MEMORIA DE CALCULO - DEMANDA DE AGUA

DATOS GENERALES DEL PROYECTOPOBLACION ACTUAL : 350 habitantes

I.- POBLACIÓN DE DISEÑO Y DEMANDA DE AGUA

A .- CÁLCULO DE LA POBLACIÓN FUTURA

El método más utilizado para el cáculo de la población futura en las zonas rurales es el analitico y con mas frecuencia el de crecimiento aritmético. Para lo cual se usa la siguiente expreción.

Donde: Pf = Población futuraPa = Población actualr = Coeficiente de crecimiento anual por mil habitantest = Tiempo en años (periodo de diseño)

A.1.- PERIODO DE DISEÑO

Es el tiempo en el cual el sistema sera 100% eficiente, ya sea por capacidad en la conducción del gasto deseado o por la insistencia física de las instalaciones.

CUADRO 01 CUADRO 02Periodo de diseño recomendado para Periodo de diseño recomendado según

poblaciones rurales la poblaciónCOMPONENTE PERIODO DE POBLACIÓN PERIODO DE

DISEÑO DISEÑOObras de captación 20 años 2,000 - 20,000 15 años

Conduccion 10 a 20 años Mas de 20,000 10 añosReservorio 20 años

Red principal 20 añosRed secundaria 10 años

Nota.-

De la concideracion anterior se asume el periodo de diseño:

t = 20 años

A.2.- COEFICIENTE DE CRECIMIENTO ANUAL ( r )

CALCULOSCoeficiente de crecimiento anual

AÑO Pa t P Pa.t r r.t(hab.)(años) Pf-Pa P/Pa.t

1972 - - - - - -2002 10 - - - - - r = 0 ‰2011 29 10 - - - -

TOTAL - 10 - - - 0

CUADRO 03

Coeficiente de crecimiento lineal por departamento ( r )

CRECIMIENTO CRECIMIENTO

DEPARTAMENTOANUAL POR MIL DEPARTAMENTO ANUAL POR MIL

HABITANTES ( r ) HABITANTES ( r )

Piura 30 Cusco 15Cajamarca 25 Apúrimac 15Lambayeque 35 Arequipa 15La Libertad 20 Puno 15 Coeficiente Asumido:Ancash 10 Moquegua 10Huánuco 25 Tacna 40 r = 15 ‰Huancavelic 20 Loreto 10Pasco 25 San Martin 30

Para proyectos de agua potable en el medio rural las Normas del Minesterio de Salud recomienda un periodo de diseño de 20 años para todo los componetes

CASO 1: Cuando se cuenta con información censal de periodos anteriores. El coeficiente de crecimiento anual ( r ) , se calcula mediante el cuadro y fórmula descritos.

CASO 2: Cuando no existe información consistente,se cosidera el valor ( r ) en base a los coeficientes de crecimiento lineal por departamento según el cuadro 1.3

)1000

rt1(PaPf

1000xt

rtr

Lima 25 Amazonas 40Ica 32 Madre de Dios 40

Fuente: Ministerio de Salud

Pf = 455 hab.

B .- CÁLCULO DE LA DEMANDA DE AGUA

B.1.- DETERMINACIÓN DE LA DOTACIÓN

CUADRO 04 CUADRO 05

Dotación por números de habitantes Dotación según Región

POBLACIÓN DOTACIÓN REGIÓN DOTACIÓN

(habitantes) (l/hab/día) (l/hab/día)

Hasta 500 60 Selva 70500 - 1000 60 - 80 Costa 60

1000 - 2000 80 - 100 Sierra 50Fuente: Ministerio de Salud Fuente: Ministerio de Salud

Tambien: Para sistemas de abastecimiento Indirecto ( Piletas Públicas):D = 30 - 50 lt / hab. / día

Demanda de dotación asumido: D = 50 (l/hab/día)

(tomado del cuadro 02.01)B.2.- VARIACIONES PERIODICAS

CONSUMO PROMEDIO DIARIO ANUAL ( Qm )

Se define como el resultado de una estimación del consumo per cápita para la poblaciónfutura del periodo de diseño, y se determina mediante la expresión:

Donde: Qm = Consumo promedio diario ( l / s )Pf = Población futuraD = Dotación ( l / hab / día)

Qm = 0.26 ( l / s )

CONSUMO MÁXIMO DIARIO (Qmd), HORARIO (Qmh) Y MAXIMORUM (Qmm)

Donde:Qm = Consumo promedio diario ( l / s )Qmd = Consumo máximo diario ( l / s )Qmh = Consumo máximo horario ( l / s )Qmm = Consumo máximo maximorum ( l / s )K1,K2,k3 = Coeficientes de variación

Valores recomendados y mas utilizados son:K1 = 1.3 K2 = 1.8 K3 = 2.34

Qmd= 0.34 ( l / s ) Demanda de agua oo o

Qmh= 0.47 ( l / s )

Se definen como el día de máximo consumo de una serie de registros observados durante los 365 días del año, y la hora de máximo consumo del día de máximo consumo respectivamente.

; ;

El valor de K1 para pob. rurales varia entre 1.2 y 1.5; y los valores de K2 varían desde 1 hasta 4. (dependiendo de la población de diseño y de la región); K3=K1*K2

)1000

rt1(PaPf

864000

D.PfQm

QmkQmh 2

QmkQmd 1

QmkQmh 2 QmkQmm 3QmkQmd 1

Qmh= 0.61 ( l / s )

C .- AFORO

DESCRIPCION CAUDAL COMENTARIOFuente: Manantial 2.15 l/s Fuente de abastacemiento (ojo de agua)

Q = 2.15 lts/seg. Oferta de Agua

2.15 > 0.340 OK!

QmkQmh 2

QmkQmm 3

MEMORIA DE CALCULO - RESERVORIO

DATOS GENERALES DEL PROYECTODOTACION FUTURA : 50 l/hab/dia CAUDAL PROMEDIO : 0.26 l/sPOBLACION FUTURA : 455 hab. CAUDAL MAXIMO : 0.47 l/s

I.- DISEÑO HIDRAULICO DEL RESERVORIO

A .- GENERALIDADES:

Las funciones básicas de un reservorio son: - Compensar las variaciones en el consumo de agua durante el día. - Tener una reserva de agua para atender los casos de incendio. - Disponer de un volumen adicional para casos de emergencias y/o reparaciones del sistema. - Dar una presión adecuada a la red de distribución.

B .- CÁLCULO DEL VOLUMEN DE ALMACENAMIENTO DEL RESERVORIO

VOLUMEN DE REGULACION:

Vol. Reg. = 25% ( Consumo Medio Diario)

Vol Reg. = 0.25*PfxDotación Vol Reg. = 5.69 m3.

VOLUMEN DE INCENDIO:

Poblacion Vol. Extincion de Incendio< 10000 -

10000 < P < 100000 2 grifos (hidrantes) tmin=2horas(Q=15lt/seg)> 100000 tmin.=2horas; zona resid.: 2 grifos; zona industrial:3 grifos.

Vol. Incendio = 10.00 m3

VOLUMEN DE RESERVA:

Se analiza los siguientes casos:

1.90 m3

1.88 m3

2.81 m3

De los tres casos analizados se toma el mayor 2.81 m3

Vol. Almac.= 18.50 m3

Vol. Almac.= 50.00 m3

Un sistema de abastecimiento de agua potable requerirá de un reservorio cuando el rendimiento de la fuente sea menor que el caudal

VOL. ALM. = VREG. + VINCENDIO + VRESERVA.

Se obtiene del diagrama de masa. Si es que no se tiene datos para graficar el diagrama de masas se procede de la siguiente manera:

- VRESERVA = 25 % Vol. Total. - VRESERVA =

- VRESERVA = 33 % ( Vol.Regulacion + Vol. Incendio). - VRESERVA =

- VRESERVA = Qp x t ---------> 2 horas < t < 4 horas - VRESERVA =

-VRESERVA =

Se asume este volumen que que tiene las siguientes dimensiones 5.00x5.00x2.00m

GEOMETRIA DEL TANQUE ELEVADO.

DATOS :

D 50.00

5.00 [m]

Geometria :

- Adoptamos el promedio como diametro interno:

d 1.50 [m]

H h - El espesor de la chimenea:e = 0.12 [m]

- El diametro externo es:

1.74 [m]

Geometria cascara cilindrica:a c h3

e

b y - Para H adoptamos: H = 2.00 [m]

LHa

0.35 [m]

0.50 [m]

- Calculo del diametro:

5.90 [m]

- El diametro interno adoptado: 6.60 [m]

- Espesor de la cascara cilindrica: e = 0.20 [m]

- El diametro medio es: 6.80 [m]

- El diametro externo: 7.00 [m]

- Calculo de L: L = 4.08 [m]

- L adoptado: L = 4.00 [m]

- El volumen total sera:

- Donde:

20.38 [m3]

63.67

43.29 [m3]

- Debe cumplirse que:

63.67 ≥ 50.00 O.K.

Geometria de la cascara esferica de cubierta :

Vtanque = [m3]

Ha =

- Para el valor de d :

dint =

dext =

- Los valores de h1 y h2 varian entre los siguientes valores:

- Para h1 adoptamos: h1 =

- Para h2 adoptamos: h2 =

Dint =

Dint =

Dmed =

Dext =

V1 =

Vtanque = [m3]

V2 =

Ri

[m] 2.400.60d

[m] 4.5-2.0h

:m 1000 y 75 entre volumenes con tanques Para 3

[m] 0.600.20h1

[m] 1.000.30h2

medD0.6L

21tanque VVV

2ext

21 dL

4

hπV

22int2 LD

4hπ

V

nominal tanquecalculado tanque V V

15

- Calculo de f: f = 0.91 [m] 1.70 [m]

6.8 [m] j 30.00 º

D linterna = 1.74 [m] ® 7.35 º

26.57

Geometria de la casacara troncoconica de fondo:

- Calculo de b: 1.40 [m]

40.00

- Calculo de a: a = 1.17 [m]

- Calculo de c: c = 1.83 [m]

Geometria cascara esferica de fondo:

- Calculo de Ri:

tomando: Þ q 60.71

Ri = 2.29 [m]

- Calculo de y: ® y = 1.12 [m]

- El valor de a adoptado es: a = o

f adopt =

Rm =

jo

- Para f adoptado el valor de a es: a = o

bm =

- El valor de b adoptado es: b = o

o

α tan2

Df med

2

LsenφRi q β cot

VV

θ cot2

1

cosφRiy

f

fDRm 8

4 22

m

m

R

Darcsen

2j

V2V1

D

h2

d

h1

f

h

H

a

a

b

q

o

b

y

e

h3

Ha

L

j

jo

DISEÑO DE LINTERNA DE CUBIERTA

Materiales:- Hormigon H - 25- Acero AH- 400

Diseño de la tapa (losa):

- Analisis de cargas:

Espesor [m]

Losa 0.08 25 2.00

0.03 20 0.60Impermeabilizante 0.005 10 0.05

Total g 2.65

Carga de servicio q 2.00

TOTAL 4.65

- Geometria:

- Solicitaciones de la losa (adoptamos dimensiones de una losa cuadrada que inscribe a la losa circular real)

- Considerando los 4 apoyos libres:

lx = 1.62 [m]ly = 1.62 [m]e 1.00

- De tablas de Marcus:mx = 27.40my = 27.40

mxy = 24.001.35

- La carga uniforme sera: K = 12.20

- Momentos: Mx' = My' = 0.601 [KN-m/m]

P. Esp. [KN/m3]

Carga Sup. [KN/m2]

Ho de pendiente

[KN/m2]

[KN/m2]

k =

ly

lx

0.1

0.50

0.1

0.12 0.12 1.50 0.12 0.12

d medio=1.62

0.08

Diseno en estado limite de servicio (E.L.S.)

- Calculo de las tensiones limite:

® 266.67 [Mpa]

201.63 [Mpa]

® 201.63 [Mpa]

® 2.10 [Mpa]

® 15.00 [Mpa]

b = 1 [m]h = 0.08 [m] ® 0.00082833d = 0.06 [m]

- Valores de la tabla ESTADO LÍMITE DE SERVICIO: ® 0.9503

As = 0.52

Diseno en estado limite último (E.L.U.)

- Análisis de cargasg 3.58q 3.00

Total 6.58

- Considerando los 4 apoyos libres:

lx = 1.62 [m]ly = 1.62 [m]e 1.00

- De tablas de Marcus:mx = 27.40my = 27.40

mxy = 24.001.35

- La carga uniforme sera: K = 17.26

- Momentos: Mx' = My' = 0.850 [KN-m/m]

Datos:Materiales:

Hormigon: H - 25 1.67

Acero: B - 400 34.78

1.5 1.74 %

1.15

Geometría:

sy =

m =

b1 =

[cm2/m]

[KN/m2]

k =

fcd = KN/cm2

fyd = KN/cm2

gc = eyd =

gs =

jf t

fefs

,6.1110

3

2

'06.06.0, fcjf t

'60.0 fcfc

ydb

M

sm

2

yd

MAs

sb

1

Base: b = 100 cmAltura: h = 8 cm

Rec.Mec: r = 2 cm

Solicitaciones:

0.850 KN-mDiseño:

0.014175 Profundidad del 0.021023 eje neutro:

x = 0.126137299y 0.8

Calculo de As Nc = 14.296 KN

10 %

14.296 KN

s1 34.783

0.4110

- La cuantía mínima será:

0.60

- Debido a que la armadura calculada es pequeña por efectos de retracción adoptamos los siguientes valores:

6 c/ 15

As = 1.88

Aº interrumpida 4 6

Aº refuerzo 2 12

Diseño de viga de apoyo.

- Análsis de cargas:

Carga de losa

1.05 [m]

Md =

m =a =

es1 =

Ns1 =

KN/cm2

Asnec = cm2

Amin = cm2

cm2

- Debido a la presencia de la abertura en la losa, para la inspección, de dimensiones 60 x 60 debemos colocar una armadura de refuerzo

Las secciones de armaduras interrumpidas deben reemplazarse por secciones equivalentes de refuerzo distribuidos por igual a cada lado del orificio

d med =

60/60

x

sy ld

x 2dy

P. losa = 4.65 [KN/m2]q = 4.88 [KN/m]

Peso propio vigah = 0.12 [m]b = 0.1 [m]

P esp. = 25g = 0.3 [KN/m]

TOTAL 5.18 [KN/m]

- Solicitaciones

- Momento isostático

Mt = 0.716 [KN-m]

Diseno en estado limite de servicio (E.L.S.)

- Calculo de las tensiones limite:

® 266.67 [Mpa]

201.63 [Mpa]

® 201.63 [Mpa]

® 2.10 [Mpa]

® 15.00 [Mpa]

b = 0.12 [m]h = 0.18 [m] ® 0.00132d = 0.15 [m]

Valores de la tabla ESTADO LÍMITE DE SERVICIO: ® 0.9380

[KN/m3]

sy =

m =

b1 =

1.27 1.27 1.27 1.27

1.05 1.05 1.05

0.30 [KN/m]

5.18 [KN/m]

jf t

fefs

,6.1110

3

2

'06.06.0, fcjf t

'60.0 fcfc

ydb

M

sm

2

yd

MAs

sb

1

As = 0.25

Diseno en estado limite último (E.L.U.)

Análisis de cargasg 0.41q 7.32

Total 7.73

Momneto isostático

Mt = 1.046 [KN-m]

Datos:Materiales:

Hormigon: H - 25 1.67

Acero: B - 400 34.78

1.5 1.74 %

1.15

Geometría:Base: b = 12 cmAltura: h = 18 cm

Rec.Mec: r = 3 cm

Solicitaciones:

1.046 KN-mDiseño:

0.023244 Profundidad del 0.034665 eje neutro:

x = 0.519967687y 0.8

Calculo de As Nc = 7.072 KN

10 %

7.072 KN

s1 34.783

0.2033

- La cuantía mínima será:

[cm2]

[KN/m]

fcd = KN/cm2

fyd = KN/cm2

gc = eyd =

gs =

Md =

m =a =

es1 =

Ns1 =

KN/cm2

Asnec = cm2

yd

MAs

sb

1

0.41 [KN/m]

7.73 [KN/m]

0.39

Armadura 2 8

Diseño de paredes

- Analisis de cargas:

- De la losa:diam = 1.98 [m]

g = 2.65

8.16 [KN]

- De la viga:perímetro = 5.09 [m]

1.53 [KN]

- Precio propio:G = 4.5 [KN]

14.19 [KN]

El diseño se lo realiza por cuantía mínima: q = 2.00

b = 0.12 [m] Q = 6.16 [KN]l = 0.75 [m]

A min = 6.96 ® 8 12

Amin = cm2

[KN/m2]

G losa=

G viga=

G TOTAL =

[KN/m2]

[cm2]

lbA 8min

0.75

pared