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• Julio Perez

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REDES DE DISTRIBUCION DE AGUA POTABLE EN ZONAS URBANAS – METODO HARDY CROSS REDES DE DISTRIBUCION Una red de distribución de agua potable es el conjunto de instalaciones que la empresa de abastecimiento tiene para transportar desde el punto o puntos de captación y tratamiento hasta hacer llegar el suministro al cliente en unas condiciones que satisfagan sus necesidades. Este grado de satisfacción tiene un elevadísimo número de componentes, unos medibles y otros no, y entre los que podemos destacar la calidad, el caudal, la presión, la continuidad del suministro y el precio. Naturalmente todos estos componentes tienen unos antecedentes a la red de distribución, por lo que los parámetros iniciales vienen prefijados. Por tanto, debemos crear es una red de distribución que altere lo menos posible las características de los componentes, minimizando la variación de satisfacción de las necesidades de los clientes. ELEMENTOS QUE INTEGRAN UNA RED Toda red de disitribucion de agua está formada por los siguiente elementos: Tuberias Depositos Otros elementos singulares

Tuberias Es el elemento de transporte de fluidos por excelencia. Las tuberías vienen definidas por su diámetro, material de constitución y tipo de junta. El diámetro viene definido del cálculo hidraúlico de la red y tanto el material como los tipos de juntas se recogen en otra exposición de este curso.

Depósitos Los depósitos dentro de una red de distribución tienen las funciones de almacenamiento y de regulación de caudales y presiones.

Otros elementos singulares A continuación se hace una sucinta enumeración del resto de elementos singulares que se ubican en una red de distribución: •Enlaces entre alineaciones (codos, te, reducción, etc.).

•Válvulas de corte. •Ventosas y purgadores. •Desagües y purgas manuales. •Válvulas de retención. •Válvulas reguladoras de presión y caudal. •Válvulas de sobrevelocidad o sobrepresión. •Hidrantes. •Dispositivos de riego y baldeo. •Fuentes públicas. •Cámaras de descarga. •Estaciones de toma de muestras. •Estaciones de adición de aditivos. •Entradas de hombre y registros. •Caudalímetros y contadores.

Criterios de diseño El diseño de redes debe basarse en la funcionalidad del servicio que se ha de prestar al futuro usuario y en la racionalidad del uso del recurso. En este sentido la red debe llevar el agua desde las fuentes de suministro y tratamiento, en cantidad suficiente, a los puntos de consumo, pero también tiene que cumplir otra serie de objetivos. •Mantener la garantía de potabilidad. •Limitar las pérdidas de agua. •Capacidad de trasportar y distribuir la demanda total. •Asegurar una presión en el punto de destino. •Evitar las erosiones en las tuberías y limitar las pérdidas de carga. •Economía de instalación y conservación. •Tener el mínimo posible de interrupciónes del servicio a lo largo de la vida útil de la red. •Poder medir y controlar todos los consumos que se deriven de la red y las posibles fugas. •Maniobrar la red con facilidad, para corregir anomalías. TIPOS DE REDES

Los sistemas de abastecimiento de agua en zonas urbanas abarcan todas las instalaciones destinadas a satisfacer la demanda de agua para el consumo humano y para otros fines. El abastecimiento se extiende a la

población urbana, así como a los sectores público, industrial y comercial. La distribución del agua se lleva a cabo a través de redes (suministro por tuberías) y puntos de distribución (por ejemplo, pozos).

Como nos podemos imaginar, las redes de distribución para el abastecimiento de agua potable en núcleos urbanos, son en general el resultado de un crecimiento desordenado y poco planificado. El diseño de estas redes de distribución está condicionado principalmente por la topografía del terreno, el tejido urbano y otro tipo de condicionantes menos intuitivo, pero no menos importante, como es la lucha contra incendios o el riego de parques y jardines. Más allá del crecimiento desordenado de las redes de distribución de agua potable, éstas se pueden clasificar en tres tipos de redes diferentes: Redes ramificadas Redes malladas Redes mixtas. Redes de distribución ramificadas o tipo abierto

En las redes ramificadas, el agua circula por la red en un único sentido. A través de una tubería principal se van conectado tuberías secundarias, terciarias, etc cada vez con un diámetro menor. Son llamadas también redes de distribución arboladas, por su semejanza con las ramas de los árboles.

Cada punto de la red solo reciben agua por una tubería, por lo que el cálculo de las mismas es mucho más sencillo que en las redes malladas. A diferencia de éstas últimas, las redes ramificadas o arboladas presentan ciertos problemas: 

-Posibilidad de estancamiento del agua.



–Un único camino de distribución para cada punto final.



–Pérdida de la efectividad del cloro residual en las zonas con poco uso.

Aun así, éste tipo de redes de abastecimiento tiene mucha utilidad en pequeñas poblaciones o pueblos aislados (1.000 habitantes aprox.), por su sencillez y costo.

Ademas este tipo de red de distribución se caracteriza por contar con una tubería Principal de distribución (la de mayor diámetro) desde la cual parten ramales que terminarán en puntos ciegos, es decir sin interconexiones con otras tuberías en la misma Red de Distribución de Agua Potable.

Como vemos en la figura anterior el uso de redes ramificadas se sucede en desarrollos cuyo crecimiento se ha establecido a partir de una vialidad

principal y en la que convergen una serie de calles ciegas, dado que las características topográficas impiden la interconexión entre los ramales para conformar circuitos cerrados.

Redes de distribución malladas o tipo cerrado Como su propio nombre indica, éste tipo de redes se disponen en forma de malla o cuadrícula. A diferencia de las redes ramificadas, en éstas redes el agua puede circular en cualquier sentido, por lo que, cada punto de la red se puede abastecer por diferentes tuberías, una avería en una tubería no implica dejar sin servicio a una parte de la red. Éste hecho complica el cálculo de éste tipo de redes, por lo que hoy en día se utilizan potentes y costosos programas de ordenador para su diseño.

Como principales ventajas podemos destacar: 

–Permiten aislar determinados sectores de la red, permitiendo labores de reparación y mantenimiento de la misma.



–Reparto más equilibrado y uniforme de las presiones.

Es asi que en este tipo de red, se logra la conformación de mallas o circuitos a través de la interconexión entre los ramales de la Red de Distribución de Agua Potable.

Redes de distribución mixtas Como su propio nombre indica, las redes mixtas son una combinación de las características de las redes ramificadas y malladas. Surgen como el resultado de cerrar o mallar una red ramificada.

En esencia, la escogencia por una red del Tipo Cerrado se limita a la conveniencia en cuanto a la operación de la Red de Distribución, pues generalmente la configuración más económica queda definida por la Red del Tipo Abierto.

VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE CADA TIPO DE RED Ante la posibilidad de tener que escoger entre una Red de Distribución de Agua Potable del Tipo Abierta o una del Tipo Cerrada, es conveniente tener en cuenta aspectos como los que referimos a continuación: 

La principal desventaja de las redes del tipo Abierto es que, ante la falla o rotura de alguna de las tuberías que la conforman, se tendrá que afectar (dejar sin servicio) a todos los usuarios que estén atendidos desde las tuberías aguas abajo de la rotura, mientras se realiza la reparación necesaria



Por otro lado, la ventaja principal de las Redes Cerradas es que este tipo de configuración es el más conveniente desde el punto de vista de eficiencia y de garantía del servicio. Es decir, ante la posible rotura de alguna de sus tuberías, se logrará afectar a menor cantidad de usuarios, al establecerse rutas alternas al flujo a través de las mallas que conforman a la red:

Finalmente hay que destacar que con frecuencia es conveniente, y de permitirlo las características del urbanismo, la colocación en la red de tuberías que no alimentarán de manera directa parcela alguna, de forma tal de “forzar” a que se establezcan alternativas de flujo en caso de falla de algunos de los ramales de la red (conformación de mallas). Por esta razón, en la mayoría de los desarrollos urbanos, la selección será por la conformación de una Red de Distribución de Agua Potable del Tipo Cerrada, pese a que pueda representar la colocación de mayor cantidad de tuberías, con el correspondiente incremento de costos. En estos casos predomina el criterio operativo o de confiabilidad sobre el económico.



En cuanto a cálculo, una pequeña ventaja que tiene la Red de Distribución de Agua Potable del Tipo Abierta, es que su resolución es directa, limitándose al cálculo de las pérdidas en cada tubería, para los caudales en tránsito, para obtener posteriormente los valores de Piezométrica y Presión en cada Nodo de ella. En el caso de las Redes Cerradas, es necesario realizar el balance de los caudales en tránsito en las tuberías, dada la relativa complejidad en la forma en que se realiza la distribución, razón por la cual es necesario recurrir a métodos iterativos como el Método de Cross, para su resolución.

NORMATIVIDAD – 0S. 050 REDES DE DISTRIBUCIÓN DE AGUA PARA CONSUMO HUMANO OBJETIVO Fijar las condiciones exigibles en la elaboración de los proyectos hidráulicos de redes de agua para consumo humano.

ALCANCES Esta Norma fija los requisitos mínimos a los que deben sujetarse los diseños de redes de distribución de agua para consumo humano en localidades mayores de 2000 habitantes.

DISPOSICIONES ESPECÍFICAS PARA DISEÑO 4.1 Levantamiento Topográfico La información topográfica para la elaboración de proyectos incluirá:  Plano de lotización con curvas de nivel cada 1 m. indicando la ubicación y detalles de los servicios existentes y/o cualquier referencia importante Perfil longitudinal a nivel del eje del trazo de las tuberías principales y/o ramales distribuidores en todas las calles del área de estudio y en el eje de la vía donde técnicamente sea necesario.  Secciones transversales de todas las calles. Cuando se utilicen ramales distribuidores, mínimo 3 cada 100 metros en terrenos planos y mínimo 6 por cuadra donde exista desnivel pronunciado entre ambos frentes de calle y donde exista cambio de pendiente. En Todos los casos deben incluirse nivel de lotes.  Perfil longitudinal de los tramos que sean necesarios para el diseño de los empalmes con la red de agua existente.  Se ubicará en cada habilitación un BM auxiliar como mínimo y dependiendo del tamaño de la habilitación se ubicarán dos o más, en puntos estratégicamente distribuidos para verificar las cotas de cajas a instalar. Suelos Se deberá realizar el reconocimiento general del terreno y el estudio de evaluación de sus características, considerando los siguientes aspectos:  Determinación de la agresividad del suelo con indicadores de PH, sulfatos, cloruros y sales solubles totales.  Otros estudios necesarios en función de la naturaleza del terreno, a criterio del consultor. Población Se deberá determinar la población y la densidad poblacional para el periodo de diseño adoptado. La determinación de la población final para el periodo de diseño adoptado se realizará a partir de proyecciones, utilizando la tasa de crecimiento distrital y/o provincial establecida por el organismo oficial que regula estos indicadores Caudal de diseño La red de distribución se calculará con la cifra que resulte mayor al comparar el gasto máximo horario con la suma del gasto máximo diario más el gasto contra incendios para el caso de habilitaciones en que se considere demanda contra incendio. Análisis hidráulico LAS REDES DE DISTRIBUCIÓN SE PROYECTARÁN, EN PRINCIPIO Y SIEMPRE QUE SEA POSIBLE EN CIRCUITO CERRADO FORMANDO MALLA. Su dimensionamiento se realizará en base a

cálculos hidráulicos que aseguren caudal y presión adecuada en cualquier punto de la red debiendo garantizar en lo posible una mesa de presiones paralela al terreno. PARA EL ANÁLISIS HIDRÁULICO DEL SISTEMA DE DISTRIBUCIÓN, PODRÁ UTILIZARSE EL MÉTODO DE HARDY CROSS O CUALQUIER OTRO EQUIVALENTE. Para el cálculo hidráulico de las tuberías, se utilizarán fórmulas racionales. En caso de aplicarse la fórmula de Hazen y Williams, se utilizarán los coeficientes de fricción que se establecen en la tabla No 1. Para el caso de tuberías no contempladas, se deberá justificar técnicamente el valor utilizado del coeficiente de fricción. Las tuberías y accesorios a utilizar deberán cumplir con las normas técnicas peruanas vigentes y aprobadas por el ente respectivo.

Diámetro mínimo El diámetro mínimo de las tuberías principales será de 75 mm para uso de vivienda y de 150 mm de diámetro para uso industrial. En casos excepcionales, debidamente fundamentados, podrá aceptarse tramos de tuberías de 50 mm de diámetro, con una longitud máxima de 100 m si son alimentados por un solo extremo ó de 200 m si son alimentados por los dos extremos, siempre que la tubería de alimentación sea de diámetro mayor y dichos tramos se localicen en los límites inferiores de las zonas de presión. El valor mínimo del diámetro efectivo en un ramal distribuidor de agua será el determinado por el cálculo hidráulico. Cuando la fuente de abastecimiento es agua subterránea, se adoptará como diámetro nominal mínimo de 38 mm o su equivalente. En los casos de abastecimiento por piletas el diámetro mínimo será de 25 mm Velocidad La velocidad máxima será de 3 m/s. En casos justificados se aceptará una velocidad máxima de 5 m/s

Presiones La presión estática no será mayor de 50 m en cualquier punto de la red. En condiciones de demanda máxima horaria, la presión dinámica no será menor de 10 m. En caso de abastecimiento de agua por piletas, la presión mínima será 3,50 m a la salida de la pileta Ubicación y recubrimiento de tuberías Se fijarán las secciones transversales de las calles del proyecto, siendo necesario analizar el trazo de las tuberías nuevas con respecto a otros servicios existentes y/o proyectos.  En todos los casos las tuberías de agua potable se ubicarán, respecto a las redes eléctricas, de telefonía, conductos de gas u otros, en forma tal que garantice una instalación segura.  En las calles de 20 m de ancho o menos, las tuberías principales se proyectarán a un lado de la calzada como mínimo a 1.20 m del límite de propiedad y de ser posible en el lado de mayor altura, a menos que se justifique la instalación de 2 líneas paralelas. En las calles y avenidas de más de 20 m de ancho se proyectará una línea a cada lado de la calzada cuando no se consideren ramales de distribución.  El ramal distribuidor de agua se ubicará en la vereda, paralelo al frente del lote, a una distancia máxima de 1.20 m. desde el límite de propiedad hasta el eje del ramal distribuidor.  La distancia mínima entre los planos verticales tangentes más próximos de una tubería principal de agua potable y una tubería principal de aguas residuales, instaladas paralelamente, será de 2 m, medido horizontalmente. En las vías peatonales, pueden reducirse las distancias entre tuberías principales y entre éstas y el límite de propiedad, así como los recubrimientos siempre y cuando:  Se diseñe protección especial a las tuberías para evitar su fisuramiento o ruptura.  Si las vías peatonales presentan elementos (bancas, jardines, etc.) que impidan el paso de vehículos. La mínima distancia libre horizontal medida entre ramales distribuidores y ramales colectores, entre ramal distribuidor y tubería principal de agua o alcantarillado, entre ramal colector y tubería principal de agua o alcantarillado, ubicados paralelamente, será de 0,20 m. Dicha distancia debe medirse entre los planos tangentes más próximos de las tuberías.  En vías vehiculares, las tuberías principales de agua potable deben proyectarse con un recubrimiento mínimo de 1 m sobre la clave del tubo. Recubrimientos menores, se deben justificar. En zonas sin acceso vehicular el recubrimiento mínimo será de 0.30 m. El recubrimiento mínimo medido a partir de la clave del tubo para un ramal distribuidor de agua será de 0,30

Válvulas La red de distribución estará provista de válvulas de interrupción que permitan aislar sectores de redes no mayores de 500 m de longitud.

Se proyectarán válvulas de interrupción en todas las derivaciones para ampliaciones. Las válvulas deberán ubicarse, en principio, a 4 m de la esquina o su proyección entre los límites de la calzada y la vereda. Las válvulas utilizadas tipo reductoras de presión, aire y otras, deberán ser instaladas en cámaras adecuadas, seguras y con elementos que permitan su fácil operación y mantenimiento. Toda válvula de interrupción deberá ser instalada en un alojamiento para su aislamiento, protección y operación. Deberá evitarse los “puntos muertos” en la red, de no ser posible, en aquellos de cotas mas bajas de la red de distribución, se deberá considerar un sistema de purga. El ramal distribuidor de agua deberá contar con válvula de interrupción después del empalme a la tubería principa Hidrantes contra incendio Los hidrantes contra incendio se ubicarán en tal forma que la distancia entre dos de ellos no sea mayor de 300 m. Los hidrantes se proyectarán en derivaciones de las tuberías de 100 mm de diámetro o mayores y llevarán una válvula de compuerta Anclajes y Empalmes Deberá diseñarse anclajes de concreto simple, concreto armado o de otro tipo en todo accesorio de tubería, válvula e hidrante contra incendio, considerando el diámetro, la presión de prueba y el tipo de terreno donde se instalarán. El empalme del ramal distribuidor de agua con la tubería principal se realizará con tubería de diámetro mínimo igual a 63 mm.