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Timestamp: 2020-07-07 06:06:41+00:00

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Análisis Técnico De La Red De Conducción Abastecedora Del Acueducto Del Municipio De Guatavita, (Bocatoma Corales) | Agua | Contaminación
Análisis Técnico De La Red De Conducción Abastecedora Del Acueducto Del Municipio De Guatavita, (Bocatoma Corales)
proyecto en tecnologia de topografia
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REVISTACOMDA
DS. 594 Actualizado Al 23-07-2015
Informe Final Sistema de Agua y Alcantarillado
Trabajo de Ecotoxicologia
Informe de Trabajo Lircay
Taller Sobre Lavanderia
Line Amien to Stec Nico Slas Margaritas
Ampliación Del Sistema de Agua Potable y Alcantarillado
ANÁLISIS TÉCNICO DE LA RED DE CONDUCCIÓN ABASTECEDORA DEL ACUEDUCTO DEL MUNICIPIO DE GUATAVITA, (BOCATOMA CORALES).
LADY MAYERLY CONTRERAS FORERO
EDWIN GREGORY PEÑA
MIGUEL ALEXANDER MELO RODRÍGUEZ
PROYECTO CURRICULAR DE TECNOLOGÍA EN TOPOGRAFÍA
Dedicamos este trabajo de Grado primero que todo
A nuestros Padres y Hermanos, que nos han dado la sabiduría y
Apoyo para trabajar muy fuerte por este título.
A la Universidad Distrital Francisco José de Caldas
Por abrirnos sus puertas y contribuir en nuestra formación
A nuestro Director el Ing. Edilberto Niño
Por su enseñanza y acompañamiento en toda esta etapa
Al señor Fontanero Daniel Gonzales
Por su colaboración, dedicación en su trabajo y
Entrega de 33 años al servicio del municipio de Guatavita.
Bogotá D.C., Día
“Ni la Universidad ni el Jurado de grado serán responsables de las
Ideas expuestas por los graduados en el trabajo”.
En busca de soluciones técnicas se plantea, diseña y construye proyectos que cuenten con las exigencias de calidad óptimas para satisfacer las necesidades de la sociedad; contribuyendo así al mejoramiento de la calidad de vida y que no afecte negativamente el desarrollo de los recursos naturales teniendo así un control del ambiente.
Todo sistema de abastecimiento de agua se proyecta de modo que pueda atender las necesidades de una población durante un periodo determinado. Cuando dichos sistemas no satisfacen los objetivos específicos que están sujetos a impedimentos y restricciones que afectan de algún modo al funcionamiento ya sea por el deterioro de sus estructuras o crecimiento de la población, se hace necesario evaluar y diseñar nuevas alternativas que puedan corregir dichos problemas y dar soluciones al sistema.
Por esta razón se enfocó el trabajo de grado como un proyecto que buscó suplir la necesidad de suministrar un volumen suficiente de agua al municipio en épocas de intenso verano. En consecuencia de ello se evaluó la ubicación y naturaleza de las fuentes de abastecimiento así como de la topografía de la región por medio de cartografías obtenidas del IGAC escala 1:10.000, para establecer criterios que sirvieron para una buena valoración del sistema.
Por lo tanto este proyecto se centra en el análisis técnico de la estructura según los parámetros establecidos por el Reglamento Técnico del Sector de Agua Potable y Saneamiento Básico RAS 2000, georeferenciación sobre cartografías digitales del municipio de Guatavita y proyección de población, con el fin de aportar información actual y futura sobre el mejoramiento e implementación de la red para suplir las necesidades en el año 2036 del municipio.
Finding technical solutions in the planet, design and construct projects that achieve quality to achieve society´s necessities in order to improve life quality and do not affect natural resources and making environment control. All the water supply system is focus on support all community necessities where system not satisfied with the specific objectives subject. It has restrictions that can affect the operation either by the deterioration of their structures and population growth, it is necessary to evaluate and design new alternatives that can correct problems and provide solutions system.
The reason for this thesis during this project was to cover the necessity to cover sufficient volume of water to the municipality in sunny weather. As a consequence, the location and nature of the sources of supply as well as the topography of the region through the IGAC maps obtained was evaluated. Based on IGAC scale of 1: 10,000, which served to establish criterias for a good evaluation system. Therefore, this project focuses on the technical analysis of the structure according to the parameters established in the “Reglamento Técnico del Sector de Agua Potable y Saneamiento Básico” RAS 2000, georeferencing of digital maps of the town of Guatavita and population projection, with the purpose to provide information on current and future improvement and implementation of the network to meet the needs for 2036 in the municipality.
2.2. JUSTIFICACIÓN DEL PROYECTO
3.1.1. DIMENSIÓN AMBIENTAL
3.1.2. FUENTES HÍDRICAS
3.1.3. PROBLEMÁTICA AMBIENTAL Y AGOTAMIENTO DEL RECURSO
3.1.4. DIMENSIÓN SOCIAL
3.1.5. UBICACIÓN GEOGRÁFICA
3.2.2. DEFINICIÓN DEL SISTEMA DE REFERENCIA GEOCÉNTRICO PARA LAS
3.2.3. COORDENADAS ELIPSOIDALES
3.2.4. COORDENADAS PLANAS
3.2.5. DESCRIPCIÓN GENERAL DEL SOFTWARE MAGNA SIRGAS 3 PRO
RAS 2000 REGLAMENTO TÉCNICO
¿POR QUÉ SE IMPLEMENTA?
CONSIDERACIONES PARA EL ABASTECIMIENTO DE LOS SISTEMAS
ASPECTOS GENERALES DE LA ZONA DE LA FUENTE
CONDICIONES GEOLÓGICAS Y GEOTÉCNICAS
GENERACIÓN DEL MDE
CONSTRUCCIÓN DEL MODELO DIGITAL DE TERRENO
3.5.1. MÉTODOS DIRECTOS MEDIANTE SENSORES REMOTOS
3.5.2. MÉTODOS DIRECTOS SOBRE EL TERRENO
3.5.3. MÉTODOS INDIRECTOS
4. DESARROLLO METODOLÓGICO
4.1. GEOREFERENCIACIÓN DE LA RED DE CONDUCCIÓN
4.2. CONVERSIÓN Y TRANSFORMACIÓN DE COORDENADAS ELIPSOIDALES A
GAUSS KRÜGER CON EL SISTEMA DE REFERENCIA MAGNA CENTRAL
IMPLANTACIÓN DE PUNTOS EN COORDENADAS ELIPSOIDALES
4.4. DIGITALIZACIÓN CARTOGRAFÍA DE GUATAVITA
4.5. EXPORTACIÓN DE CURVAS DE NIVEL DE ArcMap a AutoCAD
4.6. MODELO DIGITAL ELEVADO DE TERRENO
5. GENERALIDADES DE LOS SISTEMAS DE ACUEDUCTO
5.1.1. ALCANCE
5.1.2. ESTIMACIÓN DE LA POBLACIÓN
5.2. MARCO NORMATIVO
5.3. MÉTODOS DE PROYECCIÓN DE LA POBLACIÓN
5.3.1. EL MÉTODO ARITMÉTICO
5.3.2. EL MÉTODO GEOMÉTRICO
5.3.3. EL MÉTODO EXPONENCIAL
6. METODOLOGÍA CALCULO DE POBLACIÓN
6.1. MÉTODO LINEAL
6.2. MÉTODO GEOMÉTRICO
6.3. MÉTODO LOGARÍTMICO
6.4. CAUDALES DE DISEÑO
6.5. BOCATOMA
6.6. TUBERÍA DE ADUCCIÓN
7. DISEÑO BOCATOMA QUEBRADA “CORALES”
7.1. DISEÑO DE LA PRESA
7.2. DISEÑO DE LA REJILLA Y CANAL DE ADUCCIÓN
7.3. NIVELES DEL CANAL DE ADUCCIÓN
7.4. DISEÑO DE DESARENADOR
7.5. CÁLCULO DE LOS ELEMENTOS DEL DESARENADOR
8. ANÁLISIS ESTRUCTURA ACTUAL BOCATOMA
8.1. BOCATOMA
8.2. DESARENADOR
8.3. RED DE CONDUCCIÓN
9. EVALUACIÓN TÉCNICA DE LAS UNIDADES EXISTENTES
9.1. PRESA
9.2. BOCATOMA
9.3. CÁLCULOS ELEMENTOS DE LA BOCATOMA
9.4. CÁLCULOS LÍNEA DE ADUCCIÓN DE BOCATOMA A DESARENADOR
9.5. ANÁLISIS DE DESARENADOR
9.6. EVALUACIÓN DE OPERACIÓN DEL DESARENADOR
Imagen 1. Embalse de Tominé, (Fuente propia)
Imagen 2. Quebrada Carbonera Alta, (Fuente propia)
Imagen 3. Ubicación geográfica del municipio de Guatavita, (Fuente sitio oficial web Guatavita
Imagen 4. Ubicación Bocatoma Corales, (Fuente Image©2015 DigitalGlobe, Google Earth)
Imagen 5. Coordenadas cartesianas tridimensionales [X, Y, Z] y elipsoidales [φ, λ, h], (Fuente ©Instituto Geográfico Agustín Codazzi - 2004)
Imagen 6. Ubicación general Planta de Tratamiento y Línea de Conducción, (Fuente Image © 2015 DigitalGlobe, Google earth, y fuente propia imágenes
Imagen 7. Ubicación general Bocatoma, Desarenador, Válvula de Purga, Cruce de tubería de conducción, Válvula de ventosa y tubería de conducción (Fuente Image © 2015 DigitalGlobe, Google earth, y fuente propia imágenes
Imagen 8. Coordenadas Elipsoidales de la Bocatoma, (Fuente
Imagen 9. Inicio de trabajo de conversión y trasformación de coordenadas con el Software Magna Sirgas 3 Pro, (Fuente
Imagen 10. Información de Referencia de las Planchas, (Fuente Cartografía, ©Instituto geográfico Agustín Codazzi -
Imagen 11. Conversión de coordenadas elipsoidales a Gauss Krüger con el software Magna Sirgas 3 Pro, (Fuente
Imagen 12. Georefenciación coordenadas elipsoidales en Google earth, (Fuente Image © 2015 DigitalGlobe, Google earth, y fuente propia imágenes
Imagen 13. Perfil del Terreno en Google earth, (Fuente Image © 2015 DigitalGlobe, Google earth, y fuente propia imágenes
Imagen 14. Creación Feature Dataset, (Fuente ArcGIS de esri®, y fuente propia imágenes
Imagen 15. Creación Feature Dataset, (Fuente ArcGIS de esri®, y fuente propia imágenes
Imagen 16. Creación Feature Class, (Fuente ArcGIS de esri®, y fuente propia imágenes
Imagen 17. Add Data en ArcMap, (Fuente ArcGIS de esri®, y fuente propia imágenes
Imagen 18. Georeferenciación de la plancha en ArcMap, (Fuente ArcGIS de esri®, y fuente propia imágenes
Imagen 19. Digitalización de la plancha en ArcMap, (Fuente ArcGIS de esri®, y fuente propia imágenes
Imagen 20. Digitalización de la plancha en ArcMap, (Fuente ArcGIS de esri®, y fuente propia imágenes
Imagen 21. Propiedades curvas de nivel en AutoCAD, (Fuente AutoCAD 2010, y fuente propia
imágenes modificadas)
Imagen 22. Curvas de nivel, grilla y norte en AutoCAD, (Fuente AutoCAD 2010, y fuente propia
Imagen 23. Vista rápida en 3D de las curvas de nivel en AutoCAD, (Fuente AutoCAD 2010, y fuente propia imágenes
Imagen 24. Tabla de coordenadas de las curvas de nivel, (Fuente Microsoft Excel 2010, y fuente
propia imágenes
Imagen 25. Reporte de triangulación de coordenadas para generación de modelo en SURFER.10,
(Fuente Microsoft Word 2010, y fuente propia imágenes
Imagen 26. Generación de curvas de nivel, (Fuente SURFER.10, y fuente propia imágenes modificadas)
Imagen 27. Generación de modelo digital elevado de terreno sin capas, (Fuente SURFER.10, y fuente propia imágenes
Imagen 28. Generación de modelo digital elevado de terreno, (Fuente SURFER.10, y fuente propia imágenes
Imagen 29. Elementos de la rejilla, (Fuente López, elementos de diseño para acueductos y
Imagen 30. Cámara de inicio de flujo por gravedad, (Fuente
Imagen 31. Bocatoma Corales, (Fuente
Imagen 32. Cámara Bocatoma Corales, (Fuente
Imagen 33. Desarenador Bocatoma Corales, (Fuente
Imagen 34. Red de conducción Corales, (Fuente
Imagen 35. Red de conducción Corales, (Fuente
Imagen 36. Red de conducción Corales, (Fuente
Tabla 1. Asignación del nivel de complejidad, (Fuente RAS
Tabla 2. Recopilación de censos de la población del Municipio de Guatavita, (Fuente DANE). 61
Tabla 3. Calculo cotas de la Bocatoma, (Fuente
Tabla 4. Cotas tubería de excesos, (Fuente
Tabla 5. Relaciones hidráulicas, (Fuente López, elementos de diseño para acueductos y
Tabla 6. Esfuerzos cortantes, (Fuente López, elementos de diseño para acueductos y
Tabla 7. Cálculo vertedero rectangular, (Fuente
Tabla 8. Cálculo de la presa, (Fuente
Tabla 9. Cálculo de la rejilla y canal de aducción, (Fuente propia)
Tabla 10. Cálculo longitud de la rejilla y numero de orificios, (Fuente propia)
Tabla 11. Cálculo niveles de agua en canal de aducción, (Fuente
Tabla 12. Cálculo cámara de recolección, (Fuente
Tabla 13. Cálculo altura muros de contención, (Fuente propia)
Tabla 14. Cálculo condiciones vertederos de excesos, (Fuente
Tabla 15. Diseño línea de aducción, (Fuente
Tabla 16. Cálculos condiciones de la tubería de entrada desarenador, (Fuente
Tabla 17. Cálculos condiciones de diseño desarenador, (Fuente
Tabla 18. Cálculos parámetros de sedimentación desarenador, (Fuente propia)
Tabla 19. Cálculos elementos del desarenador, (Fuente
Tabla 20. Cálculos
almacenamiento de lodos desarenador, (Fuente propia)
Tabla 21. Cálculos cámara de aquietamiento desarenador, (Fuente
Tabla 22. Cálculos rebose de la cámara de aquietamiento desarenador, (Fuente
Tabla 23. Cálculos pérdidas a la entrada de la cámara de aquietamiento desarenador, (Fuente
Tabla 24. Cálculos pérdidas a la entrada de la zona de sedimentación desarenador, (Fuente
Tabla 25. Cálculos pérdidas por las pantallas inicial y final desarenador, (Fuente
Tabla 26. Cálculos pérdidas por las pantallas inicial y final desarenador, (Fuente
Anexo 1. Tabla método crecimiento lineal……………………………………………………
Anexo 2. Tabla método crecimiento geométrico……………………………………………….117
Anexo 3. Tabla método crecimiento logarítmico………………………………… ………… 118
Anexo 4. Tabla diseño de caudal método lineal……………………………………………… 119
Anexo 5. Tabla diseño de caudal método geométrico………………………………………….120
Anexo 6. Tabla diseño de caudal método logarítmico………………………………………
Anexo 7. Tabla de dotación y caudal………………………………………………………
Anexo 8. Plano 1 de 3 curvas del nivel, Surfer.10…………………………………….……… 123
Anexo 9. Plano 2 de 3 MDE B&W, Surfer.10…………………………………….……………124
Anexo 10. Plano 3 de MDE, Surfer.10…………………………………………………………125
Anexo 11. Plancha cartográfica Guatavita 228-II-A-3…………………………………………126
Anexo 12. Plancha cartográfica Guatavita 228-II-B-2…………………………………………127
Anexo 13. Plancha cartográfica Guatavita 228-I-B-4………………………………………… 128
Anexo 14. Plano planta perfil curvas de nivel Guatavita……………………………………….129
que puede ser captada para diferentes fines.
Suministro o fuente de agua por medio de una fuente natural o artificial
Sistema de abastecimiento de agua para una población.
Componente a través del cual se transporta agua cruda, ya sea a flujo libre o a
AGUA POTABLE Agua que por reunir los requisitos organolépticos, físicos, químicos y microbiológicos es apta y aceptable para el consumo humano y cumple con las normas de calidad de agua.
ALMACENAMIENTO Acción destinada a almacenar un determinado volumen de agua para cubrir los picos horarios y la demanda contra incendios.
ALTIMETRÍA Determina las alturas de los diferentes puntos del terreno con respecto a una superficie de referencia, generalmente correspondiente al nivel medio del mar.
BOCATOMA Estructura hidráulica que capta el agua desde una fuente superficial y la conduce al sistema de acueducto.
Conjunto de estructuras necesarias para obtener el agua de una fuente de
CAUDAL DE DISEÑO Caudal estimado con el cual se diseñan los equipos, dispositivos y estructuras de un sistema determinado.
CAUDAL MÁXIMO DIARIO Consumo máximo durante veinticuatro horas, observado en un período de un año, sin tener en cuenta las demandas contra incendio que se hayan presentado.
CAUDAL MÁXIMO HORARIO
Consumo máximo durante una hora, observado en un
período de un año, sin tener en cuenta las demandas contra incendio que se hayan presentado.
CAUDAL MEDIO DIARIO Consumo medio durante veinticuatro horas, obtenido como el promedio de los consumos diarios en un período de un año.
CONDUCCIÓN o a presión.
Componente a través del cual se transporta agua potable, ya sea a flujo libre
COORDENADA Cualquiera de los “n” números de una serie que designa la posición de un punto en un espacio n-dimensional.
COTA Elevación o altura de un punto determinado de la superficie terrestre a la distancia vertical que existe desde el plano de comparación dicho punto.
Superficie geográfica que drena hacia un punto determinado.
DATUM Punto de la superficie terrestre donde geoide y elipsoide coinciden; se considera el datum como aquel conjunto de parámetros que sirven de referencia o base para el cálculo de otros parámetros, entre ellos la posición del origen, la escala y la orientación de los ejes de un sistema de coordenadas
DESARENADOR Componente destinado a la remoción de las arenas y sólidos que están en suspensión en el agua, mediante un proceso de sedimentación mecánica.
tubería, aunque su valor no coincida con el diámetro real interno.
Es el número con el cual se conoce comúnmente el diámetro de una
ELIPSOIDE Superficie cerrada y simétrica respecto de tres ejes perpendiculares entre sí; sus secciones planas son elipses o círculos.
GEOREFERENCIACIÓN Posicionamiento en la que se define la localización de un objeto espacial, representado en formato raster, o formato vector (punto, línea, polígono) en un sistema de coordenadas especifico.
del arco o porción del ecuador de la tierra entre el meridiano de un lugar dado y
el primer meridiano expresado en grados este u oeste de primer meridiano, hasta un máximo de
Marco Geocéntrico Nacional de Referencia.
MODELO DIGITAL DE TERRENO (MDT) Técnica de análisis estereoscópico mediante la cual una computadora recibe información a partir de un par estereoscópico digital y produce un mapa digital corregido geométricamente con mediciones de elevación correlacionadas DEM. 1. Una superficie topográfica ordenada en un archivo de datos como un conjunto de localizaciones X, Y, Z espaciadas regularmente, donde “Z” representa la elevación. 2. Representación del relieve en forma de matriz. Cada elemento del DEM es considerado un nodo de una malla (grid) imaginaria. La malla se define identificando una de sus esquinas (habitualmente la SW), la distancia entre nodos en las direcciones X e Y, el número de nodos en ambas direcciones y la orientación de la red. DEM.
PLANIMETRÍA La planimetría estudia los instrumentos y métodos para proyectar sobre una superficie plana horizontal, la exacta posición de los puntos más importantes del terreno y construir de esa manera una figura similar al mismo.
en el cual su(s) capacidad(es) permite(n) atender la demanda proyectada para este tiempo.
Tiempo para el cual se diseña un sistema o los componentes de éste,
índice de cubrimiento, crecimiento y proyección de la demanda para el período de diseño.
Población que se espera atender por el proyecto, considerando el
RED DE DISTRIBUCIÓN Conjunto de tuberías, accesorios y estructuras que conducen el agua desde el tanque de almacenamiento o planta de tratamiento hasta los puntos de consumo.
Proceso en el cual los sólidos suspendidos en el agua se decantan por
Sistema de Referencia Geocéntrico para las Américas.
se emplea como accesorio para derivaciones y/o cambios de diámetro de la línea de
VÁLVULA DE PURGA O DESAGÜE tubería.
se debe ubicar en los puntos bajos de la línea de
VÁLVULA DE VENTOSA O DE AIRE se debe colocar en los puntos altos de la línea de tubería para facilitar la salida del aire que se acumula durante el funcionamiento o en su llenado. También para la entrada del aire, en las descargas de la tubería o por rotura.
El estado actual de los acueductos, tanto urbano como algunos rurales, cuentan con los acueductos por sistema de gravedad y conformados por bocatoma de fondo, desarenador, tanques de almacenamiento, redes de conducción, inducción y distribución en tuberías de Hierro Galvanizado y PVC; Carbonera Alta es el acueducto principal que cumple con especificaciones para abastecer la zona de forma óptima de dos bocatomas que abastecen a casco urbano.
La Bocatoma Corales se construyó hace 7 años para suplir las necesidades del municipio en
épocas de sequía, con una longitud de 8Km de 4” tratamiento.
caudal de 5
a la planta
Debido a la mala ejecución del diseño inicial de esta bocatoma la comunidad está siendo afectaba por el volumen de agua recibida, ya que tenía que ser la tubería de 4Km en 6” y los otros 4Km en 4” y un caudal de 10 L.p.s.
A partir de esto se planteó como objetivo realizar el análisis técnico de la red, para la reconocer calidad de las principales estructuras del sistema de acueducto y a partir de la información recolectada en campo, plantear la optimización del sistema de conducción, georeferenciación y proyección de población. Se prevé que el sistema de abastecimiento en el futuro no satisfaga el suministro del servicio, provocando así el bloqueo de muchas actividades de sus pobladores.
El trabajo se realizó a partir de los datos suministrados por el Fontanero encargado del mantenimiento de la red y la recolección de información tomada en campo además de las cartografías de la zona obtenidas por el IGAC.
Actualmente el municipio de Guatavita no cuenta con un servicio eficiente de abastecimiento de agua que satisfaga totalmente a los pobladores en épocas de verano intenso, ya que este pueblo se encuentra al lado de una reserva de agua significativa, el pueblo fue trasladado debido a la construcción del embalse de Tominé, destinado para abastecer la demanda hídrica de la ciudad de Bogotá.
Guatavita cuenta con dos fuentes de abastecimiento llamadas Carbonera Alta y Corales, Carbonera Alta que es la fuente principal de abastecimiento cumple casi con el 100% de la demanda del municipio, pero en épocas de verano y sequia se apoya en la Fuente de Corales, la cual actualmente no cumple con su servicio para suplir las necesidades de apoyar la otra fuente.
La infraestructura de la Bocatoma Corales según el diseño inicial validado por el Acueducto y la Alcaldía del Municipio no se cumplió en su ejecución de diseño hidráulico alrededor del año 2007, modificando en esta el diámetro de la tubería de conducción en un tramo de 4Km, esto género que el caudal disminuyera a la mitad de lo cual estaba proyectado.
Debido a esta mala ejecución el municipio se ha visto obligado en épocas de veranos muy fuertes efectuar cortes y racionamientos de agua en el Municipio. Este proyecto da la solución para las necesidades que presenta la comunidad, en cuanto se mejore adecuadamente la estructura y se haga una proyección de población para el año 2036 para poder dar un buen servicio en el futuro a toda la comunidad del municipio de Guatavita.
Un acueducto es construido para prestar de una manera eficiente el servicio de abastecimiento de agua potable, ya que en cualquier comunidad es un derecho de suma importancia disponer de un sistema de aprovisionamiento de agua que satisfaga sus necesidades vitales.
El contar con este recurso para poder desarrollar sus actividades cotidianas sin ningún tipo de problema que pueda obstaculizar el progreso económico y social del municipio. Además el sistema de abastecimiento de agua es proyectado para atender las necesidades de una comunidad durante un determinado periodo, por lo tanto es necesario evaluar cada una de las variables que intervienen en el funcionamiento del sistema en el momento en el que se presenten fallas en la prestación de servicio. Las siguientes son las razones por las cual se realizó este proyecto:
Δ Crecimiento de la población asociado con el desarrollo económico y turístico del municipio.
Δ Obtener un comportamiento satisfactorio de la fuente de abastecimiento.
Δ Evaluar la vida útil de algunas estructuras, el correspondiente mantenimiento y cuidado por parte de los pobladores y visitantes.
Δ Por el corte de agua que se ha venido efectuando, con el fin de lograr una equidad en el suministro del agua potable optimo y eficiente a la comunidad.
Δ Para realizar a un futuro un buen diseño que supla las necesidades de la población en el año 2036.
Δ Efectuar análisis técnico de la red conductora, aspectos de funcionalidad, calidad y sostenibilidad de las principales estructuras para la proyección de población al año 2036 y su óptimo funcionamiento para suplir las necesidades del municipio actual y posible población futura, según norma RAS 2000.
Δ Georeferenciar bocatoma, desarenador y línea de conducción,.
Δ Digitalizar cartografía del municipio.
Δ Realizar plano planta perfil de la zona.
Δ Elaborar modelo digital de elevación del terreno.
Δ Proyectar la población para el año 2036.
Δ Cálculo de bocatoma y desarenador para el año 2036
Δ Plantear la optimización de las estructuras de la red de conducción con base a la información recopilada en campo para la futura población.
Δ Diagnosticar las condiciones de funcionamiento del sistema de abastecimiento.
En la ley 99 de 1993 en aras de la protección del medio ambiente y en busca del desarrollo sostenible, asume todo lo concerniente al ejercicio de las competencias ambientales que trascienden los limites político administrativos, es evidente que la problemática ambiental se convierte cada vez más en uno de los grandes conflictos que enfrenta la humanidad a final del siglo y que enfrentara en el siglo XXI. La situación ambiental ya no es problema de algunos países o de algunas regiones del mundo sino que se ha convertido en una circunstancia global, que expresa las situaciones que afecta el planeta como:
Δ El deterioro de la capa de ozono.
Δ El calentamiento global.
Δ La lluvia ácida.
Δ La deforestación.
Δ La pérdida de biodiversidad.
Δ El grado de congestión y contaminación de las ciudades.
Δ El manejo inadecuado de los ecosistemas estratégicos.
Δ La ocupación de zonas de riesgo y la contaminación y el agotamiento de las corrientes de agua.
El objetivo del desarrollo sostenible y el carácter integrado de las tareas de los municipios que implica el medio ambiente y el desarrollo, es reducir la inequidad y aumentar la capacidad de todos los segmentos de la sociedad para participar y tomas dediciones por ellos mismo en un objetivo que se debe priorizar, la calidad de vida, limitar la distribución desigual del poder, recursos y beneficios a límites que no permitan la monopolización y a explotación de los recursos naturales. (Sitio oficial de Guatavita en Cundinamarca, Colombia).
Las principales son las del embalse Tominé, los ríos Aves, Corales y Monquentiva, fuentes usadas para acueductos; en jurisdicción del municipio de Guatavita se encuentra la mayor parte del embalse Tominé, cuya capacidad de almacenamiento de aguas es 690m³, su uso es turístico y de regulación del rio Bogotá.
Imagen 1. Embalse de Tominé, (Fuente propia).
La quebrada San Francisco o Chuscales es el a fuente hídrica que alimenta el acueducto urbano municipal y a las veredas Carbonera Baja y Carbonera Alta; de su existencia no solo dependen sus habitantes sino también ecosistemas naturales que se están ubicadas desde el nacimiento de la quebrada (Feliciano, 1997).
Imagen 2. Quebrada Carbonera Alta, (Fuente propia).
3.1.3. PROBLEMÁTICA AMBIENTAL Y AGOTAMIENTO DEL RECURSO HÍDRICO
En la zona media (veredas Hatillo, Carbonera Baja, Carbonera Alta, Corales, Potrero Largo y Guandita) las fuentes hídricas se encuentran en un proceso de deterioro y disminución de recurso hídrico fomentado por el crecimiento incontrolado en los cultivos especialmente de papa, los cuales ya se viene presentando desde la década de los ochenta y que en los últimos años ha aumentado sustancialmente, destruyendo las zonas de nacimiento y recarga de acuíferos mediante la deforestación del bosque nativo vital todo el ecosistema.
Los cultivos de papa principalmente llegan hasta el borde de las fuentes hídricas sin respetar un área de ronda de protección, lo cual está provocando alta contaminación por fungicidas, igualmente la ganadería contribuye con el impacto ambiental, las áreas más críticas se ubican en las zonas altas.
En Guatavita no se cuenta con el estudio técnico que defina el balance hídrico que consiste en comparar la demanda de agua con la disponibilidad de agua tanto en la actualidad como en el futuro.
Los habitantes del municipio tienen la concepción errónea de poseer fuentes ilimitadas que no requiere la protección y recuperación para mantener la cantidad y calidad del recurso hídrico.
En la vereda Corales se viene constituyendo el aprovechamiento de algunas quebradas y ríos para la producción piscícola con el cultivo de trucha.
Teniendo en cuenta el programa de protección de cuencas abastecedoras de los acueductos del municipio en el Artículo 11 de 1993 que hace referencia al deber de los municipios y departamentos para porcentaje anual no inferior al 1% de sus ingresos para la adquisición de áreas de importancia estratégica para conservación del recurso hídrico que surten de agua a los acueductos municipales (Sitio oficial de Guatavita en Cundinamarca, Colombia)
En Guatavita se presentó una disminución en el crecimiento de la población a partir del año de 1962, años previos a la inundación; este decrecimiento se debió a la emigración en los últimos años a la ciudad de Bogotá y municipios aledaños.
El crecimiento poblacional del municipio ha sido lento, según se puede inferir al revisar las cifras de los últimos censos, elaborados por el DANE.
En el año de 1985Guatavita tenía 5.845 habitantes de los cuales el 70% se concentró en la zona rural y el 30% en la urbana. (Hospital San Antonio, 1997). Para los siguientes años se puede ver el comportamiento en la población como lo muestra la Tabla 1.
Tabla 1. Censo poblacional nacional formal del municipio de Guatavita, (Fuente DANE).
CENSO POBLACIONAL (DANE)
En efecto de 5.845 habitantes en 1985, hoy en día se calcula una población cercana a los 6.819 habitantes según proyección dada por el DANE para el año 2011 (www.dane.gov.co), concentrándose el 80% en la zona rural y el 20% en la zona urbana, de continuar la lentitud del crecimiento, para el 2025, aun no se alcanzarían a los 8.000 habitantes (Sitio oficial de Guatavita en Cundinamarca, Colombia).
Las tasas utilizadas en la proyección fueron las exponenciales del DANE que a continuación se establecen en la Tabla 2.
Tabla 2. Tasa de proyección exponencial del municipio de Guatavita, (Fuente DANE).
PROYECCIÓN EXPONENCIAL POBLACIONAL
1.433298
0.746665
0.618986
0.529791
Descripción Física: Ubicación de Guatavita La Nueva. Hacia el nor-oriente de Santafé de Bogotá a 75 kilómetros, por la Autopista Norte, se encuentra el municipio de Guatavita, con una altura de 2680 m.s.n.m, a 4 grados 56 minutos de latitud norte y 73 grados 51 minutos de longitud occidental del meridiano de Greenwich, con una extensión de 23.800 hectáreas, área urbana 238 kilómetros cuadrados. (Sitio oficial de Guatavita en Cundinamarca, Colombia).
Límites del municipio: Limita por el norte con los municipio de Sesquilé y Machetá; por el oriente con Gachetá y Junín; por el sur Guasca y Sopó y por el occidente con Tocancipá y Gachancipá.
Imagen 3. Ubicación geográfica del municipio de Guatavita, (Fuente sitio oficial web Guatavita en Cundinamarca, Colombia).
Extensión total: 247,3 Km 2
Extensión área urbana: 6,84 Km 2
Extensión área rural: 240,46 Km 2
Altitud de la cabecera municipal (metros sobre el nivel del mar): 2680m
Imagen 4. Ubicación Bocatoma Corales, (Fuente Image©2015 DigitalGlobe, Google Earth).
3.2.1. ¿QUÉ ES EL GPS?
El Sistema de Posicionamiento Global (GPS) es un servicio propiedad de los EE.UU. que proporciona a los usuarios información sobre posicionamiento, navegación y cronometría. Este sistema está constituido por tres segmentos: el segmento espacial, el segmento de control y el segmento del usuario. La Fuerza Aérea de los Estados Unidos desarrolla, mantiene y opera los segmentos espacial y de control (La información oficial del Gobierno de Estados Unidos sobre el Sistema de Posicionamiento Global (GPS) ).
3.2.2. DEFINICIÓN DEL SISTEMA DE REFERENCIA GEOCÉNTRICO PARA LAS AMÉRICAS
SIRGAS como sistema de referencia se define idéntico al Sistema Internacional de Referencia Terrestre ITRS (International Terrestrial Reference System) y su realización es la densificación regional del marco global de referencia terrestre ITRF (International Terrestrial Reference Frame) en América Latina y El Caribe. Las coordenadas SIRGAS están asociadas a una época específica de referencia y su variación con el tiempo es tomada en cuenta ya sea por las velocidades individuales de las estaciones SIRGAS o mediante un modelo continuo de velocidades que cubre todo el continente. Las realizaciones o densificaciones de SIRGAS asociadas a diferentes épocas y referidas a diferentes soluciones del ITRF materializan el mismo sistema de referencia y sus coordenadas, reducidas a la misma época y al mismo marco de referencia (ITRF), son compatibles en el nivel milimétrico.
La conversión de coordenadas geocéntricas a coordenadas geográficas se adelanta utilizando los parámetros del elipsoide GRS80. La extensión del marco de referencia SIRGAS está dada a través de densificaciones nacionales, las cuales a su vez sirven de marcos de referencia local (Sirgas).
También conocidas como geográficas o curvilíneas, corresponden con las cantidades latitud y longitud, las cuales se expresan en el sistema sexagesimal de grados, minutos y segundos. La latitud (φ) se define como el ángulo entre el plano ecuatorial y la normal (N) el elipsoide que pasa por el punto de interés (Imagen 5); es positiva hacia el norte de la línea ecuatorial y negativa hacia el sur. Su rango está dado por -90° ≤ φ ≤ + 90° o 90°S ≤ φ ≤ 90°N.
Imagen 5. Coordenadas cartesianas tridimensionales [X, Y, Z] y elipsoidales [φ, λ, h], (Fuente ©Instituto Geográfico Agustín Codazzi - 2004).
La longitud (λ) es el ángulo, medido sobre el plano ecuatorial, entre el meridiano de referencia (normalmente Greenwich) y el meridiano de punto de interés (Imagen 5); es positiva al este de Greenwich y negativa hacia el oeste. Su rango se define mediante -180° ≤ λ ≤ +180° o 180°W ≤ λ ≤ 180°E, lo que también equivale a 0° ≤ λ ≤ 360°.
Los valores de la latitud y la longitud están en función del tamaño, forma y ubicación del elipsoide de referencia seleccionado, es decir, que depende completamente del datum geodésico, pero una vez esta se ha definido, sus valores son unívocos, la tercera dimensión en este tipo de coordenadas está dada por la altura elipsoidal que pasa por el punto de interés, entre la superficie del elipsoide y dicho punto (Imagen 5); esta se expresa en metros. (Aspectos prácticos de la adopción del marco geocéntrico nacional de referencia Magna-Sirgas como datum oficial de Colombia, 2004).
Amén de las coordenadas de las redes nacionales (o marcos) de referencia son representadas en términos de sistemas cartesianos tridimensionales [X, Y, Z] o sistemas elipsoidales [φ, λ, h], dichos valores resultan inconvenientes para el desarrollo de aplicaciones prácticas, ya que, por ejemplo, la extensión de un segundo de arco en longitud (λ), y en menor medida la de un segundo en latitud (φ), sobre la superficie terrestre varia de una latitud a otra o, en el caso de las coordenadas tridimensionales, sus diferencias en áreas pequeñas de trabajo se reflejan en las últimas cifras significativas de las cantidades. En este sentido, se acostumbra la representación de la superficie terrestre sobre un plano, mediante un sistema bidimensional de coordenadas rectangulares, llamado Sistema de Proyección Cartográfica, el cual muestra la correspondencia biunívoca entre los puntos de la superficie terrestre (φ, λ) y sus equivalentes sobre un plano de proyección (N, E).
El tipo de proyección utilizada obedece al objeto de la cartografía. Normalmente para pequeñas escalas (menores que 1:10.000) se utilizan proyecciones (Gauss-Krüger, Lambert, UTM, etc.), cuyo plano de proyección se hace al elipsoide de referencia, mientras que para escalas grandes (1:500… 1:5000) este plano se define a la altura media de la comarca a proyectar. Las primeras se utilizan para obtener cartografía de conjunto de áreas amplias como por ejemplo países, departamentos o áreas metropolitanas, las ultimas para la representación d zonas urbanas, siendo de especial importancia para el desarrollo de trabajos catastrales, topográficos y de todas aquellas disciplinas que pueden asumir la superficie terrestre plana sin mayor pérdida de la presión requerida en el desarrollo de sus labores. En Colombia se utiliza, para el primer caso, la proyección cartográfica de Gauss-Krüger y, para el segundo, la proyección cartesiana.
Este aplicativo ha sido desarrollado en el Grupo Interno de Trabajo Geodesia de la Subdirección de Geografía y Cartografía del Instituto Geográfico Agustín Codazzi y tiene como propósito ofrecer al usuario una herramienta de cobertura nacional para el manejo de coordenadas. La
versión Magna Sirgas Pro 3.0 ha corregido errores en los procesos de conversión y transformación de coordenadas, se han re-diseña dado las interfaces de todos los módulos. Como novedad se incorpora el origen Gauss Insular permitiendo la conversión y transformación de coordenadas en esta zona. Por último el software dará la posibilidad de visualizar geográficamente los puntos calculados en el módulo de conversión y transformación de puntos individuales permitiendo exportar estos a formato Shp.
Los tipos de coordenadas manejados por la herramienta son: Elipsoidales, también conocidas
como geográficas, geodésicas o curvilíneas: (latitud, longitud y altura elipsoidal). Planas Gauss- Krüger, también conocidas como Transverse Mercator -TM (Norte, Este) utilizadas para la
generación de cartografía a escalas pequeñas (1: 10 000
desarrolladas para proyectos cartográficos a escalas grandes, como 1:1000 o 1:2000 (Norte, Este). Geocéntricas, también conocidas como cartesianas tridimensionales (X, Y, Z). Con el propósito de unificar el lenguaje, se entiende como conversión de coordenadas el proceso de migración de ´estas sin implicar el paso de un datum a otro; por ejemplo, la migración de planas cartesianas a elipsoidales o a geocéntricas dentro del Datum Bogotá. De otra parte, se entiende como transformación el proceso de migración de un sistema de referencia a otro; por ejemplo, la migración de coordenadas elipsoidales en Datum Bogotá a geocéntricas en Datum MAGNA- SIRGAS. Por último el software maneja el tipo de transformación tridimensional; en caso de no ingresar un valor de altura el software tomara este como cero. (Aspectos prácticos de la adopción del marco geocéntrico nacional de referencia Magna-Sirgas como datum oficial de Colombia,
1: 3 000 000). Planas cartesianas,
3.3. RAS 2000 REGLAMENTO TÉCNICO
3.3.1. REGLAMENTO TÉCNICO DEL SECTOR DE AGUA POTABLE Y SANEAMIENTO BÁSICO TÉCNICO
De acuerdo con la resolución 1096 DE 2000. Se adopta el Reglamento
Potable y Saneamiento Básico – RAS El ministerio de desarrollo económico, en ejercicio de las facultades que le confiere la Ley 142 de 1994 y en especial las consagradas por el artículo 3º. Y 17 del Decreto 219 de 2000. (Resolucion 1096 de 2000, 2009)
para el Sector de Agua
La Comisión de Regulación de Agua Potable y Saneamiento Básico-RAS, solicitó al Ministerio de Desarrollo Económico, el señalamiento mediante acto administrativo de los requisitos técnicos que deben cumplir las obras, equipos y procedimientos que utilicen las Empresas de Servicios Públicos del Sector de Agua Potable y Saneamiento Básico, con el fin de promover el mejoramiento de la calidad de estos servicios.
La Dirección General de Agua Potable y Saneamiento Básico del Ministerio de Desarrollo Económico entrega al país esta primera actualización de los títulos B Sistemas de Acueducto, C Sistemas de Potabilización, D Sistemas de recolección y evacuación de aguas residuales domésticas y pluviales, E Tratamiento de aguas residuales, F Aseo Urbano y G Aspectos complementarios; fruto del análisis de un grupo de profesionales que participaron en los comités de la Junta Técnica Asesora del Reglamento Técnico del Sector de Agua Potable y Saneamiento Básico RAS.
3.3.2. ¿POR QUÉ SE IMPLEMENTA?
Cada uno de estos títulos es un Manual de prácticas de buena Ingeniería que recoge el interés general del sector por lograr un acercamiento a las condiciones reales del país, estableciendo los criterios y recomendaciones para el diseño, construcción, supervisión técnica, interventoría, operación y mantenimiento propios de los sistemas de Agua potable y Saneamiento básico.
Se presenta un listado con el código y la descripción breve del contenido de las Normas Técnicas Colombianas e Internacionales de los productos terminados, de los ensayos de control de calidad y en general de los procedimientos propios de la ingeniería sectorial relacionada con los temas allí tratados.
3.3.3. CONSIDERACIONES PARA EL ABASTECIMIENTO DE LOS SISTEMAS
Se consideran fuentes de abastecimiento todas las aguas provenientes de curso o cuerpos superficiales o subterráneos. También pueden considerarse como fuentes, en casos excepcionales, las aguas lluvias y el agua de mar. Para la selección de la fuente se ha de atender a estudios con alternativas técnicoeconómicos factibles, siguiendo criterios establecidos en la norma RAS (Reglamento Técnico del Sector de Agua Potable y Saneamiento Básico, 2000)
3.3.4. FUENTES SUPERFICIALES
Las fuentes de abastecimiento de agua pueden ser superficiales, como en caso de los ríos, lagos, embalses, o incluso aguas lluvias, o de aguas subterráneas superficiales o profundas. La elección de tipo de abastecimiento depende de factores tales como localización, calidad y cantidad.
Δ Sistemas Primarios: Por su bajo costo, sencillez de construcción y manejo, estos sistemas son más adecuados para comunidades muy pequeñas o soluciones individuales de agua. (López R. A., 2003)
3.3.5. ESTUDIOS PREVIOS
Para la selección y el desarrollo de una fuente superficial de agua, el diseñador debe llevar a cabo o recolectar los siguientes estudios previos:
3.3.5.1. CONCEPCIÓN DEL PROYECTO
El diseñador debe presentar todas las alternativas técnico-económicas factibles, de tal manera que pueda aplicarse el criterio de costo mínimo. Para la selección de la fuente superficial debe tenerse en cuenta la calidad del agua en la fuente, tanto química como bacteriológica y la facilidad de construcción, de manera que se tenga una obra de costo mínimo. Además, deben efectuarse los estudios de impacto ambiental con el fin de minimizar los efectos sobre el medio ambiente y el ecosistema, siguiendo los criterios establecidos por el Ministerio del Medio Ambiente.
3.3.5.2. ESTUDIO DE LA DEMANDA
Para determinar la confiabilidad de una fuente superficial, el diseñador debe realizar los estudios de demanda a que se hace referencia en el capítulo B.2 población, dotación y demanda del título B del RAS 2000. Las fuentes deben suministrar el consumo de la población estimada para el sistema más las pérdidas en la aducción y las necesidades de agua en la planta de tratamiento.
3.3.5.3. ASPECTOS GENERALES DE LA ZONA DE LA FUENTE
Con el fin de establecer los aspectos generales de la fuente de abastecimiento, el diseñador debe localizar las obras públicas y privadas existentes en las zonas aledañas a la fuente que puedan afectar o ser afectadas por el proyecto de acueducto, debe conocer el tipo de cultivos, haciendo énfasis en los posibles usos de agroquímicos, debe localizar las posibles fuentes de
contaminación, sitios de descarga o arrastre de materias orgánicas, aguas residuales domésticas o aguas residuales industriales.
3.3.6. ESTUDIOS TOPOGRÁFICOS
El diseñador debe contar con toda la información topográfica del área de la fuente. Entre otros aspectos, esta información debe incluir los planos del Instituto Geográfico Agustín Codazzi en escala 1:20.000, 1:5.000 o 1:2.000, las placas de referencia con cotas y coordenadas para los levantamientos, las fotografías aéreas de la zona aledaña a la fuente, los planos aéreo- fotogramétricos de la región y los planos de catastro de instalaciones de sistemas de infraestructura, como carreteras, líneas de transmisión, oleoductos, industrias, etc. (Reglamento Técnico del Sector de Agua Potable y Saneamiento Básico, 2000)
3.3.7. CONDICIONES GEOLÓGICAS Y GEOTÉCNICAS
El diseñador debe tener en cuenta la siguiente información: nivel de amenaza sísmica en la zona de la fuente, cortes transversales geológicos, fallas geológicas en las áreas circundantes al proyecto y estudios geotécnicos en el área de la fuente. Con respecto a la geotecnia, el diseñador debe tener en cuenta o realizar los siguientes estudios: mecánica de suelos, permeabilidad del suelo y del subsuelo y características químicas del suelo y de las capas de agua para establecer la agresividad de éstos sobre los materiales que se emplearán en las obras civiles de la captación.
3.3.8. ESTRUCTURAS
Las obras de captación deben localizarse en zonas donde el suelo sea estable y resistente a la erosión procurando que la captación se haga en un sector recto del cauce.
Δ Bocatoma: Estructura hidráulica destinada a derivar de un curso de agua parte de ésta para ser utilizada en un fin específico.
Δ Desarenador: Es una estructura diseñada para retener la arena que traen las aguas servidas o las aguas superficiales a fin de evitar que ingresen, al canal de aducción, a la central hidroeléctrica o al proceso de tratamiento y lo obstaculicen creando serios problemas. (www.prezi.com, 2014).
Δ Captación: Es el inicio del sistema, puede utilizarse diferentes tipos de captación como toma lateral, toma sumergida, tomas flotantes, tomas de rejilla, etc. Sin embargo, estas captaciones deben asegurar las dotaciones mínimas correspondientes al nivel de complejidad del sistema para el sistema de acueducto objeto del diseño o la construcción.
Las redes de acueducto deben referenciarse por medio de tecnología GPS, referenciando el punto inicial de la red y el punto final de la red de tuberías accesorios y estructuras.
3.4. MODELOS DIGITALES DE TERRENO
Uno de los elementos básicos de cualquier representación digital de la superficie terrestre son los modelos digitales de terreno (MDT). Constituyen la base para un gran número de aplicaciones en ciencias de la Tierra, ambientales e ingenierías de diverso tipo. Se denomina MDT al conjunto de capas que representan distintas características de la superficie terrestre derivadas de una capa de elevaciones a la que se denomina Modelo Digital de Elevaciones (MDE). El trabajo con un MDT incluye las siguientes fases que no son necesariamente consecutivas en el tiempo.
3.4.1. GENERACIÓN DEL MDE
El modelo digital de elevación (MDE), es un conjunto de cotas que describe la altimetría de una zona, definiendo las características morfológicas (pendiente, orientación, relieve, curvatura, etc.). la cual nos permite la visualización por medios de varios software ver en dos dimensiones mediante el levantamiento en 3D. (Felicisimo)
3.5. CONSTRUCCIÓN DEL MODELO DIGITAL DE TERRENO
Δ Altimetría: Altímetros transportados por aviones o satélites que permiten determinar las diferencias de altitud entre la superficie terrestre y el vehículo que transporta el altímetro (que se supone constante). El inconveniente es la baja resolución (celdillas muy grandes) de los datos y que se ve muy afectado por la rugosidad del terreno, por ello se limita al seguimiento de hielos polares. (Alonso,
Δ Radargrametría o Interferometría De Imágenes radar: Un sensor radar emite un impulso electromagnético y lo recoge tras reflejarse en la superficie terrestre, conociendo el tiempo de retardo del pulso y su velocidad puede estimarse la distancia entre satélite y terreno. (Alonso, 2006).
Δ Levantamiento topográfico: estaciones con salida digital.
Δ Topografía
puntuales que se
mediante dispositivos
interpolan posteriormente.
Δ Sistemas de Posicionamiento GPS: Sistema global de localización mediante satélites, que permite estimaciones suficientemente precisas de latitud, longitud y altitud de un punto, posteriormente deben interpolarse los datos.
Δ Restitución Fotogramétrica: A partir de fuentes analógicas (fotografía aérea) o digitales (imágenes de satélite). El paralaje1 de un punto en una fotografía aérea o imagen de satélite es proporcional a la distancia del objeto respecto al fondo de la misma. Digitalización de curvas de nivel de un mapa (Alonso, 2006).
Se realizó una visita de campo, la cual comprendió un recorrido por la zona influencia del
proyecto, el recorrido permitió Georeferenciar la planta de tratamiento la cual se encuentra a
500 m del casco urbano de Guatavita, la línea de conducción que asciende hacia sur oriental
de la cordillera con una longitud de 8 km aproximadamente en tubería de PVC de 4”, con 4
válvulas de ventosa y 4 purgas, desarenador y bocatoma.
Imagen 6. Ubicación general Planta de Tratamiento y Línea de Conducción, (Fuente Image © 2015 DigitalGlobe, Google earth, y fuente propia imágenes modificas).
A lo largo de la red de los 8 km que tiene la tubería de conducción se georeferenció
aproximadamente cada quiebre o cambio de nivel siendo aproximadamente 300m, junto con los accesorios visibles y asequibles por los campistas ya que la topografía del terreno en algunos puntos es difícil el paso por los grandes cambios de nivel y poca estabilidad de algunos terrenos, añadido a esto el paso prohíbo por predios privados.
Imagen 7. Ubicación general Bocatoma, Desarenador, Válvula de Purga, Cruce de tubería de conducción, Válvula de ventosa y tubería de conducción (Fuente Image © 2015 DigitalGlobe, Google earth, y fuente propia imágenes modificas).
La georeferenciación se realizó con un navegador de mano Garmín, con una precisión óptima entre 3 m y 5 m de tolerancia, en regiones difíciles tanto topográfica como naturalmente hasta una precisión de 10 m máximo.
Para poder contar con una buena información el equipo mínimo debe tener recepción de 4 satélites, como sucedió en el punto de la bocatoma que es un lugar con gran cantidad de vegetación.
Imagen 8. Coordenadas Elipsoidales de la Bocatoma, (Fuente propia).
4.2. CONVERSIÓN Y TRANSFORMACIÓN DE COORDENADAS ELIPSOIDALES A GAUSS KRÜGER CON EL SISTEMA DE REFERENCIA MAGNA CENTRAL
Para la trasformación que coordenadas se utilizó el software Magna Sirgas 3 Pro, se configura el tipo de trabajo a realizar el cual en este caso es conversión y transformación, seguido punto individual:
Imagen 9. Inicio de trabajo de conversión y trasformación de coordenadas con el Software Magna Sirgas 3 Pro, (Fuente propia).
En la ventana de conversión se introducen las coordenadas obtenidas con el navegador que son longitud, latitud y altura elipsoidal, para obtener el resultado en coordenadas Gauss Krüger, el sistema de referencia con el que se digitalizo lo levantado con el navegador en la cartografía es Magna Central (Plancha; 1:10000 228-II-A-3 / 228-I-B-2 / 228-I-B-4), obtenida en el IGAC para georeferenciación del acueducto del municipio de Guatavita.
Conforme de Guass
4° 35' 56.57' ' Latitud Norte
74° 04'51.30' ' Latitud Oeste
1'000.000 Metros Norte
1'000.000 Metros Este
FOTOGRAFÍAS ÁREAS
Imagen 10. Información de Referencia de las Planchas, (Fuente Cartografía, ©Instituto geográfico Agustín Codazzi - 2002).
Imagen 11. Conversión de coordenadas elipsoidales a Gauss Krüger con el software Magna Sirgas 3 Pro, (Fuente propia).
4.3. IMPLANTACIÓN DE PUNTOS EN COORDENADAS ELIPSOIDALES
Google es una herramienta que permite visualizar a millones de usuarios cartografías con base en fotografías satelitales, esta permite insertar puntos por medio de coordenadas elipsoidales y marcar lugares. Líneas y polígonos, tal cual se hizo para poder implantar la red en el mapa. Se puede observar la localización de la red desde su salida en la bocatoma hasta la planta de tratamiento.
Imagen 12. Georefenciación coordenadas elipsoidales en Google earth, (Fuente Image © 2015 DigitalGlobe, Google earth, y fuente propia imágenes modificas).
Para los trabajos en campo y verificación de zonas Google facilita y nos da una mejor visión de los terrenos en los que trabajamos, siendo esta una herramienta vital para la ubicación de cualquier persona, se inserta las coordenadas elipsoidales punto a punto, descripción del punto, edición de tamaño de texto y color y después se dibuja la línea mostrándonos de igual forma un perfil del terreno por donde pasa la línea:
Imagen 13. Perfil del Terreno en Google earth, (Fuente Image © 2015 DigitalGlobe, Google earth, y fuente propia imágenes modificas).
Para la georeferenciación de la cartografia y la definición del sistema de referencicia con el que se trabajo para la digitalización de plancha se realizo en programa ArcCatalog 10.1 para toda la creación de dominios y referencias, se utilizo Magna Central y proyección Gauss Krüger.
Imagen 14. Creación Feature Dataset, (Fuente ArcGIS de esri®, y fuente propia imágenes modificas).
Imagen 15. Creación Feature Dataset, (Fuente ArcGIS de esri®, y fuente propia imágenes modificas).
Para la creacion de los layers se crea un Feature Class, definiendo el tipo de layer, el tipo de linea o poligono, definiendo el dominio para la digitalización de curvas de nivel, en donde podemos insertar y visualizar la altura de la curva.
Imagen 16. Creación Feature Class, (Fuente ArcGIS de esri®, y fuente propia imágenes modificas).
Para la digitalización de las curvas se abre el archivo de ArcCatalog el GeoDatabase, y los Future Class y las planchas en Arc Map, para visualizar los layer y cartografía en el archivo de trabajo, se realiza la georeferenciación de la cartografía, tomando las coordenadas de las esquinas de la misma.
Imagen 17. Add Data en ArcMap, (Fuente ArcGIS de esri®, y fuente propia imágenes modificas).
Imagen 18. Georeferenciación de la plancha en ArcMap, (Fuente ArcGIS de esri®, y fuente propia imágenes modificas).
Se realiza la digitalización de todas las curvas que comprende el cruce del tramo de la línea de conducción de la tubería de la red de acueducto desde la vereda corales hasta la planta de tratamiento en Guatavita.
Imagen 19. Digitalización de la plancha en ArcMap, (Fuente ArcGIS de esri®, y fuente propia imágenes modificas).
Imagen 20. Digitalización de la plancha en ArcMap, (Fuente ArcGIS de esri®, y fuente propia imágenes modificas).
Por medio del interfaz del software ArcMap, se exportan las curvas de nivel digitalizadas a AutoCAD, donde quedan implantadas con las coordendas con las que se trabajó, y su correspondiente elevación para cada curva.
Imagen 21. Propiedades curvas de nivel en AutoCAD, (Fuente AutoCAD 2010, y fuente propia imágenes modificadas).
Se dibuja la grilla cada 500m y se le coloca a cada una las coordenadas de la misma, se verifica elevación de las curvas y se les coloca las cotas a cada curva cerrada cada 50m, ubicamos la Norte, y se genera la plantilla para elaborar rótulo y organizar el plano en un pliego (1000mm X
700mm).
Imagen 22. Curvas de nivel, grilla y norte en AutoCAD, (Fuente AutoCAD 2010, y fuente propia imágenes modificadas).
Imagen 23. Vista rápida en 3D de las curvas de nivel en AutoCAD, (Fuente AutoCAD 2010, y fuente propia imágenes modificadas).
A partir de las coordenadas extraídos en AutoCAD de las curvas de niveles, se genera en SURFER.10 el modelo digital elevado del terreno. Se extraen 55.721 coordenadas del trabajo para generar el proyecto de elevación. (Ver tabla en la hoja de cálculo de Excel anexado en carpeta de trabajo “MDT GUATAVITA_”)
Imagen 24. Tabla de coordenadas de las curvas de nivel, (Fuente Microsoft Excel 2010, y fuente propia imágenes modificadas).
Se inicia el trabajo en SURFER .10 exportando la tabla de coordenadas para la generación del modelo digital elevado, obteniendo un crudo de la trasformación de las coordenadas en el programa y triangulación de estos datos para realizar el modelo. (Ver reporte en la hoja de Word anexado en carpeta de trabajo “GridDataReport-MDT GUATAVITA_”)
Imagen 25. Reporte de triangulación de coordenadas para generación de modelo en SURFER.10, (Fuente Microsoft Word 2010, y fuente propia imágenes modificadas).
Tras el reporte de triangulación de coordenadas el programa primero nos muestra el modelo de las curvas de nivel, con grilla al costado mostrando las coordenadas de la zona y algunas cotas de terreno, en la parte izquierda se pueden visualizar algunas propiedades del modelo.
Imagen 26. Generación de curvas de nivel, (Fuente SURFER.10, y fuente propia imágenes modificadas).
Imagen 27. Generación de modelo digital elevado de terreno sin capas, (Fuente SURFER.10, y fuente propia imágenes modificadas).
Imagen 28. Generación de modelo digital elevado de terreno, (Fuente SURFER.10, y fuente propia imágenes modificadas).
5.1. NIVEL DE COMPLEJIDAD DEL SISTEMA
La clasificación del proyecto en uno de estos niveles depende del número de habitantes en la zona urbana del municipio, su capacidad económica y el grado de exigencia técnica que se requiere para adelantar el proyecto, de acuerdo con lo establecido en la tabla, (Reglamento Técnico del Sector de Agua Potable y Saneamiento Básico, 2000).
Tabla 1. Asignación del nivel de complejidad, (Fuente RAS 2000).
El procedimiento que debe seguirse para la evaluación de la población, la dotación bruta y la demanda de agua de un sistema de acueducto con el fin de determinar la capacidad real que un componente en particular o que todo el sistema debe tener a lo largo de un periodo de diseño determinado. (Reglamento Técnico del Sector de Agua Potable y Saneamiento Básico, 2000).
Deben recolectarse los datos demográficos de la población, en especial los censos de población del DANE, La determinación del número de habitantes para los cuales ha de diseñarse el acueducto es un parámetro básico en el cálculo del caudal de diseño para la comunidad. (López,
La normatividad contemplada para la elaboración del diseño del Sistema de Acueducto se basó en las Normas Técnicas Colombianas (NTC) y Reglamento técnico del Sector de Agua Potable y Saneamiento Básico (RAS 2000).
 FASE 1 DIAGNOSTICO DE LA ESTRUCTURA:
Δ Características físicas y operativas del sistema.
Δ Sistema de tratamiento.
 FASE 2 ESTUDIO DE LA DEMANDA:
Δ Recopilación de censos.
Δ Estimación de la población.
Δ Periodo de diseño.
Δ Obtención del consumo neto.
Δ Pérdidas de agua.
Δ Consumo total.
Δ Determinación caudal de diseño.
Δ Obtención caudal medio diario.
Δ Obtención coeficientes de mayorización.
Δ Obtención caudal máximo diario.
Δ Obtención caudal máximo horario.
 FASE 3 DISEÑOS:
Δ Diseños de las estructuras de captación.
Δ Análisis estructura actual.
Dentro del desarrollo del presente proceso investigativo, se determinó una secuencia de fases con la finalidad de realizar un estudio cuantitativo de datos recopilados, analizándolos con ayuda de los instrumentos presentados a continuación:
Δ Reglamento del Sector de Agua Potable y Saneamiento Básico (RAS 2000).
Δ Planos de la zona.
Δ Método de Crecimiento Geométrico para Estudio de la Demanda.
Tabla 2. Recopilación de censos de la población del Municipio de Guatavita, (Fuente DANE).
La determinación del número de habitantes para los cuales ha de diseñarse el acueducto es un parámetro básico en el cálculo del caudal de diseño para una comunidad. Es necesario determinar las demandas futuras de una población para prever en el diseño las exigencias, de las fuentes de abastecimiento, líneas de conducción, redes de distribución, equipo de bombeo, planta de potabilización y futura extensiones del servicio. Por lo tanto, es necesario predecir la población futura para un número de años, que será fijada por los períodos económicos del diseño.
Supone un crecimiento vegetativo balanceado por la mortalidad y la emigración. La ecuación para calcular la población proyectada es la siguiente:
P f = P uc + P uc - P ci x (T f - T uc )
T uc - T ci
Donde, P f es la población (hab) correspondiente al año para el que se quiere proyectar la población, P uc es la población (hab) correspondiente al último año censado con información, P ci es la población (hab) correspondiente al censo inicial con información, T uc es el año correspondiente al último año censado con información, T ci es el año correspondiente al censo inicial con información y T f es el año al cual se quiere proyectar la información.
Es útil en poblaciones que muestren una importante actividad económica, que genera un apreciable desarrollo y que poseen importantes áreas de expansión las cuales pueden ser dotadas de servicios públicos sin mayores dificultades. La ecuación que se emplea es:
P f = P uc (1 + r) T f - T uc
Donde r es la tasa de crecimiento anual en forma decimal y las demás variables se definen igual que para el método anterior. La tasa de crecimiento anual se calcula de la siguiente manera:
P uc_
(T uc – T ci )
La utilización de este método requiere conocer por lo menos tres censos para poder determinar el promedio de la tasa de crecimiento de la población. Se recomienda su aplicación a poblaciones que muestren apreciable desarrollo y poseen abundantes áreas de expansión. La ecuación empleada por este método es la siguiente:
P f = P ci x ℮ k x (T f – T ci
Donde k es la tasa de crecimiento de la población la cual se calcula como el promedio de las tasas calculadas para cada par de censos, así:
k = LnP cp – LnP ca
T cp - T ca
Donde P cp es la población del censo posterior, P ca es la población del censo anterior, T cp es el año correspondiente al censo posterior, T ca es el año correspondiente al censo anterior y Ln el logaritmo natural o neperiano.
Los modelos matemáticos existentes en relación con la estimación de la población futura de una comunidad son muy numerosos y de complejidad muy variada. En ellos se cuentan como datos las poblaciones actuales y pasadas y en ocasiones otras variables tales como la disponibilidad de suelo, posibilidades industriales, situación con respecto a las líneas de transporte, etc. En este apartado se expondrán, tan sólo, algunos de los más simples y de más frecuente aplicación. (Idarraga)
La metodología que se utiliza en este método podemos explicarla en varios pasos:
Se toma la información de los censos con que cuenta la población donde se va a construir el sistema, (tantos datos como censos existan).
Como en el método lineal, el dato que nunca cambia en los cálculos es el que corresponde al último censo entonces este dato siempre será el mismo y dependiendo de la cantidad de datos de censos con los que se cuente, se organizan parejas de datos pero con el último siempre igual. (VER ANEXO 1).
Una vez se han determinado las parejas de los datos, aplicamos la ecuación la cual nos da la proyección estimada para la cantidad de años futuros necesaria y que cumpla con los parámetros y las especificaciones del RAS 2000 y la resolución 2320.
Este paso lo repetimos para cada uno de los casos que resulten de la determinación de las parejas que se armaron al comienzo del ejercicio.
Como tuvimos tres parejas de datos; tomamos todos los datos finales de cada caso, los sumamos entre si y obtenemos un promedio. Ese promedio será el cálculo de la proyección de población por el método lineal para cada uno de los años que se desee diseñar el sistema, pero no es el dato definitivo, harán falta los datos de otros métodos.
Para el método geométrico, se procede inicialmente de la misma manera que en método anterior ya que en este caso también se conserva el dato del último censo como base para todos los cálculos.
La diferencia con el otro método es que aquí es necesario el cálculo adicional de una constante “r” con la cual se puede ejecutar el método.
Δ Se tomaron una vez más las parejas que se hicieron en el método anterior.
Δ Con las parejas se calcula el “r” correspondiente.
Calculado el “r” podemos aplicar la ecuación la cual nos da la proyección estimada para la cantidad de años futuros necesaria y que cumpla con los parámetros y las especificaciones del RAS 2000 y la resolución 2320.
Como se obtuvieron tres datos “r”. se tomó todos los datos finales de cada “r”, los cuales se sumaron entre si y se obtuvo un promedio. Ese promedio será el cálculo de la proyección de población por el método lineal para cada uno de los años que se desee diseñar el sistema, pero no es el dato definitivo, harán falta los datos de otros métodos.
Para el método logarítmico cambia ligeramente el procedimiento pues si en los dos casos anteriores se toma el último censo existente; en este método es el 1°censo el que se usa como base. Para conseguir realizar el cálculo procedemos así:
Δ Se organizaron los datos de los censos por parejas.
Δ Una vez calculados todos los “Kg”, se sumaron entre si y se obtuvo un promedio. Ese promedio será el Kg con el que se calculó la proyección de población por el método logarítmico para cada uno de los años que se desee diseñar el sistema, pero no es el dato definitivo, harán falta los datos de otros métodos. (VER ANEXO 3).
Δ Por último; se toman los datos finales de los tres métodos y se promedian para obtener así la proyección de la población para cada año que se necesite y con este dato poder determinar el nivel de complejidad del sistema que se está planteando.
Δ Aquí es indispensable recordar que el nivel de complejidad está determinado por la tabla de crecimiento de la población que entrega el RAS 2000.
Δ Con el nivel de complejidad definido, se puede calcular los caudales de diseño para el sistema así:
Δ Primero se toma la “dotación neta” en donde no se tienen en cuenta las pérdidas del sistema para cada habitante/día; con este dato podemos calcular la “dotación bruta” que
es la cantidad mínima de agua /habitante día incluidas las perdidas en el sistema para determinar así los caudales de diseño. (VER ANEXO 3).
El caudal de diseño del sistema de acueducto se calculó utilizando la población del año 2036
como se puede (VER EN LOS ANEXOS 4, 5,6 Y 7).
(QMD) = 27.66 L/s porque si bien es cierto que tendremos un nivel de complejidad medio; trabajaremos con el dato mayor a fin de garantizar el abastecimiento en todo momento futuro para toda la población futura.
(QMH) = 27.66 L/s a fin de garantizar que en todo momento tendremos agua suficiente.
6.7. DESARENADOR
(QMH) = 27.66 L/s o se utilizara el máximo horario del año proyectado.
Caudal de diseño: El caudal a utilizar ser el máximo horario proyectado para el año 2036
de 27.66 L/s
Aforo de la quebrada: El caudal de la quebrada Corales según el fontanero encargado es de 0.30 m³/s, en tiempo seco.
El caudal medio es de quebrada es de 0.6 m³/s. Y el caudal máximo es de 3.0 m³/s.
Ancho de la quebrada: en el lugar de captación el ancho de la quebrada es de 4m.
Se tomó un ancho de la presa inicial de 2.5 m., la altura de la lámina de agua se calculó con la siguiente ecuación:
H: Altura de la lámina de agua
→ donde:
Q= caudal de diseño (0.02766 m³/s)
L= longitud del vertedero (2.5 m)
 Remplazando cada valor se obtuvo:
H= (0.02766/(1.84*2.5)) 2/3 = 0,033067109m
Δ Longitud de la presa:
Al estar diseñando una bocatoma de fondo se tuvo en cuenta las contracciones laterales, las cuales se calcularon utilizando la siguiente formula:
L´= L - 0.2 * H
L= Longitud de la presa
H= Altura lámina de agua.
 Remplazando valores:
L’= (2.5 - 0.2)*0.033= 2,493386578m
Se calcula la velocidad de la quebrada sobre la presa:
V quebrada = Q / (L´* H)
L’= Longitud de la presa corregida. (2,493386578m)
V quebrada = 0.0027/(2.49*0.033)= 0,335479764 m/s
0.3 m/s <
0.33 m/s < 3.0 m/s
Imagen 29. Elementos de la rejilla, (Fuente López, elementos de diseño para acueductos y alcantarillados).
Δ El ancho de canal de aducción se calculó con la ecuación de alcance de chorro:
X s : (0,36*V quebrada 2/3 ) + (0,60*H 4/7 )
X s : alcance del filo superior de la presa.
V quebrada : velocidad de la quebrada.(0.33m/s)
H: profundidad de la lámina de agua sobre la presa. (0.033m)
 Remplazando valores la fórmula:
X s = (0.36*(0.33 2/3 )) + (0.60*0.033 4/7 ))= 0,259336896m
Xi= (0.18*(V quebrada 4/7 ) + (0.74*(H 3/4 )), remplazando
Xi= (0.18*(0.33 4/7 ) + (0.74*(0.033 3/4 )= 0,153815206m
Δ Ancho del Canal de aducción:
B= X s + 0.10, donde B es el ancho del canal de aducción.
B= 0.2593 + 0.10= 0,359336896m
Para aproxima a un valor comercial se adoptó 0.40m como ancho del canal.
Δ Longitud de rejilla y número de orificios:
Para el diseño de la rejilla se escogieron barras de ¾” equivalentes a 0.0191 m con una separación entre ellas de 5 cm. Suponiendo una velocidad de 0.2 m/s. Entre ellas.
-Área neta de la rejilla: An
An= Q / 0.9*Vb
Q= caudal de diseño. (0.02766 m³/s)
V barrotes = Velocidad entre los barrotes (0.2m/s)
 Remplazando valores en la fórmula:
An= 002766/(0.9*0.2)= 0,153666667 m²
An = (a/a*b)*BL, despejando la formula se obtiene la longitud de la rejilla. Dónde:
= Separación entre barrotes (0.05m)
rejilla = Longitud de la rejilla
= Diámetro de cada barrote (0.0191m)
An = Área neta de la rejilla (0.1536m²)
B = Ancho del canal de aducción (0.3593m)
 Despejando L tenemos:
L rejilla = ((0.1536)*(0.05+0.0191)) / (0.05*0.40)= 0,530918333m
Recalculando se tomó como ancho de rejilla 0.60m
An= (0.05/(0.05*0.0191))*(0.40*0.60)= 0,17366136m²
El número de orificios se calculó con la siguiente formula:
N= (An/a*B)
N= 0.17336 / (0.05*0.4)= 8.68 orificios. Adoptamos 9 orificios para diseño. Se procede a calcular el área de la rejilla.
An= 0.05*0.04*0.09= 0.18 m²
V barrote s= Q / (0.9*0.18)= 0.02766/(0.9*0.18)= 0.1962 m/s
L rejilla = (0.180*(0.05 + 0.0191)) / (0.05*0.4)= 0,6219m como longitud de rejilla.
Calculada la rejilla se procedió a calcular los niveles de agua en el canal de aducción:
Δ Aguas abajo:
g * B 2
h e : profundidad aguas abajo.
h c : Profundidad crítica.
g: aceleración de la gravedad (9.81m/s²)
B= ancho del canal de aducción. (0.3593m)
h c = ((0.02766 2 ) / (9.81*0.4 2 )) 1/3 = 0,078699466m
Δ Aguas arriba:
Longitud de la rejilla 0.6219m
L canal = L rejilla + espesor del muro
Longitud del canal = 0.6219 + 0.30= 0.9219m
2h e 2 +
h e - _iL c
h o=
h o = Profundidad aguas arriba
i = Pendiente del fondo del canal (4%)
L c = Longitud del canal (0.9219 m)
e = Profundidad aguas abajo (0.078 m)
Remplazando valores en la fórmula:
o = (2*(0.078 2 ) + (0.078- ((0.04*0.9219/3) 2 )) 1/2 ) - ((2/3)*0.04*0.9219)= 0,105019872m
Δ Teniendo los valores obtenidos se procedió a calcular la altura de los muros de contención:
H o = ho + BL
h o = profundidad aguas arriba 0.105m
BL = Profundidad del canal de aducción (0.15 m)
o = 0.105 + 0.15= 0.2550 m
e = H o + i*L c
o = Profundidad aguas arriba del canal de aducción más lámina de agua (0.2550 m)
e = Profundidad aguas abajo del canal de aducción más lámina de agua
= Pendiente del fondo del canal (4%)
c = Longitud del canal (0.9219 m)
 Remplazando el resultado fue:
e = 0.2550 + (0.04*0.9219)= 0,291895872m
Para la velocidad al final del canal se utilizó la siguiente formula:
e = Q / B*h e
e = Velocidad del canal al final del canal
B = Ancho de canal (0.40 m)
h e = Profundidad aguas abajo (0.078m)
Q = Caudal de diseño (0.02766m³/s)
 Remplazando:
Ve= 0.02766 / (0.4*0.078)= 0,878659072m/s
Δ Diseño de cámara de recolección
X s = (0.36*(V e 2/3 ) + (0.60*(h e 4/7 ))
X s = Alcance filo superior
V e = Velocidad del canal al final del canal (0.87 m/s)
 Remplazando en la fórmula:
X s = (0.36*(0.87 2/3 ) + (0.60*(0.078 4/7 ) = 0,470626215m
X i = (0.18*(Ve 4/7 ) + (0.74*(he 3/4 ) = 0.28957m
X i = Alcance filo inferior
h e = Profundidad aguas abajo (0.078 m)
 Remplazando valores en la formula.
X i = (0.18*(0.87 4/7 ) + (0.74*(0.078 3/4 )) = 0,277128319m
Δ Ancho de cámara
B cámara = Xs + 0.30
X s = Alcance filo superior (0.470 m)
B cámara = Ancho de la cámara
B cámara = 0.470 + 0.30= 0.770m
Nota: Para facilidad en mantenimiento se adopta un tamaño de cámara de 1.20m 1.50m de lado.
como B x
El fondo de la cámara estará a 55cm por debajo de la cota de canal de aducción a la entrega, con
una cabeza de 0.40m para verificar durante el diseño de aducción hacia el desarenador.
Δ Cálculo de altura de muros de contención:
Siendo de 3 m³/s. El caudal máximo de la quebrada Corales, se calculó la lámina de agua en la garganta de la bocatoma así:
H= ((Q / (1.84*L) 2/3 ))
= Caudal máximo de la quebrada (3.0 m³/s)
= Longitud del vertedero (2.5 m)
= Carga sobre la cresta del vertedero
H= ((3.0 / (1.84*2.5 2/3) = 0,752042323 m
Δ Cálculo del caudal de excesos:
Utilizando el caudal medio de la quebrada Corales el cual es de 0.6m³ /s. Se calculó la altura de la lámina de agua en el caudal de excesos utilizando a formula:
H= (Q / (1.84*L) 2/3)
= Caudal medio de la quebrada (0.6 m³/s)
H= Carga sobre la cresta del vertedero
H= ((0.6 / (1.84*2.5)) 2/3 )= 0,257194857m
Δ Capacidad de captación de rejilla:
La capacidad máxima de agua que capta la rejilla se puede aproximar al calcular a través de uno de los orificios siendo así:
Q captado =
A neta √ 2 g H
Q captado = Caudal a través de la rejilla
C d = Coeficiente de descarga (0.3)
A neta = Área neta de la rejilla (0.18 m)
H = Altura de la lámina de agua sobre la rejilla (0.2571 m)
Q captado = (0.3*0.18 √ (2*9.81*0.2571)= 0.03767m³/s
El caudal de excesos se obtuvo por la diferencia entre el caudal captado a través de la rejilla y el caudal de diseño, por medio de la ecuación:
Q excesos = Q captado – Q diseñado
Q excesos = 0.03767m³/s – 0.02766m³/s= 0,010011987 m³/s
Δ Vertedero de excesos:
Las condiciones en el vertedero de excesos se calcularon utilizando la fórmula:
H exc = (Q / (1.84*B cámara )) 2/3
 altura de vertedero
H exc = Altura del vertedero de excesos
Q = Caudal de excesos (0.0100 m³/s)
B cámara = Ancho de la cámara (1.20m)
H exc = (0.0100 / (1.84*(1.20 2/3 )= 0,0273956m
Δ Velocidad de excesos:
V exc = (Q exc / (H exc *B cámara ))
V exc = Velocidad de excesos
H exc = Altura del vertedero de excesos (0.027 m)
Q exc = Caudal de excesos (0.0100m³ /s)
B cámara = Ancho de la cámara (1.2 m)
V exc = 0.0100 / (0.027*1.20) = 0,304549736 m 3 /s
X s = 0.36*(V exc 2/3 ) + (0.60*Hexc 4/7 )
X s = 0.36*(0.3045 2/3 ) + (0.60*(0.027 4/7 ) = 0,239764015m
Tabla 3. Calculo cotas de la Bocatoma, (Fuente propia).
C/RASANTE
ALT/DISEÑO
C/DISEÑO
Fondo de la quebrada en la captación
LÁMINA SOBRE LA PRESA:
2847,033
2847,752
Corona de los muros de contención
CANAL DE ADUCCIÓN:
2846,745
2846,709
Lámina aguas arriba
2846,85
Lámina aguas abajo
2846,787
CÁMARA DE RECOLECCIÓN:
2846,509
2846,482
2846,082
Al terminar el diseño de la bocatoma se propone una pérdida de 40 cm en la aducción de la bocatoma a desarenador, valor a corregir con el diseño de la conducción correspondiente el tramo en mención.
Tabla 4. Cotas tubería de excesos, (Fuente propia).
TUBERÍA DE EXCESOS
Cota de la quebrada de entrega
2844,612
2844,912
La cota máxima de la quebrada es de 25 metros debajo de la captación es la misma cota de descarga.
Diseño de la línea de aducción bocatoma a desarenador.
 Para realizar el diseño de la aducción Bocatoma- desarenador se tuvieron en cuenta los siguientes datos:
Caudal de diseño: 0.02766m³/s
Periodo de diseño: 25 años.
Cota de la lámina de agua a la salida de la bocatoma: 2846.082
Cota de descarga en el desarenador: 2842.015
Cota para cálculo de las pérdidas en el punto de descarga: 2846.082 + 5.00 = 2851.082
Coeficiente de rugosidad de Manning: 0.009
Longitud de la conducción: 60 m
Para el cálculo de esta parte de la estructura se utilizó la siguiente ecuación:
S= ((2846.082 - 2842.015)/60)*100 = 6,78%
Δ Cálculo de diámetro:
Teniendo la pendiente se procedió a calcular el diámetro de la tubería:
D= (1.548(0.009*0.02766) / (0.0678 1/2 )) 3/8 = 0,114148686 m = 4.49”
Δ Condiciones a flujo lleno:
Se tomó el diámetro comercial de 6” (0.1524m) y flujo lleno:
Q o = 0.312 (((D 8/3 ) * (S 1/2 )/n)
 Remplazando valores
se procedió a establecer las condiciones a
Q o = 0.312 (((0.1524 8/3 ) * (0.0678 1/2 )/0.009)= 0,059809034 m³/s
Δ Cálculo de velocidad a tubo lleno:
V o = Q o / A o ,
Q o = Caudal a tubo lleno (0.0598 m³/s)
V o = Velocidad a tubo lleno
A o = Área del tubo (0.1524 m²)
V o = ((0.0598*4)) / (π (0.1524) 2 )= 3,278732307 m/s
Δ Radio hidráulico a tubo lleno:
Calculo de radio hidráulico a tubo lleno:
∏ X D 2 4 X ∏D
Remplazando: 0.1524 / 4= 0,0381m
Q / Q o = 0.02766 / 0.0.059= 0,462471937
Con el resultado obtenido se busca en la tabla de relaciones hidráulicas.
d= 0.536*D = 0.536*0.152= 0,0816864 m
R= 1.05*R 0 = 1.05*0.0381= 0,040005 m
τ= yRS= 9.81*0.04*0.0678= 26,60150477/10 = 2.60 N/m 2
Permitiendo un esfuerzo cortante entre arcillas muy finas y suelo arcillosos, adecuado para el
Obteniendo los siguientes valores:
/ V o = 0,830
/ Dº= 0,536
R/R o = 1,05
V r = 0.83*V o = 0.83* 3.278 = 2,721347815 m/s
Tabla 5. Relaciones hidráulicas, (Fuente López, elementos de diseño para acueductos y alcantarillados).
Q/Q2
d/D°
H/D°

References: Artículo 11
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 artículo 3
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