Buen uso

1. SESION 11: Diseño de Línea de
Conducción de Agua Potable Zona
Rural y su relación con la Topografía.
ING. WILFREDO AVALOS LOZANO
SEMESTRE 2022 - II

2. 1. INTRODUCION
¿QUE ES TOPOGRAFIA?
Diseño de Línea de Conducción y su relación con la Topografía.
La Topografía es básica en el diseño de redes de agua potable, la
topografía es muy importante para el diseño, así que debe ser
realizada con mucha fidelidad en los valores de campo.
El topógrafo que se especializa en este tipo de levantamientos
topográficos debe tener un conocimiento básico del diseño hidraúlico
del sistema de agua potable ya que puede durante la realización de
la topografía ir colocando o dejando las ubicaciones en cota de las
estructuras que sobre todo formarán parte de la red de tubería más
importante que es la línea de conducción, ya que esta se encarga de
acercar el agua a un punto muy cercano a la población, daremos la
conceptualización y realizaremos el cálculo de la línea de conducción
lo más entendible para el técnico en topografía en formación
teniendo en cuenta su desconocimiento en conceptos que no son
dictados en su Curricula académica cómo son la Hidrología,
Mecánica de Fluidos y Hidraúlica, temas preponderantes para el
cálculo pero no imposibles de manejar más aún cuando las fórmulas
que se utilizarán son de fácil manejo y reemplazo.

3. 1. INTRODUCION
¿QUE ES TOPOGRAFIA?
En ingeniería se respetan las Normas para cada tipo de diseño en este
caso el saneamiento no es ajeno y el diseño de redes de agua potable
también tiene su normatividad nos basaremos en la actual.
Norma Técnica de Diseño: Opciones Tecnológicas para Sistemas
de Saneamiento en el Ámbito Rural, (Anexo RM-192-2018-
ViviendaB).
Y también trabajaremos siñendonos al elemento de revisión por parte
de los evaluadores de expedientes técnicos actuales que es la.
Guía de Orientación para La Elaboración de Expedientes Técnicos
de Saneamiento Rural, PNSU-2016.
Confío que con el buen manejo de estas guías y nuestro conocimiento
de topografía al nivel de este ciclo la temática sea exitosa.
También haremos uso de bibliografía puntual para este tema como es
el libro:
Agua Potable Para Poblaciones Rurales: Sistemas de
Abastecimientos por Gravedad sin Tratamiento. Por Agüero
Pittman. Lima 1997.

4. 1. INTRODUCION
¿QUE ES TOPOGRAFIA?

5. 1. INTRODUCION
¿QUE ES TOPOGRAFIA?
Diseño de una Línea de conducción bajo EL Anexo 192-
2018-Vivienda.
Línea de Conducción. - consiste en la instalación de tubería
y de elementos de regulación en un tramo que conduce
agua para potabilización entre una fuente de captación y
un reservorio.
El caudal conducido es el requerido por la población con
mayor masa poblacional, así como durante su recorrido
puede haber ramales que conduzcan dotación de agua a
diferentes sectores, el caudal con el que se debe diseñar la
línea de conducción es con el caudal máximo horario
(Qmh), el cual resulta de afectar al consumo promedio
diario anual (Qp). afectado por una variación periódica de
2.00.
Para abordar eficientemente el tema y evitar
incomprensiones por ausencias conceptúales, iniciaremos
con tratar en completo el proceso.

6. 1. INTRODUCION
¿QUE ES TOPOGRAFIA?
Estimación de la Población beneficiaria y la Demanda de
Agua.
Población Futura.- todo proyecto se debe diseñar no para la
población actual al momento en que se piensa el proyecto,
sino para el futura por lo tanto se debe proyectar para un
determinado tiempo lo normal es que la población crezca
eso es lo ideal tanto así que en todos los textos se plantean
las formas al crecimiento poblacional, pero pueden suceder
eventos que detengan este crecimiento tales como
inmigración por problemas sociales de ámbito nacional como
sucedió en los tiempos del terrorismo las poblaciones
emigraban a las urbes más desarrolladas en este caso en el
Perú hacia lima, otras razones puede ser la mortandad
masiva como es el caso del COVID19, que nos está afectando
en estos momentos en los que realizo el texto.
Este dato resulta ser la taza o razón de crecimiento anual de
una población la cual es monitoreada por entidades como el
MINSA, a través de sus postas médicas.

7. 1. INTRODUCION
¿QUE ES TOPOGRAFIA?
De los muchos métodos de estimación de población futura
trabajaremos con el método aritmético por ser el que utiliza
datos que podemos encontrar fácilmente.
Su fórmula es:
Pd = Pa*(1+(
𝒓∗𝒕
𝟏𝟎𝟎
))
Donde:
Pd= población de diseño (hab).
Pa= población actual (hab).
r= taza o razón de crecimiento anual (%).
t= período de diseño, para este tipo de obras es de 20 años.

8. 1. INTRODUCION
¿QUE ES TOPOGRAFIA?
Demanda de Agua. - (Dotación); la demanda varia por muchos
factores como la cantidad de población, clima, disponibilidad
estacional, factores económicos. A continuación, presentamos un
cuadro de consumo que regirá en nuestro diseño.
Calcularemos los siguientes caudales demandados.
Consumo promedio diario anual (Qp). – es calculado en
función de una estimación per cápita para la población futura
resultante en el período de diseño para el tipo de obra, su unidad
es el litro/segundo en adelante para no confundirlo con el número
uno utilizaremos lit/s, cuando sabemos que su unida es solo “ele”
de litro.

9. 1. INTRODUCION
¿QUE ES TOPOGRAFIA?
Su fórmula es:
Qp =
𝑫𝒐𝒕𝒂𝒄𝒊ó𝒏∗𝑷𝒅
𝟖𝟔𝟒𝟎𝟎
Donde:
Qp= población de diseño (hab).
Pd= población de diseño (hab).
86400= la cantidad de segundos en un día.

10. 1. INTRODUCION
¿QUE ES TOPOGRAFIA?
Variaciones de Consumo:
Consumo Máximo Diario, (Qmd). - es el día de máximo
consumo analizados los 365 días del año, para su verdadero
valor se afecta de un factor de variación de entre 120 a
130%, recomendándose 130% ó K=1.3 a ser multiplica al
caudal promedio diario anual.
Este valor se utiliza para calcular el diseño de la línea de
conducción.
Qmd = 1.3*Qp (lit/s)
Consumo Máximo Horario, (Qmh). - es la hora de máximo
consumo que se presenta en el día de máximo consumo
diario a este valor se le debe de afectar del 200%, entonces
K=2.0 a ser multiplica al caudal promedio diario anual, con
este valor se calculara el volumen del reservorio solo en el
caso de que el caudal aportado por la fuente este por debajo
de este valor.
Qmd = 2.0*Qp (lit/s)

11. 1. INTRODUCION
¿QUE ES TOPOGRAFIA?
Tipo de Captación. – en este documento vamos a
tratar el diseño de la línea de conducción partiendo
de una captación de tipo manantial de ladera y
también en el caso de un puquio u ojo de agua del
subsuelo. Para ambos se construirá su cámara de
captación, además por ser menos complejo que los
otros tipos de fuentes con mucho mayor cálculo de
ingeniería.
El dato más importante y en el cual es sencilla la
participación e incluso la realización del mismo por
parte del Topógrafo es el trabajo de AFORO.

12. 1. INTRODUCION
¿QUE ES TOPOGRAFIA?
Aforo. - consiste en realizar una medición muy acertada
de cuanto es el volumen que descarga dicha fuente para
el caso de un manantial de ladera como son la mayoría de
proyectos que más se presentan en la realidad
explicaremos el método volumétrico.
método volumétrico; consiste en limpiar lo mejor posible
la salida del agua y tratar de formar un avenamiento que
capte la totalidad del agua vertida perfilar la ladera por la
que discurre el agua para que se pueda introducir en este
caso un balde y cronometrar el tiempo en que el volumen
de agua llena el balde completamente. esto lo debemos
realizar durante cinco veces y sacar un promedio ese valor
será el caudal de la fuente, este trabajo es preferible
realizarlo en época de estiaje o de merma de caudal de la
captación de esta manera garantizamos la dotación ya
que no habrá problemas en máximas avenidas. (Imagen
01: muestra el proceso de aforo en manantial).

13. 1. INTRODUCION
¿QUE ES TOPOGRAFIA?
Ejemplo de aforo: se tiene como fuente un manantial el cual
se aforará en época de estiaje y en época de máxima
avenida y presencia de lluvias estacionales con la finalidad
de ser aprovechado para fuente de dotación de agua para
consumo humano, el método a realizar será el volumétrico.
Nota: es muy importante tomar en cuenta la recomendación
sobre el tiempo de realización de los aforos, durante la idea
de proyecto es lo primero que debemos realizar durante el
estiaje y otro durante los tiempos de máximos caudales por
lluvia esto también influye en el caudal a considerar para
diseñar mi reservorio ya que el caudal de la fuente puede
resultar menor que el requerido por la población.
Zona Sierra de Piura.
Realizado Por: Ing Wilfredo Avalos Lozano.
Época de Estiaje ( Junio - Agosto), 2019
N°
Volumen
(litros)
Tiempo
(segundos)
Caudal
(lit/s)
1 22 19.9 1.11
2 22 19.8 1.11
3 22 20.1 1.09
4 22 19.0 1.16
5 22 19.2 1.15
Caudal Promedio = 1.12
Época de Lluvias ( Enero - Marzo), 2020
N°
Volumen
(litros)
Tiempo
(segundos)
Caudal
(lit/s)
1 22 15.0 1.47
2 22 14.7 1.50
3 22 14.5 1.52
4 22 16.0 1.38
5 22 15.3 1.44
Caudal Promedio = 1.46
Caudal Promedio de diseño= 1.29 lit/s

14. 1. INTRODUCION
¿QUE ES TOPOGRAFIA?
Materiales de aforo: balde de 22litros y cronómetro
Zona Sierra de Piura.
Realizado Por: Ing Wilfredo Avalos Lozano.
Época de Estiaje ( Junio - Agosto), 2019
N°
Volumen
(litros)
Tiempo
(segundos)
Caudal
(lit/s)
1 22 19.9 1.11
2 22 19.8 1.11
3 22 20.1 1.09
4 22 19.0 1.16
5 22 19.2 1.15
Caudal Promedio = 1.12
Época de Lluvias ( Enero - Marzo), 2020
N°
Volumen
(litros)
Tiempo
(segundos)
Caudal
(lit/s)
1 22 15.0 1.47
2 22 14.7 1.50
3 22 14.5 1.52
4 22 16.0 1.38
5 22 15.3 1.44
Caudal Promedio = 1.46
Caudal Promedio de diseño= 1.29 lit/s

15. 1. INTRODUCION
¿QUE ES TOPOGRAFIA?
Proceso del Cálculo de Diseño: Orden de desarrollo del proceso de cálculo.
1.- Población de Diseño: según el período de diseño: Pd = Pa+(1+(
𝒓∗𝒕
𝟏𝟎𝟎
))
2.- Caudal de diseño: es el caudal máximo diario: Qmd = 1.3*Qp (lit/s)
3.- Demanda de Agua: Qd, dotación por zonificación del proyecto. Ver
cuadros.
4.- Distancias de los Tramos: en este ítem se hace presente la topografía debo
tener el perfil longitudinal para poder visualizar la longitud y sobretodo los
desniveles del tramo levantado, esto me da una ideo de donde debo colocar
los elementos que marcaran la cantidad de tramos en la red, estos son todos
aquellos que vuelvan a la presión cero, como lo son las cámaras de reunión de
caudal ( cuando existen más de una fuente), cámaras rompe presión, estas se
instalan cuando la altura de carga supera los 50m volviendo a cero o presión
atmosférica del agua, se debe conocer antes de realizar cualquier cálculo las
cotas donde se ubican la captación, los elementos complementarios de la
línea a diseñar y la cota de ingreso de agua al reservorio (ya que en ese punto
el agua sale de un conducto de presión a la atmosfera importante en el cálculo
de presión del tramo y del sistema si realizaos algo más complejo como una
combinación de tuberías equivalentes.

16. 1. INTRODUCION
¿QUE ES TOPOGRAFIA?
5.- Cálculo del Área de la tubería: conocido el
caudal de diseño y una velocidad recomendable para
este tipo de sistemas de entre Vmín=0.6m/s como
mínimo y como máximo Vmáx=3.0m/s, mediante el
uso de la fórmula de continuidad podemos calcular el
área interior de la tubería para lego utilizarlo en el
cálculo del diámetro.
Q=V*A; Donde: Q= Caudal (m3/s), V= velocidad
media (m/s) y A=área en (m2)

17. 1. INTRODUCION
¿QUE ES TOPOGRAFIA?
6.- Diámetro: como es un conducto cerrado que trabaja a
tubo lleno se utiliza la fórmula:
A =
𝝅𝑫𝟐
𝟒
Donde:
A= área en m2
D= Diámetro de tubería en (m)
π = 3.1415926535 (Pi; longitud de circunferencia interior
del tubo entre su diámetro).
Nota: si al procesar el diámetro obtenemos un diámetro
comercial pues nos quedamos con todos los valores antes
desarrollados en su obtención como área y la velocidad,
pero si nos resulta un valor no comercial tomamos un valor
de diámetro comercial más cercano al resultado y con este
dato recalculamos el área y la velocidad si se encuentra
está dentro de los permisible hasta aquí todo estará ok.

18. 1. INTRODUCION
¿QUE ES TOPOGRAFIA?
7.- Perdida de Carga Unitaria: es la pérdida que se produce
al conducirse el agua dentro de la tubería friccionándose con
sus paredes, para este caso solo tomaremos en cuenta el
cálculo por perdidas por fricción despreciando las pérdidas
en accesorios debido a su valor no significativo, en este
cálculo debemos tomar en cuenta el diámetro interior del
tubo ya que en función de este valor se usara la fórmula de
diseño.
El MINSA, recomienda que cuando el flujo es turbulento
calculado por Reynolds y en este caso es así, y la tubería es
mayor a 2”, se usa la fórmula de pérdidas de Hazen –
Williams (1933), y para tuberías menores a 2”, se debe usar
las fórmulas de Fair-Whipple-Hsiao.
Aunque los fabricantes peruanos usan la fórmula de Hazen-
Williams, en las especificaciones técnicas de sus diámetros
menores a 2”, igual debemos cumplir la recomendación de
Fair-Whipple-Hsiao, esto lo digo porque al calcular el valor
Fórmula de Hazen-Williams (1933):
ℎ𝑓 =
𝑄
2.492 ∗ 𝐷2.63
1.85
Formula de Fair-Whipple-Hasiao:
ℎ𝑓 =
𝑄
2.8639 ∗ 𝐷2.71
1.75

19. 1. INTRODUCION
¿QUE ES TOPOGRAFIA?
obtenido por la fórmula de HW, resulta mayor que el de FWH,
entendiéndose que es tomado por seguridad al afectar más la línea de
gradiente hidraúlica que es la que marca la presión y sabiendo que la carga
dinámica mínima será de un metro altura de presión.
Se trabajarán las dos fórmulas y evaluaremos resultados igual.
Hazen-Williams: para tuberías de asbesto cemento y PVC, no toma en
cuenta “C”.
Fórmula de Hazen-Williams (1933):
ℎ𝑓 =
𝑄
2.492 ∗ 𝐷2.63
1.85
Donde:
hf= pérdida de carga unitaria (m/m), a este valor se le debe de afectar de la
longitud del tramo analizado, en caso de existir una CRC o una CRP, se
debe calcular para ese tramo.
Q= caudal de diseño en (lit/s), se anota el uso de lit por el de “L” de litros ya
anunciado.
D= diámetro interior de la tubería en (pulg).

20. 1. INTRODUCION
¿QUE ES TOPOGRAFIA?
Formula de Fair-Whipple-Hasiao:
ℎ𝑓 =
𝑄
2.8639 ∗ 𝐷2.71
1.75
Donde:
hf= pérdida de carga unitaria (m/m), a este valor se le debe
de afectar de la longitud del tramo analizado, en caso de
existir una CRC o una CRP, se debe calcular para ese tramo.
Q= caudal de diseño en (lit/s), se anota el uso de lit por el de
“L” de litros ya anunciado.
D= diámetro interior de la tubería en (pulg).

21. 1. INTRODUCION
¿QUE ES TOPOGRAFIA?
8.- Calculo de la Presión de Trabajo:
Presión: en las líneas de conducción la
presión representa la cantidad de energía
gravitacional contenida en el agua, o la
fuerza sobre el área de la cara de agua que a
manera de pistón será empujada por la
presión para que el agua se pueda mover y
elevar a un punto al que se desea dotar de
agua.
Para determinar la presión debemos utilizar
la fórmula de Daniel Bernoulli (1752), la cual
sufrirá cambios debido a consideraciones
hidraúlicas en sus sumandos.
𝑍1 +
𝑃1
𝛶
+
𝑉2
2𝑔
= 𝑍2 +
𝑃2
𝛶
+
𝑉2
2𝑔
+ 𝐻𝑓
Donde:
Z1 y Z2; son las cotas de los puntos a partir de una
línea de referencia en (m).
𝑃
𝛶
= es la altura de carga de presión, es la altura entre
la cota piezométrica y la cota del elemento que
puede ser una CRP o el Reservorio.
𝑉2
2𝑔
=es la altura de carga o cabeza de carga de
velocidad.
Hf= perdida de carga total del tramo, resulta de
multiplicar la pérdida de carga unitaria por el valor de
la distancia del tramo en análisis.
Quiere decir que la fórmula de Daniel Bernoulli, se
debe aplicar para cada tramo y esto sucede cuando
se presenta una cámara de reunión de caudales o
las cámaras rompe presión.

22. 1. INTRODUCION
¿QUE ES TOPOGRAFIA?
Segunda simplificación.
ocurre ya que en estos sistemas debemos
tomar como presión inicial la del nivel de
salida de agua antes de entrar al conducto
cerrado es decir la presión en la captación en
el punto más bajo de su salida en la cámara
húmeda, donde es igual a la atmosférica
(Patm=0).
Entonces la fórmula queda reducida:
P2= Z1-Z2-Hf
Donde:
Z1 y Z2, es la variación de altura entre la cota
piezométrica del reservorio o CRP, y la cota
de terreno de cualquiera de estos dos
componentes.

23. 1. INTRODUCION
¿QUE ES TOPOGRAFIA?
Cota Piezométrica o línea de gradiente Hidraúlica:
es la altura que existe entre una salida de tubería en
conducto cerrado hasta una altura resultante de
restarle la perdida de carga unitaria por la distancia del
tramo en análisis, esta se calculará para todos los
tramos de la línea de conducción que presenten
salidas de presión a atmósfera.
Cota Piezométrica del reservorio = cota de terreno
del reservorio - Hf

24. 1. INTRODUCION
¿QUE ES TOPOGRAFIA?
Presión = cota piezométrica del reservorio o elemento –
cota del elemento.
Elemento donde se presenta la presión atmosférica tales
como cámara de reunión y de reparto de caudales,
cámara rompe presión o finalmente en el reservorio.
Considerar tabla de presiones de tuberías fabricadas en
Perú.
Información sobre presiones y comercialización de
tuberías a presión en el Perú.
Cuadros tomados del libro de Roger Agüero Pittman.

25. 1. INTRODUCION
¿QUE ES TOPOGRAFIA?
Diámetros comerciales de tuberías de agua a presión en el Perú.

26. 1. INTRODUCION
¿QUE ES TOPOGRAFIA?
Otro fabricante:

27. 1. INTRODUCION
¿QUE ES TOPOGRAFIA?
Ejercicio de Aplicación:
Realizado el levantamiento topográfico y teniendo
ubicados preliminarmente algunos elementos
hidráulicos, procederemos a calcular el diseño de la
línea de conducción teniendo en cuenta la
información de campo en cuanto a población actual
de (125 viviendas), en una localidad en la sierra de
Lambayeque con una razón de crecimiento de 2.2%,
si se tiene el siguiente perfil.

28. 1. INTRODUCION
¿QUE ES TOPOGRAFIA?
Perfil Topográfico:

29. 1. INTRODUCION
¿QUE ES TOPOGRAFIA?
Debemos evitar
levantar estas fuertes
depresiones se debe
comunicar de esto y
recomendar o proponer
siempre faldear el cerro
puede afectar la
economía pero
funcionalmente es
mejor.

30. 1. INTRODUCION
¿QUE ES TOPOGRAFIA?

31. 1. INTRODUCION
¿QUE ES TOPOGRAFIA?