memoria diseño alcant. ur. villa de mompox

Diseño de la Red de Recolección del Alcantarillado Sanitario Urbanización Villa de Mompox – Municipio Mompox – Bolívar. Memoria de Cálculos

Departamento de BolívarMunicipio de Mompox

Alianza por el Rescate de Mompox

DISEÑOS DE LA RED DE RECOLECCION DEL ALCANTARILLADO SANITARIO DE LA URBANIZACION VILLA DE MOMPOX

- MOMPOX - BOLIVAR

M E M O R I A D E C A L C U L O S

JOSE ORLANDO ROJASAlcalde Municipal

Octubre de 2013

1


REDES DE RECOLECCION

1. CALCULO DE RED DE RECOLECCIÓN

1.1. NIVEL DE COMPLEJIDAD

1.1.1. Definición del Nivel de Complejidad

De acuerdo con el capítulo A.3, numeral A.3.1, para la clasificación del proyecto se

establecieron cuatro niveles de complejidad de los sistemas, así: Bajo, Medio,

Medio Alto y Alto. Esta clasificación depende del número de habitantes en la zona

urbana del municipio, su capacidad económica o el grado de exigencia técnica que

se requiera para adelantar el proyecto, de acuerdo con lo establecido en la tabla

siguiente:Tabla A.3.1

NIVEL DE COMPLEJIDAD POBLACIÓN EN LA ZONA URBANA(1) (HABITANTES)

CAPACIDAD ECONÓMICA DE LOS

USUARIOS(2)

Bajo < 2.500 BajaMedio 2.501 - 12.500 Baja

Medio alto 12.501 - 60.000 MediaAlto > 60.000 Alta

Notas : (1) Proyectado al período de diseño, incluida la población flotante. (2) Incluye la capacidad económica de la población flotante. Debe ser evaluada según metodologías del DNP o cualquier otro método justificado.

1.1.1.1. Nivel de complejidad según la población

Para efectos de establecer la “Definición del periodo de diseño”, es necesario

definir para La Cabecera municipal de Mompox las proyecciones de población

para el horizonte de diseño para el año 2038, considerando un periodo de diseño

de 25 años, la cual sería alrededor de 33.245. Para poder clasificar a la Cabecera

municipal de Mompox en un nivel de complejidad dentro de la tabla A.3.1 del RAS.

Para el presente proyecto se toma como base para la proyección de la población

de la cabecera municipal de Mompox en el Departamento de Bolívar, los censo

2


realizado por el Departamento Nacional de Estadista “Dane”. Censo del 2005 con

22.650 habitantes, proyección a 2010 con 24.078 habitantes y proyección a 2020

con 27.168 habitantes, obteniéndose los siguientes resultados de proyección de

la población, los cuales se muestran en el cuadro siguiente.

PROYECCION DE POBLACION - CABECERA MUNICIPAL – MOMPOX.

AÑO AÑO

TASA DE CRECIMIENTO. (%) POBLACION

POBLAC. DISEÑO

2005 - 22 650 22 6502006 1.23 22 929 22 9292007 1.23 23 211 23 2112008 1.23 23 496 23 4962009 1.23 23 785 23 7852010 1.23 24 078 24 0782011 1.22 24 371 24 3712012 1.22 24 669 24 669

0 2013 1.22 24 970 24 9701 2014 1.22 25 274 25 2742 2015 1.22 25 583 25 5833 2016 1.21 25 892 25 8924 2017 1.21 26 206 26 2065 2018 1.21 26 523 26 5236 2019 1.21 26 844 26 8447 2020 1.21 27 168 27 1688 2021 1.15 27 481 27 4819 2022 1.15 27 797 27 797

10 2023 1.15 28 116 28 11611 2024 1.15 28 440 28 44012 2025 1.15 28 767 28 76713 2026 1.15 29 098 29 09814 2027 1.15 29 432 29 43215 2028 1.15 29 771 29 77116 2029 1.15 30 113 30 11317 2030 1.15 30 459 30 45918 2031 1.10 30 795 30 79519 2032 1.10 31 133 31 13320 2033 1.10 31 476 31 47621 2034 1.10 31 822 31 82222 2035 1.10 32 172 32 17223 2036 1.10 32 526 32 52624 2037 1.10 32 884 32 88425 2038 1.10 33 245 33 245

Fuente: Dane, proyeccion de poblacion años 2005, 2010, 2020.

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De este modo, con la población proyectada para la ciudad de Mompox cualquier

período de diseño se encuentra en el rango entre 12.501 y 60.000 habitantes, por

lo tanto se puede determinar que de acuerdo con el RAS, el área urbana de

Mompox, desde el punto de vista de su población proyectada a los diferentes

períodos de diseño presenta un nivel de complejidad “MEDIO ALTO”.

1.1.1.2. Nivel de complejidad según la capacidad económica

Según la estratificación socioeconómica del Municipio de Mompox, la capacidad

económica de la población, se encuentra en un gran porcentaje en los estratos 1 y

2. Por lo tanto se concluye que los estratos 1 y 2 son los predominantes y, según

lo establecido en el numeral 1.3 “Caracterización Económica de la población –

R.A.S 2000”, la capacidad económica de Mompox es “baja”.

1.1.1.3. Asignación del nivel de complejidad del sistema

De acuerdo con la población, para cualquier período de diseño se tiene un nivel de

complejidad “Medio Alto”. Según la capacidad económica de los usuarios se tiene

un nivel de complejidad Bajo.

Para los estudios del sistema de agua potable, se establece que para el área

urbana de Mompox, el nivel de complejidad “Medio Alto” prima el criterio de

población sobre el de capacidad económica, por el resultado mayor entre la

clasificación obtenida y según lo establecido en el Artículo 12 del RAS.

1. 1.2. METODO DE DISEÑO.

El diseño de las redes de recolección del sistema de alcantarillado se realizó teniendo como criterio de diseño el esfuerzo cortante mínimo, para que esta sea lo suficientemente apta para lavar los sólidos depositados en la tubería durante el

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periodo de caudal bajo. Además, con la investigación de campo llevada a cabo en la localidad, está relacionada con sus características topográficas y su proximidad con el rio Magdalena; se determinó que el diseño de la red de recolección del sistema de alcantarillado sanitario es posible utilizar el método convencional.

2. 1.3. NORMAS

Para la formulación y evaluación del presente diseño, se tuvo como guía el Reglamento Técnico para el sector de Agua Potable y Saneamiento Básico – RAS 2000.

3. 1.3. PARAMETROS Y CRITERIOS DE DISEÑOS

Los diferentes parámetros utilizados en el diseño del sistema de alcantarillado de aguas negras de la Urbanización Villa de Mompox – en la Cabecera municipal de Mompox - Bolívar, se establecieron a partir del Reglamento Técnico para el sector de Agua Potable y Saneamiento Básico – RAS; las recomendaciones de las guías de FINDETER S.A., de las investigaciones de campo llevadas a cabo en la misma localidad y los datos sobre población y vivienda realizados por la Consultoría.

1.3.1. Coeficiente de Manning (n).

De acuerdo con las recomendaciones dadas en el Artículo 124 del RAS, para el Nivel de Complejidad de sistema Medio Alto, el valor del Coeficiente de rugosidad de Manning, “n”, en tuberías de pared lisa debe definirse entre 0.009 y 0.013.Por razones donde un sistema de alcantarillado, después de cierto tiempo de servicio se aproxima a una constante, que no es función del material de construcción del tubo, sino que presenta la acumulación de detritos y crecimiento de suciedades en las paredes del mismo; el valor a utilizar, para el presente diseño será 0.009, el cual unido a la naturaleza empírica de las fórmulas, dará como resultado un diseño conservativo y prudente.

1.3.2. Diámetro Mínimo

De acuerdo con el Artículo 126 del RAS, el diámetro nominal mínimo permitido en redes de sistemas de recolección y evacuación de aguas residuales tipo alcantarillado sanitario convencional para un NCS Medio Alto es de 200 mm (8”).

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1.3.3. Velocidad Mínima

La velocidad mínima real para el diseño de los colectores, según el Artículo 127 del RAS, debe ser tal que permita lavar los sólidos depositados durante los períodos de caudal bajo, por lo tanto dicha norma establece que la velocidad mínima real permitida en el colector es de 0.45 m/seg.

1.3.4. Velocidad Máxima.

Los valores máximos permisibles para la velocidad media en los colectores dependen del material, en función de su sensibilidad a la abrasión; por lo tanto de acuerdo con lo establecido en el Artículo 128 del RAS, se recomienda que la velocidad máxima real no sobrepase los 5.0 m/s, valores mayores deben ser justificados.

1.3.5. Pendiente Mínima

El valor de la pendiente mínima, de acuerdo con el Artículo 129 del RAS, será la que permita tener condiciones de autolimpieza y de control de gases adecuados. Dada las condiciones topográficas de la localidad, para el presente diseño se ha establecido, como pendiente mínima, aquella que dé un valor para la fuerza tractiva mayor o igual a de 0.12 Kg/m2.

1.3.6. Pendiente Máxima

El valor de la pendiente máxima, de acuerdo con el Artículo 130 del RAS, será la que produzca una velocidad máxima real, especificada en el ítem 2.3.5.

1.3.7. Coeficiente de Retorno

El coeficiente de retorno es la fracción del agua de uso doméstico servida (dotación neta) entregada como el agua negra al sistema de recolección y evacuación de aguas residuales.

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De acuerdo a la complejidad del sistema, en la sección D.3.2.2.1, numeral 4 del RAS, establece los siguientes valores para dicho coeficiente, así:

NIVEL DE COMPLEJIDAD DEL SISTEMA COEFICIENTE DE RETORNO

Bajo y Medio 0.7 - 0.8Medio Alto y Alto 0.8 - 0.85

De acuerdo con el Nivel de Complejidad del Sistema, MEDIO - ALTO, se optó un valor para el coeficiente de retorno de 0.80.

1.3.8. Profundidad Hidráulica máxima

Para permitir aireación adecuada del flujo de aguas residuales, el valor máximo permisible de la profundidad hidráulica para el caudal en un colector debe estar entre 70 y 85% del diámetro real de éste, todo en cumplimiento con lo establecido en el Artículo 131 del RAS. Por lo tanto, se determina en un ochenta y cinco por ciento (85%).

1.3.9. Profundidad mínima y máxima de instalación de la tubería.

La profundidad de instalación mínima a clave para la tubería se establece en 1.20 m, en cumplimiento con lo establecido en la tabla numer0 35 del Artículo 132 del RAS.

Mientras que para la máxima profundidad de los colectores la citada norma establece que esta debe ser del orden de 5.00 metros, a excepción de aquellos tramos que estén en contra pendiente y el sentido del flujo obligue su trazado por ellos.

1.3.10. Localización de los pozos de inspección.

De acuerdo con los numerales A.11.3.20.1 al A.11.3.20.4 del RAS, los pozos se proyectaran de acuerdo a los siguientes parámetros:

4. En todas las intersecciones de los ejes de las vías, en los cambios de dirección de las mismas.

5. En los arranques del alcantarillado6. En todo cambio de diámetro, de sección o de pendiente.

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7. En los tramos rectos de tal forma que la distancia entre dos pozos de inspección estará entre 100 y 120 m.

8. El diámetro interno de los pozos de inspección será de 1.20 m.9. La profundidad mínima de los pozos de inspección debe tener 1.00 m sobre la

cota a clave del colector afluente mas superficial.10. El diámetro del orificio de acceso o entrada a los pozos de inspección será

de 0.60 m.

1.3.11. Parámetros de las cámaras de caída.

Todos los colectores que lleguen a una estructura de conexión, con una diferencia mayor de 0.75 m con respecto a la batea del colector de salida. El diámetro del tubo bajante será del mismo diámetro que el tubo de entrada, en cumplimiento con lo establecido en el Artículo 146 del RAS.

1.3.12. Período de Planeamiento o de Diseño.

El período de planeamiento o de diseño para el sistema de alcantarillado sanitario debe fijar las condiciones básicas del proyecto como la capacidad del sistema para atender la demanda futura, la densidad actual y de saturación, la durabilidad de los materiales y equipos empleados y la calidad de la construcción, operación y mantenimiento. De acuerdo con el artículo 65 de la resolución 2320 de noviembre 27 de 2009, por la cual se modifica el numeral D.2.2.3 del RAS - 00, el período de planeamiento para las redes de recolección y evacuación de las aguas servidas, se seleccionará de acuerdo a la siguiente tabla.

Nivel de Complejidad del sistema

Período de Planeamiento (Años)

Bajo y Medio 25Medio alto 25

Alto 30

1.3.13. Demografía

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La elaboración de la proyección de la población sirvió de base para el cálculo del Nivel de Complejidad del Sistema y así poder determinar las necesidades actuales y futuras de la urbanización. La proyección de la población constituye una información de especial importancia para la planificación de las actividades económicas y sociales, dado que proporciona un panorama general de la población futura hacia la cual se orientan los programas que buscan mejorar las condiciones de vida de los habitantes de una región.

1.3.13.1. Población - beneficiada El análisis de la información censal a nivel nacional y regional, nos revela como en Colombia se ha venido experimentando durante los últimas cinco décadas el proceso, conocido como transición demográfica, es decir que después de tener altas tasas de fecundidad y de mortalidad, en la actualidad se presenta un descenso de tales variables, como consecuencia de políticas de control demográfico, de mejoramiento de las condiciones de salud y educación y el desarrollo económico general de la nación.

Para el presente estudio y dado que es una urbanización con 321 vivienda, se tomó la densidad de habitantes por vivienda promediada por el DANE para Mompox de 5.20 ha/viv. Dando como resultado una población de 1.668 habitantes.

1.3.14. Factor de mayoración (F)

El factor de mayoración para estimar el caudal máximo horario, con base en el caudal medio diario, tiene en cuenta las variaciones en el consumo de agua por parte de la población. El valor del factor disminuye en la medida en que el número de habitantes considerado aumenta, pues el uso del agua se hace cada vez mas heterogéneo y a la red de colectores puede contribuir cada vez más a amortiguar los flujos. Relaciones aproximadas como las de Harmon, válidas para poblaciones de 1.000 a 1.000.000 habitantes.

F=1+144+√ p (Ecuación D.3.4)

En donde:F = Coeficiente de HarmonP = Población servida, en miles de habitantes.

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El valor de F debe estar en el rango entre 1.4 y 4.0

Sustituyendo el valor de la población futura en la ecuación D.3.4, encontramos que el valor de F = 3.87.

1.3.15. Caudal de Diseño

El caudal de diseño se determina considerando los aportes o contribuciones debidas a las aguas negras domésticas, a las aguas de infiltración, a las aguas comerciales y a las conexiones erradas.

Caudal de diseño de aguas residuales

Caudal medio diario (Qmd )

El caudal medio diario es la suma de los aportes domésticos Qd ,

industriales Qi , comerciales Qc e institucionales Qins .

Qmd=Qd + Qi + Qc + Qins

Contribuciones doméstica.

El aporte de las contribuciones domésticas se calculó de acuerdo con la metodología RAS 2000 (D.3.2.2.1):

Qd=C∗D∗A rb∗R86 . 400

En donde:

Qd = Contribución doméstica (lps)C = Dotación ( 135 l/hab-día)

10


D = La densidad de población (267.80 hab/Ha).Arb = Área residencial bruta de drenaje (6.23 ha)R = Coeficiente de retorno = 0.80

Dotación

De acuerdo con el artículo 67 de la resolución 2320 de noviembre 27 de 2009, por la cual se modifica el numeral B.2.4.1. del RAS - 2000, la Dotación neta del sistema de acueducto, teniendo en cuenta las costumbres de la localidad, el clima, las pérdidas y los parámetros de diseño del sistema de acueducto, se estimará de acuerdo a la complejidad del sistema, así:

Nivel de complejidad del

sistema

Dotación neta máxima

para poblaciones con

Clima Frio o Templado

(L/hab. día )

Dotación neta máxima

para poblaciones con

Clima Cálido

(L/hab•día)

Bajo 90 100Medio 115 125

Medio Alto 125 135Alto 140 150

De acuerdo a la tabla anterior y el nivel de complejidad Medio – Alto, obtenemos como resultado una dotación neta de 135 lt/hab*día.

2.3.15. Densidad poblacional

Definido el área de drenaje de la urbanización Villa de Mompox, el cual tiene una extensión de residencial de 6.23 hectáreas aproximadamente. El número de habitantes, es de 1.668 habitantes; por lo tanto, la densidad de población es de 267.8 hab/ha.

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D= 1 .668 hab .6 . 23. 00 ha

=267 . 80 hab ./ Ha

Coeficiente de Retorno

El coeficiente de retorno es la fracción del agua de uso doméstico servida (dotación neta) entregada como el agua residual al sistema de recolección y evacuación de aguas residuales.

De acuerdo a la complejidad del sistema, el Artículo la sección D.3.2.2.1, numeral 4 del RAS, establece los siguientes valores para dicho coeficiente, así:

Nivel de complejidad del

sistema

Coeficiente de Retorno

Bajo y Medio 0.7 - 0.8Medio Alto y Alto 0.8 - 0.85

De acuerdo con el Nivel de Complejidad del Sistema, Medio Alto, optamos un valor para el coeficiente de retorno de 0.80.

2.5.2. Caudal por infiltración (QI)

De acuerdo el numeral D.3.2.2.7 del RAS - 98, es inevitable la infiltración de aguas superficiales a las redes de sistemas de alcantarillados sanitarios, principalmente freáticas, a través de fisuras en los colectores, en juntas ejecutadas deficientemente, en unión de colectores con pozos de inspección y demás estructuras. Por lo tanto, el valor de los aportes por infiltración se hará a infiltración se hará de acuerdo con la complejidad del sistema, así:

Caudal por infiltración (QI)Nivel de

Complejidad del sistema

Infiltración Alta

(l/s * Ha)

Infiltración Media

(l/s * Ha)

Infiltración Baja

(l/s * Ha)Bajo y Medio 0.15 - 0.40 0.10 - 0.30 0.05 - 0.20

Medio alto y Alto 0.15 - 0.40 0.10 - 0.30 0.05 - 0.20

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Dado que el Nivel de Complejidad del Sistema es Medio - Alto, se adopta un valor correspondiente a una infiltración Media, o sea, que QI = 0.15 lts/s * Ha.

2.5.3. Caudal por conexiones erradas (QE)

Para el diseño se debe considerar los aportes de aguas lluvias al sistema de alcantarillado sanitario, provenientes de malas conexiones de bajantes de tejados y patios. De acuerdo a la complejidad del sistema los aportes por conexiones erradas, sin sistema pluvial, se indican en la siguiente tabla D.3.5 del RAS:

Nivel de Complejidad del sistema

Aporte(l/s-Ha)

Bajo y Medio 2.0Medio Alto y Alto 2.0

Como la población en estudio carece de un sistema de alcantarillado pluvial y sus condiciones actuales no le permite construir esta obra de tal magnitud, en razón de ello, el RAS establece un aporte de 2.0 lts/seg*Ha, condición que conllevaría a una sobre dimensión del proyecto sí tenemos en la población y las condiciones económicas del municipio.

Considerando los comentarios hechos por La Empresa de Acueducto y alcantarillado de Bogotá, se propone para el presente proyecto un caudal por conexiones erradas de 0.20 lts/seg * Ha.

Con base en la población determinada al año horizonte del proyecto, el

coeficiente de Harmon para esa población y los valores asumidos para el caudal

por infiltración y por conexiones erradas, se determina el caudal de diseño, así:.

Caudal de diseño de los tramos (QT ).

El caudal de diseño de cada tramo de la red de colectores se obtuvo sumándole al

caudal máximo horario QMH del día, los aportes por infiltraciones Qinf y

conexiones erradas Qce .

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QT=QMH+Q inf+Qce

Este caudal es el correspondiente a las contribuciones acumuladas que llegan al

tramo hasta el pozo de inspección inferior. Se asumió 1.50 l/seg como caudal de

diseño cuando el calculado mediante fórmula sea inferior a este valor.

Caudal máximo horario (QMH )

El factor de mayoración para estimar el caudal máximo horario, con base en el

caudal medio diario, tiene en cuenta las variaciones en el consumo de agua por

parte de la población. El valor del factor disminuye en la medida en que el número

de habitantes considerado aumenta, pues el uso del agua se hace cada vez más

heterogéneo y la red de colectores puede contribuir cada vez más a amortiguar los

flujos

1.3.17.1. Caudal de diseño:

QT=C×D×AR×R×F86400

+Q I×A+QCE×A (2)

En donde:QT = Caudal total de diseño (lps) C = Dotación percápita = 135 lts/hab/díaP = Población = 1.668 hab D = Densidad = 267.80 hab/ha.R = Coeficiente de retorno = 0.80F = Factor de Mayoración = 3.87AR = Área Residencial = 6.23 hasQI = Caudal por infiltración (l/s-ha) = 0.15 l/s*HaQCE = Caudal por conexiones erradas (l/s*ha) = 0.20 l/s*ha

Sustituyendo cada uno de los valores en la expresión (2) se tiene:

QT=135×267 . 80×6 .23×0 .80×3 . 8786400

+0 . 2×6 .23+0 .15×6 . 23 (2)

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QT =8 .07+1. 25+0 . 93=10 . 25 lps

1.4. SELECCIÓN DEL TIPO DE TUBERÍA

Para la selección de la tubería, el coeficiente de Manning, “n”, para un sistema de alcantarillado, después de cierto tiempo de servicio se aproxima a una constante, por lo tanto no es función del material del construcción del tubo, sino que presenta la acumulación de distritos y crecimiento de suciedades en las paredes del mismo ; por lo tanto para seleccionar el tipo de tubería a utilizar en las redes de recolección proyectadas, se tuvo en cuenta las características químicas y mecánicas del suelo de la población y el nivel freático, optando tubería de PVC.

1.5. DIMENSIONAMIENTO DE LAS REDES.

El dimensionamiento de las redes se realizó teniendo en cuenta el libro de cálculo para el diseño de alcantarillado de PAVCO, que se ajusta a las normas establecidas en el ámbito nacional y local. Este libro es una herramienta útil para el diseño hidráulico, el cálculo de cimentación y el análisis de cantidad de obra para los proyectos de alcantarillado sanitario, pluvial y combinado. Se anexa al presente los cálculos y resultados del diseño y la descripción de utilización del libro de cálculo para el diseño de alcantarillado de PAVCO.

Ing. CESAR SERNA BLANCO

T.P. 08202-39956 ATL

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TABLA DE CONTENIDO

1 INTRODUCCIÓN.....................................................................................................................................17

1.1 ANTECEDENTES...........................................................................¡Error! Marcador no definido.

1.2 RECOMENDACIONES GENERALES..........................................................................................17

2 MENÚ DE LA HOJA DE CÁLCULO.....................................................................................................18

2.1 ALCANTARILLADO SANITARIO...............................................................................................19

3 PERFIL......................................................................................................................................................26

4 CIMENTACION.......................................................................................................................................29

5 CANTIDAD DE OBRA – DATOS...........................................................................................................32

6 CANTIDAD DE OBRA – TRAMOS.......................................................................................................33

7 CANTIDAD DE OBRA – TOTAL Y CANTIDAD DE TUBERÍA TOTAL..........................................35

8 ANALISIS DE RESULTADOS................................................................................................................35

9 ANEXOS...................................................................................................................................................36

DETALLES DE CIMENTACIÓN.....................................................................................................................39

HOJAS DE CALCULOS HIDRAULICOS.......................................................¡Error! Marcador no definido.

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1 INTRODUCCIÓN

El saneamiento básico hace parte del mejoramiento de la calidad de vida y del desarrollo

de nuestro país. Por esto PAVCO buscando siempre la contribución al crecimiento del

país con nuevas tecnologías no solo ha desarrollado una propuesta de tuberías

(NOVAFORT y NOVALOC) con las más novedosas tecnologías tanto de producción como

de ingeniería del producto, conjugada con los mejores materiales. También ha ahondado

en la elaboración de un libro de cálculo para el diseño de alcantarillado que se ajuste a las

normas establecidas en el ámbito nacional y local. Considerando la versatilidad de dicho

libro y su ajuste con la norma RAS-2000, los cálculos hidráulicos del presente estudio

fueron realizados utilizando dicho libro.

Este libro de cálculo es una herramienta útil para el diseño hidráulico, el cálculo de

cimentación y el análisis de cantidad de obra para los proyectos de alcantarillado

sanitario, pluvial y combinado. Los datos pueden y deben ser modificados de acuerdo a

sus requerimientos, pero no puede ser modificado el uso de las tuberías, es decir no

puede ingresarse información referida a otros materiales diferentes a los fabricados por

PAVCO S.A. ya que la hoja se encuentra formulada internamente.

A continuación se presentan unas recomendaciones generales y posteriormente una

breve descripción para cada una de las hojas de cálculo que se encuentran en el libro.

1.1 RECOMENDACIONES GENERALES

Cuando el computador por seguridad inhabilita los macros, se deben ajustar el nivel

de seguridad a mínimo en el menú herramientas.

Lo primero que se debe hacer para el buen funcionamiento de la hoja es seleccionar

el tipo de alcantarillado a utilizar. Luego se debe referir el nombre del proyecto y el

diseñador. Posteriormente se deben introducir todos lo datos que se encuentran en las

casillas con títulos en color ROJO (como los encuentra en este documento), cuando

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requiera modificar alguna de las fórmulas de las celdas, hágalo directamente en esta y

no introduzca el dato de forma numérica.

Las formulas toman valores de varias hojas de calculo, por lo tanto no se debe

eliminar ni insertar ninguna fila y/o columna.

Cuando se tiene un pozo en el que confluyen mas de un tramo es necesario

reformular la acumulación de las áreas, las cotas bateas o claves con que se diseña el

perfil del sistema y el coeficiente de escorrentía promedio (para el caso del

alcantarillado pluvial). Se recomienda en la celda correspondiente a otras áreas formular la suma de las áreas acumuladas de tramos confluentes.

Cuando sé esta diseñando un alcantarillado sanitario, la información también aparece

en la hoja del alcantarillado pluvial para hacer los cálculos de las hojas de perfil,

cimentación y cantidades de obra.

La hoja controla los límites superiores e inferiores de los parámetros de diseños

establecidos por las normas. Cuando se presenta incumplimiento de algunos de estos

la celda se colorea de amarillo y en algunas celdas (pendiente, relación de caudales,

velocidad y fuerza cortante, etc.) se muestra un mensaje indicando los valores que se

deben cambiar.

2 MENÚ DE LA HOJA DE CÁLCULO

En esta primera hoja, se encuentran las opciones de cálculo de todo el libro, haciendo clic

en cualquiera de los iconos se puede acceder a la hoja de cálculo requerida. (Ver Figura 1)

Figura 1 Esquema de la hoja Menú

Para realizar el diseño del alcantarillado el primer paso que se debe realizar es

seleccionar el TIPO DE ALCANTARILLADO en la primera hoja de Menú, al escoger el

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tipo de alcantarillado se pasará automáticamente a la hoja correspondiente (pluvial o

sanitario). Para los alcantarillados combinados debe introducir primero la información de

la hoja pluvial y posteriormente introduzca las áreas en la hoja sanitario (ver Figura 2),

priman las condiciones del alcantarillado pluvial. Para los alcantarillados separados es

necesario utilizar dos hojas de calculo independientes.

Figura 2 Selección del tipo de alcantarillado

Nota: Es indispensable definir el tipo de alcantarillado para que los datos sean mostrados

en sus respectivas tablas, es decir si no selecciona el tipo de alcantarillado no podrá ver

los datos en la hoja de cálculo. Adicionalmente, no se pueden eliminar las filas o

columnas porque se dañan las formulas de las otras hojas.

A continuación se presenta el procedimiento para el ingreso de datos en el diseño de

cada uno del tipo de alcantarillados.

2.1 ALCANTARILLADO SANITARIO

Esta hoja realiza los cálculos para el alcantarillado sanitario teniendo en cuenta las

condiciones del RAS - 2000. Para empezar el diseño se deben ingresar los datos de

contribuciones unitarias de la Zona del proyecto en el cuadro superior central de la hoja

en las columnas U, V y W. Si hace clic en los hipervínculos del cuadro se transporta

directamente a la hoja Formulas PVC donde se muestran los rangos establecidos. (Ver

Figura 9)

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Figura 3 Tipo de contribución

Contribuciones: La contribución comercial: Para zonas netamente comerciales el caudal de aguas

residuales Qc debe estar justificado con un estudio detallado, basado en consumos

diarios por persona, densidades de población en estas áreas y coeficientes de retorno

mayores que los de consumo doméstico. Para zonas mixtas comerciales y

residenciales pueden ponderarse los caudales medios con base en la concentración

comercial relativa a la residencial utilizando una contribución entre 0.4 a 0.5 L/s/Ha

para todos lo niveles de complejidad (RAS 2000 Numeral D.3.2.2.3)

La contribución industrial, el consumo de agua industrial varía de acuerdo con el

tipo y tamaño de la industria y los aportes de aguas residuales varían con el grado de

recirculación de aguas y los procesos de tratamiento. En consecuencia, los aportes de

aguas residuales industriales Qi deben ser determinados para cada caso en particular.

Para cualquier nivel de complejidad del sistema, es necesario elaborar análisis

específicos de aportes industriales de aguas residuales, en particular para zonas

netamente industriales e industrias medianas y grandes, ubicadas en zonas

residenciales y comerciales. Es necesario hacer consideraciones de velocidad mínima

con base en el tipo de desechos para evitar obstrucciones. Sin embargo, para

industrias pequeñas localizadas en zonas residenciales o comerciales pueden

utilizarse los valores mostrados en la siguiente tabla (RAS 2000 tabla D.3.2) de caudal

por hectárea de área bruta de industria.

Tabla 1 Contribución industrial

Nivel de complejidad Contribución industrial L/s/Ha

Bajo 0.4

Medio 0.6

Medio Alto 0.8

Alto 1.0 -1.5

20

Al hacer clic, muestra los rangosAl hacer clic, muestra los rangosAl hacer clic, muestra los rangosAl hacer clic, muestra los rangosAl hacer clic, muestra los rangosAl hacer clic, muestra los rangosAl hacer clic, muestra los rangosAl hacer clic, muestra los rangosAl hacer clic, muestra los rangosAl hacer clic, muestra los rangosAl hacer clic, muestra los rangosAl hacer clic, muestra los rangosAl hacer clic, muestra los rangosAl hacer clic, muestra los rangosAl hacer clic, muestra los rangosAl hacer clic, muestra los rangosAl hacer clic, muestra los rangosAl hacer clic, muestra los rangosAl hacer clic, muestra los rangosAl hacer clic, muestra los rangosAl hacer clic, muestra los rangosAl hacer clic, muestra los rangosAl hacer clic, muestra los rangosAl hacer clic, muestra los rangosAl hacer clic, muestra los rangosAl hacer clic, muestra los rangosAl hacer clic, muestra los rangosAl hacer clic, muestra los rangosAl hacer clic, muestra los rangosAl hacer clic, muestra los rangosAl hacer clic, muestra los rangosAl hacer clic, muestra los rangosAl hacer clic, muestra los rangosAl hacer clic, muestra los rangosAl hacer clic, muestra los rangosAl hacer clic, muestra los rangosAl hacer clic, muestra los rangosAl hacer clic, muestra los rangosAl hacer clic, muestra los rangos


La contribución institucional varía de acuerdo con el tipo y tamaño de las mismas.

En consecuencia, los aportes de aguas residuales institucionales Qin deben

determinarse para cada caso en particular, con base en información de consumos

registrados en la localidad de entidades similares. Sin embargo, para pequeñas

instituciones ubicadas en zonas residenciales, los aportes de aguas residuales

institucionales pueden estimarse a partir de una contribución entre 0.4 a 0.5 L/s/Ha

para todos lo niveles de complejidad (RAS 2000 Numeral D.3.2.2.4).

La contribución de viviendas se calcula con un coeficiente de retorno del consumo

de agua potable, que depende del nivel de complejidad. La tabla tiene por defecto un

coeficiente de 0.85, si se desea cambiar este factor se debe modificar la formula. Este

coeficiente se multiplica con los datos de dotación (d percápita) y la densidad de

población (Dpob).

Caudal de conexiones erradas: Deben considerarse los aportes de aguas lluvias al

sistema de alcantarillado sanitario, provenientes de malas conexiones de bajantes de

tejados y patios, Qce. Estos aportes son función de la efectividad de las medidas de

control sobre la calidad de las conexiones domiciliarias y de la disponibilidad de

sistemas de recolección y evacuación de aguas lluvias. En caso de no tener esta

información el RAS 2000 sugiere valores máximos de la contribución por conexiones

erradas de 0.2 l/s/Ha para niveles de complejidad bajo y medio y de 0.1 l/s/Ha para

niveles de complejidad Medio alto y alto cuando hay sistema de alcantarillado pluvial y

de 2 l/s/Ha cuando no hay sistema pluvial.

Caudal de infiltración: Su estimación debe hacerse en lo posible a partir de aforos en

el sistema, en horas cuando el consumo de agua es mínimo, y de consideraciones

sobre la naturaleza y permeabilidad del suelo, la topografía de la zona y su drenaje, la

cantidad y distribución temporal de la precipitación, la variación del nivel freático con

respecto a las cotas clave de los colectores, las dimensiones, estado y tipo de

colectores, los tipos, número y calidad constructiva de uniones y juntas, el número de

pozos de inspección y demás estructuras, y su calidad constructiva. En ausencia de

medidas directas o ante la imposibilidad de determinar el caudal por infiltración, el

aporte puede establecerse con base en los valores de la tabla D.3.7 del RAS 2000, en

donde el valor inferior del rango dado corresponde a condiciones constructivas más

apropiadas, mayor estanqueidad de colectores y estructuras complementarias, y

menor amenaza sísmica. La categorización de la infiltración en alta, media y baja se

relaciona con las características topográficas, de suelos, niveles freáticos y

21


precipitación; sin embargo teniendo en cuenta que nuestras tuberías son totalmente

herméticas, se recomienda usar el valor de infiltración mas bajo.

Tabla 2 Infiltración.

Nivel de complejidaddel sistema

INFILTRACIÓNAlta (L/s/Ha) Media (L/s/Ha) Baja (L/s/Ha)

Bajo y medio 0.15 - 0.4 0.1 - 0.3 0.05 - 0.2

Medio alto y alto 0.15 - 0.4 0.1 - 0.3 0.05 - 0.2

Tramo: En estas casillas se pone la identificación de cada uno de los tramos.

En la columna inicial se pone un 1 para indicar que es un tramo inicial, en los otros

tramos esta columna se deja vacía. En la columna B (DE) digite el número o letra de

identificación de la cámara inicial y en la columna C (A) la información del final del

tramo. Si son tramos continuos, la cámara inicial la toma por defecto cuando ingrese el

dato de la cámara final siguiente.

Area tributaria Area propia: Escriba el valor del área aportada por el tramo en hectáreas (Ha), para

cada uno de los tipos de áreas: Comercial, industrial, Institucional y vivienda

Otras: son áreas aportadas por otros tramos que llegan al tramo en cuestión. Está

formulado para que tome el valor del área acumulada del tramo anterior. Si es un

pozo al que confluyen dos o más áreas se debe MODIFICAR la formula para que al

final no solamente acumule el pozo inmediatamente anterior, sino los demás que

aportan a ese tramo.

Area Acumulada: Es la suma del área propia + otras.

Población Esta es calculada a partir de los datos que deben ser suministrados por el diseñador

en la tabla superior derecha de la hoja de cálculo en las columnas AC y AD: datos de

población, número de habitantes por vivienda (# hab / viv), el número de estas por

unidad de área (Dviv) o densidad de población (si se introducen los datos anteriores,

esta celda es calculada), y la dotación percápita en l/hab/día (Ver Figura 4).

22


Figura 4 Datos de población

Diseño Hidráulico:

Caudal medio diario: calcula el caudal real a partir de las áreas acumuladas y las

contribuciones unitarias de las áreas acumuladas Industrial, institucional y de vivienda.

Factor de mayoración (F): Para estimar el caudal máximo horario, con base en el

caudal medio diario, tiene en cuenta las variaciones en el consumo de agua por parte

de la población. El valor del factor disminuye en la medida en que el número de

habitantes considerado aumenta, pues el uso del agua se hace cada vez más

heterogéneo y la red de colectores puede contribuir cada vez más a amortiguar los

flujos. La variación del factor de mayoración debe ser estimada a partir de mediciones

de campo. Sin embargo, esto no es factible en muchos casos, por lo cual es necesario

estimarlo con base en relaciones aproximadas como la de Harmon en la cual se

estima F en función del número de habitantes. El rango de este valor está entre 1.4 y

4

F=1+14(4+ P0. 5 )

Caudal máximo horario (QMH): Se estima a partir del caudal medio diario, mediante

el uso del factor de mayoración, F.

Caudales por conexiones erradas e infiltración (QCE y QINF): son calculadas a partir de las

áreas tributarias y las contribuciones definidas anteriormente.

Caudal de diseño (q): Se estima como la suma de QMH+QCE+QINF. Cuando el

caudal de diseño calculado en el tramo sea inferior a 1,5 l/s, debe adoptarse este valor

como caudal de diseño.

Longitud: ingrese la longitud horizontal del tramo de centro a centro de pozo.

Pendiente: ingrese la pendiente del tramo en porcentaje (%).

Diámetro Nominal: ingrese el diámetro nominal de tuberías para alcantarillado

PAVCO, por defecto se toma el diámetro mínimo que, según RAS 2000, es de 200

mm S8, este diámetro debe ser modificado por el diseñador cuando q/Q > 0.85,

aumentando al diámetro comercial siguiente. Se debe tener en cuenta que para

ingresar diámetros de la línea NOVAFORT debe hacerse en milímetros (mm)

especificando el tipo de tubería (serie 8 o serie 4) y los de la línea NOVALOC debe

hacerse en pulgadas (pulg), porque de lo contrario la hoja estará tomando valores

erróneos. Únicamente se puede ingresar los valores de las tuberías fabricadas por

23


PAVCO SA, las características de las tuberías que se pueden utilizar para realizar los

diseños se muestran a continuación en la Figura 5.

Diámetro Diámetro Bd n Norma NombreInterno mm Externo m psi Kg/m2 m

4 pulgadas 100.70 0.11 46.00 32348.80 0.51 0.009 NTC-1748 W-Reten6 pulgadas 151.60 0.16 28.00 19690.58 0.56 0.009 NTC-1748 W-Reten8 pulgadas 203.20 0.21 28.00 19690.58 0.61 0.009 NTC-1748 W-Reten

10 pulgadas 253.90 0.27 28.00 19690.58 0.67 0.009 NTC-1748 W-Reten12 pulgadas 302.30 0.32 28.00 19690.58 0.72 0.009 NTC-1748 W-Reten24 pulgadas 595.12 0.63 10.00 7032.35 1.05 0.010 6.50 NTC-5070 NOVALOC27 pulgadas 671.01 0.71 10.00 7032.35 1.15 0.010 6.50 NTC-5070 NOVALOC30 pulgadas 747.01 0.79 10.00 7032.35 1.20 0.010 6.50 NTC-5070 NOVALOC33 pulgadas 823.09 0.86 10.00 7032.35 1.26 0.010 6.50 NTC-5070 NOVALOC36 pulgadas 899.03 0.95 10.00 7032.35 1.35 0.010 6.50 NTC-5070 NOVALOC39 pulgadas 974.98 1.03 10.00 7032.35 1.46 0.010 6.50 NTC-5070 NOVALOC42 pulgadas 1050.93 1.10 10.00 7032.35 1.50 0.010 6.50 NTC-5070 NOVALOC45 pulgadas 1127.00 1.18 10.00 7032.35 1.78 0.010 6.00 NTC-5070 NOVALOC48 pulgadas 1202.94 1.27 10.00 7032.35 1.87 0.010 6.00 NTC-5070 NOVALOC51 pulgadas 1295.00 1.36 10.00 7032.35 1.96 0.010 6.00 NTC-5070 NOVALOC54 pulgadas 1355.09 1.42 10.00 7032.35 2.02 0.010 6.00 NTC-5070 NOVALOC60 pulgadas 1507.24 1.58 8.00 5625.88 2.18 0.010 6.00 NTC-5070 NOVALOC

110-S8 mm 99.00 0.11 57.00 40084.39 0.50 0.009 5.92 NTC-3722-1 S8 NOVAFORT160-S8 mm 145.00 0.16 57.00 40084.39 0.60 0.009 5.91 NTC-3722-1 S8 NOVAFORT200-S8 mm 182.00 0.20 57.00 40084.39 0.60 0.009 5.91 NTC-3722-1 S8 NOVAFORT250-S8 mm 227.00 0.25 57.00 40084.39 0.65 0.009 5.88 NTC-3722-1 S8 NOVAFORT315-S8 mm 284.00 0.32 57.00 40084.39 0.75 0.009 5.88 NTC-3722-1 S8 NOVAFORT400-S8 mm 362.00 0.40 57.00 40084.39 0.80 0.009 5.85 NTC-3722-1 S8 NOVAFORT

450-S8 mm 407.00 0.45 57.00 40084.39 0.85 0.009 5.79 NTC-3722-1 S8 NOVAFORT

500-S8 mm 452.00 0.50 57.00 40084.39 0.90 0.009 5.76 NTC-3722-1 S8 NOVAFORT200-S4 mm 185.00 0.20 28.00 19690.58 0.60 0.009 5.88 NTC-3722-1 S4 NOVAFORT250-S4 mm 231.00 0.25 28.00 19690.58 0.65 0.009 5.87 NTC-3722-1 S4 NOVAFORT315-S4 mm 291.00 0.32 28.00 19690.58 0.72 0.009 5.81 NTC-3722-1 S4 NOVAFORT355-S4 mm 328.00 0.36 28.00 19690.58 0.76 0.009 5.81 NTC-3722-1 S4 NOVAFORT400-S4 mm 370.00 0.40 28.00 19690.58 0.80 0.009 5.77 NTC-3722-1 S4 NOVAFORT24-S4 pulgadas 595.00 0.66 28.00 19690.58 1.06 0.009 5.65 NTC-3722-1 S4 NOVAFORT27-S4 pulgadas 670.00 0.73 28.00 19690.58 1.13 0.009 5.61 NTC-3722-1 S4 NOVAFORT30-S4 pulgadas 747.00 0.81 28.00 19690.58 1.21 0.009 5.55 NTC-3722-1 S4 NOVAFORT

RigidezDiámetro Nominal

Long efec

DATOS DE TUBERIA W-Reten, NOVALOC, NOVAFORT

Figura 5 Tabla de las características de las tuberías disponibles.

Diámetro Interior: es el diámetro interior del diámetro nominal elegido.

n: el valor del coeficiente de Manning de acuerdo al diámetro nominal elegido. Para

tuberías NOVAFORT es de 0.009 y NOVALOC de 0.010.

Los valores de V, Q, q/Q, v, Y, y/d, F, se calculan de la misma forma que se mostró para el

alcantarillado pluvial. En el caso de incumplirse alguno de estos valores la celda se pondrá de

color amarillo y le indicará que debe modificar el diámetro o la pendiente. Los valores límites

son:

24


- La velocidad mínima es de 0.45m/s y la velocidad máxima es de 5 m/s, aunque el

RAS 2000 (B.3.2.8) permite que valores mayores sean justificados. Nuestras

tuberías trabajan a velocidades hasta de 10 m/s.

- La relación q/Q debe ser menor ó igual a 0.85

- La relación Y/d deber ser menor o igual al 85%

- El esfuerzo cortante debe ser mayor igual de 0.15Kg/m²

25


3 PERFIL

Para el diseño inicialmente se debe seleccionar con qué tipo de cota se desea hacer los

cálculos, con cota clave o cota batea (Ver Figura 6 )

Figura 6 Selección del tipo de diseño

Dependiendo de la selección anterior, ingresa las cotas clave o batea y el programa calcula la otra.

Cota clave o batea: es la cota clave o batea de la tubería cuando sale (superior) y

llega (inferior) a la cámara o pozo. Se ingresa la cota batea o clave de los tramos

iniciales y la hoja calcula los demás con base en los diámetros, longitudes y

pendientes de la hoja de alcantarillado ya sea sanitario ó pluvial. Cuando hay dos

tramos consecutivos, la cota batea de salida de uno es la cota batea de llegada del

anterior menos una caída en la cámara o pozo. Dicha caída se calcula conservando

la energía entre los dos tramos. La hoja de cálculo esta formulada para que tome la

cota batea del tramo inmediatamente anterior y sea con este tramo con el que se haga

la conservación de energía; para los casos en los que a un pozo lleguen mas de un

tramo, se debe MODIFICAR la formula para que se tome la cota batea del tramo más

bajo y con mayor caída por conservación de energía.

Cota rasante: Es la cota del terreno

Tipo de rasante: Debe introducir este dato, como un número entero entre 1 y 4, al

seleccionar la casilla se despliega un cuadro con las opciones (Ver Figura 7).

26


Figura 7 Especificación de Tipo de rasante

Recubrimiento: Calcula la profundidad a la que va a quedar enterrada la tubería

(profundidad a la clave) y debe estar entre 5 m (máximo) y 0.90 m (recomendado)

dependiendo del tipo de rasante. Esta celda se resaltará si el valor no es adecuado.

Para los casos donde la tubería quede recubierta menos de los 0.90 m hasta los 0.60

m, debe especificarse una cimentación especial.

Pozo repetido: Esta casilla le informa con el número 1, si al pozo inicial está llegando

mas de un tramo. Si esto ocurre debe MODIFICAR la formula para que se tome la

cota batea del tramo más bajo y con mayor caída por conservación de energía. Si en

la casilla aparece el error #N/A, quiere decir que a este pozo solamente llega una

tubería o es un pozo inicial.

Cabeza de energía ( V 2

2g )= Calcula la cabeza energía en ese tramo.

Energía Especifica: Es la cabeza de energía + la altura de la lamina de agua.

Alineamiento: Es la pendiente del terreno en %, calculada como

cot aRasanteSup−CotaRasanteInfDistancia

∗100

Pérdidas de energía: Las pérdidas en el colector principal por efectos de la unión con

otros ó por cambios de dirección. Para esto se calcula una cota clave sugerida. La

metodología se describe a continuación (Tomado de Pérez Rafael, 1988):

Régimen subcríticoPerdida de energía por cambio de dirección del colector principal (HC):

Según la relación rc/ φ , donde rc es el radio de curvatura y φ el diámetro.

Caída en la batea de la estructura (Hp): Es la diferencia de las cotas de energía

del colector de salida y el colector principal que llega.

Perdida de energía por intersección (He) Diferencias de energías (HE): Diferencia entre las energías especificas del

colector salida y del colector principal que llega a la estructura pozo.

Hp = HC – He

He= HE+0.2 (Hv2+Hv1)

Régimen supercríticoDependiendo del caudal y el diámetro de la tubería de salida puede o no sumergiese la

entrada de esta, y dependiendo de la situación el comportamiento hidráulico y por ende el

cálculo es diferente. Cuando la entrada no se sumerge se puede usar la ecuación:

27


Hw

φ=K (Hc

φ+ He

φ )Válida para valores de

Qd

φ2√φg≺0 .62

Donde,

Hc= Energía especifica para las condiciones de flujo critico

H c=Y c+Vc2

2 gHe= Incremento de la cabeza debido a las pérdidas y que empíricamente se ha

encontrado igual a:

Heφ

=0 .589( Qdφ2√φg )

2 .67

K= Coeficiente que depende de la relación entre el diámetro del pozo y el diámetro

de la tubería.

K=1. 2 para DiámetroPozoDiámetroTubería

≻2 .0 y

K=1.5 para DiámetroPozoDiámetroTubería

≺1 .3

Cuando la entrada se sumerge la ecuación ajustada al fenómeno es:

Hwφ

=K [0. 70+1 . 91( Qdφ2√φg )

2 ] Cuando

Qd

φ2√φg≻0 . 62

En caso de resultar He negativo, no se tendrá en cuenta para el cálculo de la caída

de la batea de la estructura porque equivaldría a una elevación de la misma del

colector de salida con respecto al colector de entrada. Las cotas de energía de los

colectores afluentes, serán iguales o mayores a la cota de energía del colector de

salida del pozo, una vez restadas las pérdidas.

28


4 CIMENTACION

El objetivo de esta hoja de cálculo es diseñar el tipo de compactación y material a utilizar

para una adecuada cimentación de la tubería que garantice la estabilidad del sistema.

Para su cálculo solo es necesario ingresar el Tipo de Relleno y el Tipo de carga a la que

estará sometida la tubería.

Tramo y Diámetro: estos datos la hoja los trae automáticamente.

Ancho de la zanja (Bd): El ancho medio de la zanja es el diámetro exterior de la

tubería más 0.40 para tuberías hasta de 42”. Para tuberías de 45” a 60” es el

diámetro exterior de la tubería mas 0.60 m.

Ancho de la tubería (Bc): Es el diámetro externo de la tubería.

Altura del relleno (H): Se calcula como el promedio del recubrimiento del punto inicial

(salida) y final (llegada) del tramo.

Presión del suelo (P): Se calcula como el peso unitario del suelo multiplicado por la

altura del relleno.

Tipo de relleno: ingrese el número correspondiente al tipo de relleno, para obtener el

peso unitario que aplica en el cálculo de las cargas muertas. En la casilla

correspondiente resaltada en azul se desplegará un cuadro con la descripción del

suelo y el número correspondiente a ser asignado (ver Figura 8).

Figura 8 Tipo de relleno.

29


Tipo de carga: Le da la opción de escoger entre 5 tipos de carga viva (1 ó 2 camiones

H20, autopista1, vía férrea1 y aeropuerto1) asignados a un número y se desplegará un

cuadro con estos tipos en la casilla resaltada en azul.

Coeficiente de carga viva (Cl): calculado para uno y dos camiones H20, con las

fórmulas de UNI-BELL2. En las tablas que se encuentra al lado derecho de la hoja se

pueden observar las formulas para este coeficiente.

Carga Viva (Wl): Las cargas vivas para camiones son calculadas con base en la

ecuación de Boussinesq. Si el tramo calculado no tiene carga viva, borre el dato en

esa columna para que no sea sumado a la carga muerta, P. Se calcula así:

W L=C l P( L f )12

Presión de la carga viva (Pv): Se calcula como la Carga viva sobre el diámetro

exterior.

Presión Total (Pt): Es la suma de la presión del suelo (carga muerta) y la de la carga

viva.

Presión Total (Pt) Critica: Es el valor máximo de la presión total Pt entre los

extremos del tubo y el valor promedio.

Factores de deflexión (DL y K): Son constantes empíricas conocidas, para el cálculo

de la deflexión. Tomadas de Uni-Bell, K es la constante de encamado que en nuestro

caso es 0.1 y DL es el factor de deflexión que cuando las cargas se calculan como

condición de zanja es igual a 1.5 y cuando se hace con condición prisma es igual a

1.0. Para nuestras tablas se toma un valor de DL igual a 1.0.

Rigidez de la tubería: Para tuberías NOVAFORT se manejan rigideces de 57 PSI,

mientras que para la línea NOVALOC son de 10 PSI para diámetros de 24” a 54” y de

8 PSI para la de 60”.

Módulo de la reacción del suelo (E’): Es la capacidad del suelo de resistir deflexión

y depende del tipo de suelo y del grado de compactación del mismo.

Deflexión: Este dato se calcula a partir de la rigidez (dato de la tubería) y las

características del suelo (E’; tipo y grado de compactación), si está por debajo del

7.5% indica que la cimentación es adecuada, si no cambie los datos aumentando el

grado de compactación, el tipo de suelo o ambos hasta obtener la deflexión adecuada.

1 UNI-BELL PVC PIPE ASSOCIATION, Handbook of PVC pipe, Design and construction, live loads on PVC pipe, Tabla 6.6, 1993.2 UNI-BELL PVC PIPE ASSOCIATION, Handbook of PVC pipe, Design and construction, live loads on PVC pipe, Tabla 6.4 y 6.5, 1993.

30


Cuando el suelo natural es muy malo y la deflexión no cumple, puede también

aumentar el ancho de zanja (Bd).

La formula para este cálculo es:

Deflexión= DLxKxP+K+W (100)0 .149 xPS+0 . 061 xE '

Donde, DL y K constantes empíricas, P: Presión de carga muerta, W: Presión de carga Viva; Ps: Rigidez Tubería; E’: Módulo de elasticidad.

Cimentación: ingrese el número del tipo de material disponible para la cimentación

así como el grado de compactación. Los números están asignados en la parte

superior derecha de la hoja de cálculo. Se debe diseñar una cimentación que esté

acorde con el tipo de rasante (pavimento, afirmado, relleno, andén y zona verde) y con

las condiciones particulares del proyecto como presencia de niveles freáticos,

profundidades de recubrimiento críticas, pendientes de tramo mayores al 15%, suelo

circundante, entre otras.

Si el terreno de fundación es muy malo puede ingresar los datos del módulo de

elasticidad del suelo natural en las casillas al lado derecho, se calculará el E’ para el

cálculo de la deflexión.

En el anexo 1 se presenta la clasificación de los suelos y el grado de compactación y

los detalles de la cimentación.

31


5 CANTIDAD DE OBRA – DATOS

En esta hoja se recopila toda la información para el cálculo de cantidades de obra y de

tubería. Se realiza el cálculo de la longitud real de la tubería en perfil y sabiendo que en la

realidad no va de centro a centro de pozo, sino de pared a pared de pozo. Adicionalmente

se calcula el volumen de excavación y el entibado para los casos en los que la altura del

relleno final sobrepasa los 3.0 m. El único dato que es necesario ingresarle es dos veces

el espesor de la pared del pozo que es un dato que nos ayuda a conocer la longitud real

del tramo. Todos los datos de esta hoja pueden y deben ser modificados para

acomodarse a los requerimientos de su diseño particular. (Ver Figura 9)

Figura 9 Especificación del espesor del tubo.

32


6 CANTIDAD DE OBRA – TRAMOS

En esta hoja se obtiene la cantidad de obra en términos de cimentación, volúmenes de relleno inicial

y final.

Los únicos datos que deben ser ingresados por el usuario en esta hoja son los de la

estructura de la vía que se encuentran entre las celdas Y4 y Z7. (Ver Figura 10)

Figura 10 Características de la vía

Cámaras: Muestra el número de cámaras o pozos que se deben tener en cada nodo

dependiendo del diámetro de la tubería entrante o saliente. De esta manera se

pueden tener pozos con diámetro interior de 1.2 m, 1.5 m, y 2.0 m. Las áreas de

concreto están calculadas para el fondo de la cámara únicamente y también se calcula

la altura de la cámara con un espesor de 20 cm.

Cimentación: el volumen es calculado como 0.15m de encamado y hasta la mitad del

diámetro exterior con el tipo de material que fue seleccionado en el diseño de la

cimentación.

Relleno Inicial: Está calculado como la mitad del diámetro externo y hasta 15cm

sobre el lomo del tubo. Para profundidades menores a 90 cm, cuando la rasante es

una vía, el pavimento hace parte de este relleno, por lo tanto el espesor sobre la clave

será menor.

Relleno Final: De acuerdo con el tipo de rasante del tramo es calculado el volumen

de cada material, teniendo en cuenta que el que va desde 15 cm por encima del lomo

o clave de la tubería hasta la rasante. Cuando se tiene vía se pueden considerar

algunas alturas tipo, esto es: 0.50m de subbase, 0.20m de base y 0.10 m de

pavimento y el resto con material de relleno. Estos datos pueden ser modificados de

acuerdo con requerimientos particulares.

33


En la parte final de la hoja hay una columna (AA) denominada Chequeo que debe

aparecer sin números (ni positivos ni negativos), en el caso de aparecer los números

como se muestran en la Figura 11 se debe chequear que los datos de entrada de las hojas

anteriores estén completos y consistentes porque lo que esta mostrando es que no hay

equilibrio entre el volumen del material que se excava y el que se rellena. Cuando se

presentan este tipo de errores puede ser faltan datos en la hoja de perfil.

Figura 11 Chequeo de las cantidades de obra

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7 CANTIDAD DE OBRA – TOTAL Y CANTIDAD DE TUBERÍA TOTAL

En estas hojas se totalizan las cantidades de obra y de tubería del proyecto ingresado en

el libro. En cantidad de tubería total debe oprimir el botón Actualizar Tabla para que la

información sea recalculada después de introducir datos nuevos, además puede

discriminar el tipo de tubería, NOVALOC o NOVAFORT.

8 ANALISIS DE RESULTADOS

Los cálculos fueron realizados con el libro en Excell elaborado por PAVCO S.A y facilitada

a los Consultores para el diseño y optimización de los alcantarillados, el cual además de

ser una herramienta útil para el diseño hidráulico, el cálculo de cimentación y el análisis

de cantidad de obra para los proyectos de alcantarillado sanitario, pluvial y combinado. En

los anexos correspondientes a las Hojas de cálculos No. 01 hasta la 07 se presentan los

resultados. En ella se puede apreciar que los valores obtenidos para los parámetros de

diámetro, velocidad mínima y máxima, pendiente y profundidad en los cálculos cumplen

con lo establecido en los Artículos 126, 127, 128, 129 130, 131, 132, y 133 del RAS-2000.

De igual manera se cumple con la máxima deflexión permitida por las tuberías teniendo

en cuenta el tipo de carga a soportar, el material utilizado como relleno y grado de

compactación que debe usarse en la compactación.

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9 ANEXOS CLASIFICACIÓN DE LOS SUELOS, TIPO DE COMPACTACIÓN

Y DETALLE DE CIMENTACIÓN

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1. Clasificación de los Suelos

El tipo de suelo que va alrededor de la Tubería, de acuerdo con sus propiedades y

calidad, absorberá cierta cantidad de carga transmitida por el tubo. Por lo tanto la clase

de suelo que se utilice para encamado, soporte lateral y relleno, es fundamental en el

comportamiento de la Tubería. La siguiente tabla provee las características

granulométricas de los diferentes tipos de suelos y su clasificación según su

comportamiento en este tipo de aplicación.

Descripción de los Distintos tipos de suelos

Tabla de clasificación

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Los materiales clase V no se deben utilizar para el encamado, soporte lateral y relleno

inicial de la zanja.

2. Grado de Compactación

La capacidad de la Tubería para resistir las cargas externas, depende en gran parte del

método empleado durante su instalación, el cual a su vez depende del tipo de material

utilizado.

Material Clase I:Cuando este tipo de material es utilizado para construir la “cama” de la Tubería, poca o

ninguna compactación es necesaria. En este caso el material se debe continuar hasta la

mitad del tubo. El material restante puede ser Clase II o Clase III. En cualquier terreno

donde el tubo estará por debajo del nivel freático, o donde la zanja puede estar sujeta a

inundación, se deberá poner material Clase I hasta la clave del tubo debidamente

acomodado. El tamaño recomendado para material Clase I es máximo 3/4’’ si es triturado

de roca (angular) y 1.1/2’’ si es canto rodado.

Material Clase II:El material Clase II puede ser usado como “cama” de la Tubería compactándolo al 85%

de máxima densidad. Este material también se puede utilizar como soporte lateral de la

Tubería hasta la mitad del tubo, hasta la clave o hasta 15 cm. por encima del tubo

compactando en capas de 10 cm. al 85% de máxima densidad.

Material Clase III:Este tipo de material puede ser usado como encamado, soporte lateral y relleno inicial de

la Tubería de la misma manera que el material de Clase II, excepto que la compactación

debe ser del 90% de máxima densidad.

Material Clase IV:Deberá tenerse cuidado en el diseño y selección del grado y método de compactación

para suelos Clase IV debido a la dificultad en el control apropiado del contenido de

humedad en el subsuelo. Algunos suelos de esta clase que poseen media o alta

plasticidad con límite líquido mayor al 50% (CH, MH, CH-MH) presenta reducción en su

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resistencia cuando se humedecen y por lo tanto, sólo se pueden usar para encamado,

soporte lateral y relleno inicial de la Tubería en zonas áridas donde el material de relleno

no se saturará cuando hay precipitación pluvial o exfiltración del tubo. Los suelos Clase IV

que poseen baja o media plasticidad con límite líquido menor al 50% (CL, ML, CL-ML)

también requieren de una cuidadosa consideración en el diseño e instalación para

controlar su contenido de humedad, pero su uso no está restringido a zonas áridas. El uso

de este suelo para cimentación debe ser avalado por el ingeniero de suelos del proyecto.

Grado de Compactación Adquirido de acuerdo con el Tipo de Material y el Método de Compactación

DETALLES DE CIMENTACIÓN

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memoria diseño alcant. ur. villa de mompox

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