• Author / Uploaded
• Kevin Espinoza

• Categories
• Población
• Crecimiento económico
• Descarga (hidrología)
• Población mundial
• Agua

Citation preview

Universidad Diego Portales Facultad de Ingeniería Escuela de Ingeniería en Obras Civiles

Hidráulica Urbana

ÌNDICE 5.

Estudio Preliminar: Diseño de abastecimiento de agua .................................................. 1

5.1.

Información del lugar ...................................................................................................... 1

5.1.1.

Introducción ................................................................................................................ 1

5.1.2.

Área de estudio y ubicación geográfica ...................................................................... 1

5.1.3.

Características geográficas y climáticas ...................................................................... 2

5.1.4.

Población ..................................................................................................................... 3

5.1.5.

Actividad sísmica: ....................................................................................................... 5

5.1.6.

El sistema productivo urbano ...................................................................................... 7

5.1.7.

Salud ............................................................................................................................ 9

5.1.8.

Urbanismo y Planificación Territorial....................................................................... 11

5.1.9.

Área de Urbanismo.................................................................................................... 12

5.1.10.

Productividad ............................................................................................................ 14

5.1.11.

Vías de comunicación ............................................................................................... 14

5.1.12.

Plan regulador de la ciudad de Puerto Varas ............................................................. 16

5.1.13.

Vialidad ..................................................................................................................... 18

5.6.

Estudio de población ..................................................................................................... 18

5.7.

Estudios de consumo de agua potable ........................................................................... 20

5.8.

Proyección de coberturas y caudales ............................................................................. 20

5.10.

Análisis de cantidad y calidad de agua .......................................................................... 23

5.11.

Diagnóstico.................................................................................................................... 26

5.11.1.

Diseño de Captación: ................................................................................................ 26

5.11.2.

Vertedero Lateral: ..................................................................................................... 27

5.11.3.

Vertedero de rebose:.................................................................................................. 28

5.11.4.

Diseño del tanque de captación ................................................................................. 30

5.11.5.

Diseño tubería de rebose y de limpieza ..................................................................... 32

5.11.6.

Diseño tubería de aducción: ...................................................................................... 32

5.11.7.

Diseño Tanque de Regulación:.................................................................................. 33

5.11.8.

Diseño de EPANET .................................................................................................. 38

5.12.

Planteamiento de alternativas de solucion..................................................................... 41

0

Universidad Diego Portales Facultad de Ingeniería Escuela de Ingeniería en Obras Civiles

Hidráulica Urbana

5. Estudio Preliminar: Diseño de abastecimiento de agua 5.1. Información del lugar 5.1.1.

Introducción

El presente informe corresponde al estudio preliminar relacionado con el estudio de la factibilidad técnica y económica de hacer un proyecto de Agua Potable para la comunidad de Puerto Varas. El estudio pretende entregarle al primero una herramienta de decisión en cuanto a los requerimientos y diseños necesarios para dotar a localidad de un sistema de abastecimiento, tratamiento y distribución de agua potable. 5.1.2.

Área de estudio y ubicación geográfica

La comuna de Puerto Varas se encuentra ubicada en el extremo centro sur del país entre las coordenadas 41º 20’ de longitud sur y 72º 57’ longitud oeste. Posee una superficie de 4.087 km2 lo que corresponde un 6% de la superficie regional y a un 26% de la Provincia. Política y administrativamente, la comuna pertenece a la Provincia de Llanquihue, la cual a su vez, es una de las cinco Provincias que conforman la X Región de Los Lagos. La ciudad de Puerto Varas, actúa como cabecera de la comuna que el mismo nombre, desde el punto de vista jerárquico, ella ocupa el séptimo lugar entre las 12 capital comunales de la región y el segundo entre las ocho comunas que componen la Providencia. La cuidad se encuentra emplazada en la ribera sur del Lago Llanquihue, ubicándose solo a 20 Km. al norte de la capital regional. Allí se encuentra gran parte de la población comunal al tiempo que confluye la mayor parte del que hacer económico de la zona. Dentro de las principales localidades que conforman la comuna se cuentan: Puerto Varas, Nueva Braunau, Ensenada, La Fábrica, Colonia Tres Puentes, Colonia Río Sur, Río Pescado, Ralún, Petrohué, Peulla y Santa María. Ver anexo 1

1

Universidad Diego Portales Facultad de Ingeniería Escuela de Ingeniería en Obras Civiles 5.1.3.

Hidráulica Urbana

Características geográficas y climáticas

Las características geográficas que definen la zona en cuestión, pueden describirse sintéticamente de la siguiente forma: Hacia el Este se encuentran las estribaciones de la Cordillera de Los Andes, cuyas principales alturas la conforman el Cerro Tronador son 3.470 mts. sobre el nivel del mar y los Volcanes Osorno (2.661 mts.) y Calbuco (2.015 mts.). A partir de ellos nacen múltiples ríos los que siguen diversos cursos, desembocando en lagos, desde los cuales tomaran luego rumbos al mar, entre los principales destaca el Río Petrohué, y el Río Pescado. En la depresión intermedia se aprecia un relieve de lomajes suaves que por lo general, no sobrepasan los 100 mts. de altura. Hacía el litoral, la Cordillera de la Costa manifiesta un relieve leve, de no más de 300 mts. de altura, haciéndose imperceptible como tal en muchos puntos. Respecto del clima (Ver cuadro Nº1) la zona se caracteriza por presentar temperaturas moderadas que oscilan entre los 14ºC en los meses más calurosos y los 6ºC en pleno invierno. Más notoria se hace la fluctuación del régimen de lluvias que alcanza un promedio sobre los 2.600 mm. de agua caída en el mes de julio, para luego ir decreciendo conforme avanza el verano, no alcanzando sin embargo a producir una estación seca. Cuadro Nº1

2

Universidad Diego Portales Facultad de Ingeniería Escuela de Ingeniería en Obras Civiles 5.1.4.

Hidráulica Urbana

Población

El estudio de las variables demográficas es de importancia primordial para los agente públicos y privados que sitúen como su norte institucional el mejorar integralmente las situaciones de vida de los habitantes que componen un territorio. El crecimiento de la población determinará por ejemplo las futuras demandas por servicios públicos, privados y necesidades básicas como el agua. Según el cuadro Nº2 la población de la Comuna para el año 2000 es de 30.865 habitantes con una población urbana de 22.103 hab. Y una población rural de 8.762 hab. Realizando una proyección lineal basada en el promedio anual de crecimiento para el periodo intercensal y la población declarada por el Servicio de Salud de la provincia se obtiene una población total para el año 2010 de 36.876 con una población urbana de 27.324 y una población rural de 9.552 con porcentajes de ruralidad con tendencia a la baja. En cuanto a los porcentajes de concentración de la población esta tenderá a concentrar en los centros pasando de un 68% en el año 1992 a un 74% en el año 2010 (referencia para la compresión de la urbanización de la localidad seleccionada para el estudio). Para efectos del proyecto se da una continuidad estimada de habitante como población inicial proyectando la futura para el año actual (se analiza en bases de cálculos). Cuadro Nº2

Los sectores rurales se mantendrán creciendo a un ritmo vegetativo y con tasas de emigración en algunas localidades que provocan decrecimientos de la población en algunos distritos como se observa en el Cuadro Nº3.

3

Universidad Diego Portales Facultad de Ingeniería Escuela de Ingeniería en Obras Civiles

Hidráulica Urbana

Cuadro Nº3

Al observar las tasas de crecimiento poblacional de las localidades urbanas y rurales se observa que la tasa de crecimiento urbano son más que el doble de las localidades rurales y con una tendencia a mantener esta proporción en los próximos diez años. Estas tasas de crecimiento del sector urbana se explican por el crecimiento natural de la población (nacimientos menos defunciones), una tasa de migración baja y la llegada de nuevos residentes provenientes de la ciudad de Puerto Montt, quienes están optando por vivir en Puerto Varas. Tasa de crecimiento poblacional Áreas urbanas y rurales período 1982-2010 (Promedios anuales) Fuente: Datos de INE del CENSO de población y vivienda año 1992. Las tasas de crecimiento proyectadas presentan un cuadro de demanda en aumento por diferentes servicios que la Municipalidad debe proveer como por ejemplo: salud, educación, limpieza y ornato, etc. Por la importancia que la Ciudad de Puerto Varas representa para la población de la comuna se presentan los datos de los últimos siete censos efectuados por el Instituto Nacional de Estadísticas el cuadro Nº4 en el cual se refleja el crecimiento poblacional de la ciudad donde destaca un período de crecimiento explosivo entre los años 1952 y 1960 asociado con un proceso de fuerte migración que logró crecimientos anuales para la ciudad del orden del 7,8%.

4

Universidad Diego Portales Facultad de Ingeniería Escuela de Ingeniería en Obras Civiles

Hidráulica Urbana

Cuadro Nº4

La idea básica que engloba el diagnóstico y proyecciones demográficas de la comuna es la de una población urbana en aumento rápido a niveles de aproximadamente 500 a 650 personas por año las cuales demandarán esfuerzos adicionales en distintas áreas de trabajo del Municipio. 5.1.5.

Actividad sísmica:

Chile es uno de los países más sísmicos del mundo, sin embargo el sur de chile no es de constantes temblores, sin embargo de registro unos de los terremotos más grandes de la historia, afectando a la localidad de estudio, el terremoto de Valdivia en 1960. No existen nuevos antecedentes relevantes con respecto a este tema, aún así, está estipulado por las normas chilenas que todo diseño del país debe tener mayor cuidado y rigurosidad al sismo, siendo un factor a l ahora de los cálculos. El siguiente cuadro muestra el registro de actividades sísmicas de la X° Región.

5

Universidad Diego Portales Facultad de Ingeniería Escuela de Ingeniería en Obras Civiles

Hidráulica Urbana

6

Universidad Diego Portales Facultad de Ingeniería Escuela de Ingeniería en Obras Civiles 5.1.6.

Hidráulica Urbana

El sistema productivo urbano

Para analizar el Sistema Productivo Local Urbano de manera de diagnosticar los posibles factores sistémicos a reforzar se trabajó en base al comercio formalizado mediante el pago de la Patente Municipal. Cuadro Nº5

Al agrupar las firmas por sectores en el Cuadro Nº5 se destaca el Comercio con un 40%, los cafés, bares y restaurantes con un 14%, los Profesionales que ofrecen sus servicios en forma independiente con un 14%, los Hoteles, cabañas, moteles y hospedajes con un 8% y las actividades transformadoras de materias primas con mediana elaboración con un 6%. De las cifras se puede afirmar que el Sistema Productivo Local está fundamentalmente orientado a la entrega de servicios y no a las manufacturas o transformación de materias primas, esto se debe a la triple cualidad de la Comuna de: tener un único centro urbano como nodo de atracción de la comunidad, estar en proceso de convertirse en ciudad dormitorio de la vecina capital regional y tener especialización productiva en el sector turismo. Al clasificar las empresas según tamaño con la metodología mencionada anteriormente, se obtuvo que un 75% de las firmas son pequeñas empresas, 17% medianas y solo un 8% son grandes empresas. Al interiorizarnos en las cifras y relativizar la subdivisión con respecto al tamaño de las unidades productivas en el Cuadro Nº6 se obtiene que en promedio un 64% de las firmas de cada sector son pequeñas empresas sobresaliendo las ramas de los servicios no profesionales, transporte, transformación secundaria, comercio, actividades forestales, telecomunicaciones y restaurante, bares y cafés que se encuentran con un porcentaje por encima del promedio. La mediana empresa (con un promedio de 24%) está en una situación con menor variabilidad donde sobresalen los casos de las agencias de turismo, los hoteles, cabañas y hospedajes. Las grandes empresas (con un promedio de 12%) se encuentran mayormente en los rubros de energía, hoteles, servicios

7

Universidad Diego Portales Facultad de Ingeniería Escuela de Ingeniería en Obras Civiles

Hidráulica Urbana

financieros y provisionales y telecomunicaciones. Cuadro Nº6

8

Universidad Diego Portales Facultad de Ingeniería Escuela de Ingeniería en Obras Civiles 5.1.7.

Hidráulica Urbana

Salud

La situación de salud que alcance un grupo social referenciado en una zona geográfica depende de variados aspectos como el estilo de vida, la prevención de patologías, estado educacional, nutricional y la calidad ambiental del lugar en el que se habita. Por el proceso de traspaso de la salud primaria a los gobiernos municipales, éstos recibieron la responsabilidad sobre las tareas de prevención y atención primaria del sector social beneficiario de la acción del Estado en forma directa. En forma indirecta las acciones del gobierno local pueden influir en todas las variables que indirectamente afectan el nivel de salud de la población. La salud municipal, como fuerza de tarea municipal, corresponde a las acciones curativas, preventivas y de promoción de salud que ejecutan las diferentes instituciones de Salud Municipal en torno a la planificación y la ejecución de acciones de salud. La orgánica de la Salud en la comuna comprende las instituciones detalladas en el siguiente cuadro. Cuadro Nº8

9

Universidad Diego Portales Facultad de Ingeniería Escuela de Ingeniería en Obras Civiles

Hidráulica Urbana

El personal de salud municipalizada se reparte en los cargos que se expresan en el siguiente Cuadro : Cuadro Nº9

La salud comunal en relación a los indicadores para la Provincia y el país se muestra en el siguiente Cuadro: Cuadro Nº10

10

Universidad Diego Portales Facultad de Ingeniería Escuela de Ingeniería en Obras Civiles 5.1.8.

Hidráulica Urbana

Urbanismo y Planificación Territorial

La ocupación del territorio y el dinamismo comunal Sin duda, los índices de construcción física de un territorio son buenos indicadores del dinamismo que alcanza un sistema local ya que son el soporte físico de un circuito económico y social “vaciado” en el sector geográfico. Para la Comuna de Puerto Varas estos indicadores muestran un fuerte aumento a partir del año 1994 (Ver el Cuadro Nº11) en cuanto a número de permisos para edificar entregados por la Municipalidad, la cantidad de metros cuadrados edificados y los metros cuadrados promedio construido por cada permiso otorgado. Este aumento de la construcción se tiende a estabilizar en los años posteriores a 1994 con lo que se crea un nuevo ritmo de construcción comunal que en promedio alcanza 131 obras anuales con 37.284 m2 de construcción anual para los últimos 4 años. Cuadro Nº11

En otro sentido, llama la atención el crecimiento de los metros cuadrados promedios por permisos que pasa de 13 m2 por permiso a 277 m2 por permiso. Lo anterior, se debe a la construcción de edificios de varios pisos para hotelería, residencia y comercio así como a escuelas y soluciones habitacionales que reflejan el aumento de la infraestructura para soportar mayores flujos sociales y económicos. Por otra parte, estas construcciones demandan del Municipio soluciones de redes de energía e infraestructura vial y una clarificación de las imágenes objetivos para cada zona de la ciudad lo que implica desarrollar en forma afinada un Plan Regulador para la Comuna. Finalmente, este salto de la construcción municipal puede indicar una emigración de residentes en ciudades aledañas hacia la Ciudad de Puerto Varas. Las cifras anteriores reflejan un aumento en la tasa de crecimiento de la Ciudad de Puerto Varas que tensiona al territorio. Los planes reguladores deben orientar este crecimiento.

11

Universidad Diego Portales Facultad de Ingeniería Escuela de Ingeniería en Obras Civiles 5.1.9. •

Hidráulica Urbana

Área de Urbanismo

Cobertura de agua potable urbana

La ciudad de Puerto Varas posee dos plantas de agua potable, a saber, la Planta Bío-Bío y la Planta Decher, la primera posee tres sondajes con los que abastece de agua a cerca del 80% de la población y la Planta Decher posee uno. Para el año 1992 la cobertura de agua potable en cuanto a población servida alcanza un 83,5%, es decir, para esa fecha las viviendas a las que les faltaba esa conexión se aproximó a las 654, pese a tener cercanía a las redes de agua potable no se encontraban conectadas por el costo relativamente alto que significaba pagar la conexión. La realización de esfuerzos conjuntos entre la Municipalidad y la Empresa sanitario logró aumentar la cobertura del servicio el año 1994 a 17.127 habitantes representando a un 93.3% de la población como se muestra en el siguiente Cuadro. Cuadro Nº12

Dado que estos datos son de años anteriores se constata por ESSAL y por el Sector Sanitario SISS que actualmente la cobertura de agua potable para el sector urbano es de un 100%. El estudio y el proyecto esta destinado a una área urbana, por lo que no se profundizará en los análisis y datos de la zona rural de la localidad que comprende Puerto Varas. •

Cobertura urbana de agua potable y alcantarillado Cuadro Nº13 Población urbana estimada Empresa

ESSAL S.A.

2011

2010

5.745.354

563.142

Agua potable Población urbana Cobertura de agua abastecida potable 2011 2010 2011 2010 (%) (%) 579.301

563.106 100 100 Alcantarillado Población urbana Cobertura de saneada alcantarillado 2011 2010 2011 2010 (%) (%) 546.524 528637 94,3 93,9

12

Universidad Diego Portales Facultad de Ingeniería Escuela de Ingeniería en Obras Civiles •

Hidráulica Urbana

Evacuación de aguas servidas

En el siguiente cuadro se muestra el índice de cobertura de tratamientos de aguas servidas, referido a población urbana total, al 31 de diciembre de 2011. Información de SISS a través de ESSAL S.A. Cuadro Nº14 Población urbana estimada Empresa

2011

ESSAL S.A.

Población urbana cuyas aguas servidas recolectadas recibe tratamiento 2011 2010 546.524 526.430 •

579.333

2010 563.142

Tratamiento de agua servidas Cobertura de tratamiento de Aguas Servidas respecto de la población saneada 2011(%) 2010(%) 100 99,4

Población urbana saneada 2011 546.524

2010 528.637

Cobertura de tratamiento respecto de la población total 2011(%) 95,2

2010(%) 94,3

Evacuación de Aguas Lluvia

El alto índice de precipitaciones que caracteriza a la zona hace necesario que sus centros urbanos requieran de sistemas artificiales de evacuación de las aguas lluvias eficientes que eviten inundaciones y catástrofes. La ciudad de Puerto Varas cuenta con un sistema diferenciado de alcantarillado para evacuación de aguas servidas y aguas lluvia. Esta última se conforma por un sistema de redes colectoras en los lugares topográficamente planos del centro y oriente de la ciudad que recibe las aguas provenientes de los sectores altos de la ciudad que evacúa en el Lago Llanquihue mediante seis descargas. Si bien este sistema ha funcionado bien el rápido crecimiento de la infraestructura urbana de viviendas y servicios puede comenzar a sobrepasar la capacidad de descarga de la actual red por lo que se proyecta la necesidad de su ampliación. Finalmente, se debe hacer notar que uno de los principales problemas que impide el óptimo funcionamiento de los sistemas instalados lo constituye el hecho de que no existe una institución definida que se haga responsable de la construcción, mejoramiento y mantención de las redes colectoras siendo el Municipio el que por descarte y vocación de servicio público quien desvía energía y recursos para abarcar estas tareas.

13

Universidad Diego Portales Facultad de Ingeniería Escuela de Ingeniería en Obras Civiles

Hidráulica Urbana

5.1.10. Productividad La productividad de ESSAL S.A. se muestra en el siguiente cuadro. Cuadro Nº15 Número de Empleados Empresa ESSAL S.A.

•

Empleados Totales 2011 2010 Variación (%) 671 645 4 Facturación/Empleados(Miles de m3) 2011 2010 Variación (%) 49 49 1,1

Clientes/Empleados 2011 2010 Variacón (%) 296 300 -1,3 Ingresos Anueales por Empleado (Miles de $) 2011 2010 Variación(%) 52.926 49.967 5,9

Ingresos de explotación

Los ingresos operacionales o de explotación obtenidos por las empresas sanitarias, provienen principalmente de los consumos de agua potable, del servicio de alcantarillado y tratamiento de aguas servidas, de los cargos fijos y de cobros por otras prestaciones reguladas y no reguladas. Durante el año 2011, todas las compañías del sector aumentaron sus ventas (Ver Cuadro Nº16). Cuadro Nº16

Empresa ESSAL S.A.

Ingresos de Explotación (M$)* Variación 2011 2010 (%) 35.513.184 32.228.930

Ingresos de Explotación Ingresos de Explotación por cliente al mes ($) por metro cúbico (m3) Variación Variación 2011 2010 (%) 2011 2010 (%)

10,2 14.886 13.878

7,3 1.072 1.024

4,8

5.1.11. Vías de comunicación •

Prensa escrita

Puerto Varas posee un diario local "El Heraldo Austral", compuesto de 12 páginas, portada y contraportada a todo color, de distribución gratuita en kioscos de la comuna y de localidades o ciudades vecinas como Nueva Braunau, Ensenada, Llanquihue, Frutillar y Fresia.

14

Universidad Diego Portales Facultad de Ingeniería Escuela de Ingeniería en Obras Civiles •

Hidráulica Urbana

Radio

En el dial FM, se transmiten dentro de la comuna las siguientes radios: • • • •

91.3 Infinita (Repetidor) 95.9 La Llave (Local) 97.7 Gratíssima (Local) 107.3 Bío Bío (Repetidor Puerto Montt)

Además se escuchan otras radios o repetidoras Puertomontinas como ADN, Futuro y Radio María. •

Televisión Abierta

Puerto Varas no posee un canal propio de televisión abierta (solamente por cable), sin embargo se reciben los siguientes canales VHF: • • • • •

2 Mega 4 TVN 6 La Red 10 Chilevisión 13 Canal 13 •

Teléfono

El código de área corresponde a 65 para redes fijas. Se recibe señal telefónica e Internet 3G de todas las compañías móviles. •

Electrificación

En cuanto al alumbrado público los centros urbanos poseen una red que abarca la totalidad de las necesidades comunitarias de la población. La electrificación es provista por CRELL.

15

Universidad Diego Portales Facultad de Ingeniería Escuela de Ingeniería en Obras Civiles

Hidráulica Urbana

5.1.12. Plan regulador de la ciudad de Puerto Varas Los objetivos implícitos y explícitos del actual plan son los de dotar de óptimas condiciones de habitabilidad a las áreas consolidadas de Puerto Varas y definir las áreas urbanizables a futuro y las características deseadas de su urbanización por otra parte define también áreas que por su naturaleza e importancia merecen un tratamiento especial. Mediante la individualización de áreas homogéneas (zonificación) se logra determinar sectores con ventajas comparativas para diferentes usos. Esta zonificación del territorio tiene por objeto ordenar y permitir el desarrollo armónico y equilibrado de las diversas actividades presentes en el territorio y determinar una disponibilidad de terrenos adecuados para las diferentes demandas de uso de suelo que se darán en el largo plazo. Por otro lado esta zonificación pretende la optimización del uso de la infraestructura sanitaria y energética que posee la ciudad y se orienta a la consolidación de la actividad turística en Puerto Varas. Por otra parte establece normas que tienden a asegurar la necesaria privacidad y seguridad de sus habitantes cautelando sus intereses en el tratamiento de los espacios públicos y privado. En cuanto a accesibilidad la zonificación propone la apertura de vías y/o el ensanche de las vías existentes de manera de conectar los diferentes núcleos poblacionales presentes y futuros en forma óptima. A continuación se exponen las principales definiciones contenidas en el Plan Regulador. •

El límite urbano propuesto

El Plan Regulador fija un límite urbano suficientemente amplio para poder responder a la demanda de suelo por residencia y localizaciones de unidades económicas que se proyectan para el año 2020. Si bien es complicado hacer una proyección del número de habitantes que tendrá la ciudad en ese horizonte de tiempo proponemos una proyección de habitantes de cerca de 30.000 habitantes para esa fecha la que obtuvimos considerando una tasa de crecimiento anual de la población de 2% en otras palabras se trata de un aumento de población de aproximadamente 10.000 habitantes con respecto al año 2000 las que demandarán suelos para viviendas. Los expertos del municipio han determinado que agregando 330 hectáreas al radio urbano con zonas de densidad poblacional de 55 y 25 habitantes por hectárea es posible hacer frente a esta demanda. Por otra parte, la zonificación ha definido que los actuales sitios eriazos y subdivisiones en el radio urbano posibles de ser ocupadas pueden sostener un 30% del crecimiento de la población proyectada. De esta forma si sumamos a estas 330 hectáreas las 248,18 hectáreas ya consolidadas y las 37,6 hectáreas que no acogen uso de vivienda el límite urbano está dado por 615,78 hectáreas. Por otra parte consideraciones del costo de dotar de agua potable a las áreas de expansión aconsejan priorizar la ubicación de viviendas bajo la cota 1.20. •

Macro-áreas detectadas

Con la finalidad de hacer ejecutivo el Plan Regulador se propusieron las siguientes definiciones que caracterizan los usos, clasificaciones y potenciales usos del suelo.

16

Universidad Diego Portales Facultad de Ingeniería Escuela de Ingeniería en Obras Civiles •

Hidráulica Urbana

Áreas consolidadas

Son aquellas áreas que en la actualidad cuentan con una urbanización suficiente para permitir la subdivisión de terrenos y recibir edificación conectada a los servicios públicos. Dentro de estas áreas se encuentran terrenos subutilizados que pueden absorber parte del crecimiento de Puerto Varas por medio de la densificación y el mejor aprovechamiento de los edificios existentes. •

Áreas de extensión

Se trata específicamente de las 330 hectáreas que se agregaron al límite urbano para poder responder a la demanda de suelo habitacional proyectada hasta el año 2020. B.3) Áreas especiales: Son aquellas áreas que por su destino o naturaleza precisan de normativas especiales para su urbanización y edificación, entre ellas podemos contar : Ribera del Lago, quebradas naturales, terrenos adyacentes a la línea férrea, cementerio e instalaciones de agua potable. Por el atractivo turístico del Lago Llanquihue el área especial de su ribera debe acaparar la atención prioritaria de los expertos en municipales en el área. •

La zonificación actual

La zonificación que actualmente contiene el Plan Regulador establece tres zonas para las cuales se ha destinado un uso habitacional. La zona H-1 acogerá las viviendas de buena calidad para lo cual se fijan superficies prediales, frentes mínimos y antejardines mayores que los de la zona H-2. La zona H-2 se encuentra destinada a viviendas de interés social sujetas a exigencias menores. La zona H-3 tiene iguales características que las solicitadas para la zona H-1 con exigencias mayores para la superficie predial mínima. Pese a las restricciones anteriores se aceptan equipamientos relacionados con la vivienda no teniendo las zonas la restricción de exclusividad de uso residencial del suelo, no obstante se prohíben ciertos usos del suelo que tienen externalidades negativas para los residentes. Se han definido una zona C que pretende concentrar las actividades comerciales y de servicios para la que se generaron condiciones y restricciones que pretenden la densificación futura de este sector. Esta zona se emplaza en el centro cívico de la ciudad y las áreas circundantes lo que recoge la tendencia de localización de comercio y servicios que se ha observado. En esta zona también es permitido el uso habitacional. La zona T corresponde a aquellas porciones del territorio de interés turístico que se deben cuidar y potenciar para fortalecer la actividad turística en la ciudad. Con esta finalidad se aceptan edificaciones de uso turístico como hoteles y restaurantes y se prohíbe la construcción de equipamientos perjudiciales para esa actividad como por ejemplo : industrias, bodegas, talleres mecánicos, etc. Por otra parte las condiciones de construcción y subdivisión persiguen dar un aspecto grato con predominio de antejardines y la mantención de la condición de transparencia hacia y desde las construcciones y el paisaje. La zona I es dedicada al uso de suelo industrial y de almacenamiento lo que recoge una falencia inicial del actual Plan Regulador. Esta zona deberá contener la demanda de suelo del tipo indicado la que se prevé aumentará debido a la conexión de la carretera 225 con la Carretera Austral, esta zona se ubica en predios adyacentes al acceso sur de la ciudad y se relaciona directamente con la avenida Colón que recogerá el tránsito de carga desde la carretera 225 y esta próxima al tendido de ferrocarril. Se aceptan además en esta zona grandes talleres centrales de distribución comercial y equipamiento deportivo a nivel comunal.

17

Universidad Diego Portales Facultad de Ingeniería Escuela de Ingeniería en Obras Civiles

Hidráulica Urbana

Se han definido varias zonas de restricción entre las que destacan: R-1) Zonas de cuidado de playas del Lago Llanquihue R-2) Zonas de quebradas y demás terrenos que por su fuerte pendiente y ser potencialmente inundables no son aptas para asentamientos humanos. R-3) Zona de protección de trazados férreos. R-4) Terrenos ocupados por el cementerio. R-5) Zona de protección de instalación de agua potable. R-6) Zona de preservación de los Parques “Monte Calvario” y “Cerro Philippi”. R-7) Zona de protección de vertientes y cauces naturales de agua. 5.1.13. Vialidad El sistema vial de Puerto Varas está definido por los grandes ejes que constituyen prolongaciones hacia el interior de la Ciudad de los caminos que la comunican con la Carretera 5 Sur, la Carretera Austral y el camino a Nueva Braunau que dentro del radio Urbano se denominan San Francisco, Avenida Costanera Vicente Pérez Rosales y calles Del Salvador y San José, respectivamente. Internamente los diferentes sectores que conforman la ciudad se vinculan mediante las vías colectoras Colón, San Ignacio, Arturo Prat y Estación. Con el objeto de optimizar el funcionamiento de la trama urbana, descongestionar vías sobrecargadas y estructurar las áreas de crecimiento se ha dispuesto de las siguientes aperturas y prolongaciones. 5.6. Estudio de población •

Crecimiento de la población

Se considera una tasa de crecimiento de la población de 1,12 % anual constante durante el periodo de diseño de las obras, por lo tanto, las obras deben diseñarse para la cantidad de persona que se estima, habitaran la localidad al final del periodo de diseño (Pf). Con una población 2013, de 45000 habitantes, se tiene:

Pf = Po(i +1) n = 45000(0,0112 +1) 20 = 56229 •

Habitantes

Periodo de diseño de las obras:

El periodo de prevención para todas las obras civiles y los criterios de diseño deben satisfacer las necesidades estimadas para los próximos 20 años. Los equipos mecánicos como bombas (de ser necesario), equipos de cloración, filtros, etc., podrán considerarse con una vida útil de 10 años para ser reemplazados posteriormente, dado que el diseño se proyecta para casas domiciliarias. Cabe destacar que el periodo de diseño debe ser capaz de cumplir con la demanda respectiva, diseño de capacidad y con las siguientes bases como índice de crecimiento, restricciones obligatorias, vida útil de la estructura y equipamiento, entre otras.

18

Universidad Diego Portales Facultad de Ingeniería Escuela de Ingeniería en Obras Civiles

Hidráulica Urbana

Siendo un sector lluvioso donde existe mayor variabilidad e inestabilidad de las estadísticas hidráulicas, de manera de ser cauteloso, se concluyó tal período de retorno para otorgar mayor seguridad al proyecto.

19

Universidad Diego Portales Facultad de Ingeniería Escuela de Ingeniería en Obras Civiles

Hidráulica Urbana

5.7. Estudios de consumo de agua potable •

Dotación

Para proyecto de Sistemas de Abastecimiento de Agua para la localidad de Puerto Varas, información facilitada por ESSAL S.A. se tiene una dotación de 130, 8L/hab-día equivalente a 0,1308 M3/hab-día (promedio de sus registros). Esta cantidad de agua, definida como el consumo promedio diario por persona, garantiza un suministro adecuado para satisfacer las necesidades de la población. Debe diseñarse las obras de tal forma que sean capaces de proveer a cada habitante de la dotación señalada al final del periodo de diseño de las obras. Dotación de producción (Dp): Cociente entre el volumen de agua producido anualmente, medido a la salida del sistema de producción y el promedio de la población abastecida en el año multiplicado por 365.

Dp =

0,1308 Dc = = 0,210628 ≈ 0,211 M3/hab-día 37,9 ANC 1− 1− 100 100

Aguas no contabilizadas (ANC): Estas incluyen las perdidas de agua en instalaciones, las imprecisiones en la medición, los consumos operacionales y los de incendios. Se obtiene por información facilitada por ESSAL S.A. (37,9%).

5.8. Proyección de coberturas y caudales •

Coeficientes de consumo

Para el dimensionamiento hidráulico de las obras se requiere calcular el caudal máximo diario y caudal máximo horario para lo cual se utilizará un Coeficiente del Mes de Máximo Consumo (CMMC) corresponde el cuociente entre el mayor consumo mensual y el consumo medio mensual dando como resultado 1,07. Datos ESSAL .S.A. y SISS.

Coeficiente del Día de Máximo Consumo (CDMC) corresponde el cuociente entre el consumo máximo diario y el consumo promedio diario del mes de mayor consumo será 1,5 influenciándose por los factores climáticos de la localidad, originando grandes variaciones de temperaturas entre estaciones. Factor de la Hora de Máximo Consumo (FHMC) corresponde el cuociente entre el consumo máximo horario y el consumo promedio horario en el día de máximo consumo será 1,5. De esta forma el caudal máximo diario será 1,5 veces la dotación y el caudal máximo horario será 1,5 veces el caudal máximo diario. Factor del Día de Máximo Consumo (FDMC) corresponde al producto entre CMMC y CDMC

20

Universidad Diego Portales Facultad de Ingeniería Escuela de Ingeniería en Obras Civiles

Hidráulica Urbana

dando como resultado 1,605.

21

Universidad Diego Portales Facultad de Ingeniería Escuela de Ingeniería en Obras Civiles •

Hidráulica Urbana

Caudales de diseño

Caudal medio diario: Con una cobertura del 100%.

Qmd =

m3 m3 Pob × Dp × Cob = 56229hab × 0,211 = 11864,3 hab − día día 86400

Qmd = 11864,3

1 día m3 m3 × = 0,137 día 86400 seg seg

Caudal máximo diario:

Qmáx − d = FDMC × Qmd = 1,605 × 0,137

m3 m3 m3 = 0,2198 ≈ 0,220 seg seg seg

Caudal máximo horario:

Qmáx − h = FHMC × Qmáx − d = 1,5 × 0,22

m3 m3 = 0,33 seg seg

Caudal de incendio: Se determina de acuerdo con la demanda y duración del siniestro. Para los efectos de cálculos, debe considerarse a las menos 2 horas de siniestro con un caudal de 16 L/seg. En cada grifo de 100 mm de diámetro, según NCh1646, y el número de grifos en uso simultáneo que indica la siguiente tabla:

Teniendo una población de diseño de 56229 habitantes. Se establece 3 grifos.

L m3 L = 48 = 0,048 Qincendio = Qi = 3*16 seg seg seg

22

Universidad Diego Portales Facultad de Ingeniería Escuela de Ingeniería en Obras Civiles

Hidráulica Urbana

5.10. Análisis de cantidad y calidad de agua •

Rendimiento de Fuentes Superficiales

La fuente procedente de corrientes, lagunas, lagos y embalses naturales y artificiales, que puede ser dulce o salobre, debe ser capaz de proveer una cantidad adecuada de agua para el abastecimiento de consumo humano. Teniendo en cuenta las condiciones hidrológicas, geológicas, geotécnicas, calidad del agua, seguridad de abastecimiento, etc., se ha estipulado en conjunto a la municipalidad de la localidad y la agencia reguladora permitir el uso del caudal del río de un 15% para así hace un dique para colocar el vertedero lateral de toma de agua.

23

Universidad Diego Portales Facultad de Ingeniería Escuela de Ingeniería en Obras Civiles

Hidráulica Urbana

24

Universidad Diego Portales Facultad de Ingeniería Escuela de Ingeniería en Obras Civiles

Hidráulica Urbana

25

Universidad Diego Portales Facultad de Ingeniería Escuela de Ingeniería en Obras Civiles

Hidráulica Urbana

5.11. Diagnóstico

5.11.1. Diseño de Captación: El captar agua desde un río asegura el caudal deseado con un menor costo en cuanto a las obras de captación, sin embargo, el tratamiento físico-químico debiera ser mayor para que, además de desinfectar, se logre remover sólidos suspendidos y turbiedad debida seguramente a la presencia de fierro en las aguas. Se presentarán en forma secuencial los distintos componentes que debiera considerar esta red, desde la fuente de abastecimiento hasta la distribución final y entrega en terrenos particulares. Esta consiste en una estructura de captación ubicada en un punto situado en una orilla accesible verificada y a una altura conveniente del fondo del curso alimentador, con un ancho de 8,40 m. A continuación se señala las bases de cálculos de este diseño normado por Nch777/1 Of.200.

26

Universidad Diego Portales Facultad de Ingeniería Escuela de Ingeniería en Obras Civiles

Hidráulica Urbana

Caudales del río entregado para este proyecto:

•

Caudal medio:

Qm=5,98 m3/seg.

•

Caudal de crecida:

Qc=69,1 m3/seg.

•

Caudal mínimo:

Qmín= 0,67 m3/seg. Longitud caja de captación: Se quiere captar un volumen fijo de Qmáx-d= 0,220 m3/seg. , por lo que la longitud máxima de la caja de captación debe ser de 2 m.

5.11.2. Vertedero Lateral:

27

Universidad Diego Portales Facultad de Ingeniería Escuela de Ingeniería en Obras Civiles

Hidráulica Urbana

La opción mas fiable es el vertedero tipo B. La cresta libre del vertedero será de 1,8 m, Haciendo un sistema de ecuaciones, con respecto al coeficiente de vertedero y la altura de carga para la demanda máxima diaria se requerirá de una carga de: 3  3 3/2 Q = C * L * H ⇒ 0,220m /s = C *1,8m * H 2  C − C1 = m(H − H1) ⇒ C − 2 = 0,88(H − 0,2) 

Con un coeficiente de vertedero (C) de 1,96, se requiere una carga (H) de 0,16 m Con el cumplimento de diseños de ingeniería la carga sobre el vertedero cumple con el grafico tipo vertedero B . Tomando en cuenta que la dirección del flujo no entra completamente lateral a la captación se asigna un factor de seguridad de 1,5. Dando como resultado una carga de vertedero final (H) de 0,24 m.

5.11.3. Vertedero de rebose: Longitud de vertedero de rebose a emplear= 1,6 m. Carga sobre el vertedero para caudal mínimo: Qmín= 0,67 m3/seg. Qvr1= Qmín-Qmáx-d= 0,67 m3/seg. – 0,220 m3/seg.= 0,45 m3/seg. 3  3/2 3 Q = C * L * H ⇒ 0,45m /s = C *1,6m * H 2  C − C1 = m(H − H1) ⇒ C − 2 = 0,88(H − 0,2) 

28

Universidad Diego Portales Facultad de Ingeniería Escuela de Ingeniería en Obras Civiles

Hidráulica Urbana

Con un coeficiente de vertedero (C) de 2,06 se requiere una carga (H) de 0,27 m Carga sobre el vertedero para caudal medio: Qm=5,98 m3/seg. Qvr2= Qm-Qmáx-d= 5,98 m3/seg.. – 0,220 m3/seg.= 5,76 m3/seg. 3  3/2 3 Q = C * L * H ⇒ 5,76m /s = C *1,6m * H 2  C − C1 = m(H − H1) ⇒ C − 2 = 0,88(H − 0,2) 

Con un coeficiente de vertedero (C) de 2,85 se requiere una carga (H) de 1,17 m Para el criterio del ingeniero este valor es muy mayorado, por lo que el diseño se acomoda con un largo de rebose (L) de 2,5 m., teniendo como resultado una carga (H) de 0,92 con respecto a un coeficiente de 2,63.

Carga sobre el vertedero para caudal de crecida: Qc=69,1 m3/seg. Para el peor de lo casos y considerando el ancho de río de 8.40 metros, la longitud del vertedero será de 8 metros. Siendo un evento que rara vez ocurre, considerando una probabilidad de excedencia de 10%, es aceptable un caudal Q=26,8 m3/seg.

3   3/2 3 Q = C * L * H ⇒ 26,8m /s = C * 8m * H 2  C − C1 = m(H − H1) ⇒ C − 2 = 0,88(H − 0,2) 

Con coeficiente de vertedero (C)= 2,81 se tiene una altura de carga (H)= 1,12 m. Valor de gran relevancia para el diseño del dique.

29

Universidad Diego Portales Facultad de Ingeniería Escuela de Ingeniería en Obras Civiles

Hidráulica Urbana

El diseño final del vertedero de crecidas, el vertedero de rebose y las cotas del vertedero lateral serían:

5.11.4. Diseño del tanque de captación

30

Universidad Diego Portales Facultad de Ingeniería Escuela de Ingeniería en Obras Civiles

Hidráulica Urbana

Cálculo tubería de toma: Q= Qmáx-día= Qmd= 0,220 m3/seg Mediante la ecuación de continuidad de fluidos: Q= V*A ⇒ A= Qmd/(2*g*h)1/2 g = Aceleración de gravedad h= Distancia desde la toma de agua, a la captación

A=

0,220m 3 /seg 2 × 9,81m /seg × 0,5m 2

= 0,072m 2

Cálculo diámetro de tubería:

A=

π × d2 4

= 0,072 ⇒ d =

4 × 0,072

π

= 0,302 m

Aproximando el diámetro a uno nominal óptimo en el mercado se aproxima a 0,300 m Verificando la velocidad del fluido, de acuerdo a la ecuación de continuación:

v = Q/A =

0, 220 π × 0, 300 4

2

= 3, 11m / seg

Valor de velocidad que se acepta asumiendo como velocidad máxima límite de 5 m/seg.

31

Universidad Diego Portales Facultad de Ingeniería Escuela de Ingeniería en Obras Civiles

Hidráulica Urbana

5.11.5. Diseño tubería de rebose y de limpieza Se adopta un diámetro tal que sea mayor o igual a la tubería de toma. φ=0,300m.

5.11.6. Diseño tubería de aducción:

Tubería de hierro galvanizado para un caudal Q=0,220 m3/seg., diámetro=0,300 m., Rugosidad relativa (ε)= 0,00026 m. Con un número de Reynolds (Re)=1,007*10-6seg L=210 m Mediante el método de Hazen-Williams La fórmula de Hazen-Williams, también denominada ecuación de Hazen-Williams, se utiliza particularmente para determinar la velocidad del agua en tuberías circulares llenas, o conductos cerrados es decir, que trabajan a presión. Su formulación en función del radio hidráulico es:

Donde: • • • •

Rh = Radio hidráulico = Área de flujo / Perímetro húmedo = Di / 4 V = Velocidad media del agua en el tubo en [m/s]. C = Coeficiente que depende de la rugosidad del tubo. 100 para tubos de hierro fundido. S = [[Pendiente - Pérdida de carga por unidad de longitud del conducto] [m/m].=h/L

32

Universidad Diego Portales Facultad de Ingeniería Escuela de Ingeniería en Obras Civiles  0,3  V = 0,8494 *100 *    4 

0 , 63

 255 − 245  *   210 

Hidráulica Urbana

0 , 54

= 3,209m / seg

En función del diámetro:

Q = 0,2785 * 100 * (0,3)

2 , 63

 255 − 245  *   210 

0 , 54

= 0,226m 3 / seg

V=3,209 m/seg < Vmáx= 5 m/seg Q= 0,226 m3/seg > Qmáx-día=0,220 m3/seg OK!

5.11.7. Diseño Tanque de Regulación: Según la NCH 691 los requisitos que constatan el diseño son los siguientes:

33

Universidad Diego Portales Facultad de Ingeniería Escuela de Ingeniería en Obras Civiles

Hidráulica Urbana

34

Universidad Diego Portales Facultad de Ingeniería Escuela de Ingeniería en Obras Civiles

Hidráulica Urbana

35

Universidad Diego Portales Facultad de Ingeniería Escuela de Ingeniería en Obras Civiles

Hidráulica Urbana

Se obtiene los siguientes resultados para el proyecto:

0-1 1-2 2-3 3-4 4-5 5-6 6-7 7-8 8-9 9-10 10-11 11-12 12-13 13-14 14-15 15-16 16-17 17-18 18-19 19-20 20-21 21-22 22-23 23-24

Q_in (m3/hr) 792 792 792 792 792 792 792 792 792 792 792 792 792 792 792 792 792 792 792 792 792 792 792 792

Q_out Demand (%) 87,6 88,6 90,3 90,7 93,8 95,1 102,8 102,2 113 121,5 116,6 115,2 111,1 108,9 105,7 103,9 102,4 101,9 98,3 97,4 97,1 90,6 85,1 80,2

Sum

19008

2400

Hours

m3/sec

Difference

Cumulative

693,792 701,712 715,176 718,344 742,896 753,192 814,176 809,424 894,96 962,28 923,472 912,384 879,912 862,488 837,144 822,888 811,008 807,048 778,536 771,408 769,032 717,552 673,992 635,184

98,208 90,288 76,824 73,656 49,104 38,808 -22,176 -17,424 -102,96 -170,28 -131,472 -120,384 -87,912 -70,488 -45,144 -30,888 -19,008 -15,048 13,464 20,592 22,968 74,448 118,008 156,816

59,3712 149,6592 226,4832 300,1392 349,2432 388,0512 365,8752 348,4512 245,4912 75,2112 -56,2608 -176,6448 -264,5568 -335,0448 -380,1888 -411,0768 -430,0848 -445,1328 -431,6688 -411,0768 -388,1088 -313,6608 -195,6528 -38,8368

C=

388,0512 -445,1328 833,184

19008 Max Min

36

Universidad Diego Portales Facultad de Ingeniería Escuela de Ingeniería en Obras Civiles

Hidráulica Urbana

Cumulative

600 400 0

-200

0-1 1-2 2-3 3-4 4-5 5-6 6-7 7-8 8-9 9-10 10-11 11-12 12-13 13-14 14-15 15-16 16-17 17-18 18-19 19-20 20-21 21-22 22-23 23-24

200

-400

-600

De acuerdo a los antecedentes lo del proyecto se tiene un volumen de regulación (Vr) de 833 m3/seg. Y siguiendo los requisitos de la norma, se debe diseñar el tanque para el máximo de: ⇒VR + Vincendio ⇒VR + Volumen de reserva Volumen de incendio: Para la población futura (56229 hab.), la norma chilena NCH 691 determina: Vincendio=346 m3. Volumen de reserva: ⇒2 horas de caudal máximo día = 2*3600 seg*0.220 m3/seg =1584 m3 Verificando: ⇒VR + Vincendio = 1179 m3 ⇒VR + Volumen de reserva = 2417 m3 Se adopta: 1179 m3 amparándonos en el párrafo: “(El volumen de reserva) … debe ser determinado por la autoridad competente en función de la vulnerabilidad del sistema” (NCH 691) Se considera que el sistema es poco vulnerable. Dadas las condiciones hidrológicas de la localidad. 9.12. Cálculo de la red de distribución: De acuerdo a la norma chilena NCH 691, la red se debe diseñar para el máximo de los siguientes valores:

37

Universidad Diego Portales Facultad de Ingeniería Escuela de Ingeniería en Obras Civiles

Hidráulica Urbana

⇒Qmáx-hora ⇒Qmáx-dia + Qincendio Para el proyecto : ⇒Qmáx-hora = 0,33 m3/seg. ⇒Qmáx-día + Qincendio = 0.,220 + 0.048 = 0,268 m3/seg. Entonces, el caudal de diseño de la red será: 0.268 m3/seg. 5.11.8. Diseño de EPANET

38

Universidad Diego Portales Facultad de Ingeniería Escuela de Ingeniería en Obras Civiles

Hidráulica Urbana

Presiones en nodos dentro del rango:

39

Universidad Diego Portales Facultad de Ingeniería Escuela de Ingeniería en Obras Civiles

Hidráulica Urbana

Velocidades de tuberías dentro del rango (no deben superar 5 m/s):

40

Universidad Diego Portales Facultad de Ingeniería Escuela de Ingeniería en Obras Civiles

Hidráulica Urbana

5.12. Planteamiento de alternativas de solucion

A continuación se presentan conclusiones y recomendaciones en cuanto a la alternativa más razonable y pasos a seguir para poder desarrollarla y llevarla a cabo. Se recomienda desarrollar la captación de las aguas desde el río, esto producto de que esta alternativa presenta la gran ventaja de contar con el 100% de suficiencia en la cantidad de agua para abastecer la totalidad de la población en la situación actual y futura. El hecho de captar las aguas desde un río requiere dimensionar un tratamiento físicoquímico mayor que si fuesen captadas desde un pozo profundo, esto producto de que el río arrastra sedimentos, posee turbiedad y puede ser fácilmente contaminado con derrames o excrementos animales aguas arriba de la bocatoma. Pese a lo anterior, se cree que con la remoción de sólidos suspendidos y turbiedad (fierro) y también con la desinfección se logrará dar cumplimiento a la norma de agua potable. Se recomienda instalar, en un lugar seguro y fuera del alcance de las crecidas del río, un filtro para remover sólidos suspendidos y fierro y posteriormente inyectar cloro líquido utilizando una bomba dosificadora que permita dejar en el caudal una concentración de cloro de 2 mg/L.

41