Memoria de calculo hidraulico 1

MEMORIA DE CALCULO HIDRAULICO
Proyecto: “Mejoramiento del Servicio de Agua Potable e Instalación del alcantarillado sanitario en la
asociación de vivienda Las flores de San Agustín, Distrito Nuevo Imperial, Provincia Cañete, Región Lima”.
ÍNDICE
ÍNDICE
10.4.1 CONSIDERACIONES GENERALES
10.4.1.1 Definición de los sistemas
3.1.2 Caudal de demanda
3.1.3 Período de diseño para redes colectoras
3.1.4 Población y densidad poblacional
3.1.5 Dotación de agua
3.1.6 Coeficiente de variación del consumo de alcantarillado.
3.1.7 Contribución al desagüe.
3.1.8 Criterios de ubicación para el diseño de redes de alcantarillado.
3.1.9 Diseño hidráulico.
10.4.2 CALCULO HIDRAULICO DE COLECTORES
(HOJA DE CALCULOS)
MUNICIPALIDAD DISTRITAL DE NUEVO IMPERIAL

10.4.1
CONSIDERACIONES GENERALES
DEFINICIÓN DE LOS SISTEMAS.
El Sistema de Alcantarillado convencional del sector Las flores de San Agustín, está
proyectada por los siguientes componentes:
• Red de colectores.- Conformada por buzones y buzonetas de inspección
interconectadas con tuberías de PVC-UF ISO 4435, S-25. SD-2, SDR-51 DN 200mm
como mínimo. Encargadas a recolectar las aguas servidas del sector confluyendo dichas
aguas hacia el empalme de la red del emisor Nuevo Imperial, ubicado en la Av. Augusto B.
Leguía con la Tercera entrada al Conde en el AA.HH Carrizales.
CAUDAL DE DEMANDA
Para el cálculo del caudal de demanda del sector de Las Flores de San Agustín se ha
tomado en consideración la información de los Estudios Básicos y los aspectos
sociológicos de la zona.
Para el cálculo se ha desarrollado un acápite por cada ítem que se ha creído necesario y que
se detalla a continuación.
PERÍODO DE DISEÑO.
El periodo de diseño está condicionado a las diferentes variaciones de los factores
económicos, crecimiento de población, calidad de material a utilizar y la tecnología que se
usa.

Para proyectos de poblaciones o ciudades, así como para proyectos de mejoramiento y/o
ampliación de servicios en asentamientos existentes, el período de diseño será fijado por
los siguientes métodos de tal manera que garantice los períodos óptimos para el sistema de
alcantarillado.
a) Crecimiento lineal de la demanda sin déficit inicial
En este caso, se supone que el componente entra a cubrir la demanda en el momento
exacto en que se requiere la ampliación.
Por lo que se tiene:
Donde:
• t, es el período óptimo de diseño en años;
• b, es el factor de economía de escala asociado al componente;
• r, es la tasa social de descuento (11%)
• to, es el período de retraso en años.
b) Crecimiento lineal de la demanda con déficit inicial
En este caso, el modelo de costos mínimos incorpora un período de retraso en la
construcción de la primera etapa, es decir, un período durante el cual la demanda ha
permanecido parcialmente insatisfecha.
El cálculo del período óptimo (ti) en esta situación es:
Donde:
Ti, es el período óptimo de diseño en años con déficit inicial;
• t, es el período óptimo sin déficit inicial en años;
• b, es el factor de economía de escala;

• r, es la tasa social de descuento;
• to, es el período de retraso en años.
Por lo tanto en el proyecto se va considerar el periodo de diseño sin déficit inicial, teniendo
como resultado t=16.60 años; redondeando se tiene un periodo de diseño de 17 años.
El RNE (Reglamento Nacional de Edificaciones) indica que para redes de alcantarillado se
debe diseñar para un tiempo futuro de 20 años, para el cual se elaborará los cálculos de
diseño.
POBLACION Y DENSIDAD POBLACIONAL
Para la selección de la población de diseño (Población Futura, año 2,035 = 2003
habitantes), se ha utilizado el método geométrico y una tasa de crecimiento de 2.68%,
tomando en cuenta para esto datos del censo 2007 según el INEI.
DOTACION DE AGUA POTABLE
La Dotación representa la cantidad de agua que se necesita para desarrollar las actividades
domésticas, industriales y comerciales. Se expresa en litros/habitante/día. Teniendo en
cuenta el Clima, la dotación de agua varía de acuerdo a la temperatura de la zona a
abastecer, así en temperaturas extremas el consumo es mayor que en un clima frío, a las
costumbres y hábitos de la población de la localidad y de acuerdo a las Normas.
Para determinar la dotación en litros/hab./día, en la Localidad no se cuenta con registros de
datos de consumo de agua por lo que se utiliza una dotación de 150 lt/hab./día para
consumo doméstico de acuerdo a datos básicos del Centro Panamericano de ingeniería
sanitaria CEPIS/OPS/04.107, con proyección de servicios de alcantarillado y considerando
el clima cálido - templado de la zona.

COEFICIENTE DE VARIACIÓN DEL CONSUMO DE ALCANTARILLADO
Consumo promedio diario anual (Qm).- Es el promedio de los gastos diarios durante un
año de registros expresados en litros por segundo. Se expresa por la siguiente relación:
( ) ( ) ( )slt
sxhoras
diahabltDotaciónxhabPoblación
Qm /
360024
//
=
Dotación = 180 lit/hab.día
Qm=3.48 l/s
Dentro de un Sistema de Agua Potable el consumo de agua varía con las estaciones, los
días de la semana y las horas del día. Estas variaciones son debidas a las actividades
básicas de los pobladores, la magnitud de la población, el equipamiento urbano y las
condiciones climáticas del área.
Como se sabe un sistema de alcantarillado se diseña con la finalidad de evacuar las aguas
servidas en forma continua, a una adecuada pendiente y asegurando el arrastre hidráulico
de los sólidos. Para cumplir con su objetivo es necesario que cada uno de los componentes
del sistema sea diseñado satisfactoriamente, para ello es necesario conocer el
funcionamiento cabal del sistema de acuerdo a las variaciones en los consumos de agua.
Para el dimensionamiento de sistemas de alcantarillado se utilizan parámetros de variación
diaria y horaria.
Variaciones diarias ( )
Representa la desviación máxima del consumo promedio respecto al consumo máximo
diario, ó sea Corresponde al consumo en el día de mayor incidencia, este coeficiente se
denomina Consumo Máximo Diario (K1). Se obtiene de acuerdo a la siguiente expresión:

Para el Distrito Nuevo Imperial, Provincia de Cañete se considerará el valor que fluctúa
entre 1.2 a 1.5, de acuerdo al Reglamento Nacional de Edificaciones, se recomienda:
Coeficiente de Consumo Máximo Diario : 1.30
Variaciones horarias ( )
Representa la desviación máxima que resulta del consumo promedio o demanda máxima
en una hora que se presenta en un día durante un año y el gasto o caudal medio. Se le
denomina Coeficiente de Variación de Consumo Máximo Horario y su valor puede
fluctuar entre 1.8 y 2.5 de la demanda promedio anual.
Se obtiene de acuerdo a la siguiente expresión:
Para el Distrito Nuevo Imperial se considerará el siguiente valor, teniendo en cuenta el
Reglamento Nacional de Edificaciones para poblaciones de 2000 a 10000 habitantes:
Coeficiente de Consumo Máximo Horario ( ): 2.00
Consumo máximo diario (Qmd).- Se adopta un valor igual a 1,3 veces el consumo
promedio diario anual. Entonces, para el año de óptimo consumo el consumo máximo
diario es de 4.52 l/s. Ver cuadro Nº 3.4
Consumo máximo horario (Qmh).- Se adopta como 2.0 veces el consumo promedio
diario anual. Entonces, para el año de óptimo consumo el consumo máximo horario es de
6.96 l/s. Ver cuadro Nº3.4

CUADRO Nº 3.4
3.1.7 CONTRIBUCION AL DESAGUE
Para calcular la contribución del agua residual al sistema de alcantarillado se
determinó teniendo en cuenta las horas punta del consumo de agua y de acuerdo al
RNE que considera que el 80% del caudal de agua potable consumida ingresa al
sistema de alcantarillado.
Por lo tanto la contribución total de aguas residuales:
Qcd= 5.57 l/s
Para el cálculo de colectores se ha tomado el aporte del primer año, considerado
como caudal mínimo.
Ver cuadro Nº 3.4

3.1.8 CRITERIOS DE UBICACIÓN PARA EL DISEÑO DE REDES DE
ALCANTARILLADO
Redes de colectores
a. Tuberías
Ubicación
Para efectuar el diseño del trazo definitivo de las tuberías, previamente se fijarán las
secciones transversales de todas las calles del proyecto, con la ubicación acotada y a escala
de todos los servicios públicos de electricidad, agua, etc., existentes.
- En la mayoría de las calles tenemos 20 m de ancho proyectándose una línea de
alcantarillado en el mismo eje.
- La distancia mínima entre ejes de la tubería de agua y la tubería de desagüe será de 2,0
m.
Profundidad mínima
Los colectores se proyectarán a una profundidad tal, que asegure satisfacer las condiciones
más desfavorables siguientes:
- La profundidad requerida para prever el drenaje de todas las áreas vecinas: Hmin =
1.20m.
- La profundidad necesaria para no interferir con otros servicios públicos existentes y/o
proyectados, ubicados principalmente en las calles transversales a la línea del colector
- Un recubrimiento mínimo de 1.0m. sobre la clave del colector en relación con el nivel
de la calzada; salvo vías peatonales en que el recubrimiento podrá ser menor.
Profundidad máxima
La profundidad máxima será aquella que no ofrezca dificultades constructivas, de acuerdo
al tipo de suelo y que no obligue al tendido de alcantarillas auxiliares.
La profundidad máxima admisible recomendada, será de 8.00m.
b. Cámaras de Inspección

Las cámaras de inspección serán ubicadas en la línea de alcantarillado para facilitar la
limpieza y mantenimiento de las redes, de esta forma evitar que se obstruyan debido a
acumulación excesiva de sedimentos, se tomarán en cuenta las dimensiones de acuerdo al
Reglamento Nacional de Edificaciones tal como se indica en el Cuadro Nº 4.6 Geometría
de Buzones y Buzonetas:
Cuadro Nº 3.5 Geometría de Buzones y Buzonetas
DESCRIPCIÓN
PROFUNDIDAD
MÍNIMA (m)
PROFUNDIDAD
MÁXIMA (m)
DIÁMETRO
(m)
ESPESOR DE
FUSTE (m)
TIPO DE
CONCRETO
BUZONETAS 0.6 1.19 0.6 0.15 SIMPLE
BUZONES
1.2 3 1.2 0.2 SIMPLE
3 8 1.5 0.2 ARMADO
Fuente: RNE
Ubicación
Se han proyectado las cámaras de inspección en los siguientes casos:
- En el inicio de tramos de arranque.
- En todos los empalmes de los colectores.
- En los cambios de dirección.
- En los cambios de pendiente
- En los puntos donde se diseñan caídas en los colectores.
- En todo lugar que sea necesario por razones de inspección y limpieza.
- En cada cámara de inspección se admitirá solamente una salida del colector.
Separación máxima
La separación máxima entre las cámaras de inspección será de 80 m por:
- Empleo de tuberías colectoras de Ø200 mm.
- Limpieza a máquina para tuberías de Ø200 mm, ya que dichos colectores no permiten
una limpieza directa por un operador.

El Reglamento Nacional de edificaciones lo recomienda de acuerdo al siguiente cuadro Nº
3.6
Cuadro Nº3.6. Diámetro Nominal de la Tubería
DIÁMETRO NOMINAL DE LA
TUBERÍA (mm)
DISTANCIA
MÁXIMA (m)
100 60
150 60
200 80
250 a 300 100
Diámetros mayores 150
Fuente: RNE – Norma OS.070
3.1.9 DISEÑO HIDRÁULICO
3.1.9.1 Fórmula de Roberth Manning
La fórmula de Manning es una evolución de la fórmula de Chézy para el cálculo de la
velocidad del agua en canales abiertos y tuberías, propuesta por el ingeniero irlandés
Robert Manning, en 1889:
Fórmula para diseño
La fórmula empírica de Manning es la más práctica para el diseño de canales abiertos,
actualmente se utiliza para conductos cerrados y tiene la siguiente expresión

Flujo en Tuberías con Sección Llena
En el diseño de conductos circulares, se utilizan tablas, nomogramas o programas de
computadora, los mismos están basados en la fórmula de Manning y relacionan la
pendiente, diámetro, caudal (capacidad hidráulica) y velocidad, para condiciones de flujo a
sección llena.
Flujo en Tuberías con Sección Parcialmente Llena
El flujo a sección llena se presenta en condiciones especiales. Se debe destacar que la
condición normal de flujo en conductos circulares de alcantarillado, es a sección
parcialmente llena, con una superficie de agua libre y en contacto con el aire.
Durante el diseño, es necesario determinar el caudal, velocidad, tirante y radio hidráulico,
cuando el conducto fluye a sección parcialmente llena (condiciones reales). Para el cálculo
es necesario utilizar las propiedades hidráulicas de la sección circular que relacionan las
características de flujo a sección llena y parcialmente llena.

Criterios de Diseño
Durante el funcionamiento del sistema de alcantarillado, se debe cumplir la condición de
autolimpieza para limitar la sedimentación de arena y otras sustancias sedimentables
(heces y otros productos de desecho) en los colectores. La eliminación continua de
sedimentos es costosa y en caso de falta de mantenimiento se pueden generar problemas de
obstrucción y taponamiento.
En el caso de flujo en canales abiertos la condición de autolimpieza está determinada por la
pendiente del conducto. Para tuberías de alcantarillado, la pendiente mínima puede ser
calculada utilizando el criterio de velocidad mínima o el criterio de la tensión tractiva. A
continuación se realiza un análisis comparativo de ambos criterios.
Criterio de Velocidad Mínima
La práctica usual, es calcular la pendiente mínima, con el criterio de la velocidad mínima y
para condiciones de flujo a sección llena. Bajo este criterio las tuberías de alcantarillado se
proyectan con pendientes que aseguren una velocidad mínima de 0,6 m/s. De la fórmula de
Manning, la pendiente tiene la siguiente expresión:
Criterio de la Tensión Tractiva
La tensión tractiva o tensión de arrastre (t) es el esfuerzo tangencial unitario ejercido por el
líquido sobre el colector y en consecuencia sobre el material depositado. Tiene la siguiente
expresión:
t = r g R S
Donde:
t = Tensión tractiva en pascal (Pa)
r = Densidad del agua (1000 kg/m3)
g = Aceleración de la gravedad (9,81 m/s2)
R = Radio Hidráulico (m)
S = Pendiente de la Tubería (m/m)

La tensión tractiva mínima del flujo debe superar la resistencia del sedimento al
movimiento.
Para el caso de los sistemas de alcantarillado sanitario, según bibliografía consultada, el
resultado del análisis granulométrico del material de fondo de los colectores, realizado en
Middle (Inglaterra), la parte occidental de los Países Bajos y en Portachuelo (Bolivia
-1999) realizada por el autor, se ha determinado que el diámetro específico de arena
transportada es de 0,4 a 0,6 mm. Estos valores serían comunes en la mayoría de zonas del
mundo.
Al no contar con análisis granulométricos y adoptando un factor de seguridad, se
recomienda calcular la pendiente mínima de los colectores sanitarios con una tensión
tractiva mínima de 1,0 Pa.
En los tramos iniciales de los colectores (arranque), en los cuales se presentan bajos
caudales promedio tanto al inicio como al fin del periodo de diseño, se recomienda calcular
la pendiente con una tensión tractiva de 1 Pa, y posteriormente, su verificación con
caudales de aporte reales, no deberá ser menor a 0,6 Pa.
En el caso de colectores de alcantarillado pluvial, la arena que ingresa a los colectores es
de mayor diámetro efectivo, de igual forma en caso de no contar con resultados de análisis
granulométrico, se recomienda su diseño con una tensión tractiva de 1,5 Pa.
Para los diseños de las redes de alcantarillado del presente proyecto se ha empleado estas
fórmulas para la determinación de los pendientes y velocidades del flujo del desagüe.
Características de la Fórmula de R. Manning:
- Expresión para determinar las pérdidas de energía por fricción.
- Típicamente asociada con flujo en canales abiertos o alcantarillados.
- Ecuación empírica.
- Al igual que la ecuación de Hazen – Williams y por ser una ecuación empírica, sólo
es aplicable bajo condiciones muy especiales de flujo y del fluido.
- Las pérdidas están expresadas en función de las mismas variables, diámetro del
tubo, longitud, caudal y un coeficiente que involucra la rugosidad interna de cada tubería,
además de un factor de conversión de unidades, el cual también está presente en la
ecuación de Hazen – Williams.

- Al igual que la ecuación de Hazen – Williams, esta ecuación es fácil de manejar
(depende de los mismos parámetros de que depende la ecuación de Hazen – Williams).
3.1.9.2 Pendiente de las redes de colectores del alcantarillado
Como:
Se tiene:
Despejando “S” se tiene:
Donde:
S = Pendiente para el tendido de la tubería en cada tramo (m/m)
Q = Caudal de aporte en cada tramo de la red de alcantarillado (l/s)
n = Coeficiente de rugosidad de la tubería.
D = Diámetro de la tubería (m)
θ = grado central
Cabe señalar que:
Según el RNE indica: Smin = 8.0‰ equivalente a 0.8%
Según SEDAPAL para Ø8” la Smin= 4‰ para una Vmin=0.60m/seg
3.1.9.3 Dimensionamiento de la sección del sistema de alcantarillado
La fórmula aplicada ha sido teniendo en cuenta que la sección de la tubería es
parcialmente llena, así como indica el siguiente gráfico Nº 3.7
Fuente: Elaboración Propia

Gráfico Nº 4.5 Tubería Parcialmente Llena
Del gráfico se obtiene:
(Grado Sexagesimal)
Éste ángulo varía de acuerdo al caudal que va ser transportado por la tubería.
- Si el caudal a evacuar es mínimo “θ” tiende a cero.
- Si el caudal a evacuar es a tubo lleno “θ” tiende a 360º.
3.1.9.4 Detalle y disposición de los colectores
Determinación de las Cotas de Fondo de los Buzones y las Profundidades Respectivas
Una vez determinado las cotas de tapa de buzones mediante trabajos de campo con el nivel
topográfico y curvas de nivel se procede a determinar las profundidades de los buzones y
las pendientes para la instalación de tuberías de alcantarillado, detallándose en el gráfico
Nº 4.6 las características de un tramo.
Para las profundidades de los buzones de arranque se ha determinado de acuerdo a la
topografía del terreno entre la vía de la calle y la vereda de los lotes. Para lo cual varían las
profundidades de buzones considerándose una profundidad mínima de 1.20 m., y las zanjas
tendrán una profundidad mínima de 1 m. de recubrimiento sobre la clave del tubo.
Para determinar las cotas de llegada:
Cota de llegada = cota de salida – S x L / 1000
Estas cotas determinadas se convierten como cotas de salida para los siguientes tramos.

Las profundidades de inicio y final de los buzones se determinan:
Profundidad del buzón de inicio = cota de inicio (tapa) – cota de inicio (salida)
Profundidad del buzón de llegada = cota final (tapa) – cota final (llegada)
Fuente: Elaboración Propia
Gráfico Nº3.8 Detalle y disposición de Colectores - Emisor
3.1.10 Cálculo de la red de alcantarillado
El número de lotes al año 2015 es 227 de acuerdo al Plano topográfico.
La densidad es de 5.20 hab. /viv.
Población actual (Pi): 1180 hab. Fuente propia.
Población de diseño (Pf): se determinó utilizando el método Geométrico y una tasa de
crecimiento de r = 2.68%.
Pf=2003 habitantes.
Descarga de aguas residuales
Contribución de descarga de desagüe (Qcd):
Qcd= 0.80 Qmh
Qcd= 5.57 l/s Máximo proyectado

Agua de filtración
Es el aporte adicional basado en la permeabilidad del suelo donde se construye el
alcantarillado sanitario, este aporte puede expresarse por metro lineal de tubería. Debido a
que en esta zona el nivel freático es bajo y precipitación pluvial casi nula, típico de la costa
limeña podemos considerar la información proporcionada en: Diseño de acueductos y
Alcantarillados de Ricardo López Cualla quién indica que para tuberías nuevas con unión
de Caucho considerando una Infiltración BAJA, la Tasa de Infiltración es de 0.0005
lit/seg/ml
También para la Tasa de Infiltración el RNE indica que varía entre 0.0002 lps/ml y 0.0008
lps/ml, tomando para este proyecto el promedio:
Tasa de Infiltración=0.0005 lps/ml

10.4.2
CALCULO HIDRAULICO DE COLECTORES
SISTEMA DE ALCANTARILLADO CONVENCIONAL
HOJA DE CÁLCULO

10.4.3
CALCULO HIDRAULICO DE AGUA POTABLE
1.- METODO DE DENSIDAD POBLACIONAL
EMPLEANDO EL METODO DE HARDY CROSS PARA
REDES CERRADAS
Este método considera la población por área de influencia de cada nudo. Para la aplicación de
este método se deberá definir la población en cada sector del área del proyecto.
El caudal por nudo será
Qi= Qp * Pi
donde el caudal unitario poblacional se calcula por:
Qp= Qt / Pt = 0.00347 l/s/hab
donde:
Qp Caudal unitario poblacional l/s/hab
Qt Caudal total o caudal máximo horario para la totalidad de la población l/s
Qi Caudal en el nudo "i" l/s
Pt Población total del proyecto hab.
Pi Población del ár de influencia del nudo "i" hab.
nudo Manzana
Nº
viviendas Dens.(hab/viv.) Pi Qi
1
C 17 5.2 150 0.521
C' 0 5.2 0 0
B 17 5.2 150 0.521
D 0 5.2 0 0
34 ∑ 300 1.042
nudo Manzana
Nº
2
B 16 5.2 141 0.49
D 0 5.2 0 0
G 8 5.2 71 0.247
A 16 5.2 141 0.49
E 0 5.2 0 0
40 ∑ 353 1.227

nudo Manzana
Nº
3
A 15 5.2 132 0.459
E 0 5.2 0 0
A' 0 5.2 0 0
B' 22 5.2 194 0.674
G 8 5.2 71 0.247
45 ∑ 397 1.38
nudo Manzana
Nº
4
A' 25 5.2 221 0.768
E 18 5.2 159 0.552
43 ∑ 380 1.32
nudo Manzana
Nº
5
E 17 5.2 150 0.521
D 16 5.2 141 0.49
33 ∑ 291 1.011
nudo Manzana
Nº
6
D 16 5.2 141 0.49
C' 16 5.2 141 0.49
32 ∑ 282 0.98

RESULTADO FINAL

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