Universidad de Costa Rica Facultad de Ingeniería Escuela de Ingeniería Civil Diseño detallado y solución constructiva del acueducto de agua potable de la comunidad de El Mastate de Poás Proyecto de Graduación Que para obtener el grado de Licenciatura en Ingeniería Civil presenta: David Ricardo Portilla Fuentes Director de Proyecto de Graduación: Ing. Robert Anglin Fonseca, MSe. Ciudad Universitaria Rodrigo Facio Costa Rica Febrero, 2016
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Universidad de Costa Rica
Facultad de Ingeniería
Escuela de Ingeniería Civil
Diseño detallado y solución constructiva del acueducto de agua potable
de la comunidad de El Mastate de Poás
Proyecto de Graduación
Que para obtener el grado de Licenciatura en Ingeniería Civil
presenta:
David Ricardo Portilla Fuentes
Director de Proyecto de Graduación:
Ing. Robert Anglin Fonseca, MSe.
Ciudad Universitaria Rodrigo Facio
Costa Rica Febrero, 2016
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Fecha: 2016, febrero, 10
El suscrito, David Ricardo Portilla Fuentes, cédula 1-1509-0054, estudiante de la carrera de Licenciatura en Ingeniería Civil de la Universidad de Costa Rica, con número de carné B04902, manifiesta que es autor del Proyecto Final de Graduación titulado “Diseño detallado y solución constructiva del acueducto de agua potable de la comunidad de El Mastate de Poás” bajo la Dirección del Ing. Robert Anglin Fonseca, MSe., quien en consecuencia tiene derechos compartidos sobre los resultados de esta investigación.
Asimismo, hago traspaso de los derechos de utilización del presente trabajo a la Universidad de Costa Rica, para fines académicos: docencia, investigación, acción social y divulgación.
Nota: De acuerdo con la Ley de Derechos de Autor y Derechos Conexos Nº 6683, Artículo 7 (versión actualizada el 02 de julio de 2001); “no podrá suprimirse el nombre del autor en las publicaciones o reproducciones, ni hacer en ellas interpolaciones, sin una conveniente distinción entre el texto original y las modificaciones o adiciones editoriales”. Además, el autor conserva el derecho moral sobre la obra, Artículo 13 de esta ley, por lo que es obligatorio citar la fuente de origen cuando se utilice información contenida en esta obra.
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A Geovannny, Lorena y Raquel por su guía
y apoyo incondicional
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RECONOCIMIENTOS
Agradezco primeramente a Dios por darme la salud y las posibilidades para llevar a cabo
cada una de las metas que me propuse desde el inicio de la carrera. Él ha sido siempre la
fortaleza para no desmayar y no dejar de soñar.
Seguidamente, agradecer a mi familia, en especial a mis padres, Geovanny y Lorena, y a mi
hermana Raquel. A los primeros por todo su esfuerzo, sacrificio y consejos que representan
en gran parte el logro de esta meta personal. A mi hermana por todo su apoyo a lo largo
de la carrera y por su ayuda en la realización del presente trabajo.
También agradezco al Ing. Robert Anglin por todas sus enseñanzas, comprensión y ayuda.
Gracias por convertirse en un mentor tanto en el final de la etapa estudiantil como en los
inicios en el campo laboral.
Al Ing. Rafael Murillo por sus enseñanzas, su atención y colaboración para llevar a cabo el
presente proyecto.
Al Ing. Ignacio del Río por darme la confianza para colaborar con la institución que preside
y por todo su apoyo y consejos dados para llevar a cabo de la mejor forma el presente
trabajo.
A Don Gilberth y Doña Jessennia por la confianza y toda la colaboración brindada en la
ASADA, cada vez que lo necesité. Esta agilizó de gran forma la obtención de los resultados
del proyecto.
A mis amistades de universidad por el apoyo y compañerismo mostrado, en especial a Roy
y Abdiel por su ayuda en la realización de este proyecto.
Finalmente, agradezco a cada una de las personas que de una u otra forma colaboraron
para poder desarrollar el trabajo de graduación. Desde las personas que cordialmente me
recibieron en cada una de las instituciones visitadas cuando busqué información hasta las
que se involucraron directamente con el proyecto, mediante ayuda en las diferentes
mediciones realizadas y las sugerencias para el trabajo.
Cuadro 7-6. Conformación de cuadrillas por actividad ................................................. 212
Cuadro 7-7. Inversión asociada a las actividades de la fase A ...................................... 214
Cuadro 7-8. Inversión asociada a las actividades de la fase B ...................................... 216
Cuadro 7-9. Inversión asociada a las actividades de la fase C ...................................... 218
Cuadro 7-10. Inversión asociada a las actividades de la fase D ................................... 219
Cuadro 7-11. Inversión asociada a las actividades de la fase E .................................... 222
Cuadro 7-12. Resumen de los costos y duraciones asociados a cada fase planteada ... 224x
xviii
ÍNDICE DE ABREVIATURAS
AyA: Instituto Costarricense de Acueductos y Alcantarillados
ARESEP: Autoridad Reguladora de los Servicios Públicos
ASADA: Asociación Administradora de los Sistemas de Acueductos y Alcantarillados Comunal
SENARA: Servicio Nacional de Aguas Subterráneas Riego y Avenamiento
SETENA: Secretaría Técnica Nacional Ambiental
MINAE: Ministerio de Ambiente y Energía
MOPT: Ministerio de Obras Públicas y Transportes
ICT: Instituto Costarricense de Turismo
IMN: Instituto Meteorológico Nacional
SINAC: Sistema Nacional de Áreas de Conservación
UCR: Universidad de Costa Rica
UNA: Universidad Nacional
ECG: Escuela de Ciencias Geográficas, Universidad Nacional
INEC: Instituto Nacional de Estadísticas y Censos
km: kilómetros
msnm: metros sobre el nivel del mar
mca: metros columna de agua
mm: milímetros
m: metros
m3: metros cúbicos
km2: kilómetros cuadrados
l/s: litros por segundo
l/p/d: litros por persona por día
m3/s: metros cúbicos por segundo
xix
m/s2: metros por segundo al cuadrado
SDR: relación diámetro espesor de una tubería
°C: grados Celcius
PVC: cloruro de polivinilo (tubería plástica)
GAM: Gran Área Metropolitana
Qpd: Caudal Promedio diario
Qmd: Caudal Máximo diario
Qmh: Caudal Máximo horario
xx
Portilla Fuentes, David Ricardo.
Diseño detallado y solución constructiva del acueducto de agua potable de la comunidad de El Mastate de Poás
Proyecto de Graduación – Ingeniería Civil – San José. C.R.:
D.R. Portilla F., 2016
xx, 233, [50]h; ils. col. – 27 refs.
RESUMEN
Como principal necesidad de la Asociación Administradora de los Sistemas de Acueductos y
Alcantarillados Comunal (ASADA) de la comunidad de El Mastate de Poás se tiene el contar
con el diagnóstico y diseño hidráulico de cada uno de los componentes del acueducto bajo
su administración. Esto le permitiría conocer la capacidad del sistema actual y las
deficiencias que este presenta, para así invertir en la mejora del acueducto.
Para esto se desarrolló una investigación de campo para caracterizar y evaluar la demandad
de agua potable en la zona de interés. Además, se evaluó el contexto legal y con esto se
realizaron diferentes proyecciones de demanda bajo el criterio de saturación de la zona, es
decir, el caso en que la zona contaría con la mayor cantidad de usuarios posibles. Asimismo,
se evaluó la capacidad hidráulica de los componentes del acueducto existente para definir
cuáles elementos requieren mejoras. Al definir las propuestas respectivas, se validó el diseño
hidráulico mediante un análisis de sensibilidad y también la modelación en el software de
análisis EPANET 2.0 vE para garantizar que la zona estaría cubierta en términos de
abastecimiento de agua potable como máximo para el escenario propuesto. Luego se
planteó un análisis de costos y comparación de diferentes alternativas para así escoger las
opciones que impacten de menor forma a la ASADA, desde el punto de vista económico.
Además, se propuso la planificación de la construcción de las mejoras en diferentes fases
para así dar la capacidad hidráulica al sistema de forma paulatina. Finalmente, debido al
detalle del trabajo este podrá ser utilizado como guía de diseño para proponer mejoras en
sistemas que presenten deficiencias similares y en los cuales no se tengan los recursos para
sufragar un estudio amplio. D.R.P.F
ACUEDUCTO DE COMUNIDAD DE EL MASTATE DE POÁS, PROYECCIÓN DE POBLACIÓN Y DE CONSUMO, DISEÑO HIDRÁULICO DE RED, EVALUACIÓN CONSTRUCTIVA DE COSTOS Y APLICACIÓN.
Ing. Robert Anglin Fonseca, MSe. Escuela de Ingeniería Civil
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CAPÍTULO 1 INTRODUCCIÓN
1.1 Justificación
1.1.1 Descripción del problema
En Costa Rica existen comunidades, especialmente rurales, que no cuentan con los
diferentes recursos, de organización y monetarios, necesarios para poder administrar
adecuadamente un sistema de abastecimiento de agua potable, de tal forma que los
habitantes de las comunidades puedan recibir este recurso de forma eficiente. Así se ha
descrito en el Estado de la Nación en cuanto a la gestión del recurso hídrico: “El país avanza
en cobertura de abastecimiento de agua, pero no en asistencia a los acueductos comunales
para mejorar su servicio. La mayoría de los acueductos comunales cuentan con personas
de la comunidad con gran compromiso, pero que trabajan bajo condiciones muy empíricas
y rudimentarias, que ponen en peligro o en gran fragilidad el servicio de agua a sus
comunidades y con ello la salud y la calidad de vida de esa gran cantidad de población
atendida.” (Decimonoveno informe Estado de la Nación en desarrollo humano sostenible,
2013).
Este es el caso de la comunidad de El Mastate de Poás, en donde recientemente se conformó
una Asociación Administradora de los Sistemas de Acueductos y Alcantarillados Comunal
(ASADA) que busca solventar las principales necesidades de la zona con respecto al
abastecimiento de agua potable.
A pesar que existe un acueducto, este no cuenta con un diseño documentado y tampoco
dispone de un levantamiento topográfico del mismo. Sumado a esto, el acueducto no ha
contado con un control adecuado del recurso hídrico. La falta de macromedición,
micromedición y control de pérdidas de agua por fugas o por conexiones ilegales ha sido
característico del sistema de acueducto actual. La suma de estos componentes mencionados
agrava la situación ya que incrementa la demanda del agua a un punto que refleja la falta
de conciencia de la población en cuanto al valor del recurso.
El agua captada es usada por los habitantes tanto para el uso normal o domiciliar como
para uso en sus actividades agrícolas y ganaderas. Debido a que los volúmenes de agua
que se requieren para estos últimos usos (agrícola y ganadero) son considerablemente
mayores, se han encontrado irregularidades en cuanto a la captación del agua, ya que en
ciertas épocas del año algunas personas no son abastecidas para sus necesidades
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personales, pues otras se encuentran utilizando el recurso en grandes volúmenes para las
actividades mencionadas.
1.1.2 Importancia
El desarrollo de este proyecto se debió básicamente a la necesidad de la ASADA de El
Mastate de San Juan de Poás de contar un diseño debidamente documentado y detallado
que permita conocer a fondo la capacidad de abastecimiento que se tendría en la zona, que
cumpla con lo establecido en la legislación actual y que la construcción sea viable para la
ASADA, según los recursos disponibles (equipos, presupuesto, entre otros). Al cumplir con
lo mencionado, se logra contribuir con la institución pero principalmente con los habitantes
de la comunidad.
Recientemente, el acueducto evidenció épocas en donde no se abastece a toda la población
como se debería, tal y como se mencionó anteriormente. Por esta razón, es necesario
evaluar el consumo real que se da en la zona y proyectar el consumo que se puede presentar
a un plazo de entre 20 y 30 años, para así satisfacer la demanda que se tenga en la
comunidad. Esta demanda se estimó de forma que se logren priorizar los consumos y así
evitar los problemas relacionados con la escasez que se han evidenciado en ciertas
ocasiones.
Como punto adicional se menciona el aspecto económico, en el momento de realización del
proyecto, la ASADA necesita solucionar muchos aspectos simultáneamente y no cuenta con
los recursos suficientes. Al proveer un diseño de un nuevo acueducto, no sólo se brinda un
beneficio desde el punto de vista técnico sino también económico puesto que implica el
ahorro en el costo que representa el trabajo que se realizó. Además, es aquí donde la
planificación de la construcción toma importancia ya que si se cuenta con un debido
cronograma donde se contemplen todas las actividades necesarias para la construcción del
acueducto, este puede ser construido de una forma más eficiente, reduciendo aspectos
como: desperdicios, alquileres de equipos que podrían ser sustituidos por otros disponibles,
contratación de mano de obra, entre otros aspectos relacionados con la planificación.
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1.2 Objetivos
1.2.1 Objetivo General
Proponer un diseño de un acueducto para el abastecimiento de agua potable de la
comunidad de El Mastate de Poás de forma que este sea construible según las características
de la zona y los recursos disponibles por parte de la ASADA de El Mastate.
1.2.2 Objetivos Específicos
a) Evaluar las condiciones actuales del acueducto y la demanda de agua potable en la zona
de estudio.
b) Desarrollar el diseño hidráulico del acueducto para definir los diferentes elementos
necesarios para el abastecimiento adecuado de la población, según la legislación
nacional vigente.
c) Elaborar un presupuesto detallado del proyecto que incluya tanto los costos por obra
hidráulica como por obra constructiva de forma que se tengan claros todos los rubros
que implican un gasto monetario.
d) Plantear la planificación de la construcción del acueducto en donde se tomen en cuenta
las diferentes actividades y la respectiva secuencia, de forma que se logre construir el
acueducto lo más pronto posible y optimizando el uso de los recursos disponibles
(presupuesto, materiales, equipos).
1.3 Delimitación del problema
1.3.1 Alcance
En todo proyecto se debe establecer claramente cuál es su cobertura y por tanto cuáles son
sus fronteras, de esta forma se establecen los siguientes alcances para el diseño que se
propone:
Geográficos:
o Como parte de las necesidades de la ASADA de la comunidad de El Mastate de
Poás se requiere el diseño de un acueducto para abastecer la población bajo su
administración, y por esto se evaluó únicamente la demanda generada por dicha
comunidad.
o Debido a los recursos y requerimientos actuales de la ASADA, el acueducto que
se propone abastecerá a la comunidad por gravedad, únicamente, por lo que se
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estableció la elevación o curva de nivel tanque de almacenamiento como el límite
máximo de elevación al cual se distribuirá.
Temporales:
o La demanda de agua potable toma en cuenta el crecimiento tanto de la población
como de las actividades de producción y comerciales de la zona y por tanto varía
en el tiempo. Sin embargo, por cuestiones que se explican en el análisis de
demanda, se optó por el criterio de saturación de la zona y por tanto únicamente
se tomó un período de 25 años a partir del momento de realización del proyecto
como punto de comparación en los diferentes análisis de demanda.
Específicos:
o Debido a las necesidades específicas de la ASADA y los registros que se poseen,
el diseño del acueducto es meramente hidráulico y con los respectivos detalles
constructivos, dejando de lado el análisis ambiental detallado de calidad del
agua. Únicamente se propone un sistema de cloración para eliminar los agentes
patógenos del agua y así cumplir con el requerimiento mínimo establecido en el
Reglamento para la Calidad del Agua Potable.
o Debido a que los registros de producción de la naciente no varían
significativamente y debido a la complejidad y extensión de un análisis
hidrogeológico, para efectos de diseño se partió de un valor de producción
mínima de la naciente, suponiendo que a lo largo del período considerado se
mantendrá dicha producción.
o La proyección de demanda de agua potable se basó en lo descrito en el
documento del Plan Regional de Desarrollo Urbano Gran Área Metropolitana y
sus anexos (en su versión original de 1982 y la actualización de 2014) debido a
que el cantón de Poás no cuenta con un Plan Regulador.
o Los costos que se estimaron en el presupuesto son válidos únicamente para el
contexto temporal en el que se propone el desarrollo del proyecto. Si el proyecto
se desarrolla en períodos posteriores, deben hacerse los ajustes respectivos.
1.3.2 Limitaciones
Al no realizar un análisis detallado de la calidad del agua y sólo plantear un sistema de
cloración no se garantiza que, a lo largo del tiempo, los índices respectivos se mantengan
acorde a lo establecido en el Reglamento para la Calidad del Agua Potable.
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Al no incluir un análisis hidrogeológico de la fuente de abastecimiento, si la producción
llegara a ser menor a la considerada como mínima, el diseño tendría que reevaluarse
para garantizar que satisfaría la demanda de agua.
Para efectos de estimación y proyección de la demanda no se tienen restricciones legales
específicas en cuanto al desarrollo urbanístico y comercial que podrá haber en la zona.
Por esto, si hubieran regulaciones más estrictas que las consideradas, el diseño
propuesto puede ser menos eficiente ya que sería capaz de satisfacer una mayor
demanda a la proyectada y por tanto implicaría costos mayores. Por todo esto, se tendría
que reevaluar y analizar las diferentes propuestas.
Debido a que durante la realización del proyecto no se definió la ubicación destinada a
los tanques de almacenamiento, se propuso un sistema con tanques, partiendo que se
tendrá una superficie de apoyo plana, sin desniveles. Esto puede influir de manera
significativa en el diseño de la red de distribución y en los costos y planificación de la
construcción del sistema que se planteó.
Como producto del trabajo se expusieron la planificación y esquemas constructivos que
se consideren necesarios en la ejecución del proyecto, no obstante, si el ente
administrador (ASADA) decidiera implementar otros métodos no se garantiza que la
construcción del acueducto se aproxime los tiempos y costos estimados.
1.4 Metodología
Para proponer el proyecto se desarrolló una metodología en donde se tienen 5 fases. A
continuación se describen las actividades que se llevaron a cabo para obtener el resultado
deseado.
1.4.1 Fase de revisión bibliográfica
Para tener certeza que el diseño del acueducto es adecuado, fue necesario conocer aspectos
básicos como la legislación de la zona en que se ubica el proyecto, normas técnicas de
diseño de tuberías, catálogos de fábrica de los componentes que forman parte del sistema
de tuberías, condiciones o específicas o particulares que se hayan encontrado en acueductos
similares, entre otros.
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Es por esto que antes de iniciar con la fase de estimaciones y proyecciones se recopiló toda
la información necesaria, de forma que el acueducto planteado cumpla con todas las
normativas y criterios de diseño vigentes.
En cuanto a legislación de la zona, a la fecha del informe, se encontró que el cantón de
Poás no cuenta con un Plan Regulador aprobado. No obstante, la Escuela de Ciencias
Geográficas de la Universidad Nacional (UNA) trabaja en la propuesta de un Plan Regulador.
Por no contar con dicho plan, al consultar en la municipalidad, se encontró la vigencia del
Plan Regional de Desarrollo Urbano Gran Área Metropolitana o Plan GAM. Este plan cuenta
con un decreto y su respectivo reglamento. Para efectos de diseño se utiliza el Reglamento
3332 publicado en el diario oficial La Gaceta No.119 del 22 de junio de 1982. Existe una
actualización de dicho Plan, para la que se publicó el decreto con el respectivo reglamento.
Estos documentos fueron publicados en el diario oficial La Gaceta No. 82 del 30 de abril de
2014.
Este último reglamento, en sus disposiciones transitorias menciona que “Las Municipalidades
que no posean planes reguladores, en forma residual deberán aplicar las regulaciones
contenidas en este reglamento hasta que promulguen sus regulaciones locales, en
observancia a las regulaciones contenidas en este Instrumento Regional.” (Reglamento de
Actualización del Plan GAM 2013-2030). Por esta razón, las proyecciones que se realizaron
en este trabajo en cuanto a población y su posible distribución en el futuro, así como las
proyecciones en cuanto a actividades productivas que se puedan desarrollar en la zona, son
basadas en dichos reglamentos.
Para complementar la información obtenida de la legislación y los libros de diseño, se
analizaron varios trabajos similares en donde se muestran las diferentes metodologías
aplicadas, además de casos particulares, y las decisiones que se tomaron para la solución
de cada uno de ellos. Todo esto sirvió para aplicar una metodología similar y basar las
decisiones en experiencias de otras comunidades.
1.4.2 Fase de diagnóstico
En esta fase se busca describir detalladamente los componentes del sistema de acueducto
actual y el funcionamiento del mismo. Para esto se partió de características generales de la
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zona como la ubicación, la topografía, los tipos de suelo, el clima, el uso del suelo, las
actividades productivas, las condiciones ambientales, entre otras.
Aparte de estas características generales de la zona, se realizó un levantamiento detallado
de parámetros básicos para analizar la red de tuberías actual. Estos parámetros son las
características de la población y los elementos del acueducto. Esto permitió evaluar la
condición actual del acueducto y posteriormente se utilizó para evaluar y decidir cuáles
componentes se pueden dejar en funcionamiento y cuáles no. Estos componentes incluyen
las tuberías, válvulas y tanques que están en funcionamiento.
1.4.3 Fase de obtención de insumos para el diseño
Al tener definidos los aspectos de la fase de diagnóstico, se procedió a realizar el
levantamiento topográfico del alineamiento de la tubería actual y de su expansión.
Además, se buscó realizar el estudio de demanda de agua potable en la comunidad pero
tomando en cuenta el factor tiempo, es decir, que el resultado del estudio sea la demanda
de agua potable a un plazo de entre 20 y 30 años, considerando tanto el crecimiento
poblacional como las actividades comerciales y productivas que implementen las familias de
la zona.
Para este estudio se compararon los datos de consumo facturados por parte de la ASADA
con dotaciones teóricas para así sustentar las mediciones de los hidrómetros colocados
recientemente. A partir de las estimaciones de consumos se proyectaron una serie de
escenarios de crecimiento y se escogieron los más representativos para la fase de diseño.
1.4.4 Fase de diseño
Al contar con los insumos de las fases anteriores fue posible empezar el proceso de diseño
del acueducto.
Los resultados deseables de esta fase son los del diseño hidráulico como las propuestas de
esquemas constructivos. En cuanto a resultados hidráulicos se buscó el diseño del acueducto
donde se controlen las presiones y velocidades de agua, mediante la escogencia adecuada
de tuberías y accesorios, el dimensionamiento de tanques, entre otros aspectos.
Como análisis adicional, se consideró el realizar un análisis de sensibilidad. Este análisis
consistió en variar porcentualmente la población de diseño adoptada, en un rango tanto
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superior como inferior, para así observar el impacto que este cambio implica en las
dimensiones de los diferentes componentes del acueducto. De esta forma se logra
cuantificar el impacto que tendría el variar la población de diseño, producto de posibles
cambios en la legislación actual o en las tendencias demográficas.
Después de realizar el diseño de cada uno de los elementos, se procedió a modelar la red
de tuberías en el software de análisis y simulación de redes hidráulicas EPANET 2.0 vE, para
evaluar el escenario diseñado.
Por otra parte, la propuesta constructiva se buscó de forma que se obtenga una construcción
lo más económica posible. Para esto se evaluaron aspectos como la excavación a lo largo
de la ruta del acueducto, los rellenos que se tienen que llevar a cabo, la construcción de
mejoras en los tanques, entre otras obras que hacen posible la construcción del acueducto.
Se buscó obtener eficiencia en la administración de los recursos que se utilicen en la
construcción del acueducto desde la fase de diseño, para así reducir desperdicios, agilizar
el proceso constructivo y reducir costos, de forma que se beneficie a la ASADA.
1.4.5 Fase de evaluación de costos
Una vez definido el diseño hidráulico y los esquemas constructivos, se procedió a calcular
los costos asociados. En el caso de los costos hidráulicos, este es representado por los costos
de componentes como: tuberías, distintos tipos de válvulas, componentes de los tanques,
accesorios hidráulicos como adaptadores, codos, reducciones, uniones, pegamento, entre
otros. Por otro lado, los costos constructivos que se consideraron son los costos de
materiales, equipos y mano de obra para poder construir el acueducto.
Para todos los costos se debió analizar diferentes opciones de forma que se escoja la que
más se acerque a la realidad económica de la ASADA. Por tratarse de costos de componentes
tanto para los costos hidráulicos como de construcción, el presupuesto se realizó mediante
costos unitarios.
Para esta parte fue importante considerar la variable del tiempo en cuanto a las inversiones
que se requieren para la construcción del nuevo acueducto. Es decir, evaluar la necesidad
de realizar las inversiones en etapas para así reducir el impacto y amortiguar el costo de las
obras conforme la ASADA recibe ingresos.
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CAPÍTULO 2 MARCO TEÓRICO
2.1 Generalidades
Como parte de las necesidades básicas del ser humano está la del consumo de agua. Es por
esta razón que desde hace siglos las personas buscan cómo contar con dicho recurso para
actividades diarias como aseo, alimentación, producción, entre otras.
La Real Academia Española define un acueducto como “conducto artificial por donde va el
agua a lugar determinado, y especialmente el que tiene por objeto abastecer de aguas a
una población”. El abastecimiento de agua se logra mediante diferentes componentes que
incluyen tuberías o canales y elemento adicionales como válvulas, bombas o tanques que
garanticen que el funcionamiento del acueducto sea adecuado.
El transporte de aguas se puede realizar mediante medios a presión como el caso de las
tuberías, o a superficie libre como en el caso de los canales, muy utilizados en las sociedades
antiguas. En la actualidad se opta mayoritariamente por medios a presión debido a la
facilidad constructiva y la capacidad de los materiales como el policloruro de vinilo para
resistir presiones altas.
“Cualquier sistema de abastecimiento de agua potable, desde el más sencillo hasta los más
complejos, está compuesto por los siguientes elementos:” (López, 2003, pág. 22)
Fuente de abastecimiento
Obra de captación
Obra de conducción
Obra de tratamiento del agua
Tanque de almacenamiento
Red de distribución
En las siguientes secciones se describirá los diferentes aspectos relacionados con el diseño
y funcionamiento adecuado de cada uno de los elementos de un acueducto como el que se
propondrá para la comunidad de El Mastate.
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2.2 Elementos básicos de un acueducto
2.2.1 Fuentes de abastecimiento y obras de captación
“La fuente de abastecimiento de agua puede ser superficial, como en los casos de ríos,
lagos, embalses o incluso aguas lluvias, o de aguas subterráneas superficiales o profundas.
La elección del tipo de abastecimiento depende de factores tales como localización, calidad
y cantidad” (López, 2003, pág. 22).
En el caso del acueducto de interés, el agua subterránea se vuelve en la opción principal de
captación ya que en la zona se presentan gran cantidad de manantiales y los ríos que cruzan
el área cuentan con caudales bajos por ser en las partes altas de una cordillera. “Un
manantial es un afloramiento superficial de agua subterránea, el cual puede ser por
gravedad si pasa a través de una capa superficial permeable, o bien puede ser un manantial
artesiano si el estrato permeable se halla confinado entre dos estratos impermeables y se
encuentra a presión debido a la cota piezométrica del depósito de agua.” (López, 2003, pág.
24). El caso de la fuente como afloramiento superficial se muestra en la Figura 2-1.
Figura 2-1. Manantial como afloramiento superficial
Fuente: López, R., 2003
En el caso anterior, no se requiere de obras destinadas a la extracción del agua ya que esta
aflora por gravedad. La ASADA de El Mastate capta el recurso hídrico de una naciente de
este tipo. Para estas fuentes normalmente se utilizan obras de captación similares a la que
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se muestra en la Figura 2-2. Si se tratara de un manantial artesiano, se requiere la
instalación de un sistema de bombeo para extraer el agua.
Figura 2-2. Captación de agua en un manantial
Fuente: López, R., 2003
Para los manantiales que afloran por gravedad es necesario vigilar que tengan protección
adecuada para que no se contamine la fuente, evitando la instalación de tanques sépticos
en puntos cercanos al afloramiento.
2.2.2 Obra de conducción
El transporte de agua de la obra de captación al tanque de almacenamiento se da mediante
la obra de conducción. Para definir eficientemente una línea de conducción, es necesario
evaluar la topografía de la zona de forma que las presiones generadas en las tuberías sean
aptas según las propiedades de los materiales disponibles. Asimismo, se debe garantizar
que el agua fluya con una velocidad mínima para evitar la acumulación de aire y sedimentos
y una velocidad máxima para reducir el desgaste en las paredes de las tuberías.
Además de estas consideraciones, para el trazado se deberá vigilar que la tubería no se
coloque en zonas de deslizamiento, inundaciones o de alta amenaza sísmica. Al evaluar
estas condiciones, se plantea un caso ideal de conducción forzada en donde la tubería se
coloque siempre por debajo de la línea piezométrica, tal como se muestra en la Figura 2-3.
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Figura 2-3. Obra de conducción forzada
Fuente: López, R., 2003
Modificado por: el autor, 2015
De esta forma, se evita la presencia de zonas con presiones negativas, o zonas en donde
se ocuparía un sistema de bombeo para poder transportar el agua, esto es donde el nivel
de la tubería se encuentra por encima de la línea piezométrica.
En muchos casos, las diferencias de elevación hacen que sea más económico utilizar tanques
quiebragradientes. Estos sirven únicamente para liberar las presiones que genera el fluido
en las tuberías y hacer que el agua parta de ellos con presión atmosférica hacia otro tramo.
De esta forma, se reducen las presiones en los puntos críticos y las tuberías podrían ser
resistentes a presiones menores y por tanto la colocación de tanques hace que los proyectos
sean más baratos con respecto a construir el tramo con tuberías más resistentes, llegando
incluso a cambiar el material, de policloruro de vinilo (PVC) por acero.
En la Figura 2-4 se muestra la funcionalidad de los tanques quiebragradientes, en donde se
presenta la línea piezométrica original (en café). Sin colocar los tanques en los puntos “A”
y “B”, se vería en la obligación de construir los tramos “1”, “2” y “3” en un material que
resista grandes presiones, inclusive podría haber la necesidad de utilizar acero. No obstante,
al colocar los tanques quiebragradientes, la línea piezométrica pasa a ser la que se señala
en verde y por tanto, podría colocarse tuberías menos resistentes a presiones que las que
se considerarían en el primer caso. Las presiones excesivas (en rojo) se alivian mediante la
construcción de los tanques.
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Figura 2-4. Funcionamiento de tanques quiebragradientes
Fuente: López, R., 2003
Modificado por: el autor, 2015
Todas estas condiciones deben evaluarse en el acueducto de El Mastate, donde la topografía
presenta variaciones importantes en elevaciones. Para este tipo de conducciones se
recomienda colocar elementos como válvulas para que tenga un funcionamiento adecuado.
Posteriormente se hace referencia a los distintos tipos de elementos y sus respectivas
funciones.
2.2.3 Obra de tratamiento del agua
“Aunque no se requiera la construcción de una planta de purificación de aguas convencional,
el tratamiento mínimo que debe dársele al agua es la desinfección, con el fin de entregarla
libre de organismos patógenos (causantes de enfermedades en el organismo humano).”
(López, 2003, pág. 252)
Según López, la desinfección se puede realizar mediante alguno de los siguientes
procedimientos:
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a) Desinfección por rayos ultravioleta: se hace pasar el agua en capas delgadas por
debajo de lámparas de rayos ultravioleta. El agua debe ser de muy baja turbiedad
para una desinfección efectiva.
b) Desinfección por medio de ozono: se eleva el voltaje que, al ocasionar chispas y
entrar éstas en contacto con el oxígeno, produce el ozono.
c) Desinfección por medio de cloro: Es un sistema más económico que los dos
anteriores. Las dosis de cloro que se emplean normalmente son de 1 a 2 mg/L,
obteniendo residuales de cloro del orden de 0,5 mg/L para prevenir la contaminación
posterior en la red de distribución. El tiempo de contacto necesario para que el cloro
actúe efectivamente es de 15 a 20 minutos.
El cloro puede encontrarse en tres estados: gaseoso, líquido o sólido. Existen diferentes
equipos de dosificación que dependen del estado en que se encuentre el cloro. El cloro
gaseoso viene en cilindros y se requiere de agua a presión para obtener una solución acuosa.
Por la complejidad y peligrosidad en el manejo del cloro gaseoso, se opta más regularmente
por el cloro en estado líquido o sólido.
Normalmente se utilizan los hipocloritos o sales del ácido hipocloroso. Estos pueden
obtenerse en las siguientes formas:
Hipoclorito de calcio: el más utilizado es el HTH (High Test Calcium Hyoiclorite) y
está disponible en forma granular, polvo o tabletas. Para hacer la dosificación de un
hipoclorito, es necesario diluir la concentración inicial de cloro de 0,5 a 1,0% en
peso.
Hipoclorito de sodio: se dispone en forma líquida en diferentes concentraciones.
Como punto adicional se debe tomar en consideración la acción corrosiva del cloro para así
disponer de materiales resistentes a la corrosión que no se vayan a ver afectados con el
tiempo.
Aparte de este tratamiento recomendado como mínimo de desinfección, en Costa Rica, para
considerar que el agua es apta para el consumo humano es necesario que cumpla con lo
establecido en el Reglamento para la Calidad del Agua Potable (Decreto 32327-S, Gaceta
No.84 3 de mayo de 2005). En este se establece el concepto de agua potable como “agua
tratada que cumple con las disposiciones de valores recomendables o máximos admisibles
estéticos, organolépticos, físicos, químicos, biológicos y microbiológicos”, donde el agua
15
tratada se define como “agua subterránea o superficial cuya calidad ha sido modificada por
medio de procesos de tratamiento que incluyen como mínimo a la desinfección en el caso
de aguas de origen subterráneo.”. Por tanto, se deben evaluar los parámetros definidos en
el reglamento para así definir el tipo de tratamiento que el agua debe recibir de manera
previa a su distribución.
En el reglamento se establecen cuatro niveles de control de la calidad del agua:
a) Nivel Primero (N1): corresponde al programa de control básico junto con la inspección
sanitaria, para evaluar la operación y mantenimiento en la fuente, el almacenamiento y
la distribución del agua potable. Los parámetros que exige este nivel se muestran en el
Cuadro 2-1.
b) Nivel Segundo (N2): corresponde al programa de control básico ampliado (N1), el
análisis de tendencias temporales de variaciones de calidad en las fuentes de
abastecimiento, a ser aplicado en muestras de agua potable en la fuente, su
almacenamiento y distribución. En este nivel se incluyen los parámetros del nivel primero
y se suman los que se muestran en el Cuadro 2-2.
c) Nivel Tercero (N3): corresponde al programa de control avanzado del agua potable.
Comprende la ejecución de los parámetros del nivel N2 ampliados con: nitrito, amonio,
arsénico, cadmio, cromo, mercurio, níquel, antimonio, selenio y residuos de plaguicidas.
d) Nivel Cuarto (N4): corresponde a programas ocasionales ejecutados por situaciones
especiales, de emergencia o porque la inspección sanitaria identifica un riesgo inminente
de contaminación del agua.
Según el artículo 7 de dicho reglamento, las entidades públicas y privadas que fungen como
operadores de servicios públicos, deben cumplir con el programa de control hasta el nivel
N1 en todos los acueductos del país, el programa de control hasta el nivel N2 en todos los
acueductos con población abastecida superior a 10 000 habitantes y el programa de control
hasta nivel N3 en todos los acueductos con población abastecida superior a 50 000
habitantes.
16
Cuadro 2-1. Parámetros de calidad del agua para el programa de control nivel N1
Parámetro Unidad Valor
recomendado Valor
Máximo Valor
Admisible
Coliforme fecal NMP/100 ml UFC/100 mL ausente ausente
Escherichia coli NMP/100 ml UFC/100 mL ausente ausente
En el caso de los componentes que se ubiquen antes del tanque de almacenamiento deberán
ser diseñados utilizando el concepto de caudal máximo diario (Qmd) que hace referencia al
caudal promedio del día de máximo consumo del año.
𝑄𝑚𝑑 = 𝑓𝑚𝑑 ∙ 𝑄𝑝𝑑 (11)
Donde tanto el factor fmd es un factor de mayoración que se explica más adelante.
Caudal máximo horario (Qmh)
Para el caso de distribución mediante redes, estas se diseñan para el caudal máximo horario
(Qmh) que hace referencia al caudal promedio de la hora de máximo consumo y se define
matemáticamente así:
𝑄𝑚ℎ = 𝑓𝑚ℎ ∙ 𝑄𝑝𝑑 (12)
El factor fmh, al igual que el fmd, es un factor de mayoración.
31
Factores de mayoración (fmd y fmh)
Estos factores dependen básicamente de la población y de las costumbres, usualmente se
pueden obtener de dos formas:
a) Normas de diseño y depende básicamente del tipo de zona (urbana, rural, etc.).
b) Estudio de demanda de agua de la población en la zona de estudio.
El factor fmd “es inversamente proporcional al número de habitantes y puede variar entre
1,3 para poblaciones menores a 12 500 habitantes y 1,2 para poblaciones mayores.” (López,
2003, pág. 60). Según las Normas para el Diseño de Proyectos de abastecimiento de Agua
Potable en Costa Rica (AyA) se establece un valor de 1,2.
Por otra parte, el factor fmh se obtiene usualmente de las curvas de distribución horaria del
sistema. Usualmente varía entre 1,3 y 2,5, dependiendo del tamaño de la población y la
homogeneidad de las costumbres de sus habitantes. Según las Normas para el Diseño de
Proyectos de abastecimiento de Agua Potable en Costa Rica (AyA) se establece un valor
entre 1,6 y 2,0.
2.3.3 Diseño de líneas de conducción
Para el proceso de diseño se debe considerar aspectos como el control de presiones
(sobrepresiones y presiones negativas) que se puedan generar por características de la
topografía. Para esto, se considera el efecto del Golpe de Ariete o “(…) la variación de la
presión, por arriba y por debajo del valor de funcionamiento normal de los conductos a
presión, como consecuencia de los cambios en las velocidades del agua, consecuentes de
las operaciones de las válvulas de regulación de los gastos.” (Silvestre, 1983, pág. 221).
Para evaluar este aspecto se usan varios conceptos como el de la celeridad o velocidad de
propagación de la onda que se genera al cerrar una válvula:
𝐶 =9900
√48,3 + 𝑘 ∙𝐷𝑒
(13)
Donde k es una constante que depende el material del tubo (kPVC=18), D es el diámetro
interior medio y e el espesor mínimo de la pared de la tubería. Luego se utiliza el concepto
de período de la tubería que representa “El tiempo necesario para que la onda de presión
32
vaya y vuelva de la válvula al depósito” (Silvestre, 1983, pág. 223) y numéricamente se
presenta así:
𝑇 =2 ∙ 𝐿
𝐶
(14)
Donde L es la longitud de la tubería y C la celeridad. Al conocer este parámetro se evalúa si
se trata de un caso de “cierre lento” o “cierre rápido”, básicamente comparando el período
(T) con el tiempo de cierre (tc) de la válvula, definido de forma previa al diseño. Si el período
de la tubería es mayor al tiempo de cierre, se considera como “cierre rápido” y el Golpe de
Ariete se puede calcular así:
ℎ𝑚𝑎𝑥 =𝐶 ∙ 𝑉
𝑔
(15)
Donde V es la velocidad del agua (Caudal/Área) y g es la aceleración de la gravedad. Si se
trata de un “cierre lento”, la sobrepresión máxima por Golpe de Ariete se puede calcular
utilizando la fórmula de Michaud-Vensano, no obstante, este método no es muy preciso. El
otro método que se puede utilizar es el de Allievi, que consiste en la determinación de
parámetros para luego determinar un parámetro de forma gráfica. De las siguientes
ecuaciones, las 16 y 17 son las que se ocupan para ingresar a los gráficos de Allievi (ver
anexo A) y leer el parámetro Z2. Con este parámetro es posible obtener el hmax despejándolo
de la ecuación 18.
𝜌 =𝐶 ∙ 𝑉
2 ∙ 𝑔 ∙ 𝐻0
(16)
𝜃 =𝑡𝑐
𝑇 (17)
𝑍2 =𝐻0 + ℎ𝑚𝑎𝑥
𝐻0
(18)
Conociendo la máxima presión a la que puede estar sometida la tubería, se evalúa la
diferencia entre el hmax y la topografía para que no se presente sobrepresiones ni presiones
negativas a lo largo de la tubería. Para la escogencia de diámetros de tuberías se pueden
33
utilizar varias teorías entre las más comunes se encuentran la de Hazen-Williams y la de
Darcy-Weisbach.
Para determinar el diámetro de una tubería mediante lo establecido por Hazen-Williams, se
utiliza la siguiente ecuación:
𝐷𝑒𝑥𝑎𝑐𝑡𝑜 = (10,675 ∙ 𝐿 ∙ 𝑄1,852
ℎ𝑓 ∙ 𝐶𝐻1,852 )
1/4,87
(19)
Donde Q es el caudal en m3/s, L la longitud de la tubería, hf son las pérdidas de energía que
para efectos de estos diseños se puede considerar como la diferencia entre la presión de
diseño y la sobrepresión hmax, CH es el coeficiente de rugosidad de Hazen-Williams (140 para
tubos PVC). De estos parámetros, la presión de diseño se puede calcular así:
𝑃𝑑𝑖𝑠𝑒ñ𝑜 ≤ 80 % ∙ 𝑃𝑡𝑟𝑎𝑏𝑎𝑗𝑜 (20)
Donde la presión de trabajo depende básicamente de la relación Diámetro/espesor de las
tuberías (SDR).
En algunos casos, el uso de un solo tipo de tubería podría ser innecesario desde el punto
de vista económico y es por esto que se podría recurrir a combinar diámetros de tuberías.
Para estos casos habría que calcular las pérdidas de energía para cada tubería de la siguiente
manera:
ℎ𝑓,𝑖 = 𝐾𝑖 ∙ 𝐿𝑖 ∙ 𝑄1.852 (21)
Donde cada Ki se calcula igualmente con Hazen-Williams:
𝐾𝑖 =10.675
𝐶𝐻1.852 ∙ 𝐷4.87
(22)
Los “Li” se calculan de forma que la transición siempre sea de la tubería con mayor diámetro
al de menor diámetro para evitar las presiones negativas y por tanto:
𝐿1 =
ℎ𝑓
𝑄𝑚𝑑− 𝐾2 ∙ 𝐿
𝐾1 − 𝐾2
(23)
34
𝐿2 = 𝐿𝑡𝑟𝑎𝑚𝑜 − 𝐿1 (24)
Donde Ltramo se refiere a la longitud conocida entre los puntos donde se coloquen tanques
quiebragradientes o entre tanques de almacenamiento y plantas de tratamiento.
Esta teoría es comúnmente utilizada en proyectos de agua potable debido a las propiedades
específicas del fluido, sin embargo, presenta algunas limitaciones en el momento de su
aplicación ya que se obtuvo de un proceso empírico. Entre estas limitaciones se citan las
siguientes:
La teoría es aplicable para tuberías con diámetro de 50 mm o superior.
Para agua con temperaturas entre 5 °C y 30 °C.
Para flujos turbulentos
Por esto, para el diseño se recomienda la utilización de la teoría de Darcy-Weisbach debido
a su ámbito amplio de aplicación. En este caso, las pérdidas por fricción en las tuberías se
calculan así:
ℎ𝑓 = 𝑓 ∙𝐿
𝐷∙
𝑉2
2𝑔
(25)
Donde f es el factor de fricción (adimensional), L la longitud en metros, D el diámetro de la
tubería en metros, V la velocidad media del fluido en m/s y g la aceleración de la gravedad
(9,81 m/s2).
El término de factor de fricción se puede determinar según diferentes ecuaciones, una de
ellas es la de Swamee y Jain que es aplicable para fluidos que cumplan con las siguientes
condiciones:
500 < 𝑅𝐸 < 1𝑥108
10−6 ≤𝐾
𝐷≤ 10−2
𝐹𝑙𝑢𝑗𝑜𝑠 𝑡𝑢𝑟𝑏𝑢𝑙𝑒𝑛𝑡𝑜𝑠
35
𝑓 =1,325
[ln (𝐾
𝐷⁄
3,71+
5,74
𝑅𝐸0,9 )]
2 (26)
Donde K representa la rugosidad relativa del conducto (0,0015 mm para PVC), D el diámetro
del mismo y RE es el número de Reynolds definido según la siguiente ecuación:
𝑅𝐸 =𝑉 ∙ 𝐷
𝜐
(27)
Donde 𝜈 representa la viscosidad cinemática del fluido (1,007x10-6 m2/s para el agua). Por
otra parte se tiene la propuesta de Colebroke White:
1
√𝑓= −2 ∙ log (
𝐾𝐷⁄
3,71+
2,51
𝑅𝐸 ∙ √𝑓)
(28)
Esta ecuación es aplicable para tubos lisos o rugosos en la zona de transición o turbulenta
y para RE > 4000. Como se puede observar el término de factor de fricción aparece en
ambos lados de la ecuación anterior, por lo que obliga al diseñador a iterar para obtener el
resultado deseado.
De igual forma existen otras ecuaciones desarrolladas por diferentes autores con el fin de
obtener las pérdidas de energía en tuberías y así diseñar sistemas de tuberías, sin embargo,
para efectos de este trabajo, se utilizaron las teorías de Hazen- Williams y Darcy-Weisbach.
De esta manera se resumen las ecuaciones que se utilizarían en el diseño de líneas de
conducción donde además se debería considerar aspectos como la colocación de los
accesorios como las válvulas (de purga, de paso y de aire) donde cada una tiene una función
particular.
2.3.4 Diseño de redes de distribución
Para el diseño de redes de distribución, a diferencia de las conducciones, es necesario incluir
los consumos demandados en los diferentes puntos de la red. Esta consideración hace que
los caudales en cada una de las tuberías varíe y por tanto los diámetros de las mismas.
36
Método de nodo crítico
Este método se utiliza comúnmente en casos de redes abiertas. Lo que se busca es
garantizar que en cada nodo se cumplan las condiciones de presiones mínimas y que no se
excedan las presiones máximas.
Inicialmente se identifica el nodo crítico que es aquel en el que el gradiente hidráulico “i”
sea menor, para los nodos más alejados y que presentan una mayor diferencia de elevación
con respecto al tanque de almacenamiento o elemento que los abastezca. El gradiente
hidráulico se define así:
𝑖 =∆𝐻
𝐿
(29)
Donde:
∆H = diferencia de carga por elevación
L = distancia de recorrido del flujo entre nodos
Al definir el nodo crítico se le asigna el valor de presión mínima, establecida en la legislación.
Según las Normas para el Diseño de Proyectos de abastecimiento de Agua Potable en Costa
Rica (AyA) se establece un valor de 15 mca (metros columna de agua).
Al conocer el caudal de diseño, la configuración geométrica de la red (distancias y
elevaciones) y las demandas en los nodos, se procede a elaborar la distribución de caudales
a lo largo de la red para así determinar los caudales teóricos que fluyen en cada tubería.
Esta distribución se puede obtener utilizando el criterio de caudal unitario. En este caso,
se asume que el consumo se distribuye uniformemente a lo largo de la tubería. Por lo tanto,
se obtiene un caudal unitario “q” por unidad de longitud y a partir de este se obtienen los
consumos al final de cada tramo como la multiplicación del caudal “q” por la longitud del
tramo en análisis. Esto se expresa matemáticamente así:
𝑞 = 𝑄𝑚ℎ
𝐿𝑇
(30)
𝑄𝑖 = 𝑞 ∙ 𝐿𝑖 (31)
37
Donde Lt es la longitud total de la red de distribución en donde hay consumos, Qi es el
consumo en los nodos finales de cada tramo “i” y Li es la longitud de cada tramo.
Por otra parte, al definir el gradiente hidráulico para cada nodo, se obtienen unas pérdidas
de carga esperadas,
ℎ𝑓,𝑒𝑠𝑝𝑒𝑟𝑎𝑑𝑜 = 𝑖 ∙ 𝐿𝑖 (32)
Con base en los parámetros obtenidos con las ecuaciones anteriores, es posible empezar a
iterar el diseño de las tuberías, empezando con la determinación de un diámetro de tubería
para el tramo con el nodo crítico, utilizando la ecuación 19. Con base en el diámetro obtenido
se compara con los diámetros nominales cercanos (el inmediato mayor y el inmediato
menor) y las pérdidas de carga asociadas a estos, utilizando la ecuación 21 para cada
diámetro. Al comparar las pérdidas de carga hf, esperado, con los hf reales para los diámetros
cercanos, se opta por el diámetro que aproxime sus pérdidas de carga con el hf, esperado. Esta
elección se hace buscando la línea de energía con menor pendiente para así hacer el diseño
más económico y que cumpla con requerimientos de presión y velocidad.
Con esta información se verifica que la velocidad del agua en las tuberías cumpla con los
límites recomendados y se obtiene la carga en los nodos. Como todos los nodos requieren
cumplir con la presión mínima, el nodo crítico contará con una carga igual a la elevación
más los metros de presión mínima establecidos. Posteriormente, el nodo adyacente o
anterior al nodo crítico se le asignará una carga igual a la carga del nodo crítico más la carga
hf real del diámetro escogido para la tubería. Para el caso de las presiones, al utilizar un
límite de velocidades máximas del orden de 2,5 m/s a 3 m/s, se puede despreciar el efecto
de la presión dinámica y por tanto la presión de cada nodo se obtiene como la diferencia
entre la carga y la elevación del punto.
De la misma forma se procede con el resto de nodos de la red que se diseña hasta llegar al
punto de inicio. Por último, se revisan las condiciones de presiones mínimas y máximas y
las velocidades mínimas y máximas para cada tramo.
Este método es útil siempre y cuando no se cuente con consumos muy altos puntuales en
algunos de los nodos, ya que esto afectaría el supuesto de distribución uniforme del caudal
de diseño en función de la longitud de la red de distribución. Para los casos en que no se
cumple con este criterio, se parte de consumos puntuales en cada nodo.
38
2.3.5 Parámetros de diseño
Para que el acueducto funcione de forma adecuada es necesario cumplir con criterios
técnicos específicos. En las secciones anteriores se han mencionado algunos de estos
parámetros, a continuación (Cuadro 2-5) se enumeran los criterios exigidos por el AyA en
el documento de Normas para el Diseño de Proyectos de abastecimiento de Agua Potable
en Costa Rica. Dichas normas muestran parámetros límite de diseño obtenidos con base en
estudios y experiencia del Instituto en los diferentes proyectos que ha desarrollado en
diferentes zonas del país.
Cuadro 2-5. Parámetros de diseño establecidos según el AyA
Dato Parámetro de diseño Magnitud Unidad
1 Rango de factor de demanda máxima horaria (fmh)
1,6-2,0 -
2 Rango de factor de demanda máxima diario (fmd)
1,1-1,3 -
3 Caudal de diseño (sistemas por
gravedad),En: fuente, captación y conducción
Qmd -
4 Caudal de diseño (red distribución) Qmh -
5 Presión máxima en conducción P.trabajo tubería
6 Presión dinámica mínima en pto crítico
de la red (con respecto a nivel medio del tanque)
15 mca
7 Presión máxima de funcionamiento (con respecto a nivel medio del tanque)
60 mca
8 Presión máxima de funcionamiento
Excepción en zona muy inclinada (con respecto a nivel medio del tanque)
75 mca
9 Presión de prueba de tubería (veces de la presión de trabajo)
1,5 x Pres. trabajo
10 Presión mínima de tuberías
100 mca
Excepción: conducciones 80 mca
Excepción: red en acueducto rural 80 mca
11 Diámetro mínimo: conducciones cálculo -
12 Diámetro mínimo: redes acueducto rural 50 mm
13 Velocidades permisibles conducciones
Mínima 0,6 m/s
Máxima 5 m/s
39
Dato Parámetro de diseño Magnitud Unidad
14 Velocidades permisibles redes
Mínima N.A -
Máxima 2,5 m/s
15 Volumen de regulación (tanque de
almacenamiento) 0,14 x Vol promedio diario
16 Volumen de reserva para interrupciones (tanque de almacenamiento)
4 horas del Qpd
Fuente: Normas para el Diseño de Proyectos de abastecimiento de Agua Potable en Costa
Rica, 2001
40
CAPÍTULO 3 DESCRIPCIÓN DE LA ZONA DE ESTUDIO
Como se describió detalladamente en el marco teórico, el diseño de un acueducto no tiene
como fin primordial dimensionar cada uno de los elementos que lo compone sino satisfacer
las necesidades de la población de la zona en que se plantea el proyecto. Para esto se vuelve
imprescindible conocer a fondo las características, necesidades y costumbres propias del
entorno.
Entre las características generales que interesan en la fase de concepción de un acueducto
se encuentran las siguientes:
1. Ubicación geográfica
2. Zonas protegidas
3. Clima
4. Topografía
5. Tipos de suelos
6. Hidrogeología
7. Condiciones ambientales
8. Zonas de riesgo
9. Características Socioeconómicas: actividades productivas, turismo, usos del suelo,
educación, vivienda y vías de comunicación.
Al conocer cada una de estas características de la zona, se podrá prever diferentes
situaciones que podrán generar un impacto al acueducto que se busca diseñar.
3.1 Ubicación geográfica
La comunidad a la cual se beneficia mediante este trabajo se encuentra en la provincia de
Alajuela (Provincia 02), en el cantón de Poás (cantón 08) y es compartida por los distritos
de San Juan (distrito 02) y Sabana Redonda (distrito 05).
Como referencia adicional se tiene que la zona se encuentra en coordenadas de proyección
CRTM05: latitud entre 1122000 y 1124000, longitud entre 474000 y 478000, con altitudes
entre los 2000 y 2300 msnm.
41
Para detallar la ubicación se muestra el mapa en la Figura 3-1. La zona limita al norte con
el Parque Nacional Volcán Poás, al sur con el poblado conocido como Bajos del Tigre en
Sabana Redonda de Poás, al este con el poblado de Poasito y Fraijanes de Alajuela y al
oeste con la Reserva Forestal de Grecia.
3.2 Zonas protegidas
Un aspecto que se debe considerar de previo al diseño de un proyecto como el que se
pretende es si existen restricciones específicas como las que se presentan al estar dentro
de una zona protegida. En este caso, la zona que se ve incluida en zonas protegidas es la
ubicación de la naciente (Figura 3-1). El punto en sí donde se capta el agua se encuentra
en el límite de dos zonas protegidas, una de ellas es el Parque Nacional Volcán Poás y la
otra es la Reserva Forestal Grecia.
3.3 Clima
En general, la zona de estudio se encuentra clasificada con clima de la Región Valle Central
Occidental (VC) en la subregión VC3 que comprende un clima de tipo seco de altura. Se
cataloga así según las regiones y subregiones climáticas de Costa Rica que se establecen
en la clasificación del Instituto Meteorológico Nacional (IMN) (Solano & Villalobos, pág. 18),
basada en la investigación de Coen en 1967.
Esta región climática se caracteriza por presentar una mezcla de características del clima
Pacífico con el clima Caribe ya que se ve afectada por la presencia de vientos ecuatoriales,
vientos alisios del noreste, nubosidad y lluvias débiles. Las temperaturas medias anuales
presentan un máximo de 21 °C y un mínimo de 10 °C. Además se presentan
aproximadamente 147 días con lluvia al año, con precipitación media anual de 2820 mm tal
como se muestra en la Figura 3-2. Cabe resaltar que para esta zona no se distingue
claramente una época seca a lo largo del año.
42
Figura 3-1. Ubicación de la zona de estudio
43
Figura 3-2. Resumen sinóptico-climático de la Región Valle Central Occidental
Fuente: Solano, 1992
Este clima también favorece a las actividades productivas como la agricultura y la ganadería
lechera que se describirán posteriormente.
3.4 Topografía
El área del proyecto se ubica en las zonas altas del cantón de Poás y por tanto en las
cercanías de la cima del Volcán Póas, donde las elevaciones del terreno suelen variar
significativamente en distancias cortas. Además, la presencia de quebradas o ríos y los
cañones asociados a estos contribuyen a que la topografía sea quebrada. Como muestra de
lo anterior, se presenta un mapa de la zona (Figura 3-3) donde se aprecia como las
pendientes varían en un rango entre los 5 y los 50 grados aproximadamente, que equivaldría
a un rango de pendientes entre 9% y 119%.
De igual forma, se muestra la Figura 3-4 donde se observa las variaciones de elevación en
la zona de interés. Se nota como las elevaciones varían entre los 2300 msnm y 1950 msnm.
La elevación promedio del alineamiento de la tubería actual es de aproximadamente 2125
msnm.
44
Figura 3-3. Mapa de pendientes
45
Figura 3-4. Mapa de elevaciones
46
3.5 Tipos de suelos
3.5.1 Litología
En el estudio realizado por la Escuela de Geología de la Universidad de Costa Rica titulado
“Geología del cantón de Poás y estudios adicionales”, se clasifica al cantón de Poás en
diferentes zonas o unidades geológicas. La zona del acueducto se encuentra clasificada en
su gran mayoría en la unidad geológica Doka (Figura 3-5). Estos suelos datan de la época
del Holoceno y “(…) está compuesta por depósitos piroclásticos de caída formados por
diversas capas de lapilli y ceniza con diferente granulometrías, espesores y grados de
consolidación, que corresponden a diferentes pulsos piroclásticos así como también de tobas
consolidadas intercaladas con las capas de lapilli.” (Escuela Centroamericana de Geología,
2005, pág. 56).
En este mismo estudio se indica la presencia de aluviones específicamente en los cañones
de los ríos Poás, Poasito y Prendas, esto para la zona de estudio. También se presentan
lahares principalmente en las partes altas del Río Mastate donde la exposición de los bloques
es limitada con tamaños que alcanzan los metros en algunos casos.
3.5.2 Estructuras geológicas (fallas)
A pesar que en el cantón de Poás se presentan varias estructuras o fallas geológicas, para
la zona de estudio se distingue únicamente un tipo. La zona volcano-tectónica de debilidad
cortical del Poás atraviesa la zona, mostrando dos fallas (Figura 3-5), una al este y otra al
oeste. Estas fallas se caracterizan por cortar los depósitos piroclásticos de los cuales se
compone la unidad Doka. Además, según el criterio de los técnicos de la Escuela de
Geología, presentan movimiento aparente normal, los cuales no superan los 2 cm. Otra
característica de estas estructuras es que son relativamente recientes, contemporáneos con
las unidades como la Doka.
47
Figura 3-5. Mapa de litología y estructuras geológicas
48
3.5.3 Características geotécnicas
Las características mecánicas de un suelo pueden ser muy variables y por esto es importante
tomar muestras y someterlas a distintos ensayos de laboratorio para determinar con cierta
precisión sus propiedades. Como parte del estudio de la Escuela de Geología se estudió
muestras recolectadas en distintos puntos del cantón de Poás. De acuerdo con la ubicación
de estas muestras, una de ellas se ubica cerca de la zona del acueducto de interés. Se trata
de la muestra con el código PG-1, ubicado en la unidad Doka, en las coordenadas 511,920
Este y 235,903 Norte de proyección Lambert Norte. El suelo se caracteriza como lapilli medio
y se clasifica como arena limosa con algo de grava, sin plasticidad.
A continuación se presentan los resultados obtenidos para esta muestra, por el Laboratorio
de Geotecnia de la Escuela Centroamericana de Geología (Cuadro 3-1).
Cuadro 3-1. Propiedades geotécnicas obtenidas en laboratorio
Parámetro Simbología Unidad Resultado
Gravedad Específica Gs - 2,67
Peso unitario húmedo γw kN/m3 14,06
Peso unitario seco γd kN/m3 8,85
Peso unitario saturado γsat kN/m3 15,34
Peso unitario sólidos γs kN/m3 26,18
Humedad w % 58,9
Relación de vacíos e - 1,96
Porosidad n % 66,2
Grado de saturación S % 80,7
Fuente: Informe Geología del Cantón de Poás y estudios adicionales, 2005
Estas propiedades sugieren que el suelo es poroso ya que cuenta con densidades bajas y
una relación de vacíos alta, lo que conlleva a una alta permeabilidad del mismo. Esto es
característico de los suelo volcánicos como el que se presenta en la zona de estudio. Además
se presenta poca plasticidad posiblemente debido a la poca meteorización a la que han sido
sometidos.
En general, según la totalidad de muestras que se recolectaron y que fueron sometidas a
ensayos, la unidad de Doka presenta propiedades que se encuentran en los rangos que se
muestran en el Cuadro 3-2.
49
Cuadro 3-2. Propiedades geotécnicas promedio en la Unidad Doka
Parámetro Simbología Unidad Límite inferior Límite superior
Gravedad Específica Gs - 2,5 2,7
Peso unitario húmedo γw kN/m3 10,66 19,21
Peso unitario seco γd kN/m4 6,58 16,88
Peso unitario saturado γsat kN/m5 13,95 19,94
Peso unitario sólidos γs kN/m6 24,52 26,48
Humedad w % 46,09 96,3
Relación de vacíos e - 0,45 3,03
Porosidad n % 31,1 75,2
Grado de saturación S % 32,4 92,3
Fuente: Informe Geología del Cantón de Poás y estudios adicionales, 2005
3.6 Hidrogeología
La zona de estudio se encuentra en un punto alto de la Cordillera Volcánica Central, debido
a las características de los suelos y la topografía que se mencionaron, el agua fluye a nivel
de superficie pero también, de manera considerable, de forma subterránea.
Según los registros de manantiales del Servicio Nacional de Aguas Subterráneas Riego y
Avenamiento (SENARA) y el Instituto Costarricense de Acueductos y Alcantarillados (ICAA),
existen 31 manantiales registrados en el Cantón de Poás. Dichos manantiales son
aprovechados para distintos usos, desde domiciliar hasta industrial, dependiendo de la
producción de cada uno de ellos. En la Figura 3-6 se muestran las nacientes y pozos
registrados en la zona alta del cantón de Poás, donde interesa para efectos del proyecto.
Como se observa en la figura existe gran cantidad de fuentes de agua subterránea las cuales
son captadas por diferentes entes. Propietarios privados, ASADAS y la Municipalidad captan
la gran mayoría de manantiales. Además existen gran cantidad de pozos, especialmente en
la zona Este del cantón.
Se nota como por las características de topografía de la zona de estudio y por la delimitación
de las zonas protegidas, son pocas las fuentes de las que la ASADA de El Mastate se puede
abastecer.
50
Figura 3-6. Mapa de pozos y nacientes
51
3.7 Condiciones ambientales
La protección del ambiente es una de las principales metas que se propone mediante la
actualización del Plan GAM (Plan GAM 2013-2030). La conservación de acuíferos en las zonas
de la Cordillera Volcánica Central, en Barva de Heredia y en las zonas de Alajuela como en
el caso de Poás, se convierte en una de las prioridades. Es por esta razón que se plantea la
obligatoriedad de aplicación de la Matriz de Criterios de Uso del Suelo Según la
Vulnerabilidad a la Contaminación de Acuíferos para la Protección del Recurso Hídrico. Dicha
obligatoriedad se plantea en la resolución No. 2012-08892 de la Sala Constitucional de la
Corte Suprema de Justicia. La matriz fue creada por el SENARA y presenta recomendaciones
de uso del suelo según la vulnerabilidad que presente cada zona. “La vulnerabilidad de un
acuífero se define como un conjunto de características intrínsecas a los estratos geológicos,
que separan la zona saturada del acuífero de la superficie del suelo y que determina la
sensibilidad del acuífero a ser afectado adversamente por una carga contaminante aplicada
(Ramírez & Alfaro, 2002).” (Programa de agua potable y saneamiento para el nivel
subnacional (CR-T1034), 2010, pág. 28 Anexo 3).
Por las propiedades descritas en las secciones anteriores, los suelos de la zona del proyecto
favorecen el rápido escurrimiento de las aguas subterráneas. En la Figura 3-7 se muestra
un mapa donde se señala la capacidad de recarga hídrica y la vulnerabilidad asociada al
área de estudio.
Como se observa en la figura, la capacidad de recarga hídrica en el área de estudio es
clasificada como extrema en su gran mayoría y asociado a esta se cuenta con vulnerabilidad
alta en gran parte del territorio mientras que baja en otra zona. No obstante, la zona de
vulnerabilidad alta se localiza donde actualmente se encuentra la red de distribución. Estas
dos condiciones sin duda muestran la fragilidad ambiental. Para estas circunstancias, según
la matriz propuesta por el SENARA, se propone una serie de recomendaciones en donde se
tendría una vigilancia estricta por instituciones como el SENARA y la Secretaría Técnica
Ambiental (SETENA) para reducir en cuanto se pueda los posibles derrames y contaminación
a nivel subterráneo que afectaría a zonas bajas del cantón de Poás y por ende la provincia
de Alajuela.
52
Figura 3-7. Mapa de recarga hídrica y vulnerabilidad
53
La principal preocupación en la zona se presenta con la contaminación proveniente de los
tanques sépticos en los centros poblacionales ya que estos generan “(…) los efluentes al
subsuelo que contienen elementos patógenos así como concentraciones altas de nitratos y
cloruros entre otras sustancias, los cuales provienen de las excretas humanas
principalmente.” (Programa de agua potable y saneamiento para el nivel subnacional (CR-
T1034), 2010, pág. 28 Anexo 3)
Por todas estas condiciones fue importante evaluar el factor ambiental y mantener una
posición conservadora para las proyecciones relacionadas con el diseño en cuanto al
desarrollo que se pueda dar en la zona. Este desarrollo podrá ser limitado considerablemente
debido a las estrictas restricciones que podrían establecerse en un futuro próximo.
3.8 Zonas de riesgo
Como la zona de interés se encuentra cerca de un volcán activo, fue necesario considerar
cualquier tipo de riesgo que esto pueda traer a las comunidades cercanas. Al tratarse del
diseño de un acueducto este aspecto toma más relevancia ya que ante una emergencia, el
agua podría ser indispensable para mitigar los posibles efectos que se puedan dar. Sumado
a esto, se tienen que evaluar los posibles riesgos de inundación, deslizamientos, sismos,
entre otros. En la Figura 3-8 se muestra un extracto del mapa de riesgos de la Comisión
Nacional de Emergencias (CNE) elaborado en el año 2009 y donde se presentan los
principales riesgos en la zona del acueducto y sus alrededores.
Como se observa en el mapa los principales riesgos de las zonas se asocian con la posibilidad
de afectación por gases y de ceniza ante una eventual actividad volcánica. También se
observa la presencia de la zona de fractura volcano-tectónica que se describió en la sección
de tipos de suelos y la cual por el momento no presenta un riesgo inminente para la
población de la zona. Además, se tiene el riesgo de inundación en el cauce del Río Mastate,
esto si se acumula la basura en el mismo.
54
Figura 3-8. Mapa de riesgos Comisión Nacional de Emergencias
Modificado por el autor, 2015
55
Relacionado con lo anterior, también fue importante considerar aspectos como la topografía
y cómo las elevadas pendientes ante eventos sísmicos podrían propiciar deslizamientos que
pueden perjudicar e incluso incomunicar a la comunidad de El Mastate, por las pocas vías
de acceso con que cuenta.
3.9 Características socioeconómicas
3.9.1 Actividades productivas
La producción de la zona se basa en actividades agrícolas y pecuarias (Figura 3-9). La
presencia de plantaciones, principalmente de fresas, se constituye en una de las principales
actividades debido a que se ve favorecida por la fertilidad del suelo y lo rentable de la
actividad.
Por otro lado, la ganadería lechera es también de las actividades más importantes, la cual
se ve favorecida por el clima y las amplias zonas dedicadas a los pastos. Las plantaciones
que se encuentran en la zona del proyecto se dedican al cultivo básicamente de fresas, sin
embargo, en otras zonas vecinas se encuentran productos como flores, helechos, moras,
granadillas, chiles, entre otros.
a: plantaciones de fresa, b: ganadería lechera
Figura 3-9. Fotografías ilustrativas de las actividades productivas de la zona
En cuanto a la ganadería, la mayoría de lecherías se encuentran ubicadas en la zona norte
del cantón de Poás, justamente donde se encuentra el acueducto actual. Esta actividad
presenta consumos altos de agua para distintos usos como lavado y abrevaderos, además,
se trata de una actividad muy extensiva, en donde el ganado necesita de áreas vastas
dedicadas a pastos con el fin de alimentarlo, para la producción de leche.
56
Según el VI Censo Agropecuario del INEC (2015), en el cantón de Poás se tiene un total de
78 fincas dedicadas a la ganadería vacuna y cuentan en total con 3598 cabezas. De este
total, se obtiene la distribución de uso o propósito del ganado (Cuadro 3-3).
Cuadro 3-3. Distribución del ganado según su propósito en la provincia de Poás
Propósito Cantidad de cabezas de ganado Distribución porcentual
Carne 271 7,5%
Leche 3268 90,8%
Doble propósito 58 1,6%
Trabajo 1 0,0%
Total 3598 100,0%
Fuente: VI Censo Agropecuario Nacional (INEC), 2015
Como se observa, la ganadería lechera es la que más se presenta en el cantón de Poás y
gran parte de esas fincas se encuentran en la zona del proyecto de interés y sus alrededores.
Por tanto fue necesario contemplar este tipo de actividad en el análisis de demanda. De
este censo, se desprende también información relacionada con la utilización de fuentes de
agua para abastecimiento de fincas agropecuarias (Cuadro 3-4).
Cuadro 3-4. Distribución de fincas agropecuarias según la utilización de fuentes
de agua
Fuente de agua* Cantidad Distribución porcentual
Acueducto 671 69,75%
Río o quebrada 102 10,60%
Naciente o manantial 55 5,72%
Pozo 30 3,12%
Proyecto de riego de SENARA 28 2,91%
Cosecha de agua 18 1,87%
Otra 34 3,53%
No utilizó 24 2,49%
Total de fuentes 962 100,00% * Una finca puede utilizar más de una fuente de agua para la actividad productiva de la finca, por lo que puede quedar contabilizada en varias categorías.
Fuente: VI Censo Agropecuario Nacional (INEC), 2015
Como se observa en el cuadro anterior, la mayoría de las fincas agropecuarias se abastecen
de fuentes captadas por entes administradores de acueductos. Debido a esta estadística se
recomienda incluir los usuarios de este tipo de fincas para así abastecerlos de forma
57
adecuada. No obstante, se debe dar prioridad al consumo humano por lo que convendrá
evaluar este aspecto en el análisis de demanda en la zona del acueducto.
3.9.2 Turismo
La zona se ubica cercana al Parque Nacional Volcán Poás y al ser este uno de los parques
nacionales más visitados, el turismo ha favorecido la instalación de restaurantes, comercios
y hoteles o cabinas. “Con respecto al hospedaje, su distribución se encuentra más acorde
con las características de la demanda turística, porque al contrario de los servicios de
alimentos y bebidas, la mayor cantidad de cabinas (83%) se ubican en la parte alta del
cantón, más valorada por su paisaje y cercanía al área protegida” (Quirós, Miranda, & Alfaro,
pág. 5)
“La oferta turística se encuentra en manos de nacionales, según la encuesta de Quirós y
Miranda (2008) aplicada en el cantón, el 87 % de los dueños de los negocios son nacionales,
de los cuales la mayor parte son del cantón de Poás, pero también se 6 encuentran
propietarios de lugares cercanos como Grecia y Alajuela. Esta situación es de gran
importancia porque indica la voluntad de la población de invertir en la zona y que la actividad
turística genera una distribución más equitativa de los ingresos recibidos.” (Quirós, Miranda,
& Alfaro, pág. 6)
El crecimiento en el turismo también se puede ver reflejado en la Figura 3-10 donde se
muestra la cantidad de visitantes al Parque Nacional Volcán Poás desde el año 2002 hasta
el 2013, registrado por el Sistema Nacional de Áreas de Conservación (SINAC).
Como se observa en dicha figura, el turismo se ha mantenido o crecido desde el año 2002
salvo para el período entre el 2008 y 2009 donde se dio la crisis económica y el terremoto
de Cinchona que afectaron significativamente las visitas al parque. Sin embargo, después
de esta caída, se empezó con una visita creciente continua al parque lo que también indica
que el número de turistas que transitó por la zona del acueducto aumentó de la misma
forma, ya que la única vía de acceso al parque es la ruta 120, la cual atraviesa la zona del
acueducto.
58
Figura 3-10. Cantidad de turistas registrados en Parque Nacional Volcán Poás
Fuente: ICT
No obstante, según Quirós, Miranda y Alfaro, debido a que el mayor atractivo turístico es
apreciar el cráter del volcán, el turismo se desarrolla más en las horas de la mañana, lo que
hace que los visitantes no se detengan por largos períodos a colaborar con los vecinos de
la zona. Por esta razón, locales como restaurantes y comercios no han crecido
significativamente.
“Los municipios juegan un papel importante en el desarrollo de la actividad turística en cada
uno de los cantones ya que por medio del ordenamiento territorial pueden implementar
políticas para el mejoramiento de la actividad tomando en cuenta el potencial turístico de
su territorio y creando vínculos con instituciones públicas y privadas que permitan dinamizar
el sector por medio de planes de desarrollo turístico.” (Quirós, Miranda, & Alfaro, pág. 15)
Sin duda, a pesar que el crecimiento del turismo no ha sido acelerado, en cualquier momento
se podría explotar el potencial y esto haría crecer las zonas aledañas como la del proyecto
de interés. Por esta razón fue necesario considerar escenarios en donde los locales
relacionados con el turismo crezcan en cantidad y por tanto impliquen un mayor consumo
Esfuerzo admisible horizontal del suelo (σhmax): 0,2 kg/cm2 (López, 2003)
Coeficiente de empuje en reposo Ko: 0,5 (Das, 2001, pág. 293)
Peso específico del concreto reforzado: 2,4 t/m3
f’c del concreto: 210 kg/cm2
fy del acero de refuerzo: 2800 kg/cm2
183
Caja típica de 0,95 m x 0,95 m x 1,35 m
1. Muros:
Para el diseño de los muros se propuso un espesor de 12 cm tal y como lo propone el AyA
en sus detalles típicos para los pozos de registro con profundidades similares a la que se
propone. Estos elementos fueron diseñados para resistir cargas de empuje del terreno,
empuje hidrostático (en caso que el nivel freático se encuentre en la zona de las cajas) y
empuje producto del sismo. El modelo utilizado consistió en un extremo del muro
simplemente apoyado en la losa de fondo mientras el otro apoyado en la viga perimetral
superior. Bajo esta condición de cargas y según las combinaciones de carga del Código
Sísmico de Costa Rica del 2010 (CSCR10) de la sección 6.2.1, se obtuvieron las siguientes
cargas de diseño:
Pu: 1,86 t/m
Mu: 0,8 tm/m
Vu:1,76 t/m
Donde Pu corresponde a la carga de empuje última, Mu el momento último y Vu el cortante
último. Todas estas cargas desarrolladas por unidad de longitud, es decir,
independientemente de la longitud del muro, las cargas serían las mismas por cada metro.
Con base en el momento último se procedió al diseño por flexión del muro basado en el ACI
318S-11. Utilizando un recubrimiento de 4 cm de concreto, se obtuvo un refuerzo de malla
de varillas #3 (3/8”) espaciadas a cada 15 cm (1#3@15 cm). Dicho refuerzo debe ubicarse
a 4,5 cm del lado opuesto al terreno.
Debido a que se deben resistir esfuerzos producto de la retracción y temperatura, se debe
colocar una malla idéntica en el otro sentido del muro. Por tanto se propone malla de #3@15
cm en ambas direcciones. Al comparar este refuerzo con el planteado por el AyA para pozos
de registro se observa que dicha institución propone malla de #3@20 cm para algunas
mientras que malla de #3@15 cm en otras. Por tanto, siendo conservador se adopta el
refuerzo calculado.
2. Tapa:
Las tapas en concreto se diseñaron para resistir una carga viva de 300 kg/m2 y carga muerta
como el peso propio más una capa de 10 cm de terreno sobre la misma (sobrecarga). Debido
184
a que la tapa se apoya en cada uno de los muros de la caja, siendo conservador se supuso
un modelo simplemente apoyado de la misma. De esta forma y respetando las
combinaciones de carga del CSCR10, se obtuvo las cargas últimas de diseño. Como
momento último se obtuvo una magnitud de 49,98 kgm/m, el cual es bajo. Por esta
sospecha, se verificó si el concreto resistiría dicha flexión sin necesidad de refuerzo de acero.
Para esto se evaluó el módulo de rotura del concreto planteado como 2 veces la raíz
cuadrada del f’c. Este parámetro indica el esfuerzo al que el concreto se agrieta producto
de la flexión.
𝑀𝑟 = 2√𝑓′𝑐 (32)
Como la tapa propuesta tiene una sección de 5 cm de espesor por 70 cm de largo y de
ancho, se calculó el esfuerzo producto del momento último obtenido mediante la ecuación:
𝜎 =𝑀𝑢 ∗ 𝑦
𝐼
(33)
Al comparar el esfuerzo obtenido con el módulo de rotura, se verificó que el primero fue
menor y por tanto se calculó el refuerzo de la tapa para resistir los esfuerzos de retracción
y temperatura, dando como resultado una malla de #3@ 35 cm. Sin embargo, si se aplicara
esta propuesta sólo se tendría una varilla de refuerzo debido a las dimensiones de la tapa,
por esto, se proponen tapas con mallas de #3@15 cm.
3. Viga perimetral superior
Para garantizar que los muros se apoyan en el extremo superior es necesario calcular el
acero de refuerzo necesario para garantizar que dicho apoyo sea adecuado, por esto se
siguió un procedimiento similar a los anteriores y se vio la necesidad de incluir una
varilla#4 en el perímetro superior de los muros.
4. Losa de fondo
Debido a la falta de información geotécnica, se decidió adoptar la losa que propone el AyA
en sus detalles típicos para los pozos de registro. Esta consiste en una losa de 20 cm de
espesor con malla de #3@ 15 cm.
185
Caja tipo 4
Para esta caja se proponen los mismos refuerzos en los muros y losa de fondo debido a que
los empujes se mantienen debido a que la profundidad de los muros no varió. Por otro lado,
debido a que el largo y ancho de la caja se aumentaron con respecto a las anteriores, se
decide cambiar el diseño de las tapas. Para estas se propone el uso de tapas de hierro negro
en vez de concreto debido al peso de las mismas. Dicho peso pasaría de aproximadamente
58 kg a 97 kg lo cual es considerable para efectos de mantenimiento.
Las tapas en hierro negro se diseñan para las mismas cargas y da como resultado el uso de
láminas de 6,35 mm de espesor como mínimo con un esfuerzo de fluencia fy=2500
kg/cm2 o superior.
Caja tipo 5
En este caso, a diferencia de las primeras cajas, se buscó un diseño aún más conservador
debido a que las dimensiones son mayores y porque protege todo un sistema de equipos y
no solo una válvula.
1. Muros:
Al igual que las anteriores, se propone que la caja resista las cargas del empuje de terreno,
empuje hidrostático y empuje sísmico. Se supuso un modelo del muro como empotrado en
su base y libre en su extremo superior. De esta forma no se requiere el diseño de una viga
perimetral superior como en el caso de las primeras cajas diseñadas. Con base en estas
cargas y las combinaciones de carga del CSCR10 se encontraron las cargas de diseño:
Pu: 2,624 t/m
Mu: 1,181 tm/m
Vu:2,624 t/m
Al igual que en el caso anterior, estas cargas son por unidad de longitud, por lo que sin
importar el largo del muro se tendrían las mismas cargas por metro.
Con base en el momento último se procedió a diseñar por flexión los muros, basado en el
ACI 318S-11. Se utilizó un recubrimiento de 4 cm del lado del terreno y se obtuvo un
refuerzo de malla#4@ 15 cm en ambas direcciones, una de ellas para resistir la flexión y
en el otro por retracción y temperatura.
186
2. Tapa:
Debido a las dimensiones de la caja, se propone dividir la tapa en dos, de forma que
quedaron definidas de 88 cm x 120 cm cada una. Debido a estas se decidió proponer tapas
en lámina de hierro negro. Las mismas fueron diseñadas para resistir las mismas cargas,
carga viva de 300 kg/m2 más carga permanente del peso propio más una sobrecarga de 10
cm de terreno sobre la misma. Debido a que se dividió la tapa en dos, se debe colocar una
viga central en el lado largo de la caja de forma que ofrezca un apoyo a ambas tapas y a la
vez dé más capacidad de soporte a los muros laterales los que tienen mayor longitud.
Contemplando todo esto y amplificando las cargas según lo establecido en las
combinaciones del CSCR10, se diseñó una tapa para una condición simplemente apoyada
en los muros de la caja y en la viga central. De esa forma se propone la colocación de tapas
de lámina hierro negro con esfuerzo de fluencia fy=2500 kg/cm2 o superior y 6,35 mm
de espesor como mínimo para garantizar que se soporten las cargas de diseño.
3. Viga central:
Para garantizar el apoyo de la tapa en el centro de la longitud del muro largo de la caja, se
debe proveer la suficiente rigidez. Es por esto que se propone una viga central cuadrada de
15 cm x 15 cm en concreto reforzado con luz de 1,32 m. Debido a que la tapa se modeló
como simplemente apoyada en los muros y en la viga, se tomó la reacción generada en el
apoyo que representa la viga central. Esta fuerza dio como resultado una carga última
distribuida de 0,8 t/m.
Con base en esa carga se diseñó a flexión el elemento estructural. De igual forma se
contempló un recubrimiento de concreto para todo el refuerzo de 4 cm. Con base en esto y
lo establecido en el ACI 318S-11, se obtuvo un refuerzo de 4 varillas #3 longitudinales,
dos en la parte superior de la viga y dos en la parte inferior.
Posteriormente se diseñó la viga por cortante con el fin de definir los aros necesarios para
resistir estos esfuerzos. Se planteó el diseño según los requerimientos planteados en el ACI
318S-11 y lo estipulado en el CSCR10 para efectos de confinamiento en el elemento. De
esta forma rigió el refuerzo planteado de aros en varilla #2 @ 5 cm.
Finalmente, se verificó que la longitud de anclaje del refuerzo longitudinal fuera el adecuado
para lograr la debida adherencia del acero con el concreto. Para esta definición se tomó en
cuenta el criterio establecido en el CSCR10. De esta forma, se obtuvo que se requiere una
187
longitud de anclaje de 11,5 cm a partir del punto crítico que es la unión entre la viga y los
muros laterales. Como se nota, las dimensiones de los muros (espesor) es de 12 cm lo que
no deja espacio para garantizar el recubrimiento deseado de 4 cm. Por esta razón se decide
implementar unos salientes de 4 cm en los puntos de unión de viga-muro, para así garantizar
que el acero tendrá el anclaje debido. De esta forma, la luz de la viga se reduce a 1,13 m y
por tanto las cargas de diseño, no obstante, siendo conservador se decidió plantear el mismo
refuerzo. Adicionalmente, el anclaje se deberá terminar con un gancho estándar de 90
grados.
4. Losa de fondo:
Al igual que las primeras cajas, conservadoramente se adoptó un espesor de 20 cm con
refuerzo de malla#3@15 cm en ambas direcciones.
Consideraciones generales
El diseño estructural planteado queda sujeto a estudios de suelo que se realicen en
los puntos de ubicación de las diferentes cajas y a criterio del ingeniero responsable
de la construcción de las mismas.
Las cajas se diseñan para profundidades máximas, por esto, se podrían adoptar
profundidades menores pero se tendría que hacer la modificación respectiva en el
alineamiento vertical de las tuberías.
El análisis y diseño de fundaciones, en caso de ser necesarias, dependerá de los
resultados de estudios de suelo, por esto no se planteó algún elemento estructural
en específico.
Al finalizar la construcción de cada caja se recomienda rellenar alrededor de la caja
con material del lugar y compactarlo a 95% de Proctor Standard en capas de 30 cm,
con base en lo planteado por el AyA para los pozos de registro.
Dentro de las cargas de diseño adoptadas, no se tomó en cuenta la sobrecarga
producto del paso cercano de vehículos. Para evitar el efecto de dicha sobrecarga se
debe instalar las cajas a una distancia que cumpla con la condición 𝐷 ≥ 𝐻, donde D
es la distancia entre el muro de la caja y el punto de sobrecarga (límite de carretera)
y H es la profundidad de la caja. De no ser posible, se debe evaluar el efecto de
dicha sobrecarga y verificar si el refuerzo planteado resistiría las nuevas cargas.
188
Se debe buscar a toda costa la ausencia del agua en los alrededores de las cajas. A
pesar que se consideró el efecto hidrostático actuando en los muros, el agua no solo
puede afectar los muros sino cada uno de los elementos de la estructura y el apoyo
en el suelo. En caso que haya presencia de la misma de manera superficial
(escurrimiento) o subterránea (nivel freático alto) se debe implementar un sistema
de drenaje para evacuar el agua.
Los detalles constructivos de cada caja se muestran en las láminas 4/5 y 5/5 de los
planos propuestos.
6.7.5 Sistema de almacenamiento
Como se vio en la sección de diagnóstico del sistema de almacenamiento, el tanque
existente en el momento de elaboración de este informe muestra graves deficiencias
estructurales que repercuten en su capacidad hidráulica. Cuando se obtuvo el índice de agua
no contabilizada, se mostró aún más clara la necesidad de intervenir el tanque de
almacenamiento.
Por esta razón se decide descartar por completo dicho componente, no solo por lo
mencionado en el párrafo anterior sino porque lo más probable es que ya haya cumplido su
vida útil, según lo conversado con los vecinos de la zona.
Para proponer un nuevo sistema de almacenamiento se debe evaluar no solo la capacidad
que hay que proveer sino los costos asociados a la construcción de un nuevo tanque.
En este caso, se consideró implementar un sistema de almacenamiento con tanques
plásticos. En el mercado se encontró la disponibilidad de tanques de este tipo con
capacidades entre 5 y 22 m3. Debido a que el volumen de almacenamiento es
considerablemente grande (196 m3), se decidió proponer un sistema con tanques de 22 m3.
Ahora bien, se hizo un análisis comparativo para tomar esta decisión. Existen muchas
ventajas de utilizar tanques plásticos en vez de utilizar un solo tanque de concreto,
específicamente para el caso de estudio, esto se observa en el Cuadro 6-35. Por otra parte,
en el análisis de costos se muestra la comparación cuantitativa entre las opciones analizadas.
189
Cuadro 6-35. Análisis comparativo del sistema de almacenamiento
Sistema de tanques plásticos Tanque de concreto asentado
Ventajas
Material resistente a la corrosión Material susceptible a la corrosión
(acero de refuerzo )
Material impermeable de fábrica Material poroso que debe
impermeabilizarse (concreto)
Fácil y rápida instalación Instalación (construcción) lenta
Fácil reposición en caso de falla por fenómenos naturales
Puede requerir demolición y reconstrucción total en caso de falla
por fenómenos naturales
Más redundancia en el sistema: si se requiere cambiar o aislar un tanque, no se ve afectada la
distribución del agua ya que el resto se mantiene funcionando.
Redundancia nula: si el tanque requiere ser reparado, se tendría que
sacar momentáneamente de funcionamiento.
En caso que se requiera almacenamiento en alguna otra
zona del acueducto, un tanque se podría movilizar e instalar para cumplir con la función deseada.
En caso que se requiera almacenamiento en alguna otra zona
del acueducto, se tendría que construir otro tanque o comprar uno
nuevo plástico para lograr lo deseado.
Se puede instalar los tanques paulatinamente conforme crece la
demanda en la zona.
La inversión y construcción se debe dar desde un principio, sin importar si la demanda en realidad alcanzaría la condición de saturación de la zona de
interés.
Desventajas
Fisuras: depende del tamaño deberá ser reemplazado por otro
nuevo.
Fisuras: se pueden reparar y seguir en funcionamiento.
Ocupan más espacio: se requiere de un lote grande (200 m2) con el debido cerramiento perimetral y
techo.
Ocupa menos espacio: con un lote de 100 m2 se puede lograr dar la capacidad (10mx10mx2m).
Se deben instalar más accesorios como válvulas, codos y tuberías
de conexión entre tanques.
Requiere únicamente de válvulas de corte en la entrada y salida y la
válvula flotante que controle el nivel del agua.
Con base en esta comparación, el análisis de costos mostrado más adelante en el capítulo
7 y debido a que el sistema de tanques plásticos se adecua mejor a la realidad de la
comunidad de El Mastate, se opta por esta opción. Para la misma se propone lo que se
muestra en la lámina 5/5 de los planos propuestos. En la Figura 6-21 se muestra una
190
fotografía de un sistema similar al que se pretende, aplicado en una comunidad cercana a
El Mastate.
Figura 6-21. Fotografía de aplicación de un sistema con tanques plásticos (volumen de 22 m3 cada uno)
Como aspectos principales se notan la propuesta de diferentes válvulas de corte con el fin
de poder aislar cada tanque en caso que se requiera realizar reparaciones o sacar de
funcionamiento. Además se propone una línea de tubería principal en 6 pulgadas (150 mm)
con el fin de darle la capacidad necesaria en caso que los bomberos requieran bombear el
agua. Adicionalmente a cada tanque se conecta una manguera que servirá de medidor del
nivel para así lograr medirlo debido a que no se tendría certeza a menos que se observe por
la tapa que está ubicada en la parte superior.
Inicialmente, como se verá en la sección de análisis de costos, se propone la instalación de
4 tanques de 22 m3, de esta forma se garantiza el almacenamiento necesario para reserva
en caso de incendios y para cubrir la demanda existente en la zona en el momento de
elaboración de este informe. Por esta razón la tubería de 6 pulgadas cuenta con un tapón
191
en uno de sus extremos, ya que es a partir de esta que se conectarán los tanques que se
vayan incorporando al sistema de almacenamiento.
Como aspecto importante se tiene el supuesto que todos los tanques se encuentran sobre
una superficie horizontal plana, es decir, todos se encuentran al mismo nivel. De esta forma
el sistema se comporta como “vasos comunicantes” en donde todos mantendrán el mismo
nivel de agua. De esta forma, solo se requiere de una válvula de flotador que controle la
entrada, la salida y el nivel mínimo necesario para caso de incendio. Esta válvula de flotador
deberá ser modulante, es decir, que se regule para que el agua en los tanques no baje del
nivel determinado que garantiza la permanencia de los 57 m3 en el sistema de
almacenamiento. Si no se logra instalar todos los tanques al mismo nivel, deberá hacerse
un análisis más detallado conforme se vayan agregando los tanques con el fin de evaluar la
necesidad de introducir más válvulas de flotador.
Se menciona la propuesta de válvula flotador ya que no se tiene dispuesto algún lugar
cercano para evacuar el agua en caso que se utilicen tuberías de rebose.
6.7.6 Sistema de cloración
De acuerdo con lo descrito en el marco teórico existen muchos métodos de cloración que
se utilizan en los diferentes acueductos. El más utilizado como se citó es mediante
hipocloritos, específicamente el de calcio. Se buscó asesoría en cuanto a este tema y cuál
podría ser la opción más viable para la ASADA de El Mastate. Con base en lo conversado en
la Unidad de Plantas Potabilizadoras de la GAM del AyA, se recomienda el uso del sistema
“Accu-Tab” que consisten en un sistema de dosificación de hipoclorito de calcio en forma
de pastillas. Debido a las grandes ventajas que este sistema ofrece y lo económico del
mismo en cuanto a inversión inicial y costos de mantenimiento, se opta por esta opción.
En la Figura 6-22 se muestra un cuadro comparativo del sistema con otros como la utilización
del cloro gaseoso y de hipoclorito de sodio.
192
Figura 6-22. Ventajas del sistema Accu-Tab con respecto a otros utilizados
Fuente: Ficha técnica sistema de cloración Accu-Tab, 2009
Para comprender el funcionamiento del sistema, se muestra y se procede a explicar la Figura
6-23 donde se propone la instalación que se requiere para el presente proyecto.
Figura 6-23. Instalación del sistema Accu-Tab
Fuente: Unidad de Plantas Potabilizadoras de la GAM del AyA, 2015
193
En la figura anterior se muestran unas letras, a continuación se describe cada uno de estos
componentes:
A: tubería de entrada del sistema
B: derivación (tee) de tubería principal hacia estañón
C: Estañón plástico
D: tubería de rebose que se conecta a la tubería de entrada al sistema
E: tubería de salida del estañón en ¾ de pulgada de diámetro
F: Llave de corte (bola) en PVC
G: Flujómetro (medidor del caudal pasante por la tubería de ¾ de pulgada de diámetro)
H: Llave de compuerta de ¾ de pulgada de diámetro
I: tubería de entrada al clorador en ¾ de pulgada de diámetro
J: Clorador Accu-Tab Modelo 3012
K: tubería de salida del clorador en 1 1/2 pulgadas de diámetro
L: Entrada de la solución de cloro al tanque de almacenamiento
Como aspectos fundamentales del funcionamiento se tienen que el estañón se propone para
evitar que en la tubería de entrada al clorador haya aire que afecte la cantidad de agua que
mide el flujómetro y que es necesaria para obtener la cantidad de cloro residual requerido.
Además este elemento sirve como un simple desarenador en caso que el agua proveniente
de la tubería principal contenga muchas partículas. Además, la válvula de compuerta servirá
para regular el flujo de agua que entra al clorador. Por último, al tratarse de un sistema por
gravedad, que no requiere de ningún tipo de energía más que la del agua para funcionar,
el sistema se debe colocar en un punto con mayor elevación que la tubería de entrada al
tanque de almacenamiento con el fin que la solución de cloro pueda verter en el mismo
tanque.
El funcionamiento en sí del componente principal, el clorador, es bastante sencillo ya que
se introducen las pastillas por la parte superior. Estas tiene 7,6 cm de diámetro y el modelo
propuesto tiene capacidad para retener 17 pastillas. Posteriormente, conforme el agua fluye
a través del aparato, así se van degradando las pastillas una a una como se muestra en la
Figura 6-24.
194
Figura 6-24. Funcionamiento del clorador Accu-Tab
Fuente: Ficha técnica sistema de cloración Accu-Tab, 2009
Junto con el sistema de cloración se debe adquirir un comparador de cloro, este será muy
importante ya que es el que medirá el cloro residual libre en la salida del sistema de
cloración. Este instrumento sirve para verificar que la cantidad de cloro residual libre está
acorde con lo establecido en el Reglamento para la Calidad del Agua Potable de 2005.
Para efectos de este proyecto, como se aconsejó en la Unidad de Plantas Potabilizadoras
del AyA, inicialmente se debe concretizar la ubicación del sistema de almacenamiento para
poder analizar el sistema de cloración y el flujo necesario para obtener el cloro residual libre
deseado. Sin embargo, como planteamiento teórico e ideal se propone que para el caudal
de diseño de 5,94 l/s, se debe dosificar 0,6 PPM de cloro, lo que equivale a 1,54 pastillas
por día. Debido a que la capacidad del clorador es de 17 pastillas, habría que recargar
aproximadamente 15 pastillas, cada 10 días. Esta estimación se realizó con una hoja
de cálculo del fabricante y según los rendimientos que proponen. No obstante, la propuesta
se debe evaluar en campo antes de plantearla como definitiva ya que el cloro residual libre
podría presentar valores menores al deseado.
Lo que sí se tiene certeza es que es el sistema más adecuado no solo para la ASADA de El
Mastate sino en general para la mayoría de las ASADAS por la falta de personal capacitado
para brindar el mantenimiento debido a los diferentes sistemas de cloración.
195
6.7.7 Sistema de medición en el acueducto
La medición en cualquier sistema de abastecimiento es fundamental para poder evaluar qué
componentes del mismo podrían mejorarse o controlarse para buscar la eficiencia y por
tanto reducir costos de mantenimiento. Es por esto que en cualquier acueducto debe existir
macromedición y micromedición. La primera hace referencia a la medición de volúmenes
captados y producidos en el sistema mientras los segundos corresponden a la medición
puntual de los usuarios del sistema, es decir, los volúmenes que se facturan.
En la comunidad de El Mastate al momento de elaboración de este informe existe
micromedición, la cual se instaló a finales del año 2014. Por esta razón, para efectos del
proyecto no se proponen mejoras en cuanto a este tipo de medición. Solamente se propone
reubicar una prevista debido a que se encuentra en una posición lejana a la casa que
abastece. Esta prevista es la que registra la ASADA como No.2 y que se propone colocar en
la ubicación del nodo 3 de la red de distribución. Aparte de este cambio, para todas las
demás lo único que se propone es conectarlas a la nueva red de distribución.
Por otra parte, en el sistema no existe macromedición y es aquí donde se pretende mejorar.
Para esto se propone la incorporación de un macromedidor en la captación de la ASADA en
el tanque de distribución y otro en la llegada al sistema de almacenamiento. Estos dos se
proponen en diámetro de 75 mm como la tubería de conducción. Además se propone un
macromedidor en la salida del sistema de almacenamiento en 150 mm de diámetro para
conocer la cantidad de agua que se distribuye a la red. De esta forma, con los dos primeros
medidores será posible determinar las posibles fugas que se presenten en el tramo de
conducción y con el tercer medidor se podrá comparar el volumen distribuido con el volumen
facturado (micromedición) para así identificar potenciales fugas o conexiones ilegales en el
sistema.
Como instalación de estos elementos, se propone colocarlos entre dos válvulas de
compuerta, en donde una de ellas podrá ser las de corte del sistema de almacenamiento y
la otra se tendría que añadir en cada caso. Además de esto, se propone la instalación de un
“strainer” o filtro justo antes de cada medidor, con el fin de reducir la cantidad de partículas
finas que podrían pasar a través del medidor y por tanto ir reduciendo la vida útil del mismo.
ESCALA LÁMINAFECHA
Diciembre 2015Indicada
DESCRIPCIÓN:
PROYECTO DE GRADUACIÓN
DISEÑO DETALLADO Y SOLUCIÓNCONSTRUCTIVA DEL ACUEDUCTO DE AGUA POTABLE DE LACOMUNIDAD DE EL MASTATE DE POÁS
15
SIMBOLOGÍA:
FUENTES DE INFORMACIÓN:
ESCALA LÁMINAFECHA
Diciembre 2015Indicada
DESCRIPCIÓN:
PROYECTO DE GRADUACIÓN
DISEÑO DETALLADO Y SOLUCIÓNCONSTRUCTIVA DEL ACUEDUCTO DE AGUA POTABLE DE LACOMUNIDAD DE EL MASTATE DE POÁS
25
SIMBOLOGÍA:
ESCALA LÁMINAFECHA
Diciembre 2015Indicada
DESCRIPCIÓN:
PROYECTO DE GRADUACIÓN
DISEÑO DETALLADO Y SOLUCIÓNCONSTRUCTIVA DEL ACUEDUCTO DE AGUA POTABLE DE LACOMUNIDAD DE EL MASTATE DE POÁS
35
SIMBOLOGÍA:
Tabla de bloques de anclaje para LÍNEA DE CONDUCCIÓN
Diámetro de tubería Ángulo del codo Codo horizontal
75 mm
11,2522,54590
* Se debe garantizar que el apoyo en el suelo sea mediante el área "LxB"**Se debe garantizar que el apoyo en el suelo sea mediante el área "Lxh"
Codo vertical inferior* Codo vertical superior**
B1B2B4-
B5B5B5B4
B4B6B4-
Tipo de bloque de anclaje por codo
θ
L
B
L
H
BLOQUE DE ANCLAJE EN CODO HORIZONTAL ESC: 1:10
SECCIÓN DE APOYO
SECCIÓN DE APOYO L x H
1/3
H2/
3 H
SECCIÓN
H
θ
L
H
L
B
BLOQUE DE ANCLAJE EN CODO VERTICAL INFERIOR ESC: 1:10
SECCIÓN
mín
L x B SECCIÓN DE APOYO
SECCIÓN
H
B
L
H
L
B
SECCIÓN
L x B SECCIÓN DE APOYO
SECCIÓN
H
B
θ
VARILLA NO.2
BLOQUE DE ANCLAJE EN CODO VERTICALSUPERIOR ESC: 1:10
15 c
ms
3 cms
mín
1/3
H2/
3 H
SECCIÓN
L
B
TEE HORIZONTAL ESC: 1:10
BORDE DE LA ZANJA
MAX 45 grados
H
TERRENO
TUBO
PERNO EN VARILLA no. 3
EPÓXICO
GAZA DE ACERO INOXIDABLE@ 100 cmPLETINA DE 6mm ESPESOR
15 cm
TUBO
1.00 m variable
ANCLAJE EN ESTRUCTURAS DE PUENTES ESC: 1:10
55
L
H
VARILLAS no. 4 @ 0.2 C.A.C
VARILLAS no. 4 @ 0.2 C.A.C
SECCION 5-5
PLANTA
ANCLAJE EN REDUCCIONES Y TRAMOS CON PENDIENTES ALTAS ESC: 1:10
B
a
Mat
eria
l BM
ater
ial A
0,15
Ø0,
1
RELLENO INICIAL
LÍNEA MEDIA
ACOSTILLADO
ENCAMADO
FUNDACIÓN (SI ES NECESARIA)
SEGÚN NORMA INTE 16-08-01: 2014
mínimo
mínimo
SECCIÓN TRANSVERSAL DE ZANJA ESC: 1:10
RELLENO FINAL
Material A: base granular (tmáx. 38 mm) compactado con pisón manual capas de 5 cmMaterial B: material excavado libre de piedras y objetos puntiagudos, compactado al85% Proctor Standard en capas de 30 cm máximo
0,12
ESCALONES @45cm
0,12
CONCRETO F´C: 175 kg /cm2
TUBERÍA PVC
CONCRETO F´C: 210 kg /cm2
VISTA EN PLANTA
SECCIÓN A-A (VÁLVULAS EN UNIÓN DE TUBERÍAS)
1,35
0,2
1,15
DIA
M
DIA
M+5
cm
MALLA no. 3 @ 15 cm a.d.
0,950,12 0,120,71
máx
imo
A
B
BC
SALIDA A
0,1
7.5 cm
SERVIDUMBRE
0,90
1,14
C C
0,9
0,9
0,1
TAPA
AGARRADERAS EN VARILLA no. 4
LÁMINA DE HN DE 6.35mm
LÁMINA DE HN DE 6.35mmCAJA DE REGISTRO ÚNICA (CR4: UNIÓN DE TUBERÍAS) ESC: 1:10
A
A
D
ESC: 1:10
A: TEE (150 mm)
B: ADAPTADOR MACHO (50 mm)
C: VÁLVULA DE COMPUERTA (DIÁMETRO = Ø DE TUBERÍA)
D: REDUCCIÓN EN PVC SCH40 (150x 50 mm)
ESCALA LÁMINAFECHA
Diciembre 20151:10
DESCRIPCIÓN:
PROYECTO DE GRADUACIÓN
DISEÑO DETALLADO Y SOLUCIÓNCONSTRUCTIVA DEL ACUEDUCTO DE AGUA POTABLE DE LACOMUNIDAD DE EL MASTATE DE POÁS
David Ricardo Portilla Fuentes
UNIVERSIDAD DE COSTA RICA ESCUELA DE INGENIERÍA CIVIL
45
Lámina de detalles:
- Bloques de anclaje en cambios de dirección, enreducciones de diámetro y tramos con pendientes altas
-Anclaje de tuberías en estructuras de puentes
-Sección de zanjas recomendada según norma INTECO
-Caja de registro en intersección de tuberías
0,95
0,12
0,12
0,71
0,95
0,120,12 0,71
0,15
TUBERÍA DE VENTILACIÓN PVC 1/2"(UNICAMENTE PARA VENTOSAS)
TAPAS
0,06
PARED DE LA
0,45
0,1
EPÓXICO
VARILLA no.5 @ 45cm
ESCALONESCAJA DE REGISTRO
DIMENSIÓN DE TAPA0.08no.3
no.3
aros no. 2 @ 0.2
no.3
no.3
DETALLE D
A: VÁLVULA DE COMPUERTA
B: SILLETA DE PROLIPROPILENO
C: TUBERÍA PVC (DIÁMETRO = Ø DE VENTOSA)
D: LLAVE BOLA PVC (DIÁMETRO = Ø DE VENTOSA)
E: ADAPTADOR HEMBRA PVC
F: VÁLVULA DE VENTOSA
(AUTOMÁTICA O TRIPLE EFECTO)
A: TEE (DIÁMETRO = Ø DE TUBERÍA)
B: ADAPTADOR MACHO (DIÁMETRO = Ø DE TUBERÍA)
C: VÁLVULA DE COMPUERTA (DIÁMETRO = Ø DE TUBERÍA)
D: TAPÓN HEMBRA (DIÁMETRO = Ø DE TUBERÍA)SECCIÓN A-A (VÁLVULA DE PURGA) ESC: 1:10
SECCIÓN B-B (VÁLVULA REGULADORAS DE PRECIÓN) ESC: 1:10
1,35
0,12
0,2
1,03 MALLA no. 4 @ 15cm a.d.
1,84
0,12 0,121,6
máx
imo
0,725 0,725
0,15
0,0740,168 0,1 0,126 0,3 0,19 0,3 0,074 0,1
MALLA no. 3 @ 15 cm a.d.
0,15
4 no. 3 aros no. 2@ 5 cm
0,09
LÁMINA DE HN DE 6.35mm
0,168
DETALLES B y DDETALLES B y D
A
J J J J J J J JB
C
ED
I
V R P
C
ED A
K
F
GH
4.5 cm
0,15
AGARRADERAS EN VARILLA no. 4 y CANDADO
Línea centro de la viga 5 cm
5.5
cm
0.07
5
DETALLE B
4 cm 8 cm
ANGULAR DE 50x50x5mm
TAPA DE 88 cm x 120 cm x 6.35 mm
VARILLA no. 6
PLETINA DE 5mm
3 cm
2 cm5
cm
0,12 0,121,12
0,16 0,16
DETALLE DE ANCLAJE DE VIGA CENTRAL ESC: 1:10
FIN DE VIGA4 no. 3 aros no. 2@ 5 cm
0,12
0,12
SECCIÓN B-B
CAJAS DE REGISTRO EN CONCRETO REFORZADOID Accesorio Dimensiones (LxAxH) en m
CR1
CR2
CR3
CR4
CR5
Válvula de corte
Válvula ventosa
Válvula de purga
Unión de tuberías
VRP
0,95 x 0,95 x 1,35 máx.
1,15 x 1,15 x 1,35 máx
0,95 x 0,95 x 1,35 máx.
0,95 x 0,95 x 1,35 máx.
1,85 x 1,45 x 1,35 máx
* Las dimensiones dadas son externas (las paredes son de 12 cm de espesor)* Se establece 1,35 m como profundidad máxima, en el tramo de conducción se puede utilizar una profundidad de 0,8 m.* L: largo, A: ancho, H: profunidad
Equi
po d
eC
lora
ción
Accu
-TaB
22 m
322
m3
22 m
3
22 m
3
22 m
3
10 m
3
10 m
3
22 m
3
22 m
3
22 m
3
13,2
1
16,53
3,47 3,47 3,47
1 1 1
1 1
4,04 4,04 4,03
3,69
VISTA EN PLANTA DEL SISTEMA DE ALMACENAMIENTO ESC 1:100
0,7
1,3
1,45
1,96
1,29
1,29
1,29
I: VÁLVULA REDUCTORA DE PRESIÓN
TIPO WILKINS NR3 (0 A 75 PSI)
J: ADAPTADOR MACHO DE 50mm
K: SILLETA DE PROLIPROPILENO 2" x 1" C/R
SIMBOLOGÍA SISTEMA DE ALMACENAMIENTO
Tubería en PVC SDR 32.5 (75 mm)
Tubería en PVC SDR 32.5 (150 mm)
Válvula de bola en PVC (75 mm)
Unión de reparación en PVC SDR 17 (diámetro según tubería)
Válvula de compuerta bridada (diámetro según tubería)
Strainer o filtro en bronce (diámetro según tubería)
Macromedidor bridado (diámetro según tubería)
Caja de registro en concreto reforzado (sin diseño definido)
Válvula flotante modulante
Tapón hembra roscado en PVC (150 mm)
Cruz en PVC SDR 26 (150 mm)
Reducción 150 mm x 75 mm en PVC SCH 40
Adaptador macho en PVC SCH 40 (diámetro según tubería)
Piezómetro en manguera 12 mm. Conformado por (derecha a izquierda):Adaptador macho en PVC SCH40 (75 mm), Reducción 75 mm x 12 mm enPVC SCH40; Llave de bola en PVC SCH40 (12 mm), Tee en PVCSCH40(12 mm),Unión de acople macho en 12 mm para manguera y Tapónhembra con rosca PVC SCH40 (12 mm).
TANQUE ROTOPLAS DE 22 M3
TANQUE ROTOPLAS DE 10 M3
DIMENSIONES DE TANQUES
3.00
0.46
0.46
3.52
0.20
0.20
3.00
Placa para conexiónTubería de 75 mm
VISTA EN PLANTA (SUPERIOR) VISTA FRONTAL
2.20
0.46
0.46
3.10
0.202.20
Placa para conexiónTubería de 75 mm
VISTA EN PLANTA (SUPERIOR) VISTA FRONTAL
SIMBOLOGÍA SISTEMA DE CLORACIÓN
ABCDEF
Tubería de entrada en PVC SDR 32.5 (75 mm)
Válvula de bola en PVC SCH40 (18 mm)
Estañón plástico (55 gal)
Superficie de apoyo del estañón
Tubería de salida del estañón en PVC SDR 17 (18 mm)
Unión de acople macho en PVC (diámetro según tubería)
A
C
D
B
I
J
K
G G
FG
FGH
FGFG
E
Nivel por encima dela entrada al tanque
Nivel por encima dela entrada al tanque
Se debe garantizar que elnivel de salida seasuperior al del elemento I
L
SISTEMA DECLORACIÓNESC 1:30
JK Tubería de salida del clorador hacia el tanque principal en
PVC SDR 32.5 (38 mm)
Clorador Accu-Tab MOD.3012
G Adaptador macho en PVC SCH40 (diámetro según tubería)
H Flujómetro Blue-White 1 a 7.5 LPM (12 mm)
I Válvula de compuerta en bronce (18 mm)
L Tubería de rebose en PVC SDR 32.5 (50 mm)
C: SILLETA DE PROLIPROPILENO 2" x 12" C/R
D: REDUCCIÓN BUSHING 12" x 14 " HG
E: MANÓMETRO DE GLISERINA A 200 PSI (Ø= 2,5" O SIMILAR)
F: VÁLVULA DE BOLA PVC (Ø= 25mm)
G: ADAPTADOR HEMBRA DE 25mm
H: VÁLVULA VENTOSA TRIPLE EFECTO O AUTOMÁTICA (Ø= 1")ESCALA LÁMINAFECHA
Diciembre 20151:10
DESCRIPCIÓN:
PROYECTO DE GRADUACIÓN
DISEÑO DETALLADO Y SOLUCIÓNCONSTRUCTIVA DEL ACUEDUCTO DE AGUA POTABLE DE LACOMUNIDAD DE EL MASTATE DE POÁS
David Ricardo Portilla Fuentes
UNIVERSIDAD DE COSTA RICA ESCUELA DE INGENIERÍA CIVIL
55
Lámina de detalles:
- Diferentes tipos de cajas de registro propuestas(válvulas de corte, ventosas, de purga y reductoras depresión)
-Sistema de almacenamiento
-Sistema de cloración
196
CAPÍTULO 7 ANÁLISIS DE COSTOS Y PLANIFICACIÓN CONSTRUCTIVA
En el presente capítulo se describe el proceso mediante el que se elaboró el presupuesto de
las obras de mejora propuestas para el acueducto de la comunidad de El Mastate de Poás.
Además se plantea la planificación de la construcción de las mismas mediante diferentes
etapas o fases para así amortiguar las inversiones con los ingresos que reciba la ASADA.
7.1 Generalidades de la estimación de costos
Para toda obra de construcción se deben evaluar muchos aspectos desde el punto de vista
de presupuesto para buscar que la estimación sea lo más precisa posible y se tenga una
aproximación del costo final que se tendría para el proyecto. No obstante, el costo final se
conocerá con certeza únicamente al concluir este.
Los conceptos descritos a continuación son basados en lo planteado por Fernández, 1987.
Los costos asociados a actividades constructivas en un proyecto se pueden clasificar en dos
rubros: costos directos y costos indirectos. Los costos directos son aquellos que pueden
asignarse a una actividad determinada y específica de una obra, entre ellos: materiales,
mano de obra, equipos y subcontratos. Mientras que los costos indirectos son los que no
pueden asignarse a una actividad específica, sino que son aplicados en forma indeterminada
a la obra en total.
Los costos indirectos se pueden clasificar en tres grandes grupos: de campo, de oficina
central y financieros. Los primeros hacen referencia a los que aunque no se pueden asignar
a alguna actividad en específico, pero se pueden atribuir globalmente a un proyecto en
específico. Algunos ejemplos de estos son siguientes:
Salarios de ingenieros, maestros de obra, personal de bodega, administradores de
campo, entre otros.
Honorarios: pruebas de suelos, de concreto, topografía, entre otros.
Traslados
Viáticos: vivienda y alimentación.
Depreciación
Consumos: combustible, lubricantes, agua potable, energía eléctrica.
Varios: seguro contra incendios, papelería, equipo de seguridad, entre otros.
197
Por otra parte, los costos de oficina central son los que la empresa encargada de la
construcción paga por operar. Entre estos se encuentran los montos de planos, salarios de
personal administrativo, viáticos del personal de oficina, alquileres de oficina, entre otros.
Por último, los costos financieros son aquellos que se relacionan con pago de intereses por
diferentes préstamos requeridos por la empresa para desarrollar las obras, pagos de
derechos de construcción, pérdidas por atrasos en pago de reajustes, entre muchos otros.
Como se nota, los dos últimos tipos de costos indirectos los debe prever la empresa
constructora o el contratista e introducirlo en los presupuestos de los diferentes proyectos
que desarrolle anualmente, de forma que cubra dichos montos y no le generen pérdidas.
Aparte de estos, se debe tomar en cuenta un porcentaje de imprevistos para el proyecto.
Este rubro se define para prevenir posibles aumentos en el costo debido a situaciones
impredecibles, que se escapan de la planificación establecida y que sólo se conocerán al
construir el proyecto. Algunas de las causas comunes de estas situaciones son las
condiciones climáticas, accidentes de trabajo, huelgas, errores constructivos que impliquen
demolición, entre otros.
Además de estos costos, se debe evaluar la utilidad del contratista para el proyecto que se
construye. Esta hace referencia al porcentaje sobre el costo total que cobra la empresa o
contratista por ejecutar un proyecto. Generalmente esta utilidad se adopta como un
porcentaje sea del costo final o de cada rubro de forma diferenciada. Esta asignación el
contratista la debe realizar evaluando el tipo de proyecto y el riesgo asociado a este, la
competencia, el tipo de cliente y consultor, la precisión de la estimación realizada, entre
muchos otros factores.
7.2 Costos directos del proyecto
Como se mencionó en la sección anterior, en este rubro se incluyen costos como los
materiales, mano de obra, equipos y subcontratos, todos ellos relacionados directamente
con actividades del proyecto.
Para efectos de este proyecto, estos se evaluaron de forma detallada y precisa para obtener
una aproximación cercana del costo total de las obras.
198
7.2.1 Materiales
Para esta sección se partió del dimensionamiento y diseño hidráulico de cada uno de los
componentes del acueducto. Con base en estos inicialmente se realizó un levantamiento por
unidad de cada uno de los materiales y accesorios que se requieren para la construcción de
las obras.
El levantamiento de las cantidades se realizó tanto para los componentes hidráulicos
propuestos para el sistema como lo son: tuberías, codos, válvulas, adaptadores, uniones,
silletas, tanques, entre otros; como para los componentes en concreto y hierro negro que
se plantean como lo son: cajas de registro y bloques de anclaje.
En algunos casos, debido a que la zona del acueducto se encuentra alejada de centros
urbanos, se tuvo que incluir el transporte al lugar del proyecto, lo cual se consideró como
parte del costo de los diferentes materiales.
Posteriormente al levantamiento se cotizó los diferentes materiales en diferentes empresas
y ferreterías proveedoras. Para los componentes hidráulicos se valoró proveedores
especializados en estos sistemas de forma que se garantice la calidad de los mismos y
asesoría en el momento de la construcción. Por otra parte, los materiales como la base
granular para los rellenos de las zanjas, el cemento, piedra, varillas, madera y demás
materiales requeridos para la construcción de obras en concreto se cotizaron en la ferretería
y el tajo más cercano a la zona del proyecto con el fin de reducir los costos de transporte.
7.2.2 Mano de obra
Para el presente proyecto se plantea que la construcción de las diferentes obras mediante
cuadrillas de operarios, ayudantes y peones.
Según Villegas, 2012, un operario es el obrero con más experiencia y aptitudes después del
maestro de obras y en general suele especializarse en una actividad particular, entre ellos:
carpinteros, albañiles, armadores, electricistas y fontaneros. Por otra parte, un ayudante se
considera a aquel trabajador que por su experiencia adquiere el carácter de aprendiz de
operario, esto ya que asiste en sus labores, suministra materiales y herramientas. En
ocasiones, es normal que el ayudante realice las labores del operario siempre y cuando
cuente con supervisión. Por último, el peón es aquel trabajador que no requiere de ningún
199
tipo de experiencia debido a que las funciones que se le encargan tienen que ver con
acarreos, preparación de mezclas, zanjeos, movilización de equipos, entre otras.
Las horas de trabajo por tipo de obrero dependen de las actividades que se realicen y el
cuidado de cada una de ellas. Estas duraciones se denominan rendimientos de mano de
obra y se describirán más adelante. Para efectos de presupuesto y planificación de las obras,
se propuso un horario laboral de 48 horas semanales.
Los salarios que se pagarían a cada uno de estos obreros se definieron con base en los
salarios mínimos establecidos en Costa Rica para el segundo semestre del año 2015.
Además de los salarios, se debe tomar en cuenta las cargas sociales. Estas se consideran
como un porcentaje del salario pagado. Para efectos de este proyecto se utilizó lo
establecido en la legislación vigente, sin tomar en cuenta los porcentajes de preaviso y
cesantía ya que se considera que los trabajadores serán contratados únicamente para el
tiempo del proyecto. El porcentaje se definió como 43,38%.
7.2.3 Equipos y subcontratos
Para las obras de construcción generalmente se utilizan diferentes equipos o maquinaria
para facilitar las labores y reducir las duraciones de las actividades. En este caso, se plantea
el uso de equipos de excavación (Miniexcavador) para el zanjeo de la tubería de la red de
distribución, se propone el uso de un compactador (sapito brincón) para compactar los
diferentes rellenos que se requieren y también se propone el alquiler de una mezcladora de
concreto. Por otra parte se plantean varios subcontratos, entre ellos el trazado de las rutas
de las tuberías por parte de un topógrafo y su personal de apoyo, la exportación de material
excavado que no se vaya a utilizar como relleno de las zanjas, la demolición y reposición de
la carpeta asfáltica en los lugares donde se requiera trazar la zanja a través de carretera, la
instalación del sistema de cloración.
7.3 Costos indirectos
En este rubro se considera la instalación de una bodega con el fin de almacenar los
diferentes materiales y así aislarlos de humedad, calor y demás factores ambientales,
mientras se construyen las obras. También se incluyen los costos de seguridad en la bodega
y los salarios de maestro de obras e ingeniero. Todos estos dependen de la duración de las
200
obras. En el caso del maestro de obras se contrataría permanentemente, durante la totalidad
de duración de las obras, mientras que el ingeniero por medio tiempo.
Viáticos
Debido a que la zona del proyecto es alejada de centros urbanos, se debe evaluar el pago
de viáticos a cada uno de los trabajadores ya que si no se logra conseguir apoyo de la
comunidad y por tanto se debe buscar trabajadores en otras zonas, se les deberá garantizar
el monto de viáticos para que se pueda costear los desplazamientos de ellos a la zona del
acueducto. En el estudio de León en 1981 se estimó un porcentaje promedio para los
proyectos que el Programa de Ayuda Comunal de AyA favorecía en acueductos rurales.
Como resultado de la investigación se obtuvo un porcentaje de 9,38% sobre la mano de
obra para este rubro, el cual se adoptó para el presupuesto del presente proyecto.
Herramientas
Este rubro se consideró conservadoramente como 2% del total de materiales.
Utilidad del contratista
Para efectos de este proyecto se supone un porcentaje de 15% de utilidad. Para definir
esto se decidió utilizar los porcentajes que establece el AyA para los proyectos similares que
desarrolla la Institución.
Administración e imprevistos
De manera similar a la utilidad del contratista, se definió el porcentaje de administración e
imprevistos como un 10% tal como lo establece el AyA en sus proyectos.
7.4 Rendimientos de mano de obra
Un rubro significativo de la estimación de los costos de un proyecto lo representa la mano
de obra. Esta implica un porcentaje importante del costo final y también define la duración
del proyecto. Para lograr una estimación precisa de estos dos aspectos es necesario utilizar
rendimientos que pueden ser teóricos (literatura) o experimentales (medidos en campo).
Para efectos de este proyecto se realizó una investigación amplia en diferentes fuentes. Se
tomó como referencia rendimientos tanto teóricos como experimentales. A pesar que
algunas referencias bibliográficas se pueden considerar como antiguas debido al contexto
temporal del presente proyecto, estas fueron basadas en estudios de medición de mano de
201
obra en campo donde se utilizaron prácticas similares a las que se desarrollarían en la
construcción de las obras que se plantea, por lo que se consideran aceptables para las
estimaciones.
A continuación se mencionan las diferentes fuentes utilizadas.
1. Villegas, 2012: Trabajo final de graduación de Ingeniería Civil de la Universidad de Costa
Rica en donde se realizó mediciones en campo de los tiempos de las actividades
constructivas para un proyecto de residencia, utilizando concreto colado en sitio.
2. Calvo, 2007: Trabajo final de graduación de Ingeniería en Construcción del Instituto
Tecnológico de Costa Rica en donde se realizó un estudio similar al de Villegas y se
obtuvo diferentes rendimientos por hora hombre.
3. Paniagua & Fallas, 2005: Manual de rendimientos obtenido por los autores para
proyectos de habitación similares a los estudiados por Villegas y Calvo.
4. Elizondo, 2012: Trabajo final de graduación de Ingeniería Civil de la Universidad de
Costa Rica en donde se desarrolló un programa para el cálculo de presupuestos, aplicado
a proyectos urbanísticos. En este trabajo no consistió en la obtención de rendimientos
de mano de obra, sino que implementó algunos en el programa que desarrolló. Estos
rendimientos los tomó de otra tesis, de Ernesto Hayn Reyes denominada “Rendimientos
de Mano de obra en obras de urbanización” de 1982.
5. Salas & Villalobos, 1987: Estudio de rendimientos de maquinaria utilizada en proyectos
de construcción urbanísticos. El autor partió de entrevistas y estudio en campo en
diferentes constructoras para determinar los rendimientos de maquinaria de excavación
y exportación de materiales excavados. Como resultado del estudio se propone varios
rendimientos de maquinaria en función de la potencia y características comunes
encontradas en la maquinaria utilizada por las diferentes constructoras.
6. Richardson Engineering Services, Inc, 1979: Son tres volúmenes de manual de
estimación de costos de infraestructura, urbanístico, mecánico, eléctrico, entre otros. En
este se propone una metodología rápida de cálculo utilizando costos y rendimientos
propuestos en cada uno de los volúmenes.
7. Bravo, 1969: manual de rendimientos de mano de obra para construcción de residencias.
Se explica detalladamente las subactividades que comprende cada actividad de la
construcción y los materiales y mano de obra requerida para llevar a cabo cada una de
ellas.
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8. Caterpillar, 2010: manual de rendimiento de toda la maquinaria que ofrece Caterpillar
para construcción. Se describe detalladamente las características de cada máquina junto
con el rendimiento estimado.
Como se puede observar, la mayoría de las fuentes evalúan la construcción de proyectos de
residencia o urbanísticos. Estos se tomaron como referencia para los rendimientos de obras
en concreto y excavación y compactación de rellenos. Por otra parte, para las instalaciones
de mecánicas de tuberías, válvulas y demás accesorios hidráulicos se tomó rendimientos del
manual de Richardson el cual es muy completo en este sentido. Por último para los
rendimientos de maquinaria se basó la estimación en los rendimientos del manual Caterpillar
y el trabajo desarrollado por Salas y Villalobos.
7.5 Comparación de costos de diferentes alternativas para el sistema
En esta sección se comparan las alternativas planteadas anteriormente como solución para
la red de distribución de acuerdo con lo propuesto por la Unidad de Ingeniería de Bomberos
y por otro lado la evaluación del sistema de almacenamiento.
7.5.1 Opciones propuestas por el Cuerpo de Bomberos
Como se mencionó en la Sección 6.2.5, el Cuerpo de Bomberos propuso dos opciones para
cumplir con lo requerido por dicha institución en caso de incendio en la zona del acueducto.
Además de esto, se mostró en el análisis de sensibilidad que las dimensiones de las tuberías
de la red de distribución, en caso de colocar hidrantes en el sistema, son considerablemente
mayores a las que dieron únicamente como resultado de la demanda de la población. En
esta sección se busca mostrar estos cambios en términos monetarios.
Con el fin de no complicar la comparación de costos, únicamente se evaluaron los costos de
tubería que se tendría en la red de distribución. Los costos de excavación, relleno, mano de
obra de instalación y demás rubros se pueden considerar proporcionales al diámetro de la
tubería y por tanto se dejan por fuera. En el Cuadro 7-1 se muestra la comparación de
costos de las dos opciones (1: con hidrantes, 2: sin hidrantes).
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Cuadro 7-1. Comparación de costos de opciones propuestas por el Cuerpo de