MATERIAL DIDACTICO PARA LA ASIGNATURA DE ACUEDUCTOS Y
ALCANTARILLADOS
JULIO CESAR TORRES CAMARGO
UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER
FACULTAD DE INGENIERIAS FISICO-MECANICAS
ESCUELA DE INGENIERIA CIVIL
BUCARAMANGA
2008
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MATERIAL DIDACTICO DE LABORATORIO, Ejercicios de Ciencias
MATERIAL DIDACTICO PARA LA ASIGNATURA DE LABORATORIO
Tipo: Ejercicios
2019/2020
1 / 233
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MATERIAL DIDACTICO PARA LA ASIGNATURA DE ACUEDUCTOS Y
ALCANTARILLADOS
JULIO CESAR TORRES CAMARGO
UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER
FACULTAD DE INGENIERIAS FISICO-MECANICAS
ESCUELA DE INGENIERIA CIVIL
BUCARAMANGA
MATERIAL DIDACTICO PARA LA ASIGNATURA DE ACUEDUCTOS Y
ALCANTARILLADOS
JULIO CESAR TORRES CAMARGO
TRABAJO PARA OBTAR POR EL TITULO DE
INGENIERO CIVIL
DIRECTOR:
Ingeniero Civil M.Sc., MARIO GARCIA SOLANO
UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER
FACULTAD DE INGENIERIAS FISICO-MECANICAS
ESCUELA DE INGENIERIA CIVIL
BUCARAMANGA
A dios o el ente que me puso en este mundo por darme la oportunidad de existir, disfrutarlo y conocer a las personas que me rodean.
A Paulina Camargo, por su apoyo incondicional, por sus consejos, sus enseñanzas. Gracias a ella soy lo que soy.
A Marcela Ariza por su amistad, cariño y compañía. Por enseñarme que Querer es Poder y ser la chispa de mi vida.
AGRADECIMIENTOS
Agradezco la colaboración recibida por todas aquellas personas que hicieron posible la realización de este proyecto, y en especial.
Al Ingeniero M sc. Mario García Solano, por permitirme trabajar en este proyecto y compartir sus conocimientos y experiencias.
Al Ingeniero William Ibáñez por su colaboración e interés en la culminación de este proyecto.
x
xiii
LISTA DE FIGURAS
xvi
LISTA DE TABLAS
xix
LISTA DE FOTOGRAFÍAS
- INTRODUCCION Pág.
- JUSTIFICACION
- OBJETIVOS
- ELEMENTOS DE UN ACUEDUCTO
- 3.1. COMPONENTES
- 3.1.1. Fuente de abastecimiento
- 3.1.2. Obras de captación
- 3.1.3. Conducción
- 3.1.4. Estaciones de bombeo
- 3.1.5. Plantas de tratamiento de agua
- 3.1.6. Almacenamiento de agua
- 3.1.7. Distribución
- CRITERIOS BASICOS DE DISEÑO
- 4.1 PERIODO DE DISEÑO
- 4.2 POBLACION DE DISEÑO
- 4.2.1. Método de comparación grafica
- 4.2.2. Crecimiento lineal o aritmético
- 4.2.3. Crecimiento geométrico
- 4.2.4. Método exponencial
- 4.2.5. Método logístico
- 4.2.6. Método de proporción y comparación
- 4.2.7. Método de tasa de crecimiento decreciente
- 4.3 USOS DEL AGUA
- 4.4 FACTORES QUE AFECTAN EL CONSUMO DE AGUA
- 5 CAUDAL DE DISEÑO vii
- 5.1 CAUDAL MEDIO DIARIO
- 5.2 CAUDAL MAXIMO DIARIO
- 5.3 CONSUMO MAXIMO HORARIO
- 5.4 COEFICIENTE DE CONSUMO DEL CAUDAL MAXIMO HORARIO
- 6 FUENTES DE ABASTECIMIENTO DE AGUA
- 6.1. AGUA SUPERFICIAL
- 6.2. AGUA SUBTERRANEA
- 7 CAPTACION
- 7.1 TIPOS DE OBRA DE CAPTACION
- 7.1.1. Captación de fondo
- 7.1.2. Captación lateral
- 7.1.3. Galería de infiltración
- 7.1.4. Torre de captación
- 7.1.5. Plataforma de toma
- 7.1.6. Plataforma de toma flotante
- 8 DESARENADOR
- 8.1 CARACTERISTICAS GENERALES DE LOS DESARENADORES
- 8.1.1 Ubicación
- 8.1.2 Numero de unidades
- 8.1.3 Factores que influyen en el diseño
- 8.1.4 Teoría de la sedimentación
- 8.2. DISEÑO
- CONDUCCION viii
- 9.1 GENERALIDADES
- 9.2 COMPONENTES DE UNA CONDUCCION A PRESION
- 9.2.1 Tanques de quiebre de presión
- 9.2.2 Válvulas de limpieza
- 9.2.3 Ventosas o válvulas de expulsión de aire
- 9.2.4 Válvulas de control
- 9.2.5 Anclajes
- 9.3 MATERIALES PATA TUBERIA
- 9.4 CAUDAL DE DISEÑO
- 9.5 DISEÑO HIDRAULICO DE LA CONDUCCION
- 9.6 PLANO PIEZOMETRICO ESTATICO Y LINEA PIEZOMETRICA
- 9.7 ANALISIS DE CONDUCCIONES
- 9.7.1 Conducciones con alta pendiente
- 9.7.2 Conducciones
- 9.7.3 Conducciones en paralelo
- 10 BOMBAS Y ESTACIONES DE BOMBEO
- 10.1 DEFINICION
- 10.2 PRINCIPIOS DE FUNCIONAMIENTO
- 10.3 TIPOS DE BOMBAS
- 10.3.1 Bombas gravimétricas
- 10.3.2 Bombas de movimiento reciproco
- 10.3.3 Bombas rotatorias
- 10.3.4 Bombas centrifugas
- 10.4 CALCULO DE BOMBAS
- 10.5 DISEÑO DE ESTACIONES DE BOMBEO
- 11 ALMACENAMIENTO ix
- 11.1. FUNCIONES
- 11.2. CAPACIDAD DEL TANQUE
- 11.2.1 Compensación por variaciones horarias
- 11.2.2 Volumen para demanda contra incendios
- 11.2.3 Reserva para cubrir daños o interrupciones en el servicio
- 11.3. LOCALIZACION
- 11.4. TIPOS DE TANQUES
- 11.5. ACCESORIOS COMPLEMENTARIOS
- 12 SISTEMAS DE DISTRIBUCION
- 12.1 GENERALIDADES
- 12.2 ELEMENTOS DE DISEÑO
- 12.2.1 Caudal
- 12.2.2 Presiones de servicio
- 12.2.3 Válvulas
- 12.3 CLASIFICACION
- 12.3.1 Redes ramificadas
- 12.3.2 Redes tipo cerrada
- 13 CONTROL DE PERDIDAS EN ACUEDUCTOS
- 13.1 COMPONENTES DE LAS PÉRDIDAS
- 13.2PROGRAMA CONTROL DE PÉRDIDAS
- 13.3 PLAN DE MANEJO DE PÉRDIDAS
- 14 GENERALIDADES DE LOS ALCATARILLADOS SISTEMAS DE RECOLECCION DE AGUAS
- 14.1 AGUAS RESIDUALES
- 14.2 SISTEMAS DE ALCANTARILLADO
- 14.3 CLASIFICACION DE LAS TUBERÍAS
- 14.4 DISPOCION DE LA RED DE ALCANTARILLADO
- 15 DETERMINACION DE CAUDALES DE AGUAS RESIDUALES
- 15.1 CAUDAL DE AGUAS NEGRAS DOMESTICAS
- 15.2 AGUAS RESIDUALES INDUSTRIALES
- 15.3 AGUAS RESIDUALES COMERCIALES
- 4 AGUAS RESIDUALES INSTITUCIONALES
- 15.5 CAUDAL MEDIO DIARIO DE AGUAS RESIDUALES
- 15.6 APORTE POR AGUAS DE INFILTRACION Y CONEXIONESERRADAS
- 15.6.1. Aportes de agua de infiltración
- 15.6.2. Aportes por conexiones erradas
- 15.7 CAUDAL MAXIMO HORARIO
- 15.8 CAUDAL DE DISEÑO
- HIDRAULICA DE ALCANTIRALLADOS
- 16.1. MANNING
- 16.2. COEFICIENTE DE RUGOSIDAD
- 16.3. REGIMEN DE FLUJO
- 16.4. UNION DE COLECTORES
- 16.4.1. Régimen subcritico
- 16.4.2. Régimen supercritico
- ALCANTARILLADO SANITARIO xi
- 17.1. INFORMACION GENERAL
- 17.2. ESPECIFICACIONES DE DISEÑO
- 17.2.1. Diámetro
- 17.2.2. Velocidad
- 17.2.3. Pendiente mínima
- 17.2.4. Pendiente máxima
- 17.2.5. Profundidad hidráulica máxima
- 17.3. EVALUACION Y CALCULO DE ALCANTARILLADO
- ALCANTARILLADO PLUVIAL
- 18.1. DETERMINACION DE CAUDAL DE DISEÑO
- 18.2. EL METODO RACIONAL
- 18.2.1. Coeficiente de escorrentía
- 18.2.2. Intensidad de la lluvia
- 18.2.3. Periodo de retorno
- 18.2.4. Tiempo de concentración
- 18.3. ESPECIFICACIONES DE DISEÑO
- 18.3.1. Diámetro
- 18.3.2. Velocidad
- 18.3.3. Pendiente mínima
- 18.3.4. Pendiente máxima
- 18.3.5. Profundidad hidráulica máxima
- 18.4. SUMIDEROS
- 18.4.1. Localización de los sumideros
- 18.4.2. Clasificación de los sumideros
- 18.4.3. Diseño de los sumideros
- ESTACIONES DE BOMBEO DE AGUAS RESIDUALES xii
- 19.1 GENERALIDADES
- 19.2 COMPONENTES DE UNA ESTACION DE BOMBEO
- 19.2.1 Pozo húmedo
- 19.2.2 Sistemas de bombeo
- 19.2.3 Edificio estación de bombeo
- 19.2.4 Tubería de impulsión
- 19.3 CAUDAL DE DISEÑO
- CONCLUSIONES
- BIBLIOGRAFIA
- Anexo 1.
- Figura 1. Esquema general de abastecimiento. Pág.
- Figura 2. Diagrama de masas.
- Figura 3. Esquema agua subterránea
- Figura 4. Esquema Bocatoma de fondo.
- Figura 5. Esquema galería de infiltración.
- Figura 6. Corte galería de infiltración.
- Figura 7 Plataforma flotante
- Figura 8. Plataforma de toma.
- Figura 8. Fuerzas sobre una partícula en el desarenador.
- Figura 9. Esquema desarenador.
- Figura 10. Trayectoria de partículas sedimentadas.
- Figura 11. Dimensiones de un desarenador.
- Figura 12. Esquema válvula limpieza y rebose del desarenador
- Figura 13. Esquema tanque quiebre de presión
- Figura 14. Esquema corte tanque quiebre de presión.
- Figura 15. Derivación válvula de limpieza
- Figura 16. Ubicación válvulas de limpieza y ventosas
- Figura 17. Línea piezométrica encima del trazado la tubería.
- Figura 18. Lamina de agua coincidente con la línea piezométrica.
- Figura 19. Plano piezométrico por debajo de la tubería
- Figura 20. Tubería por encima de la línea piezométrica. xiv
- Figura 21. Perfil de conducción
- Figura 22. Ubicación tanques quiebres de presión
- Figura 23. Trazado del terreno
- Figura 24. Ubicación en perfil de tanques rompe carga
- Figura 25. Perfil del terreno
- Figura 26. Línea piezométrica
- Figura 27. Perfil del terreno y línea piezométrica actual
- Figura 28. Línea piezométrica original y final
- Figura 29. Esquema ariete hidráulico
- Figura 30. Ariete hidráulico
- Figura 31. Bomba centrifuga
- Figura 32. Esquema sistema de bombeo
- Figura 33. Estación de bombeo
- Figura 34. Esquema ubicación tanque almacenamiento
- Figura 35. Tanque elevado
- Figura 29. Red de distribución abierta
- Figura 30. Red de distribución cerrada
- Figura 31. Tipos de Tuberías en sistemas de alcantarillado
- Figura 32. Alcantarillado con sistema perpendicular sin interceptor
- Figura 33. Alcantarillado con sistema perpendicular con interceptor.
- Figura 34. Alcantarillado perpendicular con interceptor y aliviadero
- Figura 35. Alcantarillado con disposición en abanico.
- Figura 36. Alcantarillado con disposición en bayoneta.
- Figura 37. Convenciones en tuberías de redes de alcantarillado. xv
- Figura 38. Parámetros de altura de agua en conductos
- Figura 39.Grafica de parámetros para flujo parcialmente lleno
- Figura 40. Unión de colectores.
- Figura 41. Unión de colectores en régimen subcritico
- Figura 42. Unión de colectores en régimen supercritico.
- Figura 43. Perfil del terreno
- Figura 44. Curvas de intensidad-frecuencia-duración
- Figura 45. Ubicación sumideros
- Figura 46. Sumidero lateral
- Figura 47. Esquema sumidero lateral
- Figura 48. Sumidero de fondo
- Figura 49. Dimensiones sumidero de fondo
- Figura 50. Sumidero transversal
- Figura 51. Detalle sumidero transversal
- Figura 52. Esquema de aliviadero
- Figura 53. Vertedero de estrangulamiento
- Figura 54. Bomba centrifuga tipo axial
- Figura 54. Bomba de eje vertical
- Figura 55. Planta bombas de tornillo
- Figura 56. Bomba tornillo
- Tabla 1. Vida probable de estructuras y equipo. pág.
- Tabla 2. Datos de población de Bucaramanga.
- Tabla 3. Método aritmético
- Tabla 4. Método geométrico
- Tabla 5. Método exponencial
- Tabla 6. Resultados método logístico
- Tabla 7. Consumo de Schosklisth
- Tabla 8. Consumos típicos sectores domestico, industrial, comercial, publico
- Tabla 9. Dotación neta según el nivel de complejidad del sistema
- Tabla 10. Coeficiente mayoración de caudal
- Tabla 11. Agua en la tierra
- Tabla 12. Distribución de agua en la tierra
- Tabla 13. Clasificación materiales en suspensión
- Tabla 14. Viscosidad del agua.
- Tabla 15. Porcentaje de remoción de partículas
- Tabla 15. Diámetro de válvula de purga
- Tabla 16. Coeficiente de rugosidad de Hazen-Williams
- Tabla 17. Densidad y viscosidad del agua según la temperatura
- Tabla 18. Datos de calculo
- Tabla 19. Resultados conducción
- Tabla 20. Datos tanques quiebre de presión xvii
- Tabla 22. Registros de consumo
- Tabla 23. Presiones mínimas en la red.
- Tabla 24. Presiones mínimas en la red
- Tabla 25. Dotación según el nivel de complejidad
- Tabla 26. Cotas de Nodos
- Tabla 27. Periodos y caudales de demanda
- Tabla 28. Cálculo y resultados
- Tabla 29. Resultados iteraciones
- Tabla 30. Distribución horaria de caudales en la red.
- Tabla 31. Información de la red
- Tabla 32. Información del terreno
- Tabla 33. Cálculos y resultados primera iteración.
- Tabla 34. Resultados resumidos de iteraciones.
- Tabla 35. Calculo de cotas
- Tabla 36. Tipos de alcantarillado
- Tabla 37. Coeficiente de retorno
- Tabla 38. Consumo por estrato socio-económico
- Tabla 39. Aportes máximos por conexiones erradas con sistema pluvial
- pluvial Tabla 40. Aporte máximo por drenaje domiciliario de aguas lluvias sin sistema
- Tabla 41. Valores del coeficiente de rugosidad de Manning
- Tabla 42. Relación radio de curvatura y diámetro del colector
- Tabla 43. Relación diámetros de colectores entrada y salida
- Tabla 44. Profundidad mínima colectores sanitarios xviii
- Tabla 45. Velocidad máxima en colectores sanitarios
- Tabla 46. Cuadro de cálculo de alcantarillado
- Tabla 47. Coeficiente de escorrentía
- Tabla 48. Periodo de retorno para sistemas de alcantarillados
- Tabla 49. Velocidad máxima alcantarillados pluviales
- Fotografía 1. Embalse Shasta, estado de California Pág.
- Fotografía 2. Cámara de salida, captación golondrinas
- Fotografía 3. Vista Bocatoma de Fondo, captación golondrinas
- Fotografía 4. Bocatoma lateral, con presa de compuertas radiales
- Fotografía 5. Torre de toma el Villar, España
- Fotografía 6. Vista desarenador, planta Bosconia
- Fotografía 7. Conducción Bosconia-Estadio, Bucaramanga
- Fotografía 8. Conducción golondrinas-PTAP la flora
- Fotografía 9. Detalle Anclaje
- Fotografía 10. Estación de bombeo, Bucaramanga
- Fotografía 11. Tanque elevado en concreto municipio Beira, Mozambique
- Fotografía 11. Tubería ventilación tanque subterráneo
- Fotografía 12. Sumidero lateral
xx
LISTA DE GRAFICAS
pág. Grafica 1. Método aritmético 32 Grafica 2. Método geométrico 33 Grafica 3. Método exponencial 34 Grafica 4. Consumos mensuales 42 Grafica 5. Variación horaria de caudal. 43 Grafica 6. Consumo acumulado diario, alimentación por gravedad 121 Grafica 7. Consumo acumulado diario, alimentación por bombeo 122