cap.1 ingsa i generalidades

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍAFACULTAD DE TECNOLOGÍA DE LA CONSTRUCCIÓN

DEPARTAMENTO DE HIDRAULICA

INGENIERIA SANITARIA I

GENERALIDADES SOBRE LOS SISTEMAS DE ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE

DR. NESTOR JAVIER LANZA MEJIA

2003

CAPITULO I - GENERALIDADES---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

1 GENERALIDADES

1.1 IMPORTANCIA Y DESARROLLO DE LOS SISTEMAS DE ABASTECIMIENTO DE AGUA

POTABLE Y ALCANTARILLADO SANITARIO.

Dentro de la problemática del saneamiento básico de comunidades tiene enorme importancia el suministro de agua potable y la recolección de las aguas residuales. Cualquier población, por pequeña que sea, deberá contar como mínimo con los servicios de acueducto y alcantarillado, si se espera de ella un desarrollo social y económico, y ante todo, una reducción de las altas tasas de morbilidad y mortalidad en especial dentro de la población infantil.

La planeación, diseño, financiamiento, construcción y operación de los modernos sistemas urbanos de aguas son muy complejas. Aun, cuando por su naturaleza misma, cada proyecto requiere ser concebido en forma exclusiva, su ejecución requiere de procedimientos, información y decisiones públicas, así como materiales, equipo y apoyo tecnológico que solo pueden suministrarse completamente dentro de la organización de una estructura gubernamental y social. En muchos de los casos no es tan solo de la Ingeniería, sino de la madurez política, social e industrial. Aun en su aspecto especifico sentido como Ingeniería, el desarrollo satisfactorio de los proyectos de aguas, depende de la información demográfica, hidrológica, geodesia y geológica que pueda tenerse alcance, obtenidas a través de décadas de ordenada observación, registro y análisis sistemáticos.

La planeacion, diseño, construcción y supervisión de los sistemas de aguas han sido por largo tiempo una responsabilidad de ingenieros civiles. A los ingenieros civiles con conocimientos sobre control de la calidad del agua y su distribución se les llego a llamar Ingenieros Sanitarios.

Figura. 1.1.1. - Esquema del manejo de agua en una comunidad.

________________________________________________________________________________________________2DR. NESTOR JAVIER LANZA MEJIA


Las ciudades reciben agua para muchos fines:

1) para usos potables y culinarios;

2) para lavados y baños;

3) para limpieza de ventana, paredes y pisos;

4) para calefacción y acondicionamiento de aire;

5) para riego de prados y jardines;

6) para riego y lavado de calle;

7) para llenado de piscinas y estanques de vadeo;

8) para exhibición en fuentes y cascadas;

9) para generar energía hidráulica y vapor;

10) para emplearla en numerosos y variados procesos industriales;

11) para la protección de la vida y la propiedad contra incendio y

12) para eliminar desechos caseros perjudiciales y potencialmente peligrosos (aguas negras) y aguas residuales industriales.

Con el objeto de suministrar agua potable a una comunidad, es necesaria la construcción de una serie de obras hidráulicas. Estas obras de ingeniería necesarias son los sistemas de suministro de aguas y las de alcantarillado o sistemas de evacuación de aguas residuales. Las obras hidráulicas captan el agua de las fuentes naturales de suministro, la purifican, si es necesario, y la entregan al consumidor a través de las líneas de conducción y el almacenamiento y la distribución a través de redes. Las obras de aguas residuales colectan el agua de desecho de la comunidad - aproximadamente son el 80% de agua suministrada junto con las variables de aguas superficiales y subterráneas – que son conducidas a plantas de tratamiento, y luego las vierten a un cuerpo de agua receptor. En la figura 1.1.1 se esquematiza este proceso.

1.2 ENFERMEDADES HÍDRICAS

Son los causados por elementos patógenos, perjudiciales para la salud del ser humano, que utilizan como vectores el agua y otros agentes como moscas, ratas y alimentos. Generalmente son originadas por descargas intestinales o por contagio. En general, las medidas preventivas son las mismas para todas las enfermedades:

1. suministro de agua potable con una calidad química y bacteriológica aceptable. (acueducto)

2. adecuada disposición de excreta. (alcantarillado)

3. adecuado disposición de los residuos sólidos. (relleno sanitario)



4. limpieza de alimentos y pasterización de la leche.

5. control permanente de la calidad del agua.

6. educación de la población en los aspectos de higiene personal, saneamiento ambiental básico y jornadas de vacunación.

Las enfermedades hídricas son causadas por virus, bacterias, protozoos o helmintos. Estas enfermedades pueden ser del tipo endémico o esporádico, presentada en la tabla 1.1.

Tabla 1.1. - Enfermedades HídricasENFERMEDADES AGENTE ETIOLOGICO

Fiebre tifoidea Bacilo de EberthFiebre paratifoidea Salmonella paratyphi-ADisentiría bacilar Genero shigellaCólera Vibrio commaParálisis infantil VirusParasitismo intestinal VirusGastroenteritis microorganismoHepatitis infecciosa VirusDisentería amibiana Entamoeba histolytica

1.3 ELEMENTOS CONSTITUYENTES DE UN SISTEMA DE AGUA POTABLE.

Cualquier sistema de abastecimiento de agua a una comunidad, por rudimentaria que sea, consta de los siguientes elementos:

a) Fuente de abastecimiento : constituye la parte mas importante del acueducto y no debe ni puede concebirse un buen proyecto si previamente no hemos definido y garantizado fuentes capaces para abastecer a la población futura de diseño.

En la selección de las fuentes juegan un papel importante los datos o registros hidrológicos disponibles y las determinaciones estadísticas, pero es evidente que para poder garantizar un servicio continuo y eficiente es necesario que el proyecto contemple una fuente capaz de suplir el agua requerida para el día mas critico (día de máximo consumo).

Esta puede ser superficial, en los casos de los ríos, lagos, manantiales o incluso aguas de lluvias, o de aguas subterráneas superficiales o profundas. La elección del tipo de abastecimiento depende de factores tales como localización, calidad y cantidad. Esto significa que al diseñar este primer componente del sistema hemos de considerar el factor máximo diario para afectar al consumo medio.

El desarrollo estará basado en un periodo de diseño que depende de la naturaleza de la fuente. Los suministros de agua subterráneas son por lo general mas fácil de expandir mediante la construcción de pozos adicionales y los periodos de diseño pueden ser cortos, de unos 5 años. Por otro lado, superficiales, los cuales requieren la construcción de embalses para cubrir la demanda durante de periodos de poco flujo (fuente con regulación) en ríos, son diseñados mucho mas largos, quizás de unos 50 años.



b) Obras de Captación : es el tipo de estructura utilizada para la captación del agua depende en primer lugar del tipo de fuente de abastecimiento utilizado. En general, en los casos de captación superficial se habla de “Bocatomas” (Fig. 7.15), mientras que la captación de aguas subterráneas se hace a través de “pozos”. Su diseño es ajustado a las características de la fuente, y por tanto, también ha de ser afectado por el factor máximo diario, similar al considerado para la fuente.

c) Obras de Conducción : en ella, existen numerosos puntos, como: bocatoma – Desarenador, Desarenador – Tanque de Almacenamiento y línea matriz. Hidráulicamente estas conducciones pueden ser de varias formas, dependiendo de la topografía y la longitud de las mismas.

Estas conducciones son generalmente por tubería a presión o por gravedad, por canales rectangulares o trapeciales abiertos o cerrados. Definida las tuberías que conduce agua desde la obra de captación hasta el tanque de almacenamiento, debe satisfacer condiciones de servicio para el día de máximo consumo, garantizando de esta manera la eficiencia del sistema. En el caso, el diseño se hará de acuerdo a criterios para estas diferentes condiciones, afectados o no por el tiempo de bombeo.

Las conducciones en tuberías desde la fuente son generalmente diseñadas para su vida útil; un periodo de unos 25 años o mas es lo usual.

d) Tratamiento de agua : todo tipo de agua para el consumo humano, siempre requerirá de un tratamiento mínimo de cloración con el fin de prevenir la contaminación con organismos patógenos durante la conducción del agua.

e) Almacenamiento : generalmente es elemento intermedio entre la fuente y la red de distribución de su funcionamiento depende en gran parte el que pueda proyectarse y ofrecerse un servicio continuo a la ciudad, dado que el caudal de captación no es siempre constante y el caudal demandado por la comunidad tampoco lo es, es necesario almacenar agua en un tanque durante los periodos en los que la demanda es menor que el suministro y utilizarla en los periodos en que la comunidad demanda gran cantidad de agua.

Estas condiciones particulares del tanque de almacenamiento le hacen actuar con funciones de almacenaje y de compensador de variaciones de los consumos, por lo cual para encontrar este factor de diseño, será preciso hacer un análisis de la situación y en forma grafica (curva de consumo acumulados) o analítica, encontrar los coeficiente apropiados su diseño.

El almacenamiento en un sistema de distribución esta formado por grandes tanques de acero elevados que son relativamente baratos y fáciles de construir y su potencial de duración es bastante considerable, de ahí que rara vez son reemplazados.

El diseño de tales estructuras esta estrechamente ligado al diseño de las estaciones de bombeo y requiere del conocimiento del consumo promedio, de la demanda de incendio, de los máximos por hora, de los máximos diarios, de los máximos semanales y del los máximos mensuales, al igual de la capacidad de la fuente y de sus conducciones en tubería desde la misma.

f) Estación de bombeo : interviene una variación adicional que es el numero de horas de bombeo (N), por lo cual al considerar el crecimiento poblacional en el periodo de diseño, el factor asumido para el caso del día de máximo consumo pudiera ser absorbido mediante una variación del tiempo de bombeo para el día critico, logrando diseños mas económico.

las estaciones de bombeo son generalmente diseñadas para un periodo de cerca de 10 años, dado que su modificación y ampliación son fáciles si la provisión para el cambio se hace desde



el inicio. La selección de bombas requiere un conocimiento del flujo máximo incluyendo la demanda para incendios. La capacidad total de bombeo instalada excederá el flujo máximo que se espera para ser bombeado.

g) Red de Distribución : esta puede hacerse desde la manera más simple que seria el suministro único por medio de pileta de agua, hasta su forma más compleja por medio de una serie de tuberías o redes de distribución que llevan el agua a cada casa domiciliar. Habrá de considerar un factor de máximo horario dependiente de las horas de máximo consumo que garantice la eficiencia del servicio. Los elementos de los sistemas de distribución son normalmente instalados debajo de las calles. Su duración es muy larga y su reposición muy costosa, de modo que su periodo de diseño es infinito y la capacidad se basa en el desarrollo máximo previsto en el área que sirve.

Se deben considerar densidades de población previstas que pueden oscilar entre 3,500 y 250,000 hab/km2, regulaciones de zonificación que ayudaran a predecir la densidad de población futura y de la demanda industrial.

1.4 PLANEACION DE LOS SERVICIOS DE AGUA POTABLE Y ESTUDIOS PREVIOS AL

PROYECTO.

En su sentido más amplio, se utiliza el concepto de planeación para referirse al conjunto de técnicas y métodos que permiten organizar, jerarquizar y otorgar una secuencia temporal a las acciones y/o actividades que se realiza para lograr ciertos fines que juzga convenientes o deseables de alcanzar, a partir de cierta disponibilidad de recursos.

La formulación de un proyecto de agua potable requiere de estudios e investigaciones previas, tanto de campo como de gabinete, que permitan al ingeniero proyectista concebir con la mayor amplitud de criterio la solución o soluciones posibles a los problemas de abastecimiento de agua potable de una comunidad.

De la cantidad y calidad de información previa que se obtenga y de su selección y procesamiento, dependerán las características, eficiencia y costo del proyecto futuro.

Las investigaciones de campo y los estudios de gabinete previos, deberán realizarse con la mayor seriedad y responsabilidad, pues de ello depende que las distintas fases o etapas de la formulación del proyecto, se realicen con eficacia y se justifiquen técnicas y económicamente.

Los estudios previos al proyecto son:

a) Estudio de población o demográfico : la terminación de las características de la población y su proyección futura, son los aspectos más importantes del análisis demográfico. Las características de la población se obtienen por métodos de observación directa, encuesta, estudios demográficos previos y del análisis e interpretación de las estadísticas disponibles.

Para propósito de un proyecto de agua potable interesa conocer la población actual, la densidad de población por zonas y sus características generales como estructuras por edades y nivel de general ingreso. Las investigaciones de campo deben aprovecharse también para captar las características de vivienda y la existencia de actividades industriales, comerciales y artesanales que aumentaría el consumo de agua potable.



Para el proyecto, la determinación de la población futura es el dato más importante, pues de su realista estimación dependerá la capacidad del sistema de agua potable. En localidades de pequeño tamaño casi siempre deben formularse proyecciones propias. En todos los casos de proyección de población es deseable contar con los datos censales de tres o cuatro décadas anteriores y una versión lo mas actualizada posible de la población actual. Las proyecciones de la población se formularan para determinar la población de proyecto, la que a su vez esta condicionada por el periodo económico de proyecto.

b) Estudio topográfico : son el conjunto de datos obtenidos en el campo y operaciones y calculo realizados en gabinete, que se plasman gráficamente en un plano elaborado a una escala determinada y que sirven para proyectar sobre él, el sistema de agua potable.

De un correcto levantamiento topográfico del terreno que refleje con precisión sus puntos principales, alturas, detalles y curvas de nivel, dependerá el proyecto. Por lo tanto se debe realizar una visita de campo al sitio, con el objeto de reconocer el área perimetral y el tipo de población, así mismo, preseleccionar los tipos de fuentes de abastecimientos probables hay en el sitio.

También se puede preubicar los sitios donde se puede instalar los tanques de almacenamientos y de regulación, así como los sistemas de tratamientos. Una vez obtenida la información se procede a realizar los levantamientos topográficos de conjunto en escala de 1: 2000 – 1: 1000 (cartografía al detalle), elaboración de planos indicando calles, avenidas, cambios de pendientes, elevaciones (altimetria a cada 1-5 m y planta perfiles de las posibles líneas de conducciones.

c) Estudio Geohidrologico : se refiere a la localización de fuentes de abastecimiento, superficiales y subterráneas según lo indiquen los estudios hidrológicos o geológicos, según su procedencia, se puede prever la cantidad y calidad, forma de prever la contaminación, época en que se dispone de mayor o menor cantidad de agua, forma y manera de disponer de esas fuentes y todo lo que la hidrologia y la geología pueda darnos respecto a la disponibilidad de agua para la localidad.

El estudio geológico de la localidad o zona de proyecto es básico para conocer el tipo de suelo y materiales que lo componen a distintas profundidades. La forma que hay que llevarlos es mediante sondeos exploratorios en puntos seleccionados del terreno, obtener muestras representativas de los materiales y clasificarlos según los métodos que reflejen sus características principales y el tipo de excavación que será necesaria posteriormente.

d) Estudios de climatología e hidrología : tiene como propósito de recabar los datos de precipitación y escurrimiento, vientos y temperatura que resulten indespendables para el proyecto de agua potable. Estos estudios se refieren naturalmente al tipo de clima, recurriendo a los registros de temperatura, poniendo atención a las máximas, mínimas y medias, se refiere también a la dirección de los vientos dominantes, a los periodos de lluvias e intensidad de estas.

e) Estudio de aforo y tomas de muestras : se refiere a tomar con recipientes adecuados, con especiales precauciones sanitarias y a profundidades convenientes, las muestras representativa de las fuentes. Estas muestras servirán para análisis de laboratorio para conocer las características física, químicas, bacteriológicas y microscópicas del agua . Se aforara la fuente para determinar el gasto que aportan. De esta manera sabremos la cantidad y posteriormente la calidad del agua de la fuente de se trate.



Para estos fines se llevan acabo actividades que norman el criterio del ingeniero con relación al medio en que va a operar. Estas actividades se resumen en el siguiente:

Preliminares: Categoría política. Datos históricos. Coordenadas geográficas. Ubicación. Estudio socioeconómico. Estudio de factibilidad.

Estudios de campo: Geohidrologicos. Topográficos. Climatológicos aforos y toma de muestras de aguas. Sondeos. Características de la energía eléctrica. Punto de toma de corriente. Estudio de resistividad. Zona de crecimiento futuro. Materiales y mano de obras disponibles. Transporte. Obtención de plano predial, de pavimentos, de instalación de agua potable y alcantarillado si hay, de instalaciones eléctricas, telefónicas, de gas, topográficos, etc.

De laboratorio: análisis de muestras de agua para determinación de los parámetros físico químicos y bacteriológicos.

De oficina: Periodo económico, estudio de población, estudio de dotación, estudio demográfico, población de proyecto, elección de la fuente de abastecimiento, elección del tipo de tubería, datos del proyecto.

Elaboración del proyecto: Obras de captación. Línea de conducción, Obras de regulación o de almacenamiento, Línea de alimentación, Red de distribución, potabilizacion, equipos e instalación electromecánicos, tomas domiciliares. Hidrantes contra incendio. Especificaciones. Presupuesto y financiamiento. Memoria descriptiva del proyecto.



Obra de captación superficial por bombeo


cap.1 ingsa i generalidades

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