Reservorio de Agua

RESERVORIO Los reservorios de agua potable tienen como principal objetivo el almacenamiento del agua para el consumo humano. Estos reservorios pueden ser construidos bajo tierra o en superfcie elevada para almacenar agua antes de tratarla. RESERVORIO RESERVORIO DE D E ALA!E"AIE"#O La importancia del reservono radica en garanti$ar el %uncionamiento hidraulico del sistema & el mantenimiento de un servicio efciente' en %uncion a las necesidades de agua pro&ectadas & el rendimiento admisible de la %uente. (n sistema de abastecimiento de agua potable re)uerira de un reservorio cuando el rendimiento admisible de la %uente sea menor )ue el gasto ma*imo horario +,mh-. En caso )ue el rendimiento de la %uente sea ma&or )ue el ,mh no se considera el reservorio' & debe asegurarse )ue el diametro de la linea de conduccion sea sufciente para conducir el gasto ma*imo horario +,mh-' )ue permita cubrir los re)uerimientos de consumo de la poblacion. En algunos pro&ectos resulta mas economico usar tuberias de menor diametro en la linea de conduccion & construir un reservorio de almacenamiento. En el desarrollo del capitulo se presentan las consideraciones basicas )ue permiten defnir metodologicamente el diseno hidraulico & ademas se muestra un ejemplo de calculo estructural de un reservorio de almacenamiento tipico para poblaciones rurales. !O"SIDERA!IO"ES ASI!AS Los aspectos mas importantes a considerarse para el diseno son la capacidad' ubicacion & tipo de reservorio. /ara determinar la capacidad del reservorio' es necesario considerar la compensacion de las variaciones horarias' emergencia para incendios' prevision de reservas para cubrir danos e interrupciones en la linea de conduccion & )ue el reservorio

%uncione como parte del sistema. /ara el calculo de la capacidad del reservorio' se considera la compensacion de variaciones horarias de consumo & los eventuales desper%ectos en la linea de conduccion. El reservorio debe permitir )ue la demanda ma*ima )ue se produce en el consumo sea satis%echa a cabalidad' al igual )ue cual)uier variacion en el consumo registrada en las 01 horas del dia. Ante la eventualidad de )ue en la linea de conduccion puedan ocumr danos )ue mantengan una situacion de defcit en el suministro de agua mientras se hagan las reparaciones pertinentes' es aconsejable un volumen adicional )ue de oportunidad de restablecer la conduccion de agua hasta el reservorio.

!AL!(LO DE LA !A/A!IDAD DEL RESERVORIO /ara el calculo del volumen de almacenamiento se utili$an metodos grafcos & analiticos. Los primeros se basan en la determinacion de la 2curva de masa2 o de 2consumo integral2' considerando los consumos acumulados3 para los metodos analiticos' se debe disponer de los datos de consumo por horas & del caudal disponible de la %uente' )ue por lo general es e)uivalente al consumo promedio diario +ver 4igura 5.6-. En la ma&oria de las poblaciones rurales no se cuenta con in%ormacion )ue permita utili$ar los metodos mencionados' pero si podemos estimar el consumo medio diario anual. En base a esta in%ormacion se calcula el volumen de almacenamiento de acuerdo a las "ormas del inisterio de Salud. /ara los pro&ectos de agua potable por gravedad' el inisterio de Salud recomienda una capacidad de regulacion del reservono del 07 al 689 del volumen del consumo promedio diario anual +,m-. !on la fnalidad de presentar el procedimiento de calculo de la capacidad & del dimensionamiento de un reservorio se desarrolla el siguiente ejemplo:

 Datos: /oblacion %utura +/%- ; <== habitantes Dotacion ; >8 Vhab.?dia Resultados: !onsumo promedio anual +,m-: ,m ; /% * Dotacion ; =>'@58 litros Volumen del resenono considerando el 079 de ,m: V ; ,m * 8.07 ; @<'718 litros ; @<.71 m6 Volumen asumido para el diseno +V- ; 08 m6. !on el valor del volumen +V- se defne un reservorio de seccion cuadrada cu&as dimensiones son: Ancho de la pared +b- ; 6.=8 m. Altura de agua +h- ; @.1> m. ordo libre +.L.- ; 8.68 m. Altura total +- ; @.=> m Tipos de reservorios de almacenamiento !onsiderando el tipo de alimentaciBn los reservorios elevados son de dos tipos:

@ Reservorios de cabecera Se alimentan directamente de la %uente o planta de tratamiento mediante gravedad o bombeo. !ausa una variaciBn relativamente grande de la presiBn en las $onas e*tremas de la red de distribuciBn +vCase fgura @-. 0 Reservorios otantes Se ubican en la parte ms alejada de la red de distribuciBn con relaciBn a la captaciBn o planta de tratamiento' se alimentan por gravedad o por bombeo. Almacena agua en las horas de menor consumo & au*ilia el abastecimiento de la ciudad durante las horas de ma&or consumo +vCase fgura @-. La e*periencia en nuestro paFs ha demostrado )ue estos reservorios tienen un %uncionamiento hidrulico defciente' &a )ue

dada las condiciones de operaciBn de la red de distribuciBn' durante el dFa no se llenan mas )ue en la noche' incumpliendo su rol de regulador de presiBn. /or este motivo no es recomendable su empleo en el medio rural. Capacidad del reservorio La capacidad del almacenamiento de un reservorio en el medio rural es %unciBn' principalmente' del volumen de regulaciBn para atender las variaciones del consumo de la poblaciBn. @ DeterminaciBn del volumen de regulaciBn Los reservorios deben permitir )ue las demandas m*imas )ue se producen en el consumo sean satis%echas cabalmente' al igual )ue cual)uier variaciBn en los consumes registrados en las 01 horas del dFa' prove&endo presiones adecuadas en la red de distribuciBn. Los reservorios tienen la %unciBn de almacenar el agua sobrante cuando el caudal de consumo sea menor )ue el de abastecimiento & aportar la di%erencia entre ambos cuando sea ma&or el de consumo. La capacidad asF re)uerida se denominar de regulaciBn o de capacidad mFnima. Ubicación del reservorio La ubicaciBn & nivel del reservorio de almacenamiento deben ser fjados para garanti$ar )ue las presiones dinmicas en la red de distribuciBn se encuentren dentro de los lFmites de servicio. El nivel mFnimo de ubicaciBn viene fjado por la necesidad de )ue se obtengan las presiones mFnimas & el nivel m*imo viene impuesto por la resistencia de las tuberFas de la red de distribuciBn. La presiBn dinmica en la red debe estar re%erida al nivel de agua mFnimo del reservorio' mientras )ue la presiBn esttica al nivel de agua m*imo.

/or ra$ones econBmicas' seria recomendable ubicar el reservorio prB*imo a la %uente de abastecimiento o de la planta de tratamiento & dentro o en la cercanFa de la $ona de ma&ores consumos. El rea para el empla$amiento del reservorio no debe situarse en lugares )ue constitu&an escurrimiento natural de aguas de lluvia. Formas del reservorio "o es un aspecto importante en el diseGo del reservorio3 sin embargo' por ra$ones estCticas & en ocasiones econBmicas se reali$an evaluaciones para defnir %ormas )ue determinen el mejor aprovechamiento de los materiales & la m*ima economFa. @ Es%Crica  #iene las siguientes ventajas: a- presenta la menor cantidad de rea de paredes para un volumen determinado & b- toda ella est sometida a es%uer$o de tensiBn & comprensiBn simples' lo cual se reeja en menores espesores. Su ma&or desventaja estriba en aspectos de construcciBn' lo cual obliga a enco%rados de costos elevados. 0 /aralelepFpedo  #iene la ventaja de reducir grandemente los costos de enco%rado3 sin embargo' al ser sus paredes rectas producen momentos )ue obligan a espesores & re%uer$os estructurales ma&ores. Las %ormas )ue reducen los momentos por empuje de agua son a)uellas )ue tienden a la %orma cilFndrica' como los he*gonos' octgonos' etc. 6 !ilFndricas  #ienen la ventaja estructural )ue las paredes estn sometidas a es%uer$os de tensiBn simple' por lo cual re)uieren menores

espesores' pero tienen la desventaja de costos elevados de enco%rado. Las losas de %ondo & tapa' las cuales pueden ser planas o en %orma de cHpula' se articulan a las paredes. Esta es la %orma ms recomendable para los reservorios en las $onas rurales' presentndose dos casos:  Si la capacidad del reservorio es menor o igual a 78 m6' es recomendable )ue la tapa & losa de %ondo sean planas.  /ara una capacidad ma&or a 78 m6' debido a un mejor comportamiento estructural' es recomendable )ue la tapa & la losa sean semies%Cricas Diseño estructural del reservorio Las cargas de diseGo en un reservorio elevado se determinan a partir de la pro%undidad del agua almacenada. Las cargas vivas )ue se superponen a las cargas creadas por los lF)uidos' las )ue son normalmente determinadas con bastante e*actitud' son bastantes pe)ueGas. Es importante )ue el anlisis sea lo ms e*acto posible de manera )ue el )ue diseGa pueda obtener una idea clara de la distribuciBn de cargas en la estructura. De esta manera la estructura puede ser diseGada para resistir agrietamiento en las $onas de m*imo es%uer$o. La in%ormaciBn de suelos es de gran importancia de modo de )ue la estructura pueda ser diseGada para minimi$ar asentamientos di%erenciales )ue puedan conducir a agrietamiento. Las estructuras en sanitarias deben ser diseGadas para minimi$ar fltraciones. De esta manera el diseGo )ue se usa debe eliminar fsuras grandes & otras %uentes de fltraciBn. El diseGo debe ser reali$ado utili$ando el mCtodo en base a cargas de trabajo' &a )ue da una mejor visiBn de la distribuciBn

de es%uer$os bajo cargas de servicio. El A!I recomienda emplear el mCtodo elstico & el mCtodo de diseGo a la rotura. En esta guFa se mencionarn los criterios propuestos por el A!I para el diseGo de tan)ues por el segundo mCtodo. @ Anlisis de reservorios circulares Los reservorios circulares presentan la ventaja )ue la relaciBn entre la superfcie de contacto con el agua & su capacidad' es menor )ue la correspondiente a los tan)ues rectangulares3 adems' re)uiere menor cantidad de materiales. /or otro lado presentan la desventaja )ue el costo del enco%rado es ma&or. La distribuciBn de %uer$a anular en la pared de un reservorio circular es como se muestra en la fgura 5. a-' considerndola empotrada en la base en un caso & rotulada en el otro. !omo se aprecia' la distribuciBn de %uer$as no es triangular como en los reservorios rectangulares' la cual se presentarFa si la base no restringiera su movimiento. La fgura 5. b- muestra la distribuciBn de momentos verticales en la pared. La tensiBn en la cara interior se presenta en la parte baja' mientras )ue' en casi toda su altura' la cara e*terior est traccionada. E*isten tablas )ue permiten determinar la %uer$a anular & los momentos verticales en las paredes de los reservorios circulares. !onocidas estas %uer$as internas es posible determinar el re%uer$o hori$ontal & vertical de las paredes del reservorio. De la misma %orma e*isten tablas )ue permiten determinar los momentos & %uer$as cortantes en losas circulares sometidas a cargas uni%ormemente distribuidas. Fuerzas internas en las paredes de reservorios circulares @ Reservorios elevados

!onsta de dos partes principales: el tan)ue de almacenamiento o cuba & la estructura de soporte. La estructura portante puede estar constituida por un %uste cilFndrico o tronco cBnico +vCase fgura @8-' el cual es empleado para reservorios de gran capacidad o por una serie de columnas arriostradas' usadas en reservorios medianos & pe)ueGos. En las $onas rurales los reservorios son usualmente pe)ueGos o medianos' por lo cual esta secciBn esta orientada al diseGo de reservorios )ue se apo&an sobre columnas arriostradas. 0 DiseGo de la cuba La cuba )ue tiene mejor comportamiento estructural es la de secciBn circular +vista de planta-' su diseGo es idCntico a lo e*puesto en el anlisis de reservorios circulares +Ftem 7.7.@-. /ara reservorios pe)ueGos el %ondo puede ser construido de %orma plana. Las cargas )ue actHan sobre la estructura son las mostradas en la fgura =. Si el reservorio es relativamente grande' puede ser necesario disponer vigas )ue sirva de apo&o a la losa de %ondo. Sin embargo' en los ms pe)ueGos' Csta se apo&a en las paredes. Las paredes' adems del re%uer$o re)uerido por el empuje hidrosttico del agua' deben diseGarse para soportar las cargas )ue transmiten: el techo & la losa de %ondo. De ser el caso' se diseGan como vigas peraltadas & se calculan con los criterios establecidos para dicha estructura.

6 #uberFa de entrada El dimetro esta tuberFa est defnido por la lFnea de impulsiBn' & deber estar provisto de una vlvula compuerta de cierre de igual dimetro antes de la entrada al reservorio.

La distancia entre la generatri$ in%erior de la tuberFa de ingreso & la generatri$ superior de la tuberFa de rebose debe ser ma&or a 7 cm. La $ona de entrada se ubica en el nivel superior del reservorio' sobre el nivel m*imo del agua3 es recomendable adosar el tubo de entrada a un pilar & terminarle con un codo )ue evite la pro&ecciBn hacia arriba del lF)uido. 1 #uberFa de paso directo +b&passSe debe considerar el uso de b&pass con el objeto de mantener el servicio mientras se e%ectHa el lavado o la reparaciBn del reservorio. La tuberFa de paso directo estar provista de una vlvula compuerta. 7 #uberFa de salida El dimetro de la tuberFa de salida ser el correspondiente al dimetro de la matri$ de distribuciBn' debiendo estar provisto de una vlvula compuerta de cierre. La tuberFa de salida debe ubicarse en la parte baja del reservorio & deber estar provista de una canastilla de succiBn. 5 #uberFa de limpie$a Se deber ubicar en el %ondo del reservorio el cual deber contar con una pendiente no menor a @9 hacia la tuberFa de limpie$a. El dimetro de la tuberFa de limpie$a ser diseGado para permitir el vaciado del tan)ue en tiempo no ma&or a 0 horas. La tuberFa de limpie$a deber estar provista de una vlvula compuerta & no es recomendable )ue descargue directamente al alcantarillado sanitario' por lo cual deben tomarse las previsiones necesarias para evitar contaminaciones' pre%erentemente se debe descargar al alcantarillado pluvial. = #uberFa de rebose

La tuberFa de rebose debe ser dimensionada para posibilitar la descarga del caudal de bombeo )ue alimenta al reservorio. El dimetro de la tuberFa de rebose estar determinado por la altura de la cmara de aire en el reservorio' evitndose presionar la tapa del mismo. En todo caso' es aconsejable )ue el dimetro de la tuberFa de rebose no sea menor )ue el dimetro de la tuberFa de llegada. La tuberFa de rebose se conectar con descarga libre a la tuberFa de limpie$a & no se proveer de vlvula de compuerta' permitiendo la descarga en cual)uier momento. > VentilaciBn Los reservorios deben disponer de un sistema de ventilaciBn' con protecciBn adecuada para impedir la penetraciBn de insectos & pe)ueGos animales. /ara ello es aconsejable la utili$aciBn de tubos en J(K invertida' protegidos a la entrada con rejillas o mallas milimCtricas & separadas del techo del reservorio a no menos de 68 cm. El dimetro mFnimo de esta tuberFa es 0K. < Limitadores de nivel En los reservorios debe disponerse de un dispositivo limitador de nivel m*imo de agua' destinado a impedir la perdida de agua a travCs del rebose. (na alternativa es el empleo de un sistema )ue interrumpa el suministro de energFa a las bombas cuando el nivel del lF)uido llegue al lFmite m*imo. @8 edidor Se instala en la tuberFa de salida con la fnalidad de medir los volHmenes de agua entregados en %orma diaria & las variaciones del caudal. @@ Indicador de nivel

Los reservorios deben ser dotados de un dispositivo indicador de la altura de agua en el reservorio' el cual no debe ser capa$ de deteriorar la calidad del agua. /ara este fn se podrFa emplear el sistema constituido por una bo&a' cuerda & regla graduada.

 Aspectos complementarios @ orde libre El reservorio debe estar provisto de una altura libre por encima del nivel m*imo de agua' con el objeto de contar con un espacio de aire ventilado. La altura libre no debe ser menor a 8'08 m. 0 Revestimiento interior El %ondo & las paredes del tan)ue' deben ser impermeables' independientemente de cual)uier tratamiento especial' como pintura o revestimiento. 6 oca de visita !ada reservorio debe contar por lo menos con una abertura para inspecciBn de 8'58 * 8'8 m como mFnimo. La abertura estar ubicada en su cubierta' junto a uno de las paredes verticales' de pre%erencia en la misma vertical de la tuberFa de ingreso al reservorio. Los bordes de las aberturas de inspecciBn deben situarse por lo menos 7 cm ms alto de la superfcie de la cubierta del reservorio. Las aberturas para inspecciBn deben ser cerradas con una tapa )ue tendr un sistema de seguridad con llave o candado & debe tener una %orma tal )ue impida la entrada de agua a travCs de sus juntas. 1 Escaleras

Las escaleras de acceso sern tipo marinera & deben estar provistas de jaula de protecciBn' de manera )ue permitan el acceso hasta la losa de cubierta del reservorio. La parte superior del reservorio debe contar con un barandado de protecciBn. 7 /rotecciBn contra la lu$ natural "o ser permitida la entrada de lu$ natural al interior del reservorio de %orma permanente a fn de evitar la %ormaciBn de algas en el interior del mismo. 5 !erco de protecciBn Los reservorios deben estar protegidos mediante un cerco o muro con una altura & resistencia necesarias para evitar el acceso directo de personas no autori$adas o animales.