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Universidad de San Carlos de Guatemala Facultad de Ingeniería Escuela de Ingeniería Civil
DISEÑO DE LA AMPLIACIÓN DEL SISTEMA DE ABASTECIMIENTO DE
AGUA POTABLE Y ORGANIZACIÓN DE LA OFICINA MUNICIPAL DE
PLANIFICACIÓN DEL MUNICIPIO DE SUMPANGO SACATEPÉQUEZ
EDGAR RENÉ CHIS ANONA
Asesorado por Ing. Manuel Alfredo Arrivillaga Ochaeta
Guatemala, octubre de 2005
PLUS ULTRA
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I UAC OLARC
ACA
UNIVERSIDAD DE SAN CARLOS DE GUATEMALA
FACULTAD DE INGENIERÍA
DISEÑO DE LA AMPLIACIÓN DEL SISTEMA DE ABASTECIMIENTO DE
AGUA POTABLE Y ORGANIZACIÓN DE LA OFICINA MUNICIPAL DE
PLANIFICACIÓN DEL MUNICIPIO DE SUMPANGO SACATEPÉQUEZ
TRABAJO DE GRADUACIÓN
PRESENTADO A JUNTA DIRECTIVA DE LA
FACULTAD DE INGENIERÍA
POR
EDGAR RENÉ CHIS ANONA
ASESORADO POR ING. MANUEL ALFREDO ARRIVILLAGA OCHAETA
AL CONFERÍRSELE EL TÍTULO DE
INGENIERO CIVIL
GUATEMALA, OCTUBRE DE 2005
UNIVERSIDAD DE SAN CARLOS DE GUATEMALA
FACULTAD DE INGENIERÍA
NÓMINA DE JUNTA DIRECTIVA
DECANO Ing. Murphy Olympo Paiz Recinos
VOCAL I
VOCAL II Ing. Amahán Sánchez Álvarez
VOCAL III Ing. Julio David Galicia Celada
VOCAL IV Br. Kenneth Issur Estrada Ruiz
VOCAL V Br. Elisa Yazminda Videz Leiva
SECRETARIA Inga. Marcia Ivonne Véliz Vargas
TRIBUNAL QUE PRACTICÓ EL EXAMEN GENERAL PRIVADO
DECANO Ing. Sydney Alexander Samuels Milson
EXAMINADOR Ing. Manuel Alfredo Arrivillaga Ochaeta
EXAMINADOR Ing. Luis Gregorio Alfaro Véliz
EXAMINADOR Ing. Carlos Salvador Gordillo García
SECRETARIO Ing. Pedro Antonio Aguilar Polanco
HONORABLE TRIBUNAL EXAMINADOR
Cumpliendo con los preceptos que establece la ley de la Universidad de San Carlos de Guatemala, presento a su consideración mi trabajo de graduación titulado:
DISEÑO DE LA AMPLIACIÓN DEL SISTEMA DE ABASTECIMIENTO DE
AGUA POTABLE Y ORGANIZACIÓN DE LA OFICINA MUNICIPAL DE
PLANIFICACIÓN DEL MUNICIPIO DE SUMPANGO SACATEPÉQUEZ
Tema que me fuera asignado por la Dirección de la Escuela de Ingeniería Civil, con
fecha 22 de agosto de 2003.
Edgar René Chis Anona
AGRADECIMIENTOS A:
Dios Por darme fortaleza y sabiduría, para culminar mi carrera.
La Universidad de San Carlos de Guatemala. La Facultad de Ingeniería de la Universidad de San Carlos de Guatemala. Ing. Manuel Alfredo Arrivillaga Ochaeta Por compartir sus conocimientos durante la asesoría del presente trabajo de graduación.
DEDICATORIA A:
MIS PADRES Emiliano Chis López y María Antonia Anona por el apoyo incondicional brindado durante toda mi vida estudiantil. MI ESPOSA E HIJAS Luisa, Emy y Lourdes Por su paciencia en la etapa final de mi carrera. MIS HERMANAS Antonieta, Lidia y Angélica Gracias por el apoyo brindado. AGRADECIMIENTO ESPECIAL A: Rodrigo Chis López Que Dios lo bendiga por todo el apoyo dado. Santos Cubur Escobar Alcalde Municipal de Sumpango Sacatepéquez, por todo su apoyo en la elaboración de este documento.
ÍNDICE GENERAL
LISTA DE SÍMBOLOS I
GLOSARIO IV
RESUMEN VI
OBJETIVOS VII
INTRODUCCIÓN VIII
CAPÍTULO I
1. Monografía del Municipio…..……………….………….………….…….….….1
1.1 Ubicación………………………………………..……………….............1
1.2 Localización………….………………………….……………………….1
1.3 Extensión territorial……………………………………………………...1
1.4 Vías de acceso…………….…………………………...............................1
1.5 Aspecto climatológico………………………….………………….…….2
1.6 Límites…………………………………………….……………………..2
1.7 Topografía del terreno………………………….…………………….….2
1.8 Tipos de vivienda…………………………….….…………………….…2
1.9 Servicios públicos………….……………….……………………...….....2
1.10 Economía……………………………………...………………………...3
1.11 Demografía……………………………………………………………...3
CAPÍTULO 2
2. Diseño del sistema de agua potable…………..……………………………..…4
2.1 Abastecimiento de agua potable...……………..……………………………4
2.1.1 Antecedentes………………..……………..……………………….....4
2.1.2 Fuentes de abastecimiento……………………………………………4
2.1.3 Aforo de las fuentes de abastecimiento………….…………………....4
2.1.4 Funcionamiento del sistema actual………....………………………...5
2.1.5 Descripción del sistema de ampliación………..…..………….............5
2.2 Sistema de agua potable…...……………………………………….……....5
2.3 Calidad del agua…………………………………………………………....6
2.3.1 Análisis físico-químico………………...………………………….....6
2.3.2 Análisis bacteriológico……………………………………...………..6
2.3.3 Análisis de resultados………...…………………………………...…7
2.4 Levantamiento topográfico……………….…………………............……...7
2.5 Cálculo de población……...……………..……………………..........…..…9
2.5.1 Método de crecimiento aritmético……...…………...……...........…..9
2.5.2 Método de crecimiento geométrico…………………...…………….10
2.6 Diseño del sistema de abastecimiento…………………..…...………….....11
2.6.1 Período de diseño................................................……...……..…......11
2.6.2 Caudal de diseño………..……………………...……………….…..12
2.6.3 Bases de diseño……………………….…….……………..……….12
2.7 Diseño de la línea de conducción por bombeo del primero y
segundo tramo………………………………………………………….....15
2.8 Diseño de caseta de bombeo………………………………….……….......34
2.9 Diseño de tanque de descarga del primer tramo………….…………….....35
2.10 Diseño del tanque de distribución……………………….………….….....35
2.11 Sistema de cloración…………………………………………………...…71
2.12 Gastos de operación y mantenimiento………….…………………..….…72
2.13 Planos…………..……………………………………………….……......74
2.14 Presupuesto………………………………………...……………….........74
3. Organización de la oficina municipal de planificación...……………………..76
3.1 Descripción de la oficina municipal de planificación…………………….76
3.2 Funciones de la oficina municipal de planificación OMP……...………...76
3.2.1 Funciones de la OMP en el marco de las nuevas leyes………..…...77
3.2.2 Apoyo técnico para la OMP para los concejos de
desarrollo urbano y rural……………..……………………….…....77
3.3 Equipo municipal de planificación…………...…………………………..78
3.3.1 Perfil y atribuciones del personal de la OMP…………………..…..78
3.4 Instalaciones de la oficina municipal de planificación……...……………82
3.5 Alternativas de financiamiento para el funcionamiento de la OMP……...82
3.6 Presupuesto……...……………………………………………………......83
CONCLUSIONES…………………………………………………………..86
RECOMENDACIONES………………………………………..………..….87
BIBLIOGRAFÍA………………………………………………...……….…88
ANEXOS
ANEXO “A” – Análisis del Agua
ANEXO “B” - Cuadro de presiones
ANEXO “C” – Planos
LISTA DE SÍMBOLOS
As = Área de acero b = Base Bv = Base de la viga cal = Calibre Ca(-) = Coeficiente ACI, del lado menor para momento negativo Cam(+) = Coeficiente ACI, del lado menor para momento positivo, producido por la carga muerta. Cav(+) = Coeficiente ACI, del lado menor para momento positivo producido por la carga viva. Cb(-) = Coeficiente ACI, del lado mayor para momento negativo. Cbm(+) = Coeficiente ACI, del lado mayor para momento positivo, producido por carga muerte. Cbv(+) = Coeficiente ACI, del lado mayor para momento positivo, producido por carga viva. cm = centímetro (s) d = Peralte efectivo de losa o viga Dec = Diámetro económico Es = Módulo de elasticidad del acero F’c = Resistencia a la compresión especificada del concreto. fi = Ángulo de fricción interna (suelos) Fi = Factor de reducción de resistencia fs = Capacidad soporte del suelo
I
FS = Factor de seguridad Fu’ = Franja unitaria (un metro) Fy = Resistencia especificada a la fluencia del acero de refuerzo. Hf = Pérdida de carga Hmen = Pérdidas de carga menores Hv = Altura de la viga Kg = Kilogramo Lts. = Litros L = Luz Lb. = libras LMA = Límite máximo aceptable. LMP = Límite máximo permisible m = Metro m² = Metro cuadrado m³ = Metro cúbico m.c.a = Metro columna de agua msnm = Metros sobre el nivel del mar pH = Potencial de hidrógeno (acidez o alcalinidad del agua) psi = Libra por pulgada cuadrada Qb = Caudal de bombeo Qm = Caudal medio
II
QDM = Caudal de día máximo QHM = Caudal de hora máxima Roa = Densidad del agua Roc = Densidad del concreto Rom = Densidad del muro ton = Tonelada métrica
III
GLOSARIO
Acabados Son trabajos de albañilería, que tienen por objetivo la Protección de la estructura y la apariencia final de la obra. Acuífero Depósito de agua que satura el suelo. Agua Potable Es aquella que por sus características de calidad, es adecuada para el consumo humano o aquella que no contiene micro-organismos patógenos ni substancias tóxicas que causen enfermedad alguna, y además agradable a los sentidos. Caudal Volumen del fluido en la unidad de tiempo.
Cloración Aplicación de cloro con fines de desinfección. Coniforme Grupo de bacterias no patógenas que habitan en el tracto humano. Columna de agua Carga de presión; la altura se utiliza para representar la distancia vertical de la superficie libre hasta el punto en cuestión. Consumo Volumen de agua utilizado. Dotación Volumen de agua proporcionada a cada persona. Dureza Es el término utilizado para expresar el contenido en el agua de compuestos de calcio y magnesio causantes de consumos de jabón e incrustaciones en la tubería. Estiaje Término hidrológico que se refiere al manantial cuando éste se encuentra en su nivel mínimo.
IV
Manantial Lugar donde un manto acuífero aflora a la superficie. Patógeno Que causan enfermedad. Pérdida de carga Es la energía por masa unitaria de agua a causa de la resistencia superficial de flujo del conducto. Turbiedad Cantidad de partículas en suspensión en un curso de agua.
V
RESUMEN
El presente trabajo del Ejercicio Profesional Supervisado consiste en el estudio
de factibilidad de dos proyectos siendo los siguientes; ampliación del sistema de
abastecimiento de agua potable organización de la oficina municipal de planificación
del municipio de Sumpango Sacatepéquez.
El informe que a continuación se presenta esta formado por dos capítulos. En el
primero se encuentra la fase de investigación donde se presenta la monografía del
municipio de Sumpango Sacatepéquez y el segundo se encuentra la fase de servicio
técnico profesional donde se presenta la forma en que se diseñaron los diferentes
proyectos. El diseño del proyecto de agua potable es básicamente un línea de
conducción por bombeo con un caudal de 15.00 lts./seg. y una altura de impulsión de
300.00 mts. desde el punto de captación, por lo que fue necesario dividir en dos tramos
de 150 mts. de altura para cada tramo, para lo cual se diseñaron todos los componentes
de dicho sistema como captaciones, casetas de bombeo, línea de conducción y tanque de
almacenamiento presentando los diseños a través de memorias de calculo y planos,
además se calcularon los presupuestos ejecución y operación del proyectos lo cual sirvió
para el calculo de la que debiera dotar la municipalidad para garantizar el buen
funcionamiento del proyecto.
La propuesta de la organización de la Oficina Municipal de Planificación es otro
de los proyectos donde se consideraron dos aspectos, siendo los siguientes; el recuro
humano y el recurso económico de la municipalidad de Sumpango Sacatepéquez,
considerando estos aspectos se pudo determinar la cantidad de personal con que la
oficina pueda contar y a la vez las obligaciones y atribuciones del personal de la oficina
municipal de planificación consecuentemente se realizaron los presupuestos de creación
y de operación de la misma.
VI
OBJETIVOS
General
• Diseñar la ampliación del sistema de abastecimiento de agua potable y la organización de la oficina municipal de planificación del municipio de Sumpango Sacatepéquez.
Específicos
• Realizar un diagnóstico de las prioridades en cuanto a servicios básicos e infraestructura de la comunidad.
• Mejorar el servicio de agua potable a la población.
• Proveer soporte técnico y asesoría, a la corporación municipal en la toma de
decisiones para la solución de problemas y necesidades.
VII
INTRODUCCIÓN
El siguiente trabajo de graduación, titulado “Diseño de la ampliación del
abastecimiento de agua potable y organización de la oficina municipal de planificación
del municipio de Sumpango Sacatepéquez” , describe en el primer tema cómo se diseñan
los sistemas de conducción de agua potable por bombeo, captados desde nacimientos, y
el segundo, la organización de la oficina municipal de planificación, como medio de
fortalecimiento de la administración municipal en los proyectos de infraestructura.
El proyecto de agua potable, básicamente es una ampliación del sistema de
conducción desde el lugar denominado “Los Encuentros”, que actualmente abastece a la
comunidad, siendo el caudal de bombeo de 15.00 litros /seg. obedeciendo a la demanda
de la población, para lo cual se diseñaron las captaciones, las casetas de bombeo, la línea
de conducción y el tanque de almacenamiento.
También se presenta el presupuesto para ambos proyectos, sobre todo el de
funcionamiento de la oficina municipal de planificación.
VIII
1
1.Monografía del Municipio
1.1 Ubicación
El municipio de Sumpango Sacatepéquez, se encuentra ubicado en el
departamento de Sacatepéquez, que pertenece a la zona central de la republica de
Guatemala, dentro de una depresión de una barranca que se extiende en la parte sureste
de la cuenca que va de Chimaltenango.
1.2 Localización
Sumpango se localiza aproximadamente a 14°42’00” de latitud y 90°45’00” de
longitud, con una altura de 1,890 metros sobre el nivel del mar.
1.3 Extensión territorial
Se tiene una extensión territorial de 40 kilómetros cuadrados, siendo el 6% el
área poblada, el 55% área cultivada y el 39% área boscosa.
1.4 Vías de acceso
Como principal vía de acceso se cuenta con la carretera interamericana (CA-1
Oeste) que comunica con la ciudad capital, que se encuentra a 42kms. y a 22 de la
cabecera departamental.
2
1.5 Aspectos climatológicos
El municipio de Sumpango registra generalmente un clima muy templado de
aproximadamente 20°C aunque en época de verano incrementa a 22°C y a finales de
año baja hasta 15°, considerando que la precipitación pluvial anual es de 1,000
milímetros.
1.6 Límites
Colinda al norte con Santo Domingo Xenacoj (Sacatepéquez); al este con
Santiago Sacatepéquez y San Bartolomé Milpas Altas (Sacatepéquez); al sur con
Pastores y Jocotenango (Sacatepéquez) y al oeste con El Tejar (Chimaltenango).
1.7 Topografía del terreno
La topografía del terreno es bastante accidentada, siendo el relieve en su mayoría
ondulado a quebrado, principalmente la cabecera municipal.
1.8 Tipos de vivienda
La tipología de vivienda es muy generalizada con muros de block y concreto
reforzado, ya que en el terremoto de 1976 fueron destruidas la casas con muros de adobe
y techos de teja, actualmente el 75% son hechas con muros de block reforzados con
concreto armado y una cubierta de concreto armado, el 20% muros de block y cubierta
de lamina galvanizada y el 5% están hechas tanto como muro y cubierta de lamina.
1.9 Servicios públicos
La comunidad actualmente cuenta con los siguientes servicios públicos:
a. Agua potable: que es administrado por la municipalidad.
b. Drenaje sanitario: que es otro servicio municipal.
c. Energía eléctrica: éste lo provee la empresa eléctrica de Guatemala.
d. Teléfono: este servicio es prestado por varias empresas de comunicación.
3
e. Salud: se cuenta con un puesto de salud que es capaz de servir al 50% de la
población.
1.10 Economía
Como fuente de ingreso principal se tiene el cultivo de productos no tradicionales
como por ejemplo la mora, la arveja china, ejote chino y brócoli, ya que estos productos
son exportados, por otro lado también se tienen los productos tradicionales como el
tomate, gu/icoy, frijol y maíz, todos estos constituyen la forma de ingreso del 55% de la
población dedicada a la agricultura, el 35% son trabajadores asalariados que emigran a
la capital y a otros municipios aledaños y el 10% comerciantes.
1.11 Demografía
La población urbana de Sumpango Sacatepéquez es de 18,910 habitantes (censo
poblacional 2002 INE) con una tasa de crecimiento de 3%, siendo el 95% de la
población indígena y el resto que es el 5% no indígena.
4
2. Diseño del sistema de agua potable.
2.1 Abastecimiento de agua potable.
2.1.1 Antecedentes
Actualmente el sistema de agua potable está conformado por varias fuentes de
abastecimiento ubicadas en diferentes puntos del municipio, entre éstas se encuentran
tres pozos perforados y dos nacimientos, cada uno de éstos se ha venido generando con
forme ha sido necesario, mas sin embargo, dichas fuentes siguen siendo insuficientes
debido al alto crecimiento poblacional y a que uno de los pozos ha reducido su caudal,
causando mayor demanda en la red de distribución.
2.1.2 Fuentes de abastecimiento
En el municipio de Sumpango aun se cuentan con lugares donde existen
nacimientos caudalosos, siendo uno de ellos el lugar denominado “Los Encuentros”, de
donde nacen 5 nacimientos, en un predio de 4500 metros cuadrados, localizándose a
5.00 kilómetros de la comunidad, de donde se planifica captar el agua para el estudio de
este proyecto.
2.1.3 Aforo de las fuentes de abastecimiento.
Los aforos respectivos fueron realizados en la época de estiaje, resultando un
caudal disponible de 17.656 l/seg., con los siguientes datos:
Nacimiento vecino: 10.88 l/seg.
Nacimiento dos: 1.28 l/seg.
Nacimiento tres: 0.574 l/seg.
Nacimiento cuatro: 3.746 l/seg.
Nacimiento cinco: 1.176 l/seg.
5
2.1.4 Funcionamiento del sistema actual.
Actualmente el sistema está bombeando 15.44 l/seg., éste fue diseñado hace
aproximadamente 30 años por la Dirección General de Obras Públicas y a pesar que
tiene el tiempo suficiente para considerarlo como proyecto caducado sigue funcionando
ya que la tubería en su totalidad es de acero fundido con una vida útil de 50 años,
únicamente se ha cambiado el equipo de bombeo.
2.1.5 Descripción del sistema de ampliación.
Considerando que el sistema de ampliación es en la línea de conducción y ésta
tiene una altura desde el terreno hasta el tanque de distribución de 295.28 metros, por lo
que el diseño hidráulico obedeció a que el proyecto se dividiera en dos tramos, siendo el
primero desde la fuente de captación, que se localiza en el fondo de un barranco, hasta
una altitud de 163.482 mts., donde se localizara un tanque que servirá para descargar y
luego desde ahí bombearlo hasta el tanque de distribución, donde además de este nuevo
tanque se localizan los tanques que actualmente surten a la población, donde el predio
se localiza a una altitud de 135.80 mts desde donde inicia este segundo tramo.
2.2 Sistema de agua potable.
El sistema está formado por los elementos que intervienen para poder abastecer
de agua potable al sistema, siendo los más importantes:
• Nacimiento
• Captación
• Casetas de bombeo
• Equipo de bombeo
• Línea de conducción para los dos tramos
• Tanque de descarga o almacenamiento del primer tramo.
• Tanque de distribución.
• Hipoclorador
6
2.3 Calidad del agua.
Debido a que la captación se construirá en un predio donde existen varios
nacimientos, razón por la cual se tomaron muestras de las fuentes más importantes,
considerando que la calidad natural del agua varía de un lugar a otro.
Para garantizar que el agua pueda ser usada para el consumo humano es
necesario verificar que cumpla con los requisitos mínimos establecidos por las normas
COGUANOR NGO 29-001.
2.3.1 Análisis físico-químico.
Este análisis físico permite determinar temperatura, turbiedad, color, sabor y
olor. Todas, excepto la temperatura son evaluadas en el laboratorio: el análisis químico
determinan la cantidad de amoniaco, nitritos, nitratos, cloro residual, magnesio, cloruros,
fluoruros, sulfatos, hierro, dureza, sólidos totales, sólidos volátiles, sólidos fijos, sólidos
en suspensión, sólidos disueltos y pH (potencial de hidrógeno).
2.3.2 Análisis bacteriológico
Este análisis es fundamental para determinar las condiciones bacteriológicas del
agua desde el punto de vista sanitario. Los gérmenes patógenos (coliformes fecales) y
parásitos intestinales (Trematodos y Dematodos) son los que pueden transmitir
enfermedades, por lo tanto, el agua debe estar exenta de ellos.
Los exámenes bacteriológicos permiten obtener información sobre dos
indicadores de presencia de agentes patógenos: la cuenta bacteriana y el índice
coliforme.
• La cuenta bacteriana es el número de bacterias que se desarrollan en agar nutritivos
por 24 horas, a una temperatura de 35°C.
7
• El índice cóliforme consiste en la determinación del número de bacterias que son de
origen intestinal.
La cuenta bacteriana y el índice cóliforme permiten determinar la calidad sanitaria
del agua para luego darle el tratamiento necesario.
2.3.3 Análisis de resultados
Análisis físico químico.
Se determinaron las características físicas del agua tales como el aspecto el color,
el sabor, el olor, la turbidez, ph y la dureza, Tomando en cuenta los resultados que se
presentan en el apéndice 1, se concluye que desde el punto de vista físico químico
sanitario el agua se encuentra dentro de los límites máximos permisibles.
El examen bacteriológico indica el número más probable de gérmenes coliformes
(grupo coli-aerogenes) mayor que 2.0 coliformes en 100 cm³ de agua, lo que se
interpreta como que esa muestra no satisface la norma de calidad, es decir,
bacteriológicamente el agua no es potable, lo cual implica que el sistema debe tener un
tratamiento de desinfección, el cual se tratará en el inciso 2.1.14 de este trabajo de
graduación.
2.4 Levantamiento topográfico.
Los datos topográficos permiten proporcionar información de las características
naturales y artificiales del área donde se pretende hacer el proyecto. Con la ayuda de un
teodolito, trípode, estadal, cinta métrica y plomadas, como equipo topográfico, y como
recurso humano dos cadeneros, se realizó el levantamiento topográfico para dicho
proyecto.
8
ALTIMETRÍA
Los procedimientos altimétricos tienen por objeto, la determinación de las
elevaciones (niveles) de los puntos, o estaciones estudiadas.
Para determinar la diferencia de nivel entre dos puntos se utilizará la siguiente
fórmula:
D.N.= 100 ∆H (1/2 SEN 2β)
Donde:
D.N.= Diferencia de nivel entre dos puntos.
∆H= Diferencia, en metros, de lectura de hilo superior con el hilo inferior.
β= ángulo vertical.
PLANIMETRÍA
Para determinar la alineación y la proyección del terreno, sobre un plano
horizontal se utilizó el método de conservación de azimut.
Para determinar la distancia horizontal entre dos puntos se utiliza la siguiente
fórmula:
D.H.= 100 ∆H cos²α
De donde:
D.H.= Distancia horizontal, en metros, entre dos puntos.
α= Ángulo vertical.
∆H= diferencia, en metros, de lectura de hilo superior con el hilo inferior.
9
2.5 Calculo de población
El número de habitantes de cualquier población varía en función del tiempo,
generalmente se usan modelos matemáticos para determinar la población a futuro o para
el periodo de diseño de cualquier proyecto, entre estos modelos están el método de
crecimiento aritmético y el método de crecimiento geométrico.
Para este caso, como es una ampliación en el sistema de conducción que servirá
para reforzar el sistema actual, se determinó que en un futuro no muy lejano se
sectorizarán los sistemas, por lo tanto considerando estos criterios se determinó que en
cada local de habitación viven un promedio de 5.5 personas (datos obtenidos en el
último censo), considerando que el sector a beneficiar tiene 847 viviendas, como
resultado de estos datos se obtuvo una población actual de 4658 habitantes,
considerando este resultado como población actual para el desarrollo del presente
trabajo.
2.5.1 Método de crecimiento aritmético.
Gráficamente este método experimenta una línea recta, de donde se obtiene la
información requerida para el periodo deseado y para lo cual se procede a seguir los
siguientes pasos:
a. Se comparan los datos de los censos, por parejas.
b. Se calcula la pendiente de la línea recta, que representa el comportamiento de
crecimiento en este modelo.
c. Con dicha pendiente, y los valores de población; se calcula la población teórica
para el año de referencia.
d. Se procede a calcular la diferencia entre la población teórica y la población real.
e. Se hace lo mismo para todas las parejas relacionadas.
10
La fórmula empleada para este método es:
Método de crecimiento aritmético: )(
))((
22
2122 tt
ttPPPPn n
−+= −−
de donde.
Pn= población futura en un tiempo, n = 22 años. (2 años de trámite más 20 años de vida
útil del proyecto)
P2 = población del último censo. (2004)
P1 = población del censo anterior al último censo, (2002)
tn = fecha a la que se desea la población futura.
t1 = fecha del censo anterior al último censo.
t2 = fecha del último censo realizado.
HABITANTESP 6649)20042004(
)20242026)(44774658(465822 =−
−−+=
2.5.2 Método de crecimiento geométrico.
Ese método consiste en determinar la tasa de crecimiento poblacional del area o
sector en estudio y así poder proyectar la población para determinado periodo.
La fórmula empleada para este método es el siguiente.
Pn =P2*(1+i)ⁿ
De donde:
Pn = población futura en un tiempo, n = 22 años.
P2 = población del último censo o población actual, 4658 habitantes, según datos
obtenidos en el sector.
i = tasa de crecimiento. (2% según el INE)
n = número de años del periodo de diseño. (22 años)
11
Pn = 4658*(1+0.02)22 = 7201 habitantes.
2.6 Diseño del sistema de abastecimiento.
El sistema de abastecimiento consiste en determinar el abastecimiento al tanque
de distribución siguiendo las normas recomendadas por Instituto de Fomento Municipal
a través de la Unidad Ejecutora del Programa de Acueductos Rurales
(INFOM/UNEPAR) en la Guía para el Diseño de Abastecimiento de Agua Potable a
Zonas Rurales las cuales son el resultado de experiencias sobre la materia durante
muchos años, tanto del sector privado como del público sin dejar por un lado las tres
condiciones fundamentales de proporcionar a las poblaciones en lo que a agua
corresponde:
1) En la cantidad necesaria,
2) Con la calidad adecuada y
3) Con la garantía de un servicio permanente.
Para que la alimentación del tanque sea eficiente se deberá diseñar primero la
línea de conducción y luego el sistema de bombeo.
2.6.1 Período de diseño
Se entenderá por período de diseño, al tiempo durante el cual , el proyecto debe
funcionar en óptimas condiciones, por lo que deben considerarse los siguientes factores:
a) el tiempo durante el cual la obra dará servicio a la población.
b) durabilidad del material a utilizar,
c) los costos y las tasas de interés vigentes,
d) crecimiento de la población, incluyendo posibles cambios en los desarrollos de la
comunidad.
e) facilidad o dificultad para hacer ampliaciones o adiciones a las obras existentes o
planeadas, incluyendo una consideración de su localidad.
12
• Obras civiles.....................................................................20 años
• Equipos mecánicos...........................................................5-10 años
2.6.2 Caudal de diseño
Para determinar el caudal de diseño se consideran los siguientes factores:
• El tipo de comunidad: se tiene una densidad de vivienda de 5.50 habitantes por casa;
construcciones de block; los habitantes se dedican a la agricultura; siendo el maíz, el
frijol, el güicoy y el tomate los principales cultivos.
• Consumo doméstico: durante el censo se midieron los utensilios que utilizan para
almacenar el agua que consumen durante el día y se calculó que en promedio utilizan
120 litros por habitante, por día.
• El clima: debe tomarse en cuenta la temperatura promedio del lugar para determinar
la dotación de la oblación, el clima es templado.
• Capacidad de la fuente: se determinó al realizar el aforo de los nacimientos,
utilizando de Método volumétrico, el cual consiste en tomar el tiempo de llenado de
un recipiente del volumen conocido y luego determinar la capacidad del nacimiento
en litros por segundo, para el efecto, se utilizó un bote de 20 litros y un cronómetro,
obteniendo el caudal requerido de 15 litros por segundo.
2.6.3 Bases de diseño.
Para el diseño del proyecto de agua potable se tomará en cuenta los siguiente:
• Población actual, 4658 habitantes.
13
• Población futura, 7201 habitantes.
• 846 servicios domiciliares.
• Línea de conducción o de descarga por bombeo.
• Período de diseño 22 años, considerando dos años para trámites y 20 años de
funcionamiento del sistema.
• Dotación de 120 litros por habitante por día.
• Presión mínima de 14 metros columna de agua.
• Presión máxima de 40 metros columna de agua.
• Debido a que la topografía del terreno tiene grandes diferencias de nivel, la
tubería a utilizar será HG tipo liviano y PVC (315, 250 Y 160 PSI)
• Período de diseño para la bomba, 10 años.
• Período de diseño para el tanque de distribución, 20 años.
• Velocidad mínima del agua dentro de la tubería, 0.55 m/s
• Velocidad máxima del agua dentro de la tubería, 2.40 m/s
Las presiones deben estar dentro de los límites permisibles para que llegue agua por
lo menos a una casa de tenga dos niveles (5 metros de alto) y que la tubería pueda
14
resistir la presiones del sistema. El inciso 4.8.3 de las normas de la Guía para el
diseño de abastecimiento de agua potable a zonas rurales INFOM/UNEPAR: dice
en consideración a la menor altura de las edificaciones medios rurales las presiones
tendrán los siguientes valores:
Mínima 10 metros (presión de servicio)
Máxima 40 metros (presión de servicio)
Presión Hidrostática: máxima 80 metros. En este caso deberá
prestarse atención a la calidad de las válvulas y accesorios, para
evitar fugas cuando el acueducto está en servicio.
15
2.7 Diseño de la línea de conducción por bombeo del primero y segundo tramo.
Línea de conducción del primer tramo
El cálculo de la línea de conducción del primer tramo, que va desde la caja
reunidora de caudales, donde se encuentra la estación de bombeo, hasta el tanque de
descarga del primer tramo, con una diferencia de nivel 163.482 metros. La conducción
se diseñó con tubería HG y PVC de diferentes presiones.
Para realizar el diseño del sistema de los dos tramos se requiere considerar
algunos criterios entre éstos están:
En una línea de conducción por bombeo, la diferencia de elevación es carga a
vencer y se verá incrementada en función de la selección de diámetros menores y,
consecuentemente, ocasionará mayores costos de equipos y energía. Por tanto, cuando
se tiene que bombear agua mediante una línea directa al tanque de almacenamiento,
existirá una relación inversa de costos entre potencia requerida y diámetros de la
tubería.
De estas consideraciones se tendrán dos opciones extremas:
a) diámetros pequeños y equipos de bombeo grandes, con lo cual se tiene un costo
mínimo para la tubería, pero máximo para los equipos de bombeo y
su operación.
b) diámetros grandes y un equipo de bombeo de baja potencia, resultando altos
costos para la tubería y bajos para los equipos y su operación.
Entre estas dos opciones extremas, existe una gama de soluciones de acuerdo con
los diferentes diámetros comerciales existentes, de cuyo análisis económico se
seleccionara el más conveniente.
16
Caudal medio diario (Qm)
Es el consumo de agua promedio diario que se le proporciona a la población
futura, se calcula mediante la fórmula:
Qmd = Dotación* Población Futura * 1 Día/86,400 seg.
Qmd = 120 l/Hab/Día * 7,201 Habitantes * 1 Día/86,400 seg.
Qmd = 10.00 l/seg.
Caudal de día máximo o caudal de conducción (Qc)
Es el consumo máximo que se registra en un día durante un año de observación.
El caudal de día máximo se determina mediante la siguiente expresión:
QDM = Qmd * FDM donde: QDM = caudal día máximo
Qmd = caudal medio diario
FDM = factor de día máximo
El factor de día máximo, es la relación entre el valor de consumo máximo diario
registrado en un año y el consumo medio diario relativo a ese año. Su valor puede variar
entre 1.2 y 2.0; será más alto en regiones con clima más variable; la Unidad Ejecutora
del Programa de Acueductos Rurales (UNEPAR) recomienda que para poblaciones
actuales con un número de habitantes menor a 1,000 se adopte un valor de 1.3 y para
poblaciones con más de 1000 habitantes se adopte un valor igual a 1.2, para este caso se
tomó un factor de 1.25.
QDM = (10.00 lts/seg) * (1.25) = 12.50 lts./seg.
QDM = 12.50 lts/seg.
17
Caudal de hora máxima
Es el consumo máximo que se registra en una hora durante un día de consumo.
Este caudal se utiliza para diseñar la red de distribución y puede calcularse con la
siguiente expresión:
QHM = Qmd * FHM donde:
QHM= caudal máximo horario
Qmd = caudal medio diario
FHM = factor de hora máxima
Factor de hora máxima: el propósito de este factor es considerar las fluctuaciones
de consumo en las horas de máxima demanda. En este medio el valor oscila entre 2.0 a
4.0 y dependerá del tamaño de la población. Se recomienda utilizar valores altos para
pequeñas poblaciones, debido a que la variación el consumo horario está relacionado
con las actividades de la población, pero para este caso se usara el más bajo ya que es
una población grande, de tal forma que la distribución sea equitativa.
QHM = (10.00 lts./seg.) * (2)
QHM = 20.00 lts./seg.
Caudal de bombeo
El caudal de bombeo depende del período que se adopte, este período deberá
estar comprendido entre 8 y 12 horas diarias (de tal forma se pueda preservar la vida útil
del equipo), para este caso se toman 12 horas de bombeo, es decir la máxima cantidad de
horas de bombeo.
El caudal de bombeo se utiliza para diseñar la línea de conducción (impulsión o
de bombeo) y se determina con la siguiente fórmula.
18
Qb = QDM * 24/ T
Donde: Qb = caudal de bombeo
QDM = caudal de día máximo
T = Período de bombeo (12 horas máximo)
Qb = 12.50 lts./ seg. * 24 / 12 horas. = 25.00 lts./seg.
Qb = 25.00 lts. /seg.
Teniendo el caudal de bombeo, se debe de verificar que el caudal disponible
(caudal de las fuentes) sea suficiente para satisfacer el diseño. Entonces se tiene que el
caudal disponible de los acuíferos es:
Q disponible = 279.88 gal/min. =17.65 lts./seg.
Entonces:
Q aforado < Q bombeo
17.65 lts./seg. < 25.00 lts./seg.
Analizando los resultados anteriores, el caudal de bombeo requerido es mayor
que el caudal disponible por lo que es necesario que las horas de bombeo sean
incrementadas y considerar al caudal disponible como el caudal de bombeo,
considerando esta opción como la mejor alternativa.
El caudal de bombeo a considerar es de 15.00 l/seg. dejando el resto del caudal
aforado como un factor de seguridad (fugas y filtración que se pueda dar en los
diferentes nacimientos).
Para una mejor interpretación de la variación de las horas de bombeo se presenta
a continuación la siguiente tabla.
19
DETERMINACIÓN DE HORAS DE BOMBEO
AÑO POB.FUT. QM (L/S) QDM (L/S) QB (L/S) HRS. DE BOMBEO
2004 4751 6.60 8.25 15.00 13.20 2005 4846 6.73 8.41 15.00 13.46 2006 4943 6.87 8.58 15.00 13.73 2007 5042 7.00 8.75 15.00 14.01 2008 5143 7.14 8.93 15.00 14.29 2009 5246 7.29 9.11 15.00 14.57 2010 5351 7.43 9.29 15.00 14.86 2011 5458 7.58 9.48 15.00 15.16 2012 5567 7.73 9.66 15.00 15.46 2013 5678 7.89 9.86 15.00 15.77 2014 5762 8.00 10.00 15.00 16.01 2015 5907 8.20 10.26 15.00 16.41 2016 6026 8.37 10.46 15.00 16.74 2017 6146 8.54 10.67 15.00 17.07 2018 6269 8.71 10.88 15.00 17.41 2019 6394 8.88 11.10 15.00 17.76 2020 6522 9.06 11.32 15.00 18.12 2021 6653 9.24 11.55 15.00 18.48 2022 6786 9.43 11.78 15.00 18.85 2023 6922 9.61 12.02 15.00 19.23 2024 7060 9.81 12.26 15.00 19.61 2025 7201 10.00 12.50 15.00 20.00
Respecto de esta sección se concluye que inicialmente la bomba estará
bombeando 13.20 horas, y al final de la vida útil del proyecto estará bombeando 20
horas, con un caudal de bombeo durante toda la vida del proyecto de 15.00 l/seg.
20
Diámetro de la tubería de impulsión
Luego de haberse determinado el caudal de bombeo se procede a calcular el
diámetro económico cumpliendo con la velocidad de flujo, y la fórmula es la siguiente:
Dec= 7.232 pulgadas.
Dec = Diámetro económico en pulgadas.
Qb = Caudal de bombeo en l/seg.
1.8675 = Factor de conversión de metros a pulgadas, que contempla además, una
velocidad mínima de flujo en la tubería de descarga.
Como este diámetro no existe comercialmente, entonces se procede a verificar la
velocidad y la pérdida de carga con los diámetros comerciales inmediatos inferior y
superior:
V = 1.974 *(Qb /Dec²)
Donde. 0.55 < V < 2.4 m/seg.
V = Velocidad de flujo de la tubería.
Qb= Caudal de bombeo.
Dec = Diámetro económico.
1.974 = Factor de conversión de l/pulg² s m³/seg².
V (6”) = 1.974 * 15 / (6)² = 0.8225 m/seg. Sí cumple.
QbDec *8675.1=
seglDec /00.15*8675.1=
21
V (8”) = 1.974 *15 / (8)² = 0.4626 m/ seg No cumple.
Carga dinámica total
Es la unificación de todas las pérdidas que afectan la subida de agua al tanque de
distribución.
Pérdidas por altura en la conducción (Hf1)
Es la diferencia de altura entre la cota de captación y la cota de descarga del
tanque de almacenamiento (de descarga):
Hf1 = Cota de descarga del tanque de almacenamiento – cota de captación.
Hf1 = 258.156 m – 94.674 m
Hf1 = 163.482 mts.
Pérdidas en la tubería de impulsión (Hfi)
De la ecuación de Hazen δ Williams se calcula las pérdidas por fricción en la
tubería utilizando la siguiente fórmula.
Hfi = Pérdida de carga (m)
L = Longitud
Q= Caudal (l/seg)
D = Diámetro (pulgadas)
C= Rugosidad de la tubería (PVC =150)
)85.187.4
85.1
*()**8111.1741(
CDQLHfi =
22
Entonces con los siguientes datos para el tipo de tubería:
PVC = Q = 15.00 l/seg., D = 6”, L = 466.613 mts., C = 150
Al sustituir los datos se tiene:
Hfi = 1.864 mca
Pérdidas por velocidad (Hfv)
Las pérdidas por velocidad se deben principalmente a la velocidad y a la
gravedad que actúa sobre el líquido. Se determina con la fórmula siguiente:
Hfv = 0.034 m
Pérdidas menores (Hfm)
Las pérdidas menores, se atribuyen a pérdidas en accesorios, que se utilizan en la
línea de conducción, para el presente proyecto no existen muchas válvulas ni codos que
hagan significativas las pérdidas menores, por lo que se asume un valor conservador de
1.00 metro.
gVHfv∗
=2
2
./8.92)/8225.0( 2
segmsegmHfv
∗=
23
Altura de reserva (Hfr)
Por otro lado también se considera una altura de reserva de 5.00 metros esto se
debe a que el tanque se pueda construir en otro lugar del sector con una cota diferente de
la proyectada.
Carga dinámica total (CDT)
Es la suma de todas las cargas que se calcularon anteriormente y se determina
con la siguiente fórmula:
CDT = Hfl + Hfi + Hfv + Hfm + Hfr
CDT = 163.482 m + 1.864 m +0.034 m +1.00 m + 5.00 m
CDT = 171.688 mca. ó 244.197 psi
Potencia de la bomba (Pot)
La potencia de la bomba, garantiza en buen funcionamiento del sistema ya
que es parte importante del rendimiento del sistema.
Para obtener la potencia de la bomba se utiliza la fórmula siguiente:
De donde:
Qb = Caudal de bombeo = 15.00 l/seg.
Hm = Carga dinámica total =171.688 m.c.a
e = eficiencia de la bomba = 70%
Sustituyendo valores.
eQbCDTPot
*76*
=
70.0*76./15*69.171 seglmPot =
24
Entonces para poder satisfacer las condiciones requeridas, se necesita utilizar una
bomba centrifuga vertical de 5 etapas, con motor de 50 HP, trifásico, de 460 voltios,
con su respectivo panel de control de arranque, considerando que en el lugar donde se
instalará la caseta de bombeo ya existe el sistema eléctrico requerido.
Altura neta de succión positiva (NPSH)
Es la presión necesaria para hacer pasar el agua por la tubería de succión hasta el
ojo del impulsor. Esta presión es conocida como NPSH (Net Positive Suction Head) y
es medida en el ojo del impulsor.
En la proyección de instalación de una bomba, es necesario considerar dos tipos
de altura neta de succión positiva o NPSH; la disponible y la requerida por la bomba que
será instalada; de ambas es necesario que la primera sea mayor que la segunda para
evitar el fenómeno de cavitación, el cual puede dañar rápidamente la bomba.
Cuando existe presión atmosférica actuando en la superficie del agua que será
succionada y la presión disminuye en el ojo del impulsor de una bomba centrifuga hasta
ser menor que la atmosférica, entonces inicia la elevación del agua por la tubería de
succión; pero si la presión disminuye hasta corresponder con a presión de
vapor del agua, entonces se origina el fenómeno de cavitación lo cual se puede evitar
disminuyendo la altura del ojo del impulsor sobre el nivel de sección; sí de esta manera
persiste aún debajo de la presión de vapor de agua, entonces el nivel de la superficie de
succión debe diseñarse a la misma altura del ojo del impulsor y si fuese necesario,
arriba de éste.
HPPot 408.48=
25
Altura neta de succión positiva en bombeo vertical.
Este cálculo es especial para la instalación de bomba vertical de turbina o una
bomba sumergible. En este caso entra en consideración la sumergencia de la bomba, lo
cual es necesario para el funcionamiento normal de la misma, evitando la posibilidad de
entrada de aire, que en su efecto disminuye la eficiencia del conjunto motor bomba;
además, la sumergencia favorece aumentando el NPSHd en forma semejante a lo que
sucede con la altura estática de succión en un bomba de eje horizontal, que tiene
localizado el ojo del impulsor abajo del nivel de la superficie de succión.
La expresión dada para determinar la altura neta de succión positiva disponible
para este caso, es la siguiente igualdad:
NPSHd = ha + hs – hv – hm
Donde:
NPSHd = Altura neta de succión positiva disponible
ha = Presión atmosférica correspondiente a la altitud de operación de la bomba
hs = Diferencia de altura entre el nivel del agua en la succión
hv = Presión de vapor del agua.
hm = Pérdidas menores de carga producidas por accesorios.
Presión atmosférica (ha)
Para determinar la presión atmosférica a una altitud de 1,525 metros sobre el
nivel del mar, es necesario interpolar en la tabla No. 3, apéndice B; obteniéndose la
presión atmosférica ha igual a 9.556 m.c.a..
Altura estática en succión (hs):
hs = (0.30+0.90)
hs = 1.20 mts.
26
Presión de vapor (hv)
Para determinar la presión de vapor del agua a 12ºC, se interpola en la tabla N.4,
apéndice B, obteniéndose una presión de vapor de agua hv igual a 0.145 m.c.a
Perdidas menores (hfm)
Para determinar las pérdidas menores de carga producida por accesorios se puede
utilizar un valor conservador de 0.50 mts. ya que esta bomba no tiene muchos accesorios
por ser una bomba vertical de turbina.
Altura neta de succión positiva disponible (NPSH)
NPSHd = ha + hs – hv – hm
NPSHd = 9.556 + 1.20 – 0.145 – 0.50
NPSHd = 10.11 m.c.a.
Para evitar efectos perjudiciales en la bomba, la única manera de impedir los
efectos no deseados de la cavitación es asegurar que la NPSH disponible en el sistema
de bombeo sea mayor que la NPSH requerida por la bomba a instalar.
Sobrepresión por el golpe de ariete
Para la protección del equipo de bombeo y de la tubería de conducción, se deben
considerar los efectos producidos por el fenómeno denominado golpe de ariete.
Se denomina golpe de ariete a la variación de presión en una tubería, por encima
o por debajo de la presión normal de operación; ocasionada por rápidas fluctuaciones en
el caudal, producidas por la apertura o cierre repentino de una válvula o por el paro o
arranque de las bombas. Este fenómeno puede provocar ruptura de la presión (presión
positiva) o aplastamiento (presión negativa)
27
Para el cálculo de sobrepresión máxima por Golpe de Ariete se adopta la fórmula
de Joukovsky:
Donde:
h= sobre presión por el golpe de ariete (m)
V= Velocidad del agua en la tubería (m/seg)
D= Diámetro interno de la tubería (cm)
e= Espesor de la tubería (cm)
Et= Módulo de elasticidad del material de la tubería, en Kg/cm²
Ea =Modulo de elasticidad del agua
Se tienen los siguientes datos para sustituirlos en la fórmula de Joukovsky
V = 0.8225 m/seg.
Ea = 21,000 kg/cm²
Et = 28,000 kg/cm² para PVC
D = 14.348 cms
e = 1.24 cms.
h = 38.335 m.c.a
eEtDEa
Vh
**1
*145
+=
cmscmkgcmscmkg
segmh
24.1*/28100348.14*/210001
/8225.0*145
2
2
+
=
28
En caso extremo la presión total sera de:
Presión = CDT + h
Presión = 171.69 m.c.a + 38.335 m.c.a
Presión = 210.025 m.c.a
De acuerdo con el valor anterior, esta sería la presión soportada por la tubería,
por lo que se requiere de una válvula de alivio de 300 psi y además es necesario utilizar
diferentes tipos de tubería de acuerdo a las presiones, utilizando tubería HG de la E-1 a
la E-3 (L=69.00 mts.) y el resto tubería PVC de 315 psi de la E-3 a E-4 (L=45.50 mts.),
de 250 psi de la E-4 a E-10 (L=136.50 mts.) y de 160 psi de E-10 a E 16
(L=215.50 mts.), con un cheque horizontal colocada después de la bomba y otra
válvula de cheque horizontal a 100 mts. de la caseta de bombeo para que el agua no
regrese nuevamente a la bomba y le ocasione daños.
Línea de conducción del segundo tramo.
Para el diseño de este segundo tramo se usaron las bases y criterios en común
del primer tramo considerando que este mismo caudal se estará bombeando, por lo que
se obviaran algunos pasos del proceso de cálculo.
Integración de pérdidas.
Pérdidas por altura en la conducción (Hf1)
Hf1 = Cota de descarga del tanque de almacenamiento – cota de captación.
Hf1 = 389.956 m – 254.156 m
Hf1 = 135.80 mts.
29
Pérdidas en la tubería de impulsión (Hfi)
De la ecuación de Hazen δ Williams calculamos las pérdidas por fricción en la
tubería utilizando la siguiente fórmula.
Hfi = Pérdida de carga (m)
L = Longitud
Q= Caudal (l/seg)
D = Diámetro (pulgadas)
C= Rugosidad de la tubería (PVC =150 y HG = 100)
Entonces con los siguientes datos para el tipo de tubería:
PVC = Q = 15.00 l/seg., D = 6”, L = 4049.396 mts., C = 150
Al sustituir los datos se tiene:
Hfi para PVC = 16.173 mca
Pérdidas por velocidad (Hfv)
Las pérdidas por velocidad se determina con la fórmula siguiente:
Hfv = 0.034 m
gVHfv∗
=2
2
./8.92)/8225.0( 2
segmsegmHfv
∗=
)85.187.4
85.1
*()**8111.1741(
CDQLHfi =
30
Pérdidas menores (Hfm)
Las pérdidas menores, se atribuyen a pérdidas en accesorios, que se utilizan en la
línea de conducción, para el presente proyecto no existen muchas válvulas o codos que
hagan significativas las pérdidas menores, por lo que se asume un valor conservador de
0.75 m por kilometro igual a 3.00 metro en total.
Altura de reserva (Hfr)
Por otro lado también se considera una altura de reserva de 5.00 metros esto se
debe a que el tanque se pueda construir en otro lugar del sector con una cota diferente a
la proyectada
Carga dinámica total (CDT)
Es la suma de todas las cargas que se calcularon anteriormente y se determina
con la siguiente fórmula:
CDT = Hf1 + Hfs + Hfv + Hfm + Hfr
CDT = 135.80 m + 16.173 m +0.034 m +3.00 m + 5.00 m
CDT = 160.213 mca. ó 227.875 psi
Potencia de la bomba (Pot)
La potencia de la bomba, garantiza en buen funcionamiento del sistema ya
que es parte importante del rendimiento del sistema.
Para obtener la potencia de la bomba se utiliza la fórmula siguiente:
De donde:
Qb = Caudal de bombeo = 15.00 l/seg.
Hm = Carga dinámica total =160.213 m.c.a
eQbCDTPot
*76*
=
31
e = eficiencia de la bomba = 70%
Sustituyendo valores.
Entonces para poder satisfacer las condiciones requeridas, se necesita utilizar una
bomba centrifuga vertical de 5 etapas con motor de 50 HP, trifásico de 460 voltios con
su respectivo panel de control de arranque, considerando que en el lugar donde se
instalara la caseta de bombeo ya existe el sistema eléctrico necesario.
Altura neta de succión positiva (NPSH)
Altura neta de succión positiva en bombeo vertical.
Al igual que en el tramo anterior se utilizara una bomba vertical de turbina por lo
que se utilizaran los mismos conceptos utilizados anteriormente para el calculo de la
NPSHd.
La expresión dada para determinar la altura neta de succión positiva disponible
para este caso, es la siguiente igualdad:
NPSHd = ha + hs – hv – hm
Donde:
NPSHd = Altura neta de succión positiva disponible
ha = Presión atmosférica correspondiente a la altitud de operación de la bomba
hs = Diferencia de altura entre el nivel del agua en la succión
hv = Presión de vapor del agua.
hm = Pérdidas menores de carga producidas por accesorios.
70.0*76./15*213.160 seglmPot =
HPPot 172.45=
32
Presión atmosférica (ha)
Para determinar la presión atmosférica a una altitud de 1,675 metros sobre el
nivel del mar, es necesario interpolar en la tabla No. 3, apéndice B; obteniéndose la
presión atmosférica ha igual a 9.307 m.c.a..
Altura estática en succión (hs):
hs = (0.30+0.90)
hs = 1.20 mts.
Presión de vapor (hv)
Para determinar la presión de vapor del agua a 12ºC, se interpola en la tabla N.4,
apéndice B, obteniéndose una presión de vapor de agua hv igual a 0.145 m.c.a
Perdidas menores (hfm)
Para determinar las pérdidas menores de carga producida por accesorios se puede
utilizar un valor conservador de 0.50 mts. ya que esta bomba no tiene muchos accesorios
por ser una bomba vertical de turbina.
Altura neta de succión positiva disponible (NPSH)
NPSHd = ha + hs – hv – hm
NPSHd = 9.307 + 1.20 – 0.145 – 0.50
NPSHd = 9.862 m.c.a.
Para evitar efectos perjudiciales en la bomba, la única manera de impedir los
efectos no deseados de la cavitación es asegurar que la NPSH disponible en el sistema
de bombeo sea mayor que la NPSH requerida por la bomba a instalar.
33
Sobrepresión por el golpe de ariete
Para la protección del equipo de bombeo y de la tubería de conducción, también
se considera el golpe de ariete en este caso es el mismo que el anterior debido a que
estamos utilizando la mismas caracterizticas de diseño siendo el siguiente:
fórmula de Joukovsky:
Donde:
h= sobre presión por el golpe de ariete (m)
V= Velocidad del agua en la tubería (m/seg)
D= Diámetro interno de la tubería (cm)
e= Espesor de la tubería (cm)
Et= Módulo de elasticidad del material de la tubería, en Kg/cm²
Ea =Modulo de elasticidad del agua
Se tienen los siguientes datos para sustituirlos en la fórmula de Joukovsky
V = 0.8225 m/seg.
Ea = 21,000 kg/cm²
Et = 28,000 kg/cm² para PVC
D = 14.348 cms
e = 1.24 cms.
eEtDEa
Vh
**1
*145
+=
34
h = 38.335 m.c.a
En caso extremo la presión total será de:
Presión = CDT + h
Presión = 160.213 m.c.a + 38.335 m.c.a
Presión = 198.548 m.c.a
De acuerdo con el valor anterior, esta sería la presión soportada por la tubería,
por lo que se requiere de una válvula de alivio de 300 psi y además es necesario utilizar
diferentes tipos de tubería de acuerdo a las presiones, utilizando tubería HG de la E-16 a
la E-17 (L=42.50 mts.) y el resto tubería PVC, de 315 psi de la E-17 a E-25 (L=622.29),
de 250 psi de la E-25 a E-60 (L=2344.50 mts.) y de 160 psi de E-60 a E-74
(L=1040.00 mts.), con un cheque horizontal colocada después de la bomba y otra
válvula de cheque horizontal a 100 mts. de la caseta de bombeo para que el agua no
regrese nuevamente a la bomba y le ocasione daños.
2.8 Diseño de la caseta de bombeo
La caseta de bombeo es un obra que no presenta complejidad en su diseño ya
que existen diseños típicos propuestos por las instituciones del estado que norman los
proyectos de acueductos, por lo que para el presente trabajo se propone una caseta típica.
cmscmkgcmscmkg
segmh
24.1*/28100348.14*/210001
/8225.0*145
2
2
+
=
35
2.9 Diseño del tanque de descarga del primer tramo
En el diseño de esta obra de arte se consideró un almacenamiento para un
periodo de retención de dos horas, tomando en cuenta que en este tiempo podría no
estar trabajando la segunda bomba, almacenando el siguiente volumen:
Vol.= 15.00 l/seg.* 2.00 horas *3600 seg./1000 lts.
Vol = 108.00 mts.³
Para este tanque se propone un diseño típico, utilizando muros por gravedad,
compuesto por cuatro lados, siendo su diseño igual al tanque de distribución, con la
única diferencia de que éste lleva dos compartimentos, por lo que ambos tanques tendrán
las mismas bases de diseño (ver diseño de tanque de distribución).
2.10 Diseño del tanque de distribución.
Volumen del tanque de distribución.
Los tanques de distribución tienen como fin principal cubrir las variaciones
horarias de consumo, almacenando agua durante las horas de bajo consumo y
proporcionando el abastecimiento requerido a lo largo del día.
En los sistemas de bombeo se debe considerar un volumen de almacenamiento
mínimo de 40% del caudal medio diario. En el caso del la comunidad se considera un
almacenamiento de un 40% del caudal medio diario. El volumen del tanque se calcula
con la fórmula siguiente:
Vol =40% * Qc * 86400 seg. /1000 lts.
Vol = 40% *12.50 lts/seg. *86400 seg. /1000 lts.
Vol = 432.00 m³
36
Mas sin embargo, el tanque que se diseñará tendrá únicamente capacidad de
200.00 m³, ya que en el predio donde se construirá ya existen tres tanques más,
almacenando un 50% de su capacidad, por consiguiente se considera compensar el
volumen requerido con los otros existentes.
Diseño estructural del tanque de distribución.
Los tanques de distribución o almacenamiento normalmente se construyen de
concreto ciclópeo, concreto reforzado, mampostería reforzada y en tanques elevados,
predomina el uso del acero. Debido a las características del terreno y los requerimientos
de la red de distribución, los tanques pueden estar totalmente enterrados, semienterrados,
superficiales o elevados. Para el caso particular que se estudia, se utilizará un tanque
enterrado con dos compartimientos por el método de muros por gravedad. Dichos
muros son fáciles de construir y su estabilidad depende de su peso propio, para lo cual el
procedimiento de cálculo es el siguiente:
.
37
1. El sistema de distribución está formado por un tanque con 2 compartimientos y
para cada compartimento 2 losas.
1.1 DISEÑO DE LA LOSA.
Las dimensiones de la losa se determinan siguiendo los pasos que a continuación
se detallan:
1.2 CÁLCULO DE MOMENTOS EN LOSAS
Relación (M), entre el lado menor (A), y el lado mayor “B”
M = A/B = 3.50 / 6.50 = 0.53 ~ 0.55
=> M = 0.53 > 0.5 y consta de 4 apoyos => trabaja en dos sentidos.
ESPESOR DE LA LOSA ( t)
180Pt = P = Perímetro.
T = 2 * ( A + B) / 180 = 2 ( 3.50 m + 6.50 m) / 180
T= 0.111 ≈ t = 0.12 m
CARGA MUERTA (Concreto)
Peso propio = 2400 k/m³ * 0.12 m = 288.00 Kg / m²
Peso acabados = 90.00 Kg / m²
Total carga muerta = 378.00 Kg / m²
CARGA VIVA ( CV)
Carga viva para techo inaccesible = 100.00 Kg / m²
Total carga viva = 100.00 kg / m²
38
CARGA ÚLTIMA ( CU)
CU = 1.40 * CM + 1.7 * CV
CU = 1.40 * 378.00 kg / m² + 1.7 * 100 kg / m²
CU = 699.20 kg / m²
CARGA ÚLTIMA MUERTA ( CUM).
CUM = 1.40 * CM = 1.40 * 378.00
= 529.20 kg / m²
CARGA ÚLTIMA VIVA ( CUV).
CUV = 1.7 * CV = 1.7 * 100 kg / m²
= 170 kg / m²
2. CÁLCULO DE MOMENTOS DE LOSAS 1 Y 4.
Las losas No. 1 y No. 4 ( losas inicial y final), son tipificadas como el caso 6 de
método 3 de ACI.
COEFICIENTE ACI PARA LOS MOMENTOS NEGATIVOS. ( C (-)).
M = 0.55
Ca ( -) = 0.096
Cb ( -) -----------
Coeficiente ACI para los momentos positivos ( CM (+)).
Producidos por las cargas muertas.
39
M = 0.55 Cam (+) = 0.058
Cbm (+) = 0.004
COEFICIENTE ACI PARA LOS MOMENTOS POSITIVOS (Cv ( +)).
Producidos por las cargas vivas.
M = 0.55 Cav ( +) = 0.073
Cbv ( +) = 0.006
MOMENTOS DE LAS LOSAS No. 1 Y No.4 ( LOSAS INICIAL Y FINAL)
MOMENTO POSITIVO EN A ( Ma (+))
Ma (+) = Cam (+) * CUM * A² + Cav (+) * Cuv * A²
Ma (+) = 0.058 * 529.2 kg * ( 3.50)² + 0.073 * 170 kg /m² * ( 3.50 m)²
Ma (+) = 528.019 kg - m
MOMENTO NEGATIVO EN A ( Ma (-)).
Ma (-) = Ca (-) * CU * A² 0.096 * 699.20 kg / M² * ( 3.50 m)²
Ma (-) = 822.259 kg - m
MOMENTO POSITIVO EN B ( MB (+)).
Mb (+) = Cbm (+) * CUM * B² + Cbv (+) * CUV * B²
Mb (+) = 0.004 * 529.20 kg/m² (6.50 m)² + 0.006 * 170 kg /m² * (6.50 m)²
Mb (+) = 132.529 kg - M
40
MOMENTO NEGATIVO EN B ( MB (-)).
Mb (-) = O kg – m (no tiene factor)
=> como el momento negativo en B es igual a cero, por definición se le asigna un
tercio del momento positivo.
Mb (-) = ⅓ Mb (+) = ⅓ (132.52 kg – m)
Mb (-) = 44.173 kg – m
CÁLCULO DE MOMENTOS EN LOSAS INTERMEDIAS.
Las losas No. 2 y No. 3 ( losas intermedias) son tipificadas como el Caso 5, del
método 3 de ACI.
Coeficiente ACI para los momentos negativos, ( C (-)).
M = 0.55 Ca (-) = 0.089
Cb (-) = -------
COEFICIENTE ACI PARA LOS MOMENTOS POSITIVOS ( Cm (+)).
PRODUCIDOS POR LAS CARGAS MUERTAS.
M = 0.55 Cam (+) = 0.038
Cbm (+) = 0.001
41
COEFICIENTE ACI PARA LOS MOMENTOS POSITIVOS ( CV (+)).
PRODUCIDOS POR LAS CARGAS VIVAS.
M = 0.55 Cav (+) = 0.063
Cbv (+) = 0.005
MOMENTOS DE LAS LOSAS No. 2, No. 3.
LOSAS INTERMEDIAS.
MOMENTO POSITIVO EN A ( Ma (+)).
Ma (+) = Cam (+) * CUM * A² + Cav (+) * CUV * A²
Ma (+) = 0.038 * 529.20 kg /m * ( 3.50 m)² + 0.063 * 170 kg / m * (3.50 m)²
Ma (+) = 377.54 kg -m
MOMENTO NEGATIVO EN A ( Ma (-)).
Ma (-) = Ca (-) * CU * A²
Ma (-) = 0.089 * 699.20 kg / m² * ( 3.50 m)²
Ma (-) = 762.302 kg -m
MOMENTO POSITIVO EN B ( Mb (+)).
Mb (+) = Cb m (+) * CUM * B² + Cbv (+) * CUV * B²
Mb (+) = 0.002 * 529.2 kg / m * ( 5.60 m)² + 0.005 * 170 kg / m² * ( 6.50 m)²
Mb (+) = 80.6299 kg – m
MOMENTO NEGATIVO EN B (Mb (-)).
Mb (-) = 0 kg – m
42
Como el momento negativo en B es igual a cero, por definición se le asigna un
tercio del momento positivo.
Mb (-) = 1/3 * Mb (+) = 1/3 * 80.629 kg – m
Mb (-) = 26.876 kg – m
MOMENTO BALANCEADO (Mbal).
Los momentos entre la losa inicial y una intermedia, y la losa final y una
intermedia, no son los mismos, por lo tanto se procede calcular el 80% del
momento mayor. Si este valor es más pequeño que el momento menor, entonces
el momento balanceado será igual a un promedio de los dos momentos (mayor y
menor).
De no ser así, el momento balanceado será proporcional a sus rigideces, entonces
el procedimiento es el siguiente:
Momento mayor ( M1) = 822.259 kg –m
Momento menor ( M2) = 762.302 kg – m
0.80 * M1 < M2 = 0.80 * 822.259 Kg – m < 762.302
Como 657.807 kg – m < 762.302: se cumple.
43
Ma (-)
762.30 kg.-m
B
Mb (-) A Ma (+) A
26.876 377.54 26.876
Mb (+-)
80.629 B
M(-)
762.30 kg-m
Ma (-)
822.259
B
Mb (-) Ma (+) Mb (-)
44.174 528.09
44.174
A A
Mb (+) Ma(-)
132.529 822.259
entonces Mbal = ( M1 + M2) / 2
44
Mbal = ( 822.259 + 762.30 ) kg – m/2
Mbal = 792.279 kg – m
3. CÁLCULO DE ACERO DE REFUERZO.
PERALTE EFECTIVO DE LA LOSA ( d)
d = T – Recubrimiento – 1 diámetro No.3
d = 12 cm. – 2.00 cm. - 1.00 cm.
d = 9.00 cm
FRANJA UNITARIA ( FU).
FU = 100 cm = 1.00 m
ACERO MÍNIMO ( ASMIN).
Asmin = 0.002 * Fu * t
Asmin = 0.002 * 100 cm * 12 cm = 2.40 cm².
MOMENTO QUE RESISTE EL ACERO MÍNIMO (MO)
Mo = Fi * (As * Fy * (d-(Cas * Fy) / (1.7 * f´c * b)))
Mo = 0.90 * 2.40 cm. * 2800 kg /cm²(9.00cms-(2.40*2800/1.7*210*100))
45
Mo = 50293.55 kg – cm²
Mo = 532.93 kg - m
ESPACIAMIENTO DEL ACERO MINIMO (ES).
Por regla de tres, se calcula el espaciamiento que requiere el acero mínimo (2.40
cm²) en una franja unitaria (fu).
Será utilizado acero No.3, el proceso es el siguiente.
ES = As N.3 * Fu /Asmin
Es = 0.71 Cm² * 100 Cm / 2.40 cm²
Es = 29.58 Cm
El momento que resiste el acero mínimo, cubre los momentos del lado mayor
(positivo, negativo) de las losas 1 y 2.
Entonces, por facilidad de armado, ( para el lado mayor) en ambas losas será de
20 cm y el acero de refuerzo y el resto del armado será No.3
(Ver planos).
ACERO NECESARIO PARA CUBRIR LOS MOMENTOS DEL LADO
MENOR.
área de acero para resistir Mu
2/12 )
**'3825.0(1(*
)**'*85.0(
dbcFMuFy
dbcFAs−
=
46
ESPACIAMIENTO DEL ACERO (ES).
Es = As No.3 * Fu / Asmin
MOMENTOS DE LOSAS No.1 Y No.2 ( LADO MENOR).
M ( -) 1 = Momento negativo en la losa No.1
Mbal = Momento balanceado.
M ( -) 2 = Momento negativo en la losa No. 2
M ( +) 1 = Momento positivo en la losa No. 1
M ( +) 2 = Momento positivo en la losa No. 2
Para calcular el acero que resiste los momentos anteriores, se elabora la siguiente
tabla.
Calculo del acero, losas No.1 y No.2 (lado menor).
No. MOMENTOS ( kg – m) ACERO ( cm² ) ESPACIAMIENTO (CMS).
1 M ( -) 1 = 822.259 3.748 cm² ES = 18.943
2 Mbal = 792.278 3.607 ES = 19.683
3 M ( -) 2 = 762.30 3.466 ES = 20.484
4 M ( +) 1 = 528.09 2.369 ES = 29.970
5 M ( +) 2 = 377.54 1.690 ES = 41.7892
El momento No. 5 es inferior al acero mínimo, por lo tanto, se utilizará el acero
mínimo.
47
Finalmente, por facilidad en el armado se utilizara en el lado menor de todas las
losas, acero No.3 con espaciamiento de 15 cm. En estas condiciones se garantiza
que el acero resista el momento actuante.
4. DISEÑO DE VIGA
VIGA A.
CARGA UNIFORMEMENTE DISTRIBUIDA QUE EJERCE EL PESO PROPIO
DE LA VIGA SOBRE EL MURO ( WV) ( WV = PESO DE LA VIGA).
Wv = Roc * Bv * Hv = 2400 kg / m³ * 0.25 m * 0.45 m
Wv = 270 kg/m
CARGA UNIFORMEMENTE DISTRIBUIDA SOBRE EL LADO MAYOR ( Wb)
ANCHOS TRIBUTARIOS.
Corto=a/3
Largo = a/3 * (3 – m²)/2
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡ −= )
23(
3*
2maCuWb Carga sobre la viga.
Wb = 699.20 kg / m * 3.50m/3 * ( 3- ( 0.538)²/2 )
Wb = 1 105.545 kg / m carga sobre la viga.
48
CARGA UNIFORMEMENTE DISTRIBUIDA TOTAL ( Wt).
Wt = ( 2 * Wb) + Wv
Wt = ( 2 * 1105.54 kg / m) + 270
Wt = 2481.08 kg / m
LA VIGA A. Posee una restricción ligera por estar unida a otra viga, por lo cual
sus momentos son:
MOMENTO NEGATIVO DE LA VIGA A ( Mv (-)).
Mv (-) = Wt * L² / 24
Mv = 2481 kg /m * ( 6.50 m)² / 24
Mv = 4367.593 kg –m
MOMENTO POSITIVO DE LA VIGA AM (+).
Mv (+) = Wt * L² / 12
Mv = 2481 kg/m * ( 6.50)²/12
Mv = 8735.1875 kg-m
PREDISEÑO DE LA SECCIÓN DE LA VIGA.
Para el prediseño se asumirán 6 centímetros de peralte efectivo ( d).
Para cada metro de luz ( L) y la base será el 60% del peralte.
49
PERALTE EFECTIVO DE LA VIGA ( d).
d = 6 * L d = 6 cm. / m * 6.50 m d = 39 cm.
d = 40 cm.
BASE DE LA VIGA ( b).
b = 0.60 * d b = 0.60 * 40 cm. b = 24 cm.
=> b = 25 cm.
ACERO MÍNIMO DE LA VIGA (Asmin).
Asmin = 0.005 * b * d
Asmin = 0.005 * 25 cm. * 40 cm. = 5.00 cm²
El Acero mínimo estará constituido por dos o más varillas ( que representen un
valor igual o mayor), para este caso el acero mínimo es: 2 varillas No.6 (5.70
cm²).
50
ACERO MÁXIMO DE LA VIGA.
dbFy
cFEyFy
As **'*85.0*/003.0
003.0*%50max 2
+=
40*15*2810210*85.0*
1.2/2800003.0003.0*%50max 2
6EAs
+=
Asmax = 18.75 cm²
Ey o Es = 2.039 E – 6
MOMENTO RESISTENTE PARA EL ACERO MÍNIMO (MO).
Mo=Ø*As*Fy* ⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛−
cfFyAsd'7.1
*
Mo = 0.90 ( 5.73 cm² * 2800 kg / m²) *cmscmkgcmkgcmscms
25*/210*7.1/2800*70.540 2
22
−
Mo = 5488.7 kg - m
ACERO NECESARIO PARA RESISTIR EL MOMENTO NEGATIVO
( AS (-)).
El momento que resiste el acero mínimo ( Mo = 5488.7 kg-m), es superior al
momento negativo ( Mv (-) = 4367.59 kg – m), por lo tanto, para resistir el
momento negativo se utilizará el acero mínimo. As (-) = 5.70 cm² (2 No.6).
51
ACERO NECESARIO PARA RESISTIR EL MOMENTO POSITIVO
( As (+)).
FycF
cFMubbdbdAs '85.0
'003525.0)()( 2
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡−−=+
2800210*85.0
210*003525.025*75.873518)40*25(40*25)( 2
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡−−=+As
As(+) = 9.352 cms.2
Entonces el acero positivo estará constituido por 4 varillas No6 (11.40 cms2)As
(+) = 11.40 cm²
VERIFICACIÓN PARA EL ACERO DE REFUERZO, VIGA A.
Acero necesario
M (-) Asmin calculado < As (-) < As max
5.00 cm² < 5.70 cm² < 18.75 cm² OK
M (+) Asmin calculado < As (+) < As max
5.00 cm² < 11.40 cm² < 18.75 cm² Ok
ACERO CORRIDO MÍNIMO PARA LA CAMA SUPERIOR.
Será el mayor entre los siguientes valores:
2 varillas (2 No.6) = 5.70 cm² (mayor)
33% del As (-) = 1.90 Cm²
ACERO CORRIDO MÍNIMO PARA LA CAMA INFERIOR.
Será el mayor entre los siguientes valores:
52
2 varillas ( 2 No.6) = 5.70 cm² (mayor)
50% del As (-) = 2.85 cm²
50% del As (+) = 5.70 cm²
LONGITUD DEL BASTON POSITIVO (Y).
Se realiza sumatoria de momentos en el centro de la viga para calcular la
distancia “ y “ que existe entre el momento máximo y el valor del momento
resistente, que corresponde al acero mínimo así:
=> Sumatoria de momentos al centro de la viga.
0 = M (+) – Mo – (Wt * y²)/2
Wt
MoMY 2*))(( −+=
5.2
2*)5.58.8( −=Y
y = 1.62 m
53
LE
Y= 1.62 m Y= 1.62 m
2y = 3.24 cm.
LONGITUD DE DESARROLLO ( Ld).
Av = Área de acero por varilla ( As No.6 = 2.85 Cm² )
cFFyAvLd '/**06.0=
210/2800*87.2*06.0=Ld
Ld = 33.272 => Fs = 1.33 = factor de seguridad
Ld = 1.33 * 33.272 cm²
Ld = 45 cm.
54
LONGITUD TOTAL DEL BASTON ( Lb)
Lb = 2 * Ld + 2y
Lb = 2 (0.45 cm) + 2 ( 1.62m) Lb = 4.14 mts
=> La longitud total del bastón (Lb), es inferior a la luz (L) por lo tanto Lb =
4.14 mts.
REFUERZO A CORTE.
Fuerza última de resistencia a corte de una sección ( Vcu).
dbcFVcu **'*53.0*85.0=
40*25*210*53.0*85.0=Vcu
Vcu = 6,528.36 kg
FUERZA DEL CORTE ACTUANTE ( Va).
Va = Wt * L/2
Va = 2,481.08 kg/m * 6.50 m²
Va = 8,063.25 kg
La fuerza última que resiste la sección de la viga a corte ( Vcu) es menor que la
fuerza del corte actuante, ( Vcu < Va) => 6,528.36 < 8,063.25 kg. Por lo tanto
necesita refuerzo a corte.
55
CÁLCULO DE LA FUERZA CORTANTE ( Vs).
Vs = Va – Vcu = 8,063.25 kg – 6,528.36 kg
Vs = 1534.89 kg
ESPACIAMIENTO DE ESTRIBOS ( S).
S = 0.85 * 2 * Av * Fy * d /Vs
S = 0.85 * 2 * 0.71 cm² * 2800 kg/m² * 40 cm/1534.89 Kg
S = 88.074 cm.
=> EL ESPACIAMIENTO MÁXIMO SERÁ EL VALOR ENTRE:
d/2 = 20 cm.
S = 88.074 => considero d/2 los
El refuerzo a corte estará formado por estribos No.3 a cada 20 cm y los
primeros 5 a 10 cm. (d/4) para ambos lados.
ARMADO FINAL DE LA VIGA A ( VIGA INTERMEDIA).
La viga tendrá el siguiente armado: 25 cm de base, 45 cm de altura, 40 cm de
peralte efectivo, 2 varillas corridas No.6 en la cama superior, 2 varillas No.6 en la
cama interior, más 2 bastones en cama inferior = lb 4.15 mts, estribos No. 3, a
cada 20 cm, y los primeros 5 a 10 cm. (Ver detalle en los planos del anexo).
56
VIGAS B Y C ( VIGAS PERIMETRALES).
ARMADO FINAL.
Las vigas B y C son aquellas que están apoyadas en toda su longitud sobre el
muro; los esfuerzos a que estén sometidas son mayoritariamente de comprensión,
por lo tanto, no requieren un análisis detallado. Para las dimensiones de estas
vigas, se consideran tanto la facilidad de armado, como las especificaciones
sobre refuerzos (mínimo, máximo). El armado final para estas vigas es el
siguiente: 30 cm de base; 45 cm de altura; 40 cm de peralte efectivo, 2 varillas
corridas No.6 en la cama superior, 2 varillas corridas No.6 en la cama inferior,
estribos No.3 a cada 20 cm. (ver detalle en los planos del anexo
DISEÑO DE LOS MUROS DE LOS TANQUES DE ALMACENAMIENTO.
En los muros de los tanques a diseñar, se presentan varios casos, de los cuales solo
presentarán las condiciones criticas.
PRIMER CASO: = Tanque vacío con empuje del suelo, con cargas de losa y vigas ( ver
figura).
DATOS: Hm = 3.00 m ( altura del muro).
Bm = 2.30 m ( base del muro).
Rom = 2.00 ton/m³ ( densidad del muro).
Ros = 1.6 ton/m³ ( densidad del suelo).
Fs = 15.00 ton/m² ( capacidad, soporte del suelo).
Beta = 30º ( ángulo de inclinación del terreno)
Mu = 0.5 ( coeficiente de fricción).
Bc = 1.20 m ( distancia de bac).
Fi = 32º Angulo de fricción interna
57
Fs = 1.50 ( factor de seguridad).
Wc= peso de viga y losa
Hi
1 Wr= peso propio del muro
Ht Hm Psx
3 Psx= presión del suelo
2
4
1.20 0.3 0.8
COEFICIENTE DEL EMPUJE ACTIVO DEL SUELO ( Ka ).
)1()1(
φφ
sesenka
+−
= )321()321(
sensenka
+−
=
ALTURA ADICIONAL POR INCLINACIÓN ( Hi ).
δtan*bcHi = = 1.20 m * tan 30º = 0.69m = 0.70
ALTURA TOTAL ( Ht ).
Ht = H + Hi = 3.00 m + 0.70m = 3.70 mts.
EMPUJE DEL SUELO ( Ps ).
Ps = (Ros * Ht ) / 2 * ka = ( 1.60 ton/m³ * 3.70 cm/2 * 0.307 cm
Ps = 3.40 ton/cm
58
EMPUJE HORIZONTAL DEL SUELO ( Psx ).
Psx = Ps * cos ( beta ) = 3.40 ton/mts * ca 30
Psx = 2.944 ton/m² * 1.00m (franja unitaria)
Psx = 2.944 ton
MOMENTO DEL EMPUJE DEL SUELO ( MS ) CON RESPECTO AL PUNTO “a”.
Ms = Psx * Ht * ⅓ = 2.944 ton * 3.70m * ⅓ = 3.63 t - m
Ms = 3.63 t – m
Se divide geométricamente la sección transversal del muro, se calcula el peso por unidad
lineal en el sentido longitudinal y el momento total que produce el peso respecto de
punto “a”.
CALCULO DEL MOMENTO QUE PRODUCE EL PESO PROPIO DEL MURO.
FIGURA W (ton) = Ro ( ton/m³) * Area
(m²)
BRAZO (m) M (ton-m)
1 1.60 * ½ * 1.20 * 3.70 =
3.55 ton.
3/1 * 1.20 + 1.10
=1.90
6.75
2 2.00 * ½ * 2.70 * 1.20 =
3.24 ton.
1/3 * 1.20 + 1.10 =
1.50
4.86
3 2.00 * 0.30 * 2.70 =
1.62 ton.
½ * 0.3 + 0.80 = 0.95 1.54
4 2.00 * 2.30 * 0.30 =
1.38 ton.
½ * 2.30 = 1.15 1.59
Σ Wr = 9.7 Σ Mr = 14.74 ton-m
59
CARGA DE LA LOSA Y DE LA VIGA HACIA EL MURO.
Carga uniformemente distribuida que ejerce la losa del lado menor sobre el muro
(clm).
Carga de losa menor ( 1/3 es el área tributaria lado corto).
Clm = (CUT * A)/3 3
5.3*/20.699 2 mtsmkg= Clm = 815.73 Kg/mts.
CARGA UNIFORMEMENTE DISTRIBUIDA QUE EJERCE EL PESO
PROPIO DE LA VIGA SOBRE EL MURO (Cv).
Wv = Roc * Bv * Hu = 2400 kg/m² * 0.25m * 0.45m.
Wv = 270 kg/m.
CARGA UNIFORMEMENTE DISTRIBUIDA TOTAL DEL LADO MENOR
(WtLm).
WtLm =Clm + CV = 815.73 kg/m² + 270 kg/m²
WtLm = 1,085.73 kg/m² = 1.09 T/m²
CARGA UNIFORMEMENTE DISTRIBUIDA TOTAL DEL LADO MENOR.
Será considerada como carga puntual (Pm) en una franja unitaria.
60
Pm = 1.09 Ton/m² * 1.00m = 1.09 Ton/m²
CARGA UNIFORMEMENTE DISTRIBUIDA QUE EJERCE EL PESO
PROPIO DE LA VIGA SOBRE EL MURO ( Wv).
Wv = 270 kg/m²
CARGA UNIFORMEMENTE DISTRIBUIDA SOBRE EL LADO MAYOR
(WLM).
WLM = ( CU * A/6) * ( 3-m² ) = 699.2 kg/m² * ( 350 m/6) * ( 3-0.5² )
WLM = 1,121.63 kg/m.
CARGA UNIFORMEMENTE DISTRIBUIDAD TOTAL DEL LADO MAYOR
( WtLm).
2 ya que el muro del centro tiene 2 áreas
WtLm = ( 2 * WLM) + Wv = ( 2 * 1,121.63 kg/m²) + 270 kg/m².
WtLm = 2,513.26 kg/m²
CARGA CONCENTRADA QUE EJERCE LA VIGA DEL LADO MAYOR SOBRE
EL MURO ( PM).
Al centro
PM = ( wtlm) * L/2 = ( 2,513.26 kg/m² * 6.50m²)/2
PM = 8,168.09 kg = 8.2 ton.
61
PESO SOBRE EL MURO DEBIDO A LAS CARGAS DE LA LOSA Y VIGAS
(Wc).
Wc = Pm + Pm
Wc = 1.09 ton + 8.20 ton = 9.29 ton
PESO TOTAL DEL MURO ( wt).
Wt = Wr + Wc Wt = 9.79 ton + 9.29 ton Wt = 19.08 ton.
MOMENTO QUE EJERCE LA CARGA CONCENTRADA RESPECTO DEL
PUNTO “ a “ ( MC).
Mc = Wc * ( 0.15 + 0.80) m Mc = 8.83 ton-m
Mc= 9.29 * ( 0.15 + 0.80) m
VERIFICACIONES
ESTABILIDAD CONTRA EL VOLTEO (Fsv)
Ms
McMrFsv += 493.6
63.3)83.874.14(
=−
−+=
mtonmtonFsv
=> 6.493 > 1.50 => Fsv > Fs => La estructura resiste adecuadamente al volteo.
ESTABILIDAD CONTRA EL DESLIZAMIENTO ( Fsd).
Fsd=Fr/Psx = Psx
wtmuFsd )*(= =
tonton
944.208.19*50.0 = Fsd=3.24
62
=> 3.24 > 1.50 => Fsd > Fs. Por lo tanto la estructura propuesta resiste el
deslizamiento.
PRESIÓN EN LA BASE EN EL SUELO.
La distancia “ a “ a partir del punto “ c”, donde actúan las cargas verticales es:
a = ( Mr + Mc - Ms ) / Wt ton
mtona08.19
)63.383.874.14( −−+=
a = 1.045 m
Longitud en la base del muro ( Ao) donde actúa la presión “+”.
Ao = 3a = 3 * 1.045 m Ao. = 3.135 mts.
Como la distancia total de la presión positiva ( Ao), es mayor que la base del muro
(Bm), entonces debajo del muro No. Ao > Bm => 3.135 m > 2.30 m (no es necesario
incrementar la base.
PRESIÓN EN EL SUELO.
a) EXCENTRICIDAD ( ex).
aBmex −= )2/( mmex 06.1)2/30.2( −= ex = 0.09 m
b) MÓDULO DE SECCIÓN POR METRO LINEAL ( Sx).
63
Sx = 1/6 * Bm² * L
Sx = 1/6 * 2.30²m² * 1.00 m Sx = 0.88m³
c) PRESIÓN MÁXIMA ( qmax).
qmax = ( Wt/ B * L) + ( Wt * ex)/sx
qmax = (19.08 ton /2.30 m * 1.00m) + ( 19.08 ton * 0.09m / 0.88 m³)
qmax = 10.247 ton/m³
La presión máxima actuante ( 10.547 ton/m³ ), es menor que la capacidad
soporte del suelo ( 15 ton/m² ), entonces los tanques estarán bien soportados,
es decir, no experimentarán asentamiento.
DISEÑO DEL MURO INTERMEDIO DE LOS TANQUES, UNO VACÌO Y OTRO
LLENO DE AGUA (caso critico).
DATOS: Hm = 3.00m ( altura del muro).
Bm = 3.10m ( Base del muro).
Roa = 1.00 ton/m³ ( densidad del agua).
Rom = 2.00 ton/m³ ( densidad del muro).
Fs = 15.00 ton/m² ( capacidad soporte del suelo).
Mu = Coeficiente de fricción >
64
De igual manera se divide geométricamente la sección transversal del muro, se
calcula el peso por unidad lineal en el sentido longitudinal y el momento total que
produce el peso respecto al punto “ a “.
Wc.
2.35 m Wr
Psx
Hm
1 2 3
4 0.30 m
0.8 0.60 0.30 0.60 0.80
BM BM
65
CÁLCULO DEL MOMENTO QUE PRODUCE EL PESO PROPIO DEL MURO.
FIG. Ro ( ton/m³ ) * Area ( m² ) =
W (ton)
Brazo ( m) M. ( ton –m)
1 2.00 * ½ * 0.6 * 2.70 = 1.62 ⅓ ( 0.60 ) + 1.70 =
1.90
3.08
2 2.00 * 0.30 * 2.70 = 1.62 0.15 + 1.40 =
1.55
2.51
3 2.00 * ½ * 0.60 * 2.7 = 1.62 ⅔ * 0.6 + 0.80 =
1.20
1.94
4 2.00 * 0.30 * 3.10 = 1.86 3.10 / 2 =
1.55
2.88
∑ Wr = 6.72 ∑ Mr =10.41 ton-m
CARGA DE LA LOSA Y DE LA VIGA HACIA EL MURO.
=> “ WtLM “ carga uniformemente distribuida total del lado mayor.
Wtlm = 2513.26 kg/m
Considerándolo como carga puntual.
Wc = 2.51 TON
PESO TOTAL DEL MURO ( wt).
Wt = Wr + Wc = Wt = 6.72 ton + 2.51 ton wt = 9.23 ton
66
EMPUJE DE AGUA ( Pa).
Pa = ( Roa * Hm² ) / 2 = ( 1.00 ton/m³ * 2.35 m) / 2
Pa = 2.76 ton/m * 1.00m (franja unitaria).
Pa = 2.76 ton
MOMENTO QUE EJERCE EL AGUA ( Ma), RESPECTO DEL PUNTO “a”.
Ma = Pa * H/3
Ma = 2.76 ton * ( 2.35m/3 + 0.45) Ma = 3.40 ton-m
MOMENTO QUE EJERCE LA CARGA CONCENTRADA RESPECTO DEL
PUNTO “a” (Mc).
Mc = Wc * Bm/2 Mc = 2.51 ton * 1.55 mts.
Mc = 3.89 ton-m
VERIFICACIONES.
ESTABILIDAD CONTRA EL VOLTEO ( Fsv).
MaMcMrFsv )( +
= mton
mton−
−+=
40.3)89.341.10( Fsv=4.20
67
Por lo tanto 4.20 > 1.50 => Fsv > Fs si chequea por volteo.
ESTABILIDAD CONTRA EL DESLIZAMIENTO ( FSD).
Fsd = Fr / Pa = ( mu * wt) / psx
Fsd=(0.50*9.53 ton)/2.76 ton Fsd = 1.67
=> 1.67 > 1.50 => si resiste el deslizamiento.
PRESIÓN DE LA BASE EN EL SUELO.
La distancia “a”, a partir del punto “c”, donde actúan las cargas verticales es:
a = ( Mr + Mc – Ma) / wt a = ( 10.41 + 3.89 – 3.40) ton-m/9.23ton.
a = 1.18m
LONGITUD EN LA BASE DEL MURO ( Ao), DONDE ACTÚA LA PRESIÓN
“+”.
Ao = 3 * a = 3 * 1.18 m Ao = 3.54m
Debido a que la distancia donde actúa la presión positiva Ao, es mayor que la
longitud de la base del muro ( BM), entonces debajo del muro no existen presiones
negativas, por lo que no es necesario incrementar la base.
Ao > Bm => 3.54 m > 3.10m
68
PRESIONES EN EL SUELO.
a) Excentricidad ( ex).
Ex = ( Bm / 2) – a = ( 3.10 m / 2) – 1.18m
Ex = 0.37 m
b) Modulo de sección por metro lineal ( Sx)
Sx = 1 / 6 * Bm² * L sx = 1 / 6 * 310m² * 1.00m
Sx = 1.60 m³
c) Presión máxima ( qmax).
qmax = ( Wt / B * L) + ( Wt) * Ex / sx
qmax = ( 9.23 ton / 3.10m * 1.00m) + ( 9.23 ton * 0.37 m/1.60 m³)
qmax = 5.11 ton/m²
Debido a que la presión máxima actuante ( 5.11 ton / m² ), es menor que la capacidad
soporte del suelo entonces los tanques no experimentarán asentamiento.
DISEÑO DE LA LOSA INFERIOR DEL TANQUE DE DISTRIBUCIÓN
Para el diseño de la losa inferior, se especifica que la unión entre la losa y pared no
sea monolítica, esto es para evitar la transmisión de fuerzas.
VOLUMEN DEL TANQUE. (Vol.) (1 compartimento).
El volumen total del tanque es igual de alto ( Al), por lo ancho ( An), por el largo (La)
menos el triángulo que forma el muro intermedio ( ver planos).
69
Vol = ( Al * An * La) – ( ½ * Al * ba * An)
Vol = ( 2.35 * 6.50m * 7.00m) – ( ½ * 2.35m *0.60m * 6.50m)
Vol = 106.925m³ - 4.5825 m³
Vol = 102.342 m³
PESO DEL AGUA SOBRE LA LOSA ( Pa).
Pa = Roa * Vol = 1,000 kg/m³ * 102.342m³
Pa = 102,342.00 Kg
PESO DEL AGUA POR METRO CUADRADO.
Wa = Pa/ ( An * La) = 102,342 kg/ ( 6.50 m * 7.00 m)
Wa = 2249.274 kg/m²
Como la capacidad soporte del suelo ( Fs = 15 ton/m³ ) es mayor que la presión
producida por el peso del agua ( 2.25 ton/m² ), entonces la losa inferior únicamente
requiere el refuerzo mínimo. Para el calculo del acero mínimo, se tomará como base una
franja ( Fu) y el espesor de losa ( t) que será de 15 cm.
ACERO MÍNIMO ( ASMIN).
Asmin = 0.002 * Fu * t Asmin = 0.002 * 100 cm. * 15 cm.
Asmin = 3.00 cm²
70
ESPACIAMIENTO DEL ASMIN.
Entonces se usará No.3 ( 0.71 cm² ).
POR REGLA DE TRES.
Es = As No.3 * fu/Asmin Es = 0.71 cm² * 100 cm./3.00cm2
Es = 23.67 cm. =>
El espaciamiento definitivo será de 20 cm. , Para ambos sentidos.
VERIFICACIÓN DE CORTE EN EL TALÓN.
Fuerza ultima de resistencia a corte ( Vcu) en una franja unitaria.
tbcFVcu **'53.0*85.0=
cmscmsVcu 30*.100*21053.0*85.0=
Vcu = 19,585.09 Kg
El peso total ( Wt) que soporta el talón está constituido por el peso de la losa inferior, su
peso propio y el del agua.
Wt = ( Roc * b * ( “l” losa * “t” talón) + ( aδ * b * Al)
Wt = ( 2400 kg/m³ * lm * ( 0.15m + 0.30m) + ( 1000 kg/m³ * 1.00m * 2.35m)
Wt = 3430 kg/m.
71
CORTE ACTUANTE (Va).
2*basetalonWtVa =
28.0*/2430 mtsmkgVa = Va=13.72.00kg.
La fuerza última de resistencia a esfuerzo cortante ( Vcu) es mayor que la fuerza
actuante (19585.09 kg > 1372.00 Kg => Vcu > Va), por lo tanto el valor resiste el corte
sin necesidad de refuerzo.
2.11 Sistema de cloración
Con el propósito de proveer agua libre de bacterias, virus y amebas a los
usuarios, se debe incorporar un sistema de desinfección. En este medio se aplica tanto
en el área rural como en el en el urbana, el cloro, ya sea como gas o como compuestos
clorados (cloro liquido).
Hipoclorador
Se usará un solo hipoclorador que dosifique una solución de hipoclorito de calcio
al 65%, diluido en agua en pequeñas dosis, colocado directamente al caudal de entrada
en la caja distribuidora de caudales.
Tomando en cuenta el caudal de bombeo (15.00 l/seg.), para el desarrollo de este
proyecto se recomienda un hipoclorador de la serie C-plus, de accionamiento
electromagnético, usado para caudales grandes.
De acuerdo a los resultados de laboratorio el agua no es potable, por lo cual es
necesario inyectar una demanda de 1mg/L de hipoclorito de calcio obteniéndola
mediante una válvula de calibración del hipoclorador (ver especificaciones del
proveedor)
72
2.12 Gastos de operación y mantenimiento.
Generalmente se considera que las actividades de operación y mantenimiento son
de poca importancia y la realiza personal no calificado, por lo que no se le da la debida
importancia.
Realmente la operación y mantenimiento debe tener el apoyo de todos los
niveles de autoridad, puesto que son de estas acciones de las que dependen la vida útil
del sistema, logrando satisfacción en el usuario y consecuentemente generando
motivación para el pago de la tarifa que demanda los gastos en que se incurren para sus
operación y mantenimiento.
Presupuesto de gasto de mantenimiento y operación.
Administración gasto/mes 1.1 Papelería y varios. Q.600.00/año Q. 50.00 Operación. 2.1 Fontanería 1 hombre por cada 200 conexiones más un hombre por cada 2500 metros de conducción Q26,255.10 Operador de equipo de bombeo titular y suplente Q6738.00
Energía eléctrica (14 horas de bombeo) Q38,649.88 Tambo de 200 libras de hipoclorito de calcio Q1,984.00 Mantenimiento. Se estima el 0.3% del costo del proyecto ((Q.3,041,730.14) 0.003)/12 Q760.43
73
Reposición del equipo de bombeo. Se estima en 20% del costo inicial del equipo (Q.100,000.00*0.20)/12 Q1,666.66 Total gasto de mantenimiento y operación Q74,437.41 Tarifa propuesta por el consumo de agua. La suma de todos los gastos mensuales en el mantenimiento y operación es la base para determinar la tarifa, calculando de la siguiente manera: Se dividen entre el número de conexiones actuales que son de 1,047 servicios domiciliares, considerando que estarían consumiendo 19,800 litros mensuales resultado obtenido de la dotación asignada y el promedio de habitantes por vivienda, finalmente se adopta una tarifa aproximada en una cantidad entera de quetzales quedando la tarifa de la siguiente manera. Promedio de viviendas beneficiadas =1047 Entonces cuota mensual por el consumo de 19,800 litros =19.80 m³ Tarifa mensual estimada calculada Q 74,437.41 / 1047 viviendas Q71.09 Tarifa mensual adoptada por consumo de 19,800.00 litros Q72.00 Otra forma de cobro de tarifa según el Instituto de Fomento Municipal INFOM, es la adopción de servicio en pajas para lo cual se adopta ¼ de paja (15,000.00 litros) por vivienda calculando la tarifa de la siguiente forma: Tarifa mensual estimada calculada Q 71.09 / 19,800 litros *15,000 litros Q 53.85 Tarifa mensual adoptada por consumo de 15,000.00 litros Q 54.00
74
2.13 Planos
Ver planos del proyecto en anexos.
2.14 Presupuesto
En la integración del presupuesto se consideraron costos indirectos integrando
los gastos administrativos y los imprevistos (10%) no así la utilidad (10%) que está
separada para identificar el ahorro que tendría la municipalidad si se llegara a realizar
el proyecto que a continuación se presenta:
75
PROYECTO: AMPLIACIÒN DEL SISTEMA DE AGUA POTABLE LOS ENCUENTOS-SUMPANGO SACATEPÉQUEZ
RESUMEN DE PRESUPUESTO No DESCRIPCIÓN UNIDAD PRECIO TOTAL 1 TUB. HG DE 6" U Q 3,644.34 Q 524,784.96 2 TUB. 250 PSI.6" U Q 1,200.00 Q 516,000.00 3 TUB. 160 PSI 6" U Q 825.00 Q 181,500.00 4 CODOS 45° HG 6" U Q 395.00 Q 1,185.00 5 CODOS 45° PVC 6" U Q 404.00 Q 17,776.00 6 CODOS 90° PVC U Q 404.00 Q 2,828.00 7 VALVULA DE CHEQUE H.6" U Q 4,150.00 Q 24,900.00 9 VALVULA DE COMPUERTA 6" U Q 3,639.00 Q 7,278.00 8 VALVULA DE COMPUETA 4" U Q 1,157.55 Q 9,260.40
9 BOMBA CENTRIFUGA DE EJE VERTICAL DE 60 HP U Q 100,000.00 Q 200,000.00
10 CAJA DE CAPTACIÓN U Q 13,084.44 Q 39,253.33 11 CAJA PARA VÁLVULAS U Q 1,630.04 Q 26,080.64 12 CAJA REUNIDORA DE CAUDALES U Q 33,404.94 Q 33,404.94 13 CASETA DE BOMBEO U Q 33,883.66 Q 33,883.66
14 CASETA DE BOMBEO SEGUNDO TRAMO U Q 29,560.66 Q 29,560.66
15 TANQUE DE DESCARGA U Q 112,299.32 Q 112,299.32 16 TANQUE DE SUCCIÓN U Q 29,497.74 Q 29,497.74 17 TANQUE DE DISTRIBUCIÓN U Q 223,546.57 Q 223,546.57 18 SISTEMA DE CLORACIÓN U Q 18,000.00 Q 18,000.00 19 TRAZO ML Q 3.00 Q 15,000.00 20 EXCAVACIÓN M3 Q 20.00 Q 100,000.00 21 COMPACTACIÓN M3 Q 10.00 Q 20,000.00 22 COLOCACIÓN DE TUB.HG 6" U Q 100.00 Q 14,400.00 22 COLOCACIÓN DE TUB. 6" U Q 33.00 Q 21,450.00 23 ANCLAJE PARA TUBERÍA U Q 71.45 Q 114,320.00 24 HERRAMIENTA Y EQUIPO GLOBAL Q 20,000.00 25 FLETES GLOBAL Q 20,000.00 26 MONTAJE DE EQUIPO U Q 7,000.00 Q 14,000.00
27 SUPERVICIÓN LÍNEA DE CONDUCCIÓN U Q 80,000.00 Q 80,000.00
28
AMPLIACIÓN DEL SISTEMA ELÉCTRICO DE LÍNEAS DE BANCO DE 75kv/240/480v U Q 315,000.00 Q 315,000.00
TOTAL Q 2,765,209.22 UTILIDAD 10% Q 276,520.92
GRAN TOTAL Q 3,041,730.14
Gran total equivalente en dolares =$ 390,466.00
76
3. Organización de la Oficina Municipal de Planificación.
3.1 Descripción de la Oficina Municipal de Planificación OMP
Es una Dependencia Técnica permanente de la Municipalidad, cuyo objetivo
principal es coordinar los diagnósticos, planes y proyectos de desarrollo del Municipio.
Cumple con la función de soporte técnico y asesoría del Consejo Municipal y El
Consejo Municipal de Desarrollo Urbano y Rural. Para cumplir con su cometido podrá
contar con el apoyo sectorial de los Ministerios y Secretarías de Estado que integran el
Organismo Ejecutivo.
3.2 Funciones de la oficina municipal de planificación OMP
Es la responsable de producir la información precisa y de calidad requerida para
la formulación y gestión de la las políticas públicas municipales coordinando la
formulación, implementación y evaluación, del plan de Desarrollo Municipal
persiguiendo los siguientes objetivos mínimos:
• Programas y Proyectos de calidad y de mayor cobertura.
• Presentación de servicios que correspondan a las necesidades de la población
• Diagnóstico Integral del Municipio, que permita obtener una visión global del
mismo.
• Banco de Datos, con toda la información necesaria para que el Consejo Municipal,
pueda tomar decisiones acertadas y oportunas.
• Plan de Desarrollo Municipal, resultado del análisis y priorización de las necesidades
del municipio, así como las posibles soluciones, mediante la ejecución de programas
y proyectos a corto, mediano y largo plazo.
• Un plan operativo anual, que contempla los programas, proyectos y actividades que
se ejecutarán durante el año.
• Banco de Proyectos debidamente formulado, que sirvan de base para hacer gestiones
de financiamiento
77
3.2.1 Funciones de la OMP en el marco de las nuevas leyes (Art. 97 y 98
del código municipal)
Para efectos de integrar a las municipalidades en el proceso y consolidación
financiera del sector público, las municipalidades del país deberán incorporar a su
estructura administrativa una unidad de Administración Financiera Integrada Municipal
– AFIM-, la cual será responsable de dicho proceso, la misma deberá estar operando en
todas las municipalidades antes del año 2006. Esta unidad estará a cargo de un director o
jefe, que será nombrado por el Concejo Municipal de una terna propuesta por el alcalde;
dicho nivel jerárquico dependerá de la complejidad de la organización municipal de que
trate. En aquellos casos en que la situación municipal no permita la creación de esta
unidad, las funciones las ejercerá el tesorero municipal elaborando en coordinación con
la Oficina Municipal De Planificación, la programación de la ejecución presupuestaria y
con los responsables de cada programa, la evaluación de la gestión presupuestaria.
3.2.2 Apoyo Técnico de la OMP para los Consejos de Desarrollo Urbano
y rural.
Art. 45. del Reglamento de la ley de consejos de desarrollo Urbano rural.
En ejercicio de la autonomía municipal y conforme a la ley, corresponde a la
corporación Municipal apoyar a los consejos de Desarrollo de su municipio, tanto en el
nivel municipal como en el nivel comunitario en forma siguiente:
Autorizar a la Oficina Municipal de Planificación para dar el apoyo técnico
necesario al Consejo Municipal de desarrollo y a los Consejos Comunitarios de
Desarrollo, para el cumplimiento de sus cometidos, para obtener el apoyo técnico de
Ministerios y Secretarías de Estado que integran el organismo Ejecutivo.
78
Art. 45. del Reglamento de la ley de consejos de desarrollo Urbano rural.
Apoyo Técnico. La secretaría de Planificación y Programación de la Presidencia
(SEGEPLAN), por la naturaleza de sus funciones, se constituye en la unidad técnica de
apoyo del Consejo Nacional de Desarrollo Urbano y Rural.
En los consejos de Desarrollo Regionales y Departamentales, la Secretaria de
Planificación y Programación de la presidencia, tendrá a su cargo la coordinación de la
unidad técnica, la cual se integrará, además, con los titulares de las dependencias de los
ministerios, secretarías, fondos sociales , y otras entidades gubernamentales, con
presencia en el respectivo nivel.
En los Consejos de Desarrollo de los niveles municipal y comunitario, su
asesoría se hará efectiva a través de la Oficina Municipal de Planificación OMP, previa
solicitud de la corporación municipal correspondiente.
3.3 Equipo Municipal de Planificación.
Estará integrada por un coordinador, el asistente del coordinador, los técnicos
(incluye epesistas de varias disciplinas) y la secretaria, pudiendo ser ampliado este
equipo de acuerdo a los requerimientos de la municipalidad y la cobertura que pueda
tener dicha oficina.
3.3.1 Perfil y atribuciones del personal de la OMP
Perfil del personal de la OMP
Para que el funcionamiento de la oficina sea eficiente es recomendable que el
personal posea buenas relaciones humanas, fundamentadas en el respeto, amistad,
armonía, colaboración, diálogo, entusiasmo y motivación llenando los siguientes
requisitos generales:
79
Ser guatemalteco de origen.
Preferiblemente vecino del municipio (no indispensable)
Ciudadano en ejercicio de sus derechos políticos.
Profesional (a nivel de licenciatura o técnico)
Tener experiencia calificada en la materia.
Habilidad en el manejo de herramienta informática.
Perfil del coordinador
Ser guatemalteco de origen.
Preferiblemente vecino del municipio (no indispensable)
Ciudadano en ejercicio de sus derechos políticos.
Profesional (Ingeniero civil o Arquitecto)
Tener experiencia calificada en la materia.
Habilidad en el manejo de herramienta informática
80
Atribuciones del coordinador
• Son atribuciones del coordinador de la oficina municipal de planificación:
• Cumplir y ejecutar las decisiones del Consejo Municipal en lo correspondiente a su
responsabilidad y atribuciones específicas.
• Elaborar los perfiles, estudios de preinversión, y factibilidad de los proyectos para el
desarrollo del municipio, a partir de las necesidades sentidas y priorizadas.
• Mantener actualizadas las estadísticas socioeconómicas del municipio, incluyendo la
información geográfica de ordenamiento territorial y recursos naturales.
• Mantener actualizado el registro de necesidades identificadas y priorizadas y de los
planes, programas y proyectos en sus fases de perfil, factibilidad, negociación y
ejecución.
• Mantener un inventario permanente de la infraestructura social y productiva con que
cuenta cada centro poblado; así como de la cobertura de los servicios públicos de los
que gozan éstos.
• Asesorar al Consejo Municipal y al alcalde den sus relaciones con las entidades de
desarrollo públicas y privadas.
• Suministrar la información que les sea requerida por las autoridades municipales y
oros interesados con base a los registros existentes.
• Otras actividades relacionadas con el desempeño de su cargo y aquellas que le
encomiende el Consejo Municipal o el alcalde.
81
• Mantener actualizado el catastro municipal.
Perfil del asistente del coordinador
Ser guatemalteco de origen.
Preferiblemente vecino del municipio (no indispensable)
Ciudadano en ejercicio de sus derechos políticos.
Profesional (Ingeniero civil o profesional a nivel de licenciatura)
Tener experiencia calificada en la materia.
Habilidad en el manejo de herramienta informática.
Atribuciones del asistente del coordinador
• Dar seguimiento a los planes y programas en coordinación del coordinador
• Velar que los informes del coordinador se mantengan actualizados.
• Suplir al coordinador en sus atribuciones cuando él lo autorice.
Atribuciones del personal técnico
• Las que indique el Coordinador, de acuerdo al área técnica a desempeñar.
82
3.4 Instalaciones de la OMP.
Por ser una oficina de varias unidades donde estarán varias secciones de
atención al publico, es importante que los ambientes tengan buena iluminación,
ventilación, amplitud tanto para la movilización del personal como para la atención al
público.
3.5 Alternativas de Financiamiento para el funcionamiento de la OMP
En la operativización es necesario asignar parte del presupuesto municipal para
su funcionamiento, lo cual podría realizarse a través los renglones presupuestarios
siguientes:
Financiamiento con fondos propios: se puede utilizar hasta el 100% de los ingresos
propios a través de:
Ingresos tributarios: Impuestos Directos Municipales (IUSI), Impuestos Indirectos:
Arbitrios municipales, establecimientos comerciales, de servicio, industriales y
espectáculos, entre otros.
Ingresos No Tributarios: Tasas, contribuciones por mejoras, arrendamiento de edificios,
equipos e instalaciones, etc.
Transferencias Corrientes: De este renglón se puede utilizar hasta el 100% y
corresponde a las obtenidas del sector privado y del Gobierno Central.
Del Sector Privado: aporte de vecinos sin fines específicos y donaciones.
83
Del sector Público: Gobierno Central del porcentaje establecido para funcionamiento
(Situado Constitucional, impuestos al petróleo y sus derivados, IVA PAS e impuestos
sobre la circulación de vehículos)
Capitalización en el costo de las obras: Cuando la Municipalidad no cuenta con
suficientes fondos en el Presupuesto de ingresos propios y transferencias para el
funcionamiento apropiado de la OMP, podría capitalizarse con parte de los cosos de los
proyectos que se ejecuten por el método de administración municipal o en forma mixta.
a) Obras y proyectos por administración.
b) Obras y proyectos ejecutados en forma mixta (por administración y por contrato)
Egresos: Cuando los gastos de funcionamiento son absorbidos a través de los ingresos
por fondos propios o para funcionamiento, los egresos se presupuestarán, afectando los
renglones 011, 021 y 022.
Cooperación Externa: Es necesario resaltar el apoyo que puede brindar la cooperación
internacional, en el ámbito de fortalecimiento de las Oficinas Municipales de
Planificación, por tal razón, dependerá de la capacidad de negociación e interés que
pongan las autoridades municipales, para obtener apoyo a este nivel.
3.6 Presupuesto.
Este presupuesto comprende la inversión del primer año de funcionamiento de la
oficina, que se detalla a continuación:
84
PRESUPUESTO OMP
MOBILIARIO Y EQUIPO
DESCRIPCIÓN UNIDAD CANTIDAD P/UNITARIO TOTAL
ARCHIVOS U Q 2.00 Q 650.00 Q 1,300.00
ESCRITORIOS U Q 6.00 Q 600.00 Q 3,600.00
SILLAS U Q 6.00 Q 200.00 Q 1,200.00
EQUIPOS DE
COMPUTACION
U Q 5.00 Q 6,600.00 Q 33,000.00
PLOTER U Q 1.00 Q 25,000.00 Q 25,000.00
CAMARA FOTOGRAFICA U Q 1.00 Q 3,000.00 Q 3,000.00
TOTAL MOBILIARIO Y EQUIPO
Q 67,100.00
SALARIOS DE PERSONAL ANUAL
DESCRIPCION UNIDAD CANTIDAD P/UNITARIO TOTAL
COORDINADOR MESES 12 Q3,600.00 Q43,200.00
SUB-COORDINADOR MESES 12 Q2,600.00 Q31,200.00
SECRETRIA MESES 12 Q1,800.00 Q21,600.00
DIBUJANTE TECNICO MESES 12 Q2,000.00 Q24,000.00
TOTAL SALARIOS Q120,000.00
85
PRESTACIONES
BONO 14 Q 10,000.00
AGUINALDO Q 10,000.00
VACACIONES Q 6,666.60
INDEMNIZACIÓN Q 10,000.00
TOTAL PRESTACIONES Q 36,666.60
ESTIPENDIO PARA
EPESISTAS
UNIDAD CANTIDAD P/UNITARIO TOTAL
EPEISISTA ING. CIVIL MESES 12.00 Q 1,300.00 Q 15,600.00
EPESISTA DE
ARQUITECTURA
MESES 12.00 Q 1,300.00 Q 15,600.00
TOTAL EPESISTA Q 31,200.00
SUBTOTAL Q254,966.60
IMPREVISTOS 10% Q 25,496.66
TOTAL PRESUPUESTO OMP
Q280,463.26
86
CONCLUSIONES
1. El municipio de Sumpango, Sacatepéquez, carece de un servicio suficiente de agua
potable y otros servicios básicos de saneamiento ambiental, incidiendo en las
condiciones de vida de los habitantes, por tal razón, la construcción de la ampliación
del sistema de agua potable, se constituye en un servicio de importancia para los
pobladores.
2. Por medio de supervisiones técnicas se garantizará el funcionamiento adecuado del
sistema de agua potable.
3. El tratamiento del agua no sólo es un requisito de salud pública sino que garantiza
que la población se abastecerá de agua potable.
4. El caudal aforado es mayor que la demanda, por lo tanto, el proyecto ofrece garantía
para el período de diseño, es decir, que se tendrá el servicio durante las veinticuatro
horas del día.
5. La organización comunitaria es la base del desarrollo del municipio.
6. La comunidad organizada y a través de la Oficina Municipal de Planificación (OMP)
constituyen los facilitadores de los proyectos a través de perfiles de los mismos.
7. A través del Ejercicio Profesional Supervisado, se obtiene un proceso que
complementa la formación profesional del Ingeniero, ya que permite la
confrontación teórico-práctica, además de proyectar a la Facultad de Ingeniería de la
Universidad de San Carlos de Guatemala a la sociedad guatemalteca, contribuyendo
a proponer soluciones a los problemas de las comunidades de todo el país.
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RECOMENDACIONES
1. Para que el sistema de abastecimiento funcione con eficiencia, se deberá tener un
ordenamiento y control estricto del cuidado y manejo de cada una de las partes
que lo componen (uso de la bomba de agua, uso de las válvulas y el sistema de
cloración).
2. La municipalidad deberá hacer campañas para el uso racionado del agua donde
deberá indicar que el agua es exclusivamente de uso domiciliar y no para uso
agrícola.
3. La municipalidad deberá elaborar el reglamento del sistema de agua para tener
una buena administración del sistema
4. El personal encargado de la limpieza del tanque de distribución deberá recibir
orientación de cómo debe proceder a la limpieza de los compartimientos del
tanque de distribución.
5. Divulgar a la comunidad de la existencia de la oficina municipal de planificación
(OMP) y las atribuciones de la misma.
6. Impulsar a la comunidad que se constituya como consejo comunitario de
desarrollo (COCODE) y capacitarlo para perfilar proyectos de desarrollo
comunitario.
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BIBLIOGRAFÍA
1. Arocha Ravelo, Simón. Abastecimientos de Agua Teoría y Diseño. Venezuela, 1980. 281pp
2. Aguilar Salguero, Edgar Horacio. Diseño del sistema de abastecimiento de agua potable de los cantones sur y oriente de la cabecera municipal de Patzún Chimaltenango.Tesis de Ingeniería Civil. Guatemala, Universidad de San Carlos Guatemala, Facultad de Ingeniería. 1998. 151 pp.
3. Alfaro Velíz, Luís Gregorio. Planificación y Diseño de la red de agua potable para la aldea los Cerritos del municipio de Sansare, El Progreso. Trabajo de graduación de ingeniería Civil. Guatemala, Universidad de San Carlos de Guatemala. Facultad de ingeniería, 2000.130 pp.
4. Hernández Molina, Anakena Marta Isabel. Introducción de Agua potable a la aldea Santa Catarina Bobadilla y San Gaspar Vivar del Municipio de Antigua Guatemala, Sacatepéquez. Trabajo de graduación de ingeniería Civil. Guatemala. Universidad de San Carlos de Guatemala. Facultad de Ingeniería,2003.158 pp.
5. INFOM. Manual del Equipo Municipal de Planificación. Instituto de Fomento Municipal-INFOM 1999
ANEXO “A” Análisis del agua
Kg./ Cm.²MTS. COLUMNA DE AGUA
(m.c.a)1.033 10.33
0.9966 9.9660.9608 9.6080.9213 9.2130.8925 8.9250.8598 9.5980.7107 7.1070.5834 5.8340.4262 4.2620.3835 3.835
Tomado de mecánica de Fluidos, A.B. Daugherty y PH. Ingersol (Ref.II)
VARIACIÓN DE LA PRESIÓN ATMOSFÉRICARESPECTO A LA ALTITUD
ALTITUD SOBRE EL
NIVEL DEL MAR MTS.
PRESIÓN ATMOSFÉRICA
0300600900
6,0007,500
1,2001,5003,0004,500
Kg./Cm.²MTS.COLUMNA DE AGUA
(m.c.a)0 0.00622 0.06225 0.00889 0.0889
10 0.01252 0.0125215 0.0174 0.17420 0.0238 0.23825 0.0323 0.32330 0.0433 0.43335 0.0573 0.57340 0.0752 0.752
Tomando de Mecánica de Fluidos, A.B. Daugherty y PH Ingersol (Ref.II)
PRESIÓN DE VAPORTEMPERATURA
ºC
VARIACIÓN DE LA PRESIÓN DE VAPOR DEL AGUARESPECTO A LA TEMPERATURA
