“MEJORAMIENTO DEL SISTEMA DE AGUA POTABLE E INSTALACION DE LETRINAS EN LOS SECTORES ALTO HUANO HUANO, CENTRO HUANO HUANO Y HUINI, DE LA COMUNIDAD DE HUANO HUANO, DEL DISTRITO DE ESPINAR Y PROVINCIA DE ESPINAR - CUSCO”
3. MEMORIAS DE CALCULO En el presente PIP se siguieron los lineamientos del Reglamento Nacional de Edificaciones Edificaciones (RNE) y sus correspondientes correspondientes normas. Además, tratándose de un proyecto ubicado en el ámbito Rural, se cuenta con la Guía de Opciones Técnicas para Abastecimiento de Agua Potable y Saneamiento para Centros Poblados del Ámbito Rural aprobado con Resolución Ministerial N° 173-2016VIVIENDA. Así mismo, Para proyectos en el ámbito rural, también se cuenta con la Guía simplificada para la Identificación, Formulación y Evaluación Social de ProyectosSaneamiento Básico en el Ámbito Rural, A nivel de Perfil, del Ministerio de Economía y Finanzas.
3.1. PARÁMETROS DE DISEÑO 3.1.1. Periodo de diseño Se toma el periodo t = 20 años recomendado por la DIRECCIÓN GENERAL DE SALUD AMBIENTAL (DIGESA) - MINISTERIO DE SALUD , y para los demás componentes del sistema se consideran las recomendaciones según el siguiente cuadro: HORIZONTE DE EVALUACIÓN DEL PROYECTO (PERIODO DE DISEÑO) TIPO DE SOLUCIÓN
INDIVIDUAL
OPCIÓN TECNOLÓGICA
HORIZONTE DE EVALUACIÓN (AÑOS)
UBS con Arrastre Hidráulico
20
Reinversión: construcción de un nuevo pozo o zanja de percolación cada 10 años
UBS Ecológico o Compostera
20
Reinversión: construcción de un nuevo pozo, zanja de percolación o biofiltro cada 10 años
UBS de Compostaje Continuo
10**
UBS de Hoyo seco ventilado
10
PERIODO DE REINVERSIÓN
Reinversión: construcción de un nuevo Hoyo cada 5 años
** El periodo de diseño dependerá dependerá del material que use use el constructor para su diseño Fuente: Cuadro N° 3 Guía para elaboración de proyectos de agua y saneamiento del programa Nacional de saneamiento Rural - Anexo
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3.1.2.Población Futura Población De Diseño: Para el cálculo de la población de diseño se adoptó la formula lineal de crecimiento, en consecuencia, para su aplicación se determinarán los siguientes parámetros: 3.1.3. Tasa de crecimiento poblacional: Se toma la tasa r=1.04% según los últimos reportes del INEI para el distrito de ESPINAR, recomendado por la oficina de estudios y proyectos, el cual representa el promedio general para la población rural del distrito de Espinar considerando las Tasas de Crecimiento Ínter censal 2007/1993. Cálculo De La Población Futura: Pf = Pa (1+r*t/100) 3.1.4. Dotación: Considerando el tipo de población, clima, usos y costumbres de la
población, además tomando en cuenta el tipo de sistema y las recomendaciones señaladas por la DIRECCIÓN GENERAL DE SALUD AMBIENTAL - MINISTERIO DE SALUD se elige la dotación de = 80lts/hab/día (Por ser una población de un clima frío a templado y con implementación de baños con arrastre hidráulico 3.1.5.
3.1.6.Caudal Promedio de la demanda anual (Qp): Qp1 = 80* Pob. / 86400 3.1.7.Variaciones de Consumo. Finalmente, para estimar el requerimiento total de agua, utilizamos los factores establecidos por la OPI Vivienda para determinar la demanda máxima diaria (DMD) en K1 = 1.30 y demanda máxima horaria (DMH) en K2 = 2.00 Cálculo Del Caudal Máximo De Demanda Diaria
: Qmd = 1.30 * Qp
Cálculo Del Caudal Máximo De Demanda Horaria: Qmh = 2.00 * Qp
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3.1.8.Volumen de Regulación. Por otra parte, consideramos el porcentaje de pérdidas fijas en los sistemas de agua, que para este caso lo estimamos en un 25%, Para el cálculo del volumen de regulación se usara un coeficiente de regulación Cr=25%, con la finalidad de asegurar un funcionamiento continuo del sistema en las horas de máxima demanda, según la relación. Vr = 0.25 * Qp * 86.40 (m3) 3.2. DISEÑO Y CALCULO HIDRÁULICO Teniendo en cuenta que las fuentes que se tiene en esta comunidad y considerando el escaso caudal disponible para el proyecto, se plantea un sistema de agua potable conformado por 06 sistemas pequeños. El proyecto dotará de agua de consumo a 103 familias , para lograr las metas indicadas, el proyecto contempla la construcción de un sistema de Saneamiento Básico, conformado por 11 subsistemas para 103 familias, en el: Manante Saico, que tomarán como fuente de abastecimiento 01 manante (manante Saico = 26 familias) el proyecto comprende obras de captación, conducción, almacenamiento, aducción – distribución e instalaciones domiciliarias; considerando que las comunidades a intervenir tienen una distribución de viviendas dispersa. Manante Castilla Pujio, que tomarán como fuente de abastecimiento 01 manante (Manante Castilla Pujio = 07 familias.) el proyecto comprende obras de captación reservorio, aducción – distribución e instalaciones domiciliarias; considerando que las comunidades a intervenir tienen una distribución de viviendas dispersa. Manante Vizcachani, que tomarán como fuente de abastecimiento 01 manante (Manante Vizcachani = 15 familias) el proyecto comprende obras de captación reservorio, aducción – distribución e instalaciones domiciliarias; considerando que las comunidades a intervenir tienen una distribución de viviendas dispersa. Manante Ancca, que tomarán como fuente de abastecimiento 01 manante (Manante Ancca = 03 familias) el proyecto comprende obras de captación reservorio, aducción – distribución e instalaciones domiciliarias; considerando que las comunidades a intervenir tienen una distribución de viviendas dispersa. Manante Moresencca pujio, que tomarán como fuente de abastecimiento 01 manante (Manante Moresencca pujio = 03 familias) el proyecto comprende obras de captación
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reservorio, aducción – distribución e instalaciones domiciliarias; considerando que las comunidades a intervenir tienen una distribución de viviendas dispersa. Manantes Pujio K’uchu y Curo Huaycco , que tomarán como fuente de abastecimiento
02 manante (manante Pujio K’uchu y Curo Huaycco = 27 familias) el proyecto comprende obras de captación, conducción, almacenamiento, aducción – distribución e instalaciones domiciliarias; considerando que las comunidades a intervenir tienen una distribución de viviendas dispersa. Manantes Huayllaocco, que tomarán como fuente de abastecimiento 01 manante (manante Huayllaocco = 05 familias) el proyecto comprende obras de captación, conducción, almacenamiento, aducción – distribución e instalaciones domiciliarias; considerando que las comunidades a intervenir tienen una distribución de viviendas dispersa. Manante Larquero Pujio, que tomarán como fuente de abastecimiento 01 manante (Manante Larquero Pujio = 03 familias) el proyecto comprende obras de captación reservorio, aducción – distribución e instalaciones domiciliarias; considerando que las comunidades a intervenir tienen una distribución de viviendas dispersa. Manante Izquisinija, que tomarán como fuente de abastecimiento 01 manante (Manante Izquisinija = 03 familias) el proyecto comprende obras de captación reservorio, aducción – distribución e instalaciones domiciliarias; considerando que las comunidades a
intervenir tienen una distribución de viviendas dispersa. Manantes Tocllapujio, que tomarán como fuente de abastecimiento 01 manante (manante Huayllaocco = 10 familias) el proyecto comprende obras de captación, conducción, almacenamiento, aducción – distribución e instalaciones domiciliarias; considerando que las comunidades a intervenir tienen una distribución de viviendas dispersa. Manante Yuraq Q'aza Q'uchu, que tomarán como fuente de abastecimiento 01 manante (Manante Yuraq Q'aza Q'uchu = 01 familias) el proyecto comprende obras de captación reservorio, aducción – distribución e instalaciones domiciliarias; considerando que las comunidades a intervenir tienen una distribución de viviendas dispersa. A. CAPTACIÓN DE MANANTE. La captación se diseñará con el caudal máximo diario. Se diseñará con el caudal máximo horario cuando el caudal de la fuente sea mayor al caudal máximo diario
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requerido y no se considerará una estructura de regulación, previo un análisis económico. En el diseño deberá considerar los otros usos de la fuente, para lo cual si fuera el caso se diseñará estructuras complementarias, evitando el riesgo sanitario al sistema. La estructura de captación se construirá de material impermeable, para obtener el máximo rendimiento de la fuente. Se deberá tener presente las variaciones de nivel de la fuente con relación al ingreso a la caja, para mantener una captación permanente de agua. De ser necesario deberá contar con canales de drenaje de coronación para evitar la contaminación por las aguas superficiales y se construirá un cerco perimétrico de protección. Se diseñará con todos los accesorios necesarios para la operación y mantenimiento, dotándosele de todas las protecciones sanitarias. B. OBRAS DE CONDUCCIÓN Serán diseñadas para conducir el caudal máximo diario y estará comprendida desde la captación hasta la planta de tratamiento o reservorio. El diámetro nominal mínimo de la línea de conducción debe ser de 20mm; El recubrimiento sobre las tuberías no debe ser menor de 0.80 m En caso de sistemas donde no se disponga de reservorio, la línea de conducción se diseñará para el caudal máximo horario. Se realizará un sistema de Conducción por gravedad en donde las Tuberías tedrán las siguientes consideraciones: -
El cálculo del diámetro de la tubería se hará utilizando métodos racionales.
-
Para tuberías que trabajen a presión, se recomienda la fórmula de Hazen y Williams, con los siguientes coeficientes de fricción: Fierro galvanizado 100 PVC 150
-
Para tuberías que trabajen como canal se recomienda la fórmula de Manning, con los siguientes coeficientes de rugosidad: PVC 0.009 Concreto 0.015
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-
La velocidad mínima ó de auto limpieza no será menor de 0.60 m/s.
-
La velocidad máxima recomendada será de 3 m/s, pero pueden aceptar velocidades de hasta 5m/s siempre que no trasporten material fino
-
Se instalarán válvulas de aire y de purga en los puntos más elevados y en los puntos bajos de la línea, y cuando la línea tenga longitudes largas con una pendiente mínima, la válvula de purga se instalará en el punto más bajo.
-
Se considerará la instalación de cámaras rompe presión para evitar que la presión estática en la línea supere la presión de trabajo de la tubería.
C. RESERVORIO La capacidad de regulación, será del 25% de la demanda diaria del promedio anual, siempre que el suministro de agua de la fuente sea continuo. Si dicho suministro es por bombeo, la capacidad será del 20 a 25% de la demanda diaria del promedio anual. El reservorio se ubicará en una cota topográfica que garantice la presión mínima en el punto más desfavorable del sistema de distribución correspondiente. Será diseñado para que funcione como reservorio de cabecera. Su diseño deberá garantizar la calidad sanitaria del agua. El reservorio deberá contar con tuberías de ingreso, salida, limpieza, ventilación y rebose. En las tuberías de entrada, salida y limpieza se instalará válvulas para su correcto funcionamiento, ubicadas convenientemente para su protección y fácil operación. Cualquier otra válvula especial requerida se instalará en las mismas condiciones. Las tuberías de ventilación y rebose deberán contar con dispositivos de protección sanitaria para evitar el ingreso de roedores e insectos. Deberá estar provisto de dispositivos de control estático y medición de caudal y cualquier otro que contribuya a su mejor control y funcionamiento. Se podrá obviar la construcción del reservorio en el caso de que la producción de la fuente sea mayor al caudal máximo horario.
D. REDES DE DISTRIBUCIÓN La red de distribución se deberá diseñar para el caudal máximo horario.
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Para el análisis hidráulico del sistema de distribución se podrá utilizar el método de Hardy Cross, seccionamiento o cualquier otro método racional. Para el cálculo hidráulico de las tuberías se utilizará formulas racionales. En el caso de aplicarse la fórmula de Hazen Williams se utilizarán los coeficientes de fricción establecidos en el ítem 3.2 literal B. del presente documento. El diámetro a utilizarse será aquel que asegure el caudal y presión adecuada en cualquier punto de la red. Los diámetros nominales mínimos serán: 25mm en redes principales 20mm en ramales. En cuanto a la presión del agua, debe ser suficiente para que el agua pueda llegar a todas las instalaciones de las viviendas más alejadas del sistema. La presión máxima será aquella que no origine consumos excesivos por parte de los usuarios y no produzca daños a los componentes del sistema, por lo que la presión dinámica en cualquier punto de la red no será menor de 5 m . y la presión estática no será mayor de 60 m.
El recubrimiento sobre las tuberías no debe ser menor de 1 m. en las vías vehiculares y de 0.60 m. en las vías peatonales La distancia entre el límite de propiedad y el plano vertical tangente de la tubería no será menor de 0.8 m. Válvulas de Control La red de distribución estará provista de un mínimo número de válvulas de interrupción o de control que permitan una adecuada sectorización y garanticen su buen funcionamiento. Se proyectará válvulas de interrupción en todas las derivaciones para ampliaciones. Toda válvula de interrupción deberá ser instalada en un alojamiento para su aislamiento, protección, drenaje y fácil operación. En los puntos de cotas más bajas de la red de distribución, en donde se pudieran acumular sedimentos, se deberán considerar sistemas de purga. Las válvulas de aire y otro tipo de válvulas deberán ser instaladas en cámaras adecuadas, con accesorios para el fácil montaje y desmontaje, de modo que permitan su fácil operación y mantenimiento. E. UNIDAD BÁSICA DE SANEAMIENTO CON ARRASTRE HIDRAULICO UBS-AH
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La propuesta técnica que se ha establecido para el sistema de saneamiento de disposición de excretas de estas localidades es por medio de la construcción de casetas de servicios higiénicos que contemplan la construcción del ambiente cuarto de baño y ducha, con tanque biodigestor de 600 lts a 700lts con zanjas de percolación, la cual permitirá recolectar todo el efluente residual que se genera en cada vivienda y conducirlo hacia su respectivo sistema de saneamiento. Los detalles de la propuesta técnica de los componentes del sistema se describen a continuación: CASETA DE SERVICIOS HIGIÉNICOS (BAÑOS): La caseta de servicio higiénico contempla la construcción de un ambiente con un área para la tasa (inodoro), un Lavatorio y una ducha, los cuales serán construidos en material noble con piso acabado, paredes de ladrillo, puerta de madera y techo de calamina. Función: Las aguas negras (solo inodoro, no aguas grises), se introducen al BIODIGESTOR por la conexión al desagüe y se dirigen al fondo del tanque (área de lodos). En esta área de lodos se va a formar una colonia de bacterias anaeróbicas, que se alimentan de las EXCRETAS, produciendo así el proceso séptico. El fondo cónico permite reducir las áreas muertas y hace más eficiente este proceso y permite la auto limpieza del tanque BIODIGESTOR. Se realiza un nuevo proceso microbiológico con una segunda colonia de bacterias anaeróbicas formada en los aros plásticos que se encuentran en el filtro interno del tanque (Cubeta Con Aros Plásticos o PET). Para limpiar el BIODIGESTOR, se abre la válvula de lodos a partir de los 06, 12, 18 ó 24 meses y estos salen por proceso hidráulico solo con abrir la válvula de lodos. BIODIGESTOR:
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Funcionamiento:
El desagüe entra por el tubo N°1 hasta el fondo, donde las bacterias empiezan la
descomposición, luego sube y pasa por el filtro N°2.
La materia orgánica que se escapa es atrapada por las bacterias fijadas a los aros de
plástico del filtro y luego ya tratada sale por el tubo N°3 al campo.
Las grasas suben intensamente hacia la superficie, donde las bacterias la
descomponen volviéndose gas, líquido o lodo pesado que cae al fondo.
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Correcto Uso del Biodigestor:
No tire papeles, toallas higiénicas ni otro tipo de sólidos en la taza del baño. Pueden tapar u obstruir el Biodigestor. Los aros de plástico en el interior del Biodigestor funcionan como FILTRO, no los tire. Llene con agua hasta el nivel de salida de agua sin rebosar la tapa (de preferencia agua no potable libre de sólidos). La garantía de funcionamiento dependerá de la correcta instalación del Biodigestor. (consulte al instalador si está capacitado para la instalación del producto). No use ácido muriático para la limpieza del baño. No sobrepasar el número de usuarios indicados para el volumen instalado del Biodigestor. La tapa y el registro deben estar bien cerrados.
Limpieza (de 12 a 18 meses):
Abrir la válvula, primero saldrá líquido, luego de unos segundos saldrán los
lodos, si es necesario ayudarse con la varilla flexible aperturando el registro roscado.
Cerrar la válvula cuando empiece a salir nuevamente agua.
Se recomienda llenar con agua después de una desobstrucción y de haberse
extraído los lodos.
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¿Qué Hacer con los Lodos?
Una vez realizada la primera limpieza, los lodos quedaran almacenados en la caja de lodos hasta que se sequen (aproximadamente 05 meses) para que pueda ser utilizado como mejorador de suelos o terrenos agrícolas.
Recomendaciones:
Los lodos nunca deben ser enviados al drenaje, barrancas, selvas o cuerpos de agua como ríos, lagos, mares.
Evitar cualquier zona de paso de vehículos, en caso de requerirlo debe construirse una losa de cemento adecuada al tránsito con su respectiva tapa registro.
Considere la posibilidad de futuras expansiones de la construcción antes de seleccionar el sitio para la instalación del Biodigestor.
Material flotante: Una vez al año abra la tapa y remueva con un cedazo o pala las grasas y
cualquier material flotante, para evitar obstrucción de tuberías o del pozo de absorción. El material removido deberá ser mezclado con cal y dispuesto al relleno sanitario . 3.3. DISEÑO Y CALCULO ESTRUCTURAL A. CAPTACIÓN DE MANANTE. Para el diseño, se considera el muro sometido al empuje de la tierra, es decir, cuando la caja está vacía. Cuando se encuentre llena, el empuje hidrostático tiene un componente en el empuje de la tierra favoreciendo de esta manera la estabilidad del muro. Las cargas consideradas son: el propio peso, el empuje de la tierra y la sub-presión. Con la finalidad de garantizar la estabilidad del muro, se debe verificar que la carga unitaria sea igual o menor la capacidad de carga del terreno; mientras que para garantizar la estabilidad del muro al deslizamiento y al volteo, se deberá verificar un coeficiente de seguridad no menor de 1.6.
B. RESERVORIO Y CÁMARA DE ROMPE PRESIÓN Para el diseño estructural de reservorios de pequeñas y medianas capacidades se recomienda utilizar el método de Portland Cement Association), que determina
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momentos y fuerzas cortantes como resultado de experiencias sobre modelos de reservorios basados en la teoría de Plates and Shells de Timoshenko, donde se consideran las paredes empotradas entre si. De acuerdo a las condiciones de borde que se fijen existen tres condiciones de selección, que son: Tapa articulada y fondo articulado. Tapa libre y fondo articulado. Tapa libre y fondo empotrado. En los reservorios apoyados o superficiales, típicos para poblaciones rurales, se utiliza preferentemente la condición que considera la tapa libre y el fondo empotrado. Para este caso y cuando actúa solo el empuje del agua, la presión en el borde es cero y la presión máxima (P), ocurre en la base (Ver figura).
Figura. Presión de agua sobre pared del reservorio
3.4. ESTUDIOS BÁSICOS 3.2.1.Estudios Topográficos. Una vez identificado el problema se procedió a desarrollar un reconocimiento de campo con la alternativa de solución al problema, desarrollando el levantamiento topográfico del terreno del Proyecto. Esta labor consistió en medir del área donde se plantearan las obras de captación, conducción, almacenamiento, distribución e instalaciones domiciliarias especialmente en los lugares donde se ubicarán las obras de arte. Los trabajos en gabinete consistieron en el procesamiento de datos de campo, determinación de niveles, pendientes, elaboración de los planos de planta así como acotamientos los que se han procesado en programas informáticos tales como Civil 3Dy
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AutoCAD con los cuales se ha obtenido el perfil longitudinal con las pendientes de diseño y la distribución espacial de viviendas y planteamiento hidráulico. Se adjunta (de acuerdo al índice) el estudio topográfico realizado. 3.2.2.Características Geológicas. En términos generales en el ámbito del proyecto se observa estabilidad geológica por no existir deslizamientos de suelos, derrumbes, asentamiento, huaycos; a excepción de fenómenos erosivos de magnitud moderada. Por lo descrito las obras que se construirán con el proyecto no corren peligro por acción de fuerzas geodinámicas, sin que esto signifique aseveración absoluta, pues fuerzas tectónicas de alcance regional tales como sismos, podría extender sus ondas hasta estos lugares que por el momento no son previsibles. Agentes externos como los vientos y su acción modeladora, las lluvias y su acción erosiva, la energía solar y su acción intemperizadora en combinación con los otros agentes externos, si están presentes; sin significar riesgo alguno para el proyecto. 3.2.3.Mecánica de Suelos Durante el levantamiento topográfico se observó la mecánica de suelos de la zona del proyecto, encontrándose que la zona tiene una base rocosa, con una capa cuaternaria delgada que es suficiente para enterrar las tuberías de conducción en un material suelto. Se determina que la resistencia del suelo a lo largo de todo el trazo es estable y no se espera ningún problema de asentamiento, deslizamientos que comprometan la estabilidad de las estructuras planteadas. Se adjunta (de acuerdo al índice) el estudio de suelos realizado.
