1
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
2
20/10/200620/10/2006 David E. Matamoros C., M.Sc., Ph.D.David E. Matamoros C., M.Sc., Ph.D. 22
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
4
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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)
6
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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
10
20/10/200620/10/2006 David E. Matamoros C., M.Sc., Ph.D.David E. Matamoros C., M.Sc., Ph.D. 1010
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)
11
20/10/200620/10/2006 David E. Matamoros C., M.Sc., Ph.D.David E. Matamoros C., M.Sc., Ph.D. 1111
Objetivos de Desarrollo del Objetivos de Desarrollo del Objetivos de Desarrollo del MilenioMilenioMilenio
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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20/10/200620/10/2006 David E. Matamoros C., M.Sc., Ph.D.David E. Matamoros C., M.Sc., Ph.D. 1212
Objetivos de Desarrollo del Objetivos de Desarrollo del Objetivos de Desarrollo del MilenioMilenioMilenio
�� 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
13
20/10/200620/10/2006 David E. Matamoros C., M.Sc., Ph.D.David E. Matamoros C., M.Sc., Ph.D. 1313
�� 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
14
20/10/200620/10/2006 David E. Matamoros C., M.Sc., Ph.D.David E. Matamoros C., M.Sc., Ph.D. 1414
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
16
20/10/200620/10/2006 David E. Matamoros C., M.Sc., Ph.D.David E. Matamoros C., M.Sc., Ph.D. 1616
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
17
20/10/200620/10/2006 David E. Matamoros C., M.Sc., Ph.D.David E. Matamoros C., M.Sc., Ph.D. 1717
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
18
20/10/200620/10/2006 David E. Matamoros C., M.Sc., Ph.D.David E. Matamoros C., M.Sc., Ph.D. 1818
Métodos gráficosMétodos gráficosMétodo aritméticoMétodo aritmético
P
T
P
T
Método geométricoMétodo geométrico
P
T
Método de comparaciónMétodo de comparación
19
20/10/200620/10/2006 David E. Matamoros C., M.Sc., Ph.D.David E. Matamoros C., M.Sc., Ph.D. 1919
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
>>−=−=
−−
=
−+−
=−
+=
20
20/10/200620/10/2006 David E. Matamoros C., M.Sc., Ph.D.David E. Matamoros C., M.Sc., Ph.D. 2020
¿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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20/10/200620/10/2006 David E. Matamoros C., M.Sc., Ph.D.David E. Matamoros C., M.Sc., Ph.D. 2121
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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20/10/200620/10/2006 David E. Matamoros C., M.Sc., Ph.D.David E. Matamoros C., M.Sc., Ph.D. 2222
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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20/10/200620/10/2006 David E. Matamoros C., M.Sc., Ph.D.David E. Matamoros C., M.Sc., Ph.D. 2323
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
24
20/10/200620/10/2006 David E. Matamoros C., M.Sc., Ph.D.David E. Matamoros C., M.Sc., Ph.D. 2424
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
25
20/10/200620/10/2006 David E. Matamoros C., M.Sc., Ph.D.David E. Matamoros C., M.Sc., Ph.D. 2525
Geología Geología -- GeotecniaGeotecnia
26
20/10/200620/10/2006 David E. Matamoros C., M.Sc., Ph.D.David E. Matamoros C., M.Sc., Ph.D. 2626
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)
27
20/10/200620/10/2006 David E. Matamoros C., M.Sc., Ph.D.David E. Matamoros C., M.Sc., Ph.D. 2727
ClimaClima
28
20/10/200620/10/2006 David E. Matamoros C., M.Sc., Ph.D.David E. Matamoros C., M.Sc., Ph.D. 2828
ClimaClima
29
20/10/200620/10/2006 David E. Matamoros C., M.Sc., Ph.D.David E. Matamoros C., M.Sc., Ph.D. 2929
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