Cap.1 Ingsa i Generalidades 1

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍAFACULTAD DE TECNOLOGÍA DE LA CONSTRUCCIÓN

DEPARTAMENTO DE HIDRAULICA

INGENIERIA SANITARIA I

GENERALIDADES SOBRE LOS SISTEMAS DEABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE

DR. NESTOR JAVIER LANZA MEJIA

febrero de 2011

CAPITULO I - GENERALIDADES---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

________________________________________________________________________________________________1-2DR. NESTOR JAVIER LANZA MEJIA jueves, 17 de febrero de 2011

1 GENERALIDADES

1.1 IMPORTANCIA Y DESARROLLO DE LOS SISTEMAS DE ABASTECIMIENTO DE AGUAPOTABLE Y ALCANTARILLADO SANITARIO.

Dentro de la problemática del saneamiento básico de comunidades tiene enorme importancia elsuministro de agua potable y la recolección de las aguas residuales. Cualquier población, por pequeñaque sea, deberá contar como mínimo con los servicios de acueducto y alcantarillado, si se espera de ellaun desarrollo social y económico, y ante todo, una reducción de las altas tasas de morbilidad ymortalidad en especial dentro de la población infantil.

La planeación, diseño, financiamiento, construcción y operación de los modernos sistemas urbanos deaguas son muy complejos. Aun, cuando por su naturaleza misma, cada proyecto requiere ser concebido enforma exclusiva, su ejecución requiere de procedimientos, información y decisiones públicas, así comomateriales, equipo y apoyo tecnológico que solo pueden suministrarse completamente dentro de laorganización de una estructura gubernamental y social. En muchos de los casos no es tan solo de laIngeniería, sino de la madurez política, social e industrial. Aun en su aspecto especifico sentido comoIngeniería, el desarrollo satisfactorio de los proyectos de aguas, depende de la información demográfica,hidrológica, geodesia y geológica que pueda tenerse alcance, obtenidas a través de décadas de ordenadaobservación, registro y análisis sistemáticos.

La planeacion, diseño, construcción y supervisión de los sistemas de aguas han sido por largo tiempo unaresponsabilidad de ingenieros civiles. A los ingenieros civiles con conocimientos sobre control de lacalidad del agua y su distribución se les llego a llamar Ingenieros Sanitarios.

Figura. 1.1.1. - Esquema del manejo de agua en una comunidad.



Las ciudades reciben agua para muchos fines:

1) para usos potables y culinarios;

2) para lavados y baños;

3) para limpieza de ventana, paredes y pisos;

4) para calefacción y acondicionamiento de aire;

5) para riego de prados y jardines;

6) para riego y lavado de calle;

7) para llenado de piscinas y estanques de vadeo;

8) para exhibición en fuentes y cascadas;

9) para generar energía hidráulica y vapor;

10) para emplearla en numerosos y variados procesos industriales;

11) para la protección de la vida y la propiedad contra incendio y

12) para eliminar desechos caseros perjudiciales y potencialmente peligrosos (aguas negras) y aguasresiduales industriales.

Con el objeto de suministrar agua potable a una comunidad, es necesaria la construcción de una serie deobras hidráulicas. Estas obras de ingeniería necesarias son los sistemas de suministro de aguas y las dealcantarillado o sistemas de evacuación de aguas residuales. Las obras hidráulicas captan el agua de lasfuentes naturales de suministro, la purifican, si es necesario, y la entregan al consumidor a través de laslíneas de conducción y el almacenamiento y la distribución a través de redes. Las obras de aguas residualescolectan el agua de desecho de la comunidad - aproximadamente son el 80% de agua suministrada juntocon las variables de aguas superficiales y subterráneas – que son conducidas a plantas de tratamiento, yluego las vierten a un cuerpo de agua receptor. En la figura 1.1.1 se esquematiza este proceso.

1.2 ENFERMEDADES HÍDRICAS

Son los causados por elementos patógenos, perjudiciales para la salud del ser humano, que utilizan comovectores el agua y otros agentes como moscas, ratas y alimentos. Generalmente son originadas pordescargas intestinales o por contagio. En general, las medidas preventivas son las mismas para todas lasenfermedades:

1. suministro de agua potable con una calidad química y bacteriológica aceptable. (acueducto)

2. adecuada disposición de excreta. (alcantarillado)

3. adecuado disposición de los residuos sólidos. (relleno sanitario)



4. limpieza de alimentos y pasterización de la leche.

5. control permanente de la calidad del agua.

6. educación de la población en los aspectos de higiene personal, saneamiento ambiental básico yjornadas de vacunación.

Las enfermedades hídricas son causadas por virus, bacterias, protozoos o helmintos. Estas enfermedadespueden ser del tipo endémico o esporádico, presentada en la tabla 1.1.

Tabla 1.1. - Enfermedades HídricasENFERMEDADES AGENTE ETIOLOGICO

Fiebre tifoidea Bacilo de EberthFiebre paratifoidea Salmonella paratyphi-ADisentiría bacilar Genero shigellaCólera Vibrio commaParálisis infantil VirusParasitismo intestinal VirusGastroenteritis microorganismoHepatitis infecciosa VirusDisentería amibiana Entamoeba histolytica

1.3 ELEMENTOS CONSTITUYENTES DE UN SISTEMA DE AGUA POTABLE.

Cualquier sistema de abastecimiento de agua a una comunidad, por rudimentaria que sea, consta de lossiguientes elementos:

a) Fuente de abastecimiento: constituye la parte mas importante del acueducto y no debe ni puedeconcebirse un buen proyecto si previamente no hemos definido y garantizado fuentes capaces paraabastecer a la población futura de diseño.

En la selección de las fuentes juegan un papel importante los datos o registros hidrológicosdisponibles y las determinaciones estadísticas, pero es evidente que para poder garantizar unservicio continuo y eficiente es necesario que el proyecto contemple una fuente capaz de suplir elagua requerida para el día mas critico (día de máximo consumo).

Esta puede ser superficial, en los casos de los ríos, lagos, manantiales o incluso aguas de lluvias, ode aguas subterráneas superficiales o profundas. La elección del tipo de abastecimiento depende defactores tales como localización, calidad y cantidad. Esto significa que al diseñar este primercomponente del sistema hemos de considerar el factor máximo diario para afectar al consumomedio.

El desarrollo estará basado en un periodo de diseño que depende de la naturaleza de la fuente. Lossuministros de agua subterráneas son por lo general mas fácil de expandir mediante la construcciónde pozos adicionales y los periodos de diseño pueden ser cortos, de unos 5 años. Por otro lado,superficiales, los cuales requieren la construcción de embalses para cubrir la demanda durante deperiodos de poco flujo (fuente con regulación) en ríos, son diseñados mucho mas largos, quizás deunos 50 años.



b) Obras de Captación: es el tipo de estructura utilizada para la captación del agua depende enprimer lugar del tipo de fuente de abastecimiento utilizado. En general, en los casos de captaciónsuperficial se habla de “Bocatomas” (Fig. 7.15), mientras que la captación de aguas subterráneas sehace a través de “pozos”. Su diseño es ajustado a las características de la fuente, y por tanto,también ha de ser afectado por el factor máximo diario, similar al considerado para la fuente.

c) Obras de Conducción: en ella, existen numerosos puntos, como: bocatoma – Desarenador,Desarenador – Tanque de Almacenamiento y línea matriz. Hidráulicamente estas conduccionespueden ser de varias formas, dependiendo de la topografía y la longitud de las mismas.

Estas conducciones son generalmente por tubería a presión o por gravedad, por canalesrectangulares o trapeciales abiertos o cerrados. Definida las tuberías que conduce agua desde laobra de captación hasta el tanque de almacenamiento, debe satisfacer condiciones de servicio parael día de máximo consumo, garantizando de esta manera la eficiencia del sistema. En el caso, eldiseño se hará de acuerdo a criterios para estas diferentes condiciones, afectados o no por el tiempode bombeo.

Las conducciones en tuberías desde la fuente son generalmente diseñadas para su vida útil; unperiodo de unos 25 años o más es lo usual.

d) Tratamiento de agua: todo tipo de agua para el consumo humano, siempre requerirá de untratamiento mínimo de cloración con el fin de prevenir la contaminación con organismospatógenos durante la conducción del agua.

e) Almacenamiento: generalmente es elemento intermedio entre la fuente y la red de distribución,de su funcionamiento depende en gran parte el que pueda proyectarse y ofrecerse un serviciocontinuo a la ciudad, dado que el caudal de captación no es siempre constante y el caudaldemandado por la comunidad tampoco lo es, es necesario almacenar agua en un tanque durante losperiodos en los que la demanda es menor que el suministro y utilizarla en los periodos en que lacomunidad demanda gran cantidad de agua.

Estas condiciones particulares del tanque de almacenamiento le hacen actuar con funciones dealmacenaje y de compensador de variaciones de los consumos, por lo cual para encontrar estefactor de diseño, será preciso hacer un análisis de la situación y en forma grafica (curva deconsumo acumulados) o analítica, encontrar los coeficiente apropiados su diseño.

El almacenamiento en un sistema de distribución esta formado por grandes tanques de aceroelevados que son relativamente baratos y fáciles de construir y su potencial de duración es bastanteconsiderable, de ahí que rara vez son reemplazados.

El diseño de tales estructuras esta estrechamente ligado al diseño de las estaciones de bombeo yrequiere del conocimiento del consumo promedio, de la demanda de incendio, de los máximos porhora, de los máximos diarios, de los máximos semanales y del los máximos mensuales, al igual dela capacidad de la fuente y de sus conducciones en tubería desde la misma.

f) Estación de bombeo: interviene una variación adicional que es el numero de horas de bombeo(N), por lo cual al considerar el crecimiento poblacional en el periodo de diseño, el factor asumidopara el caso del día de máximo consumo pudiera ser absorbido mediante una variación del tiempode bombeo para el día critico, logrando diseños mas económico.

mediobombeo QxN

Q24

las estaciones de bombeo son generalmente diseñadas para un periodo de cerca de 10 años, dadoque su modificación y ampliación son fáciles si la provisión para el cambio se hace desde el



inicio. La selección de bombas requiere un conocimiento del flujo máximo incluyendo lademanda para incendios. La capacidad total de bombeo instalada excederá el flujo máximo quese espera para ser bombeado.

g) Red de Distribución: esta puede hacerse desde la manera más simple que seria el suministro únicopor medio de pileta de agua, hasta su forma más compleja por medio de una serie de tuberías oredes de distribución que llevan el agua a cada casa domiciliar. Habrá de considerar un factor demáximo horario dependiente de las horas de máximo consumo que garantice la eficiencia delservicio. Los elementos de los sistemas de distribución son normalmente instalados debajo de lascalles. Su duración es muy larga y su reposición muy costosa, de modo que su periodo de diseño esinfinito y la capacidad se basa en el desarrollo máximo previsto en el área que sirve.

Se deben considerar densidades de población previstas que pueden oscilar entre 3,500 y 250,000hab/km2, regulaciones de zonificación que ayudaran a predecir la densidad de población futura yde la demanda industrial.

1.4 PLANEACION DE LOS SERVICIOS DE AGUA POTABLE Y ESTUDIOS PREVIOS ALPROYECTO.

En su sentido más amplio, se utiliza el concepto de planeación para referirse al conjunto de técnicas ymétodos que permiten organizar, jerarquizar y otorgar una secuencia temporal a las acciones y/oactividades que se realiza para lograr ciertos fines que juzga convenientes o deseables de alcanzar, apartir de cierta disponibilidad de recursos.

La formulación de un proyecto de agua potable requiere de estudios e investigaciones previas, tanto decampo como de gabinete, que permitan al ingeniero proyectista concebir con la mayor amplitud decriterio la solución o soluciones posibles a los problemas de abastecimiento de agua potable de unacomunidad.

De la cantidad y calidad de información previa que se obtenga y de su selección y procesamiento,dependerán las características, eficiencia y costo del proyecto futuro.

Las investigaciones de campo y los estudios de gabinete previos, deberán realizarse con la mayorseriedad y responsabilidad, pues de ello depende que las distintas fases o etapas de la formulación delproyecto, se realicen con eficacia y se justifiquen técnicas y económicamente.

Los estudios previos al proyecto son:

a) Estudio de población o demográfico: la terminación de las características de la población y suproyección futura, son los aspectos más importantes del análisis demográfico. Las característicasde la población se obtienen por métodos de observación directa, encuesta, estudios demográficosprevios y del análisis e interpretación de las estadísticas disponibles.

Para propósito de un proyecto de agua potable interesa conocer la población actual, la densidadde población por zonas y sus características generales como estructuras por edades y nivel degeneral ingreso. Las investigaciones de campo deben aprovecharse también para captar lascaracterísticas de vivienda y la existencia de actividades industriales, comerciales y artesanalesque aumentaría el consumo de agua potable.



Para el proyecto, la determinación de la población futura es el dato más importante, pues de surealista estimación dependerá la capacidad del sistema de agua potable. En localidades depequeño tamaño casi siempre deben formularse proyecciones propias. En todos los casos deproyección de población es deseable contar con los datos censales de tres o cuatro décadasanteriores y una versión lo mas actualizada posible de la población actual. Las proyecciones de lapoblación se formularan para determinar la población de proyecto, la que a su vez estacondicionada por el periodo económico de proyecto.

b) Estudio topográfico: son el conjunto de datos obtenidos en el campo y operaciones y calculorealizados en gabinete, que se plasman gráficamente en un plano elaborado a una escaladeterminada y que sirven para proyectar sobre él, el sistema de agua potable.

De un correcto levantamiento topográfico del terreno que refleje con precisión sus puntosprincipales, alturas, detalles y curvas de nivel, dependerá el proyecto. Por lo tanto se debe realizaruna visita de campo al sitio, con el objeto de reconocer el área perimetral y el tipo de población,así mismo, preseleccionar los tipos de fuentes de abastecimientos probables hay en el sitio.

También se puede preubicar los sitios donde se puede instalar los tanques de almacenamientos yde regulación, así como los sistemas de tratamientos. Una vez obtenida la información se procedea realizar los levantamientos topográficos de conjunto en escala de 1: 2000 – 1: 1000 (cartografíaal detalle), elaboración de planos indicando calles, avenidas, cambios de pendientes, elevaciones(altimetria a cada 1-5 m y planta perfiles de las posibles líneas de conducciones.

c) Estudio Geohidrologico: se refiere a la localización de fuentes de abastecimiento, superficialesy subterráneas según lo indiquen los estudios hidrológicos o geológicos, según su procedencia, sepuede prever la cantidad y calidad, forma de prever la contaminación, época en que se dispone demayor o menor cantidad de agua, forma y manera de disponer de esas fuentes y todo lo que lahidrologia y la geología pueda darnos respecto a la disponibilidad de agua para la localidad.

El estudio geológico de la localidad o zona de proyecto es básico para conocer el tipo de suelo ymateriales que lo componen a distintas profundidades. La forma que hay que llevarlos esmediante sondeos exploratorios en puntos seleccionados del terreno, obtener muestrasrepresentativas de los materiales y clasificarlos según los métodos que reflejen sus característicasprincipales y el tipo de excavación que será necesaria posteriormente.

d) Estudios de climatología e hidrología: tiene como propósito de recabar los datos deprecipitación y escurrimiento, vientos y temperatura que resulten indespendables para el proyectode agua potable. Estos estudios se refieren naturalmente al tipo de clima, recurriendo a losregistros de temperatura, poniendo atención a las máximas, mínimas y medias, se refiere tambiéna la dirección de los vientos dominantes, a los periodos de lluvias e intensidad de estas.

e) Estudio de aforo y tomas de muestras: se refiere a tomar con recipientes adecuados, conespeciales precauciones sanitarias y a profundidades convenientes, las muestras representativa delas fuentes. Estas muestras servirán para análisis de laboratorio para conocer las característicasfísica, químicas, bacteriológicas y microscópicas del agua . Se aforara la fuente para determinarel gasto que aportan. De esta manera sabremos la cantidad y posteriormente la calidad del aguade la fuente de se trate.



Para estos fines se llevan acabo actividades que norman el criterio del ingeniero con relación al medioen que va a operar. Estas actividades se resumen en el siguiente:

Preliminares: Categoría política. Datos históricos. Coordenadas geográficas. Ubicación.Estudio socioeconómico. Estudio de factibilidad.

Estudios de campo: Geohidrologicos. Topográficos. Climatológicos aforos y toma demuestras de aguas. Sondeos. Características de la energía eléctrica. Puntode toma de corriente. Estudio de resistividad. Zona de crecimiento futuro.Materiales y mano de obras disponibles. Transporte. Obtención de planopredial, de pavimentos, de instalación de agua potable y alcantarillado sihay, de instalaciones eléctricas, telefónicas, de gas, topográficos, etc.

De laboratorio: análisis de muestras de agua para determinación de los parámetros físicoquímicos y bacteriológicos.

De oficina: Periodo económico, estudio de población, estudio de dotación, estudiodemográfico, población de proyecto, elección de la fuente deabastecimiento, elección del tipo de tubería, datos del proyecto.

Elaboración del proyecto: Obras de captación. Línea de conducción, Obras de regulación o dealmacenamiento, Línea de alimentación, Red de distribución,potabilizacion, equipos e instalación electromecánicos, tomasdomiciliares. Hidrantes contra incendio. Especificaciones. Presupuesto yfinanciamiento. Memoria descriptiva del proyecto.



Obra de captación superficial por bombeo

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