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UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA BOLIVIANA CARRERA: INGENIERÍA CIVIL

INGENIERIA SANITARIA II

DISEÑO DE SISTEMA DE ALCANTARILLADO IRPAVI

Nombre: Daniela Walkiria Alvarez Peñaranda Docente: Ing. MBA. Mihail Torrico Valverde

La Paz-Bolivia 2018

DANIELA WALKIRIA ALVAREZ PEÑARANDA|

DISEÑO DE SISTEMA DE ALCANTARILLADO IRPAVI 1. ASPETOS SOCIO CULTURALES Irpavi es un barrio de la zona sur de la ciudad de La Paz (BOLIVIA). Tiene 7600 habitantes y 18 calles orientadas en dirección norte-sur, colinda con el barrio de Bolognia y con el rio homónimo por el oeste, al este con una serranía. 2. SITUACION GEOGRAFICA 2.1.

UBICACIÓN DEPARTAMENTO: La Paz CIUDAD: La Paz PROVINCIA: Murillo BARRIO: Irpavi DISTRITO: Sur UBICACIÓN: 16°30՝00”S 68°08՝00” O/ -16.5,-68.133 MAPA POLITICO DEL DEPARTAMENTO DE LA PAZ

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2.2.

VIAS DE ACCESO Existen vías y caminos lo cual permite a la población circular normalmente a sus distintos establecimientos. Son 3 los puntos de ingresoo a la zona por medio de avenidas: ingreso principal por Calacoto, por medio de un puente sobre el rio Achumani, a la altura de la calle 12 de Calacoto. Ingreso por Bolognia por medio de un puente sobre el rio de Irpavi a la altura de la calle 5 de Irpavi. Ingreso desde Kupini y Callapa por medio de un puente sobre el rio Irpavi, a la altura de Irpavi II. En forma adicional se construirá otro puente sobre el rio de Achumani, a una cuadra de la entrada principal, a la altura de la calle 13 de Calacoto que aumentara considerablemente la posibilidad de transito de ingreso a la zona de Irpavi.

3. CARACTERISTICAS DEL BARRIO El barrio tiene 98 manzanos desde la calle 1 a la 18 de este a oeste, además de la iglesia militar castrense de Nuestra Señora de Luján, el complejo Megacenter, la Universidad Militar y la Unidad Educativa del Ejército. Dentro del área de manzanos esta también el Colegio Rosmary de Barrientos, el Mercado Modelo de Irpavi, la plaza Almirante Grau, la plaza 3 Pasos al Frente, la iglesia San Martín de Porres, la plaza del Adulto Mayor y la plaza Litoral. Irpavi alberga el cine más grande del país y uno de los más grandes de Sudamérica (MegaCenter),3 que cuenta con 18 salas.4 También alberga al Colegio Militar del Ejército de Bolivia(primer instituto de formación de oficiales del país). También se construye (entre febrero y mayo de 2014) una estación del sistema de transporte por cable (Mi Teleférico). Esta estación será una de las estaciones más externas del que será el teleférico más largo del mundo.5 La construcción será financiada por medio de un crédito interno del Banco Central de Bolivia, que además se usará para la P á g i n a 2 | 18

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canalización del río Irpavi, y el nuevo puente que dará una segunda salida a la zona de Calacoto Este puente será a la altura de la calle 13 de Calacoto. 4. DESCRIPCION FISICA DEL AREA DEL PROYECTO 4.1. CLIMATOLOGIA El clima en la zona de Irpavi es semihumedo a seco, existe periodos diferentes conocidos como : épocas de lluvias se aproximan entre los meses octubre- noviembre en algunas oportunidades se extendió hasta marzo, la humedad relativamente es de 22°. 4.2.

ALTITUD Es una zona ubicada en el departamento de La Paz. Se encuentra a una altura aproximada de 3280 m.s.n.m.

5. ESTUDIOS SOCIECONOMICOS 5.1.

POBLACION ACTUAL De acuerdo al censo de población realizado el año 2012 el barrio cuenta con una población de 7600 habitantes tal como refleja el Instituto Nacional de Estadísticas (INE).

5.2.

Indice de Crecimiento Poblacional El índice de crecimiento poblacional es de 2.5%.

5.3.

Aspectos socioeconómicos 5.3.1. Actividades Productivas Comercio ( complejo Megacenter), Trabajos, colegios, universidades, particulares,etc. 5.3.2. Educación Existen colegios como ser: La Unida de Educativa del Ejercito, también existen universidades como se : La Escuela Militar de Ingeniería, También alberga al Colegio Militar del Ejército de Bolivia 5.3.3. Salud Existen centros de salud. P á g i n a 3 | 18

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5.3.4. Otros Servicios Energía eléctrica: el 100% de las viviendas cuenta con electricidad, agua potable. Medios de Comunicación: redes de internet, teléfono, etc. 6. PARAMETROS BASICOS PARA EL DISEÑO 6.1.

DEFINICION Los

parámetros

básicos

de

diseño

deben

ser

establecidos

considerando el área del proyecto y el periodo de vida útil del proyecto 6.2.

Población del proyecto

Los aspectos que se deben de considerar son la población inicial que debe ser determinado mediante un censo poblacional o del estudio socioeconómico y el índice de crecimiento respectivo, el siguiente aspecto debe ser la población futura, referida al número de habitantes dentro del área del proyecto. 6.2.1. Determinación de la población actual Es necesario determinar las demandas futuras de una población para prever en el diseño las exigencias, de las fuentes de abastecimiento, líneas de aducción, redes de distribución, equipo de bombeo, planta de potabilización y futura extensiones del servicio. Por tanto, es necesario predecir la población futura para un número de años, que será fijada por los periodos económicos de diseño. 6.2.2. Periodo de Diseño Por lo tanto se procederá a determinar la población actual según el último censo realizado en el país. 6.2.3. Periodo de Diseño Por lo tanto se procederá a determinar la población actual según el último censo realizado en el país. -

teniendo la densidad poblacional se determinó: P á g i n a 4 | 18

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La población censal Densidad poblacional = 198 hab/ha P= población A= área total de proyecto = 21.93 ha D = P/A P = D*A P= 198*21.93 = 4342 hab. = población de proyecto I= índice de crecimiento = 2.5% Población censal 2012 METODO

DADO POR

DATOS

ARITMETICO

𝑃2012 = 𝑃𝑓 ∗ (1 +

GEOMETRICO

EXPONENCIAL

𝑖∗𝑡 ) 2,5 ∗ (−25) 100 𝑝𝑓 = 4342 ∗ (1 + ) 100

𝑖 𝑡 𝑃2012 = 𝑃𝑓 ∗ (1 + ) 100

𝑃2012 = 𝑃𝑓 ∗ 𝑒

(

P. (hab.)

𝑖∗𝑡 ) 100

𝑃2012 = 4342 ∗ (1 +

2,5 −25 ) 100

𝑃2012 = 4342 ∗ 𝑒

2.5∗(−25) ( ) 100

1628.25

2342.033

2324.10

Esta población descrita se la actualizara al año 2017 Según la NB 689 por los métodos “Aritmético – Geométrico – Exponencial” Índice de crecimiento = 2.5 % Para la población actual se calculará al presente año 2017 t = número de años. P á g i n a 5 | 18

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Población actual 2017 METODO

DADO POR

ARITMETICO

𝑃𝑓 = 𝑃𝑜 ∗ (1 +

GEOMETRICO

DATOS 𝑖∗𝑡 ) 100

𝑖 𝑡 𝑃𝑓 = 𝑃𝑜 ∗ (1 + ) 100

EXPONENCIAL

𝑃𝑓 = 𝑃𝑜 ∗ 𝑒

6.3.

(

𝑖∗𝑡 ) 100

𝑃𝑓 = 1628.25 ∗ (1 +

P. (hab.) 2,5 ∗ 5 ) 100

𝑃𝑓 = 2342.033 ∗ (1 +

𝑃𝑓 = 2324.10 ∗ 𝑒

(

2,5 5 ) 100

2.5∗5 ) 100

1831

2649

2633

Determinación De La Población De Diseño La población futura de una población se determina analizando las características sociales, culturales y económicas de sus habitantes en el pasado y en el presente. Para el desarrollo de este proyecto, se efectuara un análisis de 20 años de acuerdo a la población tomado como dato. Se tiene: Densidad poblacional =198 hab/ha Población Actual 2017 La población para el diseño del proyecto se realizará a 20 años. Por lo tanto:

t = 20 ;

i = 2.5 %

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Población de diseño METODO

DADO POR

ARITMETICO

𝑃𝑓 = 𝑃𝑜 ∗ (1 +

GEOMETRICO

DATOS 𝑖∗𝑡 ) 100

P. (hab.)

2.5 ∗ 20 𝑃𝑓 = 1831 ∗ (1 + ) 100

𝑖 𝑡 𝑃𝑓 = 𝑃𝑜 ∗ (1 + ) 100

2.5 20 𝑃𝑓 = 2649 ∗ (1 + ) 100

EXPONENCIAL

𝑃𝑓 = 𝑃𝑜

𝑖∗𝑡 ( ) ∗ 𝑒 100

𝑃𝑓 = 2633 ∗

2.5∗20 ( ) 𝑒 100

2746

4340

4341

7. DOTACION Y CAUDAL DE DISEÑO 7.1.

Dotación media diaria

La dotación media diaria se refiere al consumo anual total previsto en un centro poblado dividido por la población abastecida y el número de días del año. Es el volumen equivalente de agua utilizado por una persona en un día. Para el caso de sistemas nuevos de agua potable, con conexiones domiciliarias, la dotación media diaria puede ser obtenida sobre la base de la población y la zona geográfica dada, según lo especificado en la tabla 2.2. Tabla 2.2. Dotación media diaria (l/hab-d) Población (habitantes) Zona Hasta 500 Del Altiplano De los Valles De los Llanos

30 50 50 70 70 -90

De 501 a 2 000

De 2 001 a 5 000

De 5 001 a 20 000

De 20 001 a 100 000

Más de 100 000

30 - 70

50 - 80

80 - 100

100 – 150

150 - 200

50 - 90

70 - 100

100 - 140

150 – 200

200 - 250

70 - 110

90 - 120

120 - 180

200 – 250

250 - 350

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El proyecto está ubicado dentro la urbe paceña, y nuestra población actual es de 4341 habitantes que está entre las poblaciones de 5001 a 20000 habitantes, en la zona del altiplano descrito en tabla 2.2. (NB 689). Para determinar la dotación utilizaremos la regla de tres compuesta y tenemos: 2001 → 50 4341 → Do 5000 → 80

7.2.

𝑫𝒐 =

(𝟖𝟎−𝟓𝟎)∗(𝟒𝟑𝟒𝟏−𝟐𝟎𝟎𝟏) (𝟓𝟎𝟎𝟎−𝟐𝟎𝟎𝟏)

+ 𝟓𝟎 ;

Do =73.41 l/hab*día

Dotación Futura o de Proyecto

La dotación futura se debe de estimar con un incremento anual del 0.50 % y el 1 % de la dotación media diario, aplicando la fórmula del método geométrico. En este caso estimaremos el índice de crecimiento dotacional con un promedio de 0.75% ya que la población está en etapa de crecimiento 

Índice de crecimiento dotacional (d=0.75%)



Calculo: 𝐃𝐨𝐭𝐚𝐜𝐢𝐨𝐧 𝐝𝐞 𝐩𝐫𝐨𝐲𝐞𝐜𝐭𝐨 = 𝐃𝐨 ∗ (𝟏 +

𝐝 𝐭 ) 𝟏𝟎𝟎

𝟎. 𝟕𝟓 𝟐𝟎 𝐃. 𝐩. = 𝟕𝟑. 𝟒𝟏 ∗ (𝟏 + ) 𝟏𝟎𝟎

D.p. = 85.24 l/hab.

7.3.

Caudal De Diseño 7.3.1. Caudal medio diario

Es el consumo medio diario de una población, obtenido en un año de registros. Se determina con base en la población del proyecto y dotación, de acuerdo a la siguiente expresión: Dónde: Qmd Pf

Caudal medio diario en l/s Población futura en hab. P á g i n a 8 | 18

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Df

Dotación futura en l/hab-d

Qm=

𝑷𝒇 ∗𝑫𝒇 𝟖𝟔𝟒𝟎𝟎

Qm=6.51l/seg

7.3.2. CAUDAL MAXIMO HORARIO (Qmax.h) 𝑸𝒎𝒂𝒙. 𝒉 = 𝑲𝟐 ∗ 𝑸𝒎𝒂𝒙. 𝒅𝒊𝒂 K2=1.84 𝑸𝒎𝒂𝒙. 𝒉 = 𝟏𝟔. 𝟏𝟓 𝒍/𝒔

8. Sistema de Alcantarillado Sanitario 8.1.

Definición

El sistema de recolección está diseñado por un solo colector para todas las instalaciones

destinadas a evacuar exclusivamente aguas residuales

domesticas e industriales de una población.

8.2. Tipos de sistemas de alcantarillado. Existen tres tipos de sistemas de alcantarillado:

8.2.1. Sistema combinado. Este sistema es llamado en nuestro país SISTEMA UNITARIO. Es la red de alcantarillado la que recibe las aguas negras o residuales y las aguas pluviales al mismo tiempo. P á g i n a 9 | 18

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8.2.2. Sistema separado (Unitario) Recolecta en un solo conducto las aguas servidas y en otro conducto las aguas pluviales. Están dispuestos según el eje de la calzada, a un metro de distancia entre colectores y van paralelamente.

8.2.3. Sistema semicombinado. Es el que recibe las aguas negras y aguas pluviales provenientes de los patios o áreas edificadas. Para el presente proyecto se diseñará un sistema de alcantarillado separado

8.3.

Sistema de Alcantarillado Sanitario de Proyecto

El Sistema de Alcantarillado Sanitario de proyecto está destinado a la recolección y transporte de las aguas residuales domésticas, es decir; desechos líquidos provenientes de los hábitos higiénicos del hombre en actividades domésticas.

8.4.

Área de Diseño para el Sistema de Alcantarillado Sanitario

E'l área total de diseño para el proyecto es de 302500m2 que es 30.25ha

8.5.

Densidad Poblacional (Dp) El cálculo para la red de alcantarillado se basara en la aplicación de la densidad poblacional por áreas de asentamiento La densidad poblacional se tiene como dato. Densidad poblacional = 198 hab/ha A= área total de proyecto = 21.93 ha D = P/A P = D*A P= 198*21.93 = 4342 hab. = población de proyecto D = 4342/21.93 = 197.99 LA DENSIDAD POBLACIONAL DEL PROYECTO SERA P á g i n a 10 | 18

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197.99

hab/ha

8.6. PARÁMETROS DE DISEÑO DEL SISTEMA DE ALCANTARILLADO SANITARIO 8.6.1. Coeficiente de Retorno Este coeficiente toma en cuenta que no toda el agua consumida en un domicilio es devuelta al alcantarillado, debido a sus múltiples usos como riego, lavado de piso, cocina y otros. El valor de este coeficiente oscila entre el 60% y el 80% de la dotación de agua potable. Valores menores y mayores a este rango deben ser justificados por el proyectista. Para el proyecto, considerando que el proyecto se encuentra dentro de la urbe, y una región del altiplano se determina que de la dotación de agua solo el 60 % es devuelto al alcantarillado, siendo el resto utilizado en riego, lavado de pisos, autos, cocina y otros.

8.6.2. Coeficiente de Punta (M) El coeficiente de punta sirve para estimar el caudal máximo horario con base en el caudal medio tiene en cuenta las variaciones del consumo de agua. Para el proyecto se utilizara el coeficiente de HARMON ya que en nuestro país es el más utilizado y se utilizara porque es más económico. La relación de HARMON, en las cuales se estima “M” en función del número de habitantes.

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DANIELA WALKIRIA ALVAREZ PEÑARANDA| 𝑀 =1+

14 4 + 𝑃0.5

Dónde: P: Población en miles. M: Coeficiente de HARMON

8.6.3. Conexiones Erradas, Coeficiente de Malas Conexiones (Cm) En los caudales de aguas residuales se deben considerar los caudales provenientes de las conexiones erradas o malas conexiones, según la norma NB 688 es necesario fijar un coeficiente de seguridad del 5 al 10 % del caudal máximo previsto de aguas residuales. Para el proyecto se toma un coeficiente de seguridad del 5 % del caudal máximo, para los caudales provenientes de las conexiones erradas ya que el supervisor, supervisara el tiempo completo durante las conexiones de los colectores.

8.6.4. Aguas de Infiltración Las contribuciones indebidas en las redes de sistemas de alcantarillado sanitario, pueden ser originarias del subsuelo - genéricamente designadas como infiltraciones - o pueden provenir del encauce accidental o clandestino de las aguas pluviales. Las aguas del suelo penetran a través de los siguientes puntos: - Por

las juntas de las tuberías

- Por

las paredes de las tuberías

- En las estructuras de las cámaras de inspección o pozos de visita, cajas de inspección, cajas de paso, tubos de inspección y limpieza y terminales de limpieza. Es usual adoptar valores equivalentes o iguales a 0.5 l/s/km a 1.0 l/s/km

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Los valores mayores se aceptan en redes instaladas bajo el nivel freático y de materiales muy estancos. Los valores bajos se adoptaran en alcantarillas instaladas por encima del nivel freático y en zanjas secas Para el proyecto se utilizara e 0.0005 l/s/m

8.7.

Caudales de Aporte

Considerando los coeficientes que intervienen en la determinación de los caudales de aporte que concurren a las redes de alcantarillado sanitario las ecuaciones que rigen la determinación de los flujos que se presentan son:

8.7.1. Caudal medio diario de aguas residuales El caudal medio diario de aguas residuales se define a partir de la cuantificación del aporte del consumo de agua potable: 𝑄𝑚𝑎𝑟 =

𝑃∗𝐷∗𝐶 86400

Dónde:

QMAR: es el Caudal medio diario aguas residuales [l/s] P: es la Población de proyecto [hab] D: es la Dotación de proyecto [l/hab/día] C: es el Coeficiente de retorno

8.7.2. Caudal máximo horario El caudal máximo horario es la base para establecer el caudal de diseño de una red de colectores de un sistema de recolección y evacuación de aguas P á g i n a 13 | 18

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residuales. El caudal máximo horario del día máximo, se debe estimar a partir del caudal medio diario, mediante el uso del coeficiente de punta “M” y para las condiciones inicial y final del proyecto. El caudal máximo horario está dado por:

𝑄𝑚𝑎𝑥ℎ = 𝑄𝑚𝑑 ∗ 𝑀 Dónde: QmaxH es el caudal máximo horario l/s Qmd: es el caudal medio diario de aguas residuales l/s M: es el coeficiente de punta

8.7.3. Caudal de Diseño El cálculo del caudal de diseño es el punto más importante de la modelación, pues de un cálculo adecuado depende la calidad de los resultados posteriores. El caudal de diseño se calcula con la siguiente fórmula:

Qdis max= Qmax +Qi + Qmc

Por norma boliviana el caudal máximo debe ser mayor o igual a los 2 (l/s) para ser utilizado, en caso de ser menor se lo deberá adoptar como 2 (l/s) para el proyecto.

8.8.

Diseño Hidráulico, Sistema de Alcantarillado Sanitario

Ecuaciones para el Diseño

8.8.1. Ecuación de Manning

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𝑽=

𝟐 𝟏 𝟏 × 𝑹𝑯𝟑 × 𝑺𝟐 𝒏

Dónde: V: Velocidad, en m/s n: Coeficiente de rugosidad de Manning adimensional RH: Radio hidráulico, en m S: Pendiente, en m/m

8.8.2. Sección Llena Las relaciones geométricas para la sección circular son:

Área:

Perímetro:

Radio hidráulico:

Velocidad:

Caudal:

8.8.3. Coeficiente de Rugosidad de Manning (n) Para las especificaciones del proyecto utilizaremos tubería de hormigón cuyo Coeficiente de Rugosidad de Nanning (n) es de 0.013.

8.8.4. Diámetro mínimo P á g i n a 15 | 18

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En las redes de recolección y evacuación de aguas residuales, la sección circular es la más usual para los colectores, principalmente en los tramos iniciales. Los diámetros mínimos para cada tipo de alcantarillado son:

Norma boliviana Alcantarillado

dimensión

Sanitario

15 cm

6"

Pluvial

20 cm

8"

En el proyecto se usara el diámetro mínimo de 6” porque es un alcantarillado sanitario

8.8.5. Profundidad máxima La profundidad máxima del colector de recolección y evacuación de aguas residuales debe ser aquella que no ofrezca dificultades constructivas, de acuerdo al tipo de suelo y que no obligue al tendido de alcantarillados auxiliares. La profundidad máxima admisible es de 5m

8.8.6. Velocidades Mínima y Máxima permisibles 8.8.6.1. Velocidad mínima Con el objeto de que no se presenten depósitos o sedimentos en las tuberías de alcantarillado sanitario, se establece como velocidad mínima Vmin= 0.6 m/s

8.8.6.2. Velocidad máxima Para evitar las erosiones o desgastes excesivos en las tuberías de estructuras de alcantarillado sanitario se establece como velocidad máxima Vmax=5.0 m/s P á g i n a 16 | 18

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9. PLANOS DE DISEÑO DE ALCANTARILLADO. Se detallará a continuación todos los detalles del diseño

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