de conducción, impulsión y distribución Estación de bombeo Red de desagüe Emisor Caseta de bombeo Equipos de bombeo Plantas de tratamiento

20 años 20 años 20 años 20 años 20 años 20 años 20 años 20 años 20 años 5 a 10 años 20 30 años

1.3. CALCULO DE TASA DE CRECIMIENTO  Para el cálculo de la tasa de crecimiento se consideraron los datos del INEI de los censos del Departamento, ya que estos muestran un incremento progresivo en los últimos años. Para el procedimiento del cálculo tomamos como referencia al libro: Agua potable para poblaciones rurales _ roger agüero pittman.

   

HALLANDO 459 747 - 410 772 = 48 975 492 507 – 459 747 = 32 760 612 489 – 492 507 = 119 982

   

HALLANDO 1972 – 1961 = 11 1993 – 1972 = 21 2007 – 1993 = 14

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 HALLANDO  410 772 * 11 = 4 518 492  459 747 * 21 = 9 654 687  492 507 * 14 = 6 895 098  HALLANDO

 48 975 / 4 518 492= 0.0108  32 760 / 9 654 687 = 0.0034  119 982 / 6 895 098 = 0.0174  HALLANDO “ r ”  0.0108+0.0034+0.0174 = 0.0316 / 3= 0.0105

Tasa de crecimiento = 0.0105 1.4. CALCULO DE POBLACION FUTURA 1.4.1. METODO INTERES SIMPLE  Para poblaciones menores a 2000 personas según el método recomendado por PNSR, comprobamos los resultados de ambos métodos y pudimos ver que son iguales:

Pf= Po (1+r*t) Pf= Población final Po= Población inicial t= Periodo de diseño (años) r= Razón de crecimiento  Pf= 116 ( 1 + 0.0105*22) =142.796 = 143 habitantes  Para 2040 se tiene una población de 143 habitantes.

2. ESTIMACION DE DOTACIONES

REGION SIERRA CON ARRASTRE H. I.E (NIVEL PRIMARIO)

DOTACION (L/HAB./DIA)x

CANTIDAD

DOTACION (L/D)

80 20

143 30

11440 600

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CENTRO DE SALUD AREAS VERDES

2 L/M²/DIA

500 1600

800

2.1. CAUDAL PROMEDIO DIARIO ANUAL Qp =

Pf  dotacion 86400

 Dotación = 80 lt/ hab. /día (zonas rurales según NORMA OS-100)  Población promedio = 143 habitantes

Qp =

143hab  80 Lt / hab / dia 86400 Qp = 0.132 lt / sg

TIPO DE SERVICIO POBLACION CENTROS EDUCATIVOS PUESTOS DE SALUD RIEGO DE AREAS VERDES

DOTACION L/DIA

DOTACION L/S

11 440 600 500 1600

0.132 0.007 0.006 0.019

2.2. CAUDAL MAXIMO DIARIO QMAX = Qp x K1

 Dónde: K1 = 1.3 QMAX = 1.3 x 0.132 lt. /seg. QMAX = 0.172 lt. /seg.

2.3. CAUDAL MAXIMO HORARIO QMAXH = Qp x K2  Donde:

 K2 = 2 (RURAL = 2)

QMAXH = 2 x 0.132 lt / seg QMAXH =0.264 lt / seg

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2.4. CAUDALES DE DISEÑO ESTRUCTURA CAPTACION LINEA DE CONDUCCION RESERVORIO APOYADO LINEA DE ADUCCION RED DE DISTRIBUCION

BASE DE DISEÑO

CAUDAL DE DISEÑO (L/S)

MAXIMO DIARIO MAXIMO DIARIO MAXIMO HORARIO MAXIMO HORARIO MAXIMO HORARIO

0.172 0.172 0.264 0.264 0.264

 Como podemos observar el caudal máximo horario (0.264lt/s) es inferior

al Caudal mínimo de la fuente (0.67 lt/s) asegurando un abastecimiento continuo.

3. DISEÑO DE LA CÁMARA HÚMEDA 3.1. CÁMARA DE CAPTACIÓN    

Caudal máximo = 0.72 lt/seg. Caudal mínimo = 0.69 lt/seg. Caudal máximo diario = 0.172 lt/seg. Diámetro de Línea de Conducción 1 = 1.1/2” (asumido)

3.2. DISTANCIA ENTRE EL PUNTO DE AFLORAMIENTO Y LA CÁMARA HÚMEDA  De la ecuación (37): 2

V  2 gh  ho  1.56 2  V    2g  1.56 

1/ 2

 2  9.81  0.50    1.56  

1/ 2

 2.50m / seg

 Habiendo asumido h = 0.50 m, se observa que la velocidad obtenida es mayor que la velocidad máxima recomendada 0.6 m/seg. Por lo tanto, asumimos una velocidad de diseño de 0.5 m/seg. Luego: 2

V2 0.50 2 ho  1.56  1.56  0.02m 2g 2  9.81  Con este valor calculamos Hf mediante la ecuación, siendo: H f  H  ho  0.50  0.02  0.48m

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 El valor de L se define con la ecuación: L

Hf 0.30



0.48  1.60m 0.30

3.3. ANCHO DE LA PANTALLA  Primero calculamos el diámetro (D) del orificio con la ecuación. Para un caudal máximo de 0.72 lt/seg, velocidad de diseño de 0.5 m/seg y coeficiente de descarga de 0.80, tenemos: 𝐴=

𝑄𝑚𝑎𝑥 0.75 = = 1.875 𝑥 10−3 𝑚2 𝐶𝑑 𝑥 𝑉 0.80 𝑥 0.50

 Con la ecuación obtenemos el diámetro del orificio: 4𝐴 0.5 4 𝑥 1.875 𝑥 10−3 0.5 𝐷=( ) =( ) = 0.04𝑚 𝜋 3.1416 D  4cm  1.57"  2"

3.4. CALCULO DEL NUMERO DE ORIFICIOS (NA)  El diámetro calculado de 2" es igual que el diâmetro máximo recomendado de 2", por consiguiente se usará para determinar el número de orificios (NA). Utilizamos la ecuación:

D NA   1  D2

2

  4cm    1     1  0.8  1  1.80  2u 5 cm   

3.5. CALCULO DEL ANCHO DE LA PANTALLA  Siendo el diámetro del orificio D = 2" y el número de agujeros (NA) igual a 2, el ancho de la pantalla (b) se determina mediante la ecuación:

b  2(6 D)  NA  D  3D( NA  1)  2  6  2"2  2"3  2"(2  1)  34" b  34"  86.36cm  90cm

Fig. 44 DIMENSIONES DE LA PANTALLA

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3.6. CALCULO DEL ANCHO DE LA PANTALLA (Ht)  Para determinar la altura de la cámara húmeda (Ht) usamos la ecuación:

H t  A  B  H  D  E     

Donde: A = 10cm. (mínimo recomendado) B = 3.81 cm. (1.1/2") D = 3cm. (mínimo recomendado) E = 30 cm. (máximo recomendado)

 Para determinar el diámetro de la canastilla se considera 2 veces el diámetro de la tubería de salida de la Línea de Conducción 1, por lo tanto, B = 1.1/2”. El valor de la carga requerida (H) se define mediante la ecuación, la cual expresada en función del Caudal Máximo Diario (Qmd) y el área sería: 2

Q H  1.56 md 2 2 gA

   

Donde: Qmd = Gasto máximo diario en m3/s (0.000172). A = Área de la tubería de salida en m2 (0.0011401) g = Aceleración de la gravedad (9.81 m/seg2).

 Luego, reemplazando datos:

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2 Q (0.00022 )2 0.000172 H  1.56 md 2  1.56   0.00296 = 0.0018 m m  0.296cm 2 22𝑥9.81 𝑥 0.0011401 2 gA 9.81 (0.0011401) 2

 Ya que este valor es muy pequeño, para facilitar el paso del agua se asume una altura mínima recomendada de H = 30 cm.  Reemplazando los valores identificados en la ecuación, la altura total Ht será:

H t  10  3.81  30  3  30  76.81cm  Usamos un valor redondeado:

Ht = 1.00 m (ver fig. 44)

3.7. DIMENSIONAMIENTO DE LA CANASTILLA  El diámetro de la tubería de salida a la línea de conducción (Dc), es de 1.1/2". Para el diseño se estima que el diámetro de la canastilla debe ser 2 veces Dc por consiguiente:

Dcanastilla  2Dc  2  1.1 / 2"  3"  Se recomienda que la longitud de la canastilla (Lc) sea mayor a 3 Dc y menor a 6 Dc, luego:

Lc  3  1.1 / 2"  4.5"  11.43cm  12cm Lc  6  1.1 / 2"  9"  22.86cm  23cm

Lasumido  20cm  Ancho de la ranura = 5 mm.  Largo de la ranura = 7 mm.  Siendo el área de la ranura:

Ar  7  5  35mm2  35  10 6 m 2

 Área total de ranuras:

Atr  2 Ac

 Siendo Ac el área transversal de la tubería de la línea de conducción.

Ac 

Dc 2 4

 Para Dc  1.1 / 2"  0.0381m en la ecuación :

Ac 

Dc 2 4

 Luego en la expresión :



  0.03812 4

 1.1401  10 3 m 2

Atr  2 Ac  2  1.1401  10 3  2.2802  10 3 m 2

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

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Ag  0.5D g  Lg

 Para Dg = 3"=0.0762m y Lg= 0.20m en la ecuación tenemos: Ag  0.5Dg  Lg  0.5  0.0762m  0.20m  7.62 10 3 m 2

Nr 

 El número de ranuras resulta:

Atr Ar

 Donde:  Atr = Área total de ranuras  Ar = Área de una ranura

Atr 2.2802  10 3 m 2 Nr    65.148 Ar 35  10 6 m 2

N r  65ranuras Fig. 45 DIMENSIONES DE LA CANASTILLA

3.8. REBOSE Y LIMPIEZA  El rebose se instala directamente a la tubería de limpia y para realizar la limpieza y evacuar el agua de la cámara húmeda, se levanta la tubería de rebose. La tubería de rebose y limpia tienen el mismo diámetro y se calculan mediante la ecuación:

Df      

0.71 Q 0.38 hf

0.21

Donde: D = Diámetro en pulg. Q = Caudal máximo de la fuente (0.72 lt/seg). hf = Pérdida de carga unitaria ( 0.015 m/m). Resultando:

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Df 

0.71  Q 0.38 hf

0.21



0.30 0.71𝑥0.72 0.45 0.71

0.38

0.21 0.015 0.0150.21

=1.6”≅  1.26"2" 1.5"

 Y un cono de rebose de 2” x 3”.  Las dimensiones de la cámara húmeda, finalmente se muestran esquemáticamente en la figura siguiente: Fig. 46 DIMENSIONES DE LA CÁMARA HÚMEDA

3.9. CAMARA DE VALVULAS  Es una caja pequeña de concreto simple, adosada al frente de la cámara

húmeda, según como se aprecia en la figura anterior. Esta contiene una válvula compuerta para controlar el paso del flujo de agua a través de la tubería de conducción. La caja tendrá una tapa de concreto armado de 0.40 x 0.40 m y espesor de e = 5 cm. Las medidas interiores de la cámara pueden ser de 0.30 x 0.30 m por una profundidad de 0.50 m, con un espesor de 0.10 m en las paredes.

4. LINEA DE CONDUCCIÓN  La línea de conducción es un conjunto de tuberías, válvulas, accesorios, estructuras y obras de arte, que sirven para conducir el agua desde la captación hasta el reservorio, aprovechando la carga estática existente. Se utiliza al máximo la energía disponible para conducir el gasto deseado, lo que en la mayoría de los casos nos llevara a la selección del diámetro mínimo que permita presiones

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iguales o menores a la resistencia física que el material de la tubería soporte.  La línea de conducción por lo general se adapta al perfil del terreno, no obstante, en algunas zonas donde existen quebradas y zonas rocosas, se recurrirá a estructuras especiales para hacer cruces aéreos.  Para el mejor funcionamiento del sistema, a lo largo de la línea de conducción se colocarán cámaras rompe presión, válvulas de aire, válvulas de purga, etc. Cada uno de estos elementos se diseñará de acuerdo a características particulares que se presenten.  Para este proyecto se ha analizado el trayecto de cada línea de conducción y se mediante los datos proporcionados por el levantamiento topográfico se han determinado las cotas y los elementos a construir para su mejor funcionamiento, los que se describen a continuación:

 LÍNEA DE CONDUCCIÓN 1  Es la tubería a instalar que conducirá el agua desde la cámara colectora en la captación hasta el reservorio apoyado en la cota 4383.427. Tiene una longitud aproximada de 2276.761 m. y será de tubería PVC de 1.5” de diámetro, de alta presión. El diámetro de la tubería se ha elegido teniendo en cuenta el recorrido y las posibles pérdidas de carga.

4.1. CRITERIOS GENERALES DE DISEÑO  Definidos los perfiles de las líneas de conducción 1, es necesario considerar criterios de diseño que permitan el planteamiento final en base a las siguientes consideraciones: a) CARGA DISPONIBLE  La carga disponible de ambas líneas de conducción es considerada como la diferencia de elevación entre la obra de captación y el reservorio. Estas diferencias se aprecian en los perfiles longitudinales de ambas líneas de conducción, ver Figura 47 y 48.

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b) GASTO DE DISEÑO  Las clases de tubería se definen en base a las presiones máximas que ocurran en la línea de carga estática. Para la selección se considera una tubería que resista la presión más elevada que pueda producirse, ya que la presión máxima no ocurre bajo condiciones de operación, sino cuando se presenta la presión estática, al cerrar la válvula de control en la tubería. c) CLASES DE TUBERIA  En la mayoría de los proyectos de abastecimiento de agua potable para poblaciones rurales se utilizan tuberías de PVC. Este material tiene ventajas comparativas con relación a otro tipo de tuberías: es económico, flexible, durable, de poco peso y de fácil transporte e instalación; además, son las tuberías que incluyen diámetros comerciales menores de 2 pulgadas y que fácilmente se encuentran en el mercado. En el Cuadro No.38 se muestran presentan las clases comerciales de tuberías PVC con sus respectivas cargas de presión.  En la Figura No.39 se muestran los límites de presión de las tuberías de presión según la clase a la que pertenecen. CUADRO No.38 MAXIMA PRESION DE TRABAJO EN TUBERIAS PVC CLASE 5 7.5 10 15

PRESION PRESION MAXIMA DE MAXIMA DE PRUEBA (m) TRABAJO (m) 50 75 105 150

35 50 70 100

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 No obstante, cuando las presiones sean mayores a las que soporta la tubería PVC y la naturaleza del terreno haga antieconómica la excavación y donde sea necesaria la construcción de acueductos, siempre es recomendable utilizar tubería de fierro galvanizado. d) SELECCIÓN DE DIAMETROS  Para la selección de los diámetros se toman en cuenta diversas soluciones y alternativas desde el punto de vista económico. Hay que considerar el desnivel máximo que exista en todo el tramo y el diámetro a seleccionar debe tener la suficiente capacidad para conducir el gasto de diseño con velocidades comprendidas entre:  Velocidad máxima 0.6 m/seg  Velocidad mínima 3.0 m/seg  Las pérdidas de carga por tramo calculado deben ser menores o iguales a la carga disponible, siendo: Carga disponible (H) = Cota de Captación – Cota de Reservorio e) ESTRUCTURAS COMPLEMENTARIAS  Para complementar la línea de conducción se requieren de elementos de regulación y control, que servirán para su mejor funcionamiento. Entre estas tenemos cámaras rompe presión, válvulas de aire y válvulas de purga, que se ubican a lo largo de la línea de conducción. Un ejemplo gráfico de cómo se ubican cada una de ellas según su función se muestra en la figura 50: Fig. 50

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UNIVERSIDAD NACIONAL “SAN LUIS GONZAGA” DE ICA FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL VÁLVULAS DE AIRE EN LÍNEAS DE CONDUCCIÓN

 VÁLVULAS DE AIRE: La acumulación de aire en los puntos altos reduce el área de flujo del agua, aumentando la perdida de carga y reduciendo el gasto. Esta acumulación se evita instalando válvulas de aire automáticas o manuales. Siendo las primeras más costosas, en la mayoría de las líneas de conducción se opta por usar válvulas de compuerta con sus respectivos accesorios que requieren ser operadas periódicamente. (Ver Figura No.51). Fig. 51 VÁLVULAS DE AIRE EN LÍNEAS DE CONDUCCIÓN

 VÁLVULAS DE PURGA: Se utiliza para la limpieza periódica de los sedimentos que se acumulan en los puntos bajos de la línea de conducción, especialmente en terrenos de topografía accidentada.  Esta acumulación de sedimentos reduce el área de la sección de la tubería y por consiguiente reduce también el flujo del agua, por lo cual es

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recomendable usar esta válvula en los tramos donde sea necesario. (Ver Figuras 52a y 52b). Fig. 52a VÁLVULAS DE PURGA EN LÍNEAS DE CONDUCCIÓN (PLANTA)

Fig. 52b VÁLVULAS DE PURGA EN LÍNEAS DE CONDUCCIÓN (CORTE)

 CÁMARAS ROMPE-PRESIÓN: Se usan cuando existen grandes desniveles entre la captación y algunos puntos a lo largo de la línea de conducción, según como se apreció en la Figura 50. Estos desniveles pueden generar presiones superiores a la máxima que soporta una tubería, por lo tanto es necesario construir cámaras rompe-presión que permitan disipar la energía y reducir a cero la presión relativa (presión atmosférica), evitando así daños a la tubería. Permiten asimismo usar tuberías de menor clase, reduciendo costos en las obras de

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abastecimiento de agua potable. Las siguientes figuras ilustran las características típicas de una cámara rompe presión. Fig. 53.0 PERSPECTIVA DE UNA CÁMARA ROMPE-PRESIÓN

Fig. 54.0 SECCIÓN TRANSVERSAL DE UNA CÁMARA ROMPE-PRESIÓN

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UNIVERSIDAD NACIONAL “SAN LUIS GONZAGA” DE ICA FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL Fig. 55.0 SECCIÓN TRANSVERSAL DE UNA CÁMARA ROMPE-PRESIÓN

f) DISEÑO DE LAS LINEAS DE CONDUCCIÓN  En este ítem se explica paso a paso el procedimiento de diseño de las líneas de conducción, en el cual se toman en cuenta aspectos como: línea de gradiente hidráulica, pérdida de cargas, pérdidas de carga unitaria, perdidas de carga por tramos, presiones y posibles combinaciones de tuberías. Para ello se parte de datos disponibles de campo, los cuales son los siguientes:  Qmd = 0.172 lt/seg  Cota captación = 4493.11 msnm.  Cota del reservorio = 4383.427 msnm  Carga disponible = 109.683 m. de acuerdo a la expresión (60)  Primero analizaremos preliminarmente las condiciones iniciales que se nos presentan y que hay que tener en cuenta para el diseño:  Para evitar el uso de tuberías de fierro galvanizado, lo cual encarecería los costos del proyecto, se optará por tuberías de PVC CLASE 10, que son más comerciales y las cuales pueden soportar presiones hasta 70 m de carga estática, según como se vio en la figura 49, definiéndose la carga estática como la suma de la pérdida de energía más la carga dinámica, según como se muestra en gráfico siguiente: Fig. 56.0 CARGAS EN UNA LÍNEA DE CONDUCCIÓN

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 La carga estática disponible entre la Cámara de Captación y el Reservorio es de 109.683 m. Siendo mayor que la carga estática soportada por la tubería PVC Clase 10 (70 m) es necesario colocar 02 cámaras rompe presión. Las cuales se deben ubicar en el punto donde la presión ó carga estática supera a la máxima soportada por la tubería seleccionada. Esto implica además una presión ó carga dinámica mínima de 5m.  Para el cálculo hidráulico de las tuberías se utilizará fórmulas racionales. En el caso de aplicarse la fórmula de Hazen y Williams se utilizarán los coeficientes de fricción establecidos a continuación:  Fierro galvanizado : 100  PVC :140  Las velocidades permisibles en las tuberías serán las siguientes:  Máxima : 3.00 m/seg  Mínima : 0.60 m/seg  La Línea gradiente hidráulica (L.G.H.) estará siempre por encima del terreno. En los puntos críticos se podrá cambiar el diámetro para mejorar la pendiente.  Para el cálculo de las pérdida de carga unitaria (hf) con el propósito de diseño se consideran las ecuaciones de Hazen y Williams para diámetros mayores a 2 pulgadas o fórmulas para diámetros menores a 2 pulgadas como la de Fair Whipple. En caso que el resultado no represente un diámetro comercial, al igual que con el uso del nomograma, se selecciona el diámetro mayor.

Q  1  C  D 2.63  h f Q   2  D 2.71  h f

0.57

0.54

(Hazen y Williams)

(Fair Whipple)

(61) (62)

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 Siendo α1 y α2 constantes y la pérdida de carga hf es: hf 

 Donde:

Hf

Hf

L

(63)

L

= Pérdida de carga por tramo

= Longitud del tramo

 La presión en la línea de conducción representa a la cantidad de energía gravitacional contenida en el agua. Considerando el gráfico 47.0, se determina mediante la ecuación de Bernoulli.

Z1 

P1



2



2

V1 P V Z 2 2  2  H f 2g  2g

(64)

 Donde:  Z = Cota de cota respecto a un nivel de referencia arbitraria  P/ = Altura de carga de presión. P = presión;  = peso específico del fluido (m)  V = Velocidad media del punto considerado (m/seg)  Hf = Pérdida de carga que se produce entre los puntos 1 y 2

 Si V1 = V2 y como el punto 1 está a presión atmosférica, o sea P1 = 0. Entonces:

P2



 Z1  Z 2  H f

(65) Fig. 57

ENERGÍAS DE POSICIÓN Y PRESIÓN

 Es decir, se inicia el diseño desde la captación porque allí la presión es igual a la presión atmosférica, por lo tanto la carga de presión

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se considera como cero. El mismo criterio se aplica cuando se parte desde una cámara rompe presión. La siguiente figura ilustra esquemáticamente como se mantiene el equilibrio de presiones en una línea de conducción: Fig. 58 CARGAS EN UNA LÍNEA DE CONDUCCIÓN

 ANÁLISIS PRELIMINAR. -En la Línea de Conducción No.01, la carga disponible calculada es 109.683 m, Este valor es mayor que la presión máxima de trabajo (Hp) que soportarían las tuberías PVC Clase 10 (ver cuadro No.38), por lo que es necesario plantear la construcción de cámaras rompe presión, colocadas a menos de 70 m de altura entre cámaras y la captación.  El criterio usado para ubicar cada cámara es el siguiente:  Se toma la diferencia de altura entre el punto más alto y el más bajo de la línea de conducción (h), esta altura se divide entre la máxima presión de trabajo de la tubería a usar y así determinamos el número de cámaras (Nc) a usar.

h = Cota Captación – Cota punto más bajo h = 4493.11 – 4383.427 = 109.683m Nc 

h Hp

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𝑁𝑐 =

109.683 = 1.57 ≈ 2 70

 Luego, conocido el número de cámaras, se divide nuevamente la altura (h), entre el número de cámaras más uno ( Nc+1 ) y se obtiene la diferencia de altura entre cámaras (hc), desde la captación hasta el punto más bajo de la línea de conducción. hc 

▲ ℎ𝑐 =

h ( Nc  1)

109.683 2+1

= 36.56𝑚

 Las cotas donde deben ubicarse las cámaras de rompe presión se calculan de la siguiente forma:  Cota CRP-01 = Cota Captación - hc =4 493.11 – 36.56 = 4456.55 m  Cota CRP-02 = Cota CRP-01 - hc = 4456.55 – 36.56 = 4419.99 m

 Una vez calculadas las cotas, se ubican sobre el perfil a escala y de allí se obtienen las distancias ó progresivas, según como se aprecia en la Fig.59.0.

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g) CALCULO DE LA TUBERIA DE CONDUCCION Considerando los conceptos de diseño según el ítem “F”, mediante una hoja de cálculo, se ha tabulado el proceso para calcular los diámetros de las líneas de conducción, cuyo proceso se indica a continuación:



Los tramos se definen entre la captación, las cámaras rompe presión y el reservorio.



El caudal para el diseño de las líneas de conducción es el caudal medio diario Qmd.



Las cotas de terreno son las cotas de los tramos en su inicio y su final.



El desnivel de terreno es la diferencia de cotas de inicio y final de cada tramo.



La pérdida de carga disponible hf1 es el desnivel de terreno entre la longitud total del tramo.



El diámetro se calcula con la siguiente expresión: D



0.71  Qmd 0.38 hf 1

(69)

0.21

Al obtener los diámetros con la expresión (69), hay que redondear a diámetros comerciales.



La velocidad se calcula con la siguiente expresión: V 

1.9735  Qmd D2

(70)

donde D, es el diámetro comercial asumido 

La pérdida de carga hf2 se calcula con la siguiente expresión: Qmd   hf 2   2.63   2.492  D 



1.85

(71)

La pérdida de carga en el tramo Hf, se determina multiplicando la cota de terreno inicial del tramo por la pérdida de carga hf2.

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

La cota piezométrica inicial es igual a la cota de terreno inicial del tramo. La cota piezométrica final es la cota piezométrica inicial menos la pérdida de carga Hf.



La presión es la cota piezométrica final menos la cota de terreno final del tramo.

Finalmente los resultados obtenidos se muestran en el cuadro siguiente.

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TRA

CAU

LONGI

COTA DE

DESNIV

PERDID

DIAME

DIAMET

VELOCI

PERDI PERD

COTA

PRES

MO

DAD

TUD

TERRENO

EL DEL

A DE

TRO

RO

DAD

DA DE IDA

PIEZOMET

ION

Qmd

TOTAL

TERREN

CARGA

(pulg)

COMER

(m/seg)

CARA

DE

RICA

(LT/S

(m)

O(m)

UNITAR

CIAL

GA

CAR

inicia final

IA

ASUMID

DISPON

O (pulg)

EG)

INICI

FINAL

AL

UNITA GA

IBLE hf1

4456.

-

55

.11

36.561

1.0

TRAM

hf2

O HF

(m/m)

(m/m)

CAP 0.172 36.484 4493

RIA

l

0.36

0.5

1.36

0.007

31.45

4493

4461

177

.11

.66

31.19

4456

4425

585

.55

.35

30.93

4419

4389

993

.99

.05

5.11

CR1 CR1 -

0.172 133.99 4456 3

.55

4419.

36.561

0.27

0.48

0.5

1.36

0.007

99

5.36

CR2 CR2 -

0.172 57.199 4419 .99

4383.

36.561

0.64

0.40

0.5

427

1.36

0.007

5.62

RES

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REGLAMENTO Y TABLAS EMPLEADAS  Para la primera parte de este trabajo se emplearon las tablas que encontramos en el reglamento nacional de edificaciones Capitulo II, III.3 Norma IS.010 INSTALACIONES SANITARIAS.  Empleamos lo que nos dice esta norma para poder determinar la dotación necesaria para los habitantes, así también como para las instituciones o servicios públicos de este centro poblado.

REGION SIERRA CON ARRASTRE H. I.E (NIVEL PRIMARIO)

DOTACION (L/HAB./DIA)

CANTIDAD

DOTACION (L/D)

80 20

143 30

11440 600

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CENTRO DE SALUD AREAS VERDES

2 L/M²/DIA

800

500 1600

 Se toman estos valores ya que el centro poblado se encuentra en la región sierra, cuenta solo con I.E. nivel primario, además de una posta y con las áreas verdes respectivas.

CONCLUSIONES Hidráulica Urbana I

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 Concluimos que la población futura ha ido variando, por tal motivo hemos concluido para hallar los caudales de diseño trabajar con la población del último censo, ya que la población final fue disminuyendo, por tal motivo no sería factible diseñar con tal resultado.  Con los resultados obtenidos notamos que cada método arroja una cantidad diferente de población final, y en algunos casos sin guardar relación alguna, por eso, es necesario realizar todos los métodos para poder hallar un promedio aceptable que se pueda utilizar para hallar los caudales pedidos.  De los métodos utilizados nos damos cuenta que en algunos casos existe una gran diferencia entre los resultados obtenidos por esta razón solamente promediamos las que más o menos se aproximen.  Con los datos de la población actual pudimos estimar el caudal promedio, caudal máximo horario y el caudal máximo diario, utilizando una dotación de 80 lt/seg, por ser el centro poblado de Sauluma una zona rural.  Para el año 2040 la cantidad de litros estimada que se gasta por día será: 0.132 lt/seg.

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RECOMENDACIONES  Informarse de la biblioteca del INEI, o su página Web para poder recabar la información censal, ya que como organismo se encarga de manejar toda la estadística nacional.  Trabajar con programas de cómputo que nos permitan manejar datos a escala, para la elaboración del Método gráfico de tendencias, para así obtener datos confiables.  Evitar el método comparativo ya que este no nos brinda datos verdaderamente exactos, tan sólo, aproximados. (Razón por la que no realizamos el método)

 Para desarrollar correctamente la proyección de una población, se deberán tomar únicamente datos censales, más no son aceptables las proyecciones estadísticas que calcula el INEI.  Contar con mayor información en cuanto a los nacimientos y defunciones, además de inmigraciones y emigraciones, pues con esta información se puede obtener la población futura con el método racional que es el método más exacto, y con mayor precisión.  Poder acceder a más ejemplos acerca del método de saturación, puesto que necesitaríamos las áreas existentes y áreas actuales, además de población existente y población actual, puesta que por falta de datos no pudimos realizar el método de saturación, al no encontrar el índice de crecimiento.

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BIBLIOGRAFÍA     

Censo Nacional VIII Población y III Vivienda 1961. INEI. Lima VII Censo Nacional de Población 1972. Oficina Nacional de Estadísticas y Censos. Lima. http://www.cepes.org.pe/pdf/OCR/Partidos/agua_potable/agua_potable3.pdf Agua potable para _ poblaciones _ rurales _ roger agüero pittman https://mapas.deperu.com/ayacucho/lucanas/ocana/ocana/

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