Modulo 1 de Sanitaria para Ingeniería Civil

UNUVERSIDAD DE PANAMÁ

FACULTAD DE INGENIERÍAINGENIERÍA CIVIL EN EDIFICACIONS

SANITARIA I (CICLO 2, JUN – 2015)

Versión 1.0

J. Simmonds, Ing. MSc., PEE mail: [email protected]

Panamá – Panamá

Ing. J. Simmonds 2Módulo I: Criterios básicos para el diseño

ObjetivosObjetivo General

Al término de esta asignatura los participantes estarán en posibilidad de establecer la relación entre los factores de saneamientos rurales, urbanos, ambientales y el manejo de la calidad del agua en un marco de actividades que se realicen dentro de las cuencas hidrográficas (urbanas/rurales) para proyectos de abastecimiento de agua potable, así como la perspectiva ambiental para la edificación de sistemas recolección y disposición de aguas residuales según el uso de aguas y/o actividades industriales.

Objetivos específicos Estarán aptos para aplicar métodos y manejo de indicadores de

proyectos que inciden sobre el recurso hídrico y sus costos. Tendrán habilidad para el cálculo de proyectos de abastecimiento de

agua y plantas de tratamiento de aguas residuales y sus principales indicadores e aplicar estadísticas puntuales e ingeniería económica para el desarrollo de los mismos.

Aplicar según sea la caracterización ambiental de acuerdo a las normas y reglamentos vigentes en la legislación ambiental panameña.


ProgramaMódulo 1: Criterios básicos para el diseño1.1. Estadísticas de consumo de agua de la localidad en estudio,1.2. Consumo,1.2.1. Per

cápita, 1.2.2. Medio, 1.2.3. Máximo diario, 1.3. Período de diseño económico, 1.4. Estudio de la población, 1.4.1. Rata de crecimiento de población de la localidad, 1.4.2. Curva de crecimiento, 1.4.3. Previsiones de población.

Módulo 2: Obras de captación2.1. Generalidades, 2.2. Criterios de localización para captación, 2.2.1. Superficiales: ríos

y lagos, 2.2.2. Subterráneas, 2.3. Funciones de las obras de captación en embalses, 2.4. Tipos de obras de captación, 2.5. Captación con lecho filtrante, 2.6. Ventajas de un sistema de captación a través de un lecho filtrante, 2.7. Captación sumergida tipo Dique-Toma, 2.8. Diseño estructural

Módulo 3: Líneas de aducción y desarenadores3.1. Líneas de aducción, 3.2. Desarenadores, 3.2.1. Eficiencia teórica, 3.2.2. Dispositivos

necesarios, 3.2.3. Vertedero de excesos, 3.3. Tuberías de rebose, 3.4. Cámaras de inspección.

Módulo 4: Líneas de conducción4.1. Generalidades, 4.2. Conductos cerrados a presión, 4.2.1. Métodos científicos, 4.2.2.

Método del factor de conducción K, 4.2.3. Líneas de carga, 4.3. Criterios de diseño, 4.4. Diseño, 4.4.1. Procedimiento de diseño, 4.4.1.1. Verificación de cavitación, 4.4.1.2. Golpe de ariete.

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Introducción

La elaboración del Expediente Técnico Social y Ambiental de un proyecto de agua y saneamiento, es el proceso mediante el cual se desarrolla el diseño de la opción técnica y niveles de servicios elegidos por la comunidad organizada y la propuesta de capacitación y fortalecimiento de capacidades, compatible con la alternativa seleccionada y con las características geográficas, ambientales, sociales, culturales y económicas de la localidad.

En tal sentido, se necesita de la planificación para lograr el desarrollo de proyectos destinados a los recursos hídricos.

Ing. J. SimmondsMódulo I: Criterios básicos para el diseño


Generalidades:Norma de Calidad Ambiental Sobre Obras de Saneamiento

En Panamá existe la Norma de Calidad Ambiental y de Descarga de Efluentes aplicada al Recurso Agua, y hasta de la toma de muestras contenida en el texto de la Legislación Ambiental COPANIT-DGNTI (COPANIT 21_393, 22_394, 23_395_99, 24_99, 35_2000 y 39_2000)

Las referidas normas técnicas ambientales es dictada bajo el amparo de la Ley Ambiental de la República para la Prevención y Control de la Contaminación Ambiental y se somete a las disposiciones de éstos, es de aplicación obligatoria y rige en todo el territorio nacional.

Las presentes normas técnicas determinan o establecen: Los límites permisibles, disposiciones y prohibiciones para las

descargas en cuerpos de aguas o sistemas de alcantarillado; Los criterios de calidad de las aguas para sus distintos usos; y, Métodos y procedimientos para determinar la presencia de

contaminantes en el agua, a si como el muestreo.


Objeto de la Norma

La norma tiene como objetivo la Prevención y Control de la Contaminación Ambiental, en lo relativo al recurso agua.

El objetivo principal de las normas es proteger la calidad del recurso agua para salvaguardar y preservar la integridad de las personas, de los ecosistemas y sus interrelaciones y del ambiente en general.

Las acciones tendientes a preservar, conservar o recuperar la calidad del recurso agua deberán realizarse en los términos de las Normas presentes .


Criterios de calidad de agua DEFINICIÓN DE CRITERIO DE CALIDAD DE AGUACorresponde a un valor determinado por personas expertas en relación a los posibles

usos que se le pueda dar al agua, por lo tanto, reflejará el conocimiento científico vigente hasta la fecha de elaboración del mismo.

CRITERIOS DE CALIDAD POR USOSa. Criterios de calidad para aguas destinadas al consumo humano y uso

doméstico, previo a su potabilización.b. Criterios de calidad para la preservación de flora y fauna en aguas dulces

frías o cálidas, y en aguas marinas y de estuarios. c. Criterios de calidad para aguas subterráneas.d. Criterios de calidad para aguas de uso agrícola o de riego.e. Criterios de calidad para aguas de uso pecuario.f. Criterios de calidad para aguas con fines recreativos.g. Criterios de calidad para aguas de uso estético.h. Criterios de calidad para aguas utilizadas para transporte.i. Criterios de calidad para aguas de uso industrial.


Criterios generales de descarga de efluentes

Las mencionadas normas de calidad ambiental también contienen la siguientes regulaciones:

1. Normas generales para descarga de efluentes, tanto al sistema de alcantarillado como a los cuerpos de agua.

2. Límites permisibles, disposiciones y prohibiciones para descarga de efluentes al sistema de alcantarillado.

3. Límites permisibles, disposiciones y prohibiciones para descarga de efluentes a un cuerpo de agua o receptor.

a) Descarga a un cuerpo de agua dulce.b) Descarga a un cuerpo de agua marina.


Normas generales de criterios de calidad para los usos de las aguas superficiales, subterráneas, marítimas y de estuarios.

La norma tendrá en cuenta los siguientes usos del agua: 1. Consumo humano y uso doméstico. 2. Preservación de Flora y Fauna.3. Agrícola.4. Pecuario.5. Recreativo.6. Industrial.7. Transporte.8. Estético.

En los casos en los que se concedan derechos de aprovechamiento de aguas con fines múltiples, los criterios de calidad para el uso de aguas, corresponderán a los valores más restrictivos para cada referencia.


Criterios de calidad para aguas de consumo humano y uso doméstico

Se entiende por agua para consumo humano y uso doméstico aquella que se emplea en actividades como:

1. Bebida y preparación de alimentos para consumo,2. Satisfacción de necesidades domésticas, individuales o

colectivas, tales como higiene personal y limpieza de elementos, materiales o utensilios,

3. Fabricación o procesamiento de alimentos en general.Esta Norma se aplica durante la captación de la misma y se refiere

a las aguas para consumo humano y uso doméstico, que únicamente requieran de tratamiento convencional, deberán cumplir con los siguientes criterios (ver tabla 1):


TABLA 1. Límites máximos permisibles para aguas de consumo humano y uso doméstico, que únicamente requieren tratamiento convencional.

Parámetros

Expresado

Como Unidad Límite Máximo Permisible

Aceites y Grasas Sustancias solubles en

hexano

mg/l 0,3

Aluminio Al mg/l 0,2 Amoniaco N-Amoniacal mg/l 1,0 Amonio NH4 mg/l 0,05 Arsénico (total) As mg/l 0,05 Bario Ba mg/l 1,0 Cadmio Cd mg/l 0,01 Cianuro (total) CN- mg/l 0,1 Cloruro Cl mg/l 250 Cobre Cu mg/l 1,0 Coliformes Totales nmp/100 ml 3 000 Coliformes Fecales nmp/100 ml 600 Color color real unidade

s de color

100

Compuestos fenólicos Fenol mg/l 0,002 Cromo hexavalente Cr+6 mg/l 0,05 Demanda Bioquímica de Oxígeno (5 días)

DBO5 mg/l 2,0

Dureza CaCO3 mg/l 500


Tabla 1 … continúa Límites máximos permisibles para aguas de consumo humano y uso doméstico, que únicamente requieren tratamiento convencional.

Parámetros

Expresado Como Unidad Límite Máximo

Permisible Bifenilo policlorados/PCBs

Concentración de PCBs totales

g/l 0,0005

Fluoruro (total) F mg/l 1,5 Hierro (total) Fe mg/l 1,0 Manganeso (total) Mn mg/l 0,1 Materia flotante Ausencia Mercurio (total) Hg mg/l 0,001 Nitrato N-Nitrato mg/l 10,0 Nitrito N-Nitrito mg/l 1,0

Olor y sabor

Es permitido olor y sabor

removible por tratamiento

convencional

Oxígeno disuelto

O.D. mg/l No menor al 80% del

oxígeno de saturación y no menor a 6mg/l

Plata (total) Ag mg/l 0,05 Plomo (total) Pb mg/l 0,05 Potencial de hidrógeno pH 6-9 Selenio (total) Se mg/l 0,01 Sodio Na mg/l 200 Sólidos disueltos totales

mg/l 1 000

Sulfatos SO4= mg/l 400

Temperatura

C Condición Natural + o – 3

grados Tensoactivos Sustancias

activas al azul de metileno

mg/l 0,5

Turbiedad UTN 100 Zinc

Zn mg/l 5,0


Tabla 1 …. continúa Límites máximos permisibles para aguas de consumo humano y uso doméstico, que únicamente requieren tratamiento convencional.

Parámetro Expresado Como Unidad

Límite Máximo

Permisible Xilenos (totales)

g/l 10 000

Pesticidas y herbicidas

Carbamatos totales Concentración de carbamatos totales

mg/l 0,1

Organoclorados totales Concentración de organoclorados totales

mg/l 0,01

Organofosforados totales

Concentración de organofosforados totales

mg/l 0,1

Dibromocloropropano (DBCP)

Concentración total de DBCP

g/l 0,2

Dibromoetileno (DBE) Concentración total de DBE

g/l 0,05

Dicloropropano (1,2) Concentración total de dicloropropano

g/l 5

Diquat g/l 70 Glifosato g/l 200 Toxafeno g/l 5

Compuestos Halogenados

Tetracloruro de carbono

g/l 3

Dicloroetano (1,2-) g/l 10 Dicloroetileno (1,1-) g/l 0,3 Dicloroetileno (1,2-cis) g/l 70 Dicloroetileno (1,2-trans)

g/l 100

Diclorometano g/l 50 Tetracloroetileno g/l 10 Tricloroetano (1,1,1-) g/l 200 Tricloroetileno g/l 30 Clorobenceno g/l 100 Diclorobenceno (1,2-) g/l 200 Diclorobenceno (1,4-) g/l 5 Hexaclorobenceno g/l 0,01 Bromoximil g/l 5


Criterios de calidad de aguas para la preservación de flora y fauna en aguas dulces frías o cálidas, y en aguas marinas y de estuarios

Se entiende por uso del agua para preservación de flora y fauna, su empleo en actividades destinadas a mantener la vida natural de los ecosistemas asociados, sin causar alteraciones en ellos, o para actividades que permitan la reproducción, supervivencia, crecimiento, extracción y aprovechamiento de especies bioacuáticas en cualquiera de sus formas, tal como en los casos de pesca y acuacultura.

Los criterios de calidad para la preservación de la flora y fauna en aguas dulces, frías o cálidas, aguas marinas y de estuario, se presentan a continuación (ver tabla 2):


TABLA 2. Criterios de Calidad admisibles para la preservación de la flora y fauna en aguas dulces, frías o cálidas, y en aguas marinas y de estuario.

Parámetros Límite máximo permisible

Expresados

como Unidad Agua fría dulce

Agua cálida dulce

Agua marina y

de estuario Clorofenoles mg/l 0,5 0,5 0,5 Bifenilos policlorados/PCBs

Concentración total de PCBs.

mg/l 0,001 0,001 0,001

Oxígeno Disuelto O.D. mg/l No menor al 80% y no menor a 6

mg/l

No menor al 60% y no menor a 5

mg/l

No menor al 60% y no menor a 5

mg/l

Potencial de hidrógeno

pH 6, 5-9 6, 5-9 6, 5-9, 5

Sulfuro de hidrógeno ionizado

H2S mg/l 0,0002 0,0002 0,0002

Amoniaco NH3 mg/l 0,02 0,02 0,4 Aluminio Al mg/l 0,1 0,1 1,5 Arsénico As mg/l 0,05 0,05 0,05 Bario Ba mg/l 1,0 1,0 1,0 Berilio Be mg/l 0,1 0,1 1,5 Boro B mg/l 0,75 0,75 5,0


TABLA 2. … continúa Criterios de Calidad admisibles para la preservación de la flora y fauna en aguas dulces, frías o cálidas, y en aguas marinas y de estuario.

Parámetros Expresados como Unidad Límite máximo permisible

Agua fría dulce

Agua cálida dulce

Agua marina y

de estuario

Cadmio Cd mg/l 0,001 0,001 0,005 Cianuro Libre CN- mg/l 0,01 0,01 0,01 Zinc Zn mg/l 0,18 0,18 0,17 Cloro residual Cl mg/l 0,01 0,01 0,01 Estaño Sn mg/l 2,00 Cobalto Co mg/l 0,2 0,2 0,2 Plomo Pb mg/l 0,01 Cobre Cu mg/l 0,02 0,02 0,05 Cromo total Cr mg/l 0,05 0,05 0,05 Fenoles monohídricos

Expresado como fenoles

mg/l 0,001 0,001 0,001

Grasas y aceites

Sustancias solubles en

hexano

mg/l 0,3 0,3 0,3

Hierro Fe mg/l 0,3 0,3 0,3 Hidrocarburos Totales de Petróleo

TPH mg/l 0,5 0,5 0,5

Hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAPs)

Concentración total de HAPs

mg/l 0,0003 0,0003 0,0003

Manganeso Mn mg/l 0,1 0,1 0,1 Materia flotante

visible Ausencia Ausencia Ausencia


TABLA 2. … continúa Criterios de Calidad admisibles para la preservación de la flora y fauna en aguas dulces, frías o cálidas, y en aguas marinas y de estuario.

Límite máximo permisible Parámetros Expresados

como Unida

d Agua fría dulce

Agua cálida dulce

Agua marina y

de estuario Mercurio Hg mg/l 0,0002 0,0002 0,0001 Níquel Ni mg/l 0,025 0,025 0,1 Plaguicidas organoclorados totales

Concentración de

organoclorados totales

g/l 10,0 10,0 10,0

Plaguicidas organofosforados totales

Concentración de

organofosforados totales

g/l 10,0 10,0 10,0

Piretroides Concentración de piretroides

totales

mg/l 0,05 0,05 0,05

Plata Ag mg/l 0,01 0,01 0,005 Selenio Se mg/l 0,01 0,01 0,01 Tensoactivos Sustancias

activas al azul de metileno

mg/l 0,5 0,5 0,5

Temperatura C Condiciones naturales

+ 3 Máxima 20

Condiciones naturales

+ 3 Máxima 32

Condiciones naturales

+ 3 Máxima 32

Coliformes Fecales

nmp/100 ml 200 200 200


Además de los parámetros indicados dentro de esta norma, se tendrán en cuenta los siguientes criterios:

La turbiedad de las aguas de estuarios debe ser considerada de acuerdo a los siguientes límites:

Condición natural (Valor de fondo) más 5%, si la turbiedad natural varía entre 0 y 50 UTN (unidad de turbidez nefelométrica);

Condición natural (Valor de fondo) más 10%, si la turbiedad natural varía entre 50 y 100 UTN, y,

Condición natural (Valor de fondo) más 20%, si la turbiedad natural es mayor que 100 UTN;

Ausencia de sustancias antropogénicas que produzcan cambios en color, olor y sabor del agua en el cuerpo receptor, de modo que no perjudiquen a la flora y fauna acuáticas y que tampoco impidan el aprovechamiento óptimo del cuerpo receptor.

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Definición La planificación se puede definir como a la consideración ordenada

de un proyecto con respecto al propósito de su declaración original a través de la evaluación de alternativas hasta la decisión final en un curso de acción.

o Niveles de la Planificación

o Fases de la Planificación

o Objetivos

o Planeando para Planificar

o Proyecciones para la Planificación


20

Definición


Fig. 1. Curva de la Demanda

21

Definición

o Formulación del Proyecto

o Participación Publica en la Planificación

o Evaluación del Proyecto

o Consideraciones Financieras en la Planificación

o Consideraciones Ambientales en la Planificación

o Niveles de la Planificación

o Análisis de Sistemas en la Planificación de Agua


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Definicióno Algunos errores comunes en la Planificación de Proyectos

El Informe Preliminar Estándares de Diseño (MOP/MICI, etc) Construcción Temprana Decisiones A Priori Falla en Considerar todas las Alternativas Uso de Precios del Mercado Uso de la Siguiente Mejor Alternativa


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Definicióno Conservación y Aumento del Agua

Eqn 1

ΔR, Incremento en la escorrentía anual.

ΔP, Incremento en la precipitación anual.

Ravg y Pavg, escorrentía y precipitación media anual, respectivamente.

La ecuación correspondiente esta basada en el análisis de siete cuencas rurales. Solo debería utilizarse para estudios preliminares, donde 0.1< Ravg / Pavg <0.5. El estudio fue realizado mediante simulación para comparar la escorrentía de precipitación observada.


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Definicióno Proyectos Multi-Propósitos

o Requerimientos Funcionales en Proyectos Multi-Propósitos Irrigación Abastecimiento de agua Energía Hidroeléctrica Navegación Mitigación de Inundación Recreación Pesca y Vida Silvestre Control de la Contaminación Control de Vectores

o Compatibilidad del Uso de Proyectos Multi-Propósitos


25

Definición


Fig. 2a. Curvas de Reglas

26

Definición


Fig. 2b. Curvas de Reglas


Módulo 1

1.1. Estadísticas de consumo de agua de la localidad en estudio1.2. Consumo1.2.1. Per cápita1.2.2. Medio1.2.3. Máximo diario1.3. Período de diseño económico1.4. Estudio de la población1.4.1. Rata de crecimiento de población de la localidad1.4.2. Curva de crecimiento1.4.3. Previsiones de población


Módulo 11.1. Estadísticas de consumo de agua de la localidad en estudioEl ser humano utiliza el agua para diversas actividades: obtención de agua potable, procesos industriales, generación de energía eléctrica, actividad minera, agricultura y ganadería. 1.2. Cifras de consumo de aguaMediante investigaciones realizadas, se ha llegado a aproximaciones que hacen cada vez más precisas las estimaciones sobre consumos de agua. Estas cifras conducen a la determinación de un gasto o consumo medio, lo cual ha de constituir la base de todo diseño, requiriéndose, por tanto, un conocimiento cabal de las estimaciones. Estas cifras de acuerdo a las características del uso se expresan en: - lts/habitantes/día SERVICIO - lts/viviendas/día - lts/edificaciones/día. - otras


Módulo 1

Tabla 3. consumo en diferentes zonas del planeta (datos 1.996)


Módulo 11.2.1. Per cápitaPara la determinación de los consumos per cápita se deben realizar investigaciones sobre mediciones de los consumos de agua en comunidades que presentan determinadas características (se colocan medidores de flujo suministrado a viviendas, se realizan mediciones durante un año y se calcula el volumen utilizado diariamente por persona). Ello permitirá, de una manera aproximada, llegar a asignar cifras de consumos que posteriormente pueden ser utilizadas para el diseño de abastecimientos de agua en otras comunidades.

Tabla 4. http://unesdoc.unesco.org


Módulo 1

Tabla 5. cantidad de litros de agua necesarios para obtener ciertos productos


Módulo 1

1.2.2. MedioEl consumo medio del agua en los hogares se calcula mediante el cociente entre el volumen total de agua registrada y distribuida a los hogares y la población residente.

1.2.3. Máximo diarioPor consumo diario debe entenderse el total de agua utilizada por la persona en todos los quehaceres diarios, sean ellos para beber, en los alimentos, en las duchas, etc.


Módulo 1

1.3. Período de diseño económicoEl periodo de diseño, es el tiempo en el cual se considera que el sistema funcionara en forma eficiente cumpliendo los parámetros, respecto a los cuales se ha diseñado determinado sistema. Por tanto el periodo de diseño puede definirse como el tiempo en el cual el sistema será 100% eficiente. El periodo de diseño, tiene factores que influyen en la determinación del mismo, entre los cuales podernos citar:

Durabilidad de los materiales Ampliaciones futuras Crecimiento o decrecimiento Poblacional Capacidad económica para la ejecución de obras


Módulo 1

1.4. Estudio de la poblaciónEn todo Proyecto de abastecimiento de agua potable uno de los parámetros importantes que debe evaluarse es la población actual y futura. En este sentido, se deberá para estos fines recoger información del organismo estatal encargado de llevar los datos oficiales acerca del crecimiento poblacional.

1.4.1. Rata de crecimiento de población de la localidad1.4.2. Curva de crecimiento1.4.3. Previsiones de población

Estos tres últimos puntos se resumen como sigue:


Módulo 1El crecimiento demográfico en las poblaciones, se debe a los siguientes factores: La tasa de natalidad, la tasa de mortalidad y las migraciones. Las dos primeras, constituyen el crecimiento vegetativo. Es muy raro encontrar estos factores sobre todo en poblaciones rurales, en caso de utilizar los mismos el método desarrollado se conoce con el nombre de crecimiento poblacional por método de las componentes.El crecimiento poblacional, está íntimamente ligado al tamaño del proyecto y por tanto, al periodo de diseño que se analice. Debido a factores imprevisibles, una población no puede ser extrapolada con seguridad a más de 20 años, pues durante periodos más largos, podrían ocurrir fenómenos de crecimiento que distorsionen en alto grado la magnitud del proyecto que se vaya a adoptar.


Módulo 1Crecimiento por componentes

Tasa Natalidad

Tasa Mortalidad Tasa Vegetativa Tasa de crecimiento de crecimiento poblacional

Tasa Migración


Módulo 1

Fig. 3. CRECIMIENTO POBLACIONAL SEGÚN HIPÓTESIS ASUMIDA


Módulo 1

Para proyectar la población, la elección final del método depende, de la experiencia del proyectista y del conocimiento que se tenga acerca de las condiciones Socio-Económicas y características de salud de la población, de esta manera se puede tomar una tasa decrecimiento con diferentes hipótesis, las cuales pueden ser altas, medias y bajas según los datos que se tengan ya sea del Censo de Población y Vivienda, de las municipalidades, de las regiones, etc.

Módulo 1 CÁLCULO DE LA POBLACIÓN FUTURA

Para el cálculo de la población futura se podrá utilizar uno delos siguientes métodos de crecimiento, según el tipo de población, dependiendo de las características socio-económicas de la población.


Módulo 1 CÁLCULO DE LA POBLACIÓN FUTURAEn las expresiones indicadas anteriormente se tienen:

Pf = Población futura (hab)

Po = Población inicial de referencia (hab)

r = Tasa anual de crecimiento (%)

T = Periodo de diseño, a partir del año dato para la población inicial (años)

i = Índice de crecimiento anual (%)

e = Base de los logaritmos neperianos


43Ing. J. SimmondsMódulo I: Criterios básicos para el diseño

Modulo 1 de Sanitaria para Ingeniería Civil

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