Tesis0338ic

PRE-DISEÑO DE LA PLANTA DE TRATAMIENTO, CAPTACIÓN Y RED DE ADUCCIÓN DEL ACUEDUCTO PANTANO DE DUGA, DEL SECTOR PEÑA BLANCA, VEREDA COLACOTE EN EL MUNICIPIO DE PAZ DE RIO

ALVAREZ DURAN DANNY ALONSO GOMEZ MARTINEZ JULIO CESAR

FUNDACIÓN UNIVERSITARIA AGRARIA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERIA PROGRAMA DE INGENIERIA CIVIL BOGOTA 2013

PRE-DISEÑO DE LA PLANTA DE TRATAMIENTO, CAPTACIÓN Y RED DE ADUCCIÓN DEL ACUEDUCTO PANTANO DE DUGA, DEL SECTOR PEÑA BLANCA, VEREDA COLACOTE EN EL MUNICIPIO DE PAZ DE RIO

ALVAREZ DURAN DANNY ALONSO GOMEZ MARTINEZ JULIO CESAR

Trabajo de tesis para optar el título de Ingeniero Civil

Director POLO RODRIGUEZ JOHN MICHAEL Ingeniero Civil

FUNDACIÓN UNIVERSITARIA AGRARIA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERIA PROGRAMA DE INGENIERIA CIVIL BOGOTA 2013

Nota de aceptación

_____________________

_____________________

_____________________

_____________________ Presidente del Jurado

_____________________ Jurado

_____________________ Jurado

Santafé de Bogotá, 23 de Septiembre de 2013

Dedicatoria.

A mis padres por su gran apoyo econ贸mico y moral, A mis hermanos por su apoyo incondicional A mi esposa que con sus consejos y gran apoyo ha estimulado en mi los deseos de superaci贸n Personal.

Danny Alonso.

Dedicatoria

A mis padres por la semilla de superación que han sembrado en mí, a mis hermanos por su colaboración, a mí esposa e hijos por su apoyo emocional y estimulo.

Julio César

AGRADECIMIENTOS

A nuestras familias por su compresión y estímulos constantes, además de sus apoyos incondicionales a lo largo de nuestros estudios A nuestro director de proyecto de grado: Ingeniero John Michael Polo Rodríguez quien nos brindó su valiosa orientación en la elaboración del presente trabajo de investigación Y a todas las personas que en una u otra forma nos apoyaron en la realización de este trabajo.

RECONOCIMIENTO

A la Fundación Universitaria Agraria de Colombia “UNIAGRARIA”, por brindarnos la oportunidad de desarrollar nuestras capacidades intelectuales para optar el grado de Ingenieros Civiles.

CONTENIDO

Pág.

1

INTRODUCCIÓN ...................................................................................... 18

2

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ....................................................... 19

2.1 PREGUNTA DE INVESTIGACIÓN ........................................................... 19 2.2 DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA ............................................................ 19 3

JUSTIFICACIÓN ....................................................................................... 20

4

OBJETIVOS .............................................................................................. 21

4.1 OBJETIVO GENERAL .............................................................................. 21 4.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ..................................................................... 21 5

MARCO DE REFERENCIA ...................................................................... 22

5.1 ANTECEDENTES ..................................................................................... 22 5.2 ESTADO DEL ARTE................................................................................. 23 5.3 ÁREA DE ESTUDIO ................................................................................. 24 5.3.1

Aspectos Fisiográficos ......................................................................... 25

5.3.2

Aspectos Demográficos ....................................................................... 26

6

MARCO TEÓRICO ................................................................................... 29

6.1 ESTIMACIÓN DE LA POBLACIÓN .......................................................... 29 6.1.1

Crecimiento geométrico ....................................................................... 29

6.2 GENERALIDADES SOBRE ABASTECIMIENTO DE AGUA .................... 30 6.2.1

Esquema convencional de abastecimiento ......................................... 30

6.3 FUENTES DE ABASTECIMIENTO DE AGUA ......................................... 30

6.3.1

Volumen de Agua ................................................................................ 30

6.3.2

Evaluación de la cantidad de agua ...................................................... 31

6.3.3

Calidad de la fuente y grado de tratamiento ........................................ 31

6.4 OBRAS DE CAPTACIÓN ......................................................................... 32 6.4.1

Captación de Agua superficial ............................................................. 32

6.5 DISEÑO DE LINEA DE ADUCCIÓN Y CONDUCCIÓN ............................ 33 6.5.1

EPANET .............................................................................................. 33

6.6 DESARENADOR ...................................................................................... 34 6.7 PROCESOS DE OXIDACIÓN .................................................................. 34 6.7.1

Descripción del proceso ...................................................................... 35

6.7.2

Control de los procesos y operación ................................................... 35

6.8 FILTRACIÓN LENTA CON ARENA .......................................................... 35 6.8.1

Medio de soporte ................................................................................. 37

6.9 DESINFECCIÓN. ...................................................................................... 37 6.9.1

Medios de desinfección ....................................................................... 37

7 DIAGNÓSTICO DEL SISTEMA DE ACUEDUCTO EXISTENTE PANTANO DE DUGA, SECTOR PEÑA BLANCA DE LA VEREDA COLACOTE DEL MUNICIPIO DE PAZ DE RIO - BOYACÁ. ......................................................... 38 7.1 FUENTE ................................................................................................... 38 7.2 CAPTACIÓN. ............................................................................................ 39 7.3 LINEA DE ADUCCIÓN. ............................................................................ 40 7.4 DESARENADOR: ..................................................................................... 41 7.5 SISTEMA DE FILTRACIÓN: ..................................................................... 41 7.6 TANQUE DE ALMACENAMIENTO .......................................................... 43 7.7 SISTEMA DE DESINFECCIóN. ................................................................ 44

7.8 CÁMARAS DE QUIEBRE: ........................................................................ 45 7.9 CONCLUSIONES DEL DIAGNOSTICO ................................................... 46 8 PREDISEÑO HIDRÁULICO DE LA PLANTA DE TRATAMIENTO, CAPTACIÓN Y RED DE ADUCCIÓN DEL ACUEDUCTO PANTANO DE DUGA DEL SECTOR PEÑA BLANCA DE LA VEREDA COLACOTE EN EL MUNICIPIO DE PAZ DE RIO................................................................................................ 48 8.1 PROYECCIÓN DE LA POBLACIÓN BENEFICIARIA DEL ACUEDUCTO DEL SECTOR PEÑA BLANCA TENIENDO EN CUENTA LOS MÉTODOS DE ESTIMACIÓN DE LA POBLACIÓN FUTURA. .................................................. 49 8.1.1

Nivel de complejidad del sistema. ....................................................... 49

8.1.2

Periodo de diseño:............................................................................... 49

8.1.3

Cálculos de población: ........................................................................ 50

8.2 ESTIMACIÓN DE LA POBLACIÓN .......................................................... 51 8.2.1

Tasa de Crecimiento anual (r): ............................................................ 51

8.2.2

Población futura (

8.2.3

Consumos ........................................................................................... 53

8.2.4

Dotación bruta (db). ............................................................................. 53

8.2.5

Caudal medio diario (Q.m.d)................................................................ 54

8.2.6

Caudal máximo diario (Q.M.D.). .......................................................... 54

8.2.7

Caudal máximo horario (Q.M.H.) ......................................................... 55

). .......................................................................... 52

8.3 DISEÑO DE BOCATOMA DE FONDO ..................................................... 57 8.3.1

Cálculo de la presa. ............................................................................. 57

8.3.2

Diseño de la rejilla y canal de aducción. .............................................. 58

8.3.3

Diseño del canal de aducción. ............................................................. 62

8.3.4

Diseño de la cámara de recolección.................................................... 63

8.3.5

Cálculo del caudal de excesos. ........................................................... 64

8.3.6

Cálculo de la altura de los muros de contención ................................. 65

8.4 DISEÑO DE LA LÍNEA DE ADUCCIÓN DE LA BOCATOMA AL DESARENADOR. ............................................................................................. 68 8.4.1

Cálculo del diámetro de la tubería de aducción, (D) ............................ 68

8.4.2

Las pérdidas totales en la tubería (j) será de:...................................... 69

8.4.3

Velocidad del fluido en la tubería (V): .................................................. 69

8.5 DISEÑO DE DESARENADOR.................................................................. 70 8.5.1

Velocidad de sedimentación para partícula (Ф = 0.05 mm) ................. 70

8.5.2

Período de retención hidráulico (Ө), .................................................... 71

8.5.3

Volumen del tanque (V), ...................................................................... 71

8.5.4

Área superficial del tanque (As), ......................................................... 71

8.5.5

Carga hidráulica superficial, (q) ........................................................... 72

8.5.6

Velocidad de sedimentación crítica, (

8.5.7

Diámetro crítico, (do) ........................................................................... 72

8.5.8

Velocidad horizontal, (Vh) ................................................................... 72

8.5.9

Velocidad horizontal máxima, (Vh máx) ................................................ 73

)............................................. 72

8.6 CÁLCULO DE LOS ELEMENTOS DEL DESARENADOR ....................... 73 8.6.1

Vertedero de salida. ............................................................................ 73

8.6.2

Pantalla de salida: ............................................................................... 74

8.6.3

Pantalla de entrada: ............................................................................ 74

8.6.4

Almacenamiento de lodos ................................................................... 74

8.6.5

Cámara de aquietamiento. .................................................................. 74

8.6.6

Rebose de la cámara de aquietamiento .............................................. 74

8.6.7

Caudal de exceso. ............................................................................... 74

8.6.8

Velocidad del vertedero, (Vv) .............................................................. 75

8.6.9

Alcance del chorro, (Xs) ...................................................................... 75

8.6.10 Cálculo de las tuberías de excesos y de lavado. ................................. 75 8.7 DISEÑO DE LA LINEA DE CONDUCCIÓN. ............................................. 77 8.7.1

Consideraciones de diseño ................................................................. 78

8.8 PLANTA DE TRATAMIENTO ................................................................... 80 8.8.1

Proceso de oxidación. ......................................................................... 81

8.8.2

Diseño de sistema de tratamiento del agua cruda............................... 81

8.8.3

Consumo diario. .................................................................................. 82

8.8.4

Calculo del área necesaria .................................................................. 83

8.8.5

Relación entre diámetros de grano...................................................... 83

8.8.6

Pre-diseño estructural. ........................................................................ 85

8.8.7

Plano Estructural del Filtro Lento......................................................... 94

9

PRESUPUESTO DE OBRA ..................................................................... 95

10

GESTION DE IMPACTO AMBIENTAL ..................................................... 96

10.1 IMPACTOS POSITIVOS ........................................................................... 96 10.2 IMPACTOS NEGATIVOS ......................................................................... 96 11

CONCLUSIONES ..................................................................................... 97

12

RECOMENDACIONES ............................................................................. 98

LISTA DE ILUSTRACIONES

Pág.

Ilustración 1. Ubicación Geográfica del Proyecto, Vereda Colacote ...................... 24 Ilustración 2. Presión del agua sobre la pared del tanque ..................................... 85 Ilustración 3. Filtro Lento, Vista en Planta .............................................................. 94 Ilustración 4. Filtro Lento, Plano Estructural .......................................................... 94

LISTA DE IMAGENES

Pág.

Imagen 1. Fuente quebrada Pantano de Duga ...................................................... 39 Imagen 2. Captación Quebrada Pantano de Duga ................................................ 39 Imagen 3. Conexiones en la manguera de la línea de aducción. .......................... 40 Imagen 4. Manguera encubierta con hojarasca. .................................................... 41 Imagen 5. Sistema de filtración del acueducto Pantano de Duga. ......................... 42 Imagen 6. Lecho filtrante con material de coque. .................................................. 42 Imagen 7. Exterior del tanque de almacenamiento. ............................................... 43 Imagen 8. Interior del tanque de almacenamiento. ................................................ 43 Imagen 9. Equipo de cloración............................................................................... 44 Imagen 10. Equipo de cloración con sistema de medición. ................................... 45 Imagen 11. Cámara de quiebre, vista interior. ....................................................... 45 Imagen 12. Cámara de quiebre, vista externa. ...................................................... 46 Imagen 13. Tamiz para arena ................................................................................ 84 Imagen 14. Tamiz para grava ................................................................................ 84

LISTA DE TABLAS Pág.

Tabla 1. Población para el Año 2005 ..................................................................... 27 Tabla 2. Proyección de Población por Años a Partir de 1993 ................................ 28 Tabla 3. Características de las Viviendas en el Sector Rural ............................... 28 Tabla 4. Especificaciones de la grava soporte ....................................................... 37 Tabla 5. Asignación del Nivel de Complejidad ....................................................... 49 Tabla 6. Periodo de Diseño Máximo ...................................................................... 50 Tabla 7. Comparación De Población Según Proyecciones y Datos Del 2005 ....... 51 Tabla 8. Proyección de Población por años a partir de 1993 ................................. 52 Tabla 9. Dotación Neta según el Nivel de Complejidad del Sistema ..................... 53 Tabla 10. Coeficiente de Consumo Máximo Diario K1 ........................................... 54 Tabla 11. Coeficiente de Consumo Máximo Horario K2 ......................................... 55 Tabla 12. Datos de Caudales de Diseño Resumidos ............................................. 56 Tabla 13. Coeficiente de pérdida para rejillas ........................................................ 60 Tabla 14. Datos del Orificio de Control y Altura de la lámina de Agua en la cámara de recolección de la bocatoma .............................................................................. 65 Tabla 15. Coeficiente de Escorrentía ..................................................................... 66 Tabla 16. Características físico-químicas y bacteriológicas de la fuente. .............. 81 Tabla 17. Parámetros para definir el tratamiento del agua .................................... 82 Tabla 18. Coeficientes (k) para cálculo de momentos de paredes de tanques ...... 87 Tabla 19. Momentos Mx y My ................................................................................ 88 Tabla 20. Cálculo estructural y distribución de armadura ...................................... 93 Tabla 21. Características de las varillas de refuerzo ............................................. 93

LISTA DE GRAFICAS

Pág.

Gráfica 1. Esquema Actual, Acueducto Pantano de Duga ..................................... 38 Gráfica 2. Esquema Proyectado, Acueducto Pantano de Duga ............................ 48 Gráfica 3. Presiones saturadas con un tramo de red ............................................. 78 Gráfica 4. Presiones en la tubería, la red en 2 tramos ........................................... 79 Gráfica 5. Perfil longitudinal de presión ................................................................. 79 Gráfica 6. Perfil longitudinal de cota ...................................................................... 80

LISTA DE ANEXOS

Pág.

Anexo 1. Lista de suscriptores del acueducto Pantano de Duga. ........................ 102 Anexo 2. Concesión de aguas Pantano de Duga. ............................................... 104 Anexo 3. Análisis Fisicoquímico y microbiológico, fuente Pantano de Duga. ...... 110 Anexo 4. Estudio de suelos. ................................................................................ 112 Anexo 5. Planos del Proyecto .............................................................................. 137

1

INTRODUCCIÓN

Dentro de las necesidades más sentidas de las comunidades se encuentra el suministro de agua potable, el cual se constituye en uno de los servicios fundamentales con los que cualquier población debe contar. Gracias al programa UNIAGRARIA AL CAMPO, se logra desarrollar iniciativas encaminadas a dar soluciones a las carencias con las que cuentan las comunidades, ya que este programa por intermedio de convenios con las administraciones municipales, pretende acercar el que hacer de los estudiantes con las acciones de los gobiernos. En este caso, se desarrolla el convenio entre la Uniagraria y la alcaldía de Paz de Rio – Boyacá, para el desarrollo de este proyecto, el cual está encaminado a pre-diseñar la planta de tratamiento, bocatoma y red de aducción del acueducto Pantano de Duga, sector Peña Blanca, vereda Colacote, en el municipio de Paz de Río – Boyacá.

La comunidad del sector de peña blanca, cuenta con un sistema de abastecimiento precario con filtro y dosificador de cloro ubicado en lugares inadecuados y las conexiones son rudimentarias, lo cual hace que el servicio sea deficiente.

Con el desarrollo de este proyecto, la administración del municipio de Paz de Rio, podrá contar con los pre-diseños de las obras de captación de agua superficial, la aducción y el sistema de tratamiento del acueducto, con lo cual se considera que se hace un aporte significativo desde la comunidad. Para lograr cumplir con el objetivo planteado en este proyecto, se hace necesario realizar un diagnóstico del sistema actual, de igual manera, se requiere hacer la proyección de la población futura para que con base en ella, se logre generar un sistema que supla las necesidades de la comunidad no solo en la actualidad, sino en tiempos futuros. De igual manera, se establecerá el análisis de agua y la gestión de manejo ambiental para dar cumplimiento a la normatividad ambiental relacionada con el acato de los parámetros que establece el RAS 2000.

18

2 2.1

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

PREGUNTA DE INVESTIGACIÓN

¿Con la elaboración de los pre-diseños de la planta de tratamiento, bocatoma y red de aducción del acueducto Pantano de Duga, sector Peña Blanca, vereda Colacote, en el municipio de Paz de Río – Boyacá, se logra contribuir al desarrollo de la administración municipal en temas de saneamiento básico?

2.2

DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA

El sector de Peña Blanca de la vereda Colacote del municipio de Paz de Río Boyacá, requiere el pre-diseño de su acueducto, ya que los habitantes del sector han adaptado de manera rudimentaria un sistema de tratamiento de agua.

El agua que abastece los hogares, proviene de una fuente superficial, con una captación artesanal, un sistema de conducción por gravedad que ha sido implementado por la comunidad con manguera de 1½”, con conexiones artesanales y cámaras de quiebre que actualmente están en mal estado, sin ningún concepto técnico, lo que hace que el tratamiento de agua potable sea deficiente y gran parte de redes se hallan propensas a deterioros por encontrarse enterradas muy superficialmente, como en caminos y pasos de herradura.

19

3

JUSTIFICACIÓN

Con el desarrollo de este proyecto, se pretende hacer un aporte significativo al desarrollado del municipio de Paz de Rio en términos de saneamiento básico, gracias a que como resultado de este, se obtienen los pre-diseños de un sistema de acueducto técnicamente determinado. De igual manera, se podrá hacer un aporte documental para solucionar el problema del mal servicio de acueducto que se presenta en el sector Peña Blanca, vereda Colacote del municipio de Paz del Rio en el departamento de Boyacá.

Se realizara la proyección de la población usuaria del sistema con lo cual se garantizará que el acueducto supla a toda la población beneficiada en el tiempo; El proyecto también contempla la realización de los análisis de calidad de agua del sistema y la gestión ambiental con los cuales se pretende lograr la satisfacción total de los usuarios en cada una de las etapas del proyecto.

Lo mencionado anteriormente, manifiesta la necesidad de la realización de este proyecto ya que abarca los aspectos técnicos sociales y ambientales que requieren este tipo de obras civiles, que para este caso, beneficiaran a 47 familias del sector y la futura población en el área de estudio.

20

4 4.1

OBJETIVOS

OBJETIVO GENERAL

Pre-diseñar la planta de tratamiento, bocatoma y red de aducción del acueducto Pantano de Duga, sector Peña Blanca, vereda Colacote, en el municipio de Paz de Río - Boyacá 4.2

OBJETIVOS ESPECÍFICOS

- Elaborar el diagnóstico del sistema de acueducto existente en la zona de estudio con base en la recopilación de información primaria y secundaria.

- Realizar la proyección de la población beneficiaria del acueducto Pantano de Duga, sector Peña Blanca de la vereda Colacote teniendo en cuenta el método geométrico para el cálculo de estimación de la población futura.

- Llevar a cabo el análisis de agua y recomendación ambiental dando cumplimiento a lo estipulado en la normatividad ambiental actual.

- Elaborar el pre-diseño hidráulico y estructural de la planta de tratamiento, captación y red de aducción con su respectivo presupuesto.

21

5

MARCO DE REFERENCIA

En este capítulo se determina el contexto en el que se desarrolla el proyecto respecto al entorno cronológico, el área en que se desarrolla y la generación de información técnica, científica y normativa, que es pertinente con el problema de investigación y la solución al mismo. Estos datos son tomados del E.O.T. Paz de Río Boyacá 5.1

ANTECEDENTES

En materia de saneamiento básico, en especial del diseño, construcción y operación de sistemas de suministro de agua potable, se cuenta con una amplia serie de documentos, tales como el Plan de Desarrollo del Sector, publicado en octubre de 2005 por medio del documento CONPES 3383, el cual establece metas de cobertura, calidad y la adecuación de la estructura industrial pertinente. De igual manera, se cuenta con la Ley 812 de 2003, la cual estableció como objetivos y metas para la política social a los servicios de agua y saneamiento los siguientes: “Para el efecto se reglamentó el Decreto 456 de 2004 que establece los recursos de SGP destinados al sector, se expidió el documento CONPES 3381 de 2005 que atañe a la importancia de los recursos de inversión regional y su impacto sobre la prestación de estos servicios, y se asignaron $130.1 mil millones del PGN para aumentar sus coberturas”1.

Así mismo, se cuenta con una política nacional para la gestión integral del recurso hídrico, la cual fue publicada en el año 2010 y en la cual se establece la importancia en el manejo y uso sostenible del recurso hídrico.

“Complementario a esta política, el ministerio de medio ambiente ha creado otras políticas relacionadas con el recurso hídrico, en asuntos como humedales, páramos, zonas costeras y oceánicas, biodiversidad, áreas protegidas, producción limpia, cambio climático, gestión ambiental urbana, salud ambiental, plan departamental de agua y saneamiento, desarrollo territorial, entre otros. Algunas de estas políticas fueron: • Política de Biodiversidad en Colombia (1995), • Política de Bosques (1996), • Política de Gestión Integral de Residuos Sólidos (1997), • Política de Producción más Limpia (1997), • Lineamientos de Política para la Participación Ciudadana en la Gestión Ambiental (1998).

1

Cfr. CARDONA LÓPEZ Alberto. Agua y Saneamiento: Consideraciones sobre el sector de agua potable y saneamiento básico en Colombia.

22

• Lineamientos para la Política Nacional de Ordenamiento Ambiental del Territorio (1998)”2 Complementario a los parámetros políticos y normativos, está el Reglamento Técnico de Agua Potable y Saneamiento básico RAS 2000, en el cual se establecen los aspectos técnicos sobre sistemas de acueducto y potabilización.

5.2

ESTADO DEL ARTE

El acueducto es un sistema de conducción de agua, que permite transportarla desde el punto en el que se encuentra en la naturaleza hasta el lugar donde se consume o aprovecha. El diseño y construcción de los acueductos ha estado presente en la historia de la humanidad; desde los romanos hasta nuestros días.

Por lo tanto, son innumerables las investigaciones que en todo el mundo se han realizado en la materia.

“En Colombia, en sus comienzos los municipios o los particulares (bajo concesión municipal) adelantaron este tipo de obras y se encargaron de su operación. Por ejemplo, en Bogotá, Barranquilla y Bucaramanga, las empresas de acueducto pertenecieron y fueron operadas por particulares durante el primer cuarto de siglo.

En otras ciudades los municipios se encargaron de estas funciones, recibiendo el apoyo esporádico de la Nación y los Departamentos”3.

La Escuela Colombiana de Ingeniería, ha liderado la publicación de textos encaminados a dar orientaciones técnicas para la construcción y operación de acueductos y alcantarillados, es así como en el año 1995, lanzo el libro ELEMENTOS DE DISEÑO PARA ACUEDUCTOS Y ALCANTARILLADOS, el cual recopila los aspectos más sobresalientes y necesarios para el desarrollo de estas obras de ingeniería; sin embargo, en este mismo texto, el auto expresa que todo lineamiento técnico debe estar sujeto al criterio de los ingenieros a cargo de la obra. Es importante resaltar que en este texto los diseños de acueductos están orientados a poblaciones rurales.

El municipio de Paz de Rio, cuenta con la unidad de servicios públicos domiciliarios, quien tiene a su cargo las siguientes actividades:

2

Colombia. Ministerio de Ambiente Vivienda y Desarrollo Territorial. Política Nacional para la Gestión Integral del Recurso Hídrico. Bogotá. D.C. 2010 3

FAINBOIM YAKER Israel, RODRIGUEZ RESTREPO Carlos. El Desarrollo de la Infraestructura en Colombia en la Década de los Noventa. Gobierno de los países bajos. 2000 23

- “Organizar, dirigir y administrar, la prestación de los servicios de acueducto, alcantarillado y aseo del área urbana de acuerdo con lo establecido en la ley 142 de 1994 y sus normas reglamentarias”4.

- Realizar directamente la prestación, administración y mantenimiento de los acueductos veredales siempre y cuando estén a cargo de la Unidad y dentro de los límites establecidos por la ley cuando las condiciones técnicas y económicas se lo permitan.

- Proyectar los contratos de construcción, mantenimiento, suministro, empréstito, asistencia técnica, asesoría, prestación de servicios o de cualquier otra naturaleza cuando así se requiera para poder cumplir con el objeto para lo cual fue creada.

5.3

ÁREA DE ESTUDIO

DEPARTAMENTO: Boyacá MUNICIPIO: Paz de Río VEREDA: Colacote Ilustración 1. Ubicación Geográfica del Proyecto, Vereda Colacote Ubicación Geográfica del Municipio de Paz del Rio – Boyacá

Fuente: EOT municipio de Paz de Río.

4

Disponible en internet: http://www.pazderio-boyaca.gov.co/sitio.shtml?apc=B-xx1-&x=1895750 24

El municipio de Paz de Río se encuentra ubicado al nororiente del departamento de Boyacá, en la provincia de Valderrama, a una distancia de 51 km de Tunja. Los límites de este municipio de la provincia de Valderrama son los siguientes: Por el norte con Sativasur, por el sur con Tasco y Betéitiva, por el oriente con Sativasur y Tasco y por el occidente con Belén y Tutazá.

5.3.1 Aspectos Fisiográficos 5.3.1.1 

Clima5

Distribución Espacial de la Precipitación

Para establecer la distribución espacial de la precipitación se utilizaron los datos de precipitación promedio anual en milímetros (mm) de las Estaciones de Sativa Norte, Tasco, Betéitiva y La Chapa. La precipitación se comporta de la siguiente manera: Hacia el sector Este en las riberas del Río Chicamocha que se localiza en la parte más baja del municipio y a 2.000 metros sobre el nivel del mar, se presentan las más bajas precipitaciones con un promedio anual de 600 milímetros (mm) en las Veredas Carichana, Salitre, Colacote y Sibaría.

Ahora, los valores de precipitación superiores a 800 milímetros (mm) se presentan hacia el sector Oeste del área municipal en las Veredas de Socotacito, Soapaga y Colacote, donde en promedio las alturas superan los 3.000 metros de elevación.

5.3.1.2

Hidrografía

Los principales ríos que recorren su geografía son el Chicamocha y el Soapaga.

Entre las quebradas sobresalen la Colorada, que nacen en el páramo del Cazadero y la de Pirgua que separa los límites entre Tutazá y Belén, las cuales llevan sus aguas al Soapaga, y la quebrada del Estoraque que separa los límites con Beteitiva y vierte sus aguas en el Chicamocha. 

Microcuenca Colacote

Localizada al suroccidente del municipio, es una pequeña microcuenca que posee drenajes que aunque se denominan generalmente como Quebrada El Canelo y Quebraditas en realidad son espacios naturales por donde en épocas de lluvia escurre el agua para alimentar los otros drenajes. El llamado cauce principal de la

5

Esquema de Ordenamiento Territorial de Paz de Rio - Boyacá 25

microcuenca es la quebrada Colacote que llega al Río Chicamocha a la altura de los 2150 metros sobre el nivel del mar en límites con Tasco; con suelos superficiales a moderadamente profundos, con terrenos en donde predominan las pendientes de 25% y mayores de 50%. Su cobertura principalmente es de cultivos transitorios de maíz y papa.

5.3.1.3

Ecología

En el área estudiada se determinan tres unidades bioclimáticas: Bosque Seco Montano Bajo (bs-MB), Bosque húmedo Montano Bajo (bh-M) y Bosque muy Húmedo Montano Bajo (bmh-M) 

Húmedo Montano Bajo (bmh-M)

Esta unidad se encuentra localizada en el sector norte del municipio (parte alta) en las veredas de Socotacito, Soapaga y Colacote; en límites con Tutazá, Belén y Sativasur, que se constituye en su zona de recarga hídrica, área de subpáramo y páramo.

La vegetación que se encuentra en la zona va desde, arrayan, eucalipto, aliso, cucharo, sauce, mortiño, arboloco, chilco y vegetación de páramo por encima de los 3400 m.s.n.m. La temperatura en el área varía de 6 a 12 °C como la precipitación de 1000 a 2000 mm. anuales Esta área es la de mayor importancia para el uso minero y zonas de recarga de acuíferos6.

5.3.2 Aspectos Demográficos El municipio ha presentado un alto índice de emigración, el despoblamiento presentado se debe entre otras causas a factores como la falta de oportunidades laborales, baja productividad en el sector agrícola, falta de oportunidades de estudio a escala superior, factor común a muchos municipios del departamento de Boyacá; el grado de emigración se considera cerca del 50% de la población rural trasladándose a la zona urbana de Paz de Río o a otros municipios.

Uno de los aspectos que favorece la emigración de los habitantes del municipio es la expectativa laboral generada por la empresa de Acerías Paz de Río y a la liquidez de algunas personas que han retornado en poca cantidad al área urbana 6

Esquema de Ordenamiento Territorial Municipio de Paz de Río-Boyacá.

26

municipal, esto ha ocurrido en los últimos meses, por lo que no se refleja en los censos DANE. Para promover el aumento de la población del municipio, además, la administración municipal pretende facilitar la localización de otras industrias en su área rural, lo que podría significar un pequeño impulso en materia laboral para Paz de Río, procurando que la mano de obra de estas empresas sea inicialmente del municipio, lo que repercutiría en atacar de frente el problema de falta de oportunidad de empleo al que se ve abocado actualmente y que va de la mano con la poca inversión, el desarraigo y la emigración en busca de mejores alternativas.

Sin embargo, este es un aspecto reciente que aún no se ha evidenciado de manera categórica, por tanto no está contemplado en los datos del 2005 del DANE (aun cuando ya se visualiza en sus datos cuando presenta que el 53.8% de la población de Paz de Río que cambio de residencia en los últimos cinco años lo hizo por razones familiares; el 23.6% por razones de trabajo, el 12.7% por necesidad de educación y el 3.1% por amenaza contra su vida, lo que indica que casi un 40% emigra por factores de trabajo y educación); pero que tal vez se presente por la situación actual de la región y las actuaciones que pretende realizar el municipio; acciones que deben ir en total coherencia con la oportunidad territorial y la normativa y que así se deja plasmado en el acuerdo del Esquema de Ordenamiento Territorial.

Para el año 2007 existen los datos estimados por el DANE a escala nacional, en los cuales Paz de Río presenta una población de 5083 habitantes en el 2005.

Tabla 1. Población para el Año 2005 Municipio de Paz de Río Habitantes Población Total 5083 Cabecera 3017 Resto 2066 Fuente: Censo DANE 2005, Boletín



Resultados Censo General 2005

Para entender de mejor manera la dinámica poblacional dada en el municipio, se hace necesario examinar la población en diferentes épocas, para esto vale la pena presentar los datos de la población para 1993 y la proyección que se hacía con base a ésta.

27

Tabla 2. Proyección de Población por Años a Partir de 1993 AÑO 1993 1995 1998 2001 2003 Fuente: DANE, 2007

Total 6,113 6,563 6,455 6,328 6,230

Cabecera 3,411 3,504 3,495 3,475 3,452

Resto 2,702 3,059 2,960 2,853 2,778

Las viviendas del sector rural se encuentran en mal estado por falta de recursos económicos para el mejoramiento de las mismas. Más del 80% de la población no cuenta con servicio sanitario y existe hacinamiento. El 70% cuenta con servicio de acueducto. El 30% no cuenta con servicio de suministro de agua dentro del domicilio; sin embargo existen fuentes abastecedoras cercanas que permiten suplir esta necesidad. En la actualidad se pretende acceder a recursos de cofinanciación para proyectos de mejoramiento de vivienda en el sector rural a través del programa de mejoramiento de vivienda rural del Banco Agrario de Colombia.

Tabla 3. Características de las Viviendas en el Sector Rural7 VEREDA

No. VIVIENDAS No. VIVIENDAS No. VIVIENDAS TOTAL PROPIAS ARRENDADAS OTRA FORMA VIVIENDAS

CARICHANA COLACOTE SOAPAGA SOCOTACITO CHORRERA TIZA PIEDRA GORDA CHITAGOTO SIBARIA SALITRE TOTAL Fuente: EOT Paz de Río

7

42 72 95 79 32 39 30 127 8 37 561

10 7 26 15 5 5 9 24 4 3 108

15 15 21 24 7 7 9 36 4 13 151

EOT municipio de Paz de Río .Sistema Social. Aspectos Demográficos. Tabla 28.

28

67 94 142 118 44 51 48 1878 16 53 820

6

MARCO TEÓRICO

En este capítulo se presenta la información documental que hace referencia al objeto de investigación; dicha información es de carácter técnico y proporciona el conocimiento detallado acerca de los aspectos relacionados con la elaboración del diagnóstico de la situación actual por la que atraviesa el acueducto Pantano de Duga, sector Peña Blanca de la vereda Colacote. De igual manera, se establece la información necesaria para la elaboración del pre-diseño de la infraestructura propuesta para cumplir con los objetivos planteados.

6.1

ESTIMACIÓN DE LA POBLACIÓN

La base del diseño del caudal es el parámetro básico para lograr el abastecimiento satisfactorio de la comunidad. Para determinar la población futura del área del proyecto, se hace necesario conocer las características sociales, culturales y económicas en el pasado y en el presente de la población.

Para esta estimación existen varios métodos como son:    

Método de comparación gráfica.

Crecimiento lineal.

Crecimiento geométrico.

Método estadístico.

6.1.1 Crecimiento geométrico9 Un crecimiento de la población en forma geométrica o exponencial, supone que la población crece a una tasa constante, lo que significa que aumenta proporcionalmente lo mismo en cada período de tiempo, pero en número absoluto, las personas aumentan en forma creciente.

El crecimiento geométrico se describe a partir de la siguiente ecuación: (

)

Donde: = Población futura = Población inicial = Periodo de diseño

9

LOPEZ CUALLA, Ricardo Alfredo, Primera edición 1995 29

= Tasa de crecimiento anual y puede medirse a partir de una tasa promedio anual de crecimiento constante del período; y cuya aproximación aritmética sería la siguiente: (

(

)

)

Donde: = = = = = 6.2

Tasa de crecimiento anual.

Población último censo Población censo inicial Año censo último Año censo inicial GENERALIDADES SOBRE ABASTECIMIENTO DE AGUA

6.2.1 Esquema convencional de abastecimiento Todos los sistemas de abastecimiento de agua, sin importar que tan elaborado sea, requieren de los siguientes elementos básicos: - Fuente de abastecimiento - Obra de captación - Infraestructura de Conducción - Tratamiento del Agua - Almacenamiento - Mecanismo de distribución 6.3

FUENTES DE ABASTECIMIENTO DE AGUA

El primer elemento básico de cualquier sistema de acueducto es la fuente de abastecimiento, el agua puede provenir de fuentes tanto superficiales como subterráneas, la cantidad, calidad y ubicación de la fuente de agua, deben dar respuesta a requisitos mínimos necesarios para que sea viable el acueducto.

6.3.1 Volumen de Agua Este es el principal paramento a tener en cuenta en el momento de diseñar el acueducto, ya que, la cantidad de agua que debe suministrar es la base de los 30

cálculos, los cuales buscan abastecer a las comunidades por el mayor periodo de tiempo posible.

Los factores que se tienen en cuenta para determinar el volumen de agua son: - Periodo de diseño - Población - Área - Hidrología - Usos del agua - Capital con que se cuenta.

6.3.2 Evaluación de la cantidad de agua Para realizar la evaluación del caudal de una fuente de agua superficial, se debe hacer uso de los registros hidrométricos que existan o hacer las respectivas mediciones en campo. Para fuentes de agua subterráneas, se deben hacer pozos de prueba y pruebas de bombeo y su respectivo equilibrio para determinar la capacidad y calidad del agua del acuífero o del pozo.

Los métodos que se usan para determinar la cantidad de agua de una fuente superficial son: - Medidor Parshall - Vertederos - Velocidad superficial - Correntómetros - Estaciones de aforo - Trazadores químicos 6.3.3 Calidad de la fuente y grado de tratamiento10 La calidad de la fuente debe caracterizarse de la manera más completa posible para poder identificar el tipo de tratamiento que necesita y los parámetros principales de interés en periodo seco y de lluvia. Además, la fuente debe cumplir con lo exigido en el Decreto 1594 del 26 de junio de 1984, en sus artículos 37 y 38, o en su ausencia el que lo reemplace.

10

Reglamento Técnico para el Sector Saneamiento Básico y Agua Potable RAS 2000.

31

Parámetros para definir el tratamiento del agua

Fuente: RAS 2000, Título C.2.3., pagina 20.

6.4

OBRAS DE CAPTACIÓN

El término técnico que se ha adaptado para referirse a las obras de captación de agua superficial es bocatoma. Esta obra permite derivar el caudal de diseño.

6.4.1 Captación de Agua superficial Las obras a realizarse se deben ubicar en lugares estables y resistentes a la erosión. Existen diferentes tipos de bocatomas, los criterios para su escogencia dependen de la topografía del proyecto y la naturaleza del cauce. Dentro de los tipos de bocatomas se encuentran: - Toma lateral con muro transversal - Toma mediante estabilización del lecho.

- Toma en embalses o lagos - Toma de fondo

32

6.5

DISEÑO DE LINEA DE ADUCCIÓN Y CONDUCCIÓN

Se entiende por línea de conducción al tramo de tubería que transporta agua desde la captación hasta la planta potabilizadora, o bien hasta el tanque de regularización, dependiendo de la configuración del sistema de agua potable.

Una línea de Conducción debe seguir, en lo posible, el perfil del terreno y debe ubicarse de manera que pueda inspeccionarse fácilmente. Esta puede diseñarse para trabajar por gravedad o bombeo.

Al diseñar una línea de conducción por gravedad, se debe tener en cuenta el cálculo de la línea piezométrica y la línea gradiente que se encuentre siempre por encima del eje de la tubería, evitando presiones negativas. 

Tuberías

Las tuberías que comúnmente se utilizan para la construcción de líneas de conducción son: acero, hierro galvanizado, hierro fundido, asbesto-cemento, PVC, polietileno de alta densidad y cobre.

6.5.1

EPANET

EPANET: “Es un programa de ordenador que realiza simulaciones en periodo extendido del comportamiento hidráulico y de la calidad del agua en redes de distribución a presión. En general, una red consta de tuberías, nodos (conexiones entre tuberías), bombas, válvulas y tanques de almacenamiento o depósitos.

EPANET determina el caudal que circula por cada una de las conducciones, la presión en cada uno de los nodos, el nivel de agua en cada tanque y la concentración de diferentes componentes químicos a través de la red durante un determinado periodo de simulación analizado en diferentes intervalos de tiempo.

Además del conocimiento de la concentración de diferentes componentes químicos, es posible determinar la edad de las tuberías, así como estudios de la procedencia del agua en cada punto de la red”11.

Los formatos del programa incluyen: Planos de la red con códigos de colores, tablas de datos, gráficos con evoluciones temporales de diferentes variables.

11

PROGRAMA EPANET ha sido desarrollado por: Water Supply and Water Resources Division (formerly the Drinking Water Research Division) of the U.S. Environmental Protection Agency's National Risk Management Research Laboratory. Traducido por el Grupo Multidisciplinar de Modelación de Fluidos de la Universidad Politécnica de Valencia.

33

6.6

DESARENADOR

Un desarenador es un tanque construido con el propósito de sedimentar partículas que se encuentran en el agua y que por acción de la gravedad se van al fondo. El desarenador debe estar situado lo más cerca a la bocatoma, con el propósito de evitar que los sedimentos obstruyan la línea de conducción.

“Dentro de las variables que afectan la sedimentación a) Corrientes de densidad: Son las corrientes que se producen dentro del tanque por efecto de las diferencias de densidad en la masa de agua y son ocasionadas por un cambio de temperatura (térmica) y/o por diferencias en la concentración de las partículas suspendidas en las distintas masas de agua (de concentración). b) Corrientes debidas al viento: El viento puede producir corrientes de suficiente intensidad como para inducir cambios en la dirección del flujo. c) Corrientes cinéticas: Pueden ser debido al diseño impropio de la zona de entrada o de salida (velocidad de flujo excesiva, zonas muertas, turbulencias) o por obstrucciones en la zona de sedimentación.”12 6.7

PROCESOS DE OXIDACIÓN

Esta oxidación puede ser por Aireación u oxidación química. Para la Aireación pueden emplearse: las bandejas de coque y la Aireación forzada; Esta última a su vez se divide en inyección de aire comprimido y Aireación mecánica.

La Aireación por ventilación forzada, en lo posible no debe implementarse en el nivel bajo de complejidad del sistema.

En la Aireación debe ponerse en contacto el agua cruda con el aire, con el propósito de modificar la concentración de sustancias volátiles contenidas en ella.

La Aeración se recomienda en los siguientes casos: · 

   



Para transferir oxígeno al agua y aumentar el oxígeno disuelto.

Disminuir la concentración del dióxido de carbono (CO2).

Disminuir la concentración del sulfuro de hidrógeno (H2S) Remover el metano (CH4).

Oxidar hierro (Fe) y manganeso (Mn).

Remover compuestos orgánicos volátiles (COV).

12

Organización Panamericana dela Salud. Guía para el Diseño de Desarenadores y Sedimentadores. Lima. 2005 34

6.7.1 Descripción del proceso a) Bandejas de coque Debe constar de una serie de bandejas equipadas con ranuras, fondos perforados o mallas, las cuales deben contener un medio grueso de coque. El agua debe distribuirse sobre estas bandejas y caer a un tanque receptor. El coque aumenta la eficiencia del intercambio de gases y la distribución del agua.

La corrosión, la formación de lamas biológicas y el crecimiento de algas son factores que deben considerarse en la selección del material de construcción.

Acero inoxidable, aluminio, concreto o maderas resistentes son los materiales más usados por su durabilidad. Debe asegurarse una buena distribución del agua sobre el área total de la bandeja para obtener una buena eficiencia. 

Diseño de la unidad

Los aireadores de bandejas de coque deben diseñarse teniendo en cuenta los siguientes parámetros:     

Cargas superficiales menores de 100 m3/(m2.día). Área de 0.5 a 2 m2 por cada 1000 m3 de capacidad.

De 3 a 5 bandejas.

El espaciamiento entre bandejas de 0.3 m a 0.75 m.

Profundidad del agua en la bandeja de aproximadamente 0.15 m.

b) Lecho de coque Para el lecho de coque, el espesor debe ser de 0.15 m a 0.3 m y el tamaño de partícula de coque de 0.05 m a 0.15 m.

6.7.2 Control de los procesos y operación En los aireadores debe verificarse que la caída del agua se efectúa uniformemente en toda la longitud del borde de las bandejas con el fin de optimizar el proceso. Es indispensable inspeccionar periódicamente la variable química por remover, tanto en el afluente como en el efluente, para determinar la eficiencia del proceso.

6.8

FILTRACIÓN LENTA CON ARENA

La filtración biológica (o filtración lenta) se consigue al hacer circular el agua cruda a través de un manto poroso, usualmente arena. Durante el proceso, las impurezas entran en contacto con la superficie de las partículas del medio filtrante 35

y son retenidas, desarrollándose adicionalmente procesos de degradación química y biológica que reducen a la materia retenida a formas más simples, las cuales son llevadas en solución o permanecen como material inerte hasta su subsecuente retiro o limpieza.

Los procesos que se desarrollan en un filtro lento se complementan entre sí para mejorar las características físicas, químicas y bacteriológicas del agua tratada, actuando en forma simultánea.

El agua cruda que ingresa a la unidad, permanece sobre el medio filtrante (filtros lentos convencionales) de tres a doce horas, dependiendo de las velocidades de filtración adoptadas. En este tiempo las partículas más ligeras se pueden aglutinar, llegando a ser más fácil su remoción posterior. Durante el día y bajo la influencia de la luz del sol, se produce el crecimiento de algas, las cuales absorben bióxido de carbono, nitratos, fosfatos y otros nutrientes del agua, para formar material celular y oxígeno. El oxígeno así formado se disuelve en el agua y entra en reacción química con las impurezas orgánicas, haciendo que éstas sean más asimilables por las algas.

En la superficie del medio filtrante se forma una capa principalmente de origen orgánico conocido como “piel de filtro”, formado principalmente por algas, plancton, diatomeas, protozoarios, rotíferas y bacterias.

La acción de estos organismos atrapa, digiere y degrada la materia orgánica contenida en el agua. El agua sale libre de impurezas y con bajo contenido de sales en solución.

Por lo general el agua sale con bajo contenido de oxígeno y alto contenido de CO2, por lo tanto se requiere aireación.

La arena de cuarzo tiene carga negativa, mientras que todos los metales en solución están cargados positivamente, por lo que son absorbidos por el cuarzo.

Esta actividad biológica actúa en los primeros 0.4 m. del filtro.

Factores que afectan el proceso:  Diámetro de partículas (del material filtrante).  Temperatura (la eficiencia es baja, cuando baja de 2° C).  Desarrollo de algas, requieren luz. Sin embargo, filtros cubiertos también trabajan bien.  Capacidad de oxidación del filtro.  Pesticidas y sustitutos tóxicos (negativo).  Composición de los lechos filtrantes

36

“El medio filtrante debe estar compuesto por un material granular, inerte, durable y limpio. Normalmente se usa arena exenta de arcilla y preferiblemente libre de materia orgánica. No debe contener más de 2% de carbonato de calcio y magnesio, para evitar que en aguas con un alto contenido de dióxido de carbono (C02) éste quede atrapado y se produzca cavitación en el medio filtrante.

El tamaño efectivo recomendado para la arena es del orden de 0.35 mm a 0.55 mm, con un coeficiente de uniformidad entre 2 y 4. El espesor del lecho filtrante en arena debe estar entre 0.8 m y 1.0 m. En la práctica es muy importante asegurar la limpieza del material, antes de ser colocado.”13 6.8.1

Medio de soporte

El medio o capa de soporte debe estar constituido por grava. Las piedras deben ser duras y redondeadas, con un peso específico superior a 2.5, debe estar libre de limo, arena y materia orgánica; en caso de no ser así, debe lavarse cuidadosamente para asegurar su limpieza. La grava no debe perder más del 5% de su peso al sumergirla en ácido clorhídrico por 24 horas. La capa de grava debe diseñarse teniendo en cuenta dos valores, el tamaño de los granos de arena en contacto con ésta para decidir el tamaño de la grava más fina y las características del drenaje para seleccionar el tamaño de la grava más gruesa. En la tabla C.7.4 se establecen especificaciones para este medio de soporte.

Tabla 4. Especificaciones de la grava soporte Capa 1 2 3

TABLA C.7.4 ESPECIFICACIONES DE LA GRAVA SOPORTE Tamaño de la grava (mm) Espesor del medio (m) 9 - 10 0.10 - 0.15 2–9 0.05 1 - 1.5 (arena) 0.05

Fuente: RAS 2000, Titulo C.7.5.2.2, Pag. 69 6.9

DESINFECCIÓN.

El tratamiento mínimo que debe dársele al agua es la desinfección con el fin de entregarla libre de organismos patógenos (causantes de enfermedades en el organismo humano).

6.9.1 Medios de desinfección La desinfección del agua se puede obtener por los siguientes procedimientos: - Desinfección por rayos ultravioleta - Desinfección por medio de ozono - Desinfección por medio de cloro 13

RAS 2000, Titulo C.7.5.2.1 37

7

DIAGNÓSTICO DEL SISTEMA DE ACUEDUCTO EXISTENTE PANTANO DE DUGA, SECTOR PEÑA BLANCA DE LA VEREDA COLACOTE DEL MUNICIPIO DE PAZ DE RIO - BOYACÁ.

En este capítulo se presentan los aspectos más sobresalientes del estado actual del acueducto Pantano de Duga, que atiende el sector de Peña Blanca.

Gráfica 1. Esquema Actual, Acueducto Pantano de Duga

7.1

FUENTE

La fuente es la quebrada Pantano de Duga con una captación superficial, donde se presentan dos periodos de lluvia anuales, el primero en los meses de Abril y Mayo, el segundo en los meses de Octubre y Noviembre.

La cuenca se encuentra en buen estado con una mínima intervención antrópica, se observa presencia de flora nativa de la región.

38

Imagen 1. Fuente quebrada Pantano de Duga 7.2

CAPTACIÓN.

El agua es captada por una estructura de tipo artesanal compuesta por 2 muros transversales al flujo del agua, en ladrillo tolete común y la conduce a una manguera de 1 ½”.

Imagen 2. Captación Quebrada Pantano de Duga

39



Estado Físico.

No tiene protección como zapatas o vigas de amarre que eviten el derribamiento de los muros por aumento del caudal de la fuente en épocas de invierno. Se encuentra cubierta por una lona evitando la contaminación con material de hojarasca y cuerpos extraños que caen constantemente a la fuente, esta lona es arrasada ocasionalmente a causa de los vientos y lluvias que se presentan en la región. 

Mantenimiento

El mantenimiento es la limpieza continua de residuos como hojarasca, palos, rocas, etc; que obstruyen el paso del agua. Está limpieza la realiza los usuarios del acueducto.

7.3

LINEA DE ADUCCIÓN.

Esta línea es por conducto cerrado a presión por medio de una manguera de polietileno de 1 ½”, enterrada a una profundidad de 10 cm aproximadamente. 

Estado Físico.

Esta línea por diseño debe estar a una profundidad mínima de 60 cm, esta obra se encuentra muy superficial, fácilmente es receptora de múltiples daños, presenta fugas en las conexiones debido a que están hechas con tiras de caucho, aunque están en funcionamiento su estado es muy deteriorado.

Imagen 3. Conexiones en la manguera de la línea de aducción.

40

Imagen 4. Manguera encubierta con hojarasca. 

Mantenimiento.

El mantenimiento de la red de aducción consiste en la verificación y arreglo de daños de la tubería, está a cargo de los usuarios del acueducto.

7.4

DESARENADOR:

El desarenador es un sistema primario importante en el proceso del tratamiento del agua ya que su propósito es el de sedimentar partículas en suspensión por acción de la gravedad. El sistema actual no cuenta con desarenador lo que hace que se sature el sistema de filtración.

7.5

SISTEMA DE FILTRACIÓN:

El sistema de filtración se compone de un tanque de 1 m x 2 m x 1 m de altura, en mampostería, con un muro en la mitad del tanque, no contiene lechos filtrantes, en la entrada presenta una canastilla con material de coque y una cámara de excesos. 

Estado Físico.

El sistema de filtración no funciona debido a la falta de lechos filtrantes, vertederos, etc; siendo la filtración un proceso de purificación del agua que consiste en hacerla pasar por un lecho de arena, en forma descendente y con una tasa de filtración adecuada para retener las partículas en suspensión.

41

El material de coque no realiza su función de oxidación, por no encontrarse en interacción con el aire. 

Mantenimiento.

El mantenimiento de este filtro es la limpieza de partículas impulsadas por el agua. La limpieza del filtro es realizado por usuarios del acueducto.

Imagen 5. Sistema de filtración del acueducto Pantano de Duga.

Imagen 6. Lecho filtrante con material de coque.

42

7.6

TANQUE DE ALMACENAMIENTO

El tanque de almacenamiento es de 3m x 3m x 1.5m de alto, construido en mamposterĂ­a.

Imagen 7. Exterior del tanque de almacenamiento.

Imagen 8. Interior del tanque de almacenamiento.

43



Estado físico:

Una vez el agua es potable se almacena en tanques permitiendo disponer de reservas de agua. Debido a que el consumo de la población no es constante sino que varía según la hora del día, el tanque regula las variaciones del consumo. La función básica del tanque es almacenar agua en las horas que se consume menos, de tal forma que en el momento en que la demanda es mayor el suministro se completa con el agua almacenada. El tanque permite disponer de almacenamiento en caso de reparaciones y regula las presiones en la red de distribución. Por los conceptos anterior es necesario rehabilitar este tanque de almacenamiento. En el momento no cumple con la función de almacenamiento porque después del tanque se encuentran dos cámaras de quiebre donde se rebosa el agua continuamente.

7.7

SISTEMA DE DESINFECCIÓN.

El acueducto, tiene un equipo de cloración, el cual no está en funcionamiento. 

Estado Físico.

El sistema de desinfección cuenta con un dosificador de cloro en buenas condiciones, no cumple la función de purificador porque el agua en esta fase presenta material en suspensión (lodos), debido a que los procesos preparatorios para la desinfección como sedimentación y filtración no remueven con eficacia los sedimentos y microorganismos que puede contener el agua.

.

Imagen 9. Equipo de cloración.

44

Imagen 10. Equipo de cloración con sistema de medición.

7.8

CÁMARAS DE QUIEBRE: 

Estado Físico.

Las cámaras de quiebre están construidas en mampostería y no reúnen las condiciones necesarias para cumplir su función como reguladoras de presión, ocasionando un desperdicio de agua por falta de válvulas de flotador. Es necesario evaluar su reubicación.

Imagen 11. Cámara de quiebre, vista interior.

45

Imagen 12. Cámara de quiebre, vista externa.

7.9

CONCLUSIONES DEL DIAGNOSTICO

Se elaboró el diagnóstico del sistema del acueducto existente en la zona de estudio con base en la recopilación de información primaria y secundaria y se concluyó que: 

La bocatoma sin bases estables, sin diseño de captación, material taponando la tubería.

Para evitar el taponamiento y el derribamiento de los muros es necesario realizar un prediseño de una captación y posteriormente su construcción. 

Las líneas de aducción y conducción carecen de un diseño hidráulico presentando constantes fugas por roturas en la tubería al encontrarse muy superficialmente, de un calibre delgado y en un estado de deterioro

Es necesario colocar la tubería a una profundidad mínima de 60 cm y elaborar su prediseño para calcular el diámetro según el caudal requerido. 

El sistema de filtración está conformado por un tanque de dimensiones 1m x 2m x 1m, dividido por un muro en mampostería, no presenta un lecho filtrante, por lo tanto no cumple con su objetivo de sedimentación.

46

Es necesario pre-diseñar un filtro con lechos de material granular (arena, grava) que retengan los contaminantes en suspensión y eliminando la mayoría de protozoos, bacterias y virus. 

El tanque de almacenamiento no funciona a causa de la ubicación aguas abajo de dos cámaras de quiebre que evitan su llenado.

Es necesario reemplazar estas cámaras de quiebre por válvulas reductoras de presión, para rehabilitar el funcionamiento del tanque de almacenamiento. 

En el proceso de desinfección aunque cuenta con un sistema de cloración en buen estado, no cumple su función ya que el agua que llega allí tiene presencia de lodos y material de sedimentación.

Para poder rehabilitar este sistema es necesario que los procesos anteriores estén funcionando en óptimas condiciones y se tiene que reubicar antes del tanque de almacenamiento.

47

8 PREDISEÑO HIDRÁULICO DE LA PLANTA DE TRATAMIENTO, CAPTACIÓN Y RED DE ADUCCIÓN DEL ACUEDUCTO PANTANO DE DUGA DEL SECTOR PEÑA BLANCA DE LA VEREDA COLACOTE EN EL MUNICIPIO DE PAZ DE RIO. En el presente numeral se pone a consideración, los pre-diseños tanto hidráulico como estructural de la planta de tratamiento, captación y red de acueducto del objeto de estudio, el cual es muy necesario para suplir los requerimientos de agua potable por parte de la comunidad vecina del sector Peña Blanca.

Gráfica 2. Esquema Proyectado, Acueducto Pantano de Duga

Los pre-diseños se realizaron con base en lo establecido en el numeral “B.1.3 PROCEDIMIENTO GENERAL DE DISEÑO DE LOS SISTEMAS DE ACUEDUCTO” del Reglamento Técnico del Sector de Agua Potable y Saneamiento Básico - R.A.S. 2000, de la siguiente manera:

48

8.1 PROYECCIÓN DE LA POBLACIÓN BENEFICIARIA DEL ACUEDUCTO DEL SECTOR PEÑA BLANCA TENIENDO EN CUENTA LOS MÉTODOS DE ESTIMACIÓN DE LA POBLACIÓN FUTURA. 8.1.1 Nivel de complejidad del sistema.

Se determina de acuerdo a lo estipulado en la RAS/2000, la cual estima el nivel de complejidad en función de la población y el nivel económico de la comunidad en donde se va a llevar a cabo el proyecto. Teniendo en cuenta estos factores se estima que el nivel de complejidad del proyecto es BAJO, ya que el cálculo de la población proyectada es menor de 2500 habitantes.

Tabla 5. Asignación del Nivel de Complejidad Nivel de Población en la zona Capacidad económica de complejidad (habitantes)(1) los usuarios(2) Bajo < 2500 Baja Medio 2501 a 12500 Baja Medio Alto 12501 a 60000 Media Alto > 60000 Alta (1) Proyectado al periodo de diseño, incluida la población flotante.

(2) Incluye la capacidad económica de la población flotante. Debe ser evaluada según metodología del DNP. Fuente: RAS 2000, Capítulo A.3.1, Pag. 9 8.1.2 Periodo de diseño: Toda obra civil se diseña para cumplir sus objetivos específicos, en forma óptima, durante un lapso de tiempo previamente establecido; transcurrido este tiempo todos los componentes del sistema trabajaran al 100% de su capacidad.

En la fijación de este periodo influyen destacados factores como:   

Vida probable de estructuras y equipos.

Facilidad de ampliación de acuerdo a las condiciones locales.

Tasa de crecimiento poblacional.

En el campo de las obras hidráulicas, y concretamente en los acueductos rurales, el periodo de diseño estimado varía entre veinte y treinta años, tiempo determinado que se basa en experiencias y observaciones sobre la vida probable de unidades y redes, de acueductos en funcionamiento.

49

El periodo de diseño se determina teniendo en cuenta el nivel de complejidad según el RAS/2000.

De acuerdo a la resolución 2320 de 2009 por la cual se modifica parcialmente la Resolución número 1096 de 2000 que adopta el Reglamento Técnico para el sector de Agua Potable y Saneamiento Básico–RAS, en el artículo 69, se establecen los periodos de diseño máximos teniendo en cuenta el nivel de complejidad del sistema. Con estas consideraciones se adopta un periodo de diseño n = 25 años para todas las partes constitutivas del sistema.

Tabla 6. Periodo de Diseño Máximo Nivel de Complejidad sistema Bajo, Medio y Medio alto Alto

del

Período de diseño máximo 25 años 30 años

Fuente: MINISTERIO DE AMBIENTE, VIVIENDA Y DESARROLLO TERRITORIAL.Art. 69 de la Resolución 2320 de 2009 8.1.3 Cálculos de población: 8.1.3.1

Población Beneficiaria actual.

Dentro de la población beneficiaria actual del acueducto Pantano de Duga, sector Peña Blanca en la vereda Colacote de Paz de Rio, se encuentran 47 suscriptores o usuarios; sin embargo en la concesión de agua emitida por la autoridad ambiental que para este caso es Corpoboyacá, dicha concesión fue admitida para uso doméstico de 230 personas y pecuario de 92 animales.

Anexo 1. Lista de suscriptores del acueducto Pantano de Duga (47 usuarios) Anexo 2. Concesión de aguas Pantano de Duga.

Población actual (Pa). Son 47 usuarios x 5 habitantes/usuario = 235 habitantes.

Paz de Río tenía en 1993 según DANE, 6113 habitantes en su territorio de los cuales 3411 en la cabecera y 2702 en el resto del municipio.

Si se tiene en cuenta que las proyecciones son de por sí tendenciales, y que el censo efectuado en el 2005 arroja datos más reales no solo en tiempo sino en espacio (cobertura), es fácil concluir que hay que sumarle a las proyecciones realizadas en su momento (1993) factores externos e internos que incidieron en Paz de Río para dar el fenómeno que se está examinando, en donde la población no solo disminuyó sino que lo hizo en un 16% más de lo esperado.

50

La importancia del componente poblacional en el ordenamiento está ampliamente documentada; en el caso de Paz de Río, se debe ser cuidadoso especialmente a la hora de proyectar servicios públicos y requerimientos dotacionales.

8.2

ESTIMACIÓN DE LA POBLACIÓN

Teniendo en cuenta que el nivel de complejidad es bajo, se utilizará para el cálculo de la población el Método Geométrico.

Tabla 7. Comparación De Población Según Proyecciones y Datos Del 2005 Total 6,113 5,083

Censo 1993 Censo DANE 2005 Fuente: DANE 2007

Cabecera 3,411 3,017

Resto 2,702 2,066

8.2.1 Tasa de Crecimiento anual (r)14:

(

(

)

)

Donde: = Tasa de crecimiento anual. = Población último censo = Población censo inicial = Año censo último = Año censo inicial (

)

(

)

= - 0,022 Como en varias ocasiones la tasa de crecimiento (r) según el DANE es negativa, tomamos la proyección de población por años a partir del 1993 al 2003 como lo estimo los datos del DANE del 2007.

14

LOPEZ CUALLA, Ricardo Alfredo, Primera edición 1995 51

Tabla 8. Proyección de Población por años a partir de 1993 AÑO Total 1993 6,113 1995 6,563 1998 6,455 2001 6,328 2003 6,230 Fuente: DANE, 2007

Cabecera 3,411 3,504 3,495 3,475 3,452 (

)

Resto 2,702 3,059 2,960 2,853 2,778

(

)

Con esta tasa de crecimiento se proyectan los 235 habitantes, con un periodo de diseño de 25 años (2013 al 2038).

8.2.2 Población futura ( ).15 Para predecir la población a un futuro determinado, existen diversos métodos matemáticos, que se basan en informaciones estadísticas de los censos poblacionales.

El instituto Nacional de Salud, recomienda utilizar el método geométrico, para el cálculo de la población futura en el diseño de acueductos rurales.

Para realizar la proyección de la población se consideró una población flotante del 10% de la población actual que corresponde a 24 personas, para realizar los cálculos correspondientes se tomó una población de 259 habitantes. (

)

Donde: = Población futura = Población inicial = Tasa de crecimiento anual. = Periodo de diseño (

15

)

LOPEZ CUALLA, Ricardo Alfredo, Primera edición 1995 52

8.2.3 Consumos Con base en los datos anteriores y teniendo en cuenta las especificaciones, se calcula: Tabla 9. Dotación Neta según el Nivel de Complejidad del Sistema Nivel de Complejidad del Sistema Bajo Medio Medio alto Alto

Dotación Neta-maxima (l/hab-día)clima frio 90 115 125 140

Dotación Neta máxima (l/hab-día) clima calido 100 125 135 150

Fuente: MINISTERIO DE AMBIENTE, VIVIENDA TERRITORIAL. Resolución 2320 de 2009, art. 67.

Y

DESARROLLO

8.2.4 Dotación bruta (db).

La dotación bruta debe establecerse según la siguiente ecuación:

d bruta 

d neta 1  %p

El porcentaje de pérdidas técnicas para determinar la dotación bruta no debe ser superior al porcentaje de pérdidas establecido en la resolución 2320 de 2009, que corresponde al 25%.

53

8.2.5 Caudal medio diario (Q.m.d).16 El caudal medio diario (Qmd), es el caudal medio calculado para la población proyectada, teniendo en cuenta la dotación bruta asignada. Corresponde al promedio de los consumos diarios en un período de un año y puede calcularse mediante la siguiente ecuación:

8.2.6 Caudal máximo diario (Q.M.D.).17 El caudal máximo diario, QMD, corresponde al consumo máximo registrado durante 24 horas durante un período de un año. Se calcula multiplicando el caudal medio diario por el coeficiente de consumo máximo diario, k1

Tabla 10. Coeficiente de Consumo Máximo Diario K1 Nivel de complejidad del sistema Bajo Medio Medio alto Alto Fuente: RAS 2000, Titulo B.2.7.4, Pag. 37 Por lo tanto:

16

LOPEZ CUALLA, Ricardo Alfredo, Primera edición 1995

17

LOPEZ CUALLA, Ricardo Alfredo, Primera edición 1995 54

Coeficiente de consumo máximo diario - k1 1.30 1.30 1.20 1.20

8.2.7 Caudal máximo horario (Q.M.H.)18 El caudal máximo horario, QMH, corresponde al consumo máximo registrado durante una hora en un período de un año sin tener en cuenta el caudal de incendio. Se calcula como el caudal máximo diario multiplicado por el coeficiente de consumo máximo horario, k2, según la siguiente ecuación

Tabla 11. Coeficiente de Consumo Máximo Horario K2 Nivel de Red menor de complejidad del distribución sistema Bajo 1.60 Medio 1.60 Medio alto 1.50 Alto 1.50 Fuente: RAS 2000, Titulo B.2.7.5, Pag. 38

Red secundaria

Red matriz

1.50 1.45 1.45

1.40 1.40

Por lo tanto,

Teniendo en cuenta que el diseño del sistema va a contar con tanque de almacenamiento o compensación, se diseñaran las estructuras con el Q.M.D incluyendo el 3% de ese caudal para las necesidades de la planta, el 3% de pérdidas de aducción y teniendo en cuenta el caudal pecuario que corresponde a dos animales por usuario, contando con una dotación de 30 a 50 l/animal.día.

18

LOPEZ CUALLA, Ricardo Alfredo, Primera edición 1995 55

Tabla 12. Datos de Caudales de Diseño Resumidos Nivel de complejidad RAS 2000 BAJO Temperatura ºC Municipio de Paz de Río (Alt 3084 m.s.n.m) 10 ºC Dotación Neta (Dn) Res 2320 de 2009 90 Lts/Hab-día Porcentaje de Perdidas (%P) - Res 2320 de 2009 25 % Dotación bruta (Db) = Dn/(1-%P) 120.0 Lts/Hab-día Número de usuarios 47.0 Densidad poblacional 5.0 Hab/usuario Población actual (Pa) 235.0 Hab Población Flotante (10%) de la población actual 24 Rata de Crecimiento (R) según DANE 0.00270 % Periodo de diseño 25.0 Años Población de diseño (Pd) 278 Hab Qmd = ( Pd * Db)/86400 0.39 Lps K1 1.3 QMD = Qmd * K1 0.50 Lps Necesidades de la PTAP (3%) del QMD 0.02 Lps Perdidas en la aducción (3%) del QMD 0.02 Lps Número de animales * usuario 2.00 Dotación para los animales 50.00 Lts/animal-día Número total de animales 94.00 Caudal uso pecuario 0.05 CAUDAL TOTAL REQUERIDO: 0.59 Lps K2 1.6 QMH = Qmd * K1 0.80 Lps Fuente: Autores

56

8.3

DISEÑO DE BOCATOMA DE FONDO

La bocatoma estará ubicada en las coordenadas 1.140.620 Este y 1.153.200 Norte, a una altura de 3,238 m.s.n.m; captando el agua de la fuente Pantano de Duga. La bocatoma de fondo nos garantiza que la cantidad de agua captada sea constante, a la vez impidiendo el ingreso de materiales sólidos y flotantes, protegiendo el sistema hidráulico del ingreso de caudales grandes que pudieran producirse en las épocas lluviosas o de crecientes extraordinarias. La ubicación más apropiada para esta bocatoma la presumimos en un tramo estable según la topografía y principalmente de las variaciones hidrológicas.

Fuente de abastecimiento: Caudal de diseño = 2QMD: Periodo de diseño: Población de diseño: Dotación neta:

Quebrada Pantano de Duga.

0.00118 m3/s 25 años 278 hab.

90 l/hab-día

8.3.1 Cálculo de la presa.19 8.3.1.1

Altura de lámina de agua en condiciones de diseño (H):

[

]

Donde: = Caudal de diseño, m3/s = Ancho de la presa, m (Asumiendo L= 0.5 m) = 0.008 m [

19

]

LOPEZ CUALLA, Ricardo Alfredo, Primera edición 1995 57

8.3.1.2

Corrección por contracciones laterales (2) ( (

8.3.1.3

) )

Velocidad de la fuente sobre la presa (Vr):

La velocidad del agua de la fuente de abastecimiento sobre la presa debe estar en un rango de 0.3 m/s y 3.0 m/s, sin embargo, el cálculo se realiza para condiciones críticas de caudal, es decir, para este caso la velocidad de la fuente sobre la presa nos da por debajo de los rangos permitidos y para efectos del diseño tomamos los rangos mínimos permitidos por la norma.

8.3.2 Diseño de la rejilla y canal de aducción.20 8.3.2.1

20

Alcance del chorro:

LOPEZ CUALLA, Ricardo Alfredo, Primera edición 1995 58

8.3.2.2

Ancho del canal de aducción (B):

8.3.2.3

Longitud de la rejilla y número de orificios

Se asumen barrotes de 1/2”, “La separación entre barrotes, para el caso de estructuras de captación en ríos con gravas gruesas, debe ser entre 75 mm y 150 mm. Para ríos caracterizados por el transporte de gravas finas, la separación entre barrotes debe ser entre 20 mm y 40 mm.”21, La velocidad efectiva del flujo a través de la rejilla debe ser inferior a 0.15 m/s, con el fin de evitar el arrastre de materiales flotantes. 

Área neta (An):

Donde K: Coeficiente de forma de la barras 1.33

a    b

Donde: ɑ: separación entre rejillas b: diámetro de la rejilla  debe obtenerse de la siguiente tabla

21

RAS 2000. Título B. página B 54.

59

Tabla 13. Coeficiente de pérdida para rejillas Sección transversal Forma 

A 2.42

B 1.83

C 1.67

D 1.035

E 0.92

F 0.76

G 1.79

Fuente: RAS 2000, Titulo B.4.4.5.6, pag. 58  0.05m     0.012m 

1.33

(

)

El anterior resultado se obtiene teniendo en cuenta que la rejilla de la cámara de recolección se encuentra inclinada 10° con respecto a la horizontal en sentido del flujo del agua.

⁄



Longitud de la rejilla (Lr): (

)

Donde: ɑ: separación entre las rejillas b: diámetro de las rejillas B: ancho del canal de aducción. (

)

Lr= 0.036 m, de acuerdo a los datos obtenidos se asumirá el largo de la rejilla de 0.5 m, que corresponde al ancho de la fuente de abastecimiento. 

Área neta (An), corregida

60

Donde: ɑ: separación entre los barrotes, m b: diámetro de la barra, m



Número de orificios (N):



Si se adopta 8 orificios separados entre sí de 5 cm, se tiene:



Velocidad entre barrotes ( )



Longitud de la rejilla ( ) ( (

) )

61

8.3.3 Diseño del canal de aducción.22 8.3.3.1 

Niveles de agua en el canal de aducción

Longitud del canal (Lc):

Asumiendo espesor del muro = 0.15 m



Nivel aguas abajo, (

) [

[



Profundidad aguas arriba ( (

]

(

)

(

)

]

): (

) )

Asumiendo i= 3%, pendiente del canal (

8.3.3.2

22

(

)

(

) )

Altura total de los muros del canal de aducción, Ho

LOPEZ CUALLA, Ricardo Alfredo, Primera edición 1995 62

Asumiendo BL = 0.15 m

(

)

(

8.3.3.3

)

Velocidad al final del canal (Ve):

8.3.4 Diseño de la cámara de recolección. 

Ancho de la cámara (B):

Se asume un ancho de la cámara de 1.0 m y 1.0 m de largo por facilidad de limpieza y mantenimiento.

63

8.3.5 Cálculo del caudal de excesos.

Altura de la lámina de agua en la garganta y el caudal de exceso es: H= [

]

caudal promedio del río de 0.2m3 /s

H= [

]

H= 0.36 m Q captado = Cd*An *√ Q captado = 0.3*0.12m2 *√ Q captado = 0.095 m3 /s Q exceso = Q captado -Q diseñado Q exceso = 0.095 m3 /s – 0.0059 m3 /s Q exceso = 0.0895 m3 /s [

[

]

]

La cámara de recolección se adaptara para que funcione como estructura reguladora de caudal, con el principio de la Ecuación de cálculo orificio sumergido y altura lámina de agua: Ecuación de Torricelli: Q  Cd * A * (2 * g * h)1/ 2

Donde: Q: caudal de diseño, (m3/s) A: área del orificio de control de caudal, (m2) h: altura de la lámina de agua sobre el orifico de control de caudal, (m) 64

[

]

[

]

[

] [

]

Tabla 14. Datos del Orificio de Control y Altura de la lámina de Agua en la cámara de recolección de la bocatoma ORIFICIO DE CONTROL Y ALTURA DE LAMINA DE AGUA CAUDAL (lts/seg)

DIÁMETRO DEL ORIFICIO DE CONTROL (pulg).

Asumida

ALTURA LAMINA DE AGUA (H) EN CENTÍMETROS (cm)

DIÁMETRO SALIDA (pulg)

DIÁMETROS REBOSE O DESAGÜE (pulg)

0.33

1

6.00

2

3

Fuente: Autores El caudal con el que se diseñó el sistema de control de caudal corresponde al caudal concesionado por la Corporación Autónoma Regional de Boyacá – Corpoboyacá, a través de la resolución No 3261 de 19 de noviembre de 2012 8.3.6 Cálculo de la altura de los muros de contención 8.3.6.1

Calculo del caudal por medio del método racional

Como no se tienen registros de aforos en épocas de invierno para conocer el caudal máximo de la fuente de abastecimiento, se realizó la delimitación de la microcuenca con el fin de determinar este caudal por medio del método racional que es:

65

Donde: Q: Caudal, (m3/s) C: Coeficiente de escorrentía I: Intensidad de precipitación, (mm/hora) A: Área de la microcuenca, (Km2) 

Coeficiente de escorrentía.

De acuerdo a las características propias de la zona, el coeficiente de escorrentía se considera con un valor de 0.3, teniendo en cuenta que el área es de pendientes pronunciadas y de bastante vegetación, aplicamos la información de la siguiente tabla: Tabla 15. Coeficiente de Escorrentía Tipo de superficie Cubiertas Pavimentos asfálticos y superficies de concreto Vías adoquinadas Zonas comerciales o industriales Residencial, con casas contiguas, predominio de zonas duras Residencial multifamiliar, con bloques contiguos y zonas duras entre éstos Residencial unifamiliar, con casas contiguas y predominio de jardines Residencial, con casas rodeadas de jardines o multifamiliares apreciablemente separados Residencial, con predominio de zonas verdes y parques-cementerios Laderas sin vegetación Laderas con vegetación Parques recreacionales

Fuente: RAS 2000, Titulo D.4.3.6, Pág. 47. 

Intensidad de precipitación.

Asumimos una intensidad de precipitación de:



Área de la microcuenca

66

C 0,75-0,95 0,70-0,95 0,70-0,85 0,60-0,95 0,75 0,60-0,75 0,40-0,60 0,45 0,30 0,60 0,30 0,20-0,35

8.3.6.2

Altura de la lámina de agua en la garganta de la bocatoma es (H): [

]

Donde: Q: Caudal máximo de la fuente, (m3/s) l: Longitud de la fuente, (m) [

]

Asumiendo borde libre de 0.22 m 8.3.6.3

Cálculo de cotas

Las cotas que a continuación se encuentran se referencian en los planos anexos de la bocatoma de fondo.

Fondo del río en la captación

3238.00

Lámina sobre la presa Diseño Máxima

3238.008 3238.03

Corona de los muros de contención

3238.70

Canal de aducción Fondo aguas arriba Fondo aguas abajo Lámina aguas arriba Lámina aguas abajo

3237.80 3237.78 3237.83 3237.85

Cámara de recolección Cresta de vertederos de excesos

3237.74

Fondo

3237.29

Tubería de exceso Cota de entrada

3237.59 67

8.4 DISEÑO DE LA LÍNEA DE ADUCCIÓN DE LA BOCATOMA AL DESARENADOR.23 Datos iniciales 0.00059 m3/s 0.009 20 m 3237.29 3236.60

Caudal de diseño Coeficiente de rugosidad de Manning Longitud de la aducción Cota de salida inicial en la Bocatoma Cota de entrada al desarenador

De acuerdo a las cotas, la pendiente del terreno es de 7%, obtenido de planos topográficos.

8.4.1 Cálculo del diámetro de la tubería de aducción, (D) (

)

Donde: Q: Caudal de diseño, m3/s n: Coeficiente de Manning S: pendiente del terreno

(

)

De acuerdo al diámetro teórico obtenido que es de 1.07 pulgadas, se busca el diámetro comercial correspondiente al dato obtenido que para este caso el adecuado sería de diámetro de 2 pulgadas, la pérdida unitaria (S) será:

Q = 0,2785 * C * (Di)2,63 * S0,54

23

LOPEZ CUALLA, Ricardo Alfredo, Primera edición 1995 68

Donde: S: perdida unitaria Q: Caudal de diseño, m3/s C: Coeficiente de pérdidas de acuerdo al material de la tubería, para el caso de PVC, C será de 150 √

√

8.4.2 Las pérdidas totales en la tubería (j) será de: j = S * Longitud de tubería j = 0.0021 m/m * 20 m = 0.042 m 8.4.3 Velocidad del fluido en la tubería (V):

( ) (

)

Como las pérdidas en la aducción son de 0.21 m.c.a, la tubería de entrada del desarenador debe estar por lo menos a 0.21 metros por debajo de la cota de salida de la tubería de la bocatoma.

69

DISEÑO DE DESARENADOR.24

8.5

Período de diseño Número de módulos Caudal de diseño Ф de partículas a remover Porcentaje de remoción Temperatura Viscosidad cinemática Relación longitud ancho Cota llegada al desarenador

25 años 1 0.59 lps 0.05 mm 75 % 10 °C 0.0131 cm2/s 3/1 3236.60

8.5.1 Velocidad de sedimentación para partícula (Ф = 0.05 mm) ( (

) )



Para una eficiencia del 75% se tiene:



Asumiendo una profundidad útil de sedimentación de 1.50 m, el tiempo de sedimentación de la partícula será

Donde, H: Profundidad útil de sedimentación, (m) Vs: Velocidad de sedimentación, (m/s) t = 872 segundos.

24

LOPEZ CUALLA, Ricardo Alfredo, Primera edición 1995 70

8.5.2 Período de retención hidráulico (Ө),

8.5.3 Volumen del tanque (V), V=Ө*Q V = 2622 s * 0.00059 m3/s V = 1.547 m3 8.5.4 Área superficial del tanque (As),

As = 1.031 m2 

Para una relación B 3/1 √

√

Para el proceso constructivo y la limpieza del desarenador se asume un ancho de 0,80 m L=3*B L= 3 * 0.80 m L= 2.4 m

71

8.5.5 Carga hidráulica superficial, (q)

8.5.6 Velocidad de sedimentación crítica, ( ) = q = 0.057 cm/s 8.5.7 Diámetro crítico, (do)

√

√

(

(

)

)

8.5.8 Velocidad horizontal, (Vh)

Donde, Q = caudal de diseño, (m3/s) w = área transversal del sedimentador, (m2)

72

8.5.9 Velocidad horizontal máxima, (Vh máx) Vh máx = 20 * Vs Vh máx = 20 * 0.1716 cm/s = 3.43 cm/s 8.6

CÁLCULO DE LOS ELEMENTOS DEL DESARENADOR

8.6.1 Vertedero de salida.

8.6.1.1

Altura del vertedero, (Hv) (

)

Dónde: Q: Caudal de diseño, m3/s B: ancho del vertedero, m ( 8.6.1.2

)

Velocidad del vertedero, (Vv)

La velocidad del vertedero debe ser en teoría mayor de 0.3 m/s para aplicar la ecuación del alcance horizontal de la vena vertiente. El valor de 0.14 se aproxima a 0.3 m/s, con lo cual se obtiene: 8.6.1.3

Alcance del chorro, (Xs)

(

(

)

73

)

8.6.1.4 Longitud del vertedero, (Lv). De acuerdo al valor obtenido de alcance del chorro se asume un valor mayor de amortiguación: Lv = 0.35 m 8.6.2 Pantalla de salida:  

Profundidad (H/2) Dist. al vertedero de salida (15 * Hv) = 15 * 0,0054

= 0.75 m = 0.081m ≈ 0.10m

8.6.3 Pantalla de entrada:  

Profundidad (H/2) = 1,5/2 Distancia a la cámara de aquietamiento (L/4)

= 0.75 m = 0.60 m

8.6.4 Almacenamiento de lodos   

  

Profundidad máxima = 0.40 m Distancia punto de salida a la cámara de aquietamiento (L/3) = 0.80 m Distancia punto de salida al Vertedero de salida (2L/3) = 1.60 m Para la limpieza y mantenimiento de la placa de almacenamiento de lodos, las pendientes se adoptan así: Pendiente sección transversal (Asumido) = 15 % Pendiente longitudinal (relación 1/3) (Asumido) = 15 % Pendiente longitudinal (relación 2/3) (Asumido) = 7.5 %

8.6.5 Cámara de aquietamiento.   

Profundidad (H/3) Ancho (B/3) Largo (Adoptado)

= 0.26

8.6.6 Rebose de la cámara de aquietamiento 8.6.7 Caudal de exceso.

74

= 0.50 m ≈ 0.30 m = 0.50 m

(

)

(

)

8.6.8 Velocidad del vertedero, (Vv)

8.6.9 Alcance del chorro, (Xs)

(

)

(

)

Longitud del rebose, (Lr). De acuerdo al valor obtenido de alcance del chorro se asume un valor mayor de amortiguación: Lr = 0.20 m.

8.6.10 Cálculo de las tuberías de excesos y de lavado. 

Tubería de excesos.

Por la magnitud del caudal de exceso, se dejará tubería en PVC de 3”, que es el diámetro mínimo recomendando. 

Tubería de lavado.

Para el diseño de esta tubería hay que tener en cuenta el tiempo de vaciado del tanque. o o o o o

Asumiendo Ф nominal de 3” Tubería RDE 41, C Diámetro real Longitud de la conducción Altura disponible

= 0.0762 m = 150 = 76,20 mm = 20 m = 2.00 m 75



Pérdidas en la conducción (en longitud equivalente):

o o o o

Entrada normal Válvula de compuerta Codo radio medio 1.39 m x 2 Tubería

= 1.50 m = 0.76 m = 2,78 m = 20 m

o Longitud equivalente total 

Pérdida (J).



Caudal inicial (Qo).

= 25,04 m

(



Velocidad inicial (Vo). (



)

Cabeza de velocidad inicial.

( 

)

)

Coeficiente de descarga, (Cd)

√

76

(

)

(



)

(

√

)

Tiempo de vaciado del tanque

√

(

) √

8.7

DISEÑO DE LA LINEA DE CONDUCCIÓN.25

La línea de conducción transporta el caudal de diseño, del desarenador a la planta de tratamiento, siguiendo el perfil del terreno, trabajando por gravedad y a presión Con el programa de ordenador EPANET se realizaron simulaciones de presiones, perfiles longitudinales de las presiones y perfiles longitudinales de cotas, contando con tanque, tuberías, nudos (conexiones entre tuberías).

25

PROGRAMA EPANET 77

8.7.1 Consideraciones de diseño           

Consumo máximo diario (Qmax,diario,) Tubería PVC de 2” RDE 21 Longitud entre nudos Longitud de la red Conexiones Tramos de tubería Tramos de la red Altura bocatoma Altura entrada al desarenador Altura salida del desarenador Altura planta de tratamiento

= 0.59 LPS = 50.8 mm = 50 m = 1682,44 m = 35 = 34 =2 = 3238 = 3236,60 = 3236,15 = 3069

m.s.n.m. m.s.n.m. m.s.n.m m.s.n.m.

Gráfica 3. Presiones saturadas con un tramo de red

Fuente: Programa de ordenador, EPANET En la modelación tomamos un solo tramo de red, y vemos la conexión 35 saturada en presión con 164,41 m.c.a., para regular esta presión es necesario construir una cámara de quiebre enseguida de la conexión 12, para evitar el colapso de red por sobrepresiones generadas, convirtiendo esta línea en dos tramos.

78

Gráfica 4. Presiones en la tubería, la red en 2 tramos

Fuente: Programa de ordenador, EPANET En la gráfica 2, observamos la ubicamos de una cámara de quiebre en el nodo número 12, dividiendo la red en dos tramos, obteniendo una distribución de presiones para los dos recorridos, resultando presiones que bajan considerablemente y así evitando que en el nodo final este cargada de sobrepresión, se adquiere una presión máxima de 86,9 m.c.a. en el nodo 12.

Gráfica 5. Perfil longitudinal de presión

Fuente: Programa de ordenador, EPANET 79

En la gráfica 3, Se muestra un perfil longitudinal de todos los nodos que componen la red en su totalidad, observando las mayores presiones en los nodos al final de cada tramo, estas presiones se generan en el nodo 12 y 35 Gráfica 6. Perfil longitudinal de cota

Fuente: Programa de ordenador, EPANET En la gráfica 4, observamos el perfil de las cotas o alturas de cada uno de los nodos del acueducto proyectado, donde la red nos muestra una pendiente uniforme con una altura máxima de 3238 m.s.n.m. y una altura mínima de 3069 m.s.n.m.

8.8

PLANTA DE TRATAMIENTO

La Planta de tratamiento estará ubicada en las coordenadas 1.141.798 Este y 1.152.381 Norte, a una altura de 3069 m.s.n.m. a una distancia del casco urbano de 9756 m. (ver anexo 5).

El sitio para Planta de tratamiento está localizado en una zona donde el suelo tiene una consistencia de firme a muy firme (ver anexo 4, pág. 10).

80

8.8.1 Proceso de oxidación.

Según el análisis de agua (anexo 3), presenta un alto contenido de hierro, para disminuir la presencia del hierro (Fe) en el agua, utilizamos el proceso de oxidación por aeración empleando las bandejas de coque.

Consta de tres bandejas en aluminio, con un espacionamiento de 0.30 m. cada una, a una altura de 2 metros, con fondos perforados, las cuales deben contener un lecho de coque con espesor es de 0.15 m y el tamaño de partícula de coque de 0.05 m. El agua debe distribuirse sobre estas bandejas y caer a un tanque receptor.

8.8.2 Diseño de sistema de tratamiento del agua cruda Teniendo en cuenta las características físico – químicas y bacteriológicas del agua cruda de la fuente de abastecimiento (ver Anexo 3) y comparándolas con los parámetros de la tabla 17, se determina que el nivel de calidad de agua de acuerdo al grado de polución es el 2 (Fuente regular), implementándose un Filtro Lento, como sistema de tratamiento para la potabilización del agua.

Tabla 16. Características físico-químicas y bacteriológicas de la fuente.

Fuente: Anexo 3

81

Tabla 17. Parámetros para definir el tratamiento del agua

Fuente: RAS 2000, Título C.2.1., pagina 20.

De acuerdo a las especificaciones técnicas del RAS 2000, estos sistemas son viables de acuerdo a las características organolépticas del agua cruda de donde se establecen los grados de tratabilidad de la misma, como se muestra en la tabla anterior: Los filtros lentos están caracterizados por tener ratas de filtración menores a 12 m3/m2-día, y el agua cruda no sobrepasa valores de 40 UNT y se requiere la remoción bacteriana.

8.8.3 Consumo diario.26 Usualmente el diseño del filtro de arena se realiza en función del caudal que consume la población por cada hora del día.

Caudal Máximo Diario (QMD)

26

= 0,59 l/s

=2,124 m3/h

http//bioantu.files.wordpress.com/2012/01/filtroarenasanluis.pdf 82

= 50,976 m3/día

8.8.4 Calculo del área necesaria Así que una vez conocido el QMD (50,976m3/día) y la velocidad de filtración aplicamos la siguiente formula que nos permite saber cuál es el área mínima necesaria para filtrar el caudal de agua que pase por el filtro:

Dónde: Q = Caudal, m3/s V = Velocidad de filtración, m3/m2-día Amin = Área mínima, m2

La velocidad de filtración debe ser menor a 12 (m3/m2/h)

Obtenemos el área necesaria para el rango de velocidades.

Velocidad (m3/m2/h)

Caudal (m3/h)

Área mínima (m2)

Lado (m)

0,1

2,124

21,24

4,60

0,2

2,124

10,62

3,25

0,3

2,124

7,08

2,66

0,4

2,124

5,31

2,30

Área mínima para caudal de 50,976m3/día 8.8.5 Relación entre diámetros de grano El material granular de un filtro lento está compuesto por:  

Arena en la parte superior Grava y/o gravilla en la parte inferior

83

La función de la arena es la de filtrar el agua a tratar. La grava tiene una función de soporte de la arena evitando que el lecho filtrante se descomponga o sea arrastrado por el agua y a la vez también una función de drenaje del agua que sale del material filtrante, asegurando una permeabilidad mucho más elevada que en el lecho filtrante. 

Medio filtrante.

El tamaño efectivo para la arena es del orden de 0.35 mm, con un coeficiente de uniformidad entre 2. El espesor del lecho filtrante en arena será de 0.50 m. 

Medio de soporte.

El medio estará constituido por grava, con un peso específico no superior a 2.500 kg/m3 Capa 1. Tamaño de grava: 1.5 mm, espesor de la capa 0.05 metros.

Capa 2. Tamaño de grava: 6.0 mm, espesor de la capa 0.05 metros.

Capa 3. Tamaño de grava: 10.0 mm, espesor de la capa 0.10 metros.

Para conseguir estas distribuciones de diámetros, se trata de construir unos tamices con distinto material. Para seleccionar la arena se puede utilizar el que se ve en la figura que se pueden construir con el material utilizado para cercos de los gallineros buscando el tamaño deseado.

Imagen 14. Tamiz para arena

Imagen 13. Tamiz para grava

A medida que el filtro se vaya colmatando, se tiene que ir abriendo la válvula de salida del agua tratada, hasta el momento en que esté abierta del todo. Sería entonces cuando tendremos que realizar el mantenimiento del filtro. Vaciarlo, dejar secar la capa superior hasta que se endurezca para posteriormente eliminar solo la capa superior intentando llevarnos la menor cantidad de arena del filtro.

84

Filtro de 3,50m (lado)* 3,50m (lado)*1,40m (alto) La profundidad del filtro será de: Altura de lámina de agua: Espesor del medio filtrante Espesor medio de soporte Falso fondo

0.55 m 0.50 m 0.20 m 0.15 m

Total

1.40 m

8.8.6 Pre-diseño estructural.27 Para el pre-diseño estructural de este filtro lento nos guiamos del libro “Agua Potable Para Poblaciones Rurales, de AGÜERO PITTMAN ROGER (capitulo 6).

En los tanques apoyados o superficiales, típicos para poblaciones rurales, se utiliza preferiblemente 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, como lo muestra la siguiente ilustración: Ilustración 2. Presión del agua sobre la pared del tanque

27

AGÜERO PITTMAN, Roger. Agua Potable Para Poblaciones Rurales 85

El empuje del agua es:

Donde: = Peso específico del agua. h = Altura del agua. b = Ancho de la pared.

Para el diseño de la losa de fondo, se considera el empuje del agua con el tanque completamente lleno y los momentos en los extremos producidos por el empotramiento y el peso de la losa y la pared.

Para el diseño estructural de un tanque de concreto armado de sección cuadrada se considera los resultados obtenidos: Datos: Volumen (V) Ancho de la pared (b) Altura de agua (h) Borde libre (B.L.) Altura total (H) Peso específico del agua ( ) Peso específico del terreno (ϗ) Capacidad de carga del terreno

8.8.6.1 

= 17,15 m3. = 3.50 m. = 1.40 m. = 0.30 m. = 1.70 m. = 1000 Kg/m3. = 1800 Kg/m3. = 1 Kg/km2.

Cálculo de momentos y espesor (e)

Paredes

El cálculo se realiza cuando el tanque se encuentra lleno y sujeto a la presión del agua.

Para el cálculo de los momentos, se utilizan los coeficientes (k), se ingresa mediante la relación del ancho de la pared (b) y la altura del agua (h), los límites de la relación de b/h son de 0,5 a 3,0 Donde: b = 3,50 h = 1,40 86

Para la relaciรณn blh = 2.50, se presentan los coeficientes (k) para el cรกlculo de los momentos, cuya informaciรณn se muestra en la siguiente tabla: Tabla 18. Coeficientes (k) para cรกlculo de momentos de paredes de tanques

- fondo empotrado b/h

y=0

x/h Mx

My

0 2,5

y = b/4 Mx

y = b/2

My

Mx

My

0

0,027

0

0,013

0

-0,074

1/4

0,012

0,022

0,007

0,013

0,013

-0,066

1/2

0,011

0,014

0,008

0,01

0,011

-0,053

3/4

-0,021

-0,001

-0,01

0,001

0,005

-0,027

1

-0,108

-0,022

0,077

-0,015

0

0

Los momentos se determinan mediante la siguiente formula: M = k*

*h3

Conocidos los datos se calcula: *h3 = 1000*(1.40)3 *h3 = 2744 kg

Para y = O y reemplazando valores de K en la ecuaciรณn se tiene: Mx O M x 1/4 M x 1/2 M x 3/4 Mx1

= O = 0.012 x 2744 = + 32.93 Kg-m. = 0.011 x 2744 = + 30.18 Kg-m. = - 0.021 x 2744 = - 57.62 Kg-m. = - 0.108 x 2744 = - 296.35 Kg-m.

Siguiendo el mismo procedimiento se calculan los momentos Mx y My para los valores de y, cuyos resultados se presentan en el siguiente cuadro

87

Tabla 19. Momentos Mx y My b/h

y=0

x/h Mx

My

0 2,5

y = b/4 Mx

y = b/2

My

Mx

My

0

74,088

0

35,672

0

-203,056

1/4

32,928

60,368

19,208

35,672

35,672

-181,104

1/2

30,184

38,416

21,952

27,44

30,184

-145,432

3/4

-57,624

-2,744

-27,44

2,744

13,72

-74,088

-296,352

-60,368

211,288

-41,16

0

0

1

El máximo momento absoluto es M = 296.35 Kg-m.

El espesor de la pared (e) originado por un momento "M" y el esfuerzo de tracción por flexión (ft) en cualquier punto de la pared, se determina mediante el método elástico sin agrietamiento, cuyo valor se estima mediante: [

]

Donde: ft = 0.85 (f'c)1/2 = 11.25 Kglcm2. f'c= 175 Kg/cm2.

M = 296.35 Kg-m. b = 100cm.

Reemplazando los datos se tiene: 12.57 cm Para el diseño se asume un espesor: e = 15 cm 

Losa de fondo

Asumiendo el espesor de la losa de fondo igual a 0.15 m. y conocida la altura de agua de 1.40 m., el valor de P será: Peso propio del agua Peso propio del lecho Peso propio del concreto

0.55 x 1000 0.70 x 1600 0.15 x 2400

88

= 550 Kg/m2. = 1120 Kg/m2. = 360 Kg/m2.

W = 2030 Kg/m2.

Dicha placa estará empotrada en los bordes.

Debido a la acción de las cargas verticales actuantes para una luz interna de L = 3.50 m., se originan los siguientes momentos: Momento de empotramiento en los extremos:

Momento en el centro:

Para losas planas rectangulares armadas con armaduras en dos direcciones, Timoshenko28 recomienda los siguientes coeficientes: Para un momento en el centro = 0.0513 Para un momento de empotramiento = 0.529 Momentos finales: Empotramiento (Me) = 0.529 x (- 129.51) = - 68.51 Kg-m.

Centro (Mc) = 0.0513 x 64.76 = 3.32 Kg-m.

Chequeo del espesor: El espesor se calcula mediante el método elástico sin agrietamiento considerando el máximo momento absoluto (M = 68.51 kg.m), cuyo valor se estima con la siguiente relación: [

Donde: ft = 0.85 (f'c)1/2 = 11.25 Kg/cm2. f'c= 175 Kg/cm2.

M = 35.87 Kg-m. b = 100cm.

28

Referencia: Hany Parker, M.C. pp 172 - 180.

89

]

[

]

Dicho valor es menor que el espesor asumido (15 cm.) y considerando el recubrimiento de 4 cm., resulta:

8.8.6.2

Distribución de la armadura

Para determinar el valor del área de acero de la armadura de la pared de la losa de fondo, se considera la siguiente relación:

[

]

Donde: M = Momento máximo absoluto en Kg-m. fs = Fatiga de trabajo en Kg/cm2. = 900 kg/cm2 n=9 j = Relación entre la distancia de la resultante de los esfuerzos de compresión al centro de gravedad de los esfuerzos de tension. d = Peralte efectivo en cm. 

Pared

Para el diseño estructural de la armadura vertical y horizontal de la pared se considera el momento máximo absoluto, por ser una estructura pequeña que dificultaría la distribución de la armadura y porque el ahorro en términos económicos no sería significativo. Para la armadura vertical resulta un momento (Mx) igual a (296.352 kg-m.) y para la armadura horizontal el momento (My) es igual a (203.056 Kg-m.).

Para resistir los momentos originados por la presión del agua y tener una distribución de la armadura se considera fs = 900 Kg/cm2 y n = 9" Conocido el espesor de 15 cm. y el recubrimiento de 7.5 cm. se define un peralte efectivo d = 7.5 cm. El valor de j es igual a 0.85 definido con k = 0.441.

90

La cuantía mínima se determina mediante la siguiente relación: As min = 0,0015*b*e = 2,25 cm2

para b = 100cm y e = 15cm

La información adicional, los resultados, la selección del diámetro y la distribución de la armadura se muestran en el Cuadro 6.3. 

Losa de fondo

En la losa de fondo se considera el máximo momento absoluto de 68.51 Kg-m., cuyo valor, al igual que el peralte (d = 11 cm.).

Para determinar el área de acero se considera: fs = 900Kg/cm2 y n = 9.

J = 0.85 definido por k=0.441.

Se considera una cuantía mínima de: As min. = 0.0017 x b x e = 2.55 cm2.

para b = 100 cm y e = 15 cm.

En todos los casos, cuando el valor de área de acero (As) es menor a la cuantía mínima (As min.), para la distribución de la armadura se utilizará el valor de dicha cuantía.

8.8.6.3

Chequeo por esfuerzo cortante y adherencia

El chequeo por esfuerzo cortante tiene la finalidad de verificar si la estructura requiere estribos o no; y el chequeo por adherencia sirve para verificar si existe una perfecta adhesión entre el concreto y el acero de refuerzo.

A continuación se presenta el chequeo en la pared y losa de cubierta. 

Pared

Esfuerzo cortante: La fuerza cortante total máxima (V), será:

91

El esfuerzo cortante nominal (v), se calcula mediante:

El esfuerza permisible nominal en el concreto, para muros no excederá a: para f'c = 175Kg/cm2.

V máx = 0.02 * f'c V máx = 3.5 Kg/cm2.

Por lo tanto, las dimensiones del muro por corte satisfacen las condiciones de diseño.

Adherencia: Para elementos sujetos a flexión, el esfuerzo de adherencia en cualquier punto de la sección se calcula mediante:

Siendo: Σo para ǿ 3/8" 11 cm. = 27.30 V = 980 Kg/cm2.

( ) ʯ = 5.47 Kg/cm2.

El esfuerzo permisible por adherencia (ʯ max) para f'c=175 Kg/cm2, es: ʯ max = 0.05 f'c = 8.75 Kg/cm2.

Siendo el esfuerzo permisible mayor que el calculado, se satisface la condición de diseño.

92

Tabla 20. Cálculo estructural y distribución de armadura

Tabla 21. Características de las varillas de refuerzo

93

8.8.7 Plano Estructural del Filtro Lento Ilustraci贸n 3. Filtro Lento, Vista en Planta

Ilustraci贸n 4. Filtro Lento, Plano Estructural

94

9 ITEM

1 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 1.10

PRESUPUESTO DE OBRA 29

DESCRIPCIÓN

UND

VALOR UNITARIO

CANT.

CAPTACIÓN Localización y replanteo Excavación de material común a profundidades menores a 2 m.

Concreto pobre 2000 PSI E=0,05 m Concreto 3000 P.S.I. 210 kg/cm 2 Placa Concreto 3000 P.S.I. 210 kg/cm 2 Muros Concreto 3000 P.S.I. 210 kg/cm 2 Tapa Acero de refuerzo 60000 P.S.I. Suministro e instalacion de rejilla 0,50*0,30 Φ1/2" Suministro trans, e insta.de tuberia de rebose PVC, D = 3" Tuberias y accesorios

Gl m3 m3 m3 m3 m3 kg Und ml Gl

1,00 1,84 0,13 0,70 0,89 0,10 47,00 1,00 2,00 1,00

300.000,00 31.030,00 350.000,00 600.000,00 600.000,00 600.000,00 6.947,00 350.000,00 2.932,00 150.000,00 SUBTOTAL

2 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8

DESARENADOR Localización y replanteo Excavación de material común a profundidades menores a 2 m.

Concreto pobre 2000 PSI E=0,05 m Concreto 3000 P.S.I. 210 kg/cm 2 Placa Concreto 3000 P.S.I. 210 kg/cm 2 Muros Acero de refuerzo 60000 P.S.I. Suministro trans, e insta.de tuberia de rebose PVC, D = 3" Tuberias y accesorios

Gl m3 M3 m3 m3 kg ml Gl

1 8,3 0,1 0,53 2,79 92,34 20 1,00

400.000,00 258.045,48 51.975,00 316.800,00 1.673.775,00 641.485,98 58.640,00 150.000,00

Localización y replanteo Excavación de material común a profundidades menores a 2 m.

Concreto pobre 2000 PSI E=0,05 m Concreto 3000 P.S.I. 210 kg/cm 2 Placa Concreto 3000 P.S.I. 210 kg/cm 2 Muros Acero de refuerzo placa 60000 P.S.I. Acero de refuerzo muros 60000 P.S.I. Lecho filtrante Medio de soporte Suministro trans, e insta.de tuberia de rebose PVC, D = 3" Tuberias y accesorios

Gl m3

1 18

M3 m3 m3 kg kg m3 m3 ml Gl

0,13 2,68 8,93 118,23 204,7 6,12 2,45 50 1,00

300.000,00

300.000,00

31.030,00 350.000,00 600.000,00 600.000,00 6.947,00 6.947,00 300.000,00 180.000,00 2.932,00 $ 300.000,00

558.540,00 45.500,00 1.608.000,00 5.358.000,00 821.343,81 1.422.050,90 1.836.000,00 441.000,00 146.600,00 300.000,00

12.837.034,71

CONDUCCION BOCATOMA DESARENADOR Localización y replanteo Exc. de material común para inst. de tubería, 0.20*0.60*20 m Base y recubrimiento para tubería 0.10*0.20*0.20 Suministro trans. e inst. tuberia PVC, RDE 21 D= 2"

Gl m3 m3 ml

1 2,4 0,5 20

300.000,00 31.030,00 120.000,00 15.764,00

300.000,00 74.472,00 60.000,00 315.280,00 749.752,00

CONDUCCIÓN DESARENADOR-PLANTA DE TRAT. Localización y replanteo Exc. de material común para inst. de tubería, 0.20*0.60*1662.44 m Base y recubrimiento para tubería 0.10*0.20*1662.44 m Suministro trans. e inst. de tuberia PVC presión RDE 21 D= 2"

Gl m3 m3 ml

1

1.500.000,00

1.500.000,00

200

31.030,00

6.206.000,00

120.000,00 15.764,00

4.080.000,00 26.206.704,16

34,00 1.662,44

SUBTOTAL

37.992.704,16

TOTAL

57.377.568,19

A.I.U. (30%)

TOTAL

29

3.550.721,46

PLANTA DE TRATAMIENTO (FILTRO LENTO)

SUBTOTAL

5 5.1 5.2 5.3 5.4

2.247.355,86 -

31.030,00 350.000,00 600.000,00 600.000,00 6.947,00 2.932,00 150.000,00

SUBTOTAL

4 4.1 4.2 4.3 4.4

300.000,00 57.160,36 44.362,50 421.380,00 532.080,00 60.000,00 326.509,00 350.000,00 5.864,00 150.000,00

400.000,00

SUBTOTAL

3 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 3.9 3.10 3.11

VALOR TOTAL

Precios unitarios, tomados de la Gobernación de Boyacá 95

17.213.270,46

74.590.838,65

10

GESTION DE IMPACTO AMBIENTAL

La clasificación de este acueducto es de Nivel Bajo, la construcción de este acueducto tendrá una afectación mínima sobre el terreno a intervenir, pues en el proceso de construcción se debe hacer descapotes, excavaciones e intervenciones civiles que constituyen una afectación directa sobre el ecosistema del sector. Por tal razón es de gran importancia tener en cuenta que se debe proceder de tal manera que el impacto sea el mínimo posible.

En este caso, el procedimiento que se hará es:      

Retiro de la capa vegetal.

Excavaciones para la red de aducción y conducción, no mayores a un metro de profundidad y un máximo de 50 centímetros de ancho.

Disposición de material de excavación a un costado de la brecha Instalación de tubería PVC sobre lecho de arena o material seleccionado de la excavación.

Lleno de brecha con material seleccionado de la excavación Colocación de la capa vegetal extraída

Este proceso se hace con el fin de que los suelos intervenidos sean afectados lo mínimo posible.

10.1 IMPACTOS POSITIVOS      

Mejora de las prácticas de higiene personal y domestica de los habitantes de la región.

Mejora del nivel general de salud de la población.

Reducción de los índices de enfermedades de la población infantil.

Valorización de las propiedades servidas por el servicio de agua potable.

Reducción de gastos médicos por la curación de enfermedades de origen hídrico.

Mejora del estado nutricional infantil.

10.2 IMPACTOS NEGATIVOS  

Inadecuado relleno de zanjas y restauración deficiente de áreas intervenidas Inadecuado manejo con el material sobrante de las excavaciones y construcciones del acueducto.

96

11

CONCLUSIONES



Se realizó la proyección de la población beneficiaria del acueducto Pantano de Duga teniendo en cuenta el método geométrico, el cual nos arrojó una población de 278 habitantes, por consiguiente es de un NIVEL DE COMPLEJIDAD BAJO.



Se llevó a cabo el análisis de agua y se comparó con la tabla Calidad de la Fuente del RAS 2000 C.2.1 teniendo como resultado según el grado de polución es una fuente regular. En base a esta comparación se optó por el tratamiento de agua potable con Filtro Lento. Teniendo en cuenta que es un nivel de complejidad bajo la afectación ambiental es mínima.



Se elaboró el pre-diseño hidráulico de la bocatoma, red de aducción, desarenador, red de conducción, proceso de oxidación y filtro lento para una mejor potabilización de agua para el acueducto Pantano de Duga.



De acuerdo a la variación de precios en los materiales de construcción es indispensable volver a realizar el presupuesto en el momento que se vaya a ejecutar este proyecto.



En el sistema actual el material de coque no realiza su función de oxidación, por no encontrarse en interacción con el aire.



En cuanto al control de los gérmenes causantes de enfermedades su efecto es ampliamente positivo puesto que la población podrá consumir agua potable, disminuyendo las enfermedades gastrointestinales, que son las más comunes en consulta y hospitalización. Además de evitar la incomodidad y trabajo de la consecución de aguas en lugares a veces lejanos.



La “filtración lenta en arena” que ha demostrado ser una alternativa sencilla, efectiva y de bajo costo para producir agua de excelente calidad físico – química y bacteriológica, este proceso evita la utilización de productos químicos como sulfato de aluminio y la cal, además permite el empleo de mano de obra local en las actividades de operación y mantenimiento.

97

12

RECOMENDACIONES

Para la instalación de los diferentes diámetros de tubería es necesario replantear en el terreno los alineamientos de los tramos contemplados en los planos de construcción, para tener en cuenta las posibles modificaciones en cuanto a cantidades de tubería.

La excavación tendrá una profundidad mínima de 0.60 m. en la línea de aducción y conducción.

El fondo de las zanjas se perfilará de modo que la superficie de apoyo de la tubería sea uniforme para lograr un asentamiento parejo. Se deberá mejorar la consistencia del fondo, con una capa de arena bien compactada con un espesor en la parte inferior de 10 cm y recubrimiento de 10 cm.

La tubería debe cumplir con las especificaciones de calidad y presión obtenidas en el proyecto. Además en obra debe tenerse especial cuidado que se realice su instalación con la técnica y precisión requeridas.

Una vez instalada la tubería y realizada la prueba hidráulica se procederá con el relleno de las zanjas. El material de relleno se compactara en capas de 20 cm. Y no deberán quedar piedras sobre la tubería.

En la construcción de este acueducto se debe tener en cuenta la compensación ambiental de la fuente, con el mejoramiento de la barrera de protección natural (vegetación nativa) en la zona a intervenir.

Se recomienda a los usuarios que en tiempos de extremo verano se racionalice el consumo, prestando el servicio por horas tanto en la mañana como en la tarde, previo consenso de los habitantes.

Una importante limitación de la filtración lenta en arena, está asociada con altos valores de turbiedad en el agua cruda. Las altas turbiedades disminuyen las carreras de filtración haciendo necesario una frecuente limpieza del lecho filtrante, la limitación puede ser superada utilizando sistemas de pre-tratamiento en medios gruesos.

Para la intervención de las obras, se recomienda que el municipio gestione los permisos y/o compra de los terrenos que se van a intervenir para la ejecución de la obra.

Es importante tener en cuenta que este trabajo es un pre-diseño; por lo tanto previo a la construcción, un ingeniero matriculado debe verificar y aprobar los estudios aquí presentados.

98

BIBLIOGRAFÍA



LÓPEZ CUALLA, Ricardo, Elementos de Diseño para Acueductos y Alcantarillado. Santafé de Bogotá, febrero de 1995.



PÉREZ PARRA, Jorge Arturo, Manual de Potabilización del Agua. Tercera edición, Universidad Nacional de Colombia, sede Medellín.



RAS 2000, Titulo B, C,



Resolución 2320 de 2009, por la cual se modifica parcialmente la Resolución número 1096 de 2000 que adopta el Reglamento Técnico para el sector de Agua Potable y Saneamiento Básico –RAS



CANEPA DE VARGAS, Lidia, Pérez, José, Manual I, II y III: Teoría y Evaluación. Diseño, Operación, Mantenimiento y Control. Perú. Lima, OPS/CEPIS, 1992.



OMS., OPS/CEPIS/06.175, UNATSABAR. Especificaciones Técnicas Para Construcción De Sistemas De Filtración De Múltiples Etapas



EOT, municipio de Paz de Río-Boyacá

99

INFOGRAFĂ?A

http://www.cra.gov.co/normas_clasificadas. http://www.cra.gov.co/normas_clasificadas. http://www.slideshare.net/JorgeM93/normas-icontec-para-trabajos-escritos http://institucional.ideam.gov.co/jsp/index.jsf http://www.dane.gov.co/

100

101

Anexo 1. Lista de suscriptores del acueducto Pantano de Duga.

102

Lista de suscriptores del acueducto Pantano de Duga.

103

Anexo 2. Concesi贸n de aguas Pantano de Duga.

104

Concesi贸n de aguas Pantano de Duga.

105

Concesi贸n de aguas Pantano de Duga.

106

Concesi贸n de aguas Pantano de Duga.

107

Concesi贸n de aguas Pantano de Duga.

108

Concesi贸n de aguas Pantano de Duga.

109

Anexo 3. Análisis Fisicoquímico y microbiológico, fuente Pantano de Duga.

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Análisis Fisicoquímico y microbiológico, fuente Pantano de Duga.

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Anexo 4. Estudio de suelos.

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Estudio de Suelos.

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Estudio de Suelos.

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Estudio de Suelos.

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Estudio de Suelos.

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Estudio de Suelos.

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Estudio de Suelos.

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Estudio de Suelos.

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Estudio de Suelos.

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Estudio de Suelos.

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Estudio de Suelos.

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Estudio de Suelos.

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Estudio de Suelos.

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Estudio de Suelos.

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Estudio de Suelos

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Estudio de Suelos.

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Estudio de Suelos.

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Estudio de Suelos.

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Estudio de Suelos.

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Anexo 5. Planos del Proyecto

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