Con base en su experiencia en labores de Docencia y Consultoría, el autor, ha querido plasmar las mismas desarrollando este texto de una manera fácil y asequible, como respuesta a la necesidad de capacitar a los estudiantes de Ingeniería Civil, Sanitaria y que sirva de consulta a los profesionales y personas que de una u otra forma tienen que ver con el suministro de agua.
En razón de la acogida que tuvo este texto en su primera edición, teniendo en cuenta las sugerencias recibidas y la necesidad de adaptarse a la nueva normatividad vigente en relación con los sistemas de abastecimiento, el autor presenta a consideración esta segunda edición con una recopilación de los principales aspectos de diseño del Reglamento Técnico del sector de agua potable y Saneamiento Básico en sus títulos A y B (RAS 2000).
El texto se divide en nueve capítulos en los cuales se fijan las pautas para la planeación y diseño de sistemas de abastecimiento de agua, tanto en el medio rural como urbano, dando ejemplos y alternativas para cada uno de los componentes, dependiendo de las condiciones y del tipo de abastecimiento, tomando como base las normas generales que para el diseño de acueductos rigen en nuestro país.
Se anexan en la publicación una serie de tablas y figuras con el objeto de hacer más compresibles los temas y para que se posea información suficiente en la realización de diseños.
Espero contar con sus sugerencias y críticas constructivas que se desprendan de esta segunda publicación para en el futuro tenerlas en cuenta y mejorar la misma.
Por último deseo expresar mis agradecimientos a la señora Ana Lucía Salas en la parte de transcripción de texto, a los Ingenieros Jairo Burbano, Eliana Karina Téllez y Hugo H. Ortiz O., en la parte de texto, graficación, tablas y ayudas, quienes ejecutaron este dispendioso trabajo y a los estudiantes de Sanitaria en Ingeniería Civil por el apoyo brindado a cuya formación he dedicado este esfuerzo.
A mi familia quien me apoyó constantemente en esta ardua tarea y muy especialmente a mi hija Lorena quien colaboró en la transcripción, revisión del texto y sugerencias.
Desde siempre
Roberto Salazar Cano. San Juan de Pasto 2004.
TABLA DE CONTENIDO
Pág. 1 INTRODUCCION
1.1 Generalidades 1
1.2 Normas a utilizar 1
1.3 Determinación del Nivel de Complejidad 2 1.3.1 Nivel de Complejidad del Sistema 2 1.3.2 Asignación del Nivel de Complejidad del Sistema 2 1.3.3 Modificaciones del Nivel de Complejidad del Sistema 3
2 INVESTIGACION PRELIMINAR
2.1 Descripción de la Localidad y de la Zona del Proyecto 4
2.1.1 Climatología 4
2.1.2 Geología y Suelos 4
2.1.3 Topografía 5
2.1.4 Recursos Hídricos 5
2.1.5 Descripción de la Infraestructura Existente 5
2.1.6 Características Socioeconómicas 5
2.1.7 Comunicaciones 5
2.1.8 Vías de Acceso 5
2.1.9 Disponibilidad de Mano de Obra 5
2.1.10 Disponibilidad de Materiales de Construcción 6 2.1.11 Disponibilidad de Energía Eléctrica 6
2.1.12 Aspectos Urbanísticos 6
6.1.13 Aspectos Demográficos 6
6.1.14 Condiciones Sanitarias Existentes 6 2.1.15 Posibles Fuentes de Abastecimiento 7
2.1.16 Selección de la Fuente 8
2.1.17 Alternativa de Proyecto 8
2.2 Marco Institucional 8
2.2.1 Definición de Responsabilidades 8
2.2.2 Características de la Entidad Ejecutora 8
2.2.3 Participación Comunitaria 9
2.3 Evaluación Socioeconómica 9
2.3.1 Alcance 9
2.3.2 Análisis de Costo Eficiencia 9
2.3.3 Análisis de Costo Mínimo de Expansión de Capacidad 9
2.4 Planos 10
2.5 Memorias 10
2.6 Archivo de Manuales, Planos y Catastros Para Contingencias por
Desastre natural o Provocado 11
3.2.1 Período de Diseño 15 3.2.1.1 Período de Diseño de la Captación de Agua Superficial 15
Pág. 3.2.1.2 Período de Diseño de Pozos Profundos de Captaciones de Agua
Subterránea 16 3.2.1.3 Período de Diseño de Pozos Excavados Para Captación de Agua
Subterránea 16
3.2.1.4 Período de Diseño de las Aducciones o Conducciones 16 3.2.1.5 Período de Diseño de Tanques de Almacenamiento y Compensación 17 3.2.1.6 Período de Diseño de las Redes de Distribución 17 3.2.1.7 Período de Diseño de las Estaciones de Bombeo 18
3.2.1.8 Vida Útil 19 3.3 Población Futura 21 3.3.1 Análisis de la Población 21 3.3.1.1 Núcleo Rural 21 3.3.1.2 Núcleo Urbano 21 3.3.1.2.1Censos 22 3.3.2 Cálculos de la Población 22 3.3.2.1 Métodos Gráficos 22 3.3.2.2 Métodos Matemáticos 25
3.3.2.3 Métodos Empíricos Para Períodos Largos 32 3.3.2.4 Ajuste por Población Flotante y Población Migratoria 34
3.3.2.5 Etnias Minoritarias 34
3.4 Consumo de Agua 34
3.4.1 Consumo de Agua Para Varios Fines 35
3.4.1.1 Uso Doméstico 35
3.4.1.2 Uso Comercial 36
3.4.1.3 Uso Industrial 37
3.4.1.4 Uso Rural 37
3.4.1.5 Uso para Fines Públicos 37
3.4.1.6 Uso Escolar 37
3.4.1.7 Uso Institucional 37
3.5 Dotación Neta 37
3.5.1 Dotación Neta Mínima y Máxima 38 3.5.2 Estimación de la Dotación Neta Según Registros Históricos 38 3.5.3 Estimación de la Dotación Neta por Comparación con Poblaciones
similares 39
3.5.4 Correcciones a la Dotación Neta 39 3.5.4.1 Efectos del Tamaño de la Población en la Dotación Neta 39 3.5.4.2 Efectos del Clima en la Dotación Neta 40 3.5.4.3 Corrección por Sistema de Alcantarillado Existente 40
3.6 Pérdidas 40
3.6.1 Pérdidas en a Aducción (Agua Cruda) 40 3.6.2 Necesidades en la Planta de Tratamiento 40 3.6.3 Pérdidas en la Conducción (Agua Tratada) 40 3.6.4 Pérdidas Técnicas en el Sistema de Acueducto 41
3.6.5 Pérdidas Comerciales 41
3.7 Dotación Bruta 41
3.8.1.2 Consumo Máximo Diario 43
3.8.1.3 Consumo Máximo Horario 43
3.8.1.4 Dotación 43
3.8.2 Coeficientes de Consumo 44
3.8.2.1 Coeficientes de Consumo Máximo Diario 44
Pág. 3.8.2.2 Coeficientes de Consumo Máximo Horario con Relación al Consumo Máximo Diario 44
3.8.2.3 Coeficientes de Consumo Máximo Horario 44
3.8.2.4 Determinación del Consumo Máximo Diario 44
3.8.2.5 Estimación del Coeficiente de Consumo Máximo Horario con Relación Al Consumo Máximo Diario 44
3.8.2.6 Relación Entre las Diferentes Demandas 44
4 COMPONENTES DE UN SISTEMA DE ABASTECIMIENTO 4.1 Capacidad Hidráulica de los Componentes de un Sistema de Abastecimiento 48
4.1.1 Según Normas INSFOPAL 48
4.1.2 Según Normas del Decreto 9095 49
5. CAPTACIONES 5.1 Recursos de Agua 50 5.2 Tipos de Captaciones 50 5.3 Captaciones Superficiales 51 5.3.1 Localización de la Captación 51 5.3.2 Captaciones Flotantes 54
5.3.3 Torre Toma en Presas Derivadoras 56
5.3.4 Toma de Manantiales 57
5.3.5 Toma de Rejilla 58
5.3.5.1 Aspectos Particulares de las Captaciones de Rejilla 58
5.3.5.2 Elementos de Diseño 59
5.3.6 Captaciones de Fondo 60
5.3.6.1 Diseño de la Rejilla en Barras Paralelas 62
5.3.6.2 Diseño de Rejilla en Platina de Lámina Corrugada 69
5.3.6.3 Cálculo de los Vertederos 71
5.3.6.4 Cálculo del Canal Recolector 73
5.3.6.5 Caja de Derivación 74
5.3.7 Captaciones Laterales 90
5.3.8 Captaciones Dinámicas de Lecho Filtrante 96
5.3.8.1 Descripción General 98
5.3.8.2 Componentes de la Captación Dinámica 99
5.3.8.3 Consideraciones de Diseño 101
5.3.8.4 Operación y Mantenimiento 104
5.3.9 Captación de Aguas Lluvias 106
5.3.11.2 Captación con Muelles de Toma 112 5.3.11.3 Captación por Evaporación de Agua de Mar 113 5.3.11.4 Captación por Desalinización de Agua de Mar 113
5.3.11.5 Embalses 115 5.3.11.6 Presas 115 5.4 Captaciones Subterráneas 117 5.4.1 Aguas Subterráneas 117 5.4.1.1 Concepto de Acuífero 117 5.4.1.2 Estudios Previos 118 Pág. 5.4.1.3 Características de la Fuente 119
5.4.2 Hidráulica de los Pozos 120
5.4.2.1 Conceptos Generales 120
5.4.2.2 Condiciones de Equilibrio 126
5.4.2.3 Acuífero Libre 126
5.4.2.4 Acuífero Confinado 128
5.4.2.5 Rejillas 129
5.4.3 Métodos de Extracción de Agua Subterránea 131
5.4.3.1 Galerías de Filtración 135 5.4.3.2 Pozos Excavados 138 5.4.4 Recarga de Acuífero 141 5.4.4.1 Recarga Natural 142 5.4.4.2 Recarga Artificial 142 6 DESARENADORES 6.1 Ubicación 143 6.2 Capacidad Hidráulica 143
6.3 Estudio de los Desarenadores 147
6.4 Requisitos a Cumplir en el Diseño de un Desarenador 150 6.5 Desarenadores de Plaquetas Inclinadas 163
6.5.1 Descripción del Sistema 164
6.5.2 Fórmulas Básicas 165
6.5.3 Cálculo del Área Total Horizontal del Desarenador 167 6.5.4 Cálculo de la Longitud Útil y de Fondo en la Zona de Placas 167
6.5.5 Parámetros de Diseño 168 6.5.6 Materiales de Construcción 168 7 ADUCCION Y CONDUCCION 7.1 Condiciones Generales 181 7.1.1 Factibilidad de Ampliación 181 7.1.2 Recomendaciones de Trazado 181
7.1.3 Servicios de Agua Cruda 182
7.1.4 Análisis Hidráulico 182
7.1.5 Facilidad de Acceso 183
7.1.6 Protección Contra la Contaminación 183
7.2 Conducción por Escurrimiento Libre 184 7.2.1 Métodos de Cálculo 184 7.2.2 Velocidad Mínima 185 7.2.3 Velocidad Máxima 185 7.2.4 Pendiente Mínima 186 7.2.5 Pendiente Máxima 186 7.2.6 Materiales 186
7.2.7 Esfuerzo Cortante Crítico de Arrastre 187
7.2.8 Taludes Laterales 188
7.2.9 Pérdidas de Cabeza 189
7.2.10 Transiciones 189
7.2.11 Dispositivos de Derivación 189
7.2.12 Aislamiento por Contaminación 189
Pág.
7.3 Conductos a Presión 190
7.3.1 Cálculo Hidráulico 191
7.3.1.1 Ecuación Universal Para Conductos a Presión 191 7.3.1.2 Ecuación de William Hazen 195 7.3.1.3 Ecuación Para el Cálculo de las Pérdidas Menores 196 7.3.2 Análisis de Costo Mínimo 197 7.3.3 Diámetros Mínimos Para las Tuberías de Aducción 197 7.3.4 Presión Interna de Diseño de las Tuberías 198 7.3.5 Velocidad Mínima en las Tuberías de Aducción o Conducción 198 7.3.6 Velocidad Máxima en las Tuberías de Aducción o Conducción 198 7.3.7 Pendientes de las Tuberías 198 7.3.8 Profundidad de Instalación 199
7.3.9 Líneas de Carga 199
7.3.9.1 Línea de Cara y Línea Piezométrica 199
7.3.9.2 Consideración Práctica 200
7.3.9.3 Posición de las Tuberías en Relación a la Línea de Carga 200 7.3.10 Materiales de las Tuberías de Aducción y Conducción 205 7.3.11 Dispositivos y Accesorios 214
7.3.11.1 Viaductos 214
7.3.11.2 Anclajes 214
7.3.11.3 Válvulas Purga 218
7.3.11.4 Ventosas 219
7.3.11.5 Cámaras de Quiebre de Presión 221
7.4 Golpe de Ariete 222
7.4.1 Fase o Periodo de la Tubería 222
7.5 Criterios Para el Diseño 223
7.5.1 Carga Disponible o Diferencia de Elevación 223
7.5.2 Gasto de Diseño 224
7.5.3 Clase de Tubería Capaz de Soportar las Presiones Hidrostáticas 225 7.5.3.1 Tuberías de Asbesto – Cemento 225
7.5.3.2 Tuberías de PVC 226
7.5.3.3 Tuberías de American Pipe 226
7.5.4 Diámetros 226
8 TANQUES DE ALMACENAMIENTO
8.1 Generalidades 233
8.1.1 Estudios de la Demanda 233
8.1.2 Trazado de la Red y Delimitación de las Zonas de Presión 234
8.1.3 Seguridad 234
8.1.4 Facilidad de Mantenimiento 234
8.1.5 Restricción de Acceso 234
8.2 Tipos de Tanques 234
8.2.1 Tanques Superficiales - Semienterrados – Enterrados 235
8.2.2 Tanques Elevados 235
8.3 Forma y Profundidad 235
8.3.1 Localización de Tanques 235 8.3.2 Distancia a Otras Redes 236
8.3.3 Número Mínimo de Tanques 236
8.4 Caudal de Diseño 236
8.5 Capacidad de Almacenamiento 236 Pág. 8.5.1 Curvas de Demanda Horaria 237 8.5.2 Método de la Curva Integral 237 8.5.2.1 Alimentación por Gravedad 238
8.5.2.2 Alimentación por Bombeo 241
8.5.3 Métodos Empíricos Dados por el RAS 2000 244
8.5.3.1 Capacidad de Regulación 244
8.5.3.2 Capacidad Para Demanda Contra Incendios 245
8.5.3.3 Volumen del Tanque 245
8.6 Elementos, Dispositivos y Elementos Complementarios 245
8.6.1 Materiales 245
8.6.2 Presión en el Tubería de almacenamiento 246
8.6.3 Niveles 246
8.6.4 Entrada de Agua al Tanque 246 8.6.5 Salida de Agua del Tanque 246
8.6.6 Rebose 247
8.6.7 Control de Nivel 248
8.6.8 Desagüe 248
8.6.9 Medición del Caudal 248
8.6.10 Sistema de Drenaje 248
8.6.11 Obras Complementarias 249
8.7 Disposición de Válvulas en un Tanque Regulador 250 8.7.1 Tanque con Un Solo Compartimiento 250 8.7.2 Tanque con Doble Compartimiento 251
8.8 Almacenamiento Elevado 251
8.9 Localización 252
8.9.1 Tanques de Distribución 252
8.9.2 Tanques de Compensación 252
8.9.3 Mixtos 253
8.10 Cálculo del Caudal y la Tubería de Desagüe 255
8.11.2.1 Hervido 258
8.11.2.2 La Radiación Ultravioleta 258
8.11.3 Desinfectantes Químicos 258
8.11.3.1 Cloro y Compuestos de Cloro 259
8.11.3.2 Yodo 259 8.11.3.3 Permanganato de Potasio 259 8.11.3.4 Ozono 259 8.11.3.5 Cloración 259 8.11.4 Cloradores 261 9 REDES
9.1 Estudios Preliminares de un Sistema de Distribución 263
9.1.1 Adopción del Diámetro Mínimo 264
9.1.2 Presión del Agua en la Red 264
9.1.3 Asignación del Caudal de Diseño 264
9.2 Tipo de Redes 264
9.2.1 Redes Ramificadas 264
9.2.2 Redes Malladas 269
9.2.2.1 Configuración de la Red de Distribución 270 9.2.2.2 Regulación de Presión en la Red 271 Pag.
9.2.2.3 Asignación de los Gastos en los Tramos que Constituyen las mallas 275
9.2.2.3.1 Método de las Áreas 275
9.2.2.3.2 Método de la Distribución Unitaria 278 9.2.2.4 Cálculo de las Redes Malladas 279 9.2.2.5 Metodología a Emplear en la Elaboración de un Proyecto 282 9.2.2.6 Método de las Longitudes Equivalentes 296
9.2.3 Discusión 306
9.2.3.1 El Método de Hardy Cross 306 9.2.3.2 Concepto del Método de Longitudes Equivalentes 307 9.2.3.3 Empleo de Computadoras 307 9.2.3.4 Adaptación de Otras Formulas 307
1.- INTRODUCCIÓN
1.1 GENERALIDADES
El agua es el elemento esencial para la vida. El desarrollo de las primeras comunidades solamente fue posible alrededor de ríos y lagos para satisfacer las necesidades primarias de comida, bebida y riego.
No ha habido ni habrá ciudad importante en toda la historia de la humanidad que no esté localizada cerca de una fuente de agua dulce y hoy día, una de las mayores preocupaciones de las grandes metrópolis en la era industrial es la de conseguir un adecuado servicio de agua potable.
Por ser este elemento necesario para vivir y para las actividades de la sociedad, los sistemas de abastecimiento de agua son primordiales, en consecuencia, para toda la comunidad. Cuando una ciudad dispone de limitada cantidad de agua para su abastecimiento, tiene problemas de salubridad, problema de desarrollo de sus industrias y aún en su apariencia estética. De aquí que en primer término se haga necesario suministrar agua a los conglomerados en cantidad y calidad suficiente.
El problema del agua no tiene solución permanente, por lo que en este aspecto se debe estar buscando nuevas fuentes de aprovisionamiento, realizando estudios hidrológicos o geohidrológicos para tener a la mano formas de ampliar los sistemas. El aumento de la población y el asenso de su nivel cultural y social hacen insuficientes en poco tiempo las obras proyectadas, imposibilitándose de esa manera que con las existentes se pueda seguir el ritmo de crecimiento que las necesidades exigen y complicando cada vez más la obtención de nuevos caudales, pues las fuentes actuales van haciéndose incapaces y es necesario las que están situadas a mayor distancia, u otras cuyas aguas requieren tratamientos más elaborados para hacerlas adecuada para el consumo.
El continuo deterioro ha que están sometidas nuestras cuencas a causa de la tala indiscriminada de árboles en detrimento de los bosques ha hecho que esa materia prima para nuestra industria de abastecimiento sea cada día más escasa, hasta el punto de pasar Colombia de ser considerado el cuarto país con mayor potencial en recursos hídricos a un puesto treinta en el panorama mundial. Para desempeñar un papel activo en la solución a tales problemas, el Ingeniero Civil. Debe comprender claramente los fundamentos en que se basan. Por lo tanto la finalidad del presente texto es delinear los principios fundamentales de Ingeniería implicados en las obras que constituyen el sistema de abastecimiento de agua e ilustrar su aplicación al proyecto.
1.2 NORMAS A UTILIZAR
Para nuestro estudio se aplicará las normas consignadas en la Resolución No 1096 del 17 de noviembre del 2000 por la cual se adopta el Reglamento técnico del Sector de Agua Potable y Saneamiento Básico en sus títulos A, Aspectos Generales de los Sistemas de Agua Potable y Saneamiento Básico y B Sistemas de Acueducto ( RAS 2000), expedidas por la Dirección General de Agua Potable y Saneamiento Básico del Ministerio de Desarrollo Económico.
Es de anotar que determinadas empresas de acueductos y alcantarillados se rigen por normas propias elaboradas con base en el estudio de su área de influencia, por lo cual los diseños en estos casos particulares deberán ceñirse por sus propias normas.
1.3 DETERMINACIÓN DEL NIVEL DE COMPLEJIDAD DEL SISTEMA 1.3.1 NIVELES DE COMPLEJIDAD DEL SISTEMA.
Para todo el territorio nacional se establecen los siguientes niveles de complejidad: Bajo
Medio Medio Alto Alto
La clasificación del proyecto en uno de estos niveles depende del número de habitantes en la zona urbana del municipio, su capacidad económica y el grado de exigencia técnica que se requiera para adelantar el proyecto, de acuerdo con lo establecido en la tabla 1.1.
TABLA 1.1
Asignación del nivel de complejidad
Nivel de complejidad Población en la zona urbana (1) (habitantes) Capacidad económica de los usuarios(2) Bajo < 2500 Baja Medio 2501 a 12500 Baja
Medio Alto 12501 a 60000 Media
Alto > 60000 Alta
Notas : (1) Proyectado al periodo de diseño, incluida la población flotante.
(2) Incluye la capacidad económica de población flotante. Debe ser evaluada según metodología del Departamento Nacional de Planeación DNP.
1.3.2 ASIGNACIÓN DEL NIVEL DE COMPLEJIDAD DEL SISTEMA.
La asignación del nivel de complejidad de todo proyecto objeto del presente Reglamento es de obligatorio cumplimiento y debe hacerse según las siguientes disposiciones:
1. La población que debe utilizarse para clasificar el nivel de complejidad corresponde a la proyectada en la zona urbana del municipio en el periodo de diseño de cada sistema o cualquiera de sus componentes. Debe considerarse la población flotante.
2. El nivel de complejidad del sistema adoptado debe ser el que resulte mayor entre la clasificación obtenida por la población urbana y la capacidad económica. La clasificación anterior solamente puede ser superada si se demuestra que el grado de exigencia técnica es alto y cumple con el requisito 3 del literal 1.3.3.
3. En ningún caso se permite la adopción de un nivel de complejidad del sistema más bajo que el establecido según los anteriores numerales.
4. Para determinar la capacidad económica de los usuarios debe utilizarse alguna de las siguientes metodologías:
a. La estratificación de los municipios de acuerdo con la metodología establecida por el DNP. b. Salarios promedio del municipio.
c. Ingreso personal promedio del municipio. d. O cualquier otro método justificado.
Además, para todos los niveles de complejidad del sistema debe cumplirse lo siguiente :
1. El estándar mínimo establecido en el presente Reglamento corresponde al nivel de complejidad del sistema Bajo para todos los casos.
2. Los proyectos de abastecimiento de agua potable deben cumplir con las normas técnicas de calidad del agua potable establecidas en el Decreto 475 de 1998 de Minsalud y Mindesarrollo Económico o el que lo reemplace o adicione, en todos los niveles de complejidad de los acueductos.
1.3.3 MODIFICACIONES DEL NIVEL DE COMPLEJIDAD.
Se permite la adopción de un nivel de complejidad más alto al determinado en el literal anterior, siempre y cuando el municipio o la empresa de servicios cumpla con los siguientes requisitos : 1. Se justifique técnicamente que en las condiciones establecidas para el nivel de complejidad inicialmente propuesto no se logra la solución necesaria para el problema de salud pública o de medio ambiente existente en la localidad y que es conveniente la adopción de un nivel de complejidad superior. En este caso, el nivel de complejidad propuesto será válido únicamente para un sistema en particular y no podrá extenderse a los demás sistemas existentes o a todo el municipio.
2. Se demuestre capacidad de inversión y capacidad técnica de operación y mantenimiento para desarrollar el sistema en un nivel de complejidad superior.
3. Cuando el grado de exigencia técnica del proyecto sea tal que no hay otra solución económicamente viable para alcanzar el objetivo del proyecto. Se deberá demostrar que es necesario manejar equipos, procesos costosos y mano de obra especializada para la operación y el mantenimiento.
La adopción de un nivel de complejidad diferente debe ser autorizada por la Comisión de Regulación de Agua Potable.
2. INVESTIGACIÓN PRELIMINAR
La investigación preliminar consiste en la recolección y clasificación de toda la información para el buen diseño y correcta ejecución y operación de la obra. Los datos que sirvan de base para el proyecto, serán recogidos en el campo y/o en publicaciones o registros merecedores de confianza, haciendo referencia de la fuente o autor.
2.1 DESCRIPCIÓN DE LA LOCALIDAD Y DE LA ZONA DEL PROYECTO.
Se hará una descripción sobre la ubicación, historia, situación social, cultural, político administrativa y económica subrayando la actitud de la comunidad hacia la obra.
El consultor y/o el diseñador debe describir las condiciones físicas, económicas y sociales de la localidad en la cual se planea llevar a cabo el proyecto de agua potable y saneamiento básico, dentro de un estudio que cumpla como mínimo los aspectos mencionados en este capítulo, sin excluir las demás actividades particulares que se indiquen en el RAS 2000 y hacer las conclusiones pertinentes. Deberá tener en cuenta además la división de usos del suelo e identificar el tipo de consumo predominante del área.
El detalle de los estudios previos deberá quedar establecido en los términos de referencia para su elaboración y de acuerdo al nivel de complejidad del sistema.
2.1.1 Climatología.
Para proyectos de nivel de complejidad medio alto y alto y siempre que sea justificable, deberán contemplarse estudios de climatología y meteorología de utilidad, relacionada con su propósito. Deberá establecerse los siguientes datos: Temperatura media, humedad, régimen de lluvias, altura sobre el nivel del mar y si es posible, datos pluviométricos de la región.
2.1.2 Geología y suelos.
Para proyectos de municipios de nivel de complejidad alto, es necesario establecer de manera general las características de las principales formaciones geológicas, geomorfológicas y fisiográficas de la región, del paisaje y topografía asociada con la localidad, con el fin de identificar las fallas geológicas activas que se localicen en al área circundante del proyecto y el grado de sismicidad a que puede estar sometido.
Los estudios de suelos deben contemplar el reconocimiento general del terreno afectado por el proyecto, para evaluar sus características en un estudio que incluya como mínimo lo siguiente: Clasificación de los suelos, permeabilidad, nivel freático, características físico–mecánicas y características químicas que identifiquen la posible acción corrosiva del subsuelo para elementos metálicos y no metálicos que va a quedar localizados en el subsuelo.
El diseñador puede establecer la necesidad de llevar a cabo estudios más detallados de geología y/o suelos, justificando las razones por las cuales se formula dicha recomendación.
En proyectos municipales del nivel de complejidad bajo, medio y medio alto, es suficiente el concepto de un profesional idóneo en la materia, que identifique la climatología local, las características físico - mecánicas del subsuelo y los posibles riesgos de falla geológica y de sismicidad a que está sometido el proyecto. El diseñador puede establecer la necesidad de llevar a cabo estudios más detallados de suelos, justificando las razones por las cuales se formula dicha recomendación.
2.1.3 Topografía.
Deben elaborarse estudios topográficos con un nivel de detalle y precisión de acuerdo con el tipo de obra que se proyecte.
2.1.4 Recursos hídricos.
Deben identificarse las fuentes de agua principales para el abastecimiento de agua potable y vertimiento de agua residual, así como las formaciones acuíferas existentes, estableciendo la forma en la cual el proyecto puede afectarlas en su continuidad y en la calidad de agua.
2.1.5 Descripción de la infraestructura existente.
Deben identificarse las principales obras de infraestructura construidas y proyectadas dentro de la zona de influencia del sistema por desarrollar, tales como carreteras, puentes, líneas de transmisión de energía y cualquier otra obra de importancia. Se deben identificar las redes de otros servicios públicos en la zona, tales como redes de gas, teléfono, energía y oleoductos y sus respectivas áreas de servidumbre con los cuales podrían presentarse interferencias.
2.1.6 Características socioeconómicas.
Deben determinarse las condiciones socioeconómicas de la localidad, con base en información primaria y/o secundaria, su estratificación, distribución espacial, niveles de ingreso y actividades económicas predominantes. Es necesario establecer el crecimiento y las tendencias de desarrollo industrial y comercial. Se debe tener en cuenta los períodos del año en que se presentan incrementos de la población flotante con motivo de celebraciones típicas propias de la región.
2.1.7 Comunicaciones.
Se debe identificar el tipo, calidad y cobertura de los servicios de telefonía, correo, radio aficionados y similares, en particular en municipios alejados y de difícil acceso, con el fin de conocer la oferta de los mismos y su relación con el proyecto.
2.1.8 Vías de acceso.
Debe realizarse un inventario de las carreteras, caminos, ferrocarriles, así como de las rutas de navegación aérea, fluvial y lacustre de acceso a la localidad, estableciendo las distancias a las áreas urbanas más cercanas. Esto permitirá establecer la facilidad del transporte requerido de materiales y equipos para la ejecución de las obras.
2.1.9 Disponibilidad de mano de obra.
Se debe analizar la disponibilidad de mano de obra calificada y no calificada para la construcción las obras y de personal técnico para labores de operación y mantenimiento, al igual que los salarios vigentes en la localidad
2.1.10 Disponibilidad de materiales de construcción.
Se debe establecer la disponibilidad y capacidad de producción local, regional y nacional de materiales y equipos requeridos para la construcción de las obras. Disponibilidad y costos de materiales de construcción, herramientas, equipo, etc. Se verifican cantidades, compatibles con la magnitud de las obras, de materiales tales como piedras, arena, triturado, ladrillos, teja, madera. Facilidades relacionadas a la construcción de las obras, tales como talleres de mecánica y eléctricos; sitios para almacenamiento de materiales, etc.
2.1.11 Disponibilidad de energía eléctrica.
Deben determinarse la disponibilidad y confiabilidad del suministro de energía eléctrica en la localidad, lo mismo que las características de tensión, potencia y frecuencia del servicio. Las tarifas de consumo también deben ser analizadas dentro del estudio socio-económico.
2.1.12 Aspectos Urbanísticos
Disposición urbanística de la localidad indicando las zonas comercial, industrial, residencial, y de desarrollo futuro; planes de obras que puedan interferir con el proyecto; tipo de piso de las calles. 2.1.13 Aspectos demográficos
Número de habitantes y de viviendas actuales dentro del área de influencia del proyecto; datos sobre población flotante.
2.1.14 CONDICIONES SANITARIAS EXISTENTES
a) Condiciones generales de salud de la comunidad, enfermedades de origen hídrico y parasitosis.
b) Sistemas de disposición de excretas en la localidad; tipo y estado de la obra, población servida, extensión de la red, número de conexiones, disposición final.
c) Sistemas de abastecimiento de agua: cuando exista abastecimiento de agua de cualquier tipo, se deberán anotar las condiciones en las cuales se presta el servicio; fuente de abastecimiento, caudal mínimo, calidad del agua, condiciones sanitarias de la fuente y de la hoya tributaria.
Características y estado de las instalaciones existentes (captación, desarenador, aducción, casa de bombeo, pozos, etc.), tipo y estado de las tuberías empleadas, tratamiento aplicado: consumo aproximado de la población y número de conexiones domiciliarias existentes. Posibilidad de utilización de lo existente, administración actual, etc.
d) Consignar un breve resumen que refleje las demás condiciones sanitarias de la localidad (basuras, cocheras, matadero, plaza de mercado, etc.)
2.1.15 POSIBLES FUENTES DE ABASTECIMIENTO
Estudio de las distintas fuentes aprovechables (superficiales y subterráneas). Se enumerarán, situarán y describirán por orden de importancia todas las fuentes que se estime utilizables, teniendo en cuenta la tenencia, el caudal, las condiciones sanitarias, los resultados de los exámenes físico-químicos y bacteriológicos, distancia al centro del poblado, altura de bombeo, facilidades de acceso y construcción.
En todos los casos las fuentes recomendables deben ser capaces cada una de suministrar, en cualquier época del año, un caudal mínimo igual a 2,5 veces el consumo medio diario cuando no se proyecte almacenamiento.
a) FUENTES SUPERFICIALES. Deberá hacerse:
- Inspecciones sanitarias, aguas arriba y aguas abajo hasta donde se considere conveniente, del posible sitio de captación.
- Determinación de caudales mediante aforos (especialmente en épocas secas) y mediante datos hidrológicos existentes con determinación de niveles mínimo, medio y máximo de las aguas.
Utilización actual y previsto de las aguas. Sección del curso y características del lecho en el sitio de captación.
- Análisis de muestras representativas, físico-químicas y bacteriológicas. También análisis hidrológicos (plancton) cuando las condiciones de la fuente lo justifiquen, sobre todo en caso de captación de lagos y lagunas. Se debe informar sobre necesidad de reforestación, saneamiento y protección de la hoya hidrográfica.
- Aspectos económicos de la fuente tales como longitud de la conducción, cota de la fuente, servidumbre, accesibilidad, etc.
b) FUENTES SUBTERRÁNEAS
La cantidad de las aguas se determinará mediante la ayuda de pozos de prueba o preferencialmente de la información geológica existente o en los pozos en servicio en la región. La cantidad se verificará mediante aforos realizados por cualquiera de los métodos técnicamente aceptables para aguas subterráneas. En todos los casos, las fuentes deben ser capaces cada una de suministrar, en cualquier época del año, un caudal mínimo igual al consumo máximo diario en época de estiaje.
- Los pozos se localizarán evitando lugares inundables y siguiendo las normas respecto a fuentes de contaminación.
Las distancias mínimas a las fuentes de contaminación serán: * Fosas secas y tanques sépticos: 100 m
* Líneas de alcantarillado: 100 m * Pozos negros: 100 m
La protección contra aguas lluvias se hará por medio de cunetas o montículos de tierra. La protección contra la infiltración se hará hasta una profundidad de 3 metros.
La protección entre la contaminación directa se hará mediante la construcción de una tapa sanitaria adecuada.
- La calidad del agua se verificará mediante análisis físico-químicos y bacteriológicos de muestras representativas, tomadas en diferentes épocas del año, de ser posible.
- Aspectos económicos de la fuente tales como longitud de la conducción, cota de la fuente, altura estática, servidumbre, accesibilidad, etc.
- En todos los casos de perforación sea el pozo utilizable o no, deberá presentarse el perfil geológico, con una descripción adecuada de su ubicación.
c) MANANTIALES
Cuando se estudie la utilización de manantiales deberán tenerse en cuenta los factores sanitarios, de caudal, calidad y economía, en la misma forma que se recomienda para los pozos.
2.1.16 SELECCIÓN DE LA FUENTE
Se seleccionará aquella fuente más económica, dentro de los recursos disponibles, que llene además los requisitos de potabilidad exigidos por el Ministerio de Salud.
2.1.17 ALTERNATIVA DE PROYECTO
Factibilidad técnico-económica. Suponiendo que las alternativas sean técnicamente factibles, se entra a considerar la factibilidad económica así:
Tomando como base la experiencia que se tenga en la región sobre costos promedios de obra, se hará una primera investigación sobre los costos que se está considerando. De este valor de obra se sacarán costos per-cápita aproximados para ser comparados con el costo per-cápita promedio existente en la región. Estos serán los elementos de juicio para elegir la selección.
Más adelante con el proyecto y presupuesto correspondiente ya elaborado, se podrá conocer el costo per-cápita.
2.2 MARCO INSTITUCIONAL
2.2.1 Definición de responsabilidades.
Debe definirse el tipo de concertación y coordinación entre el responsable del proyecto, la comunidad, las empresas de servicios públicos y otras entidades involucradas en el desarrollo del proyecto, definiendo las responsabilidades y acciones concretas de cada una de ellas.
2.2.2 Características de la entidad ejecutora.
Para cada proyecto debe especificarse la entidad ejecutora, o persona(s) natural(es) y el carácter de la entidad territorial, indicando la naturaleza y experiencia de cada entidad en proyectos similares. En todo caso, debe estudiarse la posibilidad de reorganización de la entidad ejecutora. 2.2.3 Participación comunitaria.
Debe estudiarse la conveniencia de la participación de la comunidad en los diferentes aspectos del proyecto conforme a la Ley, tales como identificación de problemas, procesos de fiscalización en ciertas etapas del proyecto, entre otros.
2.3 EVALUACIÓN SOCIOECONÓMICA
2.3.1 ALCANCE.
La evaluación socioeconómica de proyectos debe realizarse con el objeto de medir el aporte neto de un proyecto o política de inversión social al bienestar de una comunidad. Es decir, tendrá la capacidad de establecer la bondad del proyecto o programa para la economía nacional en su conjunto. En éstos términos, el valor de cualquier bien, factor o recurso a ser generado o utilizado por el proyecto debe valorarse según su contribución al bienestar nacional.
Para proyectos de agua potable y saneamiento básico se permiten los siguientes tipos de estudios socio económicos:
1. Análisis de costo eficiencia
2. Análisis de costo mínimo de expansiones de capacidad
Los estudios de evaluación socioeconómica se deben ejecutar para los niveles de complejidad medio, medio alto y alto.
2.3.2 ANÁLISIS DE COSTO EFICIENCIA.
Se elaborará una comparación de los costos de varias alternativas factibles de proyectos, con el fin de seleccionar aquella que tenga el menor valor presente de los costos de inversión, operación y mantenimiento.
El análisis de costo-eficiencia debe partir de las siguientes suposiciones: Que debe utilizarse la tasa social de descuento establecida.
Que los beneficios derivados de las alternativas estudiadas son los mismos. Que los beneficios son mayores que los costos en cada alternativa.
El análisis debe seleccionar el proyecto que presente el menor valor presente neto entre las alternativas posibles.
2.3.3 ANÁLISIS DE COSTO MÍNIMO DE EXPANSIÓN DE CAPACIDAD
Se deberán fijar los años que resulten óptimos para la ejecución de expansiones de capacidad de un sistema, teniendo en cuenta el efecto opuesto que se presenta entre las economías de escala y el costo de oportunidad de capital.
El periodo óptimo de expansión de capacidad para un sistema debe ser definido con base en los siguientes criterios:
1. Debe buscarse el equilibrio entre el periodo de expansión fijado por las economías de escala que prefieren un periodo largo, buscando componentes de capacidad grande, y el periodo determinado por el costo de oportunidad de capital que tiende a ser un periodo corto con componentes de poca capacidad, buscando la inversión inmediata de los recursos en otros proyectos.
2. El periodo de expansión debe escogerse para todo el sistema global y no para cada componente particular, de tal forma que se minimice el impacto causado por las ampliaciones puntuales de cada componente, evitando sobrecostos administrativos.
3. El periodo seleccionado puede ajustarse en cada etapa de expansión cuando existan estudios de demanda realizados durante dos expansiones sucesivas que demuestren cambios en las funciones de demanda, y en general, en las condiciones bajo las cuales se formuló el periodo de expansión inicialmente previsto.
2.4 PROCEDIMIENTO GENERAL DE DISEÑO DE LOS SISTEMAS DE ACUEDUCTO
Toda acción relacionada con el diseño, la construcción, la operación, el mantenimiento y/o la supervisión técnica de algún sistema de acueducto, debe seguir el procedimiento general mostrado a continuación:
PASO 1 - Definición del nivel de complejidad del sistema
Debe definirse el nivel de complejidad del sistema, según se establece en el capítulo 1.3.1 para cada uno de los componentes del sistema.
PASO 2 - Justificación del proyecto y definición del alcance
Todo componente de un sistema de acueducto debe justificarse con la identificación de un problema de salud pública, del medio ambiente o de bienestar social, el cual tiene solución con la ejecución del sistema propuesto, ya sea mediante la ampliación de cobertura del servicio o mejoramiento de su calidad y eficiencia.
PASO 3 - Conocimiento del marco institucional
El diseñador del sistema debe conocer las diferentes entidades relacionadas con la prestación del servicio público de suministro de agua potable, estableciendo responsabilidades y las funciones de cada una. Las entidades que deben identificarse son :
1. Entidad responsable del proyecto. 2. Diseñador.
3. Constructor.
4. Rol del municipio, ya sea como prestador del servicio o como administrador del sistema. 5. Empresa de Servicios Públicos y su carácter. (Oficial, mixto o privado)
6. Entidades territoriales competentes.
7. Entidades de planeación. (DNP, DSPD, Ministerio del Medio Ambiente, etc) 8. Entidad reguladora. (CRA u otra)
9. Entidad de vigilancia y control. (SSPD u otra) 10. Operador.
11. Interventor.
12. Acciones proyectadas de la comunidad en el sistema.
13. Autoridad ambiental competente. (Ministerio del Medio Ambiente, corporaciones autónomas regionales, etc)
14. Fuentes de financiación. PASO 4 - Acciones legales
El diseñador debe conocer todas las leyes, decretos, reglamentos y normas técnicas relacionadas con la conceptualización, diseño, operación, construcción, mantenimiento, supervisión técnica y operación de un sistema de acueducto o cada uno de sus componentes en particular.
Además, deben tomarse las medidas legales necesarias para garantizar el adecuado desarrollo del sistema de acueducto o alguno de sus componentes.
PASO 5 - Aspectos ambientales
Debe presentarse un estudio sobre el impacto ambiental generado por el proyecto, ya sea negativo o positivo, en el cual se incluya una descripción de las obras y acciones de mitigación de los efectos en el medio ambiente propios del proyecto.
PASO 6 - Ubicación dentro de los planes de ordenamiento territorial y desarrollo urbano previstos El diseñador debe conocer los planes de desarrollo y de ordenamiento territorial planteados dentro del marco de la Ley 388 de 1997 o la que la reemplace y establecer las implicaciones que el sistema de acueducto, o cualquiera de sus componentes, tendría dentro de la dinámica del desarrollo urbano.
En particular, el diseño de un sistema acueducto, o cualquiera de sus componentes, debe contemplar la dinámica de desarrollo urbano prevista en el corto, mediano y largo plazo de las áreas habitadas y las proyecta en los próximos años, teniendo en cuenta la utilización del suelo, la estratificación socioeconómica, el plan vial y las zonas de conservación y protección de recursos naturales y ambientales entre otros.
PASO 7 - Estudios de factibilidad y estudios previos
Todo proyecto de acueducto debe llevar a cabo los estudios factibilidad y los estudios previos mencionados en el capítulo 2
El diseño de cualquier componente de un sistema de acueducto debe cumplir con los requisitos mínimos establecidos en el RAS 2000.
El diseño de cualquier sistema de acueducto debe someterse a una evaluación socioeconómica y estar sujeto a un plan de construcción, operación, mantenimiento y expansión de costo mínimo, siguiendo lo establecido en el capítulo 2.3
PASO 9 - Construcción e interventoría.
Los procesos de construcción e interventoría se ajustarán a los requisitos mínimos establecidos en el RAS 2000
PASO 10 - Puesta en marcha, operación y mantenimiento
Los procedimientos y medidas pertinentes a la puesta en marcha, la operación y el mantenimiento de los diferentes componentes de un sistema de acueducto deben seguir los requerimientos establecidos para cada componente en particular.
2.4 PLANOS.
Todos los planos arquitectónicos, hidráulicos, sanitarios, estructurales, eléctricos, mecánicos y de instalaciones especiales deben ser firmados y rotulados por profesionales debidamente facultados para realizar los diseños respectivos.
Los planos que se elaboren en cada una de las especialidades anteriores, deben incluir toda la información básica necesaria para la construcción, tales como :
Referenciación planimétrica y altimétrica por el IGAC o en su defecto por sistemas de posicionamiento geodésico o satelital.
Parámetros de calidad para la construcción.
Características y propiedades mínimas de los materiales a utilizar en la construcción Especificaciones e instrucciones de instalación de maquinaria y equipo.
Detalles de conexiones, empalmes, juntas y demás casos que merecen explicación particular. Identificación de las redes existentes de acueducto, alcantarillado, gas, energía y teléfonos Suposiciones básicas utilizadas en el diseño y que puedan afectar el uso futuro de la
construcción, como cargas supuestas en los análisis, tipo de uso supuesto en el diseño, presiones máximas y mínimas de utilización, precauciones especiales que deben tenerse en cuenta en la construcción o instalación de elementos.
Demás instrucciones y explicaciones que se requieran para poder realizar la construcción e instalación de maquinaria y equipo acorde con el diseño previsto.
Además, los planos deben especificar el nivel de complejidad del sistema asignado al proyecto y algunos aspectos que faciliten la comprensión de los manuales de operación y mantenimiento. Aquellos planos que contengan errores aritméticos, de dibujo, cotas, abscisados, transcripción, copia u otras fallas imputables al descuido o falta de revisión por parte del firmante de los mismos, deberán ser corregidos en el original, si es posible, y esto deberá quedar registrado en el mismo plano con la fecha y la firma del responsable de la corrección o modificación. Las copias tomadas de los originales defectuosos deberán ser destruidas para ser reemplazadas por unas nuevas
tomadas a partir de los planos originales corregidos. Los planos deben ser elaborados en medios magnéticos para facilitar su corrección, actualización y edición inmediata, permitiendo adicionalmente establecer distintas escalas de impresión de acuerdo a los procedimientos constructivos.
2.5 MEMORIAS.
Los planos arquitectónicos, hidráulicos, sanitarios, estructurales, eléctricos, mecánicos, de instalaciones especiales y demás que sean necesarios para la ejecución de la obra, deben ir acompañados por las memorias detalladas de diseño y cálculo que describan los procedimientos por medio de los cuales se realizaron dichos diseños.
Las memorias deben incluir entre otros: Las suposiciones utilizadas en los diseños. Las metodologías empleadas.
La verificación del cumplimiento de los requisitos mínimos establecidos por el Reglamento RAS 2000
Referencia a normas técnicas nacionales o internacionales para los materiales, equipos y procedimientos específicos.
Los esquemas con base en los cuales se realizan los planos de construcción. Especificaciones detalladas e instrucciones de instalación de maquinaria y equipo.
Las memorias deben especificar en Manuales impresos para tal fin, los procedimientos detallados para puesta en marcha, operación y mantenimiento de cada uno de los sistemas, así como, el nivel de complejidad del sistema asignado al proyecto.
Referencia a códigos nacionales.
En el caso que se utilice procesamiento automático de información, debe entregarse una descripción detallada de los principios en que se basa el procesamiento automático, así como una descripción de los datos de entrada y salida en el proceso.
Manuales de puesta en marcha, operación y mantenimiento.
Presupuesto detallado, soportado por un análisis de precios unitarios con la fecha precisa de su elaboración.
Al igual que los planos, las memorias deben indicar claramente el nivel de complejidad del sistema utilizado en los diseños, en los procedimientos detallados y demás actividades del proyecto.
Las memorias que contengan errores aritméticos, cotas, abscisados, transcripción, copia u otras fallas imputables al descuido o falta de revisión por parte del diseñador, deberán ser corregidas en el original, si es posible, y las copias procedentes del documento defectuoso deberán ser destruidas.
2.6 ARCHIVO DE MANUALES, PLANOS Y CATASTROS PARA CONTINGENCIAS POR DESASTRE NATURAL O PROVOCADO.
Para todos los niveles de complejidad del sistema, los Manuales de puesta en marcha, operación y mantenimiento; los planos de construcción de redes primarias y secundarias de acueducto y/o alcantarillado, así como los planos de catastro de las redes de acueducto y alcantarillado ejecutados a partir de la fecha de expedición del presente Reglamento, con o sin inversión estatal, deberán ser emitidos en medio magnético, magneto-óptico u óptico, compatibles con tecnologías convencionales que permitan ser fácilmente archivados y almacenados para su
consulta posterior en caso de pérdida irremediable del original o por desastre natural. Una copia en cualquiera de estos medios deberá ser enviada al Ministerio de Desarrollo Económico que será el encargado de salvaguardar este bien público directamente o mediante delegación a una entidad privada sin animo de lucro.
MODELO DE PRESENTACION DE PLANOS
CONTENIDO DE EL PROYECTO
LOCALIDAD: ACUEDUCTO: CONTIENE: PROYECTÖ REVISO: DIBUJO: ESCALA: PLANCHA N°. Y CALCULÖ:
3. CRITERIOS BÁSICOS DE DISEÑO
Los factores básicos para efectuar el diseño de un sistema de abastecimiento de agua, adecuado y económico son el período de diseño, la población futura y el consumo de agua.
Una parte importante que debe tenerse en cuenta para el diseño de un acueducto es la relacionada con el manejo del medio ambiente en sus dos componentes: los recursos naturales y la comunidad.
3.1 PERÍODO DE DISEÑO
Es el número de años que un sistema en sí y sus partes componentes pueden dar un servicio adecuado a cualquier población. Para fijar el período de diseño de los diferentes componentes del sistema se tendrán en cuenta estos factores:
- La curva de demanda proyectada y la programación de inversiones en forma escalonada. - La vida útil de los componentes y de los equipos teniendo en cuenta el período de servicio,
su mantenimiento y conservación (durabilidad, resistencia, desgaste).
- La factibilidad de ampliar obras existentes y la construcción del proyecto por etapas.
- La tasa de crecimiento probable de la población; los posibles cambios de tipo industrial o comercial que inciden en la población. En poblaciones donde el crecimiento es incierto y/o las tasas demográficas no son fijas y muchas veces negativas, es preferible adoptar períodos cortos y preveer en el proyecto las ampliaciones futuras en el caso que se hagan necesarias.
- La garantía de la fuente en cuanto a caudal y calidad del agua.
El RAS 2000 adopta los siguientes períodos de diseño:
3.1.1. Periodo de diseño de la captación de agua superficial.
Para el caso de las obras de captación de agua superficial, los periodos máximos de diseño que se deben utilizar, se especifican en la tabla 3.1:
Periodo de diseño de la captación de agua superficial. Nivel de Complejidad del
Sistema
Período de diseño
Bajo 15 años
Medio 20 años
Medio alto 25 años
Alto 30 años
Para los niveles de complejidad medio alto y alto, las obras de captación de agua superficial deberán ser analizadas y evaluadas teniendo en cuenta el período de diseño máximo, llamado también horizonte de planeamiento de proyecto; y si técnicamente es posible, se deberán definir las etapas de construcción, según las necesidades del proyecto, basados en la metodología de costo
3.1.2 Periodo de diseño de pozos profundos de captaciones de agua subterránea.
Para el caso de obras de captación de agua subterránea, el período máximo de diseño que se debe utilizar, se especifica en la tabla 3.2:
Tabla 3.2
Periodo de diseño de pozos profundos de captaciones de agua subterránea. Nivel de Complejidad del
Sistema
Período de Diseño
Bajo 15 años
Medio 15 años
Medio alto 20 años
Alto 25 años
Para los niveles de complejidad medio alto y alto, las obras de captación de agua subterránea deberán ser analizadas y evaluadas teniendo en cuenta el período de diseño máximo, llamado también horizonte de planeamiento de proyecto; y se deberán definir las etapas de construcción de los pozos profundos, según las necesidades del proyecto, basados en la metodología de costo mínimo.
3.1.3 Periodo de diseño de pozos excavados para captación de agua subterránea.
Los pozos excavados tendrán un período de diseño de 15 años para los niveles bajo y medio de complejidad.
3.1.4 Período de diseño de las aducciones o conducciones.
El período máximo de diseño de las aducciones o conducciones es función del nivel de complejidad del sistema y se debe aplicar el establecido en la tabla 3.3.
Tabla 3.3
Período de diseño de las aducciones o conducciones. Nivel de Complejidad del Sistema Período de diseño
Bajo 15 años
Medio 20 años
Medio alto 25 años
Alto 30 años
Para los niveles de complejidad medio, medio alto y alto, las aducciones o conducciones deberán ser analizadas y evaluadas teniendo en cuenta el período de diseño, para definir las etapas de construcción, según las necesidades del proyecto, basadas en la metodología de costo mínimo. 3.1.5 Período de diseño de tanques de almacenamiento y compensación
El período de diseño depende del nivel de complejidad del sistema, y debe ser el establecido en la tabla 3.4.
Tabla 3.4
Período de diseño de tanques de almacenamiento y compensación Nivel de complejidad del
sistema
Período de diseño
Bajo 20 años
Medio 25 años
Medio alto 30 años
Alto 30 años
Partiendo de un análisis de costo mínimo de expansión de capacidad, el diseño de los tanques de almacenamiento debe considerar un desarrollo de construcción de módulos por etapas, hasta completar la capacidad para el final del periodo de diseño, llamado también horizonte de planeamiento del proyecto.
3.1.6 Período de diseño de las redes de distribución.
Para todos los niveles de complejidad, los proyectos de redes de distribución de acueducto deberán ser analizados y evaluados teniendo en cuenta el período de diseño, llamado también horizonte de planeamiento del proyecto, con el fin de definir las etapas de diseño según las necesidades del proyecto, basadas en la metodología de costo mínimo.
El período de diseño de las redes de distribución de agua potable es función del nivel de complejidad del sistema y se encuentra establecido en las siguientes tablas:
Período de diseño de la red matriz o primaria
Tabla 3.5
Período de diseño de la red matriz o primaria Nivel de complejidad
del sistema
Período de diseño
Medio 20 años
Medio alto 25 años
Alto 30 años
Período de diseño de la red de distribución secundaria o red local
El período de diseño de la red secundaria se establece en la siguiente tabla 3.6. Tabla 3.6
Período de diseño de la red de distribución secundaria o red local Nivel de complejidad
del sistema
Período de diseño
Bajo 15 años
Medio 15 años
Medio alto 20 años
Alto 25 años
Período de diseño de redes menores de distribución o red terciaria o red local
Para los niveles medio alto y alto de complejidad en los cuales pueden existir redes menores de distribución, el período de diseño debe corresponder al tiempo esperado para alcanzar la población de saturación. Para los niveles de complejidad Bajo y Medio, el período de diseño para redes menores no puede ser superior al tiempo establecido en la tabla 3.7:
Tabla 3.7
Período de diseño de redes menores de distribución Nivel de complejidad Período de diseño
Bajo 15 años
Medio 20 años
3.1.7 Período de diseño de las estaciones de bombeo.
El período de diseño depende del nivel de complejidad del sistema, y debe ser el establecido en la tabla3.8
Tabla 3.8
Período de diseño de las estaciones de bombeo Nivel de complejidad del
sistema
Período de diseño
Bajo 15 años
Medio 20 años
Medio alto 25 años
Alto 30 años
Los Proyectos para las Estaciones de Bombeo deberán ser analizados y evaluados teniendo en cuenta el período de diseño, llamado también horizonte de planeamiento del Proyecto, para definir las etapas de construcción de las obras civiles y las de instalación de equipos, según las necesidades del proyecto, basadas en la metodología de Costo Mínimo.
3.1.8 VIDA ÚTIL
La vida útil de los componentes y equipos que se proyectan será superior al período de diseño y podrá estimarse con la siguiente tabla:
Obras Civiles Vida Útil, años Bocatoma (captación) 30 - 40 " Pozos 30 - 40 " Tanques de almacenamiento 30 - 40 " Plantas de tratamiento 30 - 40 " Tuberías Primarias y Matrices 30 - 40 " Secundarias o de relleno 30 - 40 " Equipos Mecánicos 10 - 15 " Motores 10 - 15 " 3.2 POBLACIÓN FUTURA
En el diseño de un sistema de abastecimiento uno de los datos básicos es la determinación del caudal necesario, para una población o núcleo, el cual depende del número de habitantes y la producción industrial que tendrá la localidad al fin del período de diseño. Cuando estos factores crecen, el consumo de agua aumentará. Los factores más importantes que influyen en el crecimiento de la población son los nacimientos, las muertes y las migraciones de población (aumento o disminución). Algunas localidades tienen población flotante considerable que debe tenerse en cuenta al calcular la población que va a servirse del acueducto; es el caso de poblaciones veraniegas (entrará en juego el criterio del Ingeniero para estimar la población flotante).
En nuestro medio el crecimiento de las ciudades grandes e intermedias oscila entre el 2 y 3% mientras que para pequeñas y la zona rural está entre 1 y 2%. Sin embargo estos datos no pueden generalizarse y son apenas magnitudes de referencia, pues hay muchas localidades con crecimientos inferiores al 1% y aún negativos.
3.2.1 ANÁLISIS DE LA POBLACIÓN
La evaluación del crecimiento de la población a lo largo de un período de diseño determinado es un elemento fundamental tanto para definir el nivel de complejidad de un sistema como para realizar el planeamiento y diseño detallado de cualquiera de los elementos que componen los sistemas de agua potable.
3.2.1.1 NÚCLEO RURAL
Para núcleos rurales no se justifica estudios de población muy a fondo (cada entidad fijará sus propias pautas) y bastará el criterio del Ingeniero. Se puede sugerir sin embargo, las siguientes pautas para núcleos rurales en los cuales no se tenga ningún dato censal:
- Población mínima para diseño: 150% de la población actual
- Población generalmente usada para el diseño: 200% de la población actual. 3.2.1.2 NÚCLEO URBANO
Para núcleos urbanos la situación es diferente. Generalmente hay una historia de datos censales que se puede emplear para calcular la rata de crecimiento en el pasado. Todos los métodos de predicción futura que actualmente están en uso requieren el conocimiento de la población pasada y presente del área considerada, los cuales se obtienen con base en los censos.
3.2.1.3 CENSOS
Deben recolectarse los datos demográficos de la población, en especial los censos de población del DANE y los censos disponibles de suscriptores de acueducto y otros servicios públicos de la localidad o localidades similares. Con base en los datos anteriores deben obtenerse los parámetros que determinen el crecimiento de la población.
La estimación de la población urbana es el aspecto principal en la definición del nivel de complejidad, se establece que esa población debe corresponder a la proyectada al final del periodo de diseño, llamado también horizonte de planeamiento del proyecto.
Censos de vivienda
Si se dispone de los censos de vivienda de la localidad, éstos deben estar acompañados de todos los datos registrados en las publicaciones correspondientes, indicando la fuente y/o el autor. Con base en los datos anteriores debe obtenerse la tasa de crecimiento de la vivienda. Para verificar los datos de vivienda del último censo deben contabilizarse las casas habitadas en cada zona de la localidad, al igual que los establecimientos comerciales, industriales e institucionales.
3.2.1.4 DENSIDADES ACTUALES Y FUTURAS
Teniendo en cuenta la identificación de las zonas actuales de la población y las zonas de expansión futuras, la densidad actual y la densidad proyectada deben hallarse con base en la
población actual y futura de las zonas con el objeto de verificar la expansión real del sistema de acueducto.
Debe tenerse en cuenta la distribución espacial de la población, identificando los diferentes usos de la tierra, tipos de consumidores y la distribución espacial de la demanda.
Para todas las zonas de cobertura del sistema de acueducto debe verificarse que las proyecciones de la población no superen las densidades de saturación previstas para la localidad.
Las densidades de población y la distribución espacial deben estar acordes con las normas urbanísticas, planes de desarrollo, planes de ordenamiento territorial y demás programas formulados por el gobierno municipal, gubernamental o nacional que determinen la distribución espacial de la población, los usos de la tierra y posibles servidumbres, atendiendo los programas desarrollados según la Ley 188 de 1997.
3.2.2 MÉTODOS DE CÁLCULO 3.2.2.1 Métodos Gráficos
Son métodos comunes los cuales se efectúan con base en puntos representativos en un plano, tomando como base el crecimiento de la población.
A. Método de la extrapolación gráfica El procedimiento es el siguiente (Figura 3.1):
- Localizar en el gráfico los puntos representativos de la población correspondiente a años censales pasados.
- Trazado de la línea de mayor acomodo a los puntos dibujados. - Prolongación para obtener la población futura.
EJEMPLO 3.1 Sea la población: 1970 12.000 habitantes 1980 20.000 habitantes 1990 23.500 " 2000 28.000 "
Calcular la población para el año 2.010
Respuesta: Año 2.010 = 33.000 habitantes
Las principales ventajas de la extrapolación gráfica para el cálculo de población son la facilidad y sencillez de operación.
1970 1980 1990 2000 2010 33000 30000 28000 23500 20000 12000 10000 POBLACION (Hab) TIEMPO (Años)
Figura 3.1 Método de la extrapolación gráfica
Debido a la renuencia de los diseñadores a extrapolar solo gráficos en línea recta, se han ideado métodos gráficos dirigidos a acomodar en una línea recta los puntos representativos de los datos. Los más comunes son el método aritmético y el método geométrico.
B. El método aritmético
Se usa papel de coordenadas a escala aritmética (papel milimetrado). El crecimiento de la población está representado por una línea recta aplicada a los puntos dibujados. El unir dos últimos puntos conocidos y prolongar la línea significa que los factores que determinan el crecimiento en el más reciente período de desarrollo y, tendrán un efecto igual en el futuro.
Otros puntos pueden utilizarse si se cree que el crecimiento futuro seguirá tal patrón. Es obvio que los resultados variarán ampliamente, dependiendo de la línea seleccionada (Figura 3.2)
1970 10000 1990 1980 POBLACION (Hab) 23500 20000 28000 30000 12000 33000 2010 2000 (Años) TIEMPO
C. Método geométrico
Para el efecto se emplea papel semilogarítmico. Una relación lineal en papel semilogarítmico indica una rata de crecimiento constante (Figura 3.3).
TIEMPO (Años) 10000 1970 100000 1000000 1980 1990 2000 2010 POBLACION (Hab)
Figura 3.3 Método geométrico D. Método comparativo
Una variante de los métodos gráficos es el llamado método comparativo. Se utiliza principalmente cuando la información censal es insuficiente o poco confiable, lo cual hace que las proyecciones geométricas y exponencial arrojen resultados que no corresponden con la realidad. En este método el futuro crecimiento de una comunidad se supone seguirá el patrón de otras dos o tres más antiguas y más grandes, cuyo crecimiento en el pasado mostró características similares a las esperadas en cuestión (población, desarrollo industrial y comercial, tipo humano y clima).
Uno de los municipios (población B) debe ser de la misma región, con desarrollo, clima y tamaño similar al del municipio en estudio y obviamente con información confiable en cuanto a crecimiento de la población.
El otro municipio (población C) debe ser de la misma región, con desarrollo y clima similar al del municipio en estudio (población A) pero con un número de habitantes mayor al de este municipio. El tercer municipio (población D) debe ser de otra región del país con una número de habitantes mayor al del municipio en estudio (población A) y con un desarrollo y clima similar.
La predicción deseada se obtiene extendiendo la curva de crecimiento de la zona de estudio de acuerdo con la pasada curva de crecimiento de la zona patrón. Con frecuencia se usan varios patrones de ciudades diferentes, a fin de establecer un campo de posible crecimiento futuro. Las curvas de crecimiento de las diferentes ciudades se trasladan al punto A. A partir del momento en que aquellas tienen una población igual a la de la comunidad en estudio, la curva A-A' adoptada refleja la tendencia general (Figura 3.4).
160000 150000 140000 130000 120000 110000 100000 40 30 20 10 0 10 20 D C B D' A' C' B' A
CURBA DE LA POBLACION EN ESTUDIO
Años antes del censo Años despues del censo
TIEMPO (Años) POBLACION (Hab)
Figura 3.4 Método Comparativo
Los cálculos gráficos pueden servir suficientemente para períodos cortos. También son útiles para comprobar aproximadamente el resultado de otros métodos. Su principal falla radica en la hipótesis de que las relaciones que han existido en el pasado para otras comunidades, continúan existiendo en el futuro con la misma intensidad, para la población en estudio.
3.2.2.2 Métodos matemáticos
El uso de ecuaciones matemáticas para el cálculo supone que el pasado crecimiento de la población ha seguido cierta relación matemática identificada y que en el futuro la variación de población seguirá un patrón establecido por esa relación. El método de cálculo para la proyección de la población depende del nivel de complejidad del sistema según se muestra en la tabla 3.8. Se calculará la población utilizando por lo menos los siguientes modelos matemáticos: Aritmético, geométrico y exponencial, seleccionando el modelo que mejor se ajuste al comportamiento histórico de la población. Los datos de población debe estar ajustados con la población flotante y la población migratoria. En caso de falta de datos se recomienda la revisión de los datos de la proyección con los disponibles en poblaciones cercanas que tengan un comportamiento similar al de la población en estudio.
TABLA 3.8
Métodos de cálculo permitidos según el Nivel de Complejidad del Sistema Nivel de Complejidad del Sistema Método por emplear Bajo Medio Medio alto Alto Aritmético, Geométrico y exponencial X X
Aritmétrico + Geométrico + exponencial + otros
X X
Por componentes (demográfico) X X
Entre los métodos matemáticos, se tiene: A. Método aritmético
Se supone que la tasa de variación de la población con el tiempo es constante: K
t P = ∂ ∂
Integrando la ecuación entre los límites ti, año inicial y tf año final se tiene:
∫
Pf∂ =∫
∂ = − Pi tf ti t K(tf ti) K P ) t t ( K P Pf − i= f− i)
(
f i fP
K
t
t
P
=
i−
−
Siendo:Pf = población para un año futuro (año de predicción)
Pi = población del año inicial o año básico
La constante K se puede calcular así:
1 2 1 2
t
t
P
P
K
−
−
=
En la cual P2 y P1 son las poblaciones de los años t2 y t1 obtenidos de la información existente.
La aplicación exacta de la fórmula implica no tener en cuenta la dinámica de crecimiento en los años intermedios con información censal. Por tanto, se sugiere que a los resultados obtenidos se les haga un análisis de sensibilidad teniendo en cuenta las siguientes variaciones metodológicas:
• Usar como año inicial para la proyección cada uno de los años existentes entre el primero y el penúltimo censo.
• Calcular una tasa de crecimiento poblacional representativa de la dinámica entre los diferentes datos censales disponibles, y con esta realizar las proyecciones a partir de los datos del último censo
EJEMPLO 3.2
Una comunidad tiene los siguientes datos:
Censo 9 de mayo de 1.991 30.875 habitantes. Censo 15 de julio de 2.004 59.585 habitantes.
