2015

UNIVERSIDAD DEL MAGDALENA

2015

SISTEMA DE CAPTACIN PARA UN ACUEDUCTO

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DISEO DEL SISTEMA DE CAPTACIN PARA UN ACUEDUCTO

FARITH HERRERA OSPINO

DANIA CONTRERAS RODRGUEZ

MARA JARABA MEDINA

ALEXANDER VESGA TAVERA

CARLOS AUGUSTO GMEZ

ING. CIVIL

UNIVERSIDAD DEL MAGDALENA

FACULTAD DE INGENIERA

PROGRAMA DE INGENIERA CIVIL

SANTA MARTA

2015

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TABLA DE CONTENIDO

INTRODUCCIN ............................................................................................................................. 3

OBJETIVOS ..................................................................................................................................... 3

OBJETIVO GENERAL .................................................................................................................... 3

OBJETIVOS ESPECFICOS ............................................................................................................. 3

GENERALIDADES ............................................................................................................................ 3

DATOS DEL PROYECTO ................................................................................................................... 4

NIVEL DE COMPLEJIDAD DEL SISTEMA ........................................................................................... 4

POBLACIN DE DISEO .................................................................................................................. 5

PERIODO DE DISEO .............................................................................................................. 5

CAUDAL DE DISEO ....................................................................................................................... 6

DOTACIN NETA POR HABITANTE .......................................................................................... 6

DOTACIN BRUTA .................................................................................................................. 6

CAUDAL MEDIO DIARIO .......................................................................................................... 7

CAUDAL MXIMO DIARIO....................................................................................................... 7

CAUDAL DE DISEO ................................................................................................................ 7

BOCATOMA DE FONDO .................................................................................................................. 8

DISEO DE LA PRESA ...................................................................................................................... 8

DISEO DE LA REJILLA ................................................................................................................ 9

LONGITUD DE LA REJILLA Y NMERO DE ORIFICIO ................................................................... 10

NIVELES DE AGUA EN EL CANAL DE ADUCCIN ............................................................................ 11

DISEO DE LA CMARA DE RECOLECCIN.................................................................................... 12

CALCULO DE LA ALTURA DE LOS MUROS DE CONTENCIN ........................................................... 12

CALCULO DEL CAUDAL DE EXCESOS ............................................................................................. 12

CALCULO DE COTAS ..................................................................................................................... 14

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INTRODUCCIN

El acueducto es un sistema o conjunto de sistemas de irrigacin, que permite transportar agua en forma de flujo continuo desde un lugar en el que sta es accesible en la naturaleza, hasta un punto de consumo distante.

Cualquier asentamiento humano, por pequeo que sea, necesita disponer de un sistema de aprovisionamiento de agua que satisfaga sus necesidades vitales. La

solucin ms elemental consiste en establecer el poblamiento en las proximidades de un ro o manantial, desde donde se acarrea el agua a los puntos de consumo. Otra solucin consiste en excavar pozos dentro o fuera de la zona habitada o

construir aljibes. Pero cuando el poblamiento alcanza la categora de autntica ciudad, se hacen necesarios sistemas de conduccin que obtengan el agua en los puntos ms adecuados del entorno y la aproximen al lugar donde se ha

establecido la poblacin.

OBJETIVOS

OBJETIVO GENERAL

Disear el sistema de captacin de agua para el acueducto de una cuidad.

OBJETIVOS ESPECFICOS

Colocar en prctica lo aprendido en hidrulica y acueducto.

Disear la bocatoma del sistema de acueducto.

Disear los muros de contencin.

GENERALIDADES

A cualquier comunidad que se le quiera suministrar agua tratada (potable), se har necesario realizar una serie de obras hidrulicas para la captacin, el sistema de

purificacin del agua, la conduccin, el almacenamiento y la distribucin a determinada comunidad. Para cualquier sistema de abastecimiento de agua a una comunidad, implicar los

elementos siguientes: Fuente de abastecimiento. Est puede ser de aguas superficiales o

subterrneas, para el proyecto se tom como fuente de abastecimiento un ro (aguas superficiales).

Obras de captacin. Para determinar la clase de estructura que se ha de utilizar se deben tener en cuenta factores como el tipo de fuente de abastecimiento, en esta situacin se hablar de bocatoma, siendo que la

captacin es de aguas superficiales, para cuando la captacin es de aguas subterrneas se designa el nombre de pozos.

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Obras para el transporte del agua. Las condiciones del diseo dependern en primera instancia del tipo de fluido que se quiera transportar; se denomina aduccin al transporte de agua sin tratamiento (cruda), o conduccin al transporte de agua tratada (potable). Cabe anotar que dependiendo de las

condiciones topogrficas del terreno y la distancia el transporte de agua puede efectuarse en tuberas, conductos a presin o por gravedad.

Tratamiento del agua. Es conjunto de estructuras en las que se trata el agua de manera que se vuelva apta para el consumo humano.

Almacenamiento. Este es un componente muy importante para el sistema de acueducto, dado que los caudales que requiere la poblacin y el de captacin no son constantes, entonces se hace necesario y de suma importancia

almacenar agua en un tanque durante los periodos en que el suministro es menor que la demanda, y utilizar esa agua almacenada cuando la comunidad demande gran cantidad del lquido.

Distribucin. La distribucin en este caso ha de realizarse mediante una serie

de tuberas o redes de distribucin que llevarn el agua a cada domicilio.

DATOS DEL PROYECTO

Los datos suministrados para el proyecto son los siguientes: La poblacin tiene actualmente 15000 habitantes y presenta un clima clido, adems tienes una tasa de crecimiento geomtrico de 1,1%.

El rio en el cual se va captar el agua para el acueducto tiene un ancho de 6 metros, cuenta con un caudal mximo = 2,0

3/, el caudal medio del rio es = 0,7

3/ y un caudal mnimo = 0,33/, los cuales

corresponden a caudales con un periodo de retorno de 20 aos. Adems el rio se caracteriza porque transporta grava gruesa.

NIVEL DE COMPLEJIDAD DEL SISTEMA

El nivel de complejidad del sistema se establece segn en el captulo A.3 del Ttulo A Aspectos generales de los sistemas de agua potable y saneamiento bsico del RAS.

Nivel de complejidad

Poblacin en la zona urbana (habitantes)

Capacidad econmica de los usuarios

Bajo < 2500 Baja

Medio 2501 -12500 Baja

Medio alto 12501-60000 Media

Alto >60000 Alta

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Para la poblacin inicial de 15000 se puede tener un nivel de complejidad Medio

alto ya que puede ser mayor de 12501 y menor de 60000 habitantes. POBLACIN DE DISEO

Como la proyeccin de la poblacin depende del nivel de complejidad del sistema segn se muestra en la tabla B.2.1. Se calcular la poblacin utilizando uno

cualquiera de los siguientes modelos matemticos: aritmtico, geomtrico y exponencial, seleccionando el modelo que mejor se ajuste al comportamiento histrico de la poblacin.

Para este proyecto utilizaremos el mtodo geomtrico, para determinar nuestra poblacin de diseo.

El mtodo geomtrico es til en poblaciones que muestren una importante actividad econmica, que genera un apreciable desarrollo y que poseen

importantes reas de expansin las cuales pueden ser dotadas de servicios pblicos sin mayores dificultades. La ecuacin que se emplea es:

= (1 + )

=

= = = PERIODO DE DISEO

De conformidad con la Resolucin 2320 de 2009, para el caso de las obras de captacin, los perodos de diseo se especifican en la tabla B. 4.2.

Entindase como el nmero de aos durante los cuales una obra determinada ha de ofrecer con eficiencia el servicio para el cual se llev a cabo su ejecucin.

Tabla B. 4.2 Perodo de diseo segn el nivel de complejidad del sistema para captaciones superficiales

Nivel de Complejidad del Sistema Perodo de Diseo

Bajo, Medio y Medio Alto 25 Aos

Alto 30 Aos

Este proyecto puede presentar un nivel de complejidad Medio Alto lo que quiere decir que el periodo de diseo a 25 aos.

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= (1 + )

= 15000 = 1,1% = 0,011 = 25 = 15000(1 + 0,011)

25 = 19719

= 19719 .

Se verifica que el nivel de complejidad supuesto fue el correcto.

CAUDAL DE DISEO DOTACIN NETA POR HABITANTE

La dotacin neta por habitante es funcin del nivel de complejidad del sistema y sus valores mximos se deben establecer con la tabla B.2.3 del Ras mostrada a

continuacin. Tabla B.2.3 Dotacin por habitante segn el nivel de complejidad del sistema

Nivel de complejidad del sistema Dotacin

(L/hab*da) Clima templado y frio

Dotacin neta (L/hab*da) clima clido

Bajo 90 100

Medio 115 125

Medio alto 125 135

Alto 140 150

Para el presente proyecto como es de complejidad Media alta y presenta un clima

clido, le corresponde una dotacin neta de: = 135 /

DOTACIN BRUTA De acuerdo con la Resolucin 2320 de 2009 expedida por el Ministerio de

Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial, la dotacin bruta para el diseo de cada uno de los elementos que conforman un sistema de acueducto, indistintamente del nivel de complejidad, se debe calcular teniendo en cuenta la

siguiente ecuacin:

=

1 %

1 - %p

7

Dnde:

= Dotacin bruta =Dotacin neta %p: prdidas mximas admisibles

El porcentaje de prdidas mximas admisibles no deber superar el 25%.

=135

1 0,25= 180 /

CAUDAL MEDIO DIARIO El caudal medio diario, es el caudal calculado para la poblacin proyectada, teniendo en cuenta la dotacin bruta asignada. Corresponde al promedio de los

consumos diarios en un perodo de un ao y puede calcularse mediante la siguiente ecuacin:

=

86400

=19719 180

86400= 41,08

CAUDAL MXIMO DIARIO

El caudal mximo diario, QMD, corresponde al consumo mximo registrado durante 24 horas a lo largo de un perodo de un ao. Se calcula multiplicando el

caudal medio diario por el coeficiente de consumo mximo diario, 1 = 1,3 como se indica en la siguiente ecuacin:

= 1

= 1,3 41,08 = 53,4 CAUDAL DE DISEO

= 2 = 2 53,4

= , Es mayor que el caudal mnimo del rio.

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BOCATOMA DE FONDO

El agua se capta a travs de una rejilla colocada en la parte superior de una presa, que a su vez se dirige en sentido normal de la corriente.

Bocatoma de fondo vista en planta.

DISEO DE LA PRESA

El primer paso para el diseo de la bocatoma es verificar que el caudal de diseo, caudal mximo diario, sea inferior al caudal mnimo del rio en el sitio de captacin.

Para obtener el caudal mnimo del rio en el sitio de captacin se recurri a un estudio hidrolgico de la cuenca.

La presa y la garganta de la bocatoma se disean como un vertedero rectangular con doble contraccin. Su ecuacin se relaciona a continuacin.

= (

1,84)

2/3

Se supone un ancho de la presa de = 5,0.

= (0,1068

1,84 5,0)

2/3

= 0,051

Corriendo la longitud de vertimiento por las 2 contracciones laterales, tenemos: = 0,2 = 5,0 0,2 0,05 = 4,99

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La velocidad del agua al pasar sobre las rejillas es:

=

=0,1068

4,99 0,051= 0,42 /

= 0,42 / Velocidad del rio. 0,3 < 0,42 < 3,0

DISEO DE LA REJILLA La rejilla se ubica sobre el canal de aduccin que se halla dentro de la presa. La

longitud de la rejilla y por ende la del canal de aduccin, pueden ser menor que la longitud de la presa o el ancho de la garganta, lo cual depende de las necesidades del caudal que se ha de captar.

El canal de aduccin recibe el agua a travs de la rejilla y entrega el agua captada a la cmara de recoleccin.

Aplicando la ecuaciones del alcance del chorro para hallar el ancho del canal de aduccin.

= 0,362/3

+ 0,64/7 Alcance filo superior

= 0,184/7

+ 0,743/4 Alcance filo inferior

= 0,36(0,42)23 + 0,6(0,051)

47 = 0,31

= 0,18(0,42)47 + 0,74(0,051)

37 = 0,19

El ancho del canal de aduccin seria:

= + 0,10 = 0,31 + 0,10 = 0,41 = 0,41 0,45 > 0,4

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LONGITUD DE LA REJILLA Y NMERO DE ORIFICIO

Lo barrotes sern de dimetro (0,0191 m) con una separacin de 10 cm teniendo en cuenta que trasporta grava gruesa. La velocidad entre barrotes se

supone de = 0,15 /. El flujo es paralelo a las barras k = 0,9

rea neta

=

=

0,1068

0,9 0,15= 0,791 2

= =

=( + )

=

0,791(0,10 + 0,0191)

0,10 0,45

= 2,09 2,1 Recalcando el tenemos:

=0,1

0,1 + 0,0191 0,45 2,1

= 0,793

2

El nmero de orificios es:

=

=

0,793

0,1 0,45= 17,6

Se adoptaran 18 orificios separados de 10 cm cada uno.

= 0,1 0,45 18 = 0,81

2

=0,1068

0,9 0,81= 0,146 < 0,15

=0,81(0,1 + 0,0191)

0,1 0,45= 2,14 > 0,7

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NIVELES DE AGUA EN EL CANAL DE ADUCCIN

Aguas abajo

= = (2

2)

1/3

= (0,10682

9,81 0,452)

1/3

= 0,179

= =

Aguas arriba

= + = = 0,41 = 2,14 + 0,41 = 2,55 = 2,55

0 = [22 + (

3

)2

]

1/2

2

3

El canal de captacin debe tener una pendiente = 3%

0 = [2 0,1792 + (0,1792

0,03 2,55

3)

2

]

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2

3 0,03 2,55

0 = 0,245 La atura total aguas arriba canal es: = 0 + BL (borde libre=0,15 m).

0 = 0,245 + 0,15 = 0,395 Altura total aguas abajo

= 0 + = 0,395 + 0,03 2,55 = 0,47 La velocidad del agua al final del canal es:

=

=

0,1068

0,45 0,179= 1,33 / 0,3 < 1,33 < 3

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DISEO DE LA CMARA DE RECOLECCIN

= 0,362/3

+ 0,64/7

= 0,36(1,33)2/3 + 0,6(0,179)4/7 = 0,66

= 0,184/7

+ 0,744/7

= 0,18(1,33)4/7 + 0,74(0,179)3/4 = 0,415

= + 0,3

= 0,66 + 0,3 = 0,96 Para facilitar el acceso y mantenimiento, se toma una cmara de = 1,2 por 1,5 de lado.

Segn el RAS el borde libre debe ser tomado entre (15 30), se tomar como = 15. Se supone un valor de profundidad de 0,6, el cual se verifica una vez realizado el diseo de adiccin al desarenado.

CALCULO DE LA ALTURA DE LOS MUROS DE CONTENCIN Tomando el caudal mximo del rio de 2,0 3/ la altura de la lmina de agua en la garganta de la bocatoma ser:

= (

1,84)

2/3

= (

1,84)

2/3

= (23/

1,84 5)

2/3

= 0,36

Dejando un borde libre de 44 centmetro por lo cual la altura de los muros ser de

0,8 metros. CALCULO DEL CAUDAL DE EXCESOS

El caudal de exceso se calcula teniendo en cuenta que sobre la rejilla de la bocatoma para un caudal mayor que el caudal de diseo.

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El caudal medio del rio de 0,73/ . La altura de la lmina de agua en la garganta y el caudal de excesos son:

= (0,7

1,84 5)

2/3

= 0,18 ()

Caudal captado

= 2

= = 0,3 = (

2) = ()

= 0,3 0,812 9,81 0,18 = 0,45673/

Caudal de excesos

El caudal de exceso ser la diferencia entre el caudal captado a travs de la rejilla y el caudal de diseo.

=

= 0,4567 0,1068 = 0,3499

3/ Altura de veredero de excesos

Las condiciones en el vertedero de exceso son:

= (

1,84)

23

= (0,35

1,84 1,2)

23

= 0,29

=

=

0,35

0,29 1,2= 1,01/

Tanque de exceso

= 0,36 (1,01)23 + 0,6(0,29)

47 = 0,66

El vertedero de excesos estar colocado a 1 m = (0.70 + 0.3 m) de la pared aguas

debajo de la cmara de recoleccin, quedando aguas arriba del mismo a una distancia de 0.5 m = (1.50 - 1 m).

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CALCULO DE COTAS

El fondo del rio en la captacin es de = 300 Lamina sobre la presa

= 100,00 + 0,05 = 100,05 = 100,00 + 0,36 = 100,36 = 100,00 + 0,18 = 100,18

Corona de los muro de contencin = 100,00 + 0,80 = 100,80 Canal de aduccin:

= 100,00 0,40 = 99,60 = 100,00 0,47 = 99,53 = 99,60 + 0,25 = 99,85 = 99,53 + 0,18 = 99,71

Cmara de recoleccin:

= 99,53 0,15 = 99,38 = 99,38 0,29 = 99,09 = 99,09 0,60 = 98,49

Adoptamos en esta etapa de diseo un valor de 60 cm, correspondientes a las prdidas de aduccin de la bocatoma al desarenador. Este valor se verificara en el

diseo de la tubera de aduccin. Tubera de excesos

= 98,49 = 96,50 = 96,65 + 0,30 = 96,95

ANEXOS