UNIVERSIDAD TÉCNICA PARTICULAR DE LOJA

(1)

UNIVERSIDAD TÉCNICA PARTICULAR DE

LOJA

ESCUELA DE INGENIERÍA CIVIL

MONITOREO, REDISEÑO Y OPTIMIZACIÓN DE LA RED DE AGUA

POTABLE, ALCANTARILLADO Y DISEÑO HIDROSANITARIO DE

LA UTPL EXTENSIÓN ZAMORA Y CARIAMANGA Y REALIZAR EL

MANUAL PARA INSTALACIONES HIDROSANITARIAS

Tesis Previa a la Obtención del

Título de Ingeniero Civil

Autor: Ángel Cristian Capa Valle

Director: Holger Manuel Benavides Muñoz

LOJA – ECUADOR

2009

(2)

Holger Manuel Benavides Muñoz

CATEDRÁTICO DE LA UNIVERSIDAD TÉCNICA PARTICULAR DE LOJA Y DIRECTOR DE TESIS.

CERTIFICO:

Haber dirigido, revisado y aprobado, la tesis previa a la obtención del título de Ingeniero Civil presentada por el señor Angel Cristian Capa Valle titulada:

“

MONITOREO, REDISEÑO Y OPTIMIZACIÓN DE LA RED DE AGUA

POTABLE, ALCANTARILLADO Y DISEÑO HIDROSANITARIO DE

LA UTPL EXTENSIÓN ZAMORA Y CARIAMANGA Y REALIZAR EL

MANUAL PARA INSTALACIONES HIDROSANITARIAS

”; la misma que

tiene la suficiente validez técnica, así como el cumplimiento de la reglamentación requerida por parte de la Escuela de Ingeniería Civil; por lo que, se autoriza su presentación.

...

Holger Manuel Benavides Muñoz DIRECTOR DE TESIS

(3)

ii

AUTORÍA

La investigación, procesamiento de información y la obtención de resultados, conclusiones y recomendaciones que se exponen en la presente Tesis, son de responsabilidad exclusiva del autor.

... Ángel Cristian Capa Valle

(4)

iii

AGRADECIMIENTO

Dejo constancia de mi agradecimiento a todos quienes de una u otra manera colaboraron en la elaboración del presente proyecto de tesis, de manera especial a los Ingenieros: Mireya Lapo y Holger Benavides por el asesoramiento, colaboración desinteresada y valioso aporte para el desarrollo del presente proyecto.

A la UNIVERSIDAD TÉCNICA PARTICULAR DE LOJA, a la Escuela de Ingeniería Civil y a todos los catedráticos quienes de manera acertada impartieron la información y preparación técnica necesarios para mi formación profesional.

(5)

iv

CESIÓN DE DERECHOS

Yo, Ángel Cristian Capa Valle, declaro ser autor del presente trabajo y eximo expresamente a la Universidad Técnica Particular de Loja y a sus representantes legales de posibles reclamos o acciones legales.

Adicionalmente declaro conocer y aceptar la disposición del Art. 67 del Estatuto Orgánico de la Universidad Técnica Particular de Loja que su parte pertinente textualmente dice: “Forman parte del parte del patrimonio de la Universidad la propiedad intelectual de investigaciones, trabajos científicos o técnicos y tesis de grado que se realicen a través, o con el apoyo financiero, académico o institucional operativo de la universidad”.

(6)

Ángel Cristian Capa Valle

v

DEDICATORIA:

A Dios por su apoyo incondicional. A mis padres y especialmente a mi madre por que gracias a su esfuerzo

logró darme la oportunidad de

superarme y ser un hombre de bien. A mis hermanos y a la memoria quienes ya no se encuentran con nosotros quienes me han dado la fuerza para lograr terminar con éxito este proyecto, A mis mejores amigos quienes me han

brindado su ayuda de manera

(7)

vi

Í N D I C E

Certificación... i Autoría... ii Agradecimiento... iii Dedicatoria... iv Cesión de derechos... v

CAPÍTULO 1: GENERALIDADES.

1.1 Introducción…………... 1 1.2 Objetivo general….…... 2 1.3 Objetivos específicos………... 2 1.4 Tareas propuestas……… 2 1.5 Cronograma………... 5

(8)

ALCANTARILLADO SANITARIO EXTENSIONES DE ZAMORA Y

CARIAMANGA.

2.1 Inv

entario extensión Zamora...6

2.1.1 Inventario de red de agua potable……...6

2.1.2 Inventario de red de alcantarillado sanitario y pluvial…...7

2.2 Inventario extensión Cariamanga…...11

2.2.1 Inventario de red de agua potable...…...11

2.2.2 Inventario de red de alcantarillado sanitario y pluvial...13

CAPÍTULO 3: DISEÑO DE LAS REDES DE AGUA POTABLE,

ALCANTARILLADO SANITARIO, ALCANTARILLADO PLUVIAL

3.1 Dis eño de la red de agua potable………... 19

3.1.1 Cálculo de población.………... 19

3.1.1.1 Métodos de cálculo de la población futura...………… 19

3.1.2 Período de diseño...…………... 22

3.1.3 Red de distribución…………... 22

3.1.3.1 Diseño hidráulico de red de distribución………. 23

3.1.4 Caudales de diseño……….. ….………... 23

3.1.5 Cálculo de velocidades y presiones……….. 26

3.2 Diseño de la Red de alcantarillado sanitario………... 26

3.2.2 Determinación de caudales....…………... 28

(9)

3.2.3 Cálculo de velocidades………... 31

3.2.4 Cálculo de pendientes...……….. 32

3.3 Cálculo de la red de alcantarillado pluvial………..…... 33

3.3.2 Determinación de caudales………... 35

3.3.3 Cálculo de velocidades………... 39

3.3.4 Cálculo de pendientes...……… 40

CAPÍTULO 4: MANUAL PARA DISEÑO HIDROSANITARIO

4.1 Introducción al manual de diseño hidrosanitario... 42

4.2 Criterios para el diseño del sistema de abastecimiento de agua……. 42

4.2.1 Estimación del diámetro de la acometida... 42

4.2.2 Redes de distribución………... 43

4.2.3 Estimación de diámetro de la red de distribución... 44

4.2.4 Estimación de presiones……... 45

4.2.5 Estimación de caudales……… 46

4.2.6 Regulación de velocidades………. 50

4.2.7 Pérdidas……….. 50

4.2.7.1 Pérdidas por fricción………. 50

4.2.7.2 Pérdidas locales………. 54

4.2.7.3 Pérdidas por velocidad………. 57

4.3 Sistema contra incendios………...…... 57

4.4 Criterios para el diseño de los sistemas sanitarios…... 58

4.4.1 Trazado de redes de desagüe... 58

4.4.2 Estimación de caudales………... 59

4.4.3 Estimación de diámetros de ramales de desagüe... 61

4.4.4 Estimación de diámetros de columnas de desagüe... 62

4.4.5 Estimación de diámetros de colectores de desagüe... 63

4.4.6 Regulación de pendientes……….. 64

(10)

4.5 Criterios para el diseño de los sistemas de ventilación... 65

4.6 Criterios para el diseño de los sistemas de aguas lluvias... 66

4.6.1 Estimación del caudal de evacuación de aguas lluvias…... 67

4.6.2 Dimensionamiento de canalones de aguas lluvias…...…... 67

4.6.3 Estimación de diámetros de las bajantes de aguas lluvias... 69

4.6.4 Estimación de velocidad de caída……… 70

4.6.5 Estimación de diámetros de los colectores de aguas lluvias………. 71

4.7 Estimación de diámetros desagües combinados………... 72

4.8 Sistema de bombeo……….. 73

4.8.1 Cálculo de la altura de impulsión………... 73

4.8.2 Cálculo de la succión……….…...…...73

4.8.3 Cálculo de la altura de succión positiva (NPSH)………... 74

4.8.4 Cálculo de la altura máxima de succión (AMS)……… 75

4.8.5 Cálculo de la altura dinámica total (ADT)……...………... 76

4.8.6 Cálculo de la potencia de la bomba…….……...………76

4.8.7 Cálculo del tanque hidro-acumulador.………...……… 77

CAPÍTULO 5: PRESUPUESTO

5.1 Presupuesto general extensión Zamora…………... 80

5.1.1 Presupuesto referencial red de agua potable……... 81

5.1.2 Presupuesto referencial alcantarillado sanitario...81

5.1.3 Presupuesto referencial alcantarillado pluvial... 81

5.1.4 Presupuesto referencial diseño hidrosanitario... 82

5.2 Presupuesto general extensión Cariamanga……... 83

5.2.1 Presupuesto referencial red agua potable……... 84

5.2.2 Presupuesto referencial alcantarillado sanitario...84

5.2.3 Presupuesto referencial alcantarillado pluvial... 84

(11)

CAPÍTULO 6: CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES.

6.1 Conclusiones... 86 6.2 Recomendaciones... 88

BIBLIOGRAFÍA.

PÉREZ CARMONA, Rafael. 2005. Diseño de instalaciones hidrosanitarias y de gas para edificaciones, 5 ed. Bogotá – Colombia. Ecoe, ediciones.

RODRÍGUEZ Avial Mariano. 1987. Instalaciones sanitarias para edificios, 5 ed. Madrid – España. Bellisco, editorial.

SILVA SALAZAR, Milton. 1996 Instalaciones hidráulicas y sanitarias en edificios. Quito - Ecuador.

RIVADA, María. 2004. Manual para diagnóstico, mantenimiento y reparación de sistemas hidráulicos y sanitarios en edificaciones y viviendas. La Habana – Cuba.

LÓPEZ CUALLA, Ricardo. 1995. Elementos de diseño para acueductos y alcantarillados. Bogotá – Colombia. Editorial Escuela Colombiana de

(12)

Ingeniería.

RODRÍGUEZ, Luis. 1999. Lluvias Intensas. Instituto Ecuatoriano de Meteorología e Hidrología (INAMHI). Quito – Ecuador.

GARCÍA Luis, TORRES Gina. 2004. Tesis automatización del diseño hidrosanitario en edificios. Loja - Ecuador.

SAAVEDRA, Marco. 2001. Estudios preliminares para abastecimiento de agua potable. Cochabamba – Bolivia.

ILUSTRE MUNICIPIO DE LOJA, Reglamento local de construcciones y ornato del Cantón Loja. Sección C.Instalaciones hidráulicas y sanitarias. Loja – Ecuador.

INSTITUTO ECUATORIANO DE OBRAS SANITARIAS (EX – IEOS), Normas Técnicas de diseño para los sistemas de agua potable y eliminación de residuos líquidos.

(13)

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS.

”1

SAAVEDRA, Marco. Estudios preliminares para abastecimiento de agua potable. Pág. 33.34.

”2

LÓPEZ CUALLA, Ricardo. Elementos de diseño para acueductos y alcantarillados. Pág. 238, 240.

”3

LÓPEZ CUALLA, Ricardo. Elementos de diseño para acueductos y alcantarillados. Pág. 295.

”4

LÓPEZ CUALLA, Ricardo. Elementos de diseño para acueductos y alcantarillados. Pág. 295.

”5

JARAMILLO, Pedro. Apuntes de clase. Proyectos sanitarios. 2007. ”6

PÉREZ CARMONA, Rafael. Diseño de instalaciones hidrosanitarias y de gas para edificaciones. Pág.101.

”7

Reglamento local de construcciones y ornato del cantón Loja. Sección C. Instalaciones hidráulicas y sanitarias.

”8

SILVA, Milton. Instalaciones hidráulicas y sanitarias en edificios. Pág 29. ”9

Reglamento local de construcciones y ornato del cantón Loja. Sección C. Instalaciones hidráulicas y sanitarias.

”10

”11

(14)

GENERALIDADES

1.1 Introducción

El incremento de la población en núcleos cada vez mayores trae consigo innegables ventajas como el mejoramiento económico, social y cultural pero también por esta causa se han generado varios problemas tales como: la contaminación atmosférica, el transporte, disposición de desechos líquidos, sólidos y el abastecimiento de agua para consumo humano. El agua es indispensable para la vida, es por ello que el hombre ha procurado tener cerca una fuente de abastecimiento de agua, es por ello que surgió la idea de conducir el agua a lugares apartados, ya sea diseñando obras o ideando procedimientos que permitan la consecución del líquido vital. La reunión de las diversas obras que tienen por objeto suministrar agua a una población en cantidad suficiente, calidad adecuada, presión necesaria y en forma continua; además contar con una adecuada disposición sanitaria de las aguas servidas y una eficiente disposición de las aguas lluvias.

Así mismo, en la actualidad debido a la elevada demanda de edificaciones grandes, éstas deben contar con un adecuado funcionamiento en sus instalaciones hidráulicas y sanitarias debido a que deben satisfacer las necesidades básicas del ser humano.

Es por ello que la Universidad Técnica Particular de Loja, dentro del nuevo enfoque que ha dado para una mejor preparación de sus profesionales en formación y prestar mejor servicios a los usuarios, ha implementado la ejecución del Proyecto de Sanitario en los centros universitarios del cantón Cariamanga y la Provincia de Zamora Chinchipe, para lo cual es necesario contar con la información necesaria para la ejecución de dicho proyecto.

(15)

1.2 Objetivo principal

Realizar el monitoreo, rediseño y optimización de la red de agua potable, alcantarillado y diseño hidrosanitario de la UTPL extensión Zamora y Cariamanga y realizar el manual para instalaciones hidrosanitarias.

1.3 Objetivos específicos

 Contar con un inventario de instalaciones de agua potable, alcantarillado sanitario e instalaciones hidro-sanitarias de los centros de Cariamanga y Zamora de UTPL.

 Generar una base de datos en cuanto a cobertura de agua potable, alcantarillado sanitario e instalaciones hidro-sanitarias de los centros de estudio.

 Rediseñar todas la redes de agua potable, alcantarillado sanitario y diseño hidrosanitario.

 Modelar y simular cada uno de los sistemas de agua, alcantarillado y diseño hidrosanitario de los centros con todos sus accesorios.

 Optimizar las redes de agua potable, alcantarillado sanitario y diseño hidrosanitario.

 Elaborar un manual para diseño hidrosanitario.

1.4 Tareas propuestas

Para cumplir con los objetivos propuestos se han definido las siguientes etapas:

Etapa 1. Recopilación de información e inventario:

Se realizará un reconocimiento de los lugares de estudio y se recopilará toda la información necesaria, la misma que nos ayudará a desarrollar el tema propuesto como: población, índices de crecimiento estudiantil, datos topográficos, dotaciones, presiones en las acometidas de agua potable, diámetros y longitudes de tuberías existentes, ubicación de toda la red de agua potable, alcantarillado sanitario e

(16)

instalaciones hidrosanitarias de los centros universitarios, de las redes actuales.

Etapa 2. Base de datos:

Con toda la información recopilada en los centros de estudios de Zamora y Cariamanga se formará una base de datos la misma que nos sirve para realizar una actualización de datos existentes en las redes de agua potable, alcantarillado sanitario e instalaciones hidrosanitarias de los centros mencionados.

Etapa 3. Rediseño y optimización de la redes de agua potable, alcantarillado e instalaciones hidrosanitarias:

Se realizará un rediseño de todas las redes de: agua potable, alcantarillado sanitario, alcantarillado pluvial e instalaciones hidrosanitarias de las extensiones de Zamora y Cariamanga de la Universidad Técnica Particular de Loja.

Etapa 4. Modelación, cálculo y aplicación de software:

Se realizará una modelación de acuerdo a las instalaciones de agua potable, alcantarillado sanitario, alcantarillado pluvial e instalaciones hidrosanitarias rediseñadas los mismos que serán simulados con la ayuda de los siguientes software: CYPECAD para agua potable, hoja electrónica EXCEL para alcantarillado sanitario, SWMM 5VE para alcantarillado pluvial y UN SOFTWARE APROPIADO para el diseño hidrosanitario.

Etapa 5. Elaboración del manual para diseño hidrosanitario:

Elaboración del manual para instalaciones hidrosanitarias usando estándares propuestos por el EX – IEOS, las normas Colombianas y Reglamento local de construcciones y ornato del cantón Loja. Sección C. Instalaciones hidráulicas y sanitarias.

(17)

Etapa 6. Revisión final y entrega del proyecto:

Dentro de esta etapa se realizarán las correcciones pertinentes, impresión y entrega del proyecto final.

(18)

1.5 Cronograma

ACTIVIDADES Feb-08 Mar-08 Abr-08 May-08 Jun-08 Jul-08 Ago-08 Sep-08 Oct-08 Nov-08 Dic-08 Ene-09 Feb-09 Mar-09 1. Recopilación de información e inventario 2. Base de datos

3. Rediseño y optimización de las

redes de agua potable, alcantarillado y diseño hidrosanitario

4. Modelación, cálculo y aplicación de

software

5. Elaboración y verificación del

manual para diseño hidrosanitario

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INVENTARIO DE REDES AGUA POTABLE Y ALCANTARILLADO

SANITARIO EXTENSIONES DE ZAMORA Y CARIAMNAGA

2.1 Inventario extensión Zamora

La Extensión de la Universidad Técnica se encuentra ubicada en la provincia de Zamora Chinchipe; limita al Norte con la provincia de Morona Santiago, al Sur y Este con la República del Perú y al Oeste con la provincia de Loja.

El cantón Zamora se localiza en la parte Este de la Provincia de Loja, a una distancia aproximada de 60 Km. La localidad en estudio se encuentra ubicada a una altitud promedio de 934 m.s.n.m. Sus coordenadas relativas son:

COORDENADA NORTE : N - 9550695

COORDENADA ESTE : E - 0727706

2.1.1 Inventario de red de agua potable

La red de agua potable es un conjunto de tuberías cuya función es la de suministrar el agua potable a los consumidores de la localidad.

La unión entre la red de distribución interna y la acometida se la realiza mediante una tubería denominada línea matriz la cual conduce el agua hasta los puntos de entrada a cada edificio de los centros de estudio.

En el centro de estudios de Zamora en la presente consultoría constan el número de accesorios, longitud de tubería de PVC y tubería de polietileno de baja densidad. Para el inventario se ha considerado edificio administración y edificio de aulas.

Los resultados obtenidos del inventario de la red de agua potable en este centro de estudios se detallan en los siguientes cuadros:

(20)

Cuadro 1. Edificio administración

INVENTARIO AGUA POTABLE

DESCRIPCIÓN DIÁMETRO NÚMERO LONGITUD (m)

Tee presión PVC 1/2" 14

Codo presión 90º PVC 1/2" 26

Válvula de compuerta HG 1/2" 9

Tubería presión PVC 1/2" 14.89

Tubería polietileno de baja densidad 1/2" 19.38

Fuente: El Autor. Febrero 2008.

Cuadro 2. Edificio aulas

DESCRIPCIÓN DIÁMETRO NÚMERO LONGITUD (m) Tee presión PVC 1/2" 35 Codo presión 90º PVC 1/2" 43 Válvula de compuerta HG 1/2" 14 Tapones HG 1/2" 2 Tubería presión PVC 1/2" 51.20

Tubería polietileno de baja densidad 1/2" 145.65

2.1.2 Inventario de red de alcantarillado sanitario y pluvial

El sistema de alcantarillado consiste en una serie de tuberías y obras complementarias, necesarias para recibir y evacuar las aguas residuales de la población y escorrentía superficial producida por la lluvia. De no existir estas redes de recolección de aguas, se pondría en peligro la salud de las personas debido al riesgo de enfermedades epidemiológicas.

(21)

En el presente inventario constan el número de accesorios, longitud de tubería de PVC, tubería de polietileno de baja densidad, tubería de cemento, cajas y pozos de revisión tanto de aguas servidas como de aguas lluvias. Se ha considerado edificio de administración y edificio de aulas tal como se detallan a continuación:

La nomenclatura adoptada para drenaje se muestra en el siguiente cuadro:

Cuadro 3. Nomenclatura adoptada

NOMENCLATURA

D1 Drenaje 1

D2 Drenaje 2

Los resultados obtenidos del inventario de las redes de alcantarillado sanitario y alcantarillado pluvial de los dos edificios considerados en este centro de estudio se detallan en los siguientes cuadros:

ACCESORIOS Y TUBERÍAS:

INVENTARIO RED AASS Y AALL

Yee reducción desagüe PVC 4" - 3" 2

Codo desagüe 90º PVC 4" 12 Codo desagüe 90º PVC 3" 2 Codo desagüe 90º PVC 2" 8 Tubería desagüe PVC 4" 47.27 Tubería desagüe PVC 3" 2.14 Tubería desagüe PVC 2" 8.25 Sigu e…

(22)

…Viene

INVENTARIO RED AASS Y AALL

Tubería Cemento 20" 23.85

INVENTARIO RED AASS Y AAL

Yee desagüe PVC 4" 4 Yee desagüe PVC 3" 4 Yee desagüe PVC 2" 4 Codo desagüe 90º PVC 4" 15 Codo desagüe 90º PVC 3" 8 Codo desagüe 90º PVC 2" 18 Tubería desagüe PVC 4" 113.39 Tubería desagüe PVC 3" 28.86 Tubería desagüe PVC 2" 38.43

Cuadro 6. Drenaje

INVENTARIO RED AGUAS DRENAJE

Sumidero 1

Codo desagüe 45º PVC 4" 1

Tubería desagüe PVC 4” 39.50

(23)

Fuente: El Autor. Febrero 2008. CAJAS DE REVISIÓN:

ESPESOR LARGO ANCHO DIÁMETRO PROFUNDIDAD TAPA

LARGO ANCHO ESPESOR

(m) (m) (m) (m) (m) (m) (m) (m)

CAJA 1 0.12 0.80 0.85 0.29 Sin tapa Sin tapa Sin tapa

CAJA 2 0.13 2.06 0.86 1.09 1.05 0.86 0.055

1.101 0.86 0.055

CAJA 3 0.12 1.45 1.45 1.50 1.50 1.50 0.06

POZO 1 0.10 0.75 0.84 0.85 0.85 0.05

ESPESOR LARGO ANCHO DIÁMETRO PROFUNDIDAD TAPA

(m) (m) (m) (m) (m) (m) (m) (m)

CAJA 1 0.12 0.79 0.87 0.86 0.87 0.77 0.05

CAJA 4 0.12 0.85 0.63 0.35 0.85 0.63 0.05

CAJA 5 0.12 0.85 0.85 0.29 0.85 0.85 0.05

POZO 1 0.10 0.60 3.20 0.70 0.70 0.05

POZO 2 0.10 0.60 2.90 Sin tapa Sin tapa Sin tapa

(24)

ESPESOR LARGO ANCHO PROFUNDIDAD TAPA

(m) (m) (m) (m) (m) (m) (m)

CAJA 1 D1 0.12 0.87 0.87 0.50 0.87 0.87 0.06

CAJA2 D1 0.12 0.87 0.87 0.50 0.87 0.87 0.06

CAJA1 D2 0.13 1.17 0.70 2.50 1.17 0.70 0.12

2.2 Inventario extensión Cariamanga

La extensión Cariamanga de la Universidad Técnica Particular de Loja se encuentra ubicada en el cantón Calvas cabecera cantonal Cariamanga perteneciente a la provincia de Loja; limita al Norte con el cantón Paltas y el cantón Gonzanamá, al Sur con la República del Perú, al Este con el cantón Quilanga y el cantón Espíndola y al Oeste con el cantón Sozoranga.

El cantón Calvas se localiza en la parte Oeste del cantón de Loja, a una distancia aproximada de 111 Km.

La localidad en estudio se halla ubicada a una altitud promedio de 1882 m.s.n.m.

Las coordenadas relativas al sitio de ubicación de la extensión Cariamanga son:

COORDENADA NORTE : N - 9522132

COORDENADA ESTE : E - 0660237

(25)

La red de agua potable es un conjunto de tuberías cuya función es la de suministrar el agua potable a los consumidores de la localidad.

La unión entre la red de distribución interna y la acometida se la realiza mediante una tubería denominada línea matriz la cual conduce el agua hasta los puntos de entrada a cada edificio de los centros de estudio.

En la presente investigación constan el número de accesorios, longitud de tubería de PVC, tubería polietileno de baja densidad, cajas y pozos de revisión.

Para el inventario correspondiente la infraestructura civil se ha divido en bloques tal como se detallan a continuación:

Cuadro 10. Distribución de bloques

BLOQUE 1 Edificio administración casa guardián muro (drenaje) BLOQUE 2 Baterías sanitarias edificio de aulas cancha (drenaje) Fuente: El Autor. Febrero 2008.

Los resultados obtenidos del inventario de la red de agua potable de los diferentes bloques del centro de estudio Cariamanga se detallan en los siguientes cuadros:

BLOQUE 1

(26)

Tubería polietileno baja densidad 1/2" 41.36

Cuadro 12. Casa guardián

Tubería presión PVC 1/2" 4.83

BLOQUE 2

Cuadro 13. Baterías sanitarias

DESCRIPCIÓN DIÁMETRO NÚMERO LONGITUD (m) Tee presión PVC 1/2" 19 Codo presión 90º PVC 1/2" 26 Válvula de compuerta HG 1/2" 15 Tapones HG 1/2" 3 Tubería presión PVC 1/2" 41.16

(27)

En el presente inventario constan el número de accesorios, longitud de tubería de PVC, tubería de polietileno de baja densidad tanto de aguas residuales como de aguas lluvias, cajas y pozos de revisión de aguas servidas.

Al igual que en el caso de agua potable para el inventario correspondiente se ha divido en bloques tal como se detallan a continuación:

Cuadro 14. Distribución de bloques

BLOQUE 1 Edificio administración Casa guardián Muro (drenaje) BLOQUE 2 Baterías sanitarias Edificio de aulas Cancha (drenaje)

Se adoptó la nomenclatura de acuerdo al siguiente cuadro:

Cuadro 15. Nomenclatura adoptada

NOMENCLATURA EA Edificio administración CG Casa guardián D1 Drenaje bloque 1 D2 Drenaje bloque 2 B1 Bloque 1 B2 Bloque 2

(28)

Los resultados obtenidos del inventario de las redes de alcantarillado sanitario y alcantarillado pluvial de los diferentes bloques de los centros de estudio se detallan en los siguientes cuadros:

ACCESORIOS Y TUBERÍAS:

BLOQUE 1

Cuadro 16. Edificio administración INVENTARIO RED AASS Y AALL EA B1

Tee desagüe PVC 4" 3 Yee desagüe PVC 3" 1 Codo desagüe 90º PVC 4" 10 Codo desagüe 90º PVC 3" 4 Codo desagüe 90º PVC 2" 10 Tubería desagüe PVC 4" 59.58 Tubería desagüe PVC 3" 4.45 Tubería desagüe PVC 2" 8.37 Tubería de cemento 8" 42.77

Cuadro 17. Casa guardián INVENTARIO RED AASS CG B1

Yee desagüe PVC 2" 1 Codo desagüe 90º PVC 4" 2 Codo desagüe 90º PVC 3" 1 Codo desagüe 90º PVC 2" 9 Tubería desagüe PVC 4" 3.48 Tubería desagüe PVC 3" 1.30 Tubería desagüe PVC 2" 19.25

(29)

Tubería de cemento 8" 51.91

Cuadro 18. Drenaje INVENTARIO AALL D1 B1

Tubería desagüe PVC 6" 16,76

Tubería desagüe PVC 4" 15.89

BLOQUE 2

Cuadro 19. Baterías sanitarias INVENTARIO RED AASS B2

Tee desagüe PVC 3" 2 Yee desagüe PVC 4" 6 Yee desagüe PVC 2" 1 Codo desagüe 90º PVC 4" 10 Codo desagüe 90º PVC 3" 4 Codo desagüe 90º PVC 2" 6 Tubería desagüe PVC 4" 24.62 Tubería desagüe PVC 3" 10.11 Tubería desagüe PVC 2" 9.26 Tubería de cemento 8" 106.02

Cuadro 20. Drenaje INVENTARIO AALL D2 B2

Codo desagüe PVC 4” 1

(30)

Tubería de cemento 8" 16.00

CAJAS DE REVISIÓN BLOQUE 1

ESPESOR LARGO ANCHO PROFUNDIDAD TAPA

LARGO ANCHO ESPESOR

(m) (m) (m) (m) (m) (m) (m)

CAJA 1 0.11 0.73 0.56 0.54 0.83 0.61 0.05

CAJA2 0.11 0.63 0.45 0.69 0.80 0.50 0.05

CAJA 3 0.11 0.61 1 0.99 0.61 1 0.09

CAJA 4 0.11 0.62 1 1.40 0.62 1 0.09

Cuadro 22. Casa guardián

(m) (m) (m) (m) (m) (m) (m)

CAJA 1 0.13 0.74 0.70 0.39 0.74 0.70 0.05

CAJA2 0.13 0.70 0.73 0.59 0.74 0.74 0.05

CAJA 3 0.13 0.62 0.62 0.48 0.80 0.80 0.06

CAJA 4 0.12 Variable Variable 0.43 0.80 0.99 0.085

(m) (m) (m) (m) (m) (m) (m)

CAJA 1 D1 0.11 0.97 1.02 0.84 1.02 1.02 0.06

CAJA2 D1 0.11 0.62 1 Variable 0.62 1 0.06

(31)

CAJAS DE REVISIÓN BLOQUE 2

Cuadro 24. Baterías sanitarias

ESPESOR LARGO ANCHO DIÁMETRO PROFUNDIDAD TAPA

(m) (m) (m) (m) (m) (m) (m) (m)

CAJA 1 0.13 0.63 0.64 0.52 0.52 0.52 0.05

CAJA2 0.13 0.82 0.82 0.74 0.65 0.65 0.05

CAJA 4 0.13 0.79 0.79 _0.69 Sin tapa Sin tapa Sin tapa

POZO2 0.23 0.97 0.64 Sin tapa Sin tapa Sin tapa

ESPESOR LARGO ANCHO PROFUNDIDAD TAPA

LARGO ANCHO ESPESOR

(m) (m) (m) (m) (m) (m) (m)

CAJA 1 D2 0.06 0.55 0.55 1.24 0.48 0.59 0.08

(32)

DISEÑO DE LAS REDES DE AGUA POTABLE,

ALCANTARILLADO SANITARIO Y ALCANTARILLADO PLUVIAL

3.1 Diseño de la red de agua potable

3.1.1 Cálculo de la población

La determinación del número de habitantes para los cuales ha de diseñarse las redes es un parámetro básico en el cálculo del caudal de diseño para la comunidad. Con el fin de estimar la población futura es necesario estudiar las características sociales, culturales y económicas de sus habitantes en el pasado, el presente y hacer proyecciones a futuro.

3.1.1.1 Métodos de cálculo

Existen varios métodos de proyectar la población, sin embargo, se presenta a continuación los métodos cuya aplicación es más generalizada.

a) Método geométrico

“El crecimiento será geométrico si el aumento de la población es proporcional al tamaño de ésta y se expresa por la siguiente fórmula:

(1)

Pf - Población futura (hab.)

Po - Población inicial de referencia (hab.) i - Índice de crecimiento anual (%) t - Periodo de diseño (años)

(33)

b) Método exponencial

(2) Pf - Población futura (hab.)

Po - Población inicial de referencia (hab.) i - Índice de crecimiento (%)

t - Periodo de diseño (años)

e - Base de los logaritmos neperianos

c) Método Ine

(3) Pf - Población futura (hab.)

Po - Población inicial de referencia (hab.) r - Tasa anual de crecimiento (%) t - Periodo de diseño (años)

d) Método Wappaus

(4)

Pa - Población inicial de referencia (hab.) i - Índice de crecimiento anual (%) t - Periodo de diseño (años)

(34)

e) Método aritmético

(5)

Po - Población inicial de referencia (hab.) i - Índice de crecimiento anual (%) t - Periodo de diseño (años)” 1

La población estudiantil inicial (Pa, Po) estimada para el presente proyecto es de 320 estudiantes, información proporcionada por la secretaria de la extensión de Zamora ya que es la mayor población estudiantil que se registra en periodo Octubre –Febrero ya que en el periodo Abril – Agosto se reduce del 10 % de la población estudiantil.

Para el presente proyecto se eligió calcular la población futura mediante los métodos: exponencial, Ine y Wappaus tal como se indica a continuación:

Cuadro 26. Cálculo de la población futura

(35)

Fuente: El autor. Febrero 2008.

Se adopta una población futura = 411 estudiantes.

1

RESUMIDO: SAAVEDRA, Marco. Estudios preliminares para abastecimiento de agua potable. Pág. 33.34.

3.1.2 Período de diseño

Se entiende por periodo de diseño, en cualquier obra civil, el número de años durante los cuales una obra determinada ha de prestar con eficiencia el servicio para el cual fue diseñada.

Los factores que intervienen en la selección del período de diseño son:

 La vida útil de las estructuras y equipos.

 Ampliaciones futuras y planeación de las etapas de construcción del proyecto.

 Cambios en el desarrollo social y económico de la población.

 Comportamiento hidráulico de las obras cuando éstas no tengan un funcionamiento óptimo.

3.1.3 Red de distribución

Se le da el nombre de red de distribución al conjunto de tuberías cuya función es la de suministrar el agua potable a los consumidores de la localidad.

La unión entre el tanque de almacenamiento y la red de distribución se realiza mediante una tubería denominada línea matriz, la cual conduce el agua a los puntos de entrada a la red de distribución; su diseño depende de las

(36)

condiciones de operación de la red de distribución tales como trazado, caudal y presiones de servicio.

La red de distribución está conformada por tuberías principales y secundarias. La red principal es la que distribuye el agua en las diferentes zonas de la población, mientras que mediante las tuberías secundarias se realizan las conexiones domiciliarias. El diseño o cálculo de la red de distribución se hace de acuerdo a las normas del EX-IEOS.

La norma propuesta por el EX - IEOS recomienda: Para poblaciones de diseño de hasta 3000 habitantes el diámetro será de 50 mm como valor mínimo para tuberías principales y para las tuberías secundarias la mitad del diámetro de la tubería principal y no debe ser menor o igual a 25 mm.

Para poblaciones futuras menor o igual a 20000 habitantes y mayor o igual 3000 habitantes el diámetro mínimo será de 75 mm en tuberías principales y para las tuberías secundarias la mitad del diámetro de la tubería principal y no debe ser menor o igual a 50 mm.

3.1.3.1 Diseño hidráulico de la red de distribución

Establecida la población y los puntos de servicio, se elabora el esquema para la simulación matemática considerando las directrices de diseño de la red de distribución del lugar donde se encuentran ubicados los centros de estudios tanto de la extensión de Zamora como la extensión de Cariamanga; y se determina el caudal en cada nudo de la red interna de los centro de estudios, de acuerdo a la demanda que necesita cada edificación, su resultado en el Anexo 1.

Con las cotas de cada nudo tomadas del levantamiento topográfico en los centro de estudio y con los valores de las longitud, diámetro y coeficiente de

(37)

rugosidad para cada tramo de la red, se realizó el diseño hidráulico mediante la utilización del software: Cypecad y hoja electrónica.

En nuestro caso no se prevé la instalación de hidrante alguno debido a que el presente proyecto, se encuentra dentro del área de cobertura de los hidrantes del sector.

3.1.4 Caudales de diseño

Es el caudal estimado con el cual se diseñan los equipos, dispositivos y estructuras de un sistema determinado.

Para obtener el caudal de diseño se calcula previamente los caudales que se detalla a continuación:

a) Dotación media futura (DMF): Es el caudal ideal de agua que se

adjudica a una población para satisfacer su demanda o consumo futuro.

b) Caudal medio diario (Qmd): Es el consumo durante las 24 horas

obtenido como promedio de los consumos diarios en un año y se expresa en L/s; se lo obtiene multiplicando la dotación futura por la población al final del periodo de diseño y por el factor de pérdidas.

(6) Qmd - Caudal medio diario (L/s) f - Pérdidas

Pf - Población futura (hab)

DMF - Dotación media futura (L/hab/día)

c) Caudal máximo diario (QMD): Es el consumo durante las 24 horas

observado en el periodo de un año. Lo obtenemos multiplicando el consumo medio diario por un factor pico que se llama coeficiente de consumo máximo diario y se representa como (KMD).

(38)

KMD se estima entre los rangos de (1.3 a 1.5).

(7)

QMD - Caudal máximo diario (L/s) Qmd - Caudal medio diario (L/s)

KMD - Coeficiente de consumo máximo diario

d) Caudal máximo horario (QMH): Es el consumo máximo en una hora

observado en el periodo de un año. Lo obtenemos multiplicando el consumo medio diario por un factor pico que se llama coeficiente de consumo máximo horario y se representa como (KMH).

KMH se estima entre los rangos de (2 a 2.3).

(8)

QMH - Caudal máximo horario (L/s) Qmd - Caudal medio diario (L/s)

KMD - Coeficiente de consumo máximo horario

Para poblaciones < 1000 hab, KMH se estima 2 Para poblaciones > 1000 hab, KMH se estima 2.3

e) Caudal de incendios (Qi): En este caso el diseñador debe justificar si la

protección contra incendio se considera necesaria. Sin embargo, la presión requerida para la protección contra incendios puede obtenerse mediante el sistema de bombas del equipo del cuerpo de bomberos y no necesariamente de la presión en la red de distribución.

Los caudales necesarios para cubrir esta demanda variarán con el tamaño de la población, se adoptan de acuerdo al cuadro 27:

(39)

Cuadro 27. Caudales contra incendios Población futura

miles de habitantes

Hidrantes en uso simultáneo L/s

Hipótesis de diseño

10 a 20 uno de 12

20 a 40 uno de 24 Uno en el centro

40 a 60 dos de 24 Uno en el centro y otro periférico

60 a 120 tres de 24 Dos en el centro y otro periférico

> 120 cuatro de 24 Dos en el centro y dos periféricos

FUENTE: Normas del EX - IEOS

Según la norma del EX – IEOS el espaciamiento entre hidrantes entre 200 m y 300 m. Para poblaciones con menos de 10000 habitantes, se utilizará en lugar de los hidrantes, bocas de fuego con capacidad de 5 L/s con un diámetro mínimo de 50 mm y se las proveerá de rosca adaptable a las mangueras para incendios.

El volumen de reserva para incendios, en este caso, se calculará en base al caudal de 5 L/s para un tiempo de 2 horas.

3.1.5 Cálculo de velocidades y presiones

En la simulación matemática de la red de distribución se consideró los diámetros internos de cada una de las tuberías, obteniendo cierto valor como margen de seguridad para el diseño.

Para las condiciones de diseño antes señaladas las velocidades y presiones de servicio (presiones dinámicas) se ha tratado de mantener dentro de los límites recomendados por las normas técnicas correspondientes y sus resultados se presentan en el Anexo 1.

“Se consideran velocidades entre 0.50 m/s a 2.50 m/s, como presión 10 mc.a. y como presión máxima 50 mc.a. en la red de distribución”2_.

3.2 Diseño de la red de alcantarillado sanitario

(40)

La red de distribución consiste en una serie de tuberías y obras complementarias, necesarias para recibir y evacuar las aguas residuales de la población.

El diseño de un sistema de alcantarillado requiere el conocimiento de los principios de hidráulica que se aplican al escurrimiento de los líquidos en conductos sin presión sean estas redes cerradas o abiertas. Sin embargo, en algunos casos y dependiendo de las condiciones topográficas pueden utilizarse eventualmente sistemas a presión por tramos cortos.

2

RESUMIDO: LÓPEZ CUALLA, Ricardo. Elementos de diseño para acueductos y alcantarillados. Pág. 238, 240.

Ricardo López Cualla considera como principales factores que afectan al flujo de aguas residuales los siguientes:

 Pendiente del tubo

 Área de la sección transversal de la tubería.

 Rugosidad de la superficie interior de la tubería de conducción.  Condiciones de flujo. (parcialmente lleno, permanente)

 Naturaleza, peso específico y viscosidad del líquido.

La red de alcantarillado, además de los colectores o tuberías está constituida por otras estructuras hidráulicas diseñadas para permitir el correcto funcionamiento de los sistemas.

Entre otros elementos que forman la red de alcantarillado se pueden mencionar las siguientes:

 Pozos de inspección.  Cámara de caída.

 Aliviaderos frontales o laterales.  Sifones invertidos.

(41)

 Conexiones domiciliarias.

Para el diseño de la red de alcantarillado sanitario de los centros de estudio tanto de Zamora como de Cariamanga se escogió tubería de PVC de diámetro de 200 mm ya que es el diámetro mínimo para diseño de acuerdo a las normas establecidas por el EX – IEOS para alcantarillado sanitario.

La determinación de los caudales en cada tramo de la red interna se realizó de acuerdo a las descargas del mueble sanitario instalado en los diferentes colectores de cada edificio al igual que en las redes de agua potable los de cálculo hidráulicos se adjuntan en el Anexo 1.

Con las cotas de cada nudo tomadas del levantamiento topográfico de cada centro de estudio, y con los valores de las longitudes, diámetros y coeficientes de rugosidad para cada tramo de la red; se realizó el diseño hidráulico mediante la utilización de hoja electrónica de Excel.

3.2.2 Determinación de caudales

Para realizar el cálculo del caudal a tubo lleno de la red externa se la realizó mediante la ecuación de continuidad:

(9)

Q - Caudal (m3/s)

A - Área de la sección circula (m2). V - Velocidad (m/s)

(42)

Para obtener el caudal de diseño se suma del caudal máximo horario (aporte doméstico, industrial, comercial e institucional), el caudal de infiltración y el caudal de conexiones erradas.

a) Caudal medio diario de aguas residuales (qmd): Es el aporte medio

diario al alcantarillado sanitario, se lo calcula mediante la siguiente expresión:

(10)

qmd - Caudal medio diario de aguas residuales (L/s) Po - Población inicial (hab.)

Dot - Dotación (L/hab/día)

b) Caudal máximo horario de aguas residuales (QMH): Este caudal se

determina a partir de factores de mayoración del caudal medio diario.

(11)

QMH - Caudal máximo horario de aguas residuales (L/s) K - Coeficiente de mayoración. Por norma se considera 4 qmd - Caudal medio diario (L/s)

c) “Caudal comercial (Qc): Para sectores comerciales se adopta un

aporte medio diario de 2 L/s/ha, pero es necesario ponderar este valor en zonas mixtas, comerciales y residenciales.

(12)

(43)

Qc - Caudal comercial (L/s) A - Área total del proyecto (ha)

d) Caudal industrial (Qind): Este aporte de aguas residuales debe ser

evaluado para cada caso en particular, ya que varía de acuerdo al tipo o el tamaño de la industria.

Para pequeñas industrias puede tomarse un aporte medio de 1.50 L/s/ha.

(13)

Qind - Caudal industrial (L/s) A - Área total del proyecto (ha)

e) Caudal institucional (Qins): Como en el caso del aporte industrial, el

aporte institucional varía de acuerdo con el tipo y el tamaño de la institución por lo que debe considerarse cada caso en particular. Sin

embargo para instituciones pequeñas localizadas en zonas

residenciales, puede tomarse un valor de aporte medio diario de 0.80 L/s/ha.

(14)

Qins - Caudal institucional (L/s) A - Área total del proyecto (ha)

(44)

f) Caudal de infiltración (Qi): Este aporte adicional se estima en base de

las características de permeabilidad del suelo en el que se ha de construir el alcantarillado sanitario. Este aporte puede estimarse en un valor de 14 m3/ha/día, puede expresarse por metro de tubería o por su equivalente en hectáreas de área drenada.

En el cuadro 28 se presentan algunos valores de infiltración por longitud de tubería:

Cuadro 28. Valores de infiltración por longitud de tubería

Condiciones Infiltración (L/s/Km) Alta Media Baja

Tuberías existentes 4 3 2

Tuberías nuevas unión cemento 3 2 1

Tuberías nuevas unión caucho 1.5 1 0.5

Fuente: LÓPEZ CUALLA, Ricardo. Elementos de diseño para acueductos y

alcantarillados, 1 ed Bogotá – Colombia. Pág. 296

g) Caudal de conexiones erradas (Qe): Este aporte proviene

principalmente de conexiones que equivocadamente se hacen de las aguas lluvias, domiciliarias y clandestinas; se puede estimar este valor en un 20% del caudal máximo horario.

(15)

Qe - Caudal conexiones erradas (L/s) A - Área total del proyecto (ha) Po - Población inicial (hab)

(45)

(16)

QMH - Caudal máximo horario de aguas residuales (L/s)”3 .

3.2.2 Cálculo de velocidades

Para realizar el cálculo de la velocidad se la ha efectuó mediante la ecuación de Manning:

(17) V - Velocidad (m/s) R - Radio hidráulico (m) J - Pendiente (m/m)

n - Coeficiente de rugosidad de Manning

El coeficiente de rugosidad de Manning (n) se estima de acuerdo al cuadro 29 que se muestra a continuación:

3

RESUMIDO: LÓPEZ CUALLA, Ricardo. Elementos de diseño para acueductos y alcantarillados. Pág. 295.

Cuadro 29. Coeficiente de rugosidad de Manning

Material n

Tubos de concreto simple 0.013

Tubos de PVC 0.010

Tubos de polietileno 0.086 - 0.009

Tubos de arcilla vitrificada 0.013

Tubos de asbesto cemento 0.013

Tubos de hierro fundido 0.012

Canales de mampostería de ladrillo 0.015

Canales de mampostería de piedra cortada 0.017

Canales de tierra 0.025

Acero remachado 0.016

Acero galvanizado 0.016

(46)

Superficie de cemento limpia y lisa 0.011

Mezcla de cemento 0.013 - 0.020

Conducciones de tierra 0.025

“Los alcantarillados sanitarios que transportan aguas residuales domésticas deben cumplir con una velocidad mínima de 0.6 m/s; la velocidad máxima cualquiera que sea el material de la tubería no debe sobrepasar el límite de 5 m/s para evitar la abrasión de la tubería”4

.

3.2.4 Cálculo de pendientes

El objeto de establecer límites mínimos y máximos de los valores de pendientes, es para evitar hasta donde sea posible, la obstrucción y la erosión de las tuberías.

Las pendientes de las tuberías, deberán seguir hasta donde sea posible el perfil del terreno, con objeto de contar con excavaciones mínimas tomando en cuenta las restricciones de velocidad, tirantes mínimos, la ubicación y topografía de los sitios a los que se darán servicio.

4

RESUMIDO: LÓPEZ CUALLA, Ricardo. Elementos de diseño para acueductos y alcantarillados. Pág. 295.

En el cuadro 30 se muestras las pendientes mínimas y máximas recomendadas para los diferentes tipos de tuberías, que podrán modificarse en casos especiales previo análisis particular y justificación en cada caso.

Cuadro 30. Pendientes mínimas y máximas

Pendiente en milésimas

Diámetro de tubo en mm Mínima Máxima

200 5 91

250 3 85

315 1.5 63

(47)

400 0.7 46

450 0.6 39

500 0.5 34

630 0.4 25

Fuente: Lineamientos Técnicos. Factibilidad, SIAPA

Para el diseño de alcantarillado sanitario de los diferentes centros de estudios se ha consideró una pendiente mínima de 5 ‰ y máxima de 91 ‰; y un diámetro de 200 mm que es el diámetro mínimo para alcantarillado sanitario adoptado de acuerdo a las normas de EX – IEOS.

3.3 Cálculo de la red de alcantarillado pluvial

3.3.1 Red de distribución

Al igual que la red de alcantarillado sanitario el alcantarillado pluvial está conformado por el conjunto de colectores y canales necesarios para evacuar la escorrentía superficial producida por la lluvia. Inicialmente el agua es captada a través de sumideros en las calles y conexiones domiciliarias, y llevada a una red de tuberías que van aumentando su sección transversal a medida que aumenta el área de drenaje.

Los sistemas de recolección y evacuación de aguas pluviales pueden ser proyectados y construidos para:

 Permitir una rápida evacuación de la escorrentía pluvial de las vías públicas.

 Evitar la generación de caudales excesivos en las calzadas.

 Evitar la invasión de aguas pluviales a propiedades públicas y privadas.

(48)

 Evitar la paralización del tráfico vehicular y peatonal durante un evento fuerte de precipitación.

 Mitigar efectos nocivos a cuerpos de agua receptores por

contaminación de escorrentía pluvial urbana.

Los siguientes son algunos de los factores que deben ser considerados en el estudio de los problemas de recolección y evacuación de aguas pluviales en áreas urbanas:

 Tráfico peatonal y vehicular.

 Valor de las propiedades sujetas a daños por inundaciones.

 Análisis de soluciones con canales abiertos o conductos cerrados.  Profundidad de los colectores.

Para el diseño de la red de alcantarillado pluvial de los centros de estudio se consideró una tubería de PVC con diámetro de 250 mm que es el diámetro mínimo de acuerdo a las normas establecidas por el EX – IEOS para alcantarillado pluvial.

La determinación de los caudales en cada tramo de la red interna se realizó de acuerdo a las áreas de aporte tanto de edificaciones como de áreas verdes que descargan las aguas lluvias en los diferentes colectores. Los cuadros de cálculo de la red de alcantarillado pluvial se adjunta en el Anexo 1.

Con las cotas de los nudos tomadas del levantamiento topográfico de cada centro de estudio, los valores de las longitudes, diámetros y coeficientes de rugosidad de los diferentes tramos de la red se realizo el diseño hidráulico mediante la utilización del software SWMM 5VE y hoja electrónica.

(49)

Para realizar el cálculo del caudal a tubo lleno de la red de alcantarillado pluvial se la ha empleado la ecuación (9) mostrada anteriormente.

Para la estimación del caudal de diseño se aplicó el método racional, que calcula el caudal pico de aguas lluvias con base en la intensidad media del evento de precipitación con una duración igual al tiempo de concentración del área de drenaje y un coeficiente de escorrentía.

La ecuación del método racional es:

(18)

Q - Caudal (m3/s).

I - Intensidad de lluvia (mm/h).

C - Coeficiente de escorrentía (adimensional). A - Área tributaria (ha).

a) Coeficiente de

escorrentía (C): El coeficiente de escorrentía tiene un significado similar

al coeficiente de retorno del alcantarillado sanitario. No toda el agua lluvia precipitada llega al sistema de alcantarillado, parte se pierde por factores tales como: evaporación, intercepción vegetal, detención superficial de cunetas, zanjas o depresiones y por infiltración. De todos los factores anteriores, el de mayor importancia es la infiltración, que está en función de la impermeabilidad del terreno.

Se presenta a continuación los cuadros 31a y 31b para la selección del coeficiente de escorrentía C según el tipo de zona y superficie:

Cuadros 31a. Coeficiente C de acuerdo al tipo de zona

Tipo de zona C

(50)

con vías y calzadas pavimentadas Zonas adyacentes al centro y de menor

0.70 densidad de población y vías pavimentadas

Zonas medianamente pobladas 0.55 - 0.65

Zonas comerciales o industriales 0.60 - 0.95 Zonas residenciales con baja densidad

0.35 - 0.55 Poblacional

Parques, campos de deporte y aéreas

0.10 - 0.20 sin pavimentar

Fuente: Normas EX - IEOS

Cuadro 31b. Coeficiente C de acuerdo al tipo de superficie

Tipo de superficie C

Cubierta metálica o teja vidriada 0.95

Cubierta ordinaria o impermeabilizada 0.90 Pavimentos asfalticos en buenas condiciones 0.85 - 0.90

Pavimentos de hormigón 0.80 - 0.85

Empedrados con juntas pequeñas 0.75 - 0.80 Empedrados con juntas ordinarias 0.40 - 0.50

Superficies no pavimentadas 0.10 - 0.30

Parques y jardines 0.05 - 0.25

Vías adoquinadas 0.70 - 0.85

Laderas sin vegetación 0.60

Laderas con vegetación 0.30

Fuente: Normas EX - IEOS

Para áreas de drenaje que incluyan subáreas con coeficiente de escorrentía diferente, el valor de C representativo del área debe calcularse como el promedio ponderado de las respectivas áreas.

(19) A - Área tributaria (ha)

AT - Área total (ha)

(51)

Intensidad de lluvia (I): Este valor es obtenido a través de un estudio

hidrológico y de acuerdo a la zona donde se encuentran ubicados de los centros de estudio de Zamora y Cariamanga.

Se utilizó las siguientes expresiones propuestas por el INAMHI de acuerdo a la ubicación en el que se encuentra ubicado cada centro y para un periodo de retorno de 25 años:

Intensidad de lluvia extensión Zamora:

(20)

I - Intensidad de lluvia (mm/h)

t - Tiempo de concentración (minutos) IdTR - Zona de ubicación según INAMHI

Intensidad de lluvia extensión Cariamanga:

(21)

I - Intensidad de lluvia (mm/h)

t - Tiempo de concentración (minutos) IdTR - Zona de ubicación según INAMHI

b) “Tiempo de concentración (Tc): Es el tiempo que tarda el agua en

(52)

es el tiempo requerido desde el inicio de la lluvia para que toda el área esté contribuyendo al colector en cuestión.

El tiempo de concentración puede ser dividido en dos:

 El tiempo de concentración inicial: Es considerado como aquel de

recorrido en terreno plano, cunetas, zanjas y depresiones.

 El tiempo de recorrido en el colector: Depende de la velocidad y

longitud del colector entre pozos.

El tiempo de concentración inicial se determina mediante la siguiente expresión:

(22)

t - Tiempo de concentración inicial (minutos).

n - Coeficiente que está en función del tipo de suelo. g - Aceleración de la gravedad (m/s2).

S - Pendiente (%).

L - Distancia al punto más alejado (m)”5 .

Para estimar el valor de n se considera los valores mostrados en el cuadro 32:

5

RESUMIDO: JARAMILLO, Fernando. Apuntes de clase. Proyectos sanitarios. 2007. U.T.P.L. Loja.

(53)

Tipo de superficie n

Superficies impermeables 0.020

Suelos compactos y lisos 0.10

Césped 0.20

Suelos rugosos 0.20

Terrenos arborizados 0.70

Pastizales 0.80

Fuente: LÓPEZ CUALLA, Ricardo. Elementos de diseño para acueductos y alcantarillados, 1 ed Bogotá – Colombia. Pág. 319

Si las calles tienen un terminado compacto y permeable con presencia de áreas verdes como pequeños parques se recomienda:

 Utilizar como tiempo de concentración inicial t1 = 10 min para sectores poblados.

 t1 - 15 min para sectores donde se tenga parques y áreas de servicios varios.

 t1 - 25 min para zonas y áreas donde se hayan planificado zonas de reserva, césped, pastizales, árboles.

Para el diseño se ha considerado un tiempo de concentración inicial de 15 minutos ya que los sitios de estudio tanto de Zamora y Cariamanga se ajustan a las características de éste tipo.

3.3.3 Cálculo de velocidades

Al igual que en la red de alcantarillado sanitario para realizar el cálculo de la velocidad se empleo la ecuación (17).

La velocidad mínima para el diseño del alcantarillado pluvial se ha considerado igual a 0.9 m/s y una velocidad máxima de 6 m/s.

Pero también se puede estimar la velocidad máxima en función del material de la tubería como se indica en el cuadro 33:

(54)

Cuadro 33. Velocidades máximas de acuerdo al tipo de material

Tipo de material Velocidad m/s

Ladrillo común 3

Ladrillo vitrificado y gres 5

Concreto 5

PVC 10

3.3.4 Cálculo de pendientes

Para determinar las pendientes en el alcantarillado pluvial tanto mínima como máxima se adopta el mismo criterio que en el alcantarillado sanitario con la diferencia de que se adopta un diámetro mayor.

En el cuadro 34 que se muestras a continuación se muestran las pendientes mínimas y máximas recomendadas para los diferentes tipos de tuberías.

Cuadro 34. Pendientes mínimas y máximas

Pendiente en milésimas

Diámetro de tubo en mm Mínima Máxima

200 5 91 250 3 85 315 1.5 63 355 0.8 54 400 0.7 46 450 0.6 39 500 0.5 34 630 0.4 25

(55)

Para el diseño de alcantarillado pluvial de los diferentes centros de estudios se ha considerado una pendiente mínima de 5 ‰ y como máxima 85 ‰, y el diámetro adoptado es de 250 mm.

(56)

MANUAL PARA DISEÑO HIDROSANITARIO

4.1 Introducción al manual de diseño hidrosanitario

El presente manual tiene como objetivo principal servir de guía para el personal que proyecta, construye y se encarga del mantenimiento, construcción y reparación de los sistemas hidráulicos y sanitarios en las edificaciones. Para cualquier edificación el suministro de agua potable y la evacuación de las aguas pluviales y servidas, representa uno de los problemas más importantes que el diseñador y constructor deben tomar en consideración; pues siempre será indispensable un buen sistema de dotación y distribución de agua al igual que contar con un sistema de evacuación de las aguas negras y pluviales, seguro, eficiente y adaptable a las condiciones arquitectónicas y de servicio del edificio.

Como en las principales ciudades del país, Loja también se desarrolla progresivamente en todos los ámbitos, lo que hace que cada vez sea común la construcción de edificios de considerable altura, en los cuales se exige el diseño de instalaciones hidráulico – sanitarias, ya sea realizado de una forma manual o con la utilización de un programa computacional que es lo más empleado hoy en día, pero para ello es necesario contar con una guía que sirva de ayuda para determinar el diámetro de tuberías, controlar presiones, velocidades y demás parámetros dentro del diseño.

4.2 Criterios para el diseño del sistema de abastecimiento de

agua

4.2.1 Estimación del diámetro de la acometida

Con el objeto de establecer la presión dinámica existente en la red de distribución, el proyectista en forma previa a la determinación del diámetro de la acometida domiciliaria de agua potable, debe tomar varias presiones

(57)

manométricas por ocho días y en las horas pico que podrían ser: 06h00, 12h00 y 18h00, en el sector donde se ubicará la edificación.

Una vez obtenidas las presiones manométricas en la acometida de la edificación, se asume una presión promedio de éstas; “luego se procede a realizar el cálculo del volumen del tanque o la cisterna asumiendo el tiempo de abastecimiento de agua de la cisterna entre 4 horas y 6 horas”6

; o también se puede asumir el tiempo de abastecimiento hacia la cisterna para las condiciones más críticas que se presentarán en las épocas de estiaje en donde el tiempo de servicio máximo de agua potable será de 16 horas/día, es decir desde las 06h00 hasta las 22h00.

Para determinar el diámetro de la acometida se recomienda utilizar la ecuación (9) y considerando valores de velocidad entre 1 m/s y 1.5 m/s.

4.2.2 Redes de distribución

En los planos arquitectónicos se ubican las columnas de abastecimiento de agua potable a los diferentes pisos de la edificación, luego se realiza el trazado de las redes de distribución de cada piso buscando la ruta más directa y con el menor número de accesorios que sea posible entre la fuente de abastecimiento de agua y los aparatos sanitarios.

Es necesario localizar el aparato sanitario más crítico que constituye el aparato más alejado y más elevado a la fuente de abastecimiento de agua. Considerándose como fuente de abastecimiento de agua a la derivación desde la columna de alimentación de agua, la acometida o la cisterna.

Se utilizará como primera opción, el sistema de abastecimiento directo (sin incremento de presión ni reserva) de la tubería, pues brinda mayor economía y garantía para mantener la calidad del agua, le seguirá el sistema directo a