OBRA: CAPATACIÓN Y LINEA DE CONDUCCIÓN

MEMORIA DE CÁLCULO DEL PROYECTO

PERIODO DE DISEÑO Y CÁLCULO DE LA POBLACION

GENERALIDADES:

Las obras de agua potable no se diseñan para satisfacer solo una necesidad del momento actual sino que deben prever el crecimiento de la población en un período de tiempo prudencial que puede variar 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.

En el presente estudio se tiene la particularidad de trabajar con una de las poblaciones más grandes del distrito de Capachica. Se cuenta con datos de Instituto Nacional de Estadística Informática de los últimos censos.

1) PERIODO 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.

Los factores considerados para la determinación del período del diseño son:- Vida útil de las estructuras del concreto y de la captación de agua.- Facilidad o dificultad para hacer ampliaciones de la infraestructura- Crecimiento y/o decrecimiento poblacional- Capacidad económica para la ejecución de las obras

a) VIDA ÚTIL DE LAS ESTRUCTURAS Y OTROS

La vida útil de las estructuras dependerá de la resistencia física del material que la constituye a factores adversos por desgaste u obsolescencia.

Todo material con el tiempo y con el uso que se le da a estos se desgasta disminuyendo la eficiencia del sistema dependiendo de las características del material empleado. Por consiguiente en las tuberías de abastecimiento de agua existen diversos desgastes por corrosión, erosión y fragilidad factores que sean determinantes en su durabilidad.

La duración de las diferentes estructuras del sistema según:

El compendio de Normas sobre saneamiento de la SUNASS (Volumen II Normas Técnicas) y el autor Simón Arocha indican lo siguiente:

CUADRO 01TIPO DE ESTRUCTURA SIMON AROCHA SUNASS

- Obras de Captación- Pozos- Estaciones de Bombeo

(Equipos de Bombeo)

20-40 años20-30 años10-15 años

20-30 años20-30 años5-10 años

MUNICIPALIDAD DISTRITAL DE CRUCERO PLAZA LA LIBERTAD Nº 104 TELEFAX 051-816169

OBRA: CAPATACIÓN Y LINEA DE CONDUCCIÓN

- Línea de Aducción- Planta de tratamiento, Reservorios- Planta de tratamiento- Tuberías de conducción y de distribución

20-40 años30-40 años10-15 años30-40 años

-------------20-30 años------------20-30 años

b) FACILIDAD O DIFICULTAD PARA HACER AMPLIACIONES DE LA INFRAESTRUCTURA.

La fijación de un período de diseño está íntimamente ligado a factores económicos, la asignación de un período de diseño ajustado a otros criterios estará regida por la dificultad o facilidad de su construcción. Además de ello la posibilidad de ampliación.

c) CRECIMIENTO Y/O DECRECIMIENTO POBLACIONAL

El crecimiento y/o decrecimiento poblacional es función de factores económicos, sociales y de desarrollo.El sistema de abastecimiento de agua propiciara y generara desarrollo. Esto nos permite señalar que de acuerdo a las tendencias de crecimiento, es conveniente elegir períodos de diseño más largos para crecimientos lentos y períodos de diseño cortos para crecimientos rápidos.El compendio de normas sobre saneamiento de la SUNASS indica los valores del cuadro 02

CUADRO 02POBLACION PERIODO RECOMENDABLE2,000 A 20,000 Habitantes20,000 a más Habitantes

15 años a más10 años

d) CAPACIDAD ECONÓMICA PARA LA EJECUCIÓN DE OBRAS

Las razones de durabilidad y resistencia al desgaste físico es indudable que representa un factor importante para el mejor diseño, pero adicionalmente se harán estimaciones de interés y de costo capitalizado para aprovechar útilmente la inversión hecha.

La determinación de la capacidad del sistema de abastecimiento de agua de una localidad debe ser dependiente de su costo total capitalizado. Generalmente los sistemas de abastecimiento se diseñan y construyen para satisfacer una población mayor que la actual, es decir con una población futura.

El R.N.E. recomienda la determinación del período de diseño tomando en cuenta la realidad económica de la zona, los costos de operación y mantenimiento; así como los costos de ampliación futura que garantice los periodos óptimos para cada componente de los sistemas.

DETERMINACION DEL PERIODO DE DISEÑO

Haciendo un análisis de la vida útil de las estructuras e instalaciones que se tiene previsto proyectar en el presente proyecto, y además viendo la realidad de la zona de estudio presentamos el cuadro 03 de adopciones para cada componente del sistema:

CUADRO 03COMPONENTE VALOR ADAPTADOAGUACaptación de LaderaReservorio

20 años20 años

MUNICIPALIDAD DISTRITAL DE CRUCERO PLAZA LA LIBERTAD Nº 104 TELEFAX 051-816169

OBRA: CAPATACIÓN Y LINEA DE CONDUCCIÓN

Lineas de conducción - Tubería Cubierta 25 años

Haciendo un promedio de la vida útil adoptada para cada caso el período de diseño será de 20 años para el presente proyecto. Teniendo como proyección al año 2029.

2) ESTUDIOS DE POBLACION

En todo Proyecto de abastecimiento de agua potable uno de los parámetros más importantes que debe evaluarse es la población actual y futura.

Hay varios métodos matemáticos para pronosticar la población de las ciudades. Algunos son el aumento aritmético, el aumento en porcentaje, comparaciones gráficas, etc. Se debe proceder con gran cuidado y juicio en el pronóstico demográfico, sobre la base de datos confiables.

A) DATOS BASICOS PARA EL PRONOSTICO DEMOGRAFICO

El pronóstico demográfico se hace en base a los datos obtenidos por el Instituto Nacional de Estadística Informática.

B) CALCULO DEL PRONOSTICO DEMOGRAFICO

Una de las tendencias de expansión urbana de la localidad de crucero se localiza al Norte de ésta, dinamizando su crecimiento la actividad económica fundada en la ganadería, y así mismo la impulsada por la minería en la zona; la limitante principal son los servicios de agua y desagüe y en menor incidencia el transporte desde la capital del distrito.

Sin embargo la población de la localidad de crucero según los datos del INEI, se observa una población notable, por lo que calcularemos la población futura mediante métodos analíticos proyectados al año 2029, considerando la tasa de crecimiento de 2.06 (Según el INEI, para la región Puno).

C) CALCULO DE LA POBLACION FUTURA DE LA LOCALIDAD DE CRUCERO

1. METODO ARITMETICOEste método considera el crecimiento de la población uniforme y lineal en el tiempo, el que da resultados muy bajos y se utiliza en poblaciones antiguas y muy desarrolladas que están cerca del limite de saturación.

Pf = Pa + r tDonde: Pf = Población Futura Pa = Población actual (4,968 hab.) r = Coeficiente de crecimiento (2.06) t = Período de crecimiento en años (20 años)

P2029 = 5,010 habitantes

2. METODO GEOMETRICOEl presente método considera que la población crece de acuerdo a la ley de interés compuesta, se aplica para poblaciones jóvenes en pleno desarrollo viene dado por la formula:

MUNICIPALIDAD DISTRITAL DE CRUCERO PLAZA LA LIBERTAD Nº 104 TELEFAX 051-816169

OBRA: CAPATACIÓN Y LINEA DE CONDUCCIÓN

Pf = Pa(1 + r /100)t

Donde:Pf = Población FuturaPa = Población actual (4,968 hab.)r =Coeficiente de crecimiento (2.06)t =Período de crecimiento en años (20años)

P2029 = 7,015 habitantes

3. METODO DE LA OMSLa OMS (Organización Mundial de la Salud) considera una formula de tipo geométrico, para el caso de no disponerse de información censal utilizando una razón de crecimiento categorizado en base a la magnitud de la población.

Pf = Pa (1+P/100)t

Donde:Pf = Población FuturaPa = Población actual (4,968 hab.)t =Período de crecimiento en años (20años)

CUADRO 04TIPO DE POBLACION VALOR DE P %

Ciudades GrandesCiudades PequeñasPoblados y Aldeas

2.703.002.20

Asumiendo un valor de P=2.2 tenemos:

P2029 = 7,677 habitantes

La Gráfico 01 muestra las proyecciones futuras al año 2029, de acuerdo a los métodos evaluados.

CUADRO 05

CUADRO DE RESUMEN DE POBLACION FUTURAMETODO POBLACION FUTURA (2029)

Met. AritméticoMet. GeométricoMet. De la OMS

5,010.007.015.007,677.00

De acuerdo a las características de nuestra población y los cálculos realizados para localidad de Crucero optamos por el método de la OMS el cual es recomendado para poblaciones en pleno desarrollo.

Por lo tanto la población futura al año 2029 será de 7,677 habitantes.

POBLACION DE DISEÑO

MUNICIPALIDAD DISTRITAL DE CRUCERO PLAZA LA LIBERTAD Nº 104 TELEFAX 051-816169

OBRA: CAPATACIÓN Y LINEA DE CONDUCCIÓN

Finalmente concluimos que nuestra población de diseño es: P2029 = 7,677 habitantes

GRAFICO 01DOTACION Y CONSUMO

GENERALIDADES

La dotación o la demanda per cápita, es la cantidad de agua que requiere cada persona de la población, expresada en Lt/hab/día. Conocida la dotación, es necesario estimar el consumo promedio diario anual, el consumo máximo diario, y el consumo máximo horario. El consumo promedio diario anual, nos servirá para la verificación del volumen del reservorio de almacenamiento y para estimar el consumo máximo diario y horario.

El valor del consumo máximo diario es utilizado para el cálculo hidráulico de la línea de conducción mientras que el consumo máximo horario, es utilizado para el cálculo hidráulico de la línea de aducción, red de distribución y redes de alcantarillado.

1) DEMANDA DE AGUA

FACTORES QUE AFECTAN EL CONSUMO:Los principales factores que afectan el consumo de agua son:

El tipo de localidad.Factores económicos sociales.Factores climáticosTamaño de la localidad.

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.

Estos consumos serán estudiados con el objeto de obtener la dotación necesaria para la población calculada y se puede reunir en cuatro grupos básicos:

a) Consumo domesticob) Consumo comercial o industrialc) Consumo Públicod) Consumo por perdidas y desperdicios

Para la fijación de la dotación se tienen distintas normas y valores como mencionaremos los consumos directos que señala el R.N.E. Norma O.S.100 (Consideraciones Básicas de Diseño de Infraestructura Sanitaria) que dice la siguiente dotación diaria por habitante se ajustará a los siguientes valores.

CUADRO 01

POBLACIONESCLIMA

FRIO TEMPLADO Y CALIDOPoblaciones en General con conexiones domiciliariasProgramas de Vivienda con lotes de área menor o igual a 90m2.

180 l/h/d

120 l/h/d

220 l/h/d

150 l/h/d

MUNICIPALIDAD DISTRITAL DE CRUCERO PLAZA LA LIBERTAD Nº 104 TELEFAX 051-816169

OBRA: CAPATACIÓN Y LINEA DE CONDUCCIÓN

Sistemas indirectos. 30 l/h/d 50 l/h/d

A) CONSUMO DOMESTICO.- El consumo domestico es requerido en la cocina, en unidades sanitarias, en lavaderos, etc.; estos varían en relación al modo de vida de la población, grado de institución sanitaria y las condiciones de suministro como son presiones, calidad del agua, etc. En poblaciones urbanas de clima cálido se estima en unos 100 litros /personas día. Los consumos adicionales que comúnmente se le incluye el consumo doméstico, los de riego de jardines y los animales domésticos.

Según el RNE el consumo per cápita representa el consumo predominante en el diseño.

Bebida cocina y limpieza 20 - 30 l/p/d Ducha 40 - 80 l/p/d Descarga de Inodoros 16 - 20 l/p/d Lavado de ropa 10 - 15 l/p/d Riego de jardines, patio etc. 1 - 2 l/m2/viv.

b) CONSUMO INDUSTRIAL.- Es el que suministra a las instalaciones de tiendas, bares, restaurantes, estaciones de servicio, agua consumida en procesamientos industriales.

En ciudades de gran importancia varía entre 15% al 65% del total.En nuestra zona de estudio no se considerará este consumo por no tener actividad industrial.

c) CONSUMO PÚBLICO.- Dentro de este consumo están considerados la dotación de riego de parques Centros Educativos, Centros de Salud, Mercados etc.El R.N.E. proporciona valores aproximados.

Locales Educacionales 50 lit/persona/día Locales de salud 500 – 600 lit/persona/día Baños públicos 500 lit/m2/día Mercados 15 lit/m2/día Oficinas Públicas 6 lit/m2/día

d) CONSUMO POR PÉRDIDAS Y DESPERDICIOS.- Esto se debe al mal funcionamiento de las válvulas juntas, conexiones defectuosas, fugas de cañerías, conexiones clandestinas, desperdicios, etc.

2) DETERMINACION DE LA DOTACION

Las características propias la localidad de crucero resalta entre los consumos por categorías que el agua de mayor uso es el consumo domestico, y el consumo público. Por encontrarse la población a una altitud que supera los 4,130 MSNM teniendo un clima sumamente frió en la mayor época del año, se hace la relación entre estas, definiéndose como dotación definitiva 120 lit/hab/día.

3) VARIACION DE CONSUMO

Para suministrar eficientemente el agua, es necesario que cada uno de las partes que constituyen el sistema satisfagan, 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 del consumo está influenciado por diversos factores tales como: Tipo de actividad, hábitos de

MUNICIPALIDAD DISTRITAL DE CRUCERO PLAZA LA LIBERTAD Nº 104 TELEFAX 051-816169

OBRA: CAPATACIÓN Y LINEA DE CONDUCCIÓN

la población, condiciones de clima, etc.

Por lo tanto el consumo varía de año a año, los meses del año, los días de la semana, y durante las horas, Siendo los principales los diarios y los horarios del promedio anual de la demanda.

a) CONSUMO PROMEDIO DIARIO ANUAL

El consumo promedio diario, se define como el resultado de una estimación del consumo per cápita para una población futura expresado en litros por segundo (lit/seg)., el cual se determina con la siguiente relación.

Qp = Pf x Dot. Qp = Consumo Promedio 86400 seg/día Pf = Población Futura Dot = Dotaciónb) VARIACION DIARIA

Varía durante el año, en función de las condiciones climatológicas y los hábitos de la población, es así en los días de una semana se dan consumos máximos y mínimos, como tenemos los consumos máximos en los días sábado, domingo, lunes.

- EL CONSUMO MAXIMO DIARIO, (Qmd)

Es el día de máximo consumo de una serie de registros observados durante los días del año Qmd = K1*QP

Según el RNE el máximo anual de la demanda diaria es establecido como el valor de 1.3Para nuestro proyecto asumiremos este valor de K1 = 1.30 o sea el 130% del consumo promedio anual.

c) VARIACION HORARIA

Esta variación está plenamente relacionado con el modo de vida y la magnitud de la población, los consumos de agua varían hora a hora; dependiendo de las costumbres y actividades de la población, Siendo los consumos máximos al mediodía y al atardecer

- EL CONSUMO MAXIMO HORARIO (Qmh)Se define como la hora de máximo consumo las 24 horas del día.

Qmh = K2 QPSegún el RNE el coeficiente varía entre 1.8 y 2.5.Para nuestro Proyecto asumiremos K2 = 2.50, considerando que el periodo de diseño es sobre los 20 años.

4) DETERMINACION DEL GASTO DE DISEÑO

Para determinar los gastos de diseño utilizaremos los siguientes datos que se han obtenido anteriormente:

Población en estudio : 7,677 hab. Dotación. : 120 lit/hab/d K1. : 1.30

MUNICIPALIDAD DISTRITAL DE CRUCERO PLAZA LA LIBERTAD Nº 104 TELEFAX 051-816169

OBRA: CAPATACIÓN Y LINEA DE CONDUCCIÓN

K2. : 2.50

El gasto promedio para el cálculo es:

Qp = 120.00 x 7,677 86 400

Qp = 10.66 Lit/seg.Qmd = 10.66 x 1.30 = 13.86 Lit/seg.Qmh = 10.66 x 2.50 = 26.65 Lit/seg

La finalidad de los gastos obtenidos del Qmd y Qmh para un sistema de abastecimiento, es de provisionar en el diseño de las obras integrantes.

5) DETERMINACION DEL VOLUMEN DE ALMACENAMIENTO

Los reservorios deben tener la capacidad suficiente para garantizar a la población un buen servicio que permita atender a las variaciones horarias, casos de incendio, casos de desperfecto en la línea de conducción, captación, etc.

En general el volumen de un reservorio está dado por.VT = Vreg. + VI + VresVreg = Volumen de regulaciónVI = Volumen contra incendioVres = Volumen de reserva

a) VOLUMEN DE REGULACION

Para él calculo del volumen de almacenamiento de agua, se tienen los siguientes métodos como son: al método del diagrama de masas y el método analítico, estos no son aplicables por no contarse con datos de variación de consumo horario.

En el presente trabajo nos basaremos en el RNE sobre normas de saneamiento que indica, se adoptan como capacidad de regulación al 25% del promedio anual de la demanda.

Vreg = 0.25 x Qp x 86400 = 230,256 litros.Vreg = 230.26 m3

b) VOLUMEN DE RESERVA E IMPREVISTOS

Este volumen se refiere a los imprevistos ante la eventualidad de que en la línea de conducción puedan ocurrir daños que mantendrían paralizadas el suministro de agua mientras se hacen las reparaciones pertinentes.

Para el volumen adicional de reserva e imprevistos se tomará como seguridad el 10% del volumen de regulación.

Vres = 0.10 x (230.26) = 23.03 m3

Vres = 23.03 m3

c) VOLUMEN DEL RESERVORIOEl volumen del reservorio requerido se verifica de acuerdo a la formula ya mencionada.

MUNICIPALIDAD DISTRITAL DE CRUCERO PLAZA LA LIBERTAD Nº 104 TELEFAX 051-816169

OBRA: CAPATACIÓN Y LINEA DE CONDUCCIÓN

VT = Vres + VI +Vres

VT = 230.26 + 0 + 23.03VT = 253.09 m3

Existe un reservorio actualmente de 320 m3 por lo que para nuestros cálculos este satisface con los requerimientos mínimos de diseño. VT = 253.09 m3 es menor que 320m3 ok!

CAPTACION

Se ha evaluado como captación de agua el lugar denominado la Laguna de Aricoma de la comunidad campesina de Oruro, fuente de abastecimiento de agua natural ubicada a una altitud de 4651 msnm, en la vertiente oeste de las nevadas del cerro Aricoma, en una zona con pendiente elevada, la capatacion que se propone es de tipo caisson de concreto armado por el tipo y forma de manate siendo esta una laguna natural, además tendrá dos capas de filtro con grava fina y gruesa los muros serán revestidos con cemento arena, ubicado encima de la toma la que favorecerá el almacenamiento del agua en la parte superficial del acuífero con un caudal de 20 Lts/seg en promedio con lo cual se determina mejorar con un mantenimiento la captación y se lograra cubrir la demanda para nuestro proyecto.

LINEA DE CONDUCCION

Se adjunta cuadro de cálculo de la Línea de conducción.

RESERVORIO

Se adjunta HOJA de cálculo estructural del reservorio.

POTABILIZACION DEL AGUA

Se adjunta certificado de análisis Físico Químico del agua de la laguna el cual menciona que sus características químicas se encuentran dentro de los limites establecidos por las normas técnicas.

MUNICIPALIDAD DISTRITAL DE CRUCERO PLAZA LA LIBERTAD Nº 104 TELEFAX 051-816169