acueductos ing roberto salazar cano

PROLOGO Con base en su experiencia en labores de Docencia y Consultora, el autor, ha querido plasmar las mismas desarrollando este texto de una manera fcil y asequible, como respuesta a la necesidad de capacitar a los estudiantes de Ingeniera Civil, Sanitaria y que sirva de consulta a los profesionales y personas que de una u otra forma tienen que ver con el suministro de agua. En razn de la acogida que tuvo este texto en su primera edicin, teniendo en cuenta las sugerencias recibidas y la necesidad de adaptarse a la nueva normatividad vigente en relacin con los sistemas de abastecimiento, el autor presenta a consideracin esta segunda edicin con una recopilacin de los principales aspectos de diseo del Reglamento Tcnico del sector de agua potable y Saneamiento Bsico en sus ttulos A y B (RAS 2000). El texto se divide en nueve captulos en los cuales se fijan las pautas para la planeacin y diseo de sistemas de abastecimiento de agua, tanto en el medio rural como urbano, dando ejemplos y alternativas para cada uno de los componentes, dependiendo de las condiciones y del tipo de abastecimiento, tomando como base las normas generales que para el diseo de acueductos rigen en nuestro pas. Se anexan en la publicacin una serie de tablas y figuras con el objeto de hacer ms compresibles los temas y para que se posea informacin suficiente en la realizacin de diseos. Espero contar con sus sugerencias y crticas constructivas que se desprendan de esta segunda publicacin para en el futuro tenerlas en cuenta y mejorar la misma. Por ltimo deseo expresar mis agradecimientos a la seora Ana Luca Salas en la parte de transcripcin de texto, a los Ingenieros Jairo Burbano, Eliana Karina Tllez y Hugo H. Ortiz O., en la parte de texto, graficacin, tablas y ayudas, quienes ejecutaron este dispendioso trabajo y a los estudiantes de Sanitaria en Ingeniera Civil por el apoyo brindado a cuya formacin he dedicado este esfuerzo. A mi familia quien me apoy constantemente en esta ardua tarea y muy especialmente a mi hija Lorena quien colabor en la transcripcin, revisin del texto y sugerencias. Desde siempre Roberto Salazar Cano. San Juan de Pasto 2004.

TABLA DE CONTENIDO Pg. 1 INTRODUCCION

1.1 Generalidades 1 1.2 Normas a utilizar 1 1.3 Determinacin del Nivel de Complejidad 2 1.3.1 Nivel de Complejidad del Sistema 2 1.3.2 Asignacin del Nivel de Complejidad del Sistema 2 1.3.3 Modificaciones del Nivel de Complejidad del Sistema 3

2 INVESTIGACION PRELIMINAR

2.1 Descripcin de la Localidad y de la Zona del Proyecto 4 2.1.1 Climatologa 4 2.1.2 Geologa y Suelos 4 2.1.3 Topografa 5 2.1.4 Recursos Hdricos 5 2.1.5 Descripcin de la Infraestructura Existente 5 2.1.6 Caractersticas Socioeconmicas 5 2.1.7 Comunicaciones 5 2.1.8 Vas de Acceso 5

2.1.9 Disponibilidad de Mano de Obra 5 2.1.10 Disponibilidad de Materiales de Construccin 6 2.1.11 Disponibilidad de Energa Elctrica 6 2.1.12 Aspectos Urbansticos 6

6.1.13 Aspectos Demogrficos 6 6.1.14 Condiciones Sanitarias Existentes 6 2.1.15 Posibles Fuentes de Abastecimiento 7 2.1.16 Seleccin de la Fuente 8 2.1.17 Alternativa de Proyecto 8 2.2 Marco Institucional 8 2.2.1 Definicin de Responsabilidades 8 2.2.2 Caractersticas de la Entidad Ejecutora 8 2.2.3 Participacin Comunitaria 9 2.3 Evaluacin Socioeconmica 9 2.3.1 Alcance 9 2.3.2 Anlisis de Costo Eficiencia 9 2.3.3 Anlisis de Costo Mnimo de Expansin de Capacidad 9 2.4 Planos 10 2.5 Memorias 10 2.6 Archivo de Manuales, Planos y Catastros Para Contingencias por Desastre natural o Provocado 11

3 CRITERIOS BSICOS DE DISEO

3.1 Procedimiento General de Diseo de los Sistemas de Acueducto 13 3.2 Factores Bsicos de Diseo 15 3.2.1 Perodo de Diseo 15 3.2.1.1 Perodo de Diseo de la Captacin de Agua Superficial 15

Pg. 3.2.1.2 Perodo de Diseo de Pozos Profundos de Captaciones de Agua

Subterrnea 16 3.2.1.3 Perodo de Diseo de Pozos Excavados Para Captacin de Agua

Subterrnea 16 3.2.1.4 Perodo de Diseo de las Aducciones o Conducciones 16 3.2.1.5 Perodo de Diseo de Tanques de Almacenamiento y Compensacin 17 3.2.1.6 Perodo de Diseo de las Redes de Distribucin 17 3.2.1.7 Perodo de Diseo de las Estaciones de Bombeo 18 3.2.1.8 Vida til 19

3.3 Poblacin Futura 21 3.3.1 Anlisis de la Poblacin 21 3.3.1.1 Ncleo Rural 21 3.3.1.2 Ncleo Urbano 21 3.3.1.2.1Censos 22 3.3.2 Clculos de la Poblacin 22 3.3.2.1 Mtodos Grficos 22 3.3.2.2 Mtodos Matemticos 25 3.3.2.3 Mtodos Empricos Para Perodos Largos 32 3.3.2.4 Ajuste por Poblacin Flotante y Poblacin Migratoria 34 3.3.2.5 Etnias Minoritarias 34 3.4 Consumo de Agua 34 3.4.1 Consumo de Agua Para Varios Fines 35 3.4.1.1 Uso Domstico 35 3.4.1.2 Uso Comercial 36 3.4.1.3 Uso Industrial 37 3.4.1.4 Uso Rural 37 3.4.1.5 Uso para Fines Pblicos 37 3.4.1.6 Uso Escolar 37 3.4.1.7 Uso Institucional 37 3.5 Dotacin Neta 37 3.5.1 Dotacin Neta Mnima y Mxima 38 3.5.2 Estimacin de la Dotacin Neta Segn Registros Histricos 38 3.5.3 Estimacin de la Dotacin Neta por Comparacin con Poblaciones similares 39 3.5.4 Correcciones a la Dotacin Neta 39 3.5.4.1 Efectos del Tamao de la Poblacin en la Dotacin Neta 39 3.5.4.2 Efectos del Clima en la Dotacin Neta 40 3.5.4.3 Correccin por Sistema de Alcantarillado Existente 40 3.6 Prdidas 40 3.6.1 Prdidas en a Aduccin (Agua Cruda) 40 3.6.2 Necesidades en la Planta de Tratamiento 40 3.6.3 Prdidas en la Conduccin (Agua Tratada) 40 3.6.4 Prdidas Tcnicas en el Sistema de Acueducto 41 3.6.5 Prdidas Comerciales 41 3.7 Dotacin Bruta 41 3.8 Parmetros de Diseo 43

3.8.1 Consumos 43 3.8.1.1 Consumo Medio Diario 43 3.8.1.2 Consumo Mximo Diario 43 3.8.1.3 Consumo Mximo Horario 43 3.8.1.4 Dotacin 43 3.8.2 Coeficientes de Consumo 44 3.8.2.1 Coeficientes de Consumo Mximo Diario 44

Pg. 3.8.2.2 Coeficientes de Consumo Mximo Horario con Relacin al Consumo

Mximo Diario 44 3.8.2.3 Coeficientes de Consumo Mximo Horario 44 3.8.2.4 Determinacin del Consumo Mximo Diario 44 3.8.2.5 Estimacin del Coeficiente de Consumo Mximo Horario con Relacin

Al Consumo Mximo Diario 44 3.8.2.6 Relacin Entre las Diferentes Demandas 44 4 COMPONENTES DE UN SISTEMA DE ABASTECIMIENTO

4.1 Capacidad Hidrulica de los Componentes de un Sistema de Abastecimiento 48

4.1.1 Segn Normas INSFOPAL 48 4.1.2 Segn Normas del Decreto 9095 49 5. CAPTACIONES

5.1 Recursos de Agua 50 5.2 Tipos de Captaciones 50 5.3 Captaciones Superficiales 51 5.3.1 Localizacin de la Captacin 51 5.3.2 Captaciones Flotantes 54 5.3.3 Torre Toma en Presas Derivadoras 56 5.3.4 Toma de Manantiales 57 5.3.5 Toma de Rejilla 58 5.3.5.1 Aspectos Particulares de las Captaciones de Rejilla 58 5.3.5.2 Elementos de Diseo 59 5.3.6 Captaciones de Fondo 60 5.3.6.1 Diseo de la Rejilla en Barras Paralelas 62 5.3.6.2 Diseo de Rejilla en Platina de Lmina Corrugada 69 5.3.6.3 Clculo de los Vertederos 71 5.3.6.4 Clculo del Canal Recolector 73 5.3.6.5 Caja de Derivacin 74 5.3.7 Captaciones Laterales 90 5.3.8 Captaciones Dinmicas de Lecho Filtrante 96 5.3.8.1 Descripcin General 98 5.3.8.2 Componentes de la Captacin Dinmica 99 5.3.8.3 Consideraciones de Diseo 101 5.3.8.4 Operacin y Mantenimiento 104 5.3.9 Captacin de Aguas Lluvias 106 5.3.10 Captacin de Aguas en el Suelo 110

5.3.11 Otras Alternativas de Captacin Superficial 111 5.3.11.1 Toma Directa 111 5.3.11.2 Captacin con Muelles de Toma 112 5.3.11.3 Captacin por Evaporacin de Agua de Mar 113 5.3.11.4 Captacin por Desalinizacin de Agua de Mar 113 5.3.11.5 Embalses 115 5.3.11.6 Presas 115 5.4 Captaciones Subterrneas 117 5.4.1 Aguas Subterrneas 117 5.4.1.1 Concepto de Acufero 117 5.4.1.2 Estudios Previos 118

Pg.

5.4.1.3 Caractersticas de la Fuente 119 5.4.2 Hidrulica de los Pozos 120 5.4.2.1 Conceptos Generales 120 5.4.2.2 Condiciones de Equilibrio 126 5.4.2.3 Acufero Libre 126 5.4.2.4 Acufero Confinado 128 5.4.2.5 Rejillas 129 5.4.3 Mtodos de Extraccin de Agua Subterrnea 131 5.4.3.1 Galeras de Filtracin 135 5.4.3.2 Pozos Excavados 138 5.4.4 Recarga de Acufero 141 5.4.4.1 Recarga Natural 142 5.4.4.2 Recarga Artificial 142

6 DESARENADORES

6.1 Ubicacin 143 6.2 Capacidad Hidrulica 143 6.3 Estudio de los Desarenadores 147 6.4 Requisitos a Cumplir en el Diseo de un Desarenador 150 6.5 Desarenadores de Plaquetas Inclinadas 163 6.5.1 Descripcin del Sistema 164 6.5.2 Frmulas Bsicas 165 6.5.3 Clculo del rea Total Horizontal del Desarenador 167 6.5.4 Clculo de la Longitud til y de Fondo en la Zona de Placas 167 6.5.5 Parmetros de Diseo 168 6.5.6 Materiales de Construccin 168

7 ADUCCION Y CONDUCCION 7.1 Condiciones Generales 181 7.1.1 Factibilidad de Ampliacin 181

7.1.2 Recomendaciones de Trazado 181 7.1.3 Servicios de Agua Cruda 182 7.1.4 Anlisis Hidrulico 182 7.1.5 Facilidad de Acceso 183 7.1.6 Proteccin Contra la Contaminacin 183 7.1.7 Vulnerabilidad y Confiabilidad 183

7.1.8 Derivaciones de Agua Cruda 183 7.1.9 Tipos de Aducciones y Conducciones 183 7.2 Conduccin por Escurrimiento Libre 184 7.2.1 Mtodos de Clculo 184 7.2.2 Velocidad Mnima 185 7.2.3 Velocidad Mxima 185 7.2.4 Pendiente Mnima 186 7.2.5 Pendiente Mxima 186 7.2.6 Materiales 186 7.2.7 Esfuerzo Cortante Crtico de Arrastre 187 7.2.8 Taludes Laterales 188 7.2.9 Prdidas de Cabeza 189 7.2.10 Transiciones 189 7.2.11 Dispositivos de Derivacin 189 7.2.12 Aislamiento por Contaminacin 189 Pg.

7.3 Conductos a Presin 190 7.3.1 Clculo Hidrulico 191 7.3.1.1 Ecuacin Universal Para Conductos a Presin 191 7.3.1.2 Ecuacin de William Hazen 195 7.3.1.3 Ecuacin Para el Clculo de las Prdidas Menores 196 7.3.2 Anlisis de Costo Mnimo 197 7.3.3 Dimetros Mnimos Para las Tuberas de Aduccin 197 7.3.4 Presin Interna de Diseo de las Tuberas 198 7.3.5 Velocidad Mnima en las Tuberas de Aduccin o Conduccin 198 7.3.6 Velocidad Mxima en las Tuberas de Aduccin o Conduccin 198 7.3.7 Pendientes de las Tuberas 198 7.3.8 Profundidad de Instalacin 199 7.3.9 Lneas de Carga 199 7.3.9.1 Lnea de Cara y Lnea Piezomtrica 199 7.3.9.2 Consideracin Prctica 200 7.3.9.3 Posicin de las Tuberas en Relacin a la Lnea de Carga 200 7.3.10 Materiales de las Tuberas de Aduccin y Conduccin 205 7.3.11 Dispositivos y Accesorios 214 7.3.11.1 Viaductos 214 7.3.11.2 Anclajes 214 7.3.11.3 Vlvulas Purga 218 7.3.11.4 Ventosas 219 7.3.11.5 Cmaras de Quiebre de Presin 221 7.4 Golpe de Ariete 222 7.4.1 Fase o Periodo de la Tubera 222 7.5 Criterios Para el Diseo 223 7.5.1 Carga Disponible o Diferencia de Elevacin 223 7.5.2 Gasto de Diseo 224 7.5.3 Clase de Tubera Capaz de Soportar las Presiones Hidrostticas 225 7.5.3.1 Tuberas de Asbesto Cemento 225 7.5.3.2 Tuberas de PVC 226 7.5.3.3 Tuberas de American Pipe 226 7.5.4 Dimetros 226 7.6 Mtodo Grfico 232

8 TANQUES DE ALMACENAMIENTO

8.1 Generalidades 233 8.1.1 Estudios de la Demanda 233 8.1.2 Trazado de la Red y Delimitacin de las Zonas de Presin 234 8.1.3 Seguridad 234 8.1.4 Facilidad de Mantenimiento 234 8.1.5 Restriccin de Acceso 234 8.2 Tipos de Tanques 234 8.2.1 Tanques Superficiales - Semienterrados Enterrados 235 8.2.2 Tanques Elevados 235 8.3 Forma y Profundidad 235 8.3.1 Localizacin de Tanques 235 8.3.2 Distancia a Otras Redes 236 8.3.3 Nmero Mnimo de Tanques 236 8.4 Caudal de Diseo 236 8.5 Capacidad de Almacenamiento 236

Pg. 8.5.1 Curvas de Demanda Horaria 237 8.5.2 Mtodo de la Curva Integral 237 8.5.2.1 Alimentacin por Gravedad 238 8.5.2.2 Alimentacin por Bombeo 241 8.5.3 Mtodos Empricos Dados por el RAS 2000 244 8.5.3.1 Capacidad de Regulacin 244 8.5.3.2 Capacidad Para Demanda Contra Incendios 245 8.5.3.3 Volumen del Tanque 245 8.6 Elementos, Dispositivos y Elementos Complementarios 245 8.6.1 Materiales 245 8.6.2 Presin en el Tubera de almacenamiento 246 8.6.3 Niveles 246 8.6.4 Entrada de Agua al Tanque 246 8.6.5 Salida de Agua del Tanque 246 8.6.6 Rebose 247 8.6.7 Control de Nivel 248 8.6.8 Desage 248 8.6.9 Medicin del Caudal 248 8.6.10 Sistema de Drenaje 248 8.6.11 Obras Complementarias 249 8.7 Disposicin de Vlvulas en un Tanque Regulador 250 8.7.1 Tanque con Un Solo Compartimiento 250 8.7.2 Tanque con Doble Compartimiento 251 8.8 Almacenamiento Elevado 251 8.9 Localizacin 252 8.9.1 Tanques de Distribucin 252 8.9.2 Tanques de Compensacin 252 8.9.3 Mixtos 253 8.10 Clculo del Caudal y la Tubera de Desage 255 8.11 Desinfeccin 257

8.11.1 Introduccin 257 8.11.2 Desinfeccin Fsica 258 8.11.2.1 Hervido 258 8.11.2.2 La Radiacin Ultravioleta 258 8.11.3 Desinfectantes Qumicos 258 8.11.3.1 Cloro y Compuestos de Cloro 259 8.11.3.2 Yodo 259 8.11.3.3 Permanganato de Potasio 259 8.11.3.4 Ozono 259 8.11.3.5 Cloracin 259 8.11.4 Cloradores 261

9 REDES 9.1 Estudios Preliminares de un Sistema de Distribucin 263 9.1.1 Adopcin del Dimetro Mnimo 264 9.1.2 Presin del Agua en la Red 264 9.1.3 Asignacin del Caudal de Diseo 264 9.2 Tipo de Redes 264 9.2.1 Redes Ramificadas 264 9.2.2 Redes Malladas 269 9.2.2.1 Configuracin de la Red de Distribucin 270 9.2.2.2 Regulacin de Presin en la Red 271 Pag.

9.2.2.3 Asignacin de los Gastos en los Tramos que Constituyen las mallas 275 9.2.2.3.1 Mtodo de las reas 275 9.2.2.3.2 Mtodo de la Distribucin Unitaria 278 9.2.2.4 Clculo de las Redes Malladas 279 9.2.2.5 Metodologa a Emplear en la Elaboracin de un Proyecto 282 9.2.2.6 Mtodo de las Longitudes Equivalentes 296 9.2.3 Discusin 306 9.2.3.1 El Mtodo de Hardy Cross 306 9.2.3.2 Concepto del Mtodo de Longitudes Equivalentes 307 9.2.3.3 Empleo de Computadoras 307 9.2.3.4 Adaptacin de Otras Formulas 307

1.- INTRODUCCIN 1.1 GENERALIDADES El agua es el elemento esencial para la vida. El desarrollo de las primeras comunidades solamente fue posible alrededor de ros y lagos para satisfacer las necesidades primarias de comida, bebida y riego. No ha habido ni habr ciudad importante en toda la historia de la humanidad que no est localizada cerca de una fuente de agua dulce y hoy da, una de las mayores preocupaciones de las grandes metrpolis en la era industrial es la de conseguir un adecuado servicio de agua potable. Por ser este elemento necesario para vivir y para las actividades de la sociedad, los sistemas de abastecimiento de agua son primordiales, en consecuencia, para toda la comunidad. Cuando una ciudad dispone de limitada cantidad de agua para su abastecimiento, tiene problemas de salubridad, problema de desarrollo de sus industrias y an en su apariencia esttica. De aqu que en primer trmino se haga necesario suministrar agua a los conglomerados en cantidad y calidad suficiente. El problema del agua no tiene solucin permanente, por lo que en este aspecto se debe estar buscando nuevas fuentes de aprovisionamiento, realizando estudios hidrolgicos o geohidrolgicos para tener a la mano formas de ampliar los sistemas. El aumento de la poblacin y el asenso de su nivel cultural y social hacen insuficientes en poco tiempo las obras proyectadas, imposibilitndose de esa manera que con las existentes se pueda seguir el ritmo de crecimiento que las necesidades exigen y complicando cada vez ms la obtencin de nuevos caudales, pues las fuentes actuales van hacindose incapaces y es necesario las que estn situadas a mayor distancia, u otras cuyas aguas requieren tratamientos ms elaborados para hacerlas adecuada para el consumo. El continuo deterioro ha que estn sometidas nuestras cuencas a causa de la tala indiscriminada de rboles en detrimento de los bosques ha hecho que esa materia prima para nuestra industria de abastecimiento sea cada da ms escasa, hasta el punto de pasar Colombia de ser considerado el cuarto pas con mayor potencial en recursos hdricos a un puesto treinta en el panorama mundial. Para desempear un papel activo en la solucin a tales problemas, el Ingeniero Civil. Debe comprender claramente los fundamentos en que se basan. Por lo tanto la finalidad del presente texto es delinear los principios fundamentales de Ingeniera implicados en las obras que constituyen el sistema de abastecimiento de agua e ilustrar su aplicacin al proyecto.

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1.2 NORMAS A UTILIZAR Para nuestro estudio se aplicar las normas consignadas en la Resolucin No 1096 del 17 de noviembre del 2000 por la cual se adopta el Reglamento tcnico del Sector de Agua Potable y Saneamiento Bsico en sus ttulos A, Aspectos Generales de los Sistemas de Agua Potable y Saneamiento Bsico y B Sistemas de Acueducto ( RAS 2000), expedidas por la Direccin General de Agua Potable y Saneamiento Bsico del Ministerio de Desarrollo Econmico. Es de anotar que determinadas empresas de acueductos y alcantarillados se rigen por normas propias elaboradas con base en el estudio de su rea de influencia, por lo cual los diseos en estos casos particulares debern ceirse por sus propias normas. 1.3 DETERMINACIN DEL NIVEL DE COMPLEJIDAD DEL SISTEMA 1.3.1 NIVELES DE COMPLEJIDAD DEL SISTEMA. Para todo el territorio nacional se establecen los siguientes niveles de complejidad: Bajo Medio Medio Alto Alto La clasificacin del proyecto en uno de estos niveles depende del nmero de habitantes en la zona urbana del municipio, su capacidad econmica y el grado de exigencia tcnica que se requiera para adelantar el proyecto, de acuerdo con lo establecido en la tabla 1.1.

TABLA 1.1 Asignacin del nivel de complejidad

Nivel de complejidad

Poblacin en la zona urbana (1) (habitantes)

Capacidad econmica de los usuarios(2)

Bajo < 2500 Baja Medio 2501 a 12500 Baja Medio Alto 12501 a 60000 Media Alto > 60000 Alta

Notas : (1) Proyectado al periodo de diseo, incluida la poblacin flotante. (2) Incluye la capacidad econmica de poblacin flotante. Debe ser evaluada segn metodologa del Departamento Nacional de Planeacin DNP.

CAPITULO 1: INTRODUCCIN ___________________________________________________3

1.3.2 ASIGNACIN DEL NIVEL DE COMPLEJIDAD DEL SISTEMA. La asignacin del nivel de complejidad de todo proyecto objeto del presente Reglamento es de obligatorio cumplimiento y debe hacerse segn las siguientes disposiciones: 1. La poblacin que debe utilizarse para clasificar el nivel de complejidad corresponde a la proyectada en la zona urbana del municipio en el periodo de diseo de cada sistema o cualquiera de sus componentes. Debe considerarse la poblacin flotante. 2. El nivel de complejidad del sistema adoptado debe ser el que resulte mayor entre la clasificacin obtenida por la poblacin urbana y la capacidad econmica. La clasificacin anterior solamente puede ser superada si se demuestra que el grado de exigencia tcnica es alto y cumple con el requisito 3 del literal 1.3.3. 3. En ningn caso se permite la adopcin de un nivel de complejidad del sistema ms bajo que el establecido segn los anteriores numerales. 4. Para determinar la capacidad econmica de los usuarios debe utilizarse alguna de las siguientes metodologas: a. La estratificacin de los municipios de acuerdo con la metodologa establecida por el DNP. b. Salarios promedio del municipio. c. Ingreso personal promedio del municipio. d. O cualquier otro mtodo justificado. Adems, para todos los niveles de complejidad del sistema debe cumplirse lo siguiente : 1. El estndar mnimo establecido en el presente Reglamento corresponde al nivel de complejidad del sistema Bajo para todos los casos. 2. Los proyectos de abastecimiento de agua potable deben cumplir con las normas tcnicas de calidad del agua potable establecidas en el Decreto 475 de 1998 de Minsalud y Mindesarrollo Econmico o el que lo reemplace o adicione, en todos los niveles de complejidad de los acueductos. 1.3.3 MODIFICACIONES DEL NIVEL DE COMPLEJIDAD. Se permite la adopcin de un nivel de complejidad ms alto al determinado en el literal anterior, siempre y cuando el municipio o la empresa de servicios cumpla con los siguientes requisitos : 1. Se justifique tcnicamente que en las condiciones establecidas para el nivel de complejidad inicialmente propuesto no se logra la solucin necesaria para el problema de salud pblica o de medio ambiente existente en la localidad y que es conveniente la adopcin de un nivel de complejidad superior. En este caso, el nivel de complejidad propuesto ser vlido nicamente para un sistema en particular y no podr extenderse a los dems sistemas existentes o a todo el municipio.

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2. Se demuestre capacidad de inversin y capacidad tcnica de operacin y mantenimiento para desarrollar el sistema en un nivel de complejidad superior. 3. Cuando el grado de exigencia tcnica del proyecto sea tal que no hay otra solucin econmicamente viable para alcanzar el objetivo del proyecto. Se deber demostrar que es necesario manejar equipos, procesos costosos y mano de obra especializada para la operacin y el mantenimiento. La adopcin de un nivel de complejidad diferente debe ser autorizada por la Comisin de Regulacin de Agua Potable.

CAPITULO 2: INVESTIGACIN PRELIMINAR _______________________________________5

2. INVESTIGACIN PRELIMINAR La investigacin preliminar consiste en la recoleccin y clasificacin de toda la informacin para el buen diseo y correcta ejecucin y operacin de la obra. Los datos que sirvan de base para el proyecto, sern recogidos en el campo y/o en publicaciones o registros merecedores de confianza, haciendo referencia de la fuente o autor. 2.1 DESCRIPCIN DE LA LOCALIDAD Y DE LA ZONA DEL PROYECTO. Se har una descripcin sobre la ubicacin, historia, situacin social, cultural, poltico administrativa y econmica subrayando la actitud de la comunidad hacia la obra. El consultor y/o el diseador debe describir las condiciones fsicas, econmicas y sociales de la localidad en la cual se planea llevar a cabo el proyecto de agua potable y saneamiento bsico, dentro de un estudio que cumpla como mnimo los aspectos mencionados en este captulo, sin excluir las dems actividades particulares que se indiquen en el RAS 2000 y hacer las conclusiones pertinentes. Deber tener en cuenta adems la divisin de usos del suelo e identificar el tipo de consumo predominante del rea. El detalle de los estudios previos deber quedar establecido en los trminos de referencia para su elaboracin y de acuerdo al nivel de complejidad del sistema. 2.1.1 Climatologa. Para proyectos de nivel de complejidad medio alto y alto y siempre que sea justificable, debern contemplarse estudios de climatologa y meteorologa de utilidad, relacionada con su propsito. Deber establecerse los siguientes datos: Temperatura media, humedad, rgimen de lluvias, altura sobre el nivel del mar y si es posible, datos pluviomtricos de la regin. 2.1.2 Geologa y suelos. Para proyectos de municipios de nivel de complejidad alto, es necesario establecer de manera general las caractersticas de las principales formaciones geolgicas, geomorfolgicas y fisiogrficas de la regin, del paisaje y topografa asociada con la localidad, con el fin de identificar las fallas geolgicas activas que se localicen en al rea circundante del proyecto y el grado de sismicidad a que puede estar sometido. Los estudios de suelos deben contemplar el reconocimiento general del terreno afectado por el proyecto, para evaluar sus caractersticas en un estudio que incluya como mnimo lo siguiente: Clasificacin de los suelos, permeabilidad, nivel fretico, caractersticas fsicomecnicas y caractersticas qumicas que identifiquen la posible accin corrosiva del subsuelo para elementos metlicos y no metlicos que va a quedar localizados en el subsuelo.

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El diseador puede establecer la necesidad de llevar a cabo estudios ms detallados de geologa y/o suelos, justificando las razones por las cuales se formula dicha recomendacin. En proyectos municipales del nivel de complejidad bajo, medio y medio alto, es suficiente el concepto de un profesional idneo en la materia, que identifique la climatologa local, las caractersticas fsico - mecnicas del subsuelo y los posibles riesgos de falla geolgica y de sismicidad a que est sometido el proyecto. El diseador puede establecer la necesidad de llevar a cabo estudios ms detallados de suelos, justificando las razones por las cuales se formula dicha recomendacin. 2.1.3 Topografa. Deben elaborarse estudios topogrficos con un nivel de detalle y precisin de acuerdo con el tipo de obra que se proyecte. 2.1.4 Recursos hdricos. Deben identificarse las fuentes de agua principales para el abastecimiento de agua potable y vertimiento de agua residual, as como las formaciones acuferas existentes, estableciendo la forma en la cual el proyecto puede afectarlas en su continuidad y en la calidad de agua. 2.1.5 Descripcin de la infraestructura existente. Deben identificarse las principales obras de infraestructura construidas y proyectadas dentro de la zona de influencia del sistema por desarrollar, tales como carreteras, puentes, lneas de transmisin de energa y cualquier otra obra de importancia. Se deben identificar las redes de otros servicios pblicos en la zona, tales como redes de gas, telfono, energa y oleoductos y sus respectivas reas de servidumbre con los cuales podran presentarse interferencias. 2.1.6 Caractersticas socioeconmicas. Deben determinarse las condiciones socioeconmicas de la localidad, con base en informacin primaria y/o secundaria, su estratificacin, distribucin espacial, niveles de ingreso y actividades econmicas predominantes. Es necesario establecer el crecimiento y las tendencias de desarrollo industrial y comercial. Se debe tener en cuenta los perodos del ao en que se presentan incrementos de la poblacin flotante con motivo de celebraciones tpicas propias de la regin. 2.1.7 Comunicaciones. Se debe identificar el tipo, calidad y cobertura de los servicios de telefona, correo, radio aficionados y similares, en particular en municipios alejados y de difcil acceso, con el fin de conocer la oferta de los mismos y su relacin con el proyecto. 2.1.8 Vas de acceso. Debe realizarse un inventario de las carreteras, caminos, ferrocarriles, as como de las rutas de navegacin area, fluvial y lacustre de acceso a la localidad, estableciendo las distancias a las reas urbanas ms cercanas. Esto permitir establecer la facilidad del transporte requerido de materiales y equipos para la ejecucin de las obras.


2.1.9 Disponibilidad de mano de obra. Se debe analizar la disponibilidad de mano de obra calificada y no calificada para la construccin las obras y de personal tcnico para labores de operacin y mantenimiento, al igual que los salarios vigentes en la localidad 2.1.10 Disponibilidad de materiales de construccin. Se debe establecer la disponibilidad y capacidad de produccin local, regional y nacional de materiales y equipos requeridos para la construccin de las obras. Disponibilidad y costos de materiales de construccin, herramientas, equipo, etc. Se verifican cantidades, compatibles con la magnitud de las obras, de materiales tales como piedras, arena, triturado, ladrillos, teja, madera. Facilidades relacionadas a la construccin de las obras, tales como talleres de mecnica y elctricos; sitios para almacenamiento de materiales, etc. 2.1.11 Disponibilidad de energa elctrica. Deben determinarse la disponibilidad y confiabilidad del suministro de energa elctrica en la localidad, lo mismo que las caractersticas de tensin, potencia y frecuencia del servicio. Las tarifas de consumo tambin deben ser analizadas dentro del estudio socio-econmico. 2.1.12 Aspectos Urbansticos Disposicin urbanstica de la localidad indicando las zonas comercial, industrial, residencial, y de desarrollo futuro; planes de obras que puedan interferir con el proyecto; tipo de piso de las calles. 2.1.13 Aspectos demogrficos Nmero de habitantes y de viviendas actuales dentro del rea de influencia del proyecto; datos sobre poblacin flotante. 2.1.14 CONDICIONES SANITARIAS EXISTENTES a) Condiciones generales de salud de la comunidad, enfermedades de origen hdrico y

parasitosis. b) Sistemas de disposicin de excretas en la localidad; tipo y estado de la obra, poblacin

servida, extensin de la red, nmero de conexiones, disposicin final. c) Sistemas de abastecimiento de agua: cuando exista abastecimiento de agua de cualquier

tipo, se debern anotar las condiciones en las cuales se presta el servicio; fuente de abastecimiento, caudal mnimo, calidad del agua, condiciones sanitarias de la fuente y de la hoya tributaria.

Caractersticas y estado de las instalaciones existentes (captacin, desarenador, aduccin, casa de bombeo, pozos, etc.), tipo y estado de las tuberas empleadas, tratamiento aplicado: consumo aproximado de la poblacin y nmero de conexiones domiciliarias existentes. Posibilidad de utilizacin de lo existente, administracin actual, etc.

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d) Consignar un breve resumen que refleje las dems condiciones sanitarias de la localidad (basuras, cocheras, matadero, plaza de mercado, etc.)

2.1.15 POSIBLES FUENTES DE ABASTECIMIENTO Estudio de las distintas fuentes aprovechables (superficiales y subterrneas). Se enumerarn, situarn y describirn por orden de importancia todas las fuentes que se estime utilizables, teniendo en cuenta la tenencia, el caudal, las condiciones sanitarias, los resultados de los exmenes fsico-qumicos y bacteriolgicos, distancia al centro del poblado, altura de bombeo, facilidades de acceso y construccin. En todos los casos las fuentes recomendables deben ser capaces cada una de suministrar, en cualquier poca del ao, un caudal mnimo igual a 2,5 veces el consumo medio diario cuando no se proyecte almacenamiento. a) FUENTES SUPERFICIALES. Deber hacerse: - Inspecciones sanitarias, aguas arriba y aguas abajo hasta donde se considere conveniente,

del posible sitio de captacin. - Determinacin de caudales mediante aforos (especialmente en pocas secas) y mediante

datos hidrolgicos existentes con determinacin de niveles mnimo, medio y mximo de las aguas.

Utilizacin actual y previsto de las aguas. Seccin del curso y caractersticas del lecho en el sitio de captacin.

- Anlisis de muestras representativas, fsico-qumicas y bacteriolgicas. Tambin anlisis

hidrolgicos (plancton) cuando las condiciones de la fuente lo justifiquen, sobre todo en caso de captacin de lagos y lagunas. Se debe informar sobre necesidad de reforestacin, saneamiento y proteccin de la hoya hidrogrfica.

- Aspectos econmicos de la fuente tales como longitud de la conduccin, cota de la fuente,

servidumbre, accesibilidad, etc. b) FUENTES SUBTERRNEAS La cantidad de las aguas se determinar mediante la ayuda de pozos de prueba o preferencialmente de la informacin geolgica existente o en los pozos en servicio en la regin. La cantidad se verificar mediante aforos realizados por cualquiera de los mtodos tcnicamente aceptables para aguas subterrneas. En todos los casos, las fuentes deben ser capaces cada una de suministrar, en cualquier poca del ao, un caudal mnimo igual al consumo mximo diario en poca de estiaje. - Debern suministrarse datos que permitan apreciar cargas al acufero.


- Los pozos se localizarn evitando lugares inundables y siguiendo las normas respecto a fuentes de contaminacin.

Las distancias mnimas a las fuentes de contaminacin sern: * Fosas secas y tanques spticos: 100 m * Lneas de alcantarillado: 100 m * Pozos negros: 100 m La proteccin contra aguas lluvias se har por medio de cunetas o montculos de tierra. La proteccin contra la infiltracin se har hasta una profundidad de 3 metros. La proteccin entre la contaminacin directa se har mediante la construccin de una tapa sanitaria adecuada. - La calidad del agua se verificar mediante anlisis fsico-qumicos y bacteriolgicos de

muestras representativas, tomadas en diferentes pocas del ao, de ser posible. - Aspectos econmicos de la fuente tales como longitud de la conduccin, cota de la fuente,

altura esttica, servidumbre, accesibilidad, etc. - En todos los casos de perforacin sea el pozo utilizable o no, deber presentarse el perfil

geolgico, con una descripcin adecuada de su ubicacin. c) MANANTIALES Cuando se estudie la utilizacin de manantiales debern tenerse en cuenta los factores sanitarios, de caudal, calidad y economa, en la misma forma que se recomienda para los pozos. 2.1.16 SELECCIN DE LA FUENTE Se seleccionar aquella fuente ms econmica, dentro de los recursos disponibles, que llene adems los requisitos de potabilidad exigidos por el Ministerio de Salud. 2.1.17 ALTERNATIVA DE PROYECTO Factibilidad tcnico-econmica. Suponiendo que las alternativas sean tcnicamente factibles, se entra a considerar la factibilidad econmica as: Tomando como base la experiencia que se tenga en la regin sobre costos promedios de obra, se har una primera investigacin sobre los costos que se est considerando. De este valor de obra se sacarn costos per-cpita aproximados para ser comparados con el costo per-cpita promedio existente en la regin. Estos sern los elementos de juicio para elegir la seleccin. Ms adelante con el proyecto y presupuesto correspondiente ya elaborado, se podr conocer el costo per-cpita.

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2.2 MARCO INSTITUCIONAL 2.2.1 Definicin de responsabilidades. Debe definirse el tipo de concertacin y coordinacin entre el responsable del proyecto, la comunidad, las empresas de servicios pblicos y otras entidades involucradas en el desarrollo del proyecto, definiendo las responsabilidades y acciones concretas de cada una de ellas. 2.2.2 Caractersticas de la entidad ejecutora. Para cada proyecto debe especificarse la entidad ejecutora, o persona(s) natural(es) y el carcter de la entidad territorial, indicando la naturaleza y experiencia de cada entidad en proyectos similares. En todo caso, debe estudiarse la posibilidad de reorganizacin de la entidad ejecutora. 2.2.3 Participacin comunitaria. Debe estudiarse la conveniencia de la participacin de la comunidad en los diferentes aspectos del proyecto conforme a la Ley, tales como identificacin de problemas, procesos de fiscalizacin en ciertas etapas del proyecto, entre otros. 2.3 EVALUACIN SOCIOECONMICA 2.3.1 ALCANCE. La evaluacin socioeconmica de proyectos debe realizarse con el objeto de medir el aporte neto de un proyecto o poltica de inversin social al bienestar de una comunidad. Es decir, tendr la capacidad de establecer la bondad del proyecto o programa para la economa nacional en su conjunto. En stos trminos, el valor de cualquier bien, factor o recurso a ser generado o utilizado por el proyecto debe valorarse segn su contribucin al bienestar nacional. Para proyectos de agua potable y saneamiento bsico se permiten los siguientes tipos de estudios socio econmicos: 1. Anlisis de costo eficiencia 2. Anlisis de costo mnimo de expansiones de capacidad Los estudios de evaluacin socioeconmica se deben ejecutar para los niveles de complejidad medio, medio alto y alto. 2.3.2 ANLISIS DE COSTO EFICIENCIA. Se elaborar una comparacin de los costos de varias alternativas factibles de proyectos, con el fin de seleccionar aquella que tenga el menor valor presente de los costos de inversin, operacin y mantenimiento. El anlisis de costo-eficiencia debe partir de las siguientes suposiciones: Que debe utilizarse la tasa social de descuento establecida. Que los beneficios derivados de las alternativas estudiadas son los mismos. Que los beneficios son mayores que los costos en cada alternativa.


El anlisis debe seleccionar el proyecto que presente el menor valor presente neto entre las alternativas posibles. 2.3.3 ANLISIS DE COSTO MNIMO DE EXPANSIN DE CAPACIDAD Se debern fijar los aos que resulten ptimos para la ejecucin de expansiones de capacidad de un sistema, teniendo en cuenta el efecto opuesto que se presenta entre las economas de escala y el costo de oportunidad de capital. El periodo ptimo de expansin de capacidad para un sistema debe ser definido con base en los siguientes criterios: 1. Debe buscarse el equilibrio entre el periodo de expansin fijado por las economas de escala

que prefieren un periodo largo, buscando componentes de capacidad grande, y el periodo determinado por el costo de oportunidad de capital que tiende a ser un periodo corto con componentes de poca capacidad, buscando la inversin inmediata de los recursos en otros proyectos.

2. El periodo de expansin debe escogerse para todo el sistema global y no para cada

componente particular, de tal forma que se minimice el impacto causado por las ampliaciones puntuales de cada componente, evitando sobrecostos administrativos.

3. El periodo seleccionado puede ajustarse en cada etapa de expansin cuando existan estudios

de demanda realizados durante dos expansiones sucesivas que demuestren cambios en las funciones de demanda, y en general, en las condiciones bajo las cuales se formul el periodo de expansin inicialmente previsto.

2.4 PROCEDIMIENTO GENERAL DE DISEO DE LOS SISTEMAS DE ACUEDUCTO Toda accin relacionada con el diseo, la construccin, la operacin, el mantenimiento y/o la supervisin tcnica de algn sistema de acueducto, debe seguir el procedimiento general mostrado a continuacin: PASO 1 - Definicin del nivel de complejidad del sistema Debe definirse el nivel de complejidad del sistema, segn se establece en el captulo 1.3.1 para cada uno de los componentes del sistema. PASO 2 - Justificacin del proyecto y definicin del alcance Todo componente de un sistema de acueducto debe justificarse con la identificacin de un problema de salud pblica, del medio ambiente o de bienestar social, el cual tiene solucin con la ejecucin del sistema propuesto, ya sea mediante la ampliacin de cobertura del servicio o mejoramiento de su calidad y eficiencia. PASO 3 - Conocimiento del marco institucional El diseador del sistema debe conocer las diferentes entidades relacionadas con la prestacin del servicio pblico de suministro de agua potable, estableciendo responsabilidades y las funciones de cada una. Las entidades que deben identificarse son :

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1. Entidad responsable del proyecto. 2. Diseador. 3. Constructor. 4. Rol del municipio, ya sea como prestador del servicio o como administrador del sistema. 5. Empresa de Servicios Pblicos y su carcter. (Oficial, mixto o privado) 6. Entidades territoriales competentes. 7. Entidades de planeacin. (DNP, DSPD, Ministerio del Medio Ambiente, etc) 8. Entidad reguladora. (CRA u otra) 9. Entidad de vigilancia y control. (SSPD u otra) 10. Operador. 11. Interventor. 12. Acciones proyectadas de la comunidad en el sistema. 13. Autoridad ambiental competente. (Ministerio del Medio Ambiente, corporaciones autnomas

regionales, etc) 14. Fuentes de financiacin. PASO 4 - Acciones legales El diseador debe conocer todas las leyes, decretos, reglamentos y normas tcnicas relacionadas con la conceptualizacin, diseo, operacin, construccin, mantenimiento, supervisin tcnica y operacin de un sistema de acueducto o cada uno de sus componentes en particular. Adems, deben tomarse las medidas legales necesarias para garantizar el adecuado desarrollo del sistema de acueducto o alguno de sus componentes. PASO 5 - Aspectos ambientales Debe presentarse un estudio sobre el impacto ambiental generado por el proyecto, ya sea negativo o positivo, en el cual se incluya una descripcin de las obras y acciones de mitigacin de los efectos en el medio ambiente propios del proyecto. PASO 6 - Ubicacin dentro de los planes de ordenamiento territorial y desarrollo urbano previstos El diseador debe conocer los planes de desarrollo y de ordenamiento territorial planteados dentro del marco de la Ley 388 de 1997 o la que la reemplace y establecer las implicaciones que el sistema de acueducto, o cualquiera de sus componentes, tendra dentro de la dinmica del desarrollo urbano. En particular, el diseo de un sistema acueducto, o cualquiera de sus componentes, debe contemplar la dinmica de desarrollo urbano prevista en el corto, mediano y largo plazo de las reas habitadas y las proyecta en los prximos aos, teniendo en cuenta la utilizacin del suelo, la estratificacin socioeconmica, el plan vial y las zonas de conservacin y proteccin de recursos naturales y ambientales entre otros. PASO 7 - Estudios de factibilidad y estudios previos Todo proyecto de acueducto debe llevar a cabo los estudios factibilidad y los estudios previos mencionados en el captulo 2 PASO 8 - Diseo y requerimientos tcnicos


El diseo de cualquier componente de un sistema de acueducto debe cumplir con los requisitos mnimos establecidos en el RAS 2000. El diseo de cualquier sistema de acueducto debe someterse a una evaluacin socioeconmica y estar sujeto a un plan de construccin, operacin, mantenimiento y expansin de costo mnimo, siguiendo lo establecido en el captulo 2.3 PASO 9 - Construccin e interventora. Los procesos de construccin e interventora se ajustarn a los requisitos mnimos establecidos en el RAS 2000 PASO 10 - Puesta en marcha, operacin y mantenimiento Los procedimientos y medidas pertinentes a la puesta en marcha, la operacin y el mantenimiento de los diferentes componentes de un sistema de acueducto deben seguir los requerimientos establecidos para cada componente en particular. 2.4 PLANOS. Todos los planos arquitectnicos, hidrulicos, sanitarios, estructurales, elctricos, mecnicos y de instalaciones especiales deben ser firmados y rotulados por profesionales debidamente facultados para realizar los diseos respectivos. Los planos que se elaboren en cada una de las especialidades anteriores, deben incluir toda la informacin bsica necesaria para la construccin, tales como : Referenciacin planimtrica y altimtrica por el IGAC o en su defecto por sistemas de

posicionamiento geodsico o satelital. Parmetros de calidad para la construccin. Caractersticas y propiedades mnimas de los materiales a utilizar en la construccin Especificaciones e instrucciones de instalacin de maquinaria y equipo. Detalles de conexiones, empalmes, juntas y dems casos que merecen explicacin particular. Identificacin de las redes existentes de acueducto, alcantarillado, gas, energa y telfonos Suposiciones bsicas utilizadas en el diseo y que puedan afectar el uso futuro de la

construccin, como cargas supuestas en los anlisis, tipo de uso supuesto en el diseo, presiones mximas y mnimas de utilizacin, precauciones especiales que deben tenerse en cuenta en la construccin o instalacin de elementos.

Dems instrucciones y explicaciones que se requieran para poder realizar la construccin e instalacin de maquinaria y equipo acorde con el diseo previsto. Adems, los planos deben especificar el nivel de complejidad del sistema asignado al proyecto y algunos aspectos que faciliten la comprensin de los manuales de operacin y mantenimiento. Aquellos planos que contengan errores aritmticos, de dibujo, cotas, abscisados, transcripcin, copia u otras fallas imputables al descuido o falta de revisin por parte del firmante de los mismos, debern ser corregidos en el original, si es posible, y esto deber quedar registrado en el mismo plano con la fecha y la firma del responsable de la correccin o modificacin. Las copias tomadas de los originales defectuosos debern ser destruidas para ser reemplazadas por unas nuevas

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tomadas a partir de los planos originales corregidos. Los planos deben ser elaborados en medios magnticos para facilitar su correccin, actualizacin y edicin inmediata, permitiendo adicionalmente establecer distintas escalas de impresin de acuerdo a los procedimientos constructivos. 2.5 MEMORIAS. Los planos arquitectnicos, hidrulicos, sanitarios, estructurales, elctricos, mecnicos, de instalaciones especiales y dems que sean necesarios para la ejecucin de la obra, deben ir acompaados por las memorias detalladas de diseo y clculo que describan los procedimientos por medio de los cuales se realizaron dichos diseos. Las memorias deben incluir entre otros: Las suposiciones utilizadas en los diseos. Las metodologas empleadas. La verificacin del cumplimiento de los requisitos mnimos establecidos por el Reglamento RAS

2000 Referencia a normas tcnicas nacionales o internacionales para los materiales, equipos y

procedimientos especficos. Los esquemas con base en los cuales se realizan los planos de construccin. Especificaciones detalladas e instrucciones de instalacin de maquinaria y equipo. Las memorias deben especificar en Manuales impresos para tal fin, los procedimientos

detallados para puesta en marcha, operacin y mantenimiento de cada uno de los sistemas, as como, el nivel de complejidad del sistema asignado al proyecto.

Referencia a cdigos nacionales. En el caso que se utilice procesamiento automtico de informacin, debe entregarse una

descripcin detallada de los principios en que se basa el procesamiento automtico, as como una descripcin de los datos de entrada y salida en el proceso.

Manuales de puesta en marcha, operacin y mantenimiento. Presupuesto detallado, soportado por un anlisis de precios unitarios con la fecha precisa de

su elaboracin. Al igual que los planos, las memorias deben indicar claramente el nivel de complejidad del sistema utilizado en los diseos, en los procedimientos detallados y dems actividades del proyecto. Las memorias que contengan errores aritmticos, cotas, abscisados, transcripcin, copia u otras fallas imputables al descuido o falta de revisin por parte del diseador, debern ser corregidas en el original, si es posible, y las copias procedentes del documento defectuoso debern ser destruidas. 2.6 ARCHIVO DE MANUALES, PLANOS Y CATASTROS PARA CONTINGENCIAS POR DESASTRE NATURAL O PROVOCADO. Para todos los niveles de complejidad del sistema, los Manuales de puesta en marcha, operacin y mantenimiento; los planos de construccin de redes primarias y secundarias de acueducto y/o alcantarillado, as como los planos de catastro de las redes de acueducto y alcantarillado ejecutados a partir de la fecha de expedicin del presente Reglamento, con o sin inversin estatal, debern ser emitidos en medio magntico, magneto-ptico u ptico, compatibles con tecnologas convencionales que permitan ser fcilmente archivados y almacenados para su


consulta posterior en caso de prdida irremediable del original o por desastre natural. Una copia en cualquiera de estos medios deber ser enviada al Ministerio de Desarrollo Econmico que ser el encargado de salvaguardar este bien pblico directamente o mediante delegacin a una entidad privada sin animo de lucro.

MODELO DE PRESENTACION DE PLANOS

CONTENIDO DE EL PROYECTO

LOCALIDAD: ACUEDUCTO: CONTIENE: REVISO: DIBUJO: ESCALA: PLANCHA N.PROYECTY CALCUL:

CAPITULO 3: CRITERIOS BSICOS DE DISEO ____________________________________1

3. CRITERIOS BSICOS DE DISEO Los factores bsicos para efectuar el diseo de un sistema de abastecimiento de agua, adecuado y econmico son el perodo de diseo, la poblacin futura y el consumo de agua. Una parte importante que debe tenerse en cuenta para el diseo de un acueducto es la relacionada con el manejo del medio ambiente en sus dos componentes: los recursos naturales y la comunidad. 3.1 PERODO DE DISEO Es el nmero de aos que un sistema en s y sus partes componentes pueden dar un servicio adecuado a cualquier poblacin. Para fijar el perodo de diseo de los diferentes componentes del sistema se tendrn en cuenta estos factores: - La curva de demanda proyectada y la programacin de inversiones en forma escalonada. - La vida til de los componentes y de los equipos teniendo en cuenta el perodo de servicio,

su mantenimiento y conservacin (durabilidad, resistencia, desgaste). - La factibilidad de ampliar obras existentes y la construccin del proyecto por etapas. - La tasa de crecimiento probable de la poblacin; los posibles cambios de tipo industrial o

comercial que inciden en la poblacin. En poblaciones donde el crecimiento es incierto y/o las tasas demogrficas no son fijas y muchas veces negativas, es preferible adoptar perodos cortos y preveer en el proyecto las ampliaciones futuras en el caso que se hagan necesarias.

- La garanta de la fuente en cuanto a caudal y calidad del agua. El RAS 2000 adopta los siguientes perodos de diseo:

3.1.1. Periodo de diseo de la captacin de agua superficial. Para el caso de las obras de captacin de agua superficial, los periodos mximos de diseo que se deben utilizar, se especifican en la tabla 3.1:

Tabla 3.1

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Periodo de diseo de la captacin de agua superficial.

Nivel de Complejidad del Sistema

Perodo de diseo

Bajo 15 aos Medio 20 aos Medio alto 25 aos Alto 30 aos

Para los niveles de complejidad medio alto y alto, las obras de captacin de agua superficial debern ser analizadas y evaluadas teniendo en cuenta el perodo de diseo mximo, llamado tambin horizonte de planeamiento de proyecto; y si tcnicamente es posible, se debern definir las etapas de construccin, segn las necesidades del proyecto, basados en la metodologa de costo

3.1.2 Periodo de diseo de pozos profundos de captaciones de agua subterrnea. Para el caso de obras de captacin de agua subterrnea, el perodo mximo de diseo que se debe utilizar, se especifica en la tabla 3.2:

Tabla 3.2 Periodo de diseo de pozos profundos de captaciones de agua subterrnea.

Nivel de Complejidad del Sistema

Perodo de Diseo

Bajo 15 aos

Medio 15 aos

Medio alto 20 aos

Alto 25 aos

Para los niveles de complejidad medio alto y alto, las obras de captacin de agua subterrnea debern ser analizadas y evaluadas teniendo en cuenta el perodo de diseo mximo, llamado tambin horizonte de planeamiento de proyecto; y se debern definir las etapas de construccin de los pozos profundos, segn las necesidades del proyecto, basados en la metodologa de costo mnimo.

3.1.3 Periodo de diseo de pozos excavados para captacin de agua subterrnea. Los pozos excavados tendrn un perodo de diseo de 15 aos para los niveles bajo y medio de complejidad. 3.1.4 Perodo de diseo de las aducciones o conducciones. El perodo mximo de diseo de las aducciones o conducciones es funcin del nivel de complejidad del sistema y se debe aplicar el establecido en la tabla 3.3.


Tabla 3.3

Perodo de diseo de las aducciones o conducciones.

Nivel de Complejidad del Sistema Perodo de diseo Bajo 15 aos

Medio 20 aos Medio alto 25 aos

Alto 30 aos Para los niveles de complejidad medio, medio alto y alto, las aducciones o conducciones debern ser analizadas y evaluadas teniendo en cuenta el perodo de diseo, para definir las etapas de construccin, segn las necesidades del proyecto, basadas en la metodologa de costo mnimo. 3.1.5 Perodo de diseo de tanques de almacenamiento y compensacin El perodo de diseo depende del nivel de complejidad del sistema, y debe ser el establecido en la tabla 3.4.

Tabla 3.4 Perodo de diseo de tanques de almacenamiento y compensacin

Nivel de complejidad del sistema

Perodo de diseo

Bajo 20 aos

Medio 25 aos

Medio alto 30 aos

Alto 30 aos

Partiendo de un anlisis de costo mnimo de expansin de capacidad, el diseo de los tanques de almacenamiento debe considerar un desarrollo de construccin de mdulos por etapas, hasta completar la capacidad para el final del periodo de diseo, llamado tambin horizonte de planeamiento del proyecto.

3.1.6 Perodo de diseo de las redes de distribucin. Para todos los niveles de complejidad, los proyectos de redes de distribucin de acueducto debern ser analizados y evaluados teniendo en cuenta el perodo de diseo, llamado tambin horizonte de planeamiento del proyecto, con el fin de definir las etapas de diseo segn las necesidades del proyecto, basadas en la metodologa de costo mnimo. El perodo de diseo de las redes de distribucin de agua potable es funcin del nivel de complejidad del sistema y se encuentra establecido en las siguientes tablas: Perodo de diseo de la red matriz o primaria El perodo de diseo de la red matriz se encuentra establecido en la tabla 3.5:

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Tabla 3.5

Perodo de diseo de la red matriz o primaria


Perodo de diseo

Medio 20 aos Medio alto 25 aos

Alto 30 aos

Perodo de diseo de la red de distribucin secundaria o red local El perodo de diseo de la red secundaria se establece en la siguiente tabla 3.6.

Tabla 3.6 Perodo de diseo de la red de distribucin secundaria o red local


Perodo de diseo

Bajo 15 aos Medio 15 aos Medio alto 20 aos Alto 25 aos

Perodo de diseo de redes menores de distribucin o red terciaria o red local Para los niveles medio alto y alto de complejidad en los cuales pueden existir redes menores de distribucin, el perodo de diseo debe corresponder al tiempo esperado para alcanzar la poblacin de saturacin. Para los niveles de complejidad Bajo y Medio, el perodo de diseo para redes menores no puede ser superior al tiempo establecido en la tabla 3.7:

Tabla 3.7 Perodo de diseo de redes menores de distribucin

Nivel de complejidad Perodo de diseo

Bajo 15 aos Medio 20 aos

3.1.7 Perodo de diseo de las estaciones de bombeo. El perodo de diseo depende del nivel de complejidad del sistema, y debe ser el establecido en la tabla3.8


Tabla 3.8 Perodo de diseo de las estaciones de bombeo

Nivel de complejidad del

sistema Perodo de diseo

Bajo 15 aos Medio 20 aos

Medio alto 25 aos Alto 30 aos

Los Proyectos para las Estaciones de Bombeo debern ser analizados y evaluados teniendo en cuenta el perodo de diseo, llamado tambin horizonte de planeamiento del Proyecto, para definir las etapas de construccin de las obras civiles y las de instalacin de equipos, segn las necesidades del proyecto, basadas en la metodologa de Costo Mnimo. 3.1.8 VIDA TIL La vida til de los componentes y equipos que se proyectan ser superior al perodo de diseo y podr estimarse con la siguiente tabla: Obras Civiles Vida til, aos

Bocatoma (captacin) 30 - 40 " Pozos 30 - 40 " Tanques de almacenamiento 30 - 40 " Plantas de tratamiento 30 - 40 " Tuberas

Primarias y Matrices 30 - 40 " Secundarias o de relleno 30 - 40 "

Equipos

Mecnicos 10 - 15 " Motores 10 - 15 "

3.2 POBLACIN FUTURA En el diseo de un sistema de abastecimiento uno de los datos bsicos es la determinacin del caudal necesario, para una poblacin o ncleo, el cual depende del nmero de habitantes y la produccin industrial que tendr la localidad al fin del perodo de diseo. Cuando estos factores crecen, el consumo de agua aumentar. Los factores ms importantes que influyen en el crecimiento de la poblacin son los nacimientos, las muertes y las migraciones de poblacin (aumento o disminucin). Algunas localidades tienen poblacin flotante considerable que debe tenerse en cuenta al calcular la poblacin que va a servirse del acueducto; es el caso de poblaciones veraniegas (entrar en juego el criterio del Ingeniero para estimar la poblacin flotante).

6 _______________________________________________________________ ACUEDUCTOS

En nuestro medio el crecimiento de las ciudades grandes e intermedias oscila entre el 2 y 3% mientras que para pequeas y la zona rural est entre 1 y 2%. Sin embargo estos datos no pueden generalizarse y son apenas magnitudes de referencia, pues hay muchas localidades con crecimientos inferiores al 1% y an negativos. 3.2.1 ANLISIS DE LA POBLACIN La evaluacin del crecimiento de la poblacin a lo largo de un perodo de diseo determinado es un elemento fundamental tanto para definir el nivel de complejidad de un sistema como para realizar el planeamiento y diseo detallado de cualquiera de los elementos que componen los sistemas de agua potable. 3.2.1.1 NCLEO RURAL Para ncleos rurales no se justifica estudios de poblacin muy a fondo (cada entidad fijar sus propias pautas) y bastar el criterio del Ingeniero. Se puede sugerir sin embargo, las siguientes pautas para ncleos rurales en los cuales no se tenga ningn dato censal: - Poblacin mnima para diseo: 150% de la poblacin actual - Poblacin generalmente usada para el diseo: 200% de la poblacin actual. 3.2.1.2 NCLEO URBANO Para ncleos urbanos la situacin es diferente. Generalmente hay una historia de datos censales que se puede emplear para calcular la rata de crecimiento en el pasado. Todos los mtodos de prediccin futura que actualmente estn en uso requieren el conocimiento de la poblacin pasada y presente del rea considerada, los cuales se obtienen con base en los censos. 3.2.1.3 CENSOS Deben recolectarse los datos demogrficos de la poblacin, en especial los censos de poblacin del DANE y los censos disponibles de suscriptores de acueducto y otros servicios pblicos de la localidad o localidades similares. Con base en los datos anteriores deben obtenerse los parmetros que determinen el crecimiento de la poblacin. La estimacin de la poblacin urbana es el aspecto principal en la definicin del nivel de complejidad, se establece que esa poblacin debe corresponder a la proyectada al final del periodo de diseo, llamado tambin horizonte de planeamiento del proyecto. Censos de vivienda Si se dispone de los censos de vivienda de la localidad, stos deben estar acompaados de todos los datos registrados en las publicaciones correspondientes, indicando la fuente y/o el autor. Con base en los datos anteriores debe obtenerse la tasa de crecimiento de la vivienda. Para verificar los datos de vivienda del ltimo censo deben contabilizarse las casas habitadas en cada zona de la localidad, al igual que los establecimientos comerciales, industriales e institucionales. 3.2.1.4 DENSIDADES ACTUALES Y FUTURAS Teniendo en cuenta la identificacin de las zonas actuales de la poblacin y las zonas de expansin futuras, la densidad actual y la densidad proyectada deben hallarse con base en la


poblacin actual y futura de las zonas con el objeto de verificar la expansin real del sistema de acueducto. Debe tenerse en cuenta la distribucin espacial de la poblacin, identificando los diferentes usos de la tierra, tipos de consumidores y la distribucin espacial de la demanda. Para todas las zonas de cobertura del sistema de acueducto debe verificarse que las proyecciones de la poblacin no superen las densidades de saturacin previstas para la localidad. Las densidades de poblacin y la distribucin espacial deben estar acordes con las normas urbansticas, planes de desarrollo, planes de ordenamiento territorial y dems programas formulados por el gobierno municipal, gubernamental o nacional que determinen la distribucin espacial de la poblacin, los usos de la tierra y posibles servidumbres, atendiendo los programas desarrollados segn la Ley 188 de 1997. 3.2.2 MTODOS DE CLCULO 3.2.2.1 Mtodos Grficos Son mtodos comunes los cuales se efectan con base en puntos representativos en un plano, tomando como base el crecimiento de la poblacin. A. Mtodo de la extrapolacin grfica El procedimiento es el siguiente (Figura 3.1):

- Localizar en el grfico los puntos representativos de la poblacin correspondiente a aos censales pasados.

- Trazado de la lnea de mayor acomodo a los puntos dibujados. - Prolongacin para obtener la poblacin futura.

EJEMPLO 3.1 Sea la poblacin: 1970 12.000 habitantes 1980 20.000 habitantes 1990 23.500 " 2000 28.000 " Calcular la poblacin para el ao 2.010 Respuesta: Ao 2.010 = 33.000 habitantes Las principales ventajas de la extrapolacin grfica para el clculo de poblacin son la facilidad y sencillez de operacin.

8 _______________________________________________________________ ACUEDUCTOS

1970 1980 1990 2000 2010

33000

3000028000

23500

20000

12000

10000

POBLACION (Hab)

TIEMPO(Aos)

Figura 3.1 Mtodo de la extrapolacin grfica

Debido a la renuencia de los diseadores a extrapolar solo grficos en lnea recta, se han ideado mtodos grficos dirigidos a acomodar en una lnea recta los puntos representativos de los datos. Los ms comunes son el mtodo aritmtico y el mtodo geomtrico. B. El mtodo aritmtico Se usa papel de coordenadas a escala aritmtica (papel milimetrado). El crecimiento de la poblacin est representado por una lnea recta aplicada a los puntos dibujados. El unir dos ltimos puntos conocidos y prolongar la lnea significa que los factores que determinan el crecimiento en el ms reciente perodo de desarrollo y, tendrn un efecto igual en el futuro. Otros puntos pueden utilizarse si se cree que el crecimiento futuro seguir tal patrn. Es obvio que los resultados variarn ampliamente, dependiendo de la lnea seleccionada (Figura 3.2)

1970

10000

19901980

POBLACION (Hab)

23500

20000

28000

30000

12000

33000

20102000(Aos)TIEMPO

Figura 3.2 Mtodo Aritmtico


C. Mtodo geomtrico Para el efecto se emplea papel semilogartmico. Una relacin lineal en papel semilogartmico indica una rata de crecimiento constante (Figura 3.3).

TIEMPO(Aos)

10000

1970

100000

1000000

1980 1990 2000 2010

POBLACION (Hab)

Figura 3.3 Mtodo geomtrico D. Mtodo comparativo Una variante de los mtodos grficos es el llamado mtodo comparativo. Se utiliza principalmente cuando la informacin censal es insuficiente o poco confiable, lo cual hace que las proyecciones geomtricas y exponencial arrojen resultados que no corresponden con la realidad. En este mtodo el futuro crecimiento de una comunidad se supone seguir el patrn de otras dos o tres ms antiguas y ms grandes, cuyo crecimiento en el pasado mostr caractersticas similares a las esperadas en cuestin (poblacin, desarrollo industrial y comercial, tipo humano y clima). Uno de los municipios (poblacin B) debe ser de la misma regin, con desarrollo, clima y tamao similar al del municipio en estudio y obviamente con informacin confiable en cuanto a crecimiento de la poblacin. El otro municipio (poblacin C) debe ser de la misma regin, con desarrollo y clima similar al del municipio en estudio (poblacin A) pero con un nmero de habitantes mayor al de este municipio. El tercer municipio (poblacin D) debe ser de otra regin del pas con una nmero de habitantes mayor al del municipio en estudio (poblacin A) y con un desarrollo y clima similar. La prediccin deseada se obtiene extendiendo la curva de crecimiento de la zona de estudio de acuerdo con la pasada curva de crecimiento de la zona patrn. Con frecuencia se usan varios patrones de ciudades diferentes, a fin de establecer un campo de posible crecimiento futuro. Las curvas de crecimiento de las diferentes ciudades se trasladan al punto A. A partir del momento en que aquellas tienen una poblacin igual a la de la comunidad en estudio, la curva A-A' adoptada refleja la tendencia general (Figura 3.4).

10 _______________________________________________________________ ACUEDUCTOS

160000

150000

140000

130000

120000

110000

100000

40 30 20 10 0 10 20

DC

B

D'A'C'B'

A

CURBA DE LA POBLACION EN ESTUDIO

Aos antes del censo Aos despues del censo

TIEMPO(Aos)

POBLACION (Hab)

Figura 3.4 Mtodo Comparativo Los clculos grficos pueden servir suficientemente para perodos cortos. Tambin son tiles para comprobar aproximadamente el resultado de otros mtodos. Su principal falla radica en la hiptesis de que las relaciones que han existido en el pasado para otras comunidades, continan existiendo en el futuro con la misma intensidad, para la poblacin en estudio. 3.2.2.2 Mtodos matemticos El uso de ecuaciones matemticas para el clculo supone que el pasado crecimiento de la poblacin ha seguido cierta relacin matemtica identificada y que en el futuro la variacin de poblacin seguir un patrn establecido por esa relacin. El mtodo de clculo para la proyeccin de la poblacin depende del nivel de complejidad del sistema segn se muestra en la tabla 3.8. Se calcular la poblacin utilizando por lo menos los siguientes modelos matemticos: Aritmtico, geomtrico y exponencial, seleccionando el modelo que mejor se ajuste al comportamiento histrico de la poblacin. Los datos de poblacin debe estar ajustados con la poblacin flotante y la poblacin migratoria. En caso de falta de datos se recomienda la revisin de los datos de la proyeccin con los disponibles en poblaciones cercanas que tengan un comportamiento similar al de la poblacin en estudio.

TABLA 3.8

Mtodos de clculo permitidos segn el Nivel de Complejidad del Sistema

Nivel de Complejidad del Sistema Mtodo por emplear Bajo Medio Medio alto Alto

Aritmtico, Geomtrico y exponencial X X Aritmtrico + Geomtrico + exponencial +

otros X X

Por componentes (demogrfico) X X Detallar por zonas y detallar densidades X X


Entre los mtodos matemticos, se tiene: A. Mtodo aritmtico Se supone que la tasa de variacin de la poblacin con el tiempo es constante:

KtP

=

Integrando la ecuacin entre los lmites ti, ao inicial y tf ao final se tiene:

==PfPi

tfti

if )tt(KtKP

)tt(KPP ifif =

)( iff ttKPP i =

Siendo:

Pf = poblacin para un ao futuro (ao de prediccin) Pi = poblacin del ao inicial o ao bsico

La constante K se puede calcular as:

12

12

ttPPK

=

En la cual P2 y P1 son las poblaciones de los aos t2 y t1 obtenidos de la informacin existente. La aplicacin exacta de la frmula implica no tener en cuenta la dinmica de crecimiento en los aos intermedios con informacin censal. Por tanto, se sugiere que a los resultados obtenidos se les haga un anlisis de sensibilidad teniendo en cuenta las siguientes variaciones metodolgicas:

Usar como ao inicial para la proyeccin cada uno de los aos existentes entre el primero y el penltimo censo.

Calcular una tasa de crecimiento poblacional representativa de la dinmica entre los

diferentes datos censales disponibles, y con esta realizar las proyecciones a partir de los datos del ltimo censo

EJEMPLO 3.2 Una comunidad tiene los siguientes datos: Censo 9 de mayo de 1.991 30.875 habitantes. Censo 15 de julio de 2.004 59.585 habitantes.

12 _______________________________________________________________ ACUEDUCTOS

Calcular la poblacin que tendr el 30 de junio del ao 2.024. Intervalo entre censo: t2 - t1 = 13 aos, 2 meses, 6 das = 13,183 aos. Intervalo para el crecimiento futuro: tf - ti = 9 aos, 11 meses, 15 das = 9,958 aos p2 - p1 = 59.585 - 30.875 = 28.710

178.2183.13710.28k ==

Pf = 59585 + 2.178 * (9958) = 81.273 habitantes B. Mtodo Exponencial La utilizacin de este mtodo requiere conocer por lo menos tres censos para poder determinar el promedio de la tasa de crecimiento de la poblacin. Se recomienda su aplicacin a poblaciones que muestren apreciable desarrollo y poseen abundantes reas de expansin. Se supone que el crecimiento de la poblacin es proporcional a la poblacin existente en un momento dado:

KtP

= P =K constante

=PfPi

tfti

tKPP tf

ti

PF

PitKLn =

)tt(KPLnPLn ifif =

)tt(KPLnPLn ifif +=

)( if TTkif ePP

= La cual es la ecuacin empleada por este mtodo. La constante K puede calcularse as:

)( 1212 ttKPLnPLn =

12

12

TTLnPLnP

k

=


Donde K es la tasa de crecimiento de la poblacin la cual se calcula como el promedio de las tasas para cada par de censos, P2 y P1 son las poblaciones de los aos t2 y t1 obtenidas de la informacin existente (censos). C. Mtodo Geomtrico El Mtodo Geomtrico es til en poblaciones que muestren una importante actividad econmica, que genera un apreciable desarrollo y que poseen importantes reas de expansin las cuales pueden ser dotadas de servicios pblicos sin mayores dificultades. La solucin de la ecuacin diferencial exponencial puede tambin visualizarse de la siguiente forma: Reemplazando ek del mtodo exponencial por (1 + r) se tiene la frmula de inters compuesto:

titfif )r1(PP+=

Si ntt if = Periodo de tiempo que se quiere averiguar de la poblacin.

nif rPP )1( +=

En donde r es la rata de crecimiento anual y n el nmero de aos en consideracin. Cuando no se posea la rata de crecimiento anual de una localidad. La tasa de crecimiento anual se calcula de la siguiente manera: mrPP )1(12 += Donde 12 ttm = perodo de tiempo entre dos censos

12

1212 )/()/()1(tt

PPLogm

PPLogrLog

==+

Donde P2 y P1 son las poblaciones de los aos t2 y t1 obtenidos de los censos. Expresado de otra forma tenemos:

1)(

1

1

2 12

=

TT

PPr

La escogencia entre el mtodo aritmtico y el mtodo geomtrico se basa en la inspeccin del grfico trazado a partir de la escala aritmtica. Una aparente relacin lineal implicara el uso del mtodo aritmtico; en cambio una curva aparentemente cncava hacia arriba implicara el uso del geomtrico. EJEMPLO 3.3 De acuerdo con los datos censales siguientes, obtenidos de una localidad, calcular la poblacin para el ao 2024:

14 _______________________________________________________________ ACUEDUCTOS

1984 55.000 habitantes 1994 65.000 " 2004 85.000 " a) Por el mtodo exponencial: )titf(Kif ePP

= - Hallar el valor de K entre 1984 y 1994.

0167.019841994

000.55000.651 =

=

LnLnK

- Hallar el valor de K entre 1984 y 2004.

0217.019842004

000.55000.852 =

=

LnLnK

- Hallar el valor de K entre 1994 y 2004.

0268.019942004

000.65000.853 =

=

LnLnK

02176.00268.00167.0.02170.03

321 =++

=++

=KKKKm

Pf = 85000 e(0.02176)(2024 - 2004) = 131.348 b) Por el mtodo geomtrico: Hallar la rata de crecimiento entre 1984 y 1994.

0168.0000.55000.651

198419941

)(1

1

2 12 =

=

=

TT

PPr r = 1.68 1.7%

- Hallar la rata de crecimiento entre 1.984 y 2.004

022.0000.55000.851

198420041

)(1

1

2 12 =

=

=

TT

PPr r = 2.2%

- Hallar la rata de crecimiento entre 1.994 y 2.004


027.0000.65000.851

199420041

)(1

1

2 12 =

=

=

TT

PPr r = 2.7%

Efectuando un promedio de r se obtiene: r = 1,68 + 2,2 + 2,7 = 6.6

2.23

7.22.27.1=

++=mr %

Para el ao 2024 la poblacin final ser: Pf = 85.000 (1 + 0,022)20 = 131.352 habitantes. Cuando el tamao de la poblacin, las condiciones demogrficas, el crecimiento de la poblacin no continuo o las condiciones externas que generen periodos demogrficos cambiantes en el tiempo requieran la utilizacin de mtodos de clculo de poblacin diferentes a los presentados en la Tabla 2.1, otros mtodos podrn ser empleados bajo la aprobacin de la empresa prestadora del servicio y la opinin de expertos en estudios demogrficos as: D. Estudios demogrficos detallados. Para la estimacin de la poblacin, en los estudios de planeamiento de servicios para los niveles de complejidad medio alto y alto, se considera una buena prctica realizar estudios demogrficos detallados conducidos por profesionales en la demografa. Mtodos como el de los componentes demogrficos, que analiza la variacin en el tiempo de parmetros como la natalidad, la mortalidad, la emigracin y la inmigracin, son de gran utilidad y confiabilidad para obtener un sustento slido a las proyecciones de poblacin que permita una adecuada estimacin de la demanda de los servicios y en ejecucin de obras, que usualmente involucran importantes inversiones del municipio as su endeudamiento por varios aos. Solo una adecuada proyeccin de poblacin y de demanda de los servicios permitir un ptimo aprovechamiento de estos recursos. E) Mtodo de la tasa decreciente de crecimiento. La experiencia indica que cuando mayor se hace una ciudad en virtud de su desarrollo, menor ser la tasa anual de crecimiento, conforme la poblacin se acerca de valor de saturacin. La suposicin de una tasa decreciente de crecimiento es uno de los mtodos ms confiables para estimar poblaciones futuras, especialmente si se comprueba con ciudades comparables que han excedido ya la poblacin actual de la ciudad que se est considerando. Matemticamente, este decrecimiento del porcentaje de incremento se traduce en una correccin de la frmula del mtodo geomtrico y se calcula la constante Kd, mediante la expresin deducida de :

16 _______________________________________________________________ ACUEDUCTOS

)PS(KtP

d =

Donde:

=S Poblacin de saturacin =P Poblacin histrica =dK Constante de la tasa decreciente de crecimiento.

t)PS(KP d =

Integrando:

= ti

tod

PiPo

tK)PS(

P

)PS(U = ; PU =

- =Ui

Uotito

d tKUU

- )( oido

i ttKUULn =

;

oioi

dttPSPSLn

K

=

Para una poblacin futura: oi

o

i

ttPSPSLn

Kd

=

Luego: e ifd ttKif PSSP )()( = EJEMPLO 3.4 Poblacin de saturacin S = 62.000 habitantes Censo 1.995 P2 = 36.203 hab. Censo 1.983 P1 = 27.262 hab. Perodo intercensal entre t2 y t1 = 11 aos = 351 das = 11,96 aos


12

12

d ttPSPS

LnK

=

02488.096.11

262.27000.62000.36000.62Ln

Kd =

=

Calcular la poblacin futura a junio 30 / 2.020 Perodo intercensal entre tf - to = 24 aos + 255 das = 24,6986 aos Pf = S - (S-PI) * e -Kd (tf - ti) = 62.000 - (62.000 - 36.203) * e - 0,02488 (24,6986) Pf2.020 = 48.045 hab 3.2.2.3 Mtodos empricos usados para perodos largos A. Parbola comn de segundo grado Tiene por ecuacin: 2cXbXaY ++= Para perodos de 20 a 40 aos, las ramas de una de estas curvas se ajusta con bastante exactitud a 3 4 datos censales. Se toma Y = poblacin calculada y X igual a perodo de tiempo partiendo de un ao cualquiera. Si se trata de ajuste para mayor nmero de puntos censales se recurre al mtodo de los mnimos cuadrados. EJEMPLO 3.5 Estudiar el crecimiento del problema anterior utilizando como curva la parbola comn de segundo grado: Aos Fecha Poblacin (hab.) 1.970 junio 10 55.000 1.980 junio 10 65.000 1.990 junio 10 85.000 Se procede a hacer pasar la parbola por los tres puntos obligados correspondientes a los aos 1.970, 1.980, 1.990, tomando como origen de abcisas el ao 1.970. Se tiene: Puntos Aos Abcisas Ordenadas

X Y X2 1 1.970 0 55 0 2 1.980 10 65 100 3 1.990 20 85 400

18 _______________________________________________________________ ACUEDUCTOS

Reemplazando en la ecuacin dada, los valores correspondientes a X, Y, X2 se tiene el siguiente

sistema de ecuaciones:

1. 55 = a 2. 65 = a + 10b + 100c 3. 85 = a + 20b + 400c que se reduce al siguiente sistema de dos ecuaciones:

10b + 100c = 10 20b + 400c = 30 La solucin del sistema da: a = 55 b = 0,5 c = 0,05 y la ecuacin buscada es la siguiente :

Y = 55 + 0,5X + 0,05X2 Para hallar la poblacin en el ao 2.020, el perodo transcurrido es de 50 aos (1.970 - 2.020).

Y = 55 + 0,5(50) + 0,05(2.500) Y = 55 + 25 + 125 = 205 (miles)

Existen otros mtodos para perodos largos como son: B. Parbola cbica Tiene por ecuacin: 32 dXcXbXaY +++= Las coordenadas X y Y tienen el mismo significado antes explicado. Normalmente se emplea para perodos ms largos que los anotados anteriormente. C. La parbola logartmica Cuya ecuacin es: LogXdcXbXaY 2 +++= Este tipo de ecuacin es la que da mejores resultados que los anteriores, especialmente para perodos relativamente largos como una centuria. D. Frmulas de origen racional Curva logstica de Verhulst :


axce1KY+

=

Y = Poblacin en un momento dado X = Tiempo K, c, a = parmetros 3.2.2.4 Ajuste por poblacin flotante y poblacin migratoria El clculo de la poblacin por abastecer debe considerar actividades tursticas, laborales, industriales y/o comerciales que representen poblacin flotante. Debe ajustarse la proyeccin de la poblacin para tener en cuenta la poblacin flotante, de acuerdo con los estudios socioeconmicos disponibles para la poblacin.

En caso de que existan posibilidades de migracin hacia el municipio, sta debe tenerse presente en los estudios de proyeccin de la poblacin.

En caso de que no existan datos, el diseador debe proyectar la poblacin utilizando alguna metodologa especial establecida de comn acuerdo con el contratante. 3.2.2.5 Etnias minoritarias

En caso de que en el municipio objeto de la construccin o ampliacin de un sistema de acueducto exista una etnia minoritaria, la proyeccin de la poblacin de sta debe ser objeto de un estudio individual detallado.

3.3 CONSUMO DE AGUA Es la cantidad de agua necesaria que requerir una poblacin. La base ms segura para el clculo del consumo de agua son los datos de consumo actual y pasado, teniendo en cuenta los factores que pueden influir en el futuro. El consumo es expresado en trminos del consumo medio diario por habitante durante un ao (dotacin). Se obtiene sumando el consumo de todos los das del ao y dividiendo el consumo total por 365 das y por la poblacin:

365321 qqqqQt ++++=

PQtqm *365

=

Donde:

mq = consumo medido expresado en lt/Hab/da P = Poblacin servida (no la poblacin total)

Los factores que pueden influir en el consumo medio diario son:

20 _______________________________________________________________ ACUEDUCTOS

- Tamao de la poblacin : a mayor tamao mayor consumo, por los usos limitados en poblaciones pequeas.

En una ciudad pequea es probable que existan reas ms grandes servidas inadecuadamente por acueducto y alcantarillado que en una ciudad grande. El consumo por persona tiende a crecer a medida que la poblacin aumenta.

- El alcantarillado, su ausencia tiene un efecto considerable sobre el consumo : en una

casa sin alcantarillado, su consumo no excede a 38 Lt/Hab/da. Una casa media con alcantarillado iguala o excede a 100 Lt/Hab/da.

- Calidad del agua: a mejor calidad del agua mayor consumo. - Presin : un incremento en la presin tendr un efecto igual al anterior. - Clima : en regiones ridas donde los veranos son calientes y secos se usa agua para

regar, el consumo domstico se incrementa por ms baos y el consumo pblico ser afectado por ms riegos de parques, zonas de recreacin, etc.

- Caractersticas de la poblacin: depende del estado econmico de los consumidores. En

una zona residencial el consumo es alto. En zonas suburbanas muchas veces poseen un solo grifo y no poseen alcantarillado.

- Uso de medidores: la carencia de medidores tiene un efecto definido sobre el consumo

de agua. La instalacin de medidores reduce el consumo de agua. Si se colocan medidores en toda una ciudad el consumo se reducir en un 50% del consumo sin medidor.

3.3.1 CONSUMO DE AGUA PARA VARIOS FINES Para hacer una inteligente aplicacin de los datos relativos al uso del agua, es deseable tener algn conocimiento acerca del consumo del agua para varios fines. Este dato es de gran importancia en el diseo de las diferentes partes de un sistema de distribucin. Los diferentes usos de agua pueden ser clasificados en siete clases: 3.3.1.1 Uso domstico Incluye el agua suministrada a las casas, hoteles, etc., con fines sanitarios, bebida, lavado, riego de jardines, etc. Vara segn las condiciones de vida de los consumidores, siendo la variacin usual entre 38 y 227 Lt/Hab/da y en promedio de 132 a 150 Lt/Hab/da El consumo domstico puede ser cerca del 30% del total de la ciudad promedio. El diseador debe analizar detenidamente la dotacin de uso residencial teniendo en cuenta las siguientes disposiciones: 1. En general el consumo total de uso residencial aumenta con el tiempo. El diseador debe

justificar la proyeccin de la dotacin para las etapas de construccin de las obras del sistema de acueducto y para el perodo de diseo de cada uno de sus componentes.

2. Debe atenderse lo estipulado en el artculo 15 de la Ley 373 de 1997, sobre uso eficiente y

ahorro del agua, o la que la reemplace, sobre la tecnologa de bajo consumo y la reglamentacin que exista al respecto, considerando el uso de micromedidores de caudal,


reguladores de caudal, reguladores de presin o cualquier otro tipo de accesorio que implique una reduccin en el consumo.

3. El diseador debe tener en cuenta la utilizacin de aparatos de bajo consumo, con el fin de

determinar el posible ahorro y el efecto de estos instrumentos en la dotacin neta. 4. El diseador debe deducir la dotacin de uso residencial para el diseo de los sistemas de

acueducto con base en mediciones directas hechas

acueductos ing roberto salazar cano

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