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DE SANEAMIENTO PARA EL ÁMBITO RURAL
ANEXO. COMPONENTES HIDRÁULICOS DEL SISTEMA DE AGUA POTABLE
- BARRAJE FIJO SIN CANAL DE DERIVACION
- BARRAJE FIJO SIN CANAL DE DERIVACION........................................................................ INDICE
- 1 MEMORIA DESCRIPTIVA........................................................................................................
- 1.1 BARRAJE FIJO SIN CANAL DE DERIVACION PARA Q=0.50 LPS.........................................
- 1.2 BARRAJE FIJO SIN CANAL DE DERIVACION PARA Q=1.0 LPS...........................................
- 1.3 BARRAJE FIJO SIN CANAL DE DERIVACION PARA Q=1.5 LPS...........................................
- 2 MEMORIA CÁLCULO HIDRAÚLICO........................................................................................
- 2.1 BARRAJE FIJO SIN CANAL DE DERIVACION PARA Q=0.50 LPS.........................................
- 2.2 BARRAJE FIJO SIN CANAL DE DERIVACION PARA Q=1.00 LPS.......................................
- 2.3 BARRAJE FIJO SIN CANAL DE DERIVACION PARA Q=1.5 LPS.........................................
- 3 MEMORIA CÁLCULO ESTRUCTURAL Q=0.50 LPS, Q=1.00 LPS y Q=1.50 LPS...............
- 3.1 GENERALIDADES..................................................................................................................
- 3.2 CALCULOS ESTRUCTURALES DE LA CAMARA HUMEDA.................................................
- 3.3 CÁLCULOS ESTRUCTURALES DE LA CÁMARA SECA.......................................................
- 3.4 CALCULOS ESTRUCTURALES DEL BARRAJE EN EL RIO.................................................
- 4 METRADOS............................................................................................................................
- 4.1 METRADOS CAPTACIÓN TIPO SIN CANAL DE DERIVACIÓN Q=0.50 LPS........................
- 4.2 METRADOS CAPTACION TIPO SIN CANAL DE DERIVACION Q=1.00 LPS........................
- 4.3 METRADOS CAPTACION TIPO SIN CANAL DE DERIVACION Q=1.50 LPS........................
- 5 ESTRUCTURA DE PRESUPUESTOS....................................................................................
- Q=0.50 LPS..................................................................................................................................... 5.1 ESTRUCTURA DE PRESUPUESTOS CAPTACION TIPO SIN CANAL DE DERIVACION
- Q=1.00 LPS..................................................................................................................................... 5.2 ESTRUCTURA DE PRESUPUESTOS CAPTACION TIPO SIN CANAL DE DERIVACION
- Q=1.50 LPS..................................................................................................................................... 5.3 ESTRUCTURA DE PRESUPUESTOS CAPTACION TIPO SIN CANAL DE DERIVACION
- 6 ESPECIFICACIONES TÉCNICAS..........................................................................................
- 7 MANUAL DE OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO................................................................
- 7.1 CONSIDERACIONES............................................................................................................
- 7.2 OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO.......................................................................................
- 8 PLANOS................................................................................................................................
DE SANEAMIENTO PARA EL ÁMBITO RURAL
01. BARRAJE FIJO SIN CANAL DE DERIVACION
1 MEMORIA DESCRIPTIVA
1.1 BARRAJE FIJO SIN CANAL DE DERIVACION PARA Q=0.50 LPS
1.1.1 Introducción Muchas comunidades rurales y ciudades de nuestro país están situados a lo largo de ríos o lagos, sin embargo, la carencia de registros hidrológicos de estos cuerpos de agua, obliga a los Proyectistas, a realizar una concienzuda investigación de las fuentes y hacer proyecciones. Por otro lado, lo ideal sería que los aforos se efectuaran en la temporada crítica de rendimientos que corresponde a los meses de estiaje y lluvias, con la finalidad de conocer los caudales mínimos y máximos. El valor del caudal mínimo debe ser mayor que el consumo máximo diario (Qmd) con la finalidad de cubrir la demanda de agua de la población futura. Se recomienda a los proyectistas, como información secundaria, preguntar a los pobladores de mayor edad del centro poblado rural donde se haga el proyecto, acerca del comportamiento y las variaciones de caudal que pueden existir en el manantial, ya que ellos conocen con mayor certeza las diferentes variaciones de la fuente(s) de agua que se deben evaluar. 1.1.2 Aspectos Legales La(s) fuente(s) de agua seleccionada debe(n) estar totalmente saneada(s), debiendo estar claramente definida su propiedad y uso, siendo necesario resolver los derechos del agua a pesar de no ser responsabilidad del proyectista. Deben establecerse acuerdos entre el propietario de la(s) fuente(s) y la comunidad, no debiendo existir ningún tipo de conflictos para su uso, explotación, acciones de operación y mantenimiento. 1.1.3 Justificación El Ministerio de Vivienda, Construcción y Saneamiento (MVCS) a través del Programa Nacional de Saneamiento Rural (PNSR) busca estandarizar diversos componentes hidráulicos, entre los cuales se encuentra las Galerías Filtrantes. En tal sentido el PNSR desarrolló la ingeniería de las Captaciones tipo Barraje para caudales de 0.50 lps, 1.00 lps y 1.50 lps, a fin de proveer a los proyectistas y consultores de material técnico básico estandarizado, que les permitirá uniformizar criterios de diseño, metrados y presupuestos para este componente. Sin embargo, el Consultor/ proyectista, debe considerar esta información como una guía básica, cuyos criterios de diseño deben ser validados con las condiciones del área del proyecto a desarrollar.
DE SANEAMIENTO PARA EL ÁMBITO RURAL 1.2 BARRAJE FIJO SIN CANAL DE DERIVACION PARA Q=1.0 LPS 1.2.1 Introducción Muchas comunidades rurales y ciudades de nuestro país están situados a lo largo de ríos o lagos, sin embargo, la carencia de registros hidrológicos de estos cuerpos de agua, obliga a los Proyectistas, a realizar una concienzuda investigación de las fuentes y hacer proyecciones. Por otro lado, lo ideal sería que los aforos se efectuaran en la temporada crítica de rendimientos que corresponde a los meses de estiaje y lluvias, con la finalidad de conocer los caudales mínimos y máximos. El valor del caudal mínimo debe ser mayor que el consumo máximo diario (Qmd) con la finalidad de cubrir la demanda de agua de la población futura. Se recomienda a los proyectistas, como información secundaria, preguntar a los pobladores de mayor edad del centro poblado rural donde se haga el proyecto, acerca del comportamiento y las variaciones de caudal que pueden existir en el manantial, ya que ellos conocen con mayor certeza las diferentes variaciones de la fuente(s) de agua que se deben evaluar. 1.2.2 Aspectos Legales La(s) fuente(s) de agua seleccionada(s) debe(n) estar totalmente saneada(s), debiendo estar claramente definida su propiedad y uso, siendo necesario resolver los derechos del agua a pesar de no ser responsabilidad del proyectista. Deben establecerse acuerdos entre el propietario de la(s) fuente(s) y la comunidad, no debiendo existir ningún tipo de conflictos para su uso, explotación, acciones de operación y mantenimiento. 1.2.3 Justificación El Ministerio de Vivienda, Construcción y Saneamiento (MVCS) a través del Programa Nacional de Saneamiento Rural (PNSR) busca estandarizar diversos componentes hidráulicos, entre los cuales se encuentra las Galerías Filtrantes. En tal sentido el PNSR desarrolló la ingeniería de las Captaciones tipo Barraje para caudales de 0.50 lps, 1.00 lps y 1.50 lps, a fin de proveer a los Consultores de material técnico que les permitirá uniformizar criterios de diseño, metrados y presupuestos para este componente. Sin embargo, el Consultor/ proyectista, debe considerar esta información como una guía básica, cuyos criterios de diseño deben ser validados con las condiciones del área del proyecto a desarrollar. 1.2.4 Población, periodos y caudales de diseño Población de Diseño Se adoptará el criterio más adecuado para determinar la población futura, tomando en cuenta para ello datos censales y proyecciones u otra fuente que refleje el crecimiento poblacional, los que deben debidamente sustentados.
DE SANEAMIENTO PARA EL ÁMBITO RURAL Periodo de Diseño El periodo de diseño se debe determinar considerando los siguientes factores:
- Vida útil de las estructuras y equipos.
- Grado de dificultad para realizar la ampliación de la infraestructura.
- Crecimiento poblacional.
- Capacidad económica para la ejecución de obra. Para este componente se recomienda en periodo de diseño de 20 años. Dotación Para determinar los caudales de diseño, se deben considerar las dotaciones recomendadas en la “GUIA DE OPCIONES TECNOLÓGICAS PARA SISTEMAS DE ABASTECIMIENTO DE AGUA PARA CONSUMO HUMANO Y SANEAMIENTO EN EL AMBITO RURAL”, aprobada con R.M. N° 173-2016-VIVIENDA o sus respectivas actualizaciones y normatividad sectorial vigente. Caudales de Diseño Para el presente documento, se estableció la utilización de los siguientes caudales: Qmd : 1.00 lps. Además según el aforo de la fuente en época de avenida y estiaje, se obtuvo los caudales siguientes: Qmax fuente : 150 lps Qmin fuente : 130 lps
DE SANEAMIENTO PARA EL ÁMBITO RURAL Periodo de Diseño El periodo de diseño se debe determinar considerando los siguientes factores:
- Vida útil de las estructuras y equipos.
- Grado de dificultad para realizar la ampliación de la infraestructura.
- Crecimiento poblacional.
- Capacidad económica para la ejecución de obra. Para este componente se recomienda en periodo de diseño de 20 años. Dotación Para determinar los caudales de diseño, se deben considerar las dotaciones recomendadas en la “GUIA DE OPCIONES TECNOLÓGICAS PARA SISTEMAS DE ABASTECIMIENTO DE AGUA PARA CONSUMO HUMANO Y SANEAMIENTO EN EL AMBITO RURAL”, aprobada con R.M. N° 173-2016-VIVIENDA o sus respectivas actualizaciones y normatividad sectorial vigente. Caudales de Diseño Para el presente documento, se estableció la utilización de los siguientes caudales: Qmd : 1.50 lps. Además según el aforo de la fuente en época de avenida y estiaje, se obtuvo los caudales siguientes: Qmax : 225 lps Qmin : 195 lps
DE SANEAMIENTO PARA EL ÁMBITO RURAL
2 MEMORIA CÁLCULO HIDRAÚLICO
2.1 BARRAJE FIJO SIN CANAL DE DERIVACION PARA Q=0.50 LPS
2.1.1 Ancho del encauzamiento Caudal de diseño: Q = 0.0005 m3/s a = 0.75 Parámetro que caracteriza al cauce de la quebrada (zona de planicie) Br = 2.00 m Ancho de la Quebrada S = 0.001 Pendiente de la Quebrada Ilustración 1 Ancho del encausamiento Elaboración: Programa Nacional de Saneamiento Rural 2.1.2 Tirante de la Quebrada Tirante Normal de la Quebrada n = 0.05 Material considerado Br = 2.00 m Ancho de la quebrada Qrio = 0.075 m3/s Caudal que transporta la quebrada Srio = 0.0010 Pendiente de la quebrada g= 9.81 m/s^2 Ilustración 2 Tirante de la Quebrada Elaboración: Programa Nacional de Saneamiento Rural Luego por tanteo o por Hcanales Tabla 1 Verificación de Tirante de la Quebrada QR Br n S Ynr Q QR - Qi = 0.075 2.00 0.05 0.0010 0.1973 0.075 0. OK Elaboración: Programa Nacional de Saneamiento Rural
( Br .Y nr )
5 / 3
. S
1 / 2
n ( 2 Y nr + B )
QR = 2 / 3
A
5 3
. S
1 2
n. P
2 3
DE SANEAMIENTO PARA EL ÁMBITO RURAL
A = b ⋅ hⅆ
V = 1.14 m/s A = 0.52 m^2 Ilustración 4 Calculo Velocidad sobre la Cresta del Azud Elaboración: Programa Nacional de Saneamiento Rural Cálculo de la carga energética (he)
hⅇ = h +
v
2
2 g
he = 0.33 m Cresta del barraje hd = 0.26 m
0.282 x hd =¿ 0.073 m
0.175 x hd =¿ 0.046 m
Luego:
y
'
(
x +0.27 hd
h d
0.35 (^) )
+0.126 hd −0.4315 hd
. ( x +0.27 hd )
y =
x
2. hd
Tabla 2 Valores Perfil Creager-Curva Y´ y' x y -0.07 -0. -0.06 -0. -0.05 -0. -0.0 -0. Elaboración: Programa Nacional de Saneamiento Rural Ilustración 5 Curva Creager Y´
DE SANEAMIENTO PARA EL ÁMBITO RURAL -0.08 -0.07 -0.06 -0.05 -0.04 -0.03 -0. -0. -0. -0. -0. -0. -0. -0. 0 Perfil Creager - Curva Y' Elaboración: Programa Nacional de Saneamiento Rural Tabla 3 Valores Perfil Creager-Curva Y´ y x y 0.01 -0. 0.05 -0. 0.2 -0. 0.4 -0. 0.5 -0. 0.6 -0. 0.8 -1. 1 -1. 1.05 -1. 1.1 -1. 1.15 -2. 1.2 -2. 1.25 -2. 1.4 -2. Elaboración: Programa Nacional de Saneamiento Rural Ilustración 6 Perfil Creager – Curva Y´ 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1. -3.
-2.
-1.
-0. 0 Perfil Creager - Curva Y' Elaboración: Programa Nacional de Saneamiento Rural Altura del azud Ilustración 7 Altura del Azud Elaboración: Programa Nacional de Saneamiento Rural Dónde: Z = Altura del vertedero (m) Br = Ancho del encauzamiento (m)
DE SANEAMIENTO PARA EL ÁMBITO RURAL Entonces: (2.00 – Ld) = 1.50 m 2.1.4 Diseño del Colchón Disipador Fórmula aproximada de Merriam
h 2 =0.
q
√ h 1
q = Q = B
Donde: V = 1.14 m/s Q = 0.08 m3/s Br = 2.00 m h1 = Tirante contrario o espesor de la lámina vertiente al pie del azud h2 = Profundidad agua abajo Ynr = 0.20 m g = 9.81 m/s^2 q = Caudal especifico de agua sobre el azud Para este cálculo efectuamos tanteo suponiendo un Δh aproximado Δh = 0.066 m Velocidad de caída será: V (^) 1 =√ 2 ⋅ g ⋅ Δh V1 = 1.14 m/s q = AV1 = (h11.00)*V1 (Caudal por un metro de ancho)
q =
Qrio
Br
q = 0.038 m^3 /s h1 = 0.10 m asumido Reemplazando en la Fórmula de Merriam:
h 2 =0.
q
√ h 1 h 2 = 0.053 m La altura de agua He sobre el lecho de la quebrada aguas arriba es:
H e = P + hd +
V
2
2 g
DE SANEAMIENTO PARA EL ÁMBITO RURAL He = 1.18 m Por tanto, la profundidad del colchón será:
H e − ∆ h − h 1 =¿ He = 1.010 m
La profundidad de aguas abajo será: Tagua abajo = 0.20 m h´ 2 = He - Tagua abajo = -1.21 m De acuerdo a la fórmula de Merriam, el requerimiento de aguas abajo es: Si: h2 > h'2 Cumple la condición de diseño. Si: h2 < h'2 No Cumple la condición de diseño.
h 2 =0.
q
√ h 1 0.053 m > -1.21 m Cumple!! Si no cumpliese la condición se debe aumentar la profundidad del colchón en su respectiva diferencia. Longitud del colchón Disipador Ilustración 8 Calculo Longitud Colchón Disipador Elaboración: Programa Nacional de Saneamiento Rural L =4h 2 = 0.2135m Longitud promedio L =5(h 2 -h 1 ) = -0.2332m Lcd = 0.223 m F1 =v1/ (gh 1 ) ^0.5 = 1.1489 m L =6h1*F1 = 0.6893 m Tomamos Lcd = 0.20 m Cálculo de la longitud de protección y enrocado
Ls =0.6 C. D
1 / 2 [
(
q. Db
D 1 ) 1 / 2
]
DE SANEAMIENTO PARA EL ÁMBITO RURAL R = Radio de enlace (m) V = velocidad en 1(pie/s) = 4 pies/s hd = (pies) = 0.85 pies Ilustración 9 Calculo Radio de Enlace (V1 > 1.5 m/s) Elaboración: Programa Nacional de Saneamiento Rural Dónde:
V 1 =
Q
A 1
Q
h 1. Br
V1 = 0.38m/s V1 = 1pie/s Luego hd = 2.80 pie Reemplazando R = 0.53 m 2.1.5 Bloque de amortiguamiento Ilustración 10 Esquema Bloques de Amortiguamiento
DE SANEAMIENTO PARA EL ÁMBITO RURAL Elaboración: Programa Nacional de Saneamiento Rural Datos: d1 = 0. d2 = -1. F= 1. De la figura 12 del libro Bocatomas-Ing. Msc. José Arbulu Ramos Altura de los bloques amortiguadores y del umbral terminal h3 / d1 = 1.40 h3=0.14m h4 /d1 = 1.25 h4=0.13m
DE SANEAMIENTO PARA EL ÁMBITO RURAL hm = Altura desde el medio de la ventana hasta N.A hm = 0.46m hv = Alto de la ventana hv = 0.10m (Se estima 0.10-0.30m) L = Longitud de la ventana A = Área de la ventana = hv x L = 0.10 x L Despejando:
L =
Qo
C. hv. (^) √2. g. hm L = 0.03 m Consideramos para este caso el ancho de la ventana L = 0.20m L = 0.20 m hv = 0.10 m
DE SANEAMIENTO PARA EL ÁMBITO RURAL 2.2 BARRAJE FIJO SIN CANAL DE DERIVACION PARA Q=1.00 LPS 2.2.1 Ancho del encauzamiento Caudal de diseño: Q = 0.0005 m3/s a = 0.75 Parámetro que caracteriza al cauce de la quebrada (zona de planicie) Br = 2.00 m Ancho de la Quebrada S = 0.001 Pendiente de la Quebrada Ilustración 13 Ancho del encausamiento Elaboración: Programa Nacional de Saneamiento Rural 2.2.2 Tirante de la Quebrada Tirante Normal de la Quebrada n = 0.05 Material considerado Br = 2.00 m Ancho de la quebrada Qrio = 0.150 m^3 /s Caudal que transporta la quebrada Srio = 0.0010 Pendiente de la quebrada g = 9.81 m/s^2 Ilustración 14 Tirante de la Quebrada Elaboración: Programa Nacional de Saneamiento Rural Luego por tanteo o por Hcanales Tabla 5 Verificación de Tirante de la Quebrada QR Br n S Ynr Q QR - Qi = 0.150 2.00 0.05 0.0010 0.31 0.150 0. OK Elaboración: Programa Nacional de Saneamiento Rural
( Br .Y nr )
5 / 3
. S
1 / 2
n ( 2 Y nr + B )
QR = 2 /^3
A
5
3. S
1 2
n. P
2 3
