Ingenieria Sanitaria

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20/10/200620/10/2006 David E. Matamoros C., M.Sc., Ph.D.David E. Matamoros C., M.Sc., Ph.D. 11

Curso deCurso de

Ingeniería Sanitaria Ingeniería Sanitaria

II

David E. Matamoros C.David E. Matamoros C.David E. Matamoros C.David E. Matamoros C.

Ingeniero Civil GeotécnicoIngeniero Civil GeotécnicoIngeniero Civil GeotécnicoIngeniero Civil Geotécnico

M. M. M. M. ScScScSc. Ingeniería Ambiental. Ingeniería Ambiental. Ingeniería Ambiental. Ingeniería Ambiental

PhPhPhPh. D. . D. . D. . D. ModelajeModelajeModelajeModelaje AmbientalAmbientalAmbientalAmbiental

e-mail: [email protected]

Oficina: 226 -9468

Celular: 097526112

Casa: 221-2896

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Política del CursoPolítica del CursoPrerequesitos: mecánica de fluidos e hidráulica

Campo de aplicación del curso

Exámenes basados en apuntes de clases y bibliografía relacionada. SIDWEB

Trabajos y participación activa de estudiantes

Primer Examen (Dic 5), Segundo Examen (Feb 6) y Examen de Mejoramiento (Mar 1)

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BibliografíaBibliografía• ELEMENTOS DE DISEÑO PARA ACUEDUCTOS Y ALCANTARILLADOS. Ricardo Alfredo López Cualla. 2a Edición. Editorial Escuela Colombiana de Ingeniería, 2004. ISBN 958-8060-36-2

• HIDRÁULICA DE TUBERÍAS. Juan G. SaldarriagaV. McGraw-Hill Interamericana S.A., Colombia, 1998. ISBN 958-600-831-2

• WATER SUPPLY AND POLLUTION CONTROL. W. Viessman Jr. & M.J. Hammer. 5a Edición. Harper Collins Publishers, 1993. ISBN 0-06-500058-7

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BibliografíaBibliografía• HYDROLOGY NATIONAL ENGINEERING HANDBOOK U.S. Department of Agriculture andNational Resource Conservation Service, 1997

• INGENIERÍA DE AGUAS RESIDUALES: REDES DE ALCANTARILLADO Y BOMBEO. Metcalf & Eddy Inc. 2a Edición. McGraw Hill, 1995. ISBN 84-481-1550-3

• MODERN SEWER DESIGN. 2a Edición. AmericanIron and Steel Institute (AISI), 1990

• Normas del IEOS / 93

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Contenido del CursoContenido del Curso

Distribución: 26 días de clase (52 horas)Distribución: 26 días de clase (52 horas)

I.I. Introducción a la Ingeniería Sanitaria (Oct 17, Introducción a la Ingeniería Sanitaria (Oct 17, 19 y 24)19 y 24)

II.II. Sistemas de Distribución de Agua Potable (Oct Sistemas de Distribución de Agua Potable (Oct 26 y 31; Nov 7, 8, 14, 16, 21, 23, 28 y 20)26 y 31; Nov 7, 8, 14, 16, 21, 23, 28 y 20)

III.III. Sistemas de Alcantarillado Sanitario (Dic 12, Sistemas de Alcantarillado Sanitario (Dic 12, 14, 19 y 21; Ene 4)14, 19 y 21; Ene 4)

IV.IV. Sistemas de Alcantarillado Pluvial (Ene 9, 11, Sistemas de Alcantarillado Pluvial (Ene 9, 11, 16, 18, 23, 25 y 30; Feb 1)16, 18, 23, 25 y 30; Feb 1)

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Capítulo I.Capítulo I.Introducción a la Introducción a la Ingeniería SanitariaIngeniería Sanitaria

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Conceptos BásicosConceptos Básicos

Ingeniería Sanitaria:Ingeniería Sanitaria: rama de la rama de la ingeniería que se dedica a solucionar ingeniería que se dedica a solucionar problemas relacionados que afectan al problemas relacionados que afectan al medio ambiente:medio ambiente:

–– Provisión de agua potableProvisión de agua potable

–– Tratamiento y conducción de aguas Tratamiento y conducción de aguas residualesresiduales

–– Manejo de desechos sólidosManejo de desechos sólidos

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Componentes del Medio Componentes del Medio Ambiente y sus ProblemasAmbiente y sus Problemas

AMBIENTEAMBIENTE

AguaAgua

(contaminación por aguas residuales, (contaminación por aguas residuales,

derrames de sustancias tóxicas)derrames de sustancias tóxicas)

Suelo

(desechos sólidos, derrames de

sustancias tóxicas, erosión) Aire

(Contaminación atmosférica, ruido,

lluvia ácida)

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Desafíos de la Ingeniería Desafíos de la Ingeniería Sanitaria en aspectos hídricosSanitaria en aspectos hídricos

�� Objetivo 7 del Milenio para el Desarrollo (Objetivo 7 del Milenio para el Desarrollo (Millennium Millennium Development GoalDevelopment Goal –– ONU) ONU) –– Meta 10:Meta 10: Para el año 2015, el Para el año 2015, el déficit de acceso agua segura y saneamiento básico será déficit de acceso agua segura y saneamiento básico será reducido a la mitad en el mundo.reducido a la mitad en el mundo.

1%1%

98%

Mares yOcéanos

Ríos y Lagos

Aguacongelada

�� Menos del 2% del agua del Menos del 2% del agua del planeta es “dulce” y planeta es “dulce” y económicamente económicamente susceptible a potabilizaciónsusceptible a potabilización

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Objetivos de Desarrollo del Objetivos de Desarrollo del Objetivos de Desarrollo del MilenioMilenioMilenio

�� Resolución adoptada por la Asamblea Resolución adoptada por la Asamblea General de las Naciones UnidasGeneral de las Naciones Unidas

�� 8 Septiembre 20008 Septiembre 2000

–– www.un.org/millenniumgoals/background.htmlwww.un.org/millenniumgoals/background.html

–– www.un.org.ecwww.un.org.ec//odmodm//

�� 8 grandes objetivos con metas “8 grandes objetivos con metas “viablesviables” en ” en plazos definidos (2015)plazos definidos (2015)

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1)1) Erradicar la extrema pobreza y el hambreErradicar la extrema pobreza y el hambre

2)2) Alcanzar la educación primaria universalAlcanzar la educación primaria universal

3)3) Promover la igualdad de géneroPromover la igualdad de género

4)4) Reducir la mortalidad infantilReducir la mortalidad infantil

5)5) Mejorar la salud maternalMejorar la salud maternal

6)6) Combatir el SIDA/HIV, malaria y otras Combatir el SIDA/HIV, malaria y otras enfermedadesenfermedades

7)7) Asegurar la Asegurar la sustentabilidadsustentabilidad ambientalambiental

8)8) Desarrollar un consorcio global para el desarrolloDesarrollar un consorcio global para el desarrollo

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�� 2006: Programa PRAGUAS (MIDUVI 2006: Programa PRAGUAS (MIDUVI –– Banco Banco Mundial) Mundial) �� Documento en SIDWEBDocumento en SIDWEB–– Mejorar el servicio de saneamiento ambiental en Mejorar el servicio de saneamiento ambiental en poblaciones pequeñas del Ecuador en próximos 10 poblaciones pequeñas del Ecuador en próximos 10 años.años.

�� Asociación Ecuatoriana de Ingeniería Sanitaria Asociación Ecuatoriana de Ingeniería Sanitaria y Ambiental (AEISA)y Ambiental (AEISA)

�� ESPOL ESPOL �� Oficina de Desarrollo del MilenioOficina de Desarrollo del Milenio

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�� Al 2004, nacen 215000 personas por díaAl 2004, nacen 215000 personas por día

–– 1100 millones no tienen agua potable y 1100 millones no tienen agua potable y 2400 millones no tienen saneamiento 2400 millones no tienen saneamiento ambiental básico.ambiental básico.

Banco Mundial, 2004

Requerimientos de Agua en el mundoRequerimientos de Agua en el mundo

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FORO DE DISCUSIÓN SIDWEBFORO DE DISCUSIÓN SIDWEB¿QUÉ OPINA SOBRE LOS ¿QUÉ OPINA SOBRE LOS OBJETIVOS DE OBJETIVOS DE DESARROLLO DEL MILENIODESARROLLO DEL MILENIO? COMENTAR !? COMENTAR !

Fuentes de consulta:Fuentes de consulta:–– Naciones UnidasNaciones Unidas–– Banco Mundial, Banco Mundial, etcetc

TIP:TIP: Buscar en Buscar en YahooYahoo, , GoogleGoogle ya sea en español o en ya sea en español o en inglés “MILLENIUM DEVELOPMENT GOALS”inglés “MILLENIUM DEVELOPMENT GOALS”

CALIFICACIÓN FUNCIÓN DE PARTICIPACIÓN (sólo CALIFICACIÓN FUNCIÓN DE PARTICIPACIÓN (sólo a través de SIDWEB)a través de SIDWEB)

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Consideraciones básicas para Consideraciones básicas para el diseño de redes de aguael diseño de redes de agua

Período de diseñoPeríodo de diseño

Población de diseñoPoblación de diseño

Consumo unitario de aguaConsumo unitario de agua

Área de servicioÁrea de servicio

TopografíaTopografía

Geología Geología –– geotecniageotecnia

Meteorología (clima)Meteorología (clima)

Calidad del aguaCalidad del agua

Hidrología del cuerpo captación/receptorHidrología del cuerpo captación/receptor

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Período de DiseñoPeríodo de DiseñoLapso durante el cual una obra o estructura puede Lapso durante el cual una obra o estructura puede funcionar sin necesidad de ampliaciones funcionar sin necesidad de ampliaciones (vida útil)(vida útil)

Obras de fácil ampliación Obras de fácil ampliación ⇒⇒⇒⇒⇒⇒⇒⇒ perperííodo cortoodo corto

20 a 2520 a 25Redes de asbesto cemento o PVCRedes de asbesto cemento o PVC

40 a 5040 a 50Redes de hierro dúctilRedes de hierro dúctil

30 a 4030 a 40Tanques de almacenamientoTanques de almacenamiento

30 a 4030 a 40Plantas de tratamientoPlantas de tratamiento

20 a 3020 a 30Conducciones de asbesto cemento o PVCConducciones de asbesto cemento o PVC

40 a 5040 a 50Conducciones de hierro dúctilConducciones de hierro dúctil

10 a 2510 a 25PozosPozos

25 a 5025 a 50Obras de captaciónObras de captación

50 a 10050 a 100Diques grandes y túnelesDiques grandes y túneles

VIDA ÚTIL (años)VIDA ÚTIL (años)COMPONENTECOMPONENTE

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Población de diseñoPoblación de diseñoINEC organismo oficial de datos poblacionales INEC organismo oficial de datos poblacionales (censos y proyecciones poblacionales)(censos y proyecciones poblacionales)

Fuentes de información:Fuentes de información:�� Datos censalesDatos censales

�� Datos suministrados por urbanizadorDatos suministrados por urbanizador

�� Estimaciones a partir de encuestasEstimaciones a partir de encuestas

Métodos de proyección poblacionalMétodos de proyección poblacional�� Gráficos (aritmético, geométrico y de comparación)Gráficos (aritmético, geométrico y de comparación)

�� Matemáticos (aritmético, geométrico, logístico y de Matemáticos (aritmético, geométrico, logístico y de componentes)componentes)

SubSub-- y sobrey sobre--estimacionesestimaciones

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Métodos gráficosMétodos gráficosMétodo aritméticoMétodo aritmético

P

T

P

T

Método geométricoMétodo geométrico

P

T

Método de comparaciónMétodo de comparación

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Métodos matemáticosMétodos matemáticosMétodo Método

aritméticoaritmético útilvidainicialdiseñoTCPPC

dt

dP+=⇒=

Método Método geométricogeométrico

útilvidaTC

inicialdiseñoePPPC

dt

dP=⇒=

Método logísticoMétodo logístico

( )( ) 2101201

01

10

2120

2021210

0

0

;;ln1

)(2;

1

PPPTTTTnPPP

PPP

nb

PPP

PPPPPPP

eP

PP

PP

límite

límite

límiteTblímite

límite

diseñoútilvida

>>−=−=

−−

=

−+−

=−

+=

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¿CUÁL SERÍA LA POBLACIÓN DE ¿CUÁL SERÍA LA POBLACIÓN DE GUAYAQUIL EN EL AÑO 2015?GUAYAQUIL EN EL AÑO 2015?

¿Cómo incide el Método de ¿Cómo incide el Método de Proyección en la estimación?Proyección en la estimación?

Crónicas Crónicas

antiguasantiguas

15000015000019101910

4914491417641764

3000300017411741

2000200017091709

6000600016811681

60060016511651

2000200016201620

32032015741574

Datos INECDatos INEC

1985379198537920012001

1508444150844419901990

1199344119934419821982

82321982321919741974

51080451080419621962

25896625896619501950

0

200000

400000

600000

800000

1000000

1200000

1400000

1600000

1800000

2000000

1550 1600 1650 1700 1750 1800 1850 1900 1950 2000 2050Año

Población (habitantes)

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Consumo unitario de aguaConsumo unitario de aguaIndicador diario de demanda de agua en Indicador diario de demanda de agua en la población (litros por persona por día)la población (litros por persona por día)

Depende de:Depende de:�� Nivel socioNivel socio--económico de la poblacióneconómico de la población

�� Tipo de servicioTipo de servicio

�� Temporada del añoTemporada del año

�� Localización geográficaLocalización geográfica

Más de 100Más de 100RedRed

30 a 5030 a 50PiletasPiletas

Menos de 30Menos de 30TanqueroTanquero

Consumo unitario Consumo unitario (l/(l/hab.díahab.día))

Suministro Suministro de aguade agua

Más de 230Más de 230CálidoCálidoMás de 220Más de 220TempladoTemplado

200 200 –– 230230CálidoCálido190 190 –– 220220TempladoTemplado

130 130 ––160160TempladoTemplado170 170 –– 200200CálidoCálido

Más de 200Más de 200

180 180 –– 200200

120 120 –– 150150

Consumo Consumo unitario unitario

(l/(l/hab.díahab.día))

FríoFríoMás de Más de 5000050000

FríoFrío5000 a 5000 a 5000050000

FríoFríoMenos de Menos de

50005000

ClimaClimaPoblaciónPoblación

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Área de ServicioÁrea de Servicio

Área de servicio Área de servicio ⇒⇒ Densidad poblacional Densidad poblacional (número de habitantes por unidad de (número de habitantes por unidad de superficie)superficie)

Indicador dinámico (depende del uso de Indicador dinámico (depende del uso de suelo y temporalidad)suelo y temporalidad)

Influencia de zonas de expansiónInfluencia de zonas de expansión

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TopografíaTopografíaPlanimetría (localización exacta de calles, Planimetría (localización exacta de calles, carreteras, quebradas, incluyendo zonas de carreteras, quebradas, incluyendo zonas de desarrollo futuro)desarrollo futuro)

Altimetría (cotas en cada intersección de calles)Altimetría (cotas en cada intersección de calles)

Referencia a hitos del IGM (colocación de un Referencia a hitos del IGM (colocación de un hito propio cada 5 Ha; al menos 3)hito propio cada 5 Ha; al menos 3)

5.00 m5.00 mMás de 20%Más de 20%

2.00 m2.00 m5% 5% -- 10%10%

1.00 m1.00 m2% 2% -- 5%5%

2.50 m2.50 m10% 10% -- 20%20%

0.50 m0.50 mMenos de 2%Menos de 2%

Curvas de Curvas de nivel cadanivel cada

Pendiente Media Pendiente Media del Terrenodel Terreno

10 m10 mMás de 40%Más de 40%

20 m20 m15% 15% -- 20%20%

25 m25 m5% 5% -- 15%15%

15 m15 m20% 20% -- 40%40%

30 m30 mMenos de 5%Menos de 5%

Ancho de franja Ancho de franja de exploraciónde exploración

Pendiente Transversal al Pendiente Transversal al emisario o conducciónemisario o conducción

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Geología Geología -- GeotecniaGeotecnia

Exploración de suelos del área de estudio Exploración de suelos del área de estudio (calicatas, sondeos)(calicatas, sondeos)Determinación de propiedades geomecánicas:Determinación de propiedades geomecánicas:�� PermeabilidadPermeabilidad�� AgresividadAgresividad�� Expansión / consolidaciónExpansión / consolidación

Localización del nivel freático / Hidrogeología Localización del nivel freático / Hidrogeología (capacidad de acuíferos)(capacidad de acuíferos)Áreas de préstamoÁreas de préstamoEstabilidad de taludes de zanjasEstabilidad de taludes de zanjas

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Geología Geología -- GeotecniaGeotecnia

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ClimaClimaInformación climática Información climática ⇒⇒ disediseñño del sistema de o del sistema de alcantarillado pluvialalcantarillado pluvial

Datos oficiales del INAMHI:Datos oficiales del INAMHI:�� Precipitación total mensual (dato usual)Precipitación total mensual (dato usual)

�� Precipitación máxima 24 horas (dato usual)Precipitación máxima 24 horas (dato usual)

�� Días de lluvias (dato inusual)Días de lluvias (dato inusual)

�� Precipitación diaria (dato inusual Precipitación diaria (dato inusual –– generación a generación a través de modelos)través de modelos)

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ClimaClima

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ClimaClima

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Calidad del AguaCalidad del AguaLey Unificada de Gestión Ambiental (2001):Ley Unificada de Gestión Ambiental (2001):�� Límites permisibles de descarga de aguas Límites permisibles de descarga de aguas residuales tratadas a cuerpos receptoresresiduales tratadas a cuerpos receptores

�� Límites máximos permisible de concentración de Límites máximos permisible de concentración de sustancias químicas y organismos biológicos para sustancias químicas y organismos biológicos para el agua apta para el consumo humanoel agua apta para el consumo humano

Normas de IEOS, INEMNormas de IEOS, INEM

Ordenanzas municipalesOrdenanzas municipales

Criterios internacionalesCriterios internacionales

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