BASES DE DISEÑO - CIUDAD FICTICIA

Abastecimiento de Agua Agua Potable y Alcantarillado

Parámetros Básicos de Diseño Diseño

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Universidad Nacional de Cajamarca

Ingeniería Civil

Abastecimiento de Agua Potable y Alcantarillado

Parámetros Básicos de Diseño

Cada vez más se hace difícil la disponibilidad de agua para consumo humano, toda población necesita siempre de un sistema de abastecimiento de agua, y para su implantación se requiere de métodos complejos. El sistema de abastecimiento de agua es el conjunto de obras, equipos y servicios destinados al abastecimiento de agua potable de una comunidad para fines de consumo doméstico, servicios públicos, consumo industrial y otros usos. Esa agua suministrada por el sistema deberá ser siempre que sea posible, una cantidad suficiente y de la mejor calidad desde el punto de vista físico, químico y bacteriológico. Para la implantación de un sistema de abastecimiento público de agua, se hace necesaria la elaboración de cálculos teniendo en cuenta muchos factores que intervienen en la población que va a ser abastecida. El consumo de agua es función de una serie de factores inherentes a la propiedad localidad que se abastece y varía de una ciudad a otra, así como podrá variar de un sector de distribución a otro, en una misma ciudad. Los principales factores que influyen el consumo de agua en una localidad pueden ser así resumidos: Clima, nivel de vida de la población, costumbres de la población, sistema de provisión y cobranza (servicio médico o no), calidad del agua suministrada, costo del agua (tarifa), presión en la red de distribución, consumo comercial, consumo industrial, consumo público, perdidas en el sistema, existencia de red de alcantarillados y otros factores. En esta sección se dará a conocer los parámetros básicos de diseño que se implantaran para diseñar un sistema de abastecimiento de agua potable

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Ingeniería Civil



GENERAL o

Diseñar los parámetros básicos de diseño de un sistema de abastecimiento de agua potable

ESPECÍFICOS o

Elaborar un plano de una ciudad ficticia con áreas para vivienda y para usos complementarios (educación, recreación, comercio, instituciones públicas, etc.), en el cual se diseñara el sistema de abastecimiento de agua.

o

Determinara el periodo de diseño de un sistema de abastecimiento.

o

Estimar y proyectar la población.

o

Calcular la dotación para una ciudad.

o

Determinar el caudal de diseño: caudal medio diario, caudal máximo diario y caudal máximo horario.

JUSTIFICACIÓN

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Ingeniería Civil



El presente informe nos servirá de gran ayuda para el diseño de un sistema de abastecimiento de agua potable para una población.

ALCANCES El siguiente informe presenta memoria descriptiva de la ciudad ficticia elaborada. También se dará a conocer los métodos de cálculo para la estimación de población. Se harán los respectivos cálculos para la dotación de toda la ciudad según reglamento, y finalmente se calculara los caudales de diseño.

NOMBRE DE LA CIUDAD San Cristóbal

UBICACIÓN San Cristóbal es una pequeña ciudad que se ubica en el departamento de Cajamarca. A una altitud de 743 m.s.n.m.

TOPOGRAFÍA La ciudad de San Cristóbal se ubica en una zona cuya topografía se caracteriza por ser más o menos plana.

CLIMA El clima en esta ciudad es de templado en inicios del año y cálido para el resto de los meses.

EXTENSIÓN Esta ciudad está compuesta de 20 Has solamente de viviendas, distribuidas de la siguiente forma: MANZANA

AREA (Has)

120*120 100*100 80*80 60*60

1.44 1 0.64 0.36

TOTAL

AREA PARCIAL (Has)

N° Mz

5 5 5 5 20

4 5 8 14 4

AREA TOTAL (Has) 5.76 5 5.12 5.04 20.92

Así mismo con un área adicional para usos complementaria (Educación, recreación, comercio, salud, instituciones públicas, otros), el cual se presentará en el siguiente cuadro:

SERV. PUBLICO Y INDUSTRIAL Estadio

LARGO (m) 211

ANCHO (m) 120

AREA (has) 2.532

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Ingeniería Civil

Abastecimiento de Agua Potable y Alcantarillado Centro recreacional Colegio secundario Colegio Primario Hospital Hotel Iglesia Mercado Municipalidad Plaza de armas Parque Banco de la Nación Universidad Nacional Instituto Superior Losa deportiva Policía Nacional Industria lechera

Parámetros Básicos de Diseño 80 140 90 175 60 79 90 90 80 80 60 140 125 90 100 120 120

Cementerio

55 60 50 120 30 60 25 35 60 40 30 60 60 30 35 85 90

0.440 0.840 0.450 1.600 0.180 0.474 0.225 0.315 0.480 0.320 0.180 0.840 0.750 0.270 0.350 1.02 1.080 12.346

La ciudad ficticia ha sido elaborada con curvas de nivel, lo cual nos permitirá saber el tipo de terreno.

POBLACIÓN: La población para el presente año 2011 (Población Actual) y la población futura (para el periodo de diseño), se determinarán haciendo uso del siguiente cuadro que nos da a conocer datos de los últimos censos:

DATOS CENSALES DE LA POBLACION AÑO

POBLACIÓN (hab)

1972 1981 1993 2003 2007

2616 4783 9120 14008 26725

Es el tiempo en el cual la estructura funciona eficientemente, dependiendo de la tasa de crecimiento poblacional, expansión futura poblacional, tiempo de la vida útil de las estructuras, costo del proyecto.

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Ingeniería Civil



Para escoger el periodo de diseño debemos tener en cuenta el RNC y el criterio de cada uno de nosotros. Según el RNC: Para poblaciones entre 2000 y 20000hab: Pd15 años Según la tasa de crecimiento del método del interés compuesto: T C Método del

Periodo de diseño

Interés compuesto (%) <1 1 – 2 >2

(años) 30 – 20 25 – 15 20 - 10

Se usan los siguientes modelos: -

Modelo racional

-

Modelo gráfico

-

Modelo comparativo

-

Modelo de población

-

Modelo matemático: 

Método aritmético



Método geométrico



Método de interés simple



Método de interés compuesto

MÉTODOS MATEMÁTICOS 1. Método aritmético: Para este método se supone la tasa de crecimiento poblacional constante. Pf

= Pi + k A (Tf - Ti )

Donde:

K A

=

Pf

-

P i

Tf

-

T i

Pi : Población inicial en miles Pf : Población final en miles Ti : Tiempo inicial en años Tf : Tiempo final en años KA : Tasa de crecimiento 2. Método geométrico: Este método considera una tasa de crecimiento proporcional a la población. P f



K G 

P i * e

k G (T f T i ) 

Ln( P f )  Ln( P i ) T f  T i

Donde: KG : Tasa de crecimiento poblacional.

3. Método de interés simple: Supone el crecimiento poblacional igual al crecimiento de un capital de interés simple, tomando como razón el promedio obtenido de las variaciones expresadas en porcentaje.

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Ingeniería Civil



P f  P i  P i  K IS  (T f  T i ) K IS 

P f  P i P i (T f  T i )

Donde: KIS : Tasa de crecimiento poblacional.

4. Método de interés compuesto: Considera que el crecimiento poblacional es igual al crecimiento de un capital al interés compuesto, cuyo aumento tiene la forma de una curva exponencial. T T i

P f  P i (1  K IC ) f

 P  K IC   f   P i 

1

(T f  T i )

1

Donde: Pi : Población inicial en miles Pf : Población final en miles Ti : Tiempo inicial en años Tf : Tiempo final en años KIC : Tasa de crecimiento poblacional.

Las dotaciones estarán dadas de acuerdo al Reglamento Nacional de Construcciones (RNC).

CONSUMO DOMÉSTICO: La dotación doméstica se hallará mediante la lectura de medidores correspondiente al domicilio de cada alumno y según el número de personas que residen en dicha casa. Así mismo se comparará con el consumo realizado por mes, el cual se observa en los recibos de servicio de agua potable.

Consumo Doméstico = Población de Diseño x Dotación Doméstica

CONSUMO COMERCIAL Y PÚBLICO: Las dotaciones estarán dadas de acuerdo al Reglamento Nacional de Construcciones (RNC). Con respecto a su área útil y al servicio que se ofrece.

CAUDAL MEDIO (Qm) El caudal medio Qm, es el caudal calculado para la población proyectada (Población de diseño) con sus ajustes y la dotación bruta o dotación Per Cápita, expresado en L/seg. Dicho caudal es utilizado para diseñar el Reservorio.

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Ingeniería Civil

Abastecimiento de Agua Potable y Alcantarillado Qm 


P T  Dot . PC 86400

Donde: Qm

: Caudal medio (L/seg)

PT

: Población de diseño (hab)

Dot.PC : Dotación Per Cápita (L/per./día)

CAUDAL MÁXIMO DIARIO (Qmax.d): El caudal máximo diario Qmax.d, se define como el consumo máximo registrado durante 24 horas en un periodo de un año, dicho caudal es utilizado para diseñar Captaciones, Línea de Conducción y Plantas de Tratamiento:

Qmáx.d  Qm  K 1 Donde: Qm : Caudal medio K1 : Coeficiente de variación diaria Según RNC:

1.2 < K1 < 1.5

Considerándose: K1 = 1.2 para ciudades grandes K1 = 1.5 para ciudades pequeñas.

CAUDAL MÁXIMO HORARIO (Qmax.h): El caudal máximo horario Qmax.h, se define como el consumo máximo registrado durante una hora en un periodo de un año, dicho caudal es utilizado para diseñar la Línea de Aducción, Línea de Distribución, Redes de Alcantarillado.

Qm  K 2 Qmáx.h   Qm  K 3

,

K 3

K3

para Viviendas Unifamiliares

K2

para Viviendas Multifamiliares



k 1  K 2

Donde: Qmáx.h : Caudal Máximo Horario en L/seg Qm

: Caudal Medio

K3

: Coeficiente de Reajuste

K1

: Coeficiente de variación diaria

K2

: Coeficiente de variación horaria

El periodo de diseño se calculará por el método de interés compuesto, de acuerdo a la siguiente tabla:

TASA DE CRECIMIENTO

PERIDO DE

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Ingeniería Civil

Abastecimiento de Agua Potable y Alcantarillado MET. INT. COMP. <1 1-2 >2

Parámetros Básicos de Diseño DISEÑO (AÑOS) 30 - 20 25 - 15 20 - 10

Datos de la población (censos) DATOS CENSALES DE LA POBLACION AÑO POBLACION (hab) 2616 1972 4783 1981 9120 1993 2003 14008 26725 2007 Calculo de KIC:

K IC

1 (Tf - T i )

æP ö ÷ = çç f ÷ ÷ ç ÷ ç P è i ø

- 1

AÑO 1972 1981 1993 2003 2007

K IC PROMEDIO

POBLACION (hab) 2616 4783 9120 14008 26725

=

KIC PROMEDIO

PF/PI

ΔT

KIC

KIC*ΔT

1.83 1.91 1.54 1.91

9 12 10 4 35

0.069 0.055 0.044 0.175

0.624 0.663 0.439 0.701 2.427

K IC1 D T1 + KIC 2 D T2 + KIC 3 D T3 + KIC 4 D T4 + KIC 5 D T5 D T1 + D T2 + D T3 + D T4 + D T5

0.0693

6.93 %

De la tabla anterior se tiene que: PERIODO DE DISEÑO DE 10 a 20 AÑOS



6.93 >2

Consideramos

PERIODO DE DISEÑO=20 años

METODOS

MATEMATICOS 1.- METODO ARITMETICO

Pf = Pi + K (Tf - Ti )

K =

Pf - P i Tf - T i

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Ingeniería Civil

Abastecimiento de Agua Potable y Alcantarillado AÑO 1972 1981 1993 2003 2007

POBLACION (hab) 2616 4783 9120 14008 26725

Parámetros Básicos de Diseño Pf-Pi

∆T

K=(Pf-Pi)/∆T

2167 4337 4888 12717

9 12 10 4

240.78 361.42 488.80 3179.25 1067.56

Kpromedio Tasa de crecimiento =

1067.56

Población actual (2011) Población futura (2031)

Pa = 26725+1067.56*4 = Pf = 30995+1067.56*20 =

30995 Habitantes 52346 Habitantes

2.- METODO GEOMETRICO K (T f -T i )

P f = Pi × e

AÑO 1972 1981 1993 2003 2007

K =

POBLACION (hab) 2616 4783 9120 14008 26725 Kpromedio

Tasa de crecimiento =

æ P ö Ln çç f ÷ ÷ ÷ ç P i ø è

T f - T i

Pf/Pi

∆T=Tf -Ti

K

1.83 1.91 1.54 1.91

9 12 10 4

0.07 0.05 0.04 0.16 0.08

0.08


Pa = 26725e^(0.08*4) = Pf =36997e^(0.08*20)=


3.- METODO DEL INTERÉS SIMPLE Pf = Pi é ê1 + K ´ ë

AÑO 1972 1981 1993 2003 2007

(T

f

)

- Ti


K =

Pf - P i Pi (Tf - T i )

Pf-Pi

∆T

K=(Pf-Pi)/Pi∆T

2167 4337 4888 12717

9 12 10 4

0.09 0.08 0.05 0.23 0.11

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Ingeniería Civil




0.11


Pa=26725(1+0.11*4) = Pf=38702(1+0.11*20)=


4.- MÉTODO DE INTERÉS COMPUESTO Tf

Pf = Pi (1 + K )

AÑO 1972 1981 1993 2003 2007

K =

- T i


P f - 1 P i

Pf/Pi

∆T=Tf -Ti

K

1.83 1.91 1.54 1.91

9 12 10 4

0.07 0.06 0.04 0.18 0.09


0.09


Pa=26725(1+0.09)^4= Pf=37164*(1+0.09)^20=

CUADRO DE RESUMEN DE LOS METODOS METODO METODO ARITMETICO METODO GEOMETRICO METODO DEL INTERES SIMPLE METODO DEL INTERES COMPUESTO

Tf - T i


Pa (2011) 30995 36997 38702 37164

Pf (20 AÑOS) 52346 188111 125425 193264

Luego de haber analizado con estos cuatro metodos se elige la población mayor calculada, que es: Población Actual (2011) Población Futura (2031)


CONSUMO DOMESTICO (L/p/d) ¤ Según el Reglamento: DOTACION POBLACION (Hab) 2,000 - 10,000

FRIO 120

CLIMA TEMPLADO Y CALIDO 150

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Ingeniería Civil



150 10,000 - 100,000 200 > 100,000 POBLACIÓN FUTURA =

200 500

193264 Como la población es mayor que 100 000 hab. y considerando para esta ciudad un clima templado, entonces la dotación será de 500 lt/hab/día. Q Domestico = P Total *Dotación Q Domestico = 193264 * 500 Q Domestico = 96632 m3/día

CONSUMO INDUSTRIAL (L/p/d) Fábrica de leche. * Cantidad de litros de leche por día = * Dotación :

1000 4 - 6 Lt. / Lt de leche/día

Q=

5 m3/día

CONSUMO PÚBLICO (L/p/d) Área complementaria Plaza de Armas Banco Hotel Iglesia Municipalidad Hospital Policía Nacional Colegio Primario Colegio Secundario Instituto Superior Universidad Mercado Centro recreacional Estadio Losa Deportiva Parque Cementerio

Aporte Cantidad Unidad 4800 m² 150 Personas 30 Dormitorios 8400 m² 2100 m² 60 Camas 40 Policías 1000 Alumnos 1500 Alumnos 2000 Alumnos 2000 Alumnos 2250 m² 4000 m² 5000 Espectador 80 Espectador 3200 m² 10800 m²

Dotación (RNC) Cantidad Unidad 5.0 L/m²/d 30.0 L/pers/dia 500.0 L/Dor./d 0.5 L/m²/d 6.0 L/m²/d 600.0 L/cam./d 100.0 L/Pol./d 40.0 L/Alum./d 40.0 L/Alum./d 40.0 L/Alum./d 40.0 L/Alum./d 5.0 L/m²/d 25.0 L/m²/d 1.0 L/Esp./d 1.0 L/Esp./d 5.0 L/m²/d 6.0 L/m²/d Total

Caudal m3/día 24.0 4.5 15.0 4.2 12.6 36.0 4.0 40.0 60.0 80.0 80.0 11.3 100.0 5.0 0.1 16.0 64.8 557.4

Caudal (L/s) 0.28 0.05 0.17 0.05 0.15 0.42 0.05 0.46 0.69 0.93 0.93 0.13 1.16 0.06 0.00 0.19 0.75 6.45

DOTACION CONTRAINCENDIO Según normas peruanas, la dotación de agua contra incendio para poblaciones mayores de 10000 hab. la dotación será de 15 lt/seg En este caso la población es de 193264 hab. Por tanto usaremos dos alimentadores. Qcontraincendio = Qcontraincendio =

2*15 lt./s =

30 lt./s 0.03 m3/día

CONSUMO TOTAL = Consumo doméstico + Consumo público + Consumo Industrial

CONSUMO TOTAL =

97194.46 m3/día

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Ingeniería Civil

Abastecimiento de Agua Potable y Alcantarillado Q=


1.12 m3/s

96632 m3/día 557.43 m3/día 5 m3/día

Consumo doméstico = Consumo público =  Consumo industrial = 

CAUDAL MEDIO DIARIO (Caudal promedio): 97194.43 m3/día Qm = 1.12 m3/s

Qm =

CAUDAL MÁXIMO DIARIO : Q

máx.d =

Qmaxd = Qmaxd =

k1 (Doméstico + Público) + Industrial x

1.2*(96 632 + 557.43) + 5 116632.316 m3/día Qmaxd = 1.35 m3/s

CAUDAL MÁXIMO HORARIO : Q

máx.d =

Para:

k1 * k2 (Doméstico + Público) + Industrial

Poblaciones Poblaciones

≥ 10 000

< 10 000

Hab. Hab.

→ →

K2 = 1.8 K2 = 2.5

En este caso la población es > 10 000, entonces el valor de K2 se considerará 1.8

Qmaxh = Qmaxh =

1.2*1.8*( 96 632 + 557.43 ) + 5 209934.1688 m3/día Qmaxh= 2.43 m3/s

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Ingeniería Civil





El área total de la ciudad ficticia es de 33.27 hectáreas, que incluye tanto área para viviendas con 20.92 has como para uso complementario (recreación, educación, comercio, instituciones públicas) con 12.35 has.



El Periodo de Diseño considerado es de 20 años.



La población estimada 2011, que es la población actual es de 37 164 habitantes.



La población estimada para 20 años que es el periodo de diseño es decir para el 2031 es de 193 264 habitantes.



La dotación total según el reglamento es de 97 194.46 m3/día (donde el caudal domestico es de 96 632 m3/día, el caudal industrial es de 5 m3/día y el caudal publico es de 577.41 m3/día)



El caudal medio calculado es de 1.12 m3/seg, el cual será utilizado para el diseño del reservorio.



El caudal máximo diario calculado es de 1.35 m3/seg, el cual será utilizado para el diseño de estructuras de captación, líneas de conducción, planta de tratamiento.



El caudal máximo horario es de 2.43 m3/seg, el cual será utilizado para el diseño de línea de aducción, línea de distribución y redes de alcantarillado.

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

Reglamento Nacional de Edificaciones.



Manual técnico del agua. SAE depuración de agua degremunt


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BASES DE DISEÑO - CIUDAD FICTICIA

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