diseño alcantarillados

UNION TEMPORAL ESPACIO PUBLICO 2013

REDES HIDRAULICAS Y SANITARIAS

ESTUDIOS Y DISEÑOS PARA LA REHABILITACION Y

OBRAS DE URBANISMO DE LA AVENIDA 40 ENTRE LA

CALLE 26 (REGISTRADURIA) Y EL CAÑO MAIZARO, EN

EL MUNICIPIO DE VILLAVICENCIO

Villavicencio (Meta), Enero de 2015


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TABLA DE CONTENIDO

1. INTRODUCCIÓN ...................................................................................................................... 5

2. ALCANCE DEL ESTUDIO ........................................................................................................... 5

3. METODOLOGÍA ...................................................................................................................... 6

4. RECOPILACIÓN Y ANÁLISIS DE LA INFORMACIÓN EXISTENTE .................................................. 6

5. DIAGNÓSTICO REDES.............................................................................................................. 7

5.1. RED DE ACUEDUCTO ....................................................................................................... 7

5.2. REDES DE ALCANTARILLADO SANITARIO ......................................................................... 7

5.1. REDES DE ALCANTARILLADO PLUVIAL ............................................................................. 8

6. MARCO CONCEPTUAL ............................................................................................................ 9

6.1.1. POBLACIÓN ....................................................................................................... 10

6.2. ALCANTARILLADO PLUVIAL ........................................................................................... 16

6.2.1. CAUDAL DE DISEÑO........................................................................................ 16

6.2.2. PARÁMETROS HIDRÁULICOS Y CONSTRUCTIVOS ................................. 20

6.3. ALCANTARILADO SANITARIO......................................................................................... 22

6.3.1. CAUDAL DE DISEÑO........................................................................................ 22

6.3.2. PARÁMETROS HIDRÁULICOS Y CONSTRUCTIVOS ................................. 26

7. SISTEMAS PROYECTADO ....................................................................................................... 28

7.1. ALCANTARILLADO PLUVIAL ........................................................................................... 28

7.1. ALCANTARILLADO SANITARIO ....................................................................................... 28


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ÍNDICE DE FIGURAS

Figura 1 Ubicación del Corredor de Estudio Avenida 40 .................................................................. 5

Figura 2 Proceso para la obtención de los diseños de redes de acueducto y alcantarillado ............. 6

Figura 3 Inventario Redes de Acueducto por diámetro Corredor Avenida 40 .................................. 7

Figura 4 Catastro de redes de alcantarillado en el corredor de la Av 40. ......................................... 8

Figura 5. Densidad poblacional actual de la ciudad de Villavicencio. .................................. 10

Figura 6. Densidad población de saturación en el casco urbano de Villavicencio al año

2086. .......................................................................................................................................... 12

Figura 7. Proyección de la población futura. .......................................................................... 14

Figura 8. Distribución de la población en el casco urbano de Villavicencio en el año 2044.

.................................................................................................................................................... 15

Figura 9. Áreas aferentes alcantarillado pluvial proyectado Av. 40. .............................................. 18

Figura 10. Curvas IDF para estación Apiay .................................................................................... 19

Figura 11 Áreas aferentes alcantarillado sanitario ........................................................................ 23


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ÍNDICE DE TABLAS

Tabla 1. Distribución actual de la población de Villavicencio. ............................................... 10

Tabla 2. Densidades de saturación consideradas por zona. ................................................ 11

Tabla 3. Distribución población de saturación en el casco urbano de Villavicencio al año

2086. .......................................................................................................................................... 12

Tabla 4. Distribución de la población en el casco urbano de Villavicencio en el año 2043.

.................................................................................................................................................... 15

Tabla 5 Proyección de población. ................................................................................................. 15

Tabla 6. Coeficientes de escorrentía o impermeabilidad RAS-2000 ............................................... 17

Tabla 7. “Tabla D.4.2” Periodos de retorno o grado de protección RAS-2000................................ 19

Tabla 8. IDF APIAY ........................................................................................................................ 19

Tabla 9 Cálculo de caudales Método Racional .............................................................................. 20

Tabla 10 Velocidad máxima para tuberías de alcantarillado, en m/s. ............................................ 21

Tabla 11. Parámetros Proyectados Densidad de Saturación.......................................................... 25

Tabla 12 Velocidad máxima para tuberías de alcantarillado, en m/s. ............................................ 26

Tabla 13 Colector Aguas lluvias Proyectado .................................................................................. 28

Tabla 14 Colector aguas residuales Proyectado ............................................................................ 28


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1. INTRODUCCIÓN

A continuación se presenta la memoria de los estudios y diseños detallados

correspondientes a las REDES HIDRÁULICAS Y SANITARIAS para el contrato de

consultoría Contrato de Consultoría ESTUDIOS Y DISEÑOS PARA LA REHABILITACION

Y OBRAS DE URBANISMO DE LA AVENIDA 40 ENTRE LA CALLE 26 (REGISTRADURIA)

Y EL CAÑO MAIZARO, ESTUDIOS Y DISEÑOS PARA LA REHABILITACION Y OBRAS

DE URBANISMO PLAZOLETA DE LOS CENTAUROS Y ESTUDIOS Y DISEÑOS PARA

LA REHABILITACION Y OBRAS DE URBANISMO DESDE LA GLORIETA DE LA GRAMA

CON AVENIDA 42 HASTA LA CALLE 40 PASANDO POR LA AVENIDA 42 Y LA CARRERA

31 EN EL MUNICIPIO DE VILLAVICENCIO, en lo concerniente al corredor de la Av 40.

Con el proyecto urbanístico se pretende la ampliación de la calzada occidental de la Avenida

40 en la zona de estudio a través de la eliminación de la cuneta de la vía y el mejoramiento

de los andenes. Para la realización de estas actividades se requiere de la intervención de

las red de alcantarillado sanitario renovándolo, y de la ampliación del alcantarillado pluvial,

con el objeto de instalar una conducto que tenga la capacidad de suplir la cuneta, sin en el

efecto de anegar la calzada.

2. ALCANCE DEL ESTUDIO El presente estudio tiene como alcance el diseño de las redes de alcantarillado sanitario y

alcantarillado pluvial para la Rehabilitación y obras de Urbanismo de la AVENIDA 40

ENTRE LA CALLE 26 (REGISTRADURIA) Y EL CAÑO MAIZARO

Figura 1 Ubicación del Corredor de Estudio Avenida 40


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3. METODOLOGÍA

A continuación se esboza en el siguiente esquema (ver Figura 2) los procesos realizados para el diseño de las redes hidráulicas del proyecto.

Figura 2 Proceso para la obtención de los diseños de redes de acueducto y alcantarillado

4. RECOPILACIÓN Y ANÁLISIS DE LA INFORMACIÓN EXISTENTE

Para el diseño hidráulico de las redes de acueducto, alcantarillado pluvial y sanitario de la zona del proyecto se recolectó información básica, se realizó topografía detallada y se consideró el proyecto urbanístico propuesto. Estas actividades se realizaron con el fin objetivo de obtener información que permita analizar y caracterizar las condiciones técnicas de la zona de proyecto. Las fuentes de información para el diseño hidráulico de redes son de dos tipos:

Información Primaria: Información obtenida directamente a través del levantamiento

topográfico, visitas técnicas a terreno y catastros de estructuras y accesorios.

La información primaria está consignada básicamente en el VOLUMEN 1 TOPOGRAFIA, donde se presenta de manera detallada el levantamiento topográfico del corredor junto con la investigación de redes realizado.

Recopilación de la Información:

•Primaria

•Secundaría

Diagnóstico: Análisis Inventario

de Redes

Parámetros de diseño

Modelación Hidráulica

Diseño de Redes APUS,

ESPECIFICACIONES Y PRESUPUESTOS

PLANOS DE DISEÑO


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Información Secundaría: Información de redes sistematizada y georeferenciada

entregada por la Empresa de Acueducto y Alcantarillado de Villavicencio.

5. DIAGNÓSTICO REDES

La cobertura de servicios públicos de Acueducto y alcantarillado a lo largo del corredor de

estudio es del 100%.

5.1. RED DE ACUEDUCTO

Figura 3 Inventario Redes de Acueducto por diámetro Corredor Avenida 40

Para el corredor de estudio en total se tienen 0.51 km de redes de acueducto en el corredor,

las redes son de PVC de 3”, por esta razón se proyecta que está redes no debna de objeto

de posición; sólo en caso de daño o incidente.

5.2. REDES DE ALCANTARILLADO SANITARIO

Las redes de alcantarillado sanitario está compuesta por km de un colector de gress desde

8” hasta 12”, que descarga en el Interceptor Maizaro Derecho de 24” PVC.


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Figura 4 Catastro de redes de alcantarillado en el corredor de la Av 40.

5.1. REDES DE ALCANTARILLADO PLUVIAL

Actualmente la evacuación de las aguas lluvias funciona mediante un canal en concreto que en su tramo final es de 2.00 metros de ancho y 0.40 metros de profundidad descargando las aguas en el caño Maizaro. Este canal en periodo de lluvia ocasiona el aislamiento entre el andén y la calzada obligando al peatón transitar por la calzada.

Foto No.1 canal actual a lo largo de la avenida 40


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Foto No.2 canal actual a lo largo de la avenida 40

Foto No.3 Descole sobre caño Maizaro

6. MARCO CONCEPTUAL

Los parámetros de evaluación utilizados para el diseño de redes de acueducto, alcantarillado pluvial y alcantarillado sanitario del corredor de la Avenida 40, son los dados por el Título B, para el primero, y por el título D, para los dos últimos, del Reglamento Técnico del Sector de Agua Potable y Saneamiento Básico RAS – 2000. A continuación se presentan los parámetros de diseño de redes de acueducto, redes de alcantarillado pluvial y sanitario:


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6.1.1. POBLACIÓN

Para la proyección de la población futura en la zona de estudio, se estiman demandas

mediante análisis de población basado en las recomendaciones del RAS 2000 y las

densidades de saturación. Para lo anterior, se parte de la distribución de población actual

la cual se estableció de acuerdo con los usuarios domésticos de la Empresa de Acueducto

y Alcantarillado de Villavicencio y la cantidad de habitantes promedio por vivienda

establecida en el informe de “Villavicencio, Ciudad para todos. Comunas y Corregimientos.

Plan estratégico 2005-2015” de la Alcaldía del Municipio de Villavicencio. De lo anterior, se

estimó que la población actual de Villavicencio es de 367,101 habitantes. A continuación se

presenta la distribución actual de densidades de población de la ciudad de Villavicencio.

Figura 5. Densidad poblacional actual de la ciudad de Villavicencio.

Zona Población Actual

Redensificación 16,333.00

Plan Parcial -

Expansión -

Manzaneo 350,828.00

Total 367,161.00

Tabla 1. Distribución actual de la población de Villavicencio.


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Las densidades de saturación (véase Tabla 2) fueron estimadas de acuerdo con lo

establecido por el POT de Villavicencio en donde serán consideradas zonas de baja

densificación aquellas zonas con densidad igual o menor a 450 Hab/ha, zonas de mediana

densificación aquellas zonas cuya densidad se encuentre entre 450 y 750 Hab/ha y de alta

densificación aquellas que se encuentren entre este último valor y 1,000 Hab/ha.

Adicionalmente, es necesario tener en cuenta que las zonas de redensificación proyectadas

pueden alcanzar hasta 1,250 Hab/ha de acuerdo al Decreto 016 de 2011 que adiciona el

Decreto 146 del 07 de Septiembre de 2010 y que las zonas de Planes Parciales puedan

alcanzar hasta 1,000 Hab/ha de acuerdo a los comités técnicos realizados con la EAAV.

Zona Densidades de saturación (Hab/ha)

Redensificación 1,250

Planes

Parciales 1,000

Expansión 450

Existentes

Depende de la densidad actual:

Si su densidad actual es menor a 350 Hab/ha está se incrementa a 450 Hab/ha.

Si su densidad actual es menor a 700 Hab/ha está se incrementa a 750 Hab/ha.

Si su densidad actual es mayor a 700 Hab/ha está se incrementa a 1000 Hab/ha.

Tabla 2. Densidades de saturación consideradas por zona.

Con estos valores de saturación base y de acuerdo con las modificaciones de las

densidades, en función de la implementación de los planes parciales y políticas municipales

de redensificación zonales, se estima que la población de saturación será de 2’999,930

habitantes en el año 2086. Esta población se encuentra distribuida de acuerdo a la Figura

6 y la Tabla 3.


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Figura 6. Densidad población de saturación en el casco urbano de Villavicencio al año 2086.

Zona Población de Saturación


Plan Parcial 1,333,417.00

Zona de Expansión 630,707.00

Manzaneo 959,230.00

Total 2,999,930.00

Tabla 3. Distribución población de saturación en el casco urbano de Villavicencio al año 2086.

La proyección de las redes de acueducto se realizan para un periodo de 30 años, es decir,

que el presente estudio debe evaluar el funcionamiento de las redes hasta el año 2045.

Analizando la proyección de población del DANE se observa que para el año actual se

proyectaba una población de 439,533 habitantes y que la población esperada al 2020 sería

de 514,077 habitantes. Al observar este crecimiento se considera poco probable que la

ciudad de Villavicencio alcance en un periodo de 30 años las densidades de saturación por

lo que se ajusta la proyección de población a partir de los datos del DANE y mediante el

uso del método geométrico presentado por el RAS 2000 para la determinación de la

población futura de una ciudad.


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El método geométrico consiste en estimar la población futura con base en una tasa de

crecimiento anual estimada a partir de los últimos dos datos de población disponibles, como

se presenta en la Ecuación 1. De acuerdo con el RAS 2000, esta metodología es

recomendada para ciudades con “una importante actividad económica, que genera un

apreciable desarrollo y que poseen importantes áreas de expansión las cuales pueden ser

dotadas de servicios públicos sin mayores dificultades”, como la ciudad de Villavicencio.

𝑟 = (𝑃𝑢𝑐

𝑃𝑐𝑖)

1(𝑇𝑢𝑐−𝑇𝑐𝑖)

− 1

Ecuación 1. Tasa de crecimiento anual de la población.

𝑃𝑓 = 𝑃𝑢𝑐(1 + 𝑟)𝑇𝑓−𝑇𝑢𝑐 Ecuación 2. Método geométrico para proyección de poblaciones.

Donde,

r, es la tasa de crecimiento anual de la población.

Puc, es la población correspondiente al último año censado (hab); de acuerdo con

las proyecciones del DANE se tiene que para el año actual la ciudad de Villavicencio

cuenta con 450,077 habitantes.

Pic, es la población correspondiente al censo inicial disponible (hab); de acuerdo con

el censo del 2005, la población en Villavicencio en ese año era de 356,461

habitantes.

Tuc, año del último censo; en este caso 2014.

Tic, año del censo inicial; en este caso 2005.

Pf, es la población estimada para el año futuro (hab).

Tf, es el año para el cual se desea estimar la población futura; en este caso 2045.

𝑟 = (450,077

356,461)

1(2014−2005)

− 1 = 0,026

𝑃𝑓 = 450,077 ∗ (1 + 0,027)2044−2014 = 979196 ℎ𝑎𝑏𝑖𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒𝑠

Como se puede observar la población esperada para el 2044 (979,196 habitantes) es cerca

de la tercera parte de la densidad de saturación la cual se espera alcanzar en el año 2086,

de acuerdo con las proyecciones realizadas con el método geométrico.


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Figura 7. Proyección de la población futura.

Una vez se cuenta con la población esperada para el año 2044 es necesario distribuirla en

el área que se espera esté desarrollada dentro de 30 años. De acuerdo con lo anterior, se

espera que:

Las zonas de redensificación se desarrollen completamente en los próximos años,

por lo que se mantiene en todas estas una densidad de 1,250 Hab/ha.

Las zonas existentes actualmente tenga un crecimiento relativamente pequeño en

comparación a las otras zonas debido que son áreas construidas y para su

crecimiento deben ser demolidas y reconstruidas por lo que se hace más costosa

la inversión. La distribución de la población en estas se hará de manera porcentual

de acuerdo con el incremento de población asignado.

Se espera que los planes parciales que se encuentren a los alrededores del casco

urbano actual comiencen a desarrollarse en los próximos treinta años pero que no

alcancen su densidad de saturación (1000 Hab/ha) sino que alcancen una

saturación media (750 Hab/ha).

Las zonas de expansión por su parte, al igual que los planes parciales, comienzan

su proceso de crecimiento pero no alcanzan su densidad de saturación. La

distribución de la población en estas se hará de manera porcentual de acuerdo con

el incremento de población asignado.

En la Figura 8 se presenta la distribución de la población en el casco urbano para el año

2043. En rojo se presentan las zonas de redensificación, en amarillo los planes parciales

con mayor desarrollo y las zonas existentes actualmente que alcanzan una densidad entre

450 y 750 Hab/ha, en verde claro se presentan las zonas existente, de expansión y planes

parciales cuyo desarrollo no se espera supere los 450 Hab/ha y en verde oscuro las zonas

de expansión y/o planes parciales que no se espera se desarrollen en los próximos 30 años.


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Figura 8. Distribución de la población en el casco urbano de Villavicencio en el año 2044.

Zona Futura


Plan Parcial 406,223.00

Zona de Expansión 90,754.00

Zona existente 404,450.00

Total 979,194.00

Tabla 4. Distribución de la población en el casco urbano de Villavicencio en el año 2044.

A partir de la información anterior se realiza proyección de población.

Tabla 5 Proyección de población.

AÑO POBLACIÓN

2013 343,022

2014 365,134

2015 387,246

2016 409,358

2017 431,470

2018 453,582

2019 475,694

2020 497,806


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AÑO POBLACIÓN

2021 519,918

2022 542,030

2023 566,354

2024 586,257

2025 601,811

2026 617,778

2027 634,169

2028 650,995

2029 668,267

2030 685,998

2031 704,198

2032 722,882

2033 742,061

2034 761,750

2035 781,960

2036 802,707

2037 824,005

2038 845,867

2039 868,309

2040 891,347

2041 914,996

2042 939,273

2043 964,194

2044 979,194

6.2. ALCANTARILLADO PLUVIAL

6.2.1. CAUDAL DE DISEÑO

Considerando las recomendaciones del RAS 2000 se utiliza el método racional para la determinación de los caudales de diseño, este método es adecuado para el cálculo de los caudales generados en superficies menores de 1.300 Ha.

Este método establece que el caudal superficial producido por una precipitación es:

Q = 2,78 x C x I x A , donde

Q = Caudal superficial (L/s) C = Coeficiente de escorrentía (adimensional) I = Intensidad promedio de la lluvia (mm/hr)


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A = Área de drenaje (Hectáreas)

COEFICIENTE DE ESCORRENTÍA

El coeficiente de escorrentía, C, es función del tipo de suelo, del grado de permeabilidad de la zona, de la pendiente del terreno y otros factores que determinan la fracción de la precipitación que se convierte en escorrentía. Los valores específicos para cada tramo se encuentran consignados en el Anexo Memorias de cálculo-Red alcantarillado pluvial.

Tabla 6. Coeficientes de escorrentía o impermeabilidad RAS-2000

ÁREAS DE DRENAJE

Se determinan las áreas aferentes trazando las divisorias de cada área aportante del proyecto, conforme a las líneas de flujo y microcuencas encontradas a partir de las curvas de nivel (de cada 2 m) obtenidas por el IGAC . Con base en las curvas de nivel, se realiza un análisis topográfico e hidrológico, que vincula las pendientes de cada subcuenca, el sentido de flujo de cada punto y los corredores acumulados para cada sector.

Finalmente con el fin de establecer una delimitación física para cada colector, se afectan las áreas producto de las microcuencas, con diagonales o bisectrices que pasan por las manzanas y se asignan las respectivas áreas aferentes a cada colector, a continuación se presentan las áreas aferentes a cada colector de la red pluvial proyectada:


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Figura 9. Áreas aferentes alcantarillado pluvial proyectado Av. 40.

PERÍODO DE RETORNO O GRADO DE PROTECCIÓN

El periodo de retorno de diseño debe determinarse de acuerdo con la importancia de las áreas y con los daños, perjuicios o molestias que las inundaciones periódicas puedan ocasionar a los habitantes, tráfico vehicular, comercio, industria, etc. La selección del periodo de retorno está asociada entonces con las características de protección e importancia del área de estudio y, por lo tanto, el valor adoptado debe estar justificado. En la tabla D.4.2 se establecen valores de periodos de retorno o grado de protección.


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Tabla 7. “Tabla D.4.2” Periodos de retorno o grado de protección RAS-2000

Características del área de drenaje Mínimo (años)

Aceptable (años)

Recomendado (años)

Tramos iníciales en zonas residenciales con áreas tributarias menores de 2 ha

2 2 3

Tramos iníciales en zonas comerciales o industriales, con áreas tributarias menores de 2 ha

2 3 5

Tramos de alcantarillado con áreas tributarias entre 2 y 10 ha

2 3 5

Tramos de alcantarillado con áreas tributarias mayores de 10 ha

5 5 10

Canales abiertos en zonas planas y que drenan áreas mayores de 1000 ha *

10 25 25

Canales abiertos en zonas montañosas (alta velocidad) o a media ladera, que drenan áreas mayores a 1000 ha

25 25 50

*Parte revestida a 10 años, más borde libre a 100 años

La frecuencia de las lluvias varía entre 3 años, como mínimo, hasta valores del orden de 100 años. Para el presente caso se utilizara un periodo de retorno o grado de protección de 5 años, de acuerdo a lo estipulado en la tabla D.4.2 de la norma técnica RAS 2000 que dice que se recomienda este periodo para “Tramos de alcantarillado con áreas tributarias entre 2 y 10 ha”, que es el caso de este proyecto.

INTENSIDAD DE LA LLUVIA

La intensidad de la lluvia es inversamente proporcional a la duración y directamente proporcional a la frecuencia de la lluvia. Para poder obtener el valor de intensidad de la lluvia en la aplicación del método racional es necesario definir la frecuencia de la lluvia y su duración. En este proyecto determinó a partir de las curvas IDF de la Estación Base Aérea Apiay (Meta) – Código 3503501.

A continuación se muestran el cuadro de los datos y las curvas IDF de la Estación Base Aérea Apiay (Meta) Código 3503501.

Tabla 8. IDF APIAY

Relaciones Intensidad - Duración - Frecuencia Estación : BASE AEREA APIAY - META - 3503501

DURACION PERIODO DE RETORNO, años Minutos 3 5 10 25 50 100

15 98,3 110,4 125,7 145,0 159,3 173,4 30 81,0 95,5 113,8 130,0 144,0 160,0 60 60,5 71,9 86,2 104,2 117,6 130,9

120 43,1 52,6 64,7 79,9 91,2 102,4 360 19,2 23,3 28,4 34,9 39,7 44,5

Figura 10. Curvas IDF para estación Apiay


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De la aplicación del método racional se obtuvo el caudal de diseño para cada colector como se presenta en la Tabla 9:

Tabla 9 Cálculo de caudales Método Racional

6.2.2. PARÁMETROS HIDRÁULICOS Y CONSTRUCTIVOS

Diámetro Mínimo: Para la red de tuberías del alcantarillado pluvial convencional, se especifica en el reglamento RAS 200 que el diámetro mínimo es de 10” (250mm). Sin embargo con la debida justificación, es posible reducir el diámetro mínimo a 8” (200 mm) en los tramos iniciales de poblaciones pequeñas. Para los colectores proyectados en el presente estudio se tienen tuberías con diámetros entre 250mm hasta 900mm.

Velocidad Mínima: La velocidad mínima requerida en los alcantarillados pluviales se

especifica con el objeto de tener una tubería autolimpiante. El reglamento del RAS establece una velocidad mínima real de 0.75 m/s para el caudal de diseño.

En cada tramo se verifica el comportamiento autolimpiante del flujo, para lo cual se utiliza el criterio de esfuerzo cortante medio. Se establece, por lo tanto, que el valor del esfuerzo cortante medio sea mayor o igual a 3,0 N/m2 (0,3 Kg/m2) para el caudal de diseño, y mayor o igual a 1,5 N/m2 (0,15 Kg/m2) para el 10% de la capacidad a tubo lleno.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

120

130

140

150

160

170

180

190

0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360

INT

EN

SID

AD

( m

m/h

)

DURACION (min)

CURVAS DE INTENSIDAD-DURACION-FRECUENCIAESTACION BASE AEREA APIAY (META)-COD: 3503501

100

50

25

10

5

3

Tr (años)

LabelStart

Node

Stop

Node

Area

Propia

(Ha)

Area

Total

(Ha)

Num

Tubos

Tc

Inicial

(min)

Tc

Tránsito

(min)

Tc Total

(min)

Frec

(años)

Intensidad

(mm/hr)C

Q

Parcial

(l/s)

Q TOTAL

(l/s)

T-1 P1 P2 2.77 2.77 1 15 0.25 15.25 5.00 111.36 0.65 556.41 556.41

T-2 P2 P3 1.86 4.62 2 0.51 15.76 5.00 110.45 0.65 370.61 927.02

T-3 P3 P4 2.50 7.12 3 0.38 16.14 5.00 109.79 0.65 496.16 1423.18

T-4 P4 P5 2.95 10.08 4 0.52 16.66 5.00 108.90 0.65 581.08 2004.26

T-5 P5 O-2 0.01 10.09 5 0.07 16.73 5.00 108.78 0.65 1.97 2006.22

10.09


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Velocidad Máxima: Para aguas con cantidades no significativas de sedimentos

suspendidos, la velocidad máxima es función del material de la tubería. En la medida en que el tamaño de los sólidos aumenta, se debe reducir la velocidad a causa de la posible abrasión de la tubería. Para el proyecto las velocidades en los tramos de tubería son inferiores a 4.98 m/s.

En la Tabla 10 se muestran los valores para los materiales típicos de tuberías.

Tabla 10 Velocidad máxima para tuberías de alcantarillado, en m/s.

Materia de la tubería

Agua con sedimentos coloidales

(m/s)

Agua con fragmentos de arena y grava

(m/s)

Ladrillo común 3,0 2,0

Ladrillo vitrificado y gres 5,0 3,3

Concreto de : 140 kg/cm2 3,0 2,0

210 kg/cm2 5,0 3,3

250 kg/cm2 6,0 4,0

280 kg/cm2 6,5 4,3

315 kg/cm2 7,5 5,0

Concreto reforzado mayor de 280 kg/cm2 y curado al vapor

10,0 6,6

Cloruro de polivinilo (PVC) 10,0 10,0

Pendiente Mínima: El valor de la pendiente mínima del colector debe ser aquel que

permita tener condiciones de autolimpieza, de acuerdo con los criterios de la velocidad mínima especificados en reglamento RAS 2000.

Pendiente Máxima: El valor de la pendiente máxima admisible es aquella para la cual

se tenga una velocidad máxima real, según los criterios especificados en el reglamento RAS.

Profundidad Hidráulica Máxima: La profundidad hidráulica máxima en colectores de

aguas lluvias puede ser la correspondiente a flujo lleno. En la memoria de cálculo se presenta como D (m) la profundidad hidráulica en cada colector, donde se observa que en ningún caso se supera el diámetro interno de la tubería.

Profundidad Mínima a la Cota Clave: Los colectores deben estar a una profundidad

mínima a cota clave de 1.20 m cuando se encuentren bajo vías vehiculares y a 0.75 m en vías peatonales, Para casos especiales como localidades con evidentes problemas de drenaje los valores anteriores pueden reducirse haciendo las previsiones estructurales y geotécnicas correspondientes. (RAS 2.000 Tabla D.3.11).

Las conexiones domiciliarias y los colectores de aguas lluvias deben localizarse por debajo de las tuberías de acueducto. Los colectores de aguas lluvias deben localizarse a una profundidad que no interfiera con las conexiones domiciliarias de aguas residuales


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al sistema de recolección y evacuación de aguas residuales. En general deben considerarse las interferencias con otras redes.

Profundidad Máxima a la Cota Clave: En general la máxima profundidad de los

colectores es del orden de 5 m, aunque puede ser mayor siempre y cuando se garanticen los requerimientos geotécnicos de las cimentaciones y estructurales de los materiales y colectores durante (y después de) su construcción. Los colectores del proyecto tienen una profundidad a cota clave máxima de 2.96 m.

Aplicación de los Parámetros: Todos los parámetros constructivos e hidráulicos se

pueden observar y verificar tanto en los Planos de Diseño Planta – Perfil, como en las memorias de Cálculos Hidráulicos-Redes de alcantarillado pluvial anexos al presente estudio.

6.3. ALCANTARILADO SANITARIO

6.3.1. CAUDAL DE DISEÑO

El caudal que se transporta por un alcantarillado de aguas negras está compuesto por aportes domiciliarios, comerciales, industriales e institucionales.

Caudal de Aguas Residuales Domésticas (QD): Para el diseño de alcantarillado se

utiliza el caudal medio diario, definido como la contribución durante un período de 24 horas, obtenida como el promedio durante un año. Este aporte se puede cuantificar a partir del consumo de agua potable, así:

𝑄 =𝐶𝑅 ∗ 𝐶 ∗ 𝐷 ∗ 𝐴

86400

Donde:

Q: Caudal de aguas residuales domésticas, (L/s) CR: Coeficiente de retorno C: Consumo de agua potable, (L/Hab-día) D: Densidad de población de la zona (Hab/Ha) A: Área de drenaje de la zona, (Ha)


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Figura 11 Áreas aferentes alcantarillado sanitario

A continuación se definen los valores correspondientes de cada una de las variables descritas anteriormente:

- El coeficiente de retorno establece el porcentaje del agua potable consumida en un domicilio que es vertida al alcantarillado. Para una complejidad del sistema medio alto se toman valores entre el 80% y el 85% (RAS 2.000, Tabla D.3.1), seleccionado para este proyecto un valor del 85%.

- El consumo medio diario por habitante correspondiente a la dotación neta, que como

se definió en el presente documento corresponde a 150L/Hab.dia.

- El área de drenaje total para el proyecto corresponde a 10.09 ha en condiciones actuales (año 2014) y futuras (año 2044), y del Anexo “Memorias de Cálculos Hidráulicos- Red Alcantarillado Sanitario” se puede observar el área tributaria y población estimada de cada tramo de la red de alcantarillado sanitario.


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- Densidad de la población: De acuerdo a la proyección de la población presentada en el capítulo de cálculo de la demanda de acueducto, se hace una distribución de la población teniendo en cuenta lo siguiente:

o Las zonas de redensificación se desarrollen completamente en los próximos

años, por lo que se mantiene en todas estas una densidad de 1,250 Hab/ha.

o Las zonas existentes actualmente tenga un crecimiento relativamente

pequeño en comparación a las otras zonas debido que son áreas

construidas y para su crecimiento deben ser demolidas y reconstruidas por

lo que se hace más costosa la inversión. La distribución de la población en

estas se hará de manera porcentual de acuerdo con el incremento de

población asignado.

o Se espera que los planes parciales que se encuentren a los alrededores del

casco urbano actual comiencen a desarrollarse en los próximos treinta años

pero que no alcancen su densidad de saturación (1000 Hab/ha) sino que

alcancen una saturación media (750 Hab/ha).

o Las zonas de expansión por su parte, al igual que los planes parciales,

comienzan su proceso de crecimiento pero no alcanzan su densidad de

saturación. La distribución de la población en estas se hará de manera

porcentual de acuerdo con el incremento de población asignado.

De acuerdo a la distribución de las densidades se toma el valor ponderado para cada una de las áreas aferentes de los colectores de alcantarillado sanitario planteados.

A partir del análisis de las particularidades del proyecto se definieron los siguientes caudales:

Caudal de Aguas Residuales Comerciales (QC): Se asumirá un aporte de 1.0 L/s por

cada hectárea comercial. (RAS 2000, Tabla D.3.3).

Caudal de Aguas Residuales Industriales (QI): Se asumirá un aporte de 1.5 L/s por cada hectárea industrial. (RAS 2000, Tabla D.3.2).

Caudal de Aguas Residuales Institucionales (QIN): Se asumirá un aporte de 0.5L/s

por cada hectárea institucional. (RAS 2000, Tabla D.3.4).

Caudal por Conexiones erradas: El valor del aporte por conexiones erradas según los

valores adecuados definidos por la Norma RAS 2000 Titulo D.3.2.2.6., Es de 2 L/s por hectárea, aunque en el corredor se proyecta alcantarillado pluvial, el área aferente aguas arriba del corredor, hacía el barrio Siete de Agosto no cuenta con alcantarillado pluvial, lo cual implica las conexiones erradas al alcantarillado sanitario.

Caudal de Infiltración: Las aguas lluvias que se infiltran en el suelo y que alimentan

las aguas freáticas de las áreas analizadas penetran a la red de alcantarillado por medio


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de fisuras o por juntas de construcción mal ejecutadas. Para el caso del proyecto se adoptará un valor de Qinf = 0.20 L/s por cada Hectárea. (RAS 2000, Tabla D.3.7).

Caudal Máximo Horario: El caudal máximo horario del día máximo se estima a partir

del caudal final medio diario establecido como QMD (L/s – Ha) = QD + QI + QC + QIN , y con el uso del factor de mayoración F, como sigue:

𝑄𝑀𝐻 = 𝐹. 𝑄𝑀𝐷

Para la estimación del factor de mayoración puede usarse cualquiera de las siquientes ecuaciones dependiendo de la población:

La ecuación de Babbit. Para poblaciones menores de mil habitantes.

2.0

5

PF

La ecuación de Harmon. Para poblaciones entre mil y un millón de habitantes. (P>1000):

P

PF

4

18

En el Anexo “Memorias de Cálculos Hidráulicos- Redes de alcantarillado sanitario” se puede observar el factor de mayoración correspondiente de cada tramo de la red del alcantarillado sanitario.

Caudal de diseño: El caudal por unidad de área con el cual se evaluará el sistema de

alcantarillado será entonces de:

𝑄𝑑𝑖𝑠 = 𝑄𝑀𝐻 + 𝑄𝑐𝑒 + 𝑄𝑖𝑛𝑓

A continuación se resumen los parámetros usados para determinar el caudal de diseño de las redes de alcantarillado sanitario.

Tabla 11. Parámetros Proyectados Densidad de Saturación

PARÁMETRO VALOR UNIDAD

Dotación Neta 150.000 L/hab.día

Dotación Neta Total 6.054 L/s

Cobertura Alcantarillado 100%

Coeficiente de Retorno 0.85 -

Caudal Medio Diario Doméstico 5.146 L/s

Caudal aguas institucionales 0.500 L/s - /Ha

Caudal aguas comerciales 1.000 L/s - /Ha

Caudal aguas industriales 1.500 L/s - /Ha

Caudal medio diario / Ha: 0.738 L/s - /Ha

Caudal Conexiones Erradas: 2.000 L/s - /Ha

Caudal Infiltración: 0.200 L/s - /Ha


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PARÁMETRO VALOR UNIDAD

Población Total 3,487 Hab

Área Total (Ha) 6.97 Ha

Densidad de Población : 500.00 Hab/Ha

Población Actual: 3138.00 Hab.

En el Anexo “Memorias de Cálculos Hidráulicos - Redes de alcantarillado sanitario” se puede observar los resultados del caudal de diseño en L/s correspondiente de cada tramo de la red del alcantarillado sanitario.

6.3.2. PARÁMETROS HIDRÁULICOS Y CONSTRUCTIVOS

Diámetro Mínimo: El diámetro mínimo para la red de sistemas de alcantarillado

sanitario es de 8”, 200 mm. (RAS 2000, D.3.2.6).

Debido a la falta de alcantarillado pluvial en el área aferente del alcantarillado sanitario y por ende un mayor volumen de conexiones erradas se busca mantener las dimensiones de los diámetros a reponer como valor mínimo para el diámetro de la tubería proyectada.

Velocidad Mínima: La velocidad mínima requerida en los alcantarillados pluviales se

especifica con el objeto de tener una tubería autolimpiante. El reglamento del RAS establece una velocidad mínima real de 0.45 m/s para el caudal de diseño.

En cada tramo se verifica el comportamiento autolimpiante del flujo, para lo cual se utiliza el criterio de esfuerzo cortante medio. Se establece, por lo tanto, que el valor del esfuerzo cortante medio sea mayor o igual a 1,2 N/m2 (0,12 Kg/m2).

Velocidad Máxima: Para aguas con cantidades no significativas de sedimentos

suspendidos, la velocidad máxima es función del material de la tubería. En la medida en que el tamaño de los sólidos aumenta, se debe reducir la velocidad a causa de la posible abrasión de la tubería. Para el proyecto las velocidades en los tramos de tubería son inferiores a 1,6 m/s.

En la Tabla 10 se muestran los valores para los materiales típicos de tuberías.

Tabla 12 Velocidad máxima para tuberías de alcantarillado, en m/s.

Materia de la tubería

Agua con sedimentos coloidales

(m/s)

Agua con fragmentos de arena

y grava (m/s)

Ladrillo común 3,0 2,0

Ladrillo vitrificado y gres 5,0 3,3

Concreto de : 140 kg/cm2 3,0 2,0

210 kg/cm2 5,0 3,3

250 kg/cm2 6,0 4,0

280 kg/cm2 6,5 4,3


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315 kg/cm2 7,5 5,0

Concreto reforzado mayor de 280 kg/cm2 y curado al vapor

10,0 6,6

Cloruro de polivinilo (PVC) 10,0 10,0

Pendiente Mínima: El valor de la pendiente mínima del colector debe ser aquel que

permita tener condiciones de autolimpieza, de acuerdo con los criterios de la velocidad mínima especificados en reglamento RAS 2000.

Pendiente Máxima: El valor de la pendiente máxima admisible es aquella para la cual

se tenga una velocidad máxima real, según los criterios especificados en el reglamento RAS.

Profundidad Hidráulica Máxima: Para permitir aireación adecuada del flujo de aguas

residuales, el valor máximo permisible de la profundidad hidráulica para el caudal de diseño en un colector debe estar entre 70 y 85% del diámetro real de éste. En la memoria de cálculo se presenta como D (m) la profundidad hidráulica en cada colector, donde se observa que en ningún caso se supera el 40 % del diámetro interno de la tubería.

Profundidad Mínima a la Cota Clave: Los colectores deben estar a una profundidad

mínima a cota clave de 1.20 m cuando se encuentren bajo vías vehiculares y a 0.75 m en vías peatonales, Para casos especiales como localidades con evidentes problemas de drenaje los valores anteriores pueden reducirse haciendo las previsiones estructurales y geotécnicas correspondientes. (RAS 2.000 Tabla D.3.11). Para el caso del presente proyecto se tienen profundidades a cota clave mayores a las indicadas

Profundidad Máxima a la Cota Clave: En general la máxima profundidad de los

colectores es del orden de 5 m, aunque puede ser mayor siempre y cuando se garanticen los requerimientos geotécnicos de las cimentaciones y estructurales de los materiales y colectores durante (y después de) su construcción. Los colectores del proyecto tienen una profundidad a cota clave máxima de 1.


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7. SISTEMAS PROYECTADO

7.1. ALCANTARILLADO PLUVIAL

Se proyecta colectores de aguas lluvias con las siguientes características:

Tabla 13 Colector Aguas lluvias Proyectado

7.1. ALCANTARILLADO SANITARIO

Se proyecta colectores de aguas lluvias con las siguientes características:

Tabla 14 Colector aguas residuales Proyectado

JOSÉ ALEJANDRO BALLÉN

MP: 25202119221 CND INGENIERO CIVIL

LabelStart

Node

Stop

Node

Q TOTAL

(l/s)

Long

(m)

Diámetro

int (mm)

Diámetro

Nominal

(Pulg)

S (%)n

manningQo (l/s) Vo (m/s) Q/Qo

T-1 P1 P2 556.41 54.1 452.0 20 0.96 0.010 736.134 4.588 75.59%

T-2 P2 P3 927.02 100.6 671.0 27 0.91 0.010 2059.237 5.823 45.02%

T-3 P3 P4 1423.18 112.1 671.0 27 2.07 0.010 1548.897 4.380 91.88%

T-4 P4 P5 2004.26 112.2 974.0 39 0.67 0.010 2377.822 3.191 84.29%

T-5 P5 O-2 2006.22 17.8 974.0 39 0.96 0.010 2842.233 3.815 70.59%

Label Start NodeStop Node

Area

Propia

(Ha)

Area

Total

(Ha)

Población

(Hab)

Q TOTAL

(l/s)

Long

(m)

Diámetro

int (mm)

Diámetro

Nominal

(Pulg)

S (%)n

manningQo (l/s) Vo (m/s) Q/Qo

CO-33 PZ-1 PZ-2 0.24 0.24 106 1.500 62.7 182.0 8 0.56 0.010 24.798 0.953 6.05%

CO-34 PZ-2 PZ-3 0.13 0.36 162 1.500 68.3 182.0 8 0.56 0.010 24.757 0.952 6.06%

CO-29 PZ-3 PZ-4 1.02 1.39 623 6.710 72.0 227.0 10 0.54 0.010 44.031 1.088 15.24%

CO-30 PZ-4 PZ-5 1.27 2.66 1196 13.040 86.3 284.0 12 0.90 0.010 103.366 1.632 12.62%

CO-31 PZ-5 PZ-6 2.69 5.35 2408 25.960 113.5 284.0 12 1.22 0.010 119.889 1.893 21.65%

CO-32 PZ-6 MD-6 1.62 6.97 3138 33.630 108.9 284.0 12 1.23 0.010 120.608 1.904 27.88%


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ANEXOS


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ANEXO 1

MEMORIAS DE CÁLCULO:

1) REDES DE ALCANTARILLADO PLUVIAL 2) REDES DE ALCANTARILLADO

SANITARIO


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ANEXO 2

PLANOS DE DISEÑO: 1) REDES DE ALCANTARILLADO PLUVIAL 2) REDES DE ALCANTARILLADO

SANITARIO


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ANEXO 3

PLANOS DE DISEÑO URBANISTICO

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