El projecte “Sistema d'abastament d'aigua potable Vistalegre” pretén la definició i dimensionat de la xarxa d'abastament d'aigua potable del sector residencial de Vistalegre, situat al municipi de Mataró.

En aquest document-memòria es realitzaran les estimacions de les demandes, la definició, el dimensionat i comprovació de la xarxa en servei i la comprovació del compliment de la normativa de protecció contra incendis CPI-96.

Per tal de dimensionar el servei d'abastament d'aigua potable, és necessari conèixer aproximadament la demanda que es pot produir en aquesta zona.

En aquest projecte s'han suposat unes demandes de cabal de consum residencial, unes altres destinades a les instal·lacions de l'autopista adjacent, les de consum per a rec de la meitat del parc inferior i un cabal addicional que ha d'atravessar la nostra xarxa.

El consum degut al consum humà el podem calcular com la dotació mitjana consumida per cada habitant de la nostra urbanització de nova planta, uns 150 litres per habitant i dia per tractar-se d'una zona residencial, multiplicat pel nombre aproximat de habitants i afectat tot per un coeficient de cabal punta, tal com es veu a continuació:

El consum destinat als equipaments de l'autopista s'estimen en: Qeq=3 l/s

Per a estimar el cabal de càlcul degut al consum per a rec de la superfície inferior es suposa que la meitat d'aquesta es rega diàriament una hora amb una dotació de 10 l/m2·dia. També suposem que la demanda es reparteix en tot el dia. Això pot semblar poc correcte, però es considera que el rec programat per aspersió es fa de nit, a hores lluny de la punta. Si això ho multipliquem per la superfície:

Com s'ha dit abans, la xarxa preveu el pas també de un cabal de: Qpas=10 l/s

Finalment podem calcular el cabal de càlcul d'entrada a la nostra xarxa com la suma dels anteriors:

La demanda a cobrir que hem calculat es troba distribuïda per tota la zona

Així la urbanització es divideix en zones, que s'intenta coincideixin amb les illes de cases. En cadascuna d'aquestes zones es situa un punt de càlcul i se li assigna una part proporcional de la demanda residencial com podem veure a la Taula 1. Així surten 22 punts de càlcul (0,00,A, B, C,...,R, S, T) per a la nostra xarxa. Els punts es poden veure a l'esquema de la secció següent.

Pel que respecta a la resta de demandes es col·loquen en els punts següents: els 10 l/s de pas es suposa que surten pel punt S, el consum per a rec de 0.38 l/s es considera que es connecta en el punt R i la dotació per als equipaments de l'autopista de 3 l/s sortiran pel punt L.

Per començar l'esquema de distribució de la xarxa cal sumar a les consideracions anteriors el fet que cada habitatge ha de disposar del servei, per tant per davant de totes les cases ha de passar una canonada. Aquest fet ens marca ja molt la forma de la xarxa.

Considerant també la necessitat de mallar la xarxa per tal de garantir el servei i de fer una xarxa el més equilibrada possible, es proposa la xarxa que es pot veure al Gràfic 1.

La xarxa triada té 7 malles amb uns 22 nusos de càlcul, comença en el punt més alt de la urbanització, al punt 0, situat a la cota 124, on es troba la canonada que porta aigua del dipòsit a una pressió de 30 mca. Des d'aquí surt la canonada principal cap al punt A i un petit ramal cap al punt 00.

S'ha procurat en el dimensionat que la xarxa fos el més uniforme possible i que el seu funcionament seguís la lògica hidràulica en la mesura que els càlculs ho han permès.

El cos principal de la xarxa el formen els ramals més laterals (A-B-C-D-I-J i A-F-G-L-M-R-Q-P-O-J) i la resta de xarxa s'ha dissenyat més o menys uniforme.

La principal discussió en la tria de l'esquema ha estat el fet que s'han considerat un nombre elevat de malles (7) cosa que dificulta els càlculs. Es podria haver triat un esquema en que els les canonades en el mateix carrer fossin dobles, limitant així el nombre de malles i simplificant l'esquema de càlcul. Però la possibilitat de automatitzar els càlculs amb ordinador en un full de càlcul, i el fet que aquest esquema s'adequa millor al funcionament hidràulic de la xarxa corroboren la tria anterior.

Un altre punt de discussió és la necessitat o nn del tram SJ que s'ha dissenyat. Estrictament no és necessària la seva existència, però si no es col·loca, el règim de velocitats al tram OJ esdevé poc clar i s'incompleixen les condicions abans esmentades i el dimensionat de la xarxa esdevé difícil.

Un cop establert l'esquema bàsic de funcionament de la xarxa de transport d'aigua es pot realitzar la comprovació d'aquesta.

Mitjançant els càlculs hem de verificar que el sistema de distribució compleix les següents condicions:

• La pressió de treball està entre 30 i 60 m.c.a. aproximadament per no afectar el servei ni la canonada.

• La velocitat en cada tram de canonada es troba entre 0.5 i 1 m/s, per tal de assegurar que no hi ha sedimentacions i per controlar el cop d'ariet.

La fórmula emprada per al càlcul de la pèrdua de càrrega en un tram de canonada forçada és la de Hazen-Williams:

on hi = pèrdua de càrrega en el tram en metres de columna d'aigua

Ci =150 per a les canonades de materials plàstics

Qi = cabal en cada tram en m3/s

di = diàmetre de cada canonada en metres

Li = longitud de cada tram en metres

Per realitzar els càlculs, en tractar-se d'una xarxa mallada, utilitzarem el mètode de Hardy-Cross per a càlcul de xarxes. En aquest mètode, de tipus iteratiu, es comença amb una aproximació inicial que sigui consistent i es va iterant de forma convergent fins arribar a una solució prou aproximada.

La solució inicial compleix la continuïtat en els cabals:
i

El mètode va iterant fins que
en cada malla tancada.

En cada iteració el mètode comprova això amb els Qi, i si no es compleix els varia amb:

En els trams comuns a dos malles, l'increment considerat és la semidiferència dels respectius:

La evolució des de les dades inicials cap als resultats finals es veuen al Gràfic 2.

Per facilitar els càlculs es programen en un full de càlcul d'Excel i es realitzen iteracions. En aquest cas es considera suficientment aproximat fer 20 iteracions. Els resultats es resumeixen a la Taula 2

Tots els càlculs es deixen en funció de les dades per poder actuar sobre aquestes amb el mètode de prova i error. Així el dimensionat de la xarxa esdevé en sí mateixa la comprovació amb càlculs.

Al final es calcula la pressió i velocitat de treball en cada tram amb el cabal màxim considerat (pressió mínima) i la pressió en cada tram de la xarxa en el cas que no hi hagués cap consum (pressió màxima).

Els resultats es poden veure resumits en forma de taula a la pàgina següent.

Cal observar que en alguns punts es superen les pressions recomanades de 60 mca i la condició recomanada de velocitat es veu incomplida, però els valors obtinguts són acceptables en aquests casos.

La Norma CPI-96 de protecció contra incendis estableix que en qualsevol xarxa pública d'abastament d'aigües es faci una comprovació de càlcul per tal d'assegurar la disponibilitat d'aigua a suficient pressió en cas de incendi.

En primer lloc cal considerar quin tipus d'hidrants cal col·locar. En tractar-se d'un assentament residencial de menys de XXX habitants, la norma permet disposar hidrants de 500 l/min de cabal. Aquests hidrants aniran soterrats en una arqueta.

La norma fixa que cada casa no pot estar separada més de 100 m, mesurats sobre el carrer, d'una d'aquestes boques d'incendis. La disposició que es pot veure en el Gràfic 3, compleix amb aquest requisit amb la construcció de 6 hidrants.

Aquest sistema cal verificar-lo ara per tal que, quan funcionen dos d'aquests hidrants alhora i el consum de la zona sigui la meitat del màxim, la pressió mínima en la boca sigui igual a l'alçada màxima dels edificis més 10 mca, es a dir 20+10=30 mca. Així el cabal d'entrada de càlcul que utilitzarem serà:

Prenem per fer els càlculs de comprovació els dos hidrants més allunyats, els situats prop dels punts O i Q.

Per fer la comprovació emprarem el mateix full de càlcul que en el cas de la xarxa amb els nous cabals de càlcul. Però en aquest cas ens assegurarem sols que la pressió mínima compleixi que sigui major que 30 mca. Pel que fa a les restriccions de velocitat i pressió màxima del flux, no les aplicarem aquí per tractar-se de la comprovació d'una situació accidental.

Els resultats obtinguts amb el full es poden veure a la Taula 3.

En els resultats es pot comprovar que la condició es veu complerta i que de fet en cap punt es baixa dels 30 mca de pressió.

Per a la total definició de la xarxa d'abastament d'aigua potable ens cal fixar els principals accessoris i elements de valvuleria.

Entre ells es troben: vàlvules de comporta, vàlvules de descàrrega, boques d'aire, hidrants i canonades, tal com veiem al Gràfic 4.

Tots els elements de valvuleria i canonades seran capaces de suportar pressions normalitzades de cent metres de columna d'aigua (PN = 100 mca = 10 atm).

Les canonades d'aigua seran de material plàstic del tipus Polietilé d'Alta Densitat (PEAD) soldable de color blau, subministrat en bobines. Les juntes es faran soldades in-situ. Els tubs aniran enterrats en rasa sota la vorera un mínim de 60 centímetres, sobre una capa de 10 cm de sorra i reblert amb materials no punxencs. En cas de pas sota calçada estaran protegits per una camisa composta per tubs de formigó prefabricat.

Les vàlvules de comporta seran del diàmetre adequat al tub en que es col·loquen. Tenen com a missió poder tancar el pas del flux per permetre reparacions i neteges. Estaran soterrades i s'accionaran per mitjà d'un testimoni.

Les vàlvules de descàrrega es soterraran amb arqueta amb tapa i marc de foneria. Permetran el buidat dels trams de canonada en cas d'avaria.

Les boques d'aire, també en arqueta, constaran de dos dispositius de valvuleria junts: una vàlvula de ventosa amb un diàmetre de difusor de 1mm per evitar l'acumulació d'aire en el tub i la cavitació; una vàlvula antiretorn per facilitar l'entrada d'aire en els buidats de les canonades

Els hidrants, tal com s'ha vist abans estaran soterrats en arqueta i tindran un cabal en boca de 500 l/minut, amb una sortida de 80 mm.

La disposició de les vàlvules de comporta serà tal que faciliti el tancament d'un tram en cas d'avaria, neteja o reparació i que permeti el funcionament de la resta de xarxa en aquest supòsit.

Les boques d'aire es col·locaran en la part alta dels trams definits per les vàlvules de comporta, per tal de permetre l'entrada o sortida de l'aire.

Les vàlvules de descàrrega es col·locaran en la part baixa d'aquests trams per permetre buidar-los per gravetat. Per fer-ho es connectarà una mànega a la vàlvula de descàrrega i a la claveguera més pròxima.

La disposició final de les canonades i dels accessoris es pot veure en el Plànol de Planta adjunt.

Índex

1

Sistema d'abastament d'aigua potable Vistalegre

Taula 1 : Consum en els nusos.

Gràfic 4 : Detalls dels accessoris.

VENTOSA

VÀLVULA DE COMPORTA

HIDRANT

VÀLVULA DE DESCÀRREGA