Este documento presenta los fundamentos teóricos para el diseño de un sistema de agua potable. Explica conceptos como el periodo de diseño, población futura, caudales medio, máximo diario y máximo horario. Describe los tipos de obras de toma, incluyendo la presa derivadora con rejilla lateral que se diseñará. Finalmente, detalla los cálculos hidráulicos para dimensionar la cámara de captación de una obra de toma tipo tirolesa.

1. RED DE AGUA POTABLE
TABLA DE CONTENIDO
RED DE AGUA POTABLE .................................................................................................................................... 0
I. INTRODUCCIÓN ........................................................................................................................................... 1
II. DESCRIPCIÓN DE LA ZONA GEOGRÁFICA DEL PROYECTO. ............................................................................. 2
III. OBJETIVOS ............................................................................................................................................... 2
• OBJETIVO GENERAL .................................................................................................................................. 2
• OBJETIVOS ESPECIFICOS ........................................................................................................................... 2
IV. FUNDAMENTO TEORICO .......................................................................................................................... 3
1. Periodo De Diseño. ............................................................................................................................... 3
2. Población Futura. ................................................................................................................................. 3
3. Caudal Medio Diario. ............................................................................................................................ 4
4. Caudal Máximo Diario. ......................................................................................................................... 4
5. Caudal Máximo Horario. ....................................................................................................................... 4
6. Obra de toma. ...................................................................................................................................... 5
7. Requerimientos de estabilidad: ............................................................................................................ 7
8. Aducción. ............................................................................................................................................. 8
9. Tanque de almacenamiento. ................................................................................................................ 9
10. Red de distribución. .......................................................................................................................... 9
11. Velocidades. ................................................................................................................................... 10
12. Diámetros Mínimos. ....................................................................................................................... 11
13. Orificio de purga de aire ................................................................................................................. 11
14. Parámetros Básicos de Análisis. ...................................................................................................... 13
REQUISITOS DE LA CALIDAD PARA AGUA POTABLE ................................................................................ 14
V. DATOS, CALCULOS Y RESULTADOS. ............................................................................................................ 15
VI. CONCLUSIONES. ....................................................................................................................................... 0

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I. INTRODUCCIÓN
El diseño de sistemas de agua potable para poblaciones urbanas y rurales del Estado Plurinacional De Bolivia, se ha
venido desarrollando en base a la Norma Técnica de Diseño para Sistemas de Agua Potable NB 689 y a los
Reglamentos Técnicos de Diseño para Sistemas de Agua Potable promulgados por el entonces Ministerio de
Desarrollo Humano en noviembre del año 1996.
La norma establece los criterios técnicos de diseño de sistemas de agua potable de carácter público y/o privado, en el
área urbana, peri-urbana y rural del país, para obtener obras con calidad, seguridad, durabilidad y economía; y de esa
manera, contribuir al mejoramiento del nivel de vida y salud de la población.
Los sistemas para abastecimiento de agua potable constan de diversos componentes: captación, conducción,
potabilización, desinfección, regulación y distribución; en cada uno se construyen las obras necesarias para que sus
objetivos particulares sean alcanzados de forma satisfactoria.
• La captación se refiere a la explotación del agua en las posibles fuentes.
• La conducción es el transporte del recurso hasta el punto de entrega para su disposición posterior.
• La regulación tiene por objeto transformar el régimen de alimentación del agua proveniente de la fuente que
generalmente es constante, en régimen de demanda variable que requiere la población.
• La distribución es proporcionar el recurso en el domicilio de los usuarios, con las presiones adecuadas para
los usos residenciales, comerciales e industriales normales, y suministrar el abastecimiento necesario para la
protección contra incendios en la zona de demanda, urbana o rural.
Dentro del conjunto de la captación, la Obra de Toma para abastecimiento de agua, puede ser cruda como en presas,
comprende las estructuras que se requieren para controlar, regular y derivar el gasto hacia la conducción; su
importancia radica en que es el punto de inicio del abastecimiento, por lo que debe ser diseñada cuidadosamente. Un
mal dimensionamiento de la captación puede implicar déficit en el suministro ya que puede constituirse en una
limitante en el abastecimiento (sub dimensionada), o en caso contrario encarecer los costos del sistema al operar en
forma deficiente (sobredimensionada).
En el abastecimiento de agua potable, la subvaluación en la capacidad de la toma genera un servicio de agua deficiente
al usuario, ya que durante las horas del día en las cuales se tiene la máxima demanda, la imposibilidad de la toma de
entregar el caudal requerido puede generar zonas sin suministro en la red de distribución. En este mismo caso, la
sobrevaluación, impone mayores erogaciones para la inversión deseada, afectando el sistema financiero de las
empresas prestadoras del servicio de agua potable, además la operación hidráulica es deficiente, pudiendo afectar la
calidad del servicio (bajas presiones) generando también molestias al usuario.
Para el caso del aprovechamiento de fuentes superficiales, el abastecimiento de agua suele requerir de la fase
adicional de tratamiento, que consiste en detectar mediante análisis físico-químico de una muestra del agua de la
corriente, la necesidad de mejorar su calidad para consumo humano. En cuanto a las fuentes subterráneas, por lo
general el medio filtrante natural permite una buena calidad del recurso, siendo necesario en la generalidad de los
casos, tan sólo una desinfección previa para su aprovechamiento.
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II. DESCRIPCIÓN DE LA ZONA GEOGRÁFICA DEL PROYECTO.
La zona geográfica del proyecto es Llano, por lo que tiene las siguientes características de diseño para un sistema de
agua potable:
La Dotación Media Diaria (l/hab-d) es mayor que en el Altiplano y los Valles, como indica la siguiente tabla:
NB689 - Sistemas De Diseño De Agua Potable Pág. 21
III. OBJETIVOS
• OBJETIVO GENERAL
Suministrar agua en calidad necesaria para preservar su salud y en la cantidad suficiente para satisfacer
todas las necesidades de su población.
• OBJETIVOS ESPECIFICOS
Realizar el diseño de una Obra de toma tipo Presa derivadora con rejilla lateral
Diseñar la Aducción y el tanque de almacenamiento de manera que se garantice el servicio las 24 horas del
día y los 365 días del año.
Realizar el trazado de la línea de aducción.
Verificar las presiones dinámicas en los puntos más desfavorables y que las mismas no sean menores a las
indicadas en la norma.
Verificar las presiones estáticas y que no sobrepasen a las presiones indicadas en la norma.
Calcular la red de Distribución garantizando que el agua llegara a toda la población.
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IV. FUNDAMENTO TEORICO
1. Periodo De Diseño.
Es un parámetro de diseño básico, es el número de años durante los cuales una obra determinada prestara con
eficiencia el servicio para el cual fue diseñada.
Los factores que intervienen en la selección del periodo de diseño son:
• Vida útil de las estructuras y equipos tomando en cuenta la obsolescencia, desgaste y daños.
• Ampliaciones futuras y planeación de las etapas de construcción del proyecto.
• Cambios en el desarrollo social y económico de la población.
• Comportamiento hidráulico de las obras cuando estas no estén funcionando a su plena capacidad.
El periodo de diseño debe ser adoptado en función del componente del sistema y la característica de la población,
según lo indicado en la tabla 2.4:
NB689- Sistemas De Diseño De Agua Potable Pág. 24
El periodo de diseño podrá ser mayor o menor a los valores especificados en Tabla 2.4, siempre que el ingeniero
proyectista lo justifique.
2. Población Futura.
Es el número de habitantes dentro el área del proyecto que se estima en base a la población inicial, el índice de
crecimiento poblacional y el periodo de diseño.
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3. Caudal Medio Diario.
Es el consumo medio diario de una población, obtenida en un año de registros. Se determina con base en la
población del proyecto y dotación, de acuerdo a la siguiente expresión:
௉௙∗஽௙
Qmd = ଼଺ସ଴଴
Qmd: Caudal medio diario en l/s
Pf: Población futura en hab.
Df: Dotación futura en l/hab-día
4. Caudal Máximo Diario.
Es la demanda máxima que se presenta en un día del año, es decir representa el día de mayor consumo del año. Se
determina multiplicando el caudal medio diario por el coeficiente k1 que varía según las características de la
población.
Qmaxd = k1*Q md
Qmaxd : Caudal máximo diario l/s
k1 : Coeficiente de caudal máximo diario k1=1.2 a 1.5
Qmd : Caudal medio diario en l/s
5. Caudal Máximo Horario.
Es la demanda máxima que se presenta en una hora durante un año completo. Se determina multiplicando el caudal
máximo diario por el coeficiente k2 que varía según el número de habitantes, de 1.5 a 2.2. tal como se presenta en la
Tabla 2.3
NB689 - Sistemas De Diseño De Agua Potable Pág. 23
Q maxh = K2 * Q maxd
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6. Obra de toma.
Es el punto de captación de fuentes superficiales o subterráneas, a través de la cual ingresa el agua al sistema.
La obra de toma es la estructura hidráulica de mayor importancia de un sistema de aducción que alimentará un
sistema de generación de energía hidroeléctrica, riego, agua potable, etc. A partir de la obra de toma, se tomarán
decisiones respecto a la disposición de los demás componentes de la obra. Los diferentes tipos de obras de toma han
sido desarrollados sobre la base de estudios en modelos hidráulicos, principalmente en aquellos aplicados a cursos de
agua con gran transporte de sedimentos.
En el caso de sistemas en cuencas de montaña, debido a las condiciones topográficas, las posibilidades de desarrollo
de embalses son limitadas. Por tal motivo, es usual la derivación directa de los volúmenes de agua requeridos y
conducirlos a través de canales, galerías y/o tuberías, para atender la demanda que se presenta en el sistema de
recepción (agua potable, riego, energía, etc.).
Cada intervención sobre el recurso hídrico, origina alteraciones en el régimen de caudales, aguas abajo de la
estructura de captación, por lo que su aplicación deberá considerar al mismo tiempo la satisfacción de la demanda
definida por el proyecto y los impactos sobre sectores ubicados en niveles inferiores. En general la obra de toma está
constituida por un órgano de cierre, estructuras de control, estructuras de limpieza, seguridad y la boca toma. Cada
uno de los elementos indicados cumple una función o misión específica, a saber:
El órgano de cierre tiene por objeto elevar el nivel de las aguas de manera de permitir el desvío de los
volúmenes de agua requeridos.
Las estructuras de control permitirán la regulación del ingreso de las aguas a la obra de conducción.
Las estructuras de limpieza serán elementos estructurales que puedan evacuar los sedimentos que se
acumulan inmediatamente aguas arriba del órgano de cierre.
Las estructuras de seguridad evacuarán las aguas que superen los volúmenes requeridos por el sistema
receptor.
La boca toma será el elemento que permita el ingreso de agua de captación hacia la estructura de conducción.
El funcionamiento de estos elementos, ya sea de manera combinada o individual, deberá lograr el objetivo principal de
su aplicación y al mismo tiempo no deberá originar fenómenos negativos a la propia seguridad de las obras civiles ni
al medio físico que se encuentra bajo su influencia directa o indirecta.
Obra de toma tipo tirolesa.
El principio de este tipo de obra de toma radica en lograr la captación en la zona inferior de escurrimiento. Las
condiciones naturales de flujo serán modificadas por medio de una cámara transversal de captación. Esta obra puede
ser emplazada al mismo nivel de la solera a manera de un travesaño de fondo. Sobre la cámara de captación se
emplazará una rejilla la misma que habilitará el ingreso de los caudales de captación y limitará el ingreso de
sedimento. El material que logre ingresar a la cámara será posteriormente evacuado a través de una estructura de
purga. La obra de toma en solera se denomina también azud de solera u obra de toma tipo Tirolesa y puede ser
empleada en cursos de agua con fuerte pendiente y sedimento compuesto por material grueso. Este tipo de obra de
toma ofrece como ventajas una menor magnitud de las obras civiles y un menor obstáculo al escurrimiento.
Diseño hidráulico de la cámara de captación
La hidráulica del sistema diferencia dos estados de flujo a saber:
Flujo a través de las rejillas
Flujo en la cámara de captación
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Donde:
t: máximo nivel en el canal.
0.25*t: borde libre mínimo.o.
B: ancho de colección.
L: longitud de la reja.
a: distancia entre barras de la rejilla.
d: separación entre ejes de las barras de la rejilla.
Del esquema con energía constante, el caudal que pasa por las rejillas se tiene:
Q = 2 / 3 ⋅μ ⋅b ⋅ L 2g ⋅ h
3⋅C
Donde:
b: ancho de la toma (puede ser ancho del río).
h: altura sobre la rejilla.
Q: caudal de derivación o caudal de la toma.
El coeficiente m depende de la forma de las barras de la rejilla y del tirante. Para rejillas de perfil rectangular, las
investigaciones de Noseda dan como resultado los siguientes valores
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El coeficiente C depende de la relación de espaciamiento entre barras y el ángulo b de la rejilla con la siguiente
fórmula:
C = 0.6⋅ a / d ⋅ cos3/ 2 (β)
Al inicio de la rejilla, a pesar de ser la sección con energía mínima, en la práctica el tirante resulta algo inferior al
tirante crítico, a saber:
E h = K ⋅ h = 2 / 3⋅ K ⋅He
Donde:
He: altura sobre la rejilla = altura de energía.
ener
K: factor de reducción.
El factor de reducción K es dependiente de la pendiente de las condiciones geométricas de la rejilla que para una
distribución hidrostática de la presión, se tiene la ecuación:
2⋅ cosα ⋅K3 − 3⋅K 2 +1 = 0
La construcción de la cámara de captación, debe seguir las siguientes recomendaciones de acuerdo a la experiencia:
e
El largo de construcción de la rejilla debe ser 1.20 * L de diseño.
El canal debe tener un ancho: B = L ⋅ cosβ.
t ≅ B para tener una relación.
La sección de la cámara es más o menos cuadrada.
7. Requerimientos de estabilidad
estabilidad:
Las posibles causas de falla en una estructura de gravedad son:
1. Deslizamiento
A lo largo de la horizontal o cercana a la junta horizontal por encima de la fundación.
A lo largo de la fundación.
c. A lo largo de la horizontal o cercana a la unión en la fundación.
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