UNIVERSIDAD TÉCNICA PARTICULAR DE LOJA La Universidad Católica de Loja ÁREA TÉCNICA TITULACIÓN DE INGENIERO CIVIL “Estudio y diseño del sistema de agua potable y unidades básicas sanitarias para el barrio Cascajo-Higuerón de la parroquia Nambacola, cantón Gonzanamá” TRABAJO DE FIN DE TITULACIÓN AUTOR: Vicente Silva, Ángel Daniel DIRECTOR: Carrión Coronel, Eduardo Fernando, MSc. LOJA – ECUADOR 2014 APROBACIÓN DEL DIRECTOR DE TRABAJO DE FIN DE TITULACIÓN MSc. Eduardo Fernando Carrión Coronel DIRECTOR DEL TRABAJO DE FIN DE TITULACIÓN De mi consideración: El presente trabajo de fin de titulación: “Estudio y diseño del sistema de agua potable y unidades básicas sanitarias para el barrio Cascajo-Higuerón de la parroquia Nambacola, cantón Gonzanamá” realizado por Vicente Silva Ángel Daniel, ha sido orientado y revisado durante su ejecución, por lo que se aprueba la presentación del mismo. Loja, Septiembre del 2014. f:___________________________________ MSc. Eduardo Fernando Carrión Coronel DIRECTOR DEL TRABAJO DE FIN DE TITULACIÓN ii DECLARACIÓN DE AUTORÍA Y CESIÓN DE DERECHOS Yo, Vicente Silva Ángel Daniel declaro ser autor del presente trabajo de fin de titulación: “Estudio y diseño del sistema de agua potable y unidades básicas sanitarias para el barrio Cascajo-Higuerón de la parroquia Nambacola, cantón Gonzanamá”, de la Titulación de Ingeniería Civil, siendo Eduardo Fernando Carrión Coronel director del presente trabajo; y eximo expresamente a la Universidad Técnica Particular de Loja y a sus representantes legales de posibles reclamos o acciones legales. Además certifico que las ideas, conceptos, procedimientos y resultados vertidos en el presente trabajo investigativo, son de mi exclusiva responsabilidad. Adicionalmente declaro conocer y aceptar la disposición del Art. 67 del Estatuto Orgánico de la Universidad Técnica Particular de Loja que en su parte pertinente dice: “Forman parte del patrimonio de la Universidad la propiedad intelectual de investigaciones, trabajos científicos o técnicos y tesis de grado que se realicen a través, o con apoyo financiero, académico o institucional (operativo) de la Universidad”. f:________________________________ Vicente Silva Ángel Daniel. CI: 1104333131 iii DEDICATORIA Con todo mi aprecio y cariño dedico este trabajo: A Dios, por ser mi fortaleza y darme la oportunidad de haber superado los obstáculos y dificultades para culminar este logro exitosamente. A mis padres, Ángel y Raquel, quienes me guiaron en este transcurso de mi vida, con sus sabios consejos, siendo el sostén incondicional me dieron las bases y motivos para seguir adelante. A mis hermanos, Krupskaya y Carlos, que me brindaron su total apoyo para seguir adelante. A todos mis familiares, amigos y amigas, que son parte fundamental de este triunfo y que estuvieron prestos a brindar su ayuda cuando se los requería. Ángel Daniel iv AGRADECIMIENTO Deseo expresar mi sincero agradecimiento y reconocimiento por el apoyo brindado a: A la Universidad Técnica Particular de Loja, Titulación de Ingeniería Civil, a sus dignas autoridades administrativas y académicas, quienes han hecho posible mi formación integral y crecimiento como persona. Al MSc. Eduardo Carrión Coronel, por sus valiosos consejos y orientaciones, que permitieron la adecuada consecución de esta investigación Al Gobierno Autónomo Descentralizado Municipal del cantón Gonzanamá, por darme la oportunidad de desarrollar mí trabajo de fin de carrera. A mis familiares y amigos por su apoyo y múltiples ayudas que recibí durante la culminación de este trabajo. Ángel Daniel v ÍNDICE DE CONTENIDOS CARATULA i APROBACIÓN DEL DIRECTOR DEL TRABAJO DE FIN DE TITULACIÓN ii DECLARACIÓN DE AUTORIA Y CESIÓN DE DERECHOS iii DEDICATORIA iv AGRADECIMIENTO v ÍNDICE DE CONTENIDOS vi RESUMEN .................................................................................................................... 1 ABSTRACT ................................................................................................................... 2 INTRODUCCIÓN .......................................................................................................... 3 CAPITULO 1 ................................................................................................................. 5 1. ESTUDIOS PRELIMINARES. .............................................................................. 6 1.1. Información general ............................................................................................ 6 1.1.1. Organización solicitante ...................................................................................... 6 1.1.2. Proyecto .............................................................................................................. 6 1.1.3. Justificación del proyecto .................................................................................... 6 1.2. Objetivos ............................................................................................................. 6 1.2.1. General ............................................................................................................... 6 1.2.2. Específicos .......................................................................................................... 7 1.3. Ubicación geográfica y política del proyecto ........................................................ 7 1.3.1. Límites ................................................................................................................ 9 1.4. Información hídrica .............................................................................................. 9 1.5. Clima y temperatura ...........................................................................................10 1.6. Topografía ..........................................................................................................10 1.7. Geología ............................................................................................................11 1.8. Vias de acceso ...................................................................................................11 1.9. Aspectos socio-económicos ...............................................................................12 vi 1.9.1. Población ...........................................................................................................13 1.9.2. Vivienda .............................................................................................................14 1.9.3. Economía ...........................................................................................................15 1.9.4. Servicios básicos y sanitarios .............................................................................15 1.10. Infraestructura pública ........................................................................................16 1.10.1. Educación ....................................................................................................16 1.10.2. Salud ...........................................................................................................17 1.11. Evaluación sanitaria del sistema existente .........................................................17 1.11.1. Componentes del sistema actual de abastecimiento de agua ......................17 1.11.2. Sistema de eliminación de excretas .............................................................22 1.11.3. Resultados de la evaluación sanitaria ..........................................................24 CAPITULO 2 ............................................................................................................... 25 2. BASES DE DISEÑO........................................................................................... 26 2.1. Período de diseño ..............................................................................................26 2.2. Índice de crecimiento .........................................................................................26 2.2.1. Cálculo del Índice de crecimiento .......................................................................26 2.3. Análisis poblacional ............................................................................................28 2.3.1. Población actual (Pa) .........................................................................................28 2.3.2. Población futura de diseño (Pf) ..........................................................................28 2.4. Nivel de servicio del proyecto .............................................................................33 2.5. Dotación del proyecto.........................................................................................33 2.6. Variaciones de consumo ....................................................................................34 2.6.1. Consumo medio diario o caudal medio (𝑸𝒎𝒅) ...................................................34 2.6.2. Consumo máximo diario (𝑸𝑴𝑫) .........................................................................35 2.6.3. Consumo máximo horario (𝑸𝑴𝑯) ......................................................................35 2.7. Caudales de diseño ...........................................................................................36 2.7.1. Caudal de la fuente de abastecimiento ( 𝑸𝒇𝒖𝒆𝒏𝒕𝒆 ) ...........................................36 2.7.2. Caudal de captación ( 𝑸𝒄𝒂𝒑𝒕𝒂𝒄𝒊ó𝒏 ) ..................................................................36 2.7.3. Caudal de conducción (𝑸𝒄𝒐𝒏𝒅 ) ........................................................................36 vii 2.7.4. Caudal de la Planta de Tratamiento (𝑸𝒕𝒓𝒂𝒕𝒂𝒎𝒊𝒆𝒏𝒕𝒐 ) .......................................37 2.7.5. Volumen de Reserva (𝑽𝒓) ..................................................................................37 2.7.6. Caudal de distribución (𝑸𝒅𝒊𝒔𝒕𝒓𝒊𝒃𝒖𝒄𝒊ó𝒏) ............................................................38 CAPITULO 3 ............................................................................................................... 39 3. SISTEMA DE AGUA POTABLE ......................................................................... 40 3.1. Levantamiento de información preliminar ...........................................................40 3.1.1. Trabajos topográficos .........................................................................................40 3.1.2. Estudio de suelos ...............................................................................................40 3.1.3. Fuente de abastecimiento ..................................................................................42 3.2. Diseño de los componentes del sistema de abastecimiento de agua potable ....47 3.2.1. Captación ...........................................................................................................47 3.2.2. Filtro lento descendente (FLD) ...........................................................................51 3.2.3. Estación de bombeo ..........................................................................................59 3.2.4. Desinfección ......................................................................................................68 3.2.5. Tanque de reserva .............................................................................................71 3.2.6. Conexiones domiciliarias ....................................................................................77 3.3. Diseño y cálculo hidráulico de las redes del sistema de abastecimiento de agua potable ........................................................................................................................77 3.3.1. Ubicación y configuración de las redes ..............................................................77 3.3.2. Parámetros básicos ...........................................................................................79 3.3.3. Línea de conducción ..........................................................................................83 3.3.4. Red de distribución ............................................................................................89 3.4. Evaluación del impacto ambiental del proyecto ..................................................94 3.4.1. Condiciones ambientales iniciales del proyecto ..................................................94 3.4.2. Metodología .......................................................................................................96 3.4.3. Caracterización e identificación de los impactos en el medio ambiente ..............97 3.4.4. Matriz de impactos ambientales .........................................................................98 3.4.5. Descripción de los impactos ambientales obtenidos ..........................................99 3.4.6. Conclusiones y recomendaciones .................................................................... 100 viii 3.5. Presupuesto Referencial del sistema de abastecimiento de agua potable ....... 102 3.6. Especificaciones técnicas para la construcción ................................................ 103 3.6.1. Generalidades .................................................................................................. 103 3.6.2. Especificaciones técnicas ................................................................................ 104 3.7. Manual de operación y mantenimiento ............................................................. 104 3.7.1. Generalidades .................................................................................................. 104 3.7.2. Manual de operación y mantenimiento para el sistema de agua potable del Barrio Cascajo-Higuerón ............................................................................................ 104 3.8. Análisis tarifario ................................................................................................ 104 3.9. Viabilidad económica y financiero .................................................................... 105 3.9.1. Viabilidad económica ....................................................................................... 105 3.9.2. Viabilidad financiera ......................................................................................... 105 3.9.3. Tasa interna de retorno (TIR) ........................................................................... 106 3.9.4. Valor actual neto (VAN) .................................................................................... 106 3.9.5. Relación Beneficio Costo (B/C) ........................................................................ 107 3.9.6. Resultados de los indicadores financieros ........................................................ 108 CAPITULO 4 ............................................................................................................. 109 4. SISTEMA DE ELIMINACIÓN DE EXCRETAS.................................................. 110 4.1. Introducción ..................................................................................................... 110 4.2. Elección del Tipo de Sistema de eliminación de excretas ................................ 110 4.3. Normativa utilizada ........................................................................................... 111 4.3.1. Criterios técnicos de diseño ............................................................................. 111 4.4. Presupuesto referencial ................................................................................... 116 4.5. Especificaciones técnicas ................................................................................ 117 CAPITULO 5 ............................................................................................................. 118 5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES .................................................... 119 5.1. Conclusiones ................................................................................................... 119 5.2. Recomendaciones ........................................................................................... 120 BIBLIOGRAFÍA ......................................................................................................... 122 ix ÍNDICE DE TABLAS Tabla 1.1. Tabulación de Resultados de la encuesta Socio-Económica. .............12 Tabla 1.2. Población base por rangos de edades, barrio Cascajo-Higuerón ...............14 Tabla 2.1. Calculo de Índices de crecimiento para el cantón Gonzanamá ..................27 Tabla 2.2. Tasas de crecimiento poblacional. .............................................................28 Tabla 2.3.TGF Parroquia Nambacola..........................................................................30 Tabla 2.4. TGF Cantón Gonzanamá. ..........................................................................30 Tabla 2.5. TGF por edades cantón Gonzanamá. ........................................................30 Tabla 2.6. TGF Zona Rural del Cantón Gonzanamá. ..................................................31 Tabla 2.7. Migración en el cantón Gonzanamá. ..........................................................31 Tabla 2.8. Resumen del cálculo de la Población futura (Pf). .......................................32 Tabla 2.9. Niveles de servicio para sistemas de abastecimiento de agua, disposición de excretas y residuos líquidos. ...............................................................................33 Tabla 2.10. Dotaciones de agua para los diferentes niveles de servicio. .....................34 Tabla 2.11. Porcentaje de fugas a considerarse en el diseño de sistemas de abastecimiento de agua potable. .................................................................................34 Tabla 2.12. Resumen de caudales de diseño. ............................................................38 Tabla 3.1. Resultados de ensayos practicados. ..........................................................41 Tabla 3.2. Composición de la muestra de suelo ensayada. ........................................41 Tabla 3.3. Clasificación del suelo obtenido de la muestra ensayada. ..........................41 Tabla 3.4. Aforo de caudal Vertiente “Totoras” ............................................................42 Tabla 3.5. Resultados Calidad Físico- Química y Microbiológica del agua, vertiente “Totoras”. ....................................................................................................................44 Tabla 3.6. Procesos de tratamiento sugeridos en función del tipo de fuente de abastecimiento. ...........................................................................................................45 Tabla 3.7. Tratamientos probables. .............................................................................46 Tabla 3.8. Calidad bacteriológica del agua. ................................................................46 Tabla 3.9. Dimensiones de la captación. .....................................................................51 Tabla 3.10. Dimensionamiento de las capas del lecho filtrante. .................................56 Tabla 3.11. Resultados del diseño del sistema de filtración. .......................................59 Tabla 3.12. Lapso de arranque de motores.................................................................59 Tabla 3.13. Longitudes para pérdidas localizadas de accesorios. ...............................62 Tabla 3.14. Cálculo de Perdidas de carga en accesorios para la succión. ..................63 Tabla 3.15. Periodos de bombeo ................................................................................67 x