3. SISTEMA DE AGUA POTABLE
3.2. Diseño de los componentes del sistema de abastecimiento de agua potable
3.2.5. Tanque de almacenamiento volumen 15 m³
- Generalidades
Figura 3.11. Esquema general del tanque de reserva. Fuente: El Autor.
Este componente del sistema de agua potable sirve para almacenar un volumen determinado del líquido y así garantizar un caudal constante durante las variaciones horarias de consumo, de tal forma que el servicio de la red sea ininterrumpido.
Se diseña una unidad de tipo superficial construida de ferrocemento, el cual cumplirá con las recomendaciones especificadas por la SSA en el numeral 4 de la parte VII. El ferrocemento presenta economía y facilidades constructivas, siendo utilizado ampliamente en proyectos similares de abastecimiento de agua potable.
El tanque está compuesto por una cámara de válvulas, tuberías de desagüe, salida y desborde.
- Diseño hidráulico - estructural
- Diámetro del tanque
La unidad se diseña con una geometría cilíndrica, se impondrá una altura, en el detalle constructivo se incluirá una altura de seguridad.
= ƒ4 ˆ ℎ
Donde:
D: diámetro del tanque de reserva, en m. V: volumen del tanque de reserva, en m³. h: altura del tanque de reserva, en m.
- Diseño de cúpula
En el diseño geométrico de la cúpula del tanque de reserva se considera los siguientes parámetros.
Figura 3.12. Esquema de la geometría de la cúpula.
Fuente: Jaramillo Carvallo A., & Jaramillo Carvallo M. (2010). Diseño y seguimiento de un tanque de ferrocemento de 50 m³ (pp.76). Tesis de grado, Universidad de Cuenca, Cuenca, Ecuador.
Donde:
R: radio del depósito, en m.
V: radio de la circunferencia que abarca la cúpula, en m.
F: flecha en cada estación, en m.
Β: ángulo que forma la pared y el radio de la circunferencia igual a 34.13˚, con ese ángulo se logra mayor estabilidad de los componentes que forman la cúpula.
X, Y: coordenadas a partir del centro de la circunferencia que conforma la cúpula.
Las coordenadas del perfil de la cúpula se la determinan en base a la ecuación de la circunferencia. . =E*“ 34.13°C = vCG+ .G J = v G− •G $ = J − .
Para determinar los valores de F en cada estación del gráfico anterior, se coloca los ejes de coordenadas y utilizando la ecuación de la circunferencia se tiene:
o Área de la cúpula
8 = 2 ˆ G X1 − cos †Y Donde:
8: área de la cúpula, en m². o Carga muerta de cúpula
= E M, Donde:
: carga muerta, en kg/cm².
E: espesor de la cúpula, en cm, se adopta un valor de 8 cm.
M,: peso especifico del ferrocemento, igual a 0.002441 Kg/cm³.
o Carga viva
Se adopta un valor de 200 kg/m², equivalente a 0.02 kg/cm². o Carga total de cupula
E = + Donde: CT: carga total. Ecuación 3.55 Ecuación 3.56 Ecuación 3.57 Ecuación 3.58 Ecuación 3.59 Ecuación 3.60 Ecuación 3.61
CM: carga muerta. CV: carga viva.
o Acero de refuerzo
Se adopta un diámetro de varillas a utilizarse de 6mm en la estructura de la cúpula, con un esfuerzo admisible del acero de fy = 4200 kg/cm². Se procede a calcular el área de la sección de la varilla, fuerza de tracción de la cúpula y número de varillas a emplearse, mediante las siguientes expresiones:
=ˆ 4 G = E × 2 ˆ "+“†8 × cos † 1 =N " 6>5 Donde: : área de varilla, en cm. : diámetro de la varilla, en cm.
": fuerza de tracción de la cúpula, en Kg.
N6>5: esfuerzo admisible del acero, en Kg/cm².
1 : número de varillas.
- Armadura vertical
Para determinar el acero de refuerzo en la pared del tanque de reserva, se debe determinar la tensión total de tracción que produce un líquido a cierta profundidad.
2/ = MsG˜ ℎ Donde:
2/: presión de líquido a una altura h, en Kg/m².
MsG˜: peso especifico del agua, en Kg/m³.
ℎ: altura considerada del líquido, en m.
Ecuación 3.62
Ecuación 3.63
Ecuación 3.64
Para el análisis se divide a la altura total del tanque en tres secciones esto por facilidad constructiva.
Se determina el empuje que se ejerce en cada sección de análisis, mediante la siguiente expresión:
# = 12 2/ ℎ
Donde:
#: empuje sobre la pared del tanque de reserva, en Kg.
2/: presión en el punto inferior de la sección de análisis, en Kg/cm².
ℎ: altura de la sección de análisis, en m. : diámetro del tanque de reserva, en m.
Determinado el empuje en cada sección de análisis de las paredes del tanque de reserva se calcula el área de acero de refuerzo requerido.
9=N# 6>5 Donde:
9: área de acero de refuerzo de armadura principal, en cm².
#: empuje sobre la pared del tanque de reserva, en Kg.
N6>5: esfuerzo admisible del acero, en Kg/cm².
Para cumplir con la cuantía de acero requerida se opta por seleccionar malla electrosoldada como armadura principal ya que presenta mayores facilidades en el proceso de construcción, como armado secundario se tiene varillas tipo L con una distribución radial que ayudara a empotrar las paredes al piso del tanque, asimismo le dará un refuerzo extra a la estructura de las paredes. Para prevenir la aparición de grietas se dotara de dos capas (interna y externa) de malla hexagonal de tamaño 5/8 de pulgada. La distribución de aceros de refuerzo en el armado se presenta con mayor detalle en la lámina número 19.
- Espesor de las paredes
Se considera que las paredes serán construidas con mortero de resistencia a la compresión requerida mínima de 210 Kg/cm2, al cual se adopta una resistencia a la
Ecuación 3.66
83 tracción de 15 Kg/cm² siendo este valor menor al 10% de su resistencia a la compresión, el espesor se calcula con la siguiente expresión:
+ =MsG˜2 ℎ $ )
Donde:
+: espesor de la pared en la base del tanque de reserva, en cm.
MsG˜: peso especifico del agua, en Kg/m³.
): altura total del tanque, en m.
: diámetro del tanque de reserva, en m.
ℎ: sección considerada en la base de la unidad de reserva = 100 cm.
$ : resistencia a la tracción del hormigón, en Kg/cm².
Adicional a este espesor se considera un recubrimiento por enlucido impermeabilizado interior y exterior.
Los resultados del diseño del tanque de reserva se muestran en la tabla 3.25-3.26 y láminas número 19 y 20; mayor detalle de fórmulas y cálculos empleados en el diseño se muestran en el anexo 10.
- Resultados del diseño del tanque de reserva v=15 m³
Tabla 3.25. Resultados del diseño hidráulico del tanque de reserva V=15m³.Tanque de reserva
Descripción Magnitud Unidad Observación
Diámetro 1.80 m Altura 1.50 m Volumen 15.27 m³ Cúpula Flecha 0.55 m Radio de la circunferencia que abarca la cúpula 3.19 m Paredes
Espesor 8 cm Incluye enlucidos impermeabilizantes
interior y exterior. El armado del acero de refuerzo observar en la lámina correspondiente. Fuente: El Autor.
Tabla 3.26. Listado de materiales tanque de reserva V=15m³. Tuberías y accesorios tanque de reserva
Descripción Ø Longitud
(m)
Cantidad Ingreso
Adaptador hembra PVC HG 32mm x 1 ¼ ʺ 1
Tramo corto tubería HG RR 1 ¼ ʺ 0.25 1
Neplo perdido HG RR L=0.05 m 1 ¼ ʺ 3
Tee HG 1 ¼ ʺ 1
Válvula compuerta sello bronce 1 ¼ ʺ 1
Tramo corto tubería HG RR 1 ¼ ʺ 1.00 1
Codo HG 90° 1 ¼ ʺ 1
Unión universal HG 1 ¼ ʺ 2
Salida a red de distribución
Cernidera de aluminio 1 ¼ ʺ 1
Tramo corto tubería HG RR 1 ¼ ʺ 0.50 2
Unión universal HG 1 ¼ ʺ 2
Neplo perdido HG RR L=0.05 m 1 ¼ ʺ 3
Válvula compuerta sello bronce 1 ¼ ʺ 1
Tee HG 1 ¼ ʺ 1
Adaptador hembra HG - PVC 1 ¼ ʺ -32mm. 1
Bypass
Neplo perdido HG RR L=0.05 m 1 ¼ ʺ 3
Válvula compuerta sello bronce 1 ¼ ʺ 1
Unión universal HG 1 ¼ ʺ 3 Tramo largo PVC PR 32mm 1.95 1 Codo HG 90° 1 ¼ ʺ 2 Tramo largo PVC PR 32mm 2.65 2 Tramo largo PVC PR 32mm 2.20 1 Aireadores
Tramo corto tubería HG RR 2 ʺ 0.30 2
Codo HG 90° 2 ʺ 4
Neplo perdido HG RR L=0.05 m 2 ʺ 2
2
Desagüe y desborde
Boca de campana de aluminio 1 ½ ʺ 1
Tramo corto tubería HG RR 1 ½ ʺ 0.80 1
Codo HG 90° 1 ½ ʺ 3
Tramo corto tubería HG RR 1 ½ ʺ 0.70 1
Tramo corto tubería HG RR 1 ½ ʺ 0.40 1
Tee HG 1 ½ ʺ 1
Neplo perdido HG RR L=0.05 m 1 ½ ʺ 3
Válvula compuerta sello bronce 1 ½ ʺ 1
Tramo corto tubería HG RR 1 ½ ʺ 0.50 2
Unión universal HG 1 ½ ʺ 2
Tramo corto tubería HG RR 1 ½ ʺ 0.10 1
Adaptador hembra HG – PVC 1 ½ ʺ -50mm 1
Tubería PVC E/C 1 ½ ʺ 4.10 1
Fuente: El Autor.