CÁLCULO HIDRÁULICO – DISEÑO ALCANTARILLADO COMBINADO BARRIO LA PAZ, Guías, Proyectos, Investigaciones de Ingeniería

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FACULTAD: INGENIERÍA Y CIENCIAS APLICADAS

CARRERA: INGENIERÍA CIVIL

NIVEL: SÉPTIMO

ASIGNATURA: ALCANTARILLADO

TEMA: CÁLCULO HIDRÁULICO – DISEÑO ALCANTARILLADO

COMBINADO BARRIO LA PAZ

Contenido

• 1. Introducción.......................................................................................................................
• 2. Antecedentes......................................................................................................................
• 3. Objetivos............................................................................................................................
  • 3.1 Objetivo General.........................................................................................................
  • 3.2 Objetivos Específicos..................................................................................................
• 4. MEMORIA TECNICA......................................................................................................
  • 4.1 Estructuras complementarias y especiales...................................................................
    • 4.1.1 Pozos de Salto......................................................................................................
    • 4.1.2 Túnel LINER........................................................................................................
    • 4.1.3 Túnel de Hormigón..............................................................................................
    • 4.1.4 Cruces...................................................................................................................
  • 4.2 Marco urbano del proyecto..........................................................................................
    • 4.2.1 Ubicación geográfica...........................................................................................
    • 4.2.2 Topografía y relieve.............................................................................................
    • 4.2.3 Superficie.............................................................................................................
    • 4.2.4 Infraestructura existente.......................................................................................
    • 4.2.5 Infraestructura vial.............................................................................................
    • 4.2.6 Abastecimiento de agua.....................................................................................
    • 4.2.7 Actividades económicas.....................................................................................
    • 4.2.8 Clima..................................................................................................................
  • 4.3 Descripción del proyecto...........................................................................................
    • 4.3.1 Características poblacionales.............................................................................
    • 4.3.2 Densidad demográfica........................................................................................
    • 4.3.3 Uso del suelo......................................................................................................
  • 4.4 Determinación de caudales de diseño Caudal sanitario............................................
    • 4.4.1 Periodo de diseño...............................................................................................
    • 4.4.2 Población futura.................................................................................................
    • 4.4.3 Área de aporte....................................................................................................
    • 4.4.4 Dotación.............................................................................................................
    • 4.4.5 Caudal domestico...............................................................................................
    • 4.4.6 Caudal de aguas de conexiones erradas ( QCE ).................................................
    • 4.4.7 Caudal de infiltración.........................................................................................
    • 4.4.8 Caudal Medio Diario..........................................................................................
    • 4.4.9 Factor de Mayoración de caudal (M).................................................................
  • 4.5 DISEÑO PLUVIAL..................................................................................................
    • 4.5.1 Intensidad de lluvia............................................................................................
    • 4.5.2 Tiempo de concentración...................................................................................
    • 4.5.3 Tiempo de entrada..............................................................................................
    • 4.5.4 Tiempo de viaje..................................................................................................
    • 4.5.5 Coeficiente de escurrimiento..............................................................................
    • 4.5.6 Caudal Pluvial....................................................................................................
  • 4.6 Cálculo de Caudal de diseño.....................................................................................
• 5. Conclusiones....................................................................................................................
• 6. Recomendaciones.............................................................................................................
• 7. Bibliografía......................................................................................................................
• 8. Anexos..............................................................................................................................
• Tabla 1: CLIMÁTICA // DATOS HITÓRICOS DEL TIEMPO PIFO................................... Índice de Tablas
• Tabla 2: Dotación según el número de Habitantes y el Clima................................................
• Tabla 3: Aportes máximos por conexiones errados son sistema pluvial................................
• Tabla 4: Valores de Infiltración..............................................................................................
• Tabla 5: Coeficiente de Mayoración k1 y k2 β1 y β
• Tabla 6: Ecuación de la Intensidad de diferentes Estaciones..................................................
• Tabla 7: Coeficiente de Escorrentía para zonas rurales..........................................................
• Tabla : Datos iniciales para el cálculo del caudal Sanitario....................................................
• Tabla 9: Coeficiente de Retorno de agua servidas Domésticas..............................................
• Tabla 10: Tabla de Rugosidad de Manning............................................................................
• Tabla 11: 2 Tramos de la Calle SN1.......................................................................................
• Tabla 12: Área propia y acumulada........................................................................................
• Tabla 13: Coeficiente de escorrentía por Área........................................................................
• Tabla 14 :Catálogo Comercial de Tubería...............................................................................

1. Introducción A lo largo del tiempo ha existido la necesidad de contar con sistemas de agua potable, saneamiento y alcantarillado adecuados debido a que su ausencia generan problemas ambientales, enfermedades e infecciones. Por tal motivo, es necesario la implementación del diseño del alcantarillado combinado, el mismo que está enfocado a la recolección y conducción de aguas servidas y aguas lluvia promoviendo un manejo adecuado de dichas aguas en el sector La Paz de la provincia de Pichincha. Las aguas servidas están compuestas en su mayoría por líquidos y un pequeño porcentaje de sólidos, además contienen materia orgánica, numerosos microorganismos patógenos, nutrientes y en algunos casos componentes tóxicos, es por esta razón que en una sociedad industrializada se hace imprescindible la evacuación de estas aguas ya que pueden generar gases pestilentes o ser transportadoras de enfermedades. (Ucha, 2012) El diseño del alcantarillado combinado del Barrio La Paz, tiene como propósito terminar con las condiciones de insalubridad que se presentan en dicho sector, recolectando y transportando tanto las aguas residuales como las aguas lluvias. Según Laura F. Zarza ´´Las aguas residuales se producen por los diferentes usos que se le da al agua, ya sea para el uso doméstico, comercial o industrial´´. La Empresa Metropolitana de Alcantarillado y Agua Potable de Quito (EMAAP-Q) es responsable de la dotación de los servicios básicos de alcantarillado y agua potable dentro del Cantón Quito. El presente proyecto consiste en el Diseño de la Red de Alcantarillado Combinado para el barrio la Paz, perteneciente a la parroquia Pifo del Cantón Quito. Este diseño se regirá de acuerdo a las normativas de la Empresa Metropolitana de Alcantarillado y Agua Potable de Quito (EMAAP-Q). De esta manera se ayudará al mencionado sector; para así mejorar la calidad de vida de los moradores. En la elaboración del presente proyecto se realizaron los respectivos cálculos para el diseño del sistema de alcantarillado combinado. Además, debido a que en el sector existen algunas pendientes, se ha previsto obras especiales que reducen la velocidad.

3.2 Objetivos Específicos  Recolectar información necesaria, mediante la investigación de campo, y documental sobre todos los parámetros hidráulicos, topográficos e hidrológicos del área del proyecto. Para realizar un adecuado diseño del sistema combinado.  Justificar todos los parámetros utilizados en el cálculo del caudal sanitario y pluvial, mediante la normativa vigente de la EPMAPS-2009. Para obtener un caudal de diseño proyectado a una población futura.  Comparar las velocidades y fuerzas tractivas obtenidas en el cálculo de la red del sistema de alcantarillado con las recomendadas por la NORMAS DE DISEÑO DE SISTEMAS DE ALCANTARILLADO PARA LA EMAAP-Q.  Colocar las estructuras especiales y necesarias que garanticen un buen funcionamiento del sistema, mediante un analisis adecuado de la red.

4. MEMORIA TECNICA 4.1 Estructuras complementarias y especiales El sistema de alcantarillado combinado del Barrio La Paz -Pifo está compuesto de diversas estructuras especiales, debido a la fuerte pendiente que tiene en la parte superior del proyecto, también atraviesa un canal de riego y una vía de primer orden, seguida de una excavación profunda, el cual hace peligroso la construcción, debido a estos inconvenientes es necesario la construcción de 4 obras especiales: pozos salto, cruces, túnel Linner, y túnel de hormigón. 4.1.1 Pozos de Salto Los pozos Saltos son estructuras rectangulares con una cámara, se la emplea principalmente para vencer los desniveles entre la cota de entrada de la tubería y la cota de salida de esta, su diseño hidráulico abarca una pantalla para disipar la energía de la entrada y permite la salida ordenada de los caudales. Mientras que el diseño estructural

está ligado con soportar las cargas de empuje de suelos y cargas vivas accidentales. (Castillo & Edwin, 2018) A continuación, en la figura 1 se muestra un pozo de salto también conocido como pozo de caída tipo II. Figura 1 Esquema del Pozo de caída tipo II. Apto para saltos de altura máxima de 3m Fuente: EMAAP-Q, 2009 En el sistema de alcantarillado para el barrio La Paz –Pifo se consideran tres pozos de salto ubicados en la calle SN1 donde se tiene a los siguientes pozos: PZ12, PZ35, PZ36. 4.1.2 Túnel LINER El Túnel Linner responde a la necesidad de mitigar al máximo el impacto que las obras de construcción puedan llegar a tener sobre el desarrollo normal de las actividades que realizan los habitantes de las ciudades en su vida cotidiana; además, disminuyen la probabilidad de ocurrencia de accidentes, ya que no solo se mitiga el impacto de la obra en la movilidad, sino también se optimiza la gestión de los recursos, el personal y el tiempo, los cuales se coordinan para finalizar el trabajo de manera ágil, responsable y con calidad, obteniendo un trabajo sin

área permita la circulación del caudal máximo y resista las presiones, las cuales determinan la forma de sección y el tipo de revestimiento del túnel. A continuación, en la figura 3 se muestra la construcción de un túnel de hormigón Figura 3: Esquema de un túnel de hormigón tipo Baúl, con el armado del mismo Fuente: Grupo N°1-P Para el proyecto se provee la construcción de un túnel de hormigón (obra especial) que empieza en el PZ20 y finaliza en el PZ21. 4.1.4 Cruces Para poder cruzar un sistema de alcantarillado, sea este por una acequia, un canal de riego o por el lugar que tenga una distancia pequeña, se realiza una estructura especial, ya sea de hormigón u otro material que pueda soportar la tubería de alcantarillado, en este caso se cuenta con la presencia del canal de riego El Pisque, este se encuentra en el tramo PZ11-PZ12 y el segundo tramo PZ38 -PZ14A.

Figura 4: A continuación, se tiene los tramos donde para el canal de riego Fuente: Planos Pablo Abarca 4.2 Marco urbano del proyecto 4.2.1 Ubicación geográfica Figura 5 Ubicación barrio La Paz

Nota. La fotografía evidencia la pendiente pronunciada del barrio La Paz, por Grupo 1, 2022. 4.2.3 Superficie Su superficie abarca las 8 hectáreas dentro de las cuales la población se dedica a la ganadería y agricultura, siendo gran parte de su producción de los cultivos para su consumo familiar, una parte se usa para la siguiente cosecha y como alimento para sus animales, muy pocos cultivos como las papas y choclos se dedica a la comercialización entre vecinos del sector. Con respecto a la parte de acceso vial, se tiene que desde el punto en donde empieza el proyecto, la calle se encuentra pavimentada con un tipo de asfalto artesanal hasta la vía E35, luego de pasar la vía E35 la calle continúa con empedrado. 4.2.4 Infraestructura existente 4.2.4.1 Energía eléctrica y servicio de telefonía. El barrio cuenta con servicios básicos de energía eléctrica en cada domicilio con una cobertura del 100%, a diferencia del alumbrado público en el cual sólo está parcialmente cubierto, por otro lado, el servicio de teléfono no se encuentra disponible para el 100% de los pobladores, sin embargo, en cuanto a la comunicación mediante teléfono móvil se tiene que abarca el 100% de su cobertura.

4.2.4.2 Recolección de desechos sólidos. De acuerdo con la información proporcionada por parte de la Empresa Metropolitana de Aseo “EMASEO”, muestra que cuentan con el servicio de recolección de desechos sólidos dos días por semana, con la cobertura total hacia todos los sectores del proyecto en estudio. 4.2.5 Infraestructura vial Figura 7 Fotografía calle barrio La Paz parte inicial. Nota. La fotografía evidencia la parte inicial del trayecto con asfalto artesanal de la calle del barrio La Paz, por Grupo 1, 2022. Figura 8 Fotografía calle barrio La Paz luego de pasar la vía E35.

4.2.8 Clima El clima en Pifo en el barrio la Paz es cálido y templado. Hay precipitaciones durante todo el año. Hasta el mes más seco aún tiene mucha lluvia, lo cual se benefician la agricultura. Este clima es considerado Cfb según la clasificación climática de Köppen-Geiger. La temperatura media anual es de 11.1 °C. La precipitación aproximada es de 1953 mm. (Climate-Data, 2019) Tabla 1 : CLIMÁTICA // DATOS HITÓRICOS DEL TIEMPO PIFO Enero Febrero Marzo Abril Mayo Junio Julio Agosto Septiembre Octubre Noviembre Diciembre Temperatura media (°C) 11.1 11.2 11.2 11.2 11.2 10.9 10.7 10.9 11 11.1 11.1 11. Temperatura min. (°C) 7.9 8.1 8 8 8 7.6 7.4 7 6.9 7.4 7.7 8 Temperatura máx. (°C) 15.2 15.3 15.3 15.3 15.3 15.1 15.1 15.8 15.9 15.6 15.4 15. Precipitación (mm) 168 176 222 221 177 128 111 88 124 172 186 180 Humedad(%) 83% 84% 85% 85% 84% 80% 78% 75% 77% 82% 85% 85% Días lluviosos (días) 20 19 21 21 21 19 18 17 19 20 19 20 Horas de sol (horas) 4.8 4.6 4.5 4.6 4.8 4.9 5.2 5.8 6.0 5.2 4.7 4. Data: 1991 - 2021 Temperatura min. (°C), Temperatura máx. (°C), Precipitación (mm), Humedad, Días lluviosos. Data: 1999 - 2019: Horas de sol. Fuente: (Climate-Data, 2019) 4.3 Descripción del proyecto 4.3.1 Características poblacionales El proyecto del barrio La Paz se encuentra ubicado en la provincia de Pichincha, en la parroquia de Pifo. El barrio se ha ido poblando durante los últimos 15 años, donde los moradores del sector nos indican que en sus inicios su población constaba de 25 habitantes aproximadamente. Las autoridades del barrio están conformadas por el presidente y una persona encargada del agua potable, los cuales están a cargo de cada evento que se realice en el barrio y tratar de solventar las necesidades del mismo. El habitante del barrio tiene varias actividades económicas la mayor parte de la población se dedicaba a la agricultura, crianza de animales, maestros de obra y amas de casa, lo cual

la población tiene tres horarios de consumo de agua potable en la mañana desde las 5: am, en la tarde a las 12:00pm y 5:00pm. En las fiestas del barrio por la Virgen del Quinche se tiene un alto consumo de agua por sus visitantes por lo cual también va a existir una alta demanda de descargas de aguas servidas. Se tiene un censo que por cada casa habitan de 5 a 6 personas. En el ámbito de salud, educación y algunos trabajos la población debe trasportarse a lugares aledaños con tiempos aproximados de 20 minutos a una hora. El barrio cuenta con dos quebradas los cuales pueden ser utilizados para descargas de aguas servidas y pluviales. 4.3.2 Densidad demográfica Es la relación cuantitativa que se establece entre la cantidad de población de un lugar determinado y la superficie de ese lugar. Se obtiene a través de la siguiente relación: Cantidad de habitantes (hab) / Superficie ( km 2 ). (INE, 2019)  Método Geométrico: Pf = Po ( 1 + r ) T Donde: Pf = Población futura Po = Población inicial= 298 hab. r = Crecimiento poblacional =0. T = Número de años proyectado= 30 años Pf = 298 ( 1 +0.0326 ) 30 Pf =¿781 habitantes.  Densidad poblacional futura: DP = Pf A Donde: DP = densidad poblacional futura. Pf = población futura = 781 hab A = área del proyecto=8.02 ha Ecuación 1 Ecuación 2

tenemos la tasa de crecimiento poblacional de 3.26% y una población actual de 298 habitantes. En el literal 6.2 se realiza el cálculo de la población futura mediante la ecuación geométrica. Obteniendo una población proyectada al 2052 de 781 habitantes. 4.4.3 Área de aporte. Para trazar las áreas de aporte del proyecto Barrio La Paz se ha tomado en cuenta el relieve y topografía de este teniendo un área de aporte de 8.02 ha. Y también en base a la visita técnica realizada en día 25/07/2022, la misma que ayudo a identificar de mejor manera el sitio se optó realizar el trazo de las áreas de aporte y las tuberías están diseñadas para evacuar todo el caudal generado en las zonas agrícolas residencial. 4.4.4 Dotación. Para el dato de la dotación se tomó en cuenta la norma CPE INEN 5 Parte 9-1:1192 donde consta la siguiente tabla 2. Tabla 2 : Dotación según el número de Habitantes y el Clima Población (^) Clima Dotación media Futura. (Habitantes) (l/hab/día) Frío 120- Hasta 5000 Templado 130- Cálido 170- Frío 180- 5000 a 50000 Templado 190- Cálido 200- Frío > Más de 50000 Templado > Cálido > Fuente: CPE INEN 5 Parte 9-1: Según la proyección de la población del Barrio La Paz, para el periodo de diseño de 30 años tenemos una población de 781 Hab, en este caso de la tabla anterior tomamos la mínima población y la máxima dotación, en este caso no es por el clima si no por la

ubicación del proyecto, como sabemos el Barrio La Paz está ubicado en la vía E35 y cerca del aeropuerto de Tababela, entonces se tomó la mayor dotación 200 l/hab/día de la norma. “En el Distrito Metropolitano de Quito, cada persona gasta entre 180 y 200 litros en sus actividades diarias,”. (QuitoInforma, 2022). La dotación final para el proyecto se tomó de 210 l/Hab/día, esto en base a la norma CPE INEN 5 Parte 9-1:1192 y a la ubicación estratégica del barrio La Paz, ya que al encontrarse sobre la vía E35 y cerca del aeropuerto de Tababela se prevé un crecimiento industrial de la zona también teniendo en cuenta el artículo de Quito informa donde se consume 200 l/hab/día en la ciudad decidimos darle al proyecto un caudal adicional para satisfacer las necesidades y previniendo el crecimiento industrial de la zona. Nota: La dotación de diseño para el proyecto es de 210 l/hab/día 4.4.5 Caudal domestico El caudal medio diario de aguas servidas domésticas se establece en función de la dotación del agua potable, la población, su factor de retorno. Para calle SN1 Tramo P1-P2 con población acumulada de 61 habitantes: QD =

CR ∗ P [ hab ]∗ DNETA [

L

hab − día ]

=[ l / s ] Donde: Cr: Coeficiente de retorno Se tiene un coeficiente de retorno ya que no toda el agua que se consume, se dirige al sistema de alcantarillado, donde a continuación presentamos la siguiente tabla de la EMAAP-Q. TABLA N° 4.2.3. COEFICIENTE DE RETORNO DE AGUAS SERVIDAS DOMÉSTICAS Nivel de complejidad del sistema Coeficientes de retorno Bajo y medio 0.7- 0. Medio alto y alto 0.8 - 0. Fuente: (EMAAP-Q E. M., 2009) Se adoptó el valor de coeficiente de retorno de 0.7 considerando la información obtenida del sector. Ecuación 4