FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL
Tema: Diseño y Cálculo de Tanque-Reservorio
Autores: BALLONA CONDORI VANESSA BUENO MANRIQUE NIKOL CABELLO AQUIÑO YADIRA CHULAN SAAVEDRA, RAÚL VIGIL CAMACHO JESSENIA
Vigil Camacho, Jessenia
ASESOR: Ing. Ponce Filios, José Luis
LIMA – PERÚ 2018 - I 1
DEDICATORIA A nuestros padres por ser incondicionales en nuestras vidas dándonos siempre un impulso para seguir adelante. A nuestro docente por enseñarnos lo que es la investigación en base a parámetros que ayudan a un mejor resultado con su respectivo método utilizado. 2
AGRADECIMIENTO A nuestra Universidad César Vallejo por brindarnos la oportunidad de pertenecer a la gran familia Vallejiana con motivo de prepararnos
para
ser
excelentes
profesionales una vez culminado nuestros estudios.
A
nuestros
docentes
por
enseñarnos día a día a ser justos, humildes e ingenieros, y un agradecimiento especial a nuestros padres que impulsan nuestros estudios y nos motivan a salir adelante para ser en un futuro próximo además de profesionales excelentes ciudadanos. 3
ÍNDICE
DEDICATORIA ............................................................. ................................................................................................................................ ................................................................... 2 AGRADECIMIENTO ................................................................. ........................................................................................................................ ....................................................... 3 ÍNDICE...................................................................................................................... ............................................................................................................................................ ...................... 4 RESUMEN ................................................................... ...................................................................................................................................... ................................................................... 6 ABSTRACT ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... 7 I.
INTRODUCCIÓN ............................................................ .................................................................................................................. ...................................................... 80 80 1 Conceptos_ ............................................................................................................. ...................................................................................................................... ......... 11 2 Caracteristicas y Función _ .............................................................................................. .............................................................................................. 12 3 Tipos de Reservorio. _ .......................................................... ..................................................................................................... ........................................... 12 3.1 Pors su Ubicación Hidraulica .................................................................. ...................................................................................... .................... 12 3.1.1 De Cabecera........................................................... ..........................................................Error! Error! Bookmark not defined. 3.1.2 Flotante. ................................................................ ................................................................Error! Error! Bookmark not defined. 3.2 Por su Ubicación Respecto al Terreno ...........................Error! ...........................Error! Bookmark not defined. 3.2.1 Reservorio Apoyado .............................................Error! .............................................Error! Bookmark not defined. 3.2.2 Reservorio Elevado...........................................................................................Error! Elevado........................................................................................... Error! Bookmark not defined.3 defined.3
3.2.3 Reservorio Enterrado.......................................................................................Error! Enterrado....................................................................................... Error! Bookmark not defined. 3.2,4 Reservorio Semienterrados..............................................................................Error! Semienterrados.............................................................................. Error! Bookmark not defined. 3.2 Por su Material de Construcción...............................................................................Error! Construcción............................................................................... Error! Bookmark not defined. 3.2.1 Reservorios de Mampostería o de Concreto Simple S imple.......... Error! Bookmark not defined. 3.2.2 Reservorios de Concreto Pre o Post Tensado..................................................Error! Tensado.................................................. Error! Bookmark not defined. 3.2.3 Reservorios Metálicos .........................................Error! .........................................Error! Bookmark not defined. 4. Error! Bookmark not defined. 4.1 Esfericas.....................................................................................................................16 4.2 Paralepipedo..............................................................................................................16 4.3 Cilindrica....................................................................................................................16 4
II. ELEMENTOS Y REQUISITOS PARA LA CONSTRUCCCIÓN DE RESERVORIO .Error! Bookmark not defined. 2.1Selección del sitio. _ ...........................................................Error! Bookmark not defined. 2.2Topografia ..........................................................................Error! Bookmark not defined. 2.3 Textura del suelo ...............................................................Error! Bookmark not defined. 2.4 Ubicación ....................................................................................................................... 20 2.5 Fuente de agua y área de drenaje ................................................................................. 21 2.6 Definicióin del volumen de agua posible de capturar ................................................... 22 2.7 Cálculo de area de influencia de escorrentia ................................................................ 23 2.8 Capacidad de Almacenamiento ..................................................................................... 24 2.9 Infiltraccción .................................................................................................................. 25 2.10 Agua de Reserva ..............................................................Error! Bookmark not defined. 2.11 Sedimentacdor ................................................................Error! Bookmark not defined. 2.12 Periodo y caudales de Diseño .........................................Error! Bookmark not defined. 2.13 Capacidad y Dimensionamiento de Rservorio............................................................. 30 III. CONSTRUCCIÓN DE RESERVORIO ....................................................................................... 31 3.1 Estructural ...................................................................................................................... 32 3.2 Hidráulico........................................................................................................................ 32 3.3 Taludes para presas de material homogéneo.................................................................Error! Bookmark not defined. 3.3 Procesado de la información recopilada ............................Error! Bookmark not defined. IV. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ....................................................................... 36 5.1 Conclusiones. _ ............................................................................................................. 38 5.2 Recomendaciones. _ ................................................................................................... 38 V. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS ........................................................................................... 39
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6
RESUMEN En el presente trabajo de investigación se determina el diseño y construcción de un reservorio ya que la necesidad de crear un reservorio es beneficioso para las personas para mejorar una calidad y dar abastecimiento de agua en cada sitio de la zona para ello se recolectara información sobre conceptos previos sobre el tema y los tipos que hay así mismo también será vera el diseño y la forma de estructura de reservorio ya que esto podría ayudar ante un el peligro sísmico, riesgo sísmico y vulnerabilidad sísmica Por ello La importancia del reservorio radica en garantizar el funcionamiento hidráulico del sistema y el mantenimiento de un servicio eficiente, en función a las necesidades deagua proyectadas y el rendimiento admisible de la fuente. Asimismo en el informe se verá que requisitos se debe tener para hacer un reservorio y los estudios y cálculo para obtener un resultado aceptable después de ello de analizar se procederá hacer la construcción del reservorio.
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ABSTRACT
In the present work of investigation the design and construction of a reservoir is determined since the necessity to create a reservoir is beneficial for the people to improve a quality and to give supplying of water in each site of the area for it will collect information on concepts previous on the subject and the types that are there likewise will also see the design and the form of reservoir structure since this could help before a seismic hazard, seismic risk and seismic vulnerability Therefore, the importance of the reservoir lies in guaranteeing the hydraulic operation of the system and the maintenance of an efficient service, according to the projected water needs and the admissible yield of the source. Also in the report you will see what requirements you must have to make a reservoir and the studies and calculation to obtain an acceptable result after analyzing it will proceed to do the construction of the reservoir.
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I. INTRODUCCIÓN
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En la presente Informe se da a conocer el “ DISEÑO Y CÁLCULO DE TANQUE-RESERVORIO” Las viviendas situadas en el Perú la mayoría en la zona de las poblaciones no tiene un sistema de agua potable por lo que recurren a comprar baldes de agua o cisternas que a veces dan pero también pagan para ello , ante ello esto ocurre porque en la zona donde viven sus ambientes áridos, semiáridos, y secos o porque algunas familiar son migrantes del interior del País y en su mayoría escogen cerros o lugares no aptos así mismo una solución seria los sistemas de captación y aprovechamiento de agua de lluvia ayudan a resolver los problemas de abastecimiento para uso doméstico y riego, ya que , representan opciones reales para incrementar los volúmenes disponibles de agua. Lamentablemente, en América Latina y el Caribe, su utilización aún es limitada. Debido a esto, los gobiernos y comunidades buscan estrategias y unifican esfuerzos para enfrentar la creciente demanda, de ahí la urgencia de masificar la cultura del buen aprovechamiento del agua, mediante campañas masivas, utilizando todos los medios de comunicación y estableciendo programas y proyectos que conduzcan a Mejorar el nivel de vida de los vecinos de zonas rurales (Anaya 1994). ..
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Diseño y Cálculo de Tanque-Reservorio 1. Conceptos Son aquellos que permiten almacenar agua en las horas en las cuales la demanda es menor que el suministro de agua, de manera que es usado (el agua almacenada) en las horas de demanda mayor al suministro, cubriendo así el déficit existente. La importancia del reservono radica en garantizar el funcionamiento hidráulico del sistema y el mantenimiento de un servicio eficiente, en función a las necesidades de agua proyectadas y el rendimiento admisible de la fuente. Un sistema de abastecimiento de agua potable requerirá de un reservorio cuando el rendimiento admisible de la fuente sea menor que el gasto máximo horario (Qmh). En caso que el rendimiento de la fuente sea mayor que el Qmh no se considera el reservorio, y debe asegurarse que el diámetro de la línea de conducción sea suficiente para conducir el gasto máximo horario (Qmh), que permita cubrir los requerimientos de consumo de la población. En algunos proyectos resulta más económico usar tuberías de menor diámetro en la línea de conducción y construir un reservorio de almacenamiento. En el desarrollo del capítulo se presentan las consideraciones básicas que permiten definir metodológicamente el diseño hidráulico y además se muestra un ejemplo de cálculo estructural de un reservorio de almacenamiento típico para poblaciones rurales.
Fuente:
FIGURA N° 1 Elemento de reservorio
UNIVERSIDAD RICARDO PALMA, PROYECTO DE ABASTECIMIENTO DE AGUA – PAMPLONA ALTA
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2. Funciones Un reservorio, cumple tres funciones básicas:
Compensar variaciones de consumo que se producen durante el día.
Mantiene la presión adecuada a la red de distribución.
Dispone de un volumen de agua adicional para atender situaciones de emergencia, como son los casos de incendios, reparaciones en las tuberías de conducción, etc.
3. Tipos de Reservorio Los reservorios de almacenamiento pueden ser elevados, apoyados y enterrados. Los elevados, que generalmente tienen forma esférica, cilíndrica y de paralelepípedo, son construidos sobre torres, columnas, pilotes, etc; los apoyados, que principalmente tienen forma rectangular y circular, son construidos directamente sobre la superficie del suelo; y los enterrados, de forma rectangular, son construidos por debajo de la superficie del suelo (cisternas 3.1 Por su Ubicación Hidraulica 3.1.1
De Cabecera.Que es alimentado desde la captación o planta de tratamiento
(por gravedad
o `por bombeo) y luego abastece a las redes de distribución.
L NEA DE CONDUCCI N
Qmáx. Diario
Qm. horario RESERVORIO DE CABECERA
FIGURA N° 2 Captación de reservorio de cabecera
RED DE DISTRIBUCI N
Fuente:
UNIVERSIDAD PARTICULAR DE CHICLAYO FACULTAD DE ARQUITECTURA Y URBANISMO
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3.1.2 Flotante.Son reguladores de consumo donde el suministro va directamente a la
red
de distribución y de ella va al reservorio, a las horas de mínimo consumo el reservorio se llena y a las horas de máximo consumo la red es atendida desde la captación y del reservorio. Los reservorios flotantes serían técnicamente los más convenientes económicamente puesto que la línea de aducción se calculará con un gasto igual al Qmáx horario menos el Qmáx. Diario. En el caso de reservorio de cabecera la línea de aducción se calcula con el Qmáx horario 3.2 Por su Ubicación Respecto al Terreno. Estos son clasificados con respecto al nivel de terreno, así tendremos: 3.2.1 Reservorios Apoyados.Son los reservorios que están directamente apoyados en el terreno. La construcción de los reservorios apoyados puede ser de albañilería, concreto armado, metálica 3.2.2 Reservorios Elevados.Estos reservorios se apoyan sobre una estructura (columna, pilotes, paredes, etc.) denominado Fuste y se usan para darle carga a la red de distribución si el terreno es Plano. Los materiales empleados para su construcción, son de concreto armado y de estructuras metálicas.
3.2.3 Reservorios Enterrados.Son los reservorios, que tienen el depósito de agua totalmente enterrados. La forma más empleada es la rectangular y los materiales usados en su construcción son mampostería de piedra, de ladrillo y concreto armado. Estos se calculan con el empuje del terreno cuando estén vacíos.
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FIGURA N° 3 Reservorio Enterados
Fuente: Libro
de Roger Aguero Pittman
3.2.4 Reservorios Semienterrados.Son aquellos que parte del depósito está enterrado y otra parte encima de la superficie.
FIGURA N° 4 Reservorio elevación y apoyo
Fuente: Libro
de guía para el diseño y construcción de reservorios apoyados
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3.3 Por su Material de Construcción. 3.3.3 Reservorios de Mampostería o de Concreto Simple Que se usan en poblaciones de mano de obra barata. Reservorios de Concreto.Son construidos de concreto armado. Son mucho más resistentes y necesitan menos mantenimiento aunque son mucho más caros a comparación de los reservorios metálicos. Son muy resistentes a la corrosión, lo cual hace que a largo plazo sea económico por requerirse menos mantenimiento. 3.3.2
Reservorios de Concreto Pre o Post Tensado.Cuando estas estructuras son de gran volumen.
3.3.3
Reservorios Metálicos.Fabricados con láminas de acero, corrugadas, galvanizadas, recubiertas externa e internamente con pinturas especialmente formuladas para la exposición al sol y el contacto con agua potable respectivamente, son más económicos. Así tenemos por ejemplo el reservorio metálico en Iquitos.
FIGURA N° 4 Reservorio de material
Fuente: Libro
de Roger Aguero Pittman
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4. Formas de reservorio No es un aspecto importante en el diseño del reservorio; sin embargo, por razones estéticas y en ocasiones económicas se realizan evaluaciones para definir formas que determinen el mejor aprovechamiento de los materiales y la máxima economía. 4.1 Esférica Tiene las siguientes ventajas: a) presenta la menor cantidad de área de paredes para un volumen determinado y b) toda ella está sometida a esfuerzo de tensión y comprensión simples, lo cual se refleja en menores espesores. Su mayor desventaja estriba en aspectos de construcción, lo cual obliga a encofrados de costos elevados. 4.2 Paralelepípedo Tiene la ventaja de reducir grandemente los costos de encofrado; sin embargo, al ser sus paredes rectas producen momentos que obligan a espesores y refuerzos estructurales mayores. Las formas que reducen los momentos por empuje de agua son aquellas que tienden a la forma cilíndrica, como los hexágonos, octágonos, etc. 4.3 Cilíndricas Tienen la ventaja estructural que las paredes están sometidas a esfuerzos de tensión simple, por lo cual requieren menores espesores, pero tienen la desventaja de costos elevados de encofrado. Las losas de fondo y tapa, las cuales pueden ser planas o en forma de cúpula, se articulan a las paredes. Esta es la forma más recomendable para los reservorios en las zonas rurales, presentándose dos casos:
Si la capacidad del reservorio es menor o igual a 50 m3, es recomendable que la tapa y losa de fondo sean planas.
Para una capacidad mayor a 50 m3, debido a un mejor comportamiento estructural, es recomendable que la tapa y la losa sean semiesféricas (véanse figura 6).
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II. ELEMENTOS Y REQUISITOS PARA LA CONSTRUCCIÓN DE RESERVORIO
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2.1 Selección del sitio
Para hacer un reservorio en una zona por un bienestar lo primero que se debe hacer es seleccionar la zona por ello se debe tener criterios para el diseño y construcción adecuados de los reservorios son indispensables para Asegurar el éxito de estas obras, además de hacerlos más fáciles de cuidar, más seguros y económicos.
Topografía Textura de suelo Ubicación de área adonde se utilizara el agua Selección de sitio
Capacidad de almacenamiento
Fuente de agua y área de drenaje Definición del volumen de agua potable a capturar Cálculo del área de influencia de escorrentía
Cálculo de tubería de rebalse Tubería de conducción de reservorio a la zona de cultivo
Evaporación
Construcción de Reservorio
Infiltración
Agua de Reserva
Sedimentador
Carga de vertedero Diseño de sedimentador
Requerimientos Hídricos de os cultivos
Radiación solar
FIGURA N° 5 Elementos necesarios por Considerar para construir un reservorio
Fuente: MANUAL
DE ESPECIFICACIONES TÉCNICAS BÁSICAS PARA LA ELABORACIÓN DE ESTRUCTURAS DE CAPTACIÓN DE AGUA DE LLUVIA (SCALL) EN EL SECTOR AGROPECUARIO DE COSTA RICA Y RECOMENDACIONES PARA SU UTILIZACIÓN
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Así mismo Peroto (2004) nos dice es ideal considerar en los aspectos constructivos del reservorio el punto más alto de la finca, de modo que el agua pueda llegar desde este punto hasta cualquier lugar de la propiedad. Sin embargo, no siempre es posible tener las condiciones adecuadas para lograr lo anterior. Si La estructura solo puede ubicarse en un punto muy bajo, será necesario considerar la implementación de bombeo. La selección del sitio adecuado es clave para el éxito del reservorio. Debe tomarse en cuenta la topografía del terreno, la textura del suelo, el destino donde se usará el agua y la disponibilidad de la fuente de agua; estos Factores se detallan a continuación.
2.2 Topografía La ubicación ideal para para un reservorio es una depresión natural ancha y plana con una garganta estrecha en el extremo inferior, que permite embalsar el agua con una represa transversal. El sitio más económico es el que permite represar la mayor cantidad de aguacen profundidad suficiente, usando la represa de menor tamaño y con el mínimo movimiento de tierra así mismo deben evitarse sitio pocos profundos, donde será difícil controlar malezas, que podrían perjudicar la calidad del agua, debido a la descomposición de las malezas, así como áreas con nacientes de agua, quebradas o ríos permanentes. Para estanques excavados se escogen áreas planas, tomando en cuenta que por cada metro cubico de agua almacenada, es preciso excava y retirar un metro cubico de tierra. Una alternativa para aumentar la capacidad de almacenamiento sin incrementar la excavación .es usar la tierra removida para construir diques laterales, debidamente compactados, que permitan almacenar agua por encima de nivel natural del terreno. También, es importante considerar la presencia de piedras, especial- mente para el caso de la construcción de un reservorio tipo dique-represa con gaviones.
2.3 Textura del suelo
Es preferible construir los estanques en suelos de texturas arcillosas, que al compactarse adquieren cierta impermeabilidad y estabilidad; sin embargo, si se emplean geo membranas de PVC o plástico, pueden construirse en suelos de texturas francas y arenosas. 19
Los afloramientos de rocas, grava o arena, pueden causar problemas por la excesiva infiltración y por el debilitamiento de las estructuras, por lo que deben evitarse en lo posible, o bien, recubrirse con materiales impermeables y resistentes antes de construir el embalse.
2.4 Ubicación Debe procurarse la ubicación más ventajosa, de acuerdo con el uso del agua, para evitar la necesidad de bombeo. Si el estanque es para abastecer abrevaderos o agricultura, es ideal utilizar la gravedad para el transporte del agua, por lo que conviene ubicarlo en una zona elevada de la finca, pero con suficiente área de captación para llenarlo en invierno. En fincas extensas y en áreas planas es inevitable el uso de bombas. En caso de querer utilizar un reservorio, cuya fuente de agua sea un techo, es conveniente ubicarlo cerca de la construcción, para reducir costos en las tuberías de transporte del agua. De igual forma, el reservorio debe estar ubicado lo más cerca posible del lugar donde se utilizará el agua.
FIGURA N° 6 Ubicación del reservorio
un ejemplo Huarochirí
Fuente:
google earth toma global de la rovincia Huarochirí
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Si el estanque se llena con agua de escorrentía, es preferible que ésta provenga de pastizales cercados, con buena cobertura, para reducir el arrastre de sedimentos. En caso que la cantidad de sedimentos arrastrados sea alta, puede construirse una caja de sedimentación a la entrada del embalse. Otra manera de contener los sedimentos es realizando prácticas de con- trol de erosión en el terreno, como es el establecimiento de barreras de contorno, montículos en contorno o medias lunas, barreras vivas, entre otros. Para evitar la contaminación, debe evitarse el ingreso de agua proveniente de corrales y alcantarilla, así como la entrada de animales. El reservorio se debe ubicar lo más cerca posible y a una elevación mayor al centro poblado. Partes del reservorio:
Tubería de ventilación. Permite la circulación del aire, tiene una malla que evita el ingreso de cuerpos extraños al tanque de almacenamiento.
Tapa sanitaria. Tapa metálica que permite el ingreso al interior del reservorio, para realizar la limpieza, desinfección y cloración.
Tanque de almacenamiento. Es un depósito de concreto que puede ser de forma circular o cuadrada para almacenar el agua.
Tubo de rebose. Accesorio que sirve para eliminar el agua excedente.
Tubería de salida. Es una Tubería de PVC que permite la salida del agua a la red de distribución.
Tubería de rebose y limpia. Sirve para eliminar el agua excedente y para realizar el mantenimiento del reservorio.
Canastilla. Permite la salida del agua de la cámara de recolección, evitando el paso de elementos extraños.
2.5 Fuente de agua y área de drenaje Si el estanque se llena con agua de escorrentía, es preferible que ésta provenga de pastizales cercados, con buena cobertura, para reducir el arrastre de sedimentos. En caso que la cantidad de sedimentos arrastrados sea alta, puede construirse una caja de sedimentación a la entrada del embalse. Otra manera de contener los sedimentos es realizando prácticas de con- trol de erosión en el terreno, como es el establecimiento de barreras de contorno, montículos en contorno o medias lunas, barreras vivas, entre otros. Para evitar la contaminación, debe evitarse el ingreso de agua proveniente de corrales y alcantarilla, así como la entrada de 21
Animales. 2.6 Definición del volumen de agua posible de capturar La posibilidad de capturar agua de lluvia combina muchas variables. Destacan la pendiente del terreno, que idealmente no debe ser menor de 3 ó 5 por ciento, la precipitación acumulada anual caída en el sitio, el área de captación de aguas y la posibilidad de almacenamiento. Preliminarmente, se puede determinar el área de captación requerido por una actividad dada mediante la ecuación:
A = 0,03 U/Pma Donde: A: Área de captación en metros cuadrados. U: Requerimiento de agua anual en litros. Pma: Precipitación anual en milímetros. Esta estimación preliminar permite conocer el posible volumen por almacenar para tiempos cortos de uno a tres meses (Frasier y Myers 1983). Para conocer la precipitación media mensual y la precipitación media anual acumulada, es necesario consultar las bases de datos del Instituto Meteorológico Nacional (IMN) o cualquier otro ente afín. Se presenta algunos ejemplos sobre el tema.
Eficiencia de escurrimiento estimado
Eficiencia de escurrimiento estimado Tipo de superficie
90%
Para superficies lisas, impermeables como techos en metal, en teja asfáltica, de concreto.
80%
Para superficies en grava o pavimentadas.
60%
Para suelos tratados.
30%
Suelo en su estado natural. Fuente:
Frasier y Myers (1983).
22
2.7 Cálculo del Área de Influencia de Escorrentía El área que se requiere para logar llenar el reservorio o área de influencia debe contar con al menos 3 ó 5 % de pendiente para que sea posible el escurrimiento del agua; ésta consiste en el área en la cual toda el agua de lluvia tiene un punto común de salida y que será aprovechada para llenar el reservorio. En muchos de los casos, esta área puede ser identificada en campo, pero si la extensión o la cobertura no lo permiten, puede utilizarse el método del parte aguas1 para lograr identificarla. El cálculo del área de influencia se determina marcando el punto central donde se va a realizar el reservorio, luego, éste se ubica en la hoja cartográfica correspondiente, y se traza el área al chequear las curvas de nivel de manera manual, de modo que se dibuja la mini cuenca de escorrentía. Para estimar el área con precisión, se puede utilizar un planímetro o ser asistido con programas de dibujo o sistemas de información geográfica como AUTOCAD o ArcGIS.
FIGURA N° 7 ejemplos de Influencia de Escorrentía
Fuente:
servicio nacional 23 meteorología e hidrología del Perú
2.8 Capacidad de almacenamiento Para determinar el volumen de agua requerido, debe tenerse en cuenta el uso que se le dará a ella, así como las pérdidas por evaporación e infiltración y el agua de reserva. Si el estanque es de forma geométrica no hay ninguna dificultad para c alcular el volumen, ya que se usan los cálculos de geometría general, si es de forma irregular, se debe hacer el levantamiento topográfico (con teodolito o estación total) para posteriormente estimar el volumen3.
FIGURA N° 8 Mapa del Perú de lluvias de cada distrito
Fuente: servicio
nacional meteorología e hidrología del Perú
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2.9 Infiltración La infiltración es el proceso en el cual el agua almacenada atraviesa el fondo y paredes del embalse y se profundiza en el suelo, alimentando las aguas subterráneas. Es decir, es el flujo de agua desde el suelo hacia las zonas no saturada y saturada. Los factores que afectan la infiltración son:
•
Tipo de cubierta vegetal.
•
Características hidráulicas del suelo.
•
Estado de humedad del suelo.
•
Intensidad de la lluvia o cantidad de agua de riego.
•
Calidad del agua.
•
Formación de costras superficiales.
•
Trabajos agrícolas.
Las pérdidas por infiltración varían según la textura del suelo y las prácticas de construcción. Sin embargo, en un estanque bien construido, éstas de- ben ser insignificantes en suelos pesados, y no deben pasar de un 5% en suelos más permeables. Una alternativa para reducir la infiltración al mínimo, es el empleo de geo membranas, plásticos, o concreto, aunque su uso debe responder, tanto a criterios técnicos como económicos. En nuestro país, el porcentaje de suelos pesados es muy poco (5%), por lo que impermeabilizar los suelos, normalmente es una práctica necesaria para evitar pérdidas por infiltración. 2.10 Agua de reserva Mantener un volumen de agua de reserva evita que el estanque se seque demasiado y se agriete (si es de suelo) y además, si hay cobertura plástica o de geo membrana, es factible extraer los sedimentos con un grado de humedad, sin que le hagan daño a la cobertura. La profundidad del agua de reserva varía, según el uso deseado y la c antidad de sedimentos esperada.
25
2.11
Sedimentador
El sedimentador sirve para la separación parcial de partículas sólidas suspendidas en un líquido por acción de la gravedad. Siempre que sea posible, es adecuado instalar un sedimentador a la entrada del reservorio, con el fin de evitar que muchas partículas entren al estanque, con su consecuente problema de acumulación en el fondo e, inclusive, contaminación de aguas y obstrucción de tuberías. Suele haber diferencias entre la sedimentación de partículas finas y gruesas, ya que, en el primer caso, se producen interacciones importantes entre las partículas, que dan lugar a estados coloidales de difícil sedimentación. A la hora de elegir un sedimentador hay que tener en cuenta los siguientes factores: •
Caudal por tratar.
•
Carga de sólidos y concentración.
•
Superficie y altura.
•
Carga superficial, que relaciona el flujo horizontal con la superficie y se expresa en m3/día/m2.
Un sedimentador consta de los siguientes componentes: a) Zona de entrada: Estructura hidráulica de transición, que permite una distribución uniforme del flujo dentro del sedimentador. b) Zona de sedimentación: Consta de un canal rectangular con volumen, longitud y condiciones de flujo adecuados para que sedimenten las partículas. La dirección del flujo es horizontal y la velocidad es igual en todos los puntos. c) Zona de salida: Constituida por un vertedero, canaletas o tubos con perforaciones que tienen la finalidad de recolectar el efluente, sin perturbar la sedimentación de las partículas depositadas.
26
d)
Zona de recolección de lodos: Constituida por una tolva con capacidad
para depositar los lodos sedimentados, y una tubería y válvula para su evacuación periódica. 2.12
Período y caudales de diseño Las obras de agua potable no se diseñan para satisfacer sólo una necesidad del momento, sino que deben prever el crecimiento de la población en un período de tiempo prudencial que varía entre 10 y 40 años; siendo necesario estimar cuál será la población futura al final de este período. Con la población futura se determina la demanda de agua para el final del período de diseño.
a) Período de diseño En la determinación del tiempo para el cual se considera funcional el sistema, intervienen una serie de variables que deben ser evaluadas para lograr un proyecto económicamente viable. Por lo tanto, el período de diseño puede definirse como el tiempo en el cual el sistema será 100% eficiente, ya sea por capacidad en la conducción del gasto deseado o por la existencia física de las instalaciones. Para determinar el período de diseño, se consideran factores como: Durabilidad o vida útil de las instalaciones, factibilidad de construcción y posibilidades de ampliación o sustitución, tendencias de crecimiento de la población y posibilidades de financiamiento. Aun así, la norma general para el diseño de infraestructura de agua y saneamiento para centros poblados rurales recomienda un período de diseño de 20 años. b) Cálculo de población de diseño El proyectista adoptará el criterio más adecuado para determinar la población futura, tomando en cuenta para ello datos censales y proyecciones oficiales u otra fuente que refleje el crecimiento poblacional, los que serán debidamente sustentados. c) Caudales de diseño La importancia del reservorio radica en garantizar el funcionamiento hidráulico del sistema y el mantenimiento de un servicio eficiente, en función a las necesidades de agua proyectadas y el rendimiento admisible de la fuente. Un sistema de abastecimiento de agua potable requerirá de un reservorio cuando el rendimiento admisible de la fuente sea menor que el gasto máximo horario (Qmh). 27
En caso que el rendimiento de la fuente sea mayor que el Qmh no se considera el reservorio, y debe asegurarse que el diámetro de la línea de conducción sea suficiente para conducir este caudal, que permita cubrir los requerimientos de consumo de la población. En algunos proyectos resulta más económico usar tuberías de menor diámetro en la línea de conducción y construir un reservorio de almacenamiento. d) Demanda de agua
Factores que afectan el consumo Los principales factores que afectan el consumo de agua son: El tipo de comunidad, factores económicos y sociales, factores climáticos y tamaño de la comunidad. Independientemente que la población sea rural o urbana, se debe considerar el consumo doméstico, el industrial, el comercial, el público y el consumo por pérdidas. Las características económicas y sociales de una población pueden evidenciarse a través del tipo de vivienda, siendo importante la variación de consumo por el tipo y tamaño de la construcción. El consumo de agua varía también en función al clima, de acuerdo a la temperatura y a la distribución de las lluvias; mientras que el consumo per cápita, varía en relación directa al tamaño de la comunidad.
Demanda de dotaciones Considerando los factores que determinan la variación de la demanda de consumo de agua en las diferentes localidades rurales; se asignan dotaciones con valores definidos para cada una de las regiones del país.
FIGURA N° 9 Dotación por Región
Norma para el diseño de Infraestructura de Agua y saneamiento Fuente:
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Variaciones periódicas Para suministrar eficientemente agua a la comunidad, es necesario que cada una de las partes que constituyen el sistema satisfaga las necesidades reales de la población; diseñando cada estructura de tal forma que las cifras de consumo y variaciones de las mismas, no desarticulen todo el sistema, sino que permitan un servicio de agua eficiente y continuo. La variación de consumo está influenciada por diversos factores, tales como: tipo de actividad, hábitos de la población, condiciones de clima, etc. La dotación o la demanda per cápita, es la cantidad de agua que requiere cada persona de la población, expresada en litros/habitante/día. Conocida la dotación, es necesario estimar el consumo promedio diario anual, el consumo máximo diario y el consumo máximo horario. El consumo diario anual servirá para el cálculo del volumen del reservorio de almacenamiento y para estimar el consumo máximo diario y horario.
-
Consumo promedio diario anual (Qm) El consumo promedio diario anual, se define como el resultado de una estimación del consumo per cápita para la población futura del período de diseño, expresada en litros por segundo (l/s.).
- Consumo máximo diario (Qmd) y horario (Qmh) El consumo máximo diario corresponde al máximo volumen de agua co nsumido en un día a lo largo de los 365 días del año; mientras que el consumo máximo horario, es el máximo caudal que se presenta durante una hora en el día de máximo consumo. Los coeficientes recomendados y más utilizados son del 130% para el consumo máximo diario (Qmd) y del 200%, para el consumo máximo horario (Qmh) Consumo máximo diario (Qmd) = 1,3 Qm (l/s) Consumo máximo horario (Qmh) = 2,AA’;H0 Qm (l/s)
29
2.13
Capacidad y dimensionamiento del reservorio
a) Capacidad del reservorio Para determinar la capacidad del reservorio, es necesario considerar la compensación de las variaciones horarias, emergencia para incendios, previsión de reservas para cubrir daños e interrupciones en la línea de conducción y que el reservorio funcione como parte del sistema. Para el cálculo de la capacidad del reservorio, se considera la compensación de variaciones horarias de consumo y los eventuales desperfectos en la línea de conducción. El reservorio debe permitir que la demanda máxima que se produce en el consumo sea satisfecha a cabalidad, al igual que cualquier variación en el consumo registrado en las 24 horas del día. Ante la eventualidad que en la línea de conducción pueda ocurrir daños que mantengan una situación de déficit en el suministro de agua, mientras se hagan las reparaciones pertinentes, es aconsejable un volumen adicional para dar oportunidad de restablecer la conducción de agua hasta el reservorio. b) Cálculo de la capacidad del reservorio
Para el cálculo del volumen de almacenamiento se utilizan métodos gráficos y analíticos. Los primeros se basan en la determina ción de la “curva de masa” o de “consumo integral”, considerando los consumos acumulados; para los métodos analíticos, se debe
disponer de los datos de consumo por horas y del caudal disponible de la fuente, que por lo general es equivalente al consumo promedio diario. Para los proyectos de agua potable por gravedad, las normas recomiendan una capacidad mínima de regulación del reservorio del 15% del consumo promedio diario anual (Qm). Con el valor del volumen (V) se define un reservorio de sección circular cuyas dimensiones se calculan teniendo en cuenta la relación del diámetro con la altura de agua (d/h), la misma que varía entre 0,50 y 3,00. En el caso de un reservorio de sección rectangular, para este mismo rango de valores, se considera la relación del ancho de la base y la altura (b/h)
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3 CONSTRUCCIÓN DE UN RESERVORIO
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La construcción de un reservorio involucra básicamente dos tipos de diseños:
3.1 Estructural: Se refiere al sistema de muro (pantalla) que se va a utilizar como presa y cuya función es detener el cauce natural en una zona tras la cual se forma una represa (el estanque o piscina para almacenar agua). Este muro, dependiendo del tamaño de la represa, especialmente, su altura o profundidad del reservorio, podrá ser desde lo más elemental (un tabique en madera o un muro armado en tierra o piedra) hasta una gran pantalla en concreto reforzado como se utiliza en las grandes re- presas para generación de energía. 3.2 Hidráulico: Determina las dimensiones requeridas para tuberías de conducción y manejo de los niveles de almacenamiento del agua. En esto es importante conocer los Índices de lluvia propios de la zona don- de se ubica la represa y disponer de sistemas de válvulas o vertederos, o combinaciones, para manejar el nivel del reservorio y evitar la sobre- carga de la presa. Para un reservorio de riego se debe tener en cuenta el volumen de agua que se requiere almacenar, según la extensión de tierras que se desea regar.
FIGURA N° 10 Remoción de materiales orgánicos
Fuente:
manual de especificaciones técnicas básicas para la elaboración de estructuras de captación de agua de lluvia (scall)
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Después de esto, se debe proceder a buscar un punto adecuado para la ubicación de la presa (el muro), que se construirá transversalmente a la dirección de la corriente y en una ubicación donde las condiciones geológicas sean las adecuadas, es decir, que no tenga paredes con cocas fragmentadas o con lastre, lo que implicaría aumentos en costos por revestimientos con cemento, geo membranas; etc. Se debe buscar una posición para el muro, de manera que éste se pueda construir sin tener que hacer mucha inversión en su cimentación y anclajes contra el fondo y paredes del cauce, respectivamente. El muro debe quedar al final de un tramo de la depresión, donde el agua se pueda represar formando un estanque suficientemente grande para la reserva que se requiere; y donde no haya peligro de derrumbe o desbordamiento en las paredes laterales del cauce. Lo mejor es tratar de encontrar una zona rocosa o donde el suelo tenga propiedades arcillosas y rocosas combinadas. Para evitar las filtraciones de agua por el fondo y taludes, es recomendable compactar el área de reservorio y proteger con polietileno (Perotti 2004). La zona de trabajo en cada etapa deberá estar tan seca como sea posible durante la construcción. También, las paredes deben contar con aliviadores de presión, los cuales son sistemas de válvulas y tuberías que permiten que la corriente atraviese el muro, sin generar mucha presión, antes de terminar todo el muro. Si la represa se construye aguas arriba del lugar de riego, se puede usar la presión por gravedad para riego. De otra forma, se requerirá bombeo para poder realizar actividades de riego. La construcción del estanque empieza con la remoción de la vegetación presente y de la capa de suelo superficial, que no es apta para construir los diques, porque no es estable. El material utilizado para construir los diques o terraplenes debe estar libre de raíces, materia orgánica, piedras aisladas de diámetro mayor a 10 cm, troncos y de cualquier otro material que comprometa la impermeabilidad de los diques. Esta capa superior de suelo debe guardarse para esparcirse posterior- mente sobre los taludes exteriores y la corona de los diques, permitiendo establecer vegetación que contribuya a estabilizarlos.
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FIGURA N° 10 conformaciones de un muro de represa
Fuente:
manual de especificaciones técnicas básicas para la elaboración de estructuras de captación de agua de lluvia (scall)
El material usado para el interior de la represa debe ser de textura adecuada, es decir, sin presencia de fragmento de rocas, libre de materia orgánica y desechos, porque al descomponerse pueden causar fugas. Para la confección de taludes, el material debe esparcirse en capas de no más de 15 cm de espesor y compactarse bien, antes de colocar la siguiente capa. Todas las capas de material colocado deben humedecerse antes de compactarlas. Al construir los diques, la altura de diseño debe aumentarse un 10% para compensar el asentamiento.
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3.3 Taludes para presas de material homogéneo
Los terraplenes construidos con estos materiales requieren protección en los taludes, tanto el húmedo como el seco, para evitar la erosión en el caso de los materiales limoarcillosos y el agrietamiento en el caso de suelos arcillosos y arcillo-arenosos. Las protecciones más comunes de los taludes son la piedra para el talud húmedo y la tierra vegetal sembrada con pasto para el talud seco.
FIGURA N° 11 Taludes de tipo de material
Fuente:
manual de especificaciones técnicas básicas para la elaboración de estructuras de captación de agua de lluvia (scall)
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Las arcillas expansivas, es decir, aquellas que sufren grandes cambios de volumen con los cambios de humedad, no son apropiadas para la construcción de terraplenes, debido a los permanentes cambios de humedad que presentan a lo largo de la vida útil del estanque. En determinadas ocasiones, se puede emplear estas arcillas, siempre y cuando se les dé un tratamiento de estabilización con cal o con cemento y, además, el muro se revista con una membrana impermeable (polietileno o similar) para mantener su humedad constante. En este caso, la protección del talud se coloca exteriormente sobre la membrana. 3.4
Calidad de los materiales empleados para la construcción de presas Para la construcción de represas es ideal utilizar materiales con contenido alto de arcilla (exceptuando las expansivas). Aquellos materiales con más de 40% de arcilla son los mejores. Por su parte, los materiales muy arenosos, con menos de 20% de arci lla no son adecuados para la construcción de las represas. Esta información se presenta en el Cuadro 7.
Clase de material
Contenido de arcilla (%)
Arcilla
40 - 60
Calidad del material del cuerpo de presa Bueno, la superficie de la presa debe revestirse con algún tipo de protección.
20 - 40
Muy buena, no necesita medidas especiales.
oct-20
Regular, se necesita medidas especiales para detener la infiltración.
menos de 20
Malo, no se admite para la construcción.
Arcilla arenosa Arena arcillosa Arenas
Fuente: Villamizar (1989
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IV CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
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Primera Conclusión En conclusión este Informe nos permitirá realizar y adquirir tener los conocimientos básicos para saber cómo escatimar el volumen para así poder ejecutar la construcción de un reservorio teniendo en cuenta los parámetros estructurales y de cálculos para un buen abastecimiento a favor a la población a la cual se va proyectar la correcta aplicación y distribución de un fluido. Teniendo claro el comportamiento de los materiales cuando van a ser sometidos a esfuerzos que cumplan principalmente las normas de calidad y correcto funcionamiento. Segunda Conclusión Para el diseño y construcción de reservorio en cualquier sector del Perú se pueden utilizar diversos métodos y técnicas que son presentados por los investigadores con el único fin de obtener los resultados verídicos del estudio realizado por lo que también los resultados presentados en los diversos puntos de la investigación tenga en cuenta respetar el Reglamento Nacional de Edificaciones (RNE). Recomendaciones. _ Primera Recomendación Se recomienda un adecuado estudio de suelos y de la topografía del terreno además de revisar las normativas existentes para zonas de alta sismicidad establecidas en la Norma Técnica de Edificaciones, para así poder diseñar Reservorios en buen estado que se adecuen a las condiciones de la del terreno y poder reducir la peligrosidad sísmica.
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4 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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