tecnicas de diseã‘o alcantarillado

TECNICAS DE DISEO DE SISTEMAS DE ALCANTARILLADO SANITARIO Y PLUVIAL ING. ALCIDES FRANCO T.MODIFICACIONES A LA NORMA BOLIVIANA NB 688 MVSB - VMBS_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

1

VICEMINISTERIO DE SERVICIOS BASICOSDIRECCION GENERAL DE POLITICAS Y NORMAS

UNIDAD DE TECNOLOGIAS ALTERNATIVAS YSOSTENIBILIDAD EMPRESARIAL

TECNICAS DE DISEO DE SISTEMAS DEALCANTARILLADO SANITARIO Y PLUVIAL

MODIFICACIONES A LA NORMA NB - 688

Ing. Alcides Franco T.

Mayo 2002

La Paz Bolivia


2

INDICE

1. INTRODUCCION 1

2. ANTECEDENTES 1

3. OBJETIVO DEL TRABAJO 2

3.1 Objetivos Generales 2

3.2 Objetivos Especficos 2

4. JUSTIFICACION 3

5. COBERTURA DE AGUA Y ALCANTARILLADO EN BOLIVIA 4

6. SEGUNDA REVISION DE LA NORMA BOLIVIANA NB 688 5

7. TECNICAS DE DISEO DE SISTEMAS DE ALCANTARILLADO 6

7.1 Frmula para Diseo 6

7.2 Propiedades Hidrulicas de los Conductos Circulares 8

7.2.1 Flujo en Tuberas con Seccin Llena 8

7.2.2 Flujo en Tuberas con Seccin Parcialmente Llena 8

7.3 Criterios de Diseo 9

7.3.1 Criterio de Velocidad Mnima 9

7.3.2 Criterio de la Tensin Tractiva 11

7.3.3 Comparacin de criterios de Diseo 12

7.3.4 Pendiente Mnima - Norma Brasilera NBR 9649/1986 13

7.4 Determinacin Emprica de la Tensin Tractiva Mnima 13

7.4.1 Transporte de Sedimentos y Pendientes Mnimas 14

7.4.2 Tensin Tractiva Recomendada 16

7.5 Condiciones de Flujo 17

7.5.1 Variacin de Caudales de Aguas Residuales 17

7.5.2 Variacin de Caudales de Aguas Pluviales 18

7.6 Pendientes Mnimas Admisibles 20

7.6.1 Pendiente Mnima Admisible para Colectores de Alcant. Sanitario 21

7.6.2 Pendiente Mnima para Diferentes Relaciones de Caudal 21

7.6.3 Pendiente Mnima Admisible para Colectores de Alcantarillado Pluvial 23


3

8. ESPECIFICACIONES CONSTRUCTIVAS 23

8.1 Coeficiente de Rugosidad 23

8.2 Dimetro Mnimo 24

8.3 Profundidad de Instalacin 24

9. DISEO GEOMETRICO TRAZADO DE REDES 25

10. ACTIVIDADES PREVIAS AL CALCULO HIDRAULICO 26

11. CALCULO HIDRAULICO 28

12. ALTERNATIVAS DE RECOLECCION SISTEMA CONDOMINIAL 29

13. RESUMEN DE MODIFICACIONES A LA NORMA NB 688 32

13.1 Terminologa y Definiciones 32

13.2 Aspectos Tcnicos - Parmetros y Criterios de Diseo 32

14. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 33

15. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS 34

ANEXOS

ANEXO I EJEMPLO DE CALCULO HIDRAULICO

1. Estudios Bsicos

2. Parmetros de Diseo

3. Memoria de Clculo

4. Planilla de Clculo Hidrulico

5. Cuatro Planos de la Red

ANEXO II Propiedades Hidrulicas de la Seccin Circular

GRAFICO 1 y 2

CUADRO 2


4

1. INTRODUCCION

Una rpida y segura recoleccin, transporte, tratamiento y disposicin final de las aguas

residuales es uno de los objetivos para dotar de infraestructura urbana a la comunidad. Pero a lo

largo del tiempo debido al crecimiento poblacional, se observa que aumenta el volumen de

desechos producidos y disminuye porcentualmente la cobertura de servicios apropiados.

En los pases en desarrollo, son diversas las explicaciones por la falta de atencin con sistemas

adecuados de alcantarillado sanitario. En el caso de Bolivia, los elevados costos para su

construccin, operacin y mantenimiento y la falta de recursos para el sector saneamiento

bsico dificultan la inmediata solucin.

Es as, que se deben buscar alternativas para atender la demanda de servicios de saneamiento y

salud pblica por la viabilidad tcnica y econmica de soluciones que reduzcan los costos y

simultneamente mantengan su eficiencia. Para el efecto, y como ser demostrado en el

presente trabajo, es necesario aplicar modernas tcnicas de diseo en atencin a las Normas y

Reglamentos vigentes en nuestro pas y garantizar la sostenibilidad de los sistemas.

2. ANTECEDENTES

La "Norma Tcnica de Diseo para Sistemas de Alcantarillado y Tratamiento de Aguas

Residuales" (NB-688), fue revisada y actualizada el ao 1996, a travs de la Direccin Nacional

de Saneamiento Bsico (DINASBA), luego de 20 aos de vigencia de la norma anterior.

Posteriormente, mediante Resolucin Ministerial No. 097/2001 del 26 de diciembre de 2001, el

Ministerio de Vivienda y Servicios Bsicos, la Direccin General de Saneamiento Bsico

(DIGESBA), en coordinacin con el Instituto de Normalizacin y Calidad (IBNORCA), aprob

la Norma Tcnica en su segunda revisin, con el objetivo fundamental de optimizar costos de

inversin y presentar opciones tcnicas que permitan el acceso a sistemas de saneamiento

bsico de un mayor nmero de beneficiarios, priorizando sectores sociales de menores ingresos

econmicos.


5

La revisin de la Norma, fue encomendada a un Comit Tcnico Normalizador No.12.14

Instalaciones Sanitarias, integrado por profesionales e instituciones del sector, habiendo

iniciado actividades en febrero de 2001. El autor de presente trabajo fue contratado por el

Programa de Agua y Saneamiento del Banco Mundial (PAS) y estuvo a cargo de la

coordinacin del proceso.

En el proceso de consulta con profesionales del sector, durante el ao 2001 en la DIGESBA, se

realizaron varias reuniones con el Comit Normalizador y cuatro Talleres Regionales en las

ciudades de La Paz, Santa Cruz, Cochabamba y Sucre, recogiendo los comentarios y

recomendaciones segn las condiciones locales, los mismos que fueron incorporados en la

nueva normativa. Adems se realiz un viaje de estudios a Brasilia y Salvador Baha (Brasil), a

fin de conocer las alternativas tecnolgicas del alcantarillado sanitario condominial.

3. OBJETIVOS

3.1 Objetivos Generales

Facilitar la interpretacin de la Norma Tcnica de Diseo de Sistemas de

Alcantarillado Sanitario y Pluvial-NB 688, vigente a partir del diciembre de 2001.

Desarrollar un documento de interpretacin y divulgacin que incluya la base

terica y tecnolgica de los cambios incorporados en la Norma NB 688, aportes

del Comit Normalizador, discusin, conclusiones y recomendaciones.

3.2 Objetivos Especficos

Familiarizar a los profesionales que tienen que ver con la concepcin y diseo de

redes de alcantarillado sanitario y pluvial, con las modernas tcnicas y nuevos

criterios de diseo para el transporte de sedimentos que ingresan a los sistemas de

alcantarillado, considerando pendientes mnimas que permitan la autolimpieza de

los colectores.


6

Presentar alternativas de recoleccin de aguas residuales de bajo costo utilizando

menor dimetro y profundidad de instalacin.

Desarrollar el Captulo II de la Norma NB 688, correspondiente al diseo y

trazado de redes tanto para el sistema convencional y condominial. Detallar

avances tecnolgicos sobre materiales para tuberas y cmaras de inspeccin.

Demostrar que la prctica usual de diseo para determinar pendientes mnimas de

los colectores basado en el criterio de la velocidad mnima constante (v = 0.6 m/s)

a seccin llena es menos eficiente y no es recomendable.

Demostrar que para el diseo de redes (independiente del sistema de recoleccin,

convencional o condominial) se debe utilizar el criterio de la tensin tractiva

mnima. Este criterio permite para un mismo dimetro de colector, mayor caudal

y velocidad, garantizando la adecuada autolimpieza desde inicio funcionamiento

del sistema.

Presentar los modelos de las planillas de clculo hidrulico para alcantarillado

sanitario y pluvial, incorporados en la Norma y el desarrollo de clculo en

planillas electrnicas (Excel).

Desarrollar los ejemplos de diseo de redes de alcantarillado sanitario, tanto para

el sistema convencional como para el condominial, despejando las dudas sobre la

eficiencia de ste ltimo y dejando abierta la posibilidad de seleccionar la mejor

alternativa.

4. JUSTIFICACION

Interpretar, divulgar la Norma Boliviana NB 688 y poner a disposicin de los profesionales del

sector los instrumentos (planillas de clculo y otros) que permitan uniformar los criterios de

diseo adecuados a las necesidades y exigencias actuales, recomendando soluciones integrales

que aprovechen las opciones tecnolgicas existentes de menor costo y generen proyectos

exitosos, sostenibles en el mbito local.


7

5. COBERTURA DE AGUA Y ALCANTARILLADO EN BOLIVIA

A fin de establecer el marco de referencia sobre la demanda de servicios, en el CUADRO 1 se

presenta la situacin actual de coberturas de accesibilidad a los servicios de agua potable y

alcantarillado sanitario, informacin obtenida del Plan Nacional de Saneamiento Bsico 2001

2010, elaborado por el Ministerio de Vivienda y Servicios Bsicos (VMVSB).

Se puede observar que al ao 2000, la cobertura de agua potable alcanza a 90% en el rea

urbana y 39% en el rea rural. La cobertura de alcantarillado sanitario es de 54% en el rea

urbana y 1% en el rea rural. La cobertura en saneamiento (alcantarillado ms cmaras spticas

y letrinas), alcanza al 69% en el rea urbana y 33% en el rea rural.

Sin embargo, la significativa cobertura de agua (90%) a nivel urbano alcanzada el ao 2000, no

refleja la calidad del servicio, ya que solamente el 48% garantiza agua potable, servicio

continuo y confiable (con referencia al control sistemtico de la calidad del agua), en tal sentido

un alto porcentaje de la poblacin no tiene una Cobertura Efectiva. El Plan Nacional no hace

referencia sobre la Cobertura Efectiva del rea rural, pero la situacin debe ser similar o peor.

En alcantarillado sanitario urbano con una cobertura de 54%, la situacin es ms deficiente ya

que solo el 24,5% de la poblacin atendida cuenta con tratamiento de aguas residuales, el resto

realiza descargas a los cuerpos receptores daando el medio ambiente, tal es el caso del ro

Choqueyapu (La Paz), Pira (Santa Cruz) y Rocha (Cochabamba), el Lago Titicaca

(Copacabana La Paz), por mencionar algunos.

Segn el estudio demogrfico del Plan Nacional, ha distinguido cuatro grupos urbanos (reas

metropolitanas, ciudades mayores, intermedias y menores) y uno rural. Las proyecciones al ao

2010, permiten observar que casi el 50% de la poblacin boliviana se asentar en las reas

metropolitanas (La Paz, Santa Cruz y Cochabamba) debido a la migracin campo-ciudad, que

crear importantes ncleos de poblacin urbana marginal. La Poblacin rural alcanzar a 28%.


8

CUADRO 1

Cobertura de Servicios de Agua y Saneamiento por reas Urbana-Rural, ao 2000

Cobertura (%)rea Descripcin

Poblacin (%)del pas Agua Alcantarillado Saneamiento

Metropolitanas:La Paz, Santa Cruz, Cochabamba y otroscentros urbanos prximos.

44,21 92 56 71

Ciudades Mayores:Sucre, Oruro, Tarija, Potos, Montero,Trinidad, Yacuiba, Riberalta, Cobija.

11,45 84 52 64

Ciudades Intermedias:Comprenden 25 centros urbanos conpoblaciones entre 10000 y 100000 hab.

5,26 88 44 62

Ciudades Menores:Comprenden 65 centros urbanos conpoblaciones entre 2000 y 10000 hab.

2,81 88 50 66

Urbana

Promedio Total Urbano 63,73 90 54 69

RuralPoblaciones < 2000 hab.(*) comprende ala poblacin del rea rural. 36,27 39 1 33

(*) Incluye pueblos indgenas con una poblacin de 251124 hab.en 30 comunidades con 9% de cobertura de agua.

6. SEGUNDA REVISIN DE LA NORMA NB - 688

En su segunda revisin el ao 2001, la "Norma Tcnica de Diseo para Sistemas de

Alcantarillado y Tratamiento de Aguas Residuales" (NB-688) y sus Reglamentos Tcnicos,

recogen ltimas experiencias de la aplicacin del sistema de alcantarillado condominial que de

manera experimental se ejecutan en algunas ciudades del pas, a iniciativa conjunta de la

empresa privada (Aguas del Illimani), la asistencia tcnica del PAS, la cooperacin del

Gobierno de Suecia (Asdi) y el Ministerio de Vivienda y Servicios Bsicos, lo cual permitir

replicar e institucionalizar a nivel nacional experiencias que en su fase piloto dieron alentadores

resultados.

Adems, en la oportunidad fueron incorporados nuevos criterios de diseo de colectores de

alcantarillado sanitario y pluvial, tal es el caso de la Tensin Tractiva, tomando en cuenta las

condiciones de flujo que se presentan debido a bajos caudales producidos durante los primeros


9

aos despus de su construccin, garantizando que las velocidades y pendientes no sean

demasiado bajas como para producir sedimentacin, ocasionando costos de mantenimiento

elevados, antes de alcanzar los caudales de proyecto.

Adems se han revisado y actualizado parmetros de diseo relacionados al dimetro mnimo,

pendiente mnima admisible, tensin tractiva mnima, coeficiente de rugosidad, profundidad de

instalacin y recubrimiento mnimo.

Tambin fue incorporado el reglamento sobre el trazado geomtrico de redes, alternativas de

recoleccin de aguas residuales (convencional y condominial), intervencin social participativa

en el desarrollos de los proyectos, tipos de cmaras de inspeccin, nuevos materiales como

PVC, clculo estructural de la tuberas de PVC instaladas en zanja, actividades previas al

clculo hidrulico y finalmente las planillas tipo para clculo hidrulico.

7. TECNICAS DE DISEO DE SISTEMAS DE ALCANTARILLADO

7.1 Formula para diseo

La frmula emprica de Manning es la ms prctica para el diseo de canales abiertos,

actualmente se utiliza para conductos cerrados y tiene la siguiente expresin:

21

321

SRn

V = (7.1)

Donde:

=V Velocidad (m/s)

=n Coeficiente de rugosidad (adimensional)

=R Radio hidrulico (m)

=S Pendiente (m/m)

El Radio hidrulico se define como:Pm

AmR = (7.2)

Donde:

=Am Area de la seccin Mojada (m2)

=Pm Permetro de la seccin Mojada (m)


10

Para tuberas con seccin llena :

El radio hidrulico es :4D

R = (7.3)

Donde:

=D Dimetro (m)

Sustituyendo el valor de )(R , la frmula de Manning para tuberas a seccin llena es:

21

32397,0SD

nV = (7.4)

En funcin del caudal, con: VAQ = (7.5)

Donde: =Q Caudal (m3/s)

=A Area de la seccin circular (m2)

2

138312,0SD

nQ = (7.6)

Para tuberas con seccin parcialmente llena :

- El ngulo central q (en grado sexagesimal):

-=

D

har

21cos2q (7.7)


11

- Radio hidrulico:

-=

pqq

2sen360

14D

R (7.8)

Sustituyendo el valor de ( )R , la frmula de Manning para tuberas con seccinparcialmente llena es:

213

232

2360

1397,0

Ssen

n

DV

-=

pqq

(7.9)

En funcin del caudal:

( )( ) 2

135

32

38

3602215,7257

Ssen

n

DQ

-= qpqpq

(7.10)

7.2 Propiedades hidrulicas de los Conductos Circulares

7.2.1 Flujo en Tuberas con Seccin Llena

En el diseo de conductos circulares, se utilizan tablas, nomogramas o programas de

computadora, los mismos estn basados en la frmula de Manning y relacionan la

pendiente, dimetro, caudal (capacidad hidrulica) y velocidad, para condiciones de

flujo a seccin llena.

7.2.2 Flujo en Tuberas con Seccin Parcialmente Llena

El flujo a seccin llena se presenta en condiciones especiales. Se debe destacar que la

condicin normal de flujo en conductos circulares de alcantarillado, es a seccin

parcialmente llena, con una superficie de agua libre y en contacto con el aire.


12

Durante el diseo, es necesario determinar el caudal, velocidad, tirante y radio

hidrulico, cuando el conducto fluye a seccin parcialmente llena (condiciones

reales). Para el clculo es necesario utilizar las propiedades hidrulicas de la seccin

circular que relacionan las caractersticas de flujo a seccin llena y parcialmente

llena.

Las propiedades hidrulicas de la seccin circular para cualquier dimetro, se

presentan en la GRAFICO 1 y 2, y fueron obtenidos con los valores indicados en el

CUADRO 2 (vase en ANEXO II), utilizando la frmula de Manning (7.1) y las

frmulas auxiliares (7.7, 7.8, 7.9 y 7.10); considerando la pendiente y el coeficiente

de rugosidad constantes.

Si el proyectista define utilizar conductos no circulares o canales abiertos, deber

determinar las propiedades hidrulicas correspondientes.

7.3 Criterios de Diseo

Durante el funcionamiento del sistema de alcantarillado, se debe cumplir la condicin de

autolimpieza para limitar la sedimentacin de arena y otras sustancias sedimentables (heces

y otros productos de desecho) en los colectores. La eliminacin continua de sedimentos es

costosa y en caso de falta de mantenimiento se pueden generar problemas de obstruccin y

taponamiento.

En el caso de flujo en canales abiertos la condicin de autolimpieza est determinada por la

pendiente del conducto. Para tuberas de alcantarillado, la pendiente mnima puede ser

calculada utilizando el criterio de velocidad mnima o el criterio de la tensin tractiva. A

continuacin se realiza un anlisis comparativo de ambos criterios.

7.3.1 Criterio de Velocidad Mnima

La prctica usual, es calcular la pendiente mnima, con el criterio de la velocidad

mnima y para condiciones de flujo a seccin llena. Bajo este criterio las tuberas de

alcantarillado se proyectan con pendientes que aseguren una velocidad mnima de 0,6

m/s. De la frmula de Manning, la pendiente tiene la siguiente expresin:


13

2

3

2

397,0

=

D

nVS

(m/m) (7.11)

En el CUADRO 3, se presenta los valores de la pendiente mnima calculada con la

ecuacin 7.11, basado en el criterio de la velocidad mnima, cuando el flujo

promedio est a 100% de la capacidad del colector (seccin llena) y la velocidad

mnima requerida para estas condiciones es V = 0,6 m/s, para un coeficiente de

rugosidad n = 0,013, ambos constantes.

CUADRO 3 Pendientes Mnimas Criterio de Velocidad

Dimetro(m)

PendienteMnima(o/oo)

Velocidad aSeccin

Llena (m/s)

Caudal aSeccinLlena(m3/s)

0,10 8,32 0,60 0,0047

0,15 4,85 0,60 0,0106

0,20 3,30 0,60 0,0188

0,25 2,45 0,60 0,0295

0,30 1,92 0,60 0,0424

0,35 1,57 0,60 0,0577

0,40 1,31 0,60 0,0754

0,45 1,12 0,60 0,0954

0,50 0,97 0,60 0,1178

Sin embargo, la velocidad cerca del fondo del conducto es la ms importante a

efectos de la capacidad transportadora del agua. Segn algunos autores, se ha

comprobado que una velocidad media de 0,3 m/s es suficiente para evitar un depsito

importante de slidos. Por tal motivo, los proyectistas verifican que para condiciones

de flujo parcialmente lleno, la velocidad no sea menor a este valor.


14

7.3.2 Criterio de la Tensin Tractiva

La tensin tractiva o tensin de arrastre ( )t es el esfuerzo tangencial unitario ejercidopor el lquido sobre el colector y en consecuencia sobre el material depositado. Tiene

la siguiente expresin:

SRgrt = (7.12)Donde:

=t Tensin tractiva en pascal (Pa)=r Densidad del agua (1000 kg/m3)=g Aceleracin de la gravedad (9,81 m/s2)=R Radio Hidrulico (m)

=S Pendiente de la Tubera (m/m)

El objetivo es calcular la pendiente mnima del tramo, capaz de provocar la tensin

suficiente para arrastrar el material que se deposita en el fondo.

La pendiente mnima de la tubera, puede ser calculada con el criterio de la tensin

tractiva, considerando que el transporte de sedimentos es proporcional a la tensin

tractiva. De la ecuacin (7.12), obtenemos la pendiente de la tubera a seccin llena:

RgS

rt

= (7.13)

Sustituyendo la ecuacin (7.8) en (7.13), obtenemos la pendiente para tuberas para

seccin parcialmente llena:

-

=

pqq

r

t

2360

14

senDg

S (7.14)


15

En el CUADRO 4, se presenta los valores de la pendiente mnima calculada con la

ecuacin 7.13, basado en el criterio de la tensin tractiva, cuando el flujo promedio

est a 100% de la capacidad del colector (seccin llena). Para fines de comparacin

con el criterio de velocidad, previamente se calcul la tensin tractiva = 2,04 Pa, con

la pendiente de 8,32 o/oo, el radio hidrulico R = D/4 y para el dimetro de 0,10 m

(ecuacin 7.12). Luego la velocidad fue obtenida con la frmula de Manning con un

coeficiente de rugosidad n = 0,013.

CUADRO 4 Pendientes Mnimas Criterio de la Tensin Tractiva

Dimetro(m)

PendienteMnima(o/oo)

Velocidad aSeccin

Llena (m/s)

Caudal aSeccinLlena(m3/s)

0,10 8,32 0,60 0,0047

0,15 5,55 0,64 0,0113

0,20 4,16 0,67 0,0212

0,25 3,33 0,70 0,0343

0,30 2,77 0,72 0,0509

0,35 2,38 0,74 0,0711

0,40 2,08 0,76 0,0950

0,45 1,85 0,77 0,1226

0,50 1,66 0,78 0,1540

7.3.3 Comparacin de Criterios de Diseo

Comparando los valores de los CUADROS 3 y 4, se observa que el diseo basado en

el Criterio de la Tensin Tractiva permite para un mismo dimetro, mayor caudal,

velocidad y pendiente que el diseo basado en el Criterio de la Velocidad Mnima.

La diferencia es importante conforme se incrementa el dimetro. Si bien la prctica

usual de diseo es determinar pendientes mnimas sobre la base de la velocidad

mnima constante, queda demostrado que el diseo se debe basar en una tensin


16

tractiva mnima constante. La condicin de autolimpieza de la tubera es creada por

la tensin tractiva de flujo.

7.3.4 Pendiente Mnima - Norma Brasilera NBR 9649/1986

Segn la Norma Brasilera cada tramo de colector debe ser verificado por el criterio

de la tensin tractiva media con un valor mnimo de 0,10 kg/m2 = 0,98 Pa, para el

caudal inicial, con un coeficiente de Manning n = 0,013. La pendiente mnima que

satisface esta condicin puede ser determinada por la expresin aproximada:

47,00055,0 -= io QI (7.15)Donde:

Io = pendiente mnima (m/m)

Qi = caudal (l/s)

Sustituyendo en la ecuacin 7.15 un caudal inicial de 1,5 l/s (arranque), se obtiene

una pendiente de 4,55 o/oo, menor a la pendientes obtenida segn el criterio de

tensin tractiva (CUADROS 4 para el dimetro de 0,10 m).

Se pudo verificar que la frmula fue deducida a partir de la ecuacin de Manning

(7.1) para condiciones de flujo a seccin llena, situacin que no se presenta en la

realidad.

Finalmente su uso no es recomendable, ya que la pendiente depende solamente del

caudal, por lo tanto la seleccin de la seccin del colector no es directa.

7.4 Determinacin Emprica de la Tensin Tractiva Mnima

La tensin tractiva mnima del flujo debe superar la resistencia del sedimento al

movimiento. Al respecto como resultado de la experiencia en campo y laboratorio realizada

por SHIELDS, se tiene la siguiente expresin:

( ) %95%90 --= df wa ggt (7.16)


17

Donde:

=t Resistencia del Sedimento al Movimiento (Tensin Tractiva) (Kg/m2)=f Constante = 0,04 0,8 (adimensional)

=ag Peso especfico del material de fondo (arena) (kg/m3)

=wg Peso especfico del agua (kg/m3)

=- %95%90d Dimetro especfico en metros, del 90% al 95% de las partculas quedeben ser transportadas. El valor ser obtenido de la frecuencia de

distribucin del anlisis granulomtrico del material de fondo o slidos

sedimentables que ingresan al sistema de alcantarillado. En el colector

quedaran retenidas partculas de un dimetro mayor al porcentaje

indicado.

f es la constante (adimensional) de la ecuacin y fue determinada en laboratorio con

modelos hidrulicos, su valor es de 0,04 para arena limpia hasta 0,8 para sedimentos de

arena pegajosa del fondo de los conductos.

Segn las experiencias de laboratorio, la sedimentacin de arena se produce a caudales

mnimos, cuando cambia la condicin de flujo, la arena es suspendida (a mayor caudal), por

este motivo, las tuberas se disean considerando arena en suspensin. La constante

f para colectores de alcantarillado con arena en suspensin es 0,05 0,06. Esta arena

puede ser considerada limpia, aunque las partculas estn cubiertas con materia orgnica

que les da una apariencia negra.

7.4.1 Transporte de Sedimentos y Pendientes Mnimas

La pendiente mnima debe ser calculada con la frmula (7.13), introduciendo el valor

de la tensin tractiva mnima determinada previamente en funcin del anlisis

granulomtrico y el dimetro especfico de las partculas que se quiere transportar.

Para limitar los costos de mantenimiento, es recomendable que la tensin tractiva

mnima sea suficiente para transportar entre el 90% al 95% del material granular que

se estima entra al sistema de alcantarillado sanitario o pluvial.


18

Ejemplo 1: Determinar la pendiente mnima de un colector de alcantarillado de

D = 0,25 m de dimetro, si las partculas de la arena hasta d = 2 mm de dimetro,

tienen que ser transportadas, cuando el flujo es 18% de la capacidad llena del

colector.

De las Propiedades Hidrulicas de la seccin circular (GRAFICO 2 o CUADRO 2,ANEXO II)

16,018,0 ==D

R

Q

Q

ll

El radio hidrulico 04,025,0*16,0*16,0 === mDR (m).

Resistencia del Sedimento o Tens in Tractiva Mnima: ( )df wa ggt -=min=d 2 mm = 0,002 m

=ag 2650 (Kg/m3); =wg 1000 (Kg/m3)

06,0=f (Adoptado para arena en suspensin)

=mint 0,06 (2650 1000) x 0,002 = 0,20 Kg/m2 = 1,96 Pa.

La pendiente mnima ser:

gRS

rt min= ; oooS /0,51000*

25,0*16,0*81,9*100096,1 ==

El transporte de arena de 2 mm de dimetro especfico, en un colector de 0,25 m. de

dimetro, fluyendo al 18% de su capacidad, requiere una pendiente mnima de 5,0

o/oo (cinco por mil).

Para fines de comparacin, la pendiente mnima calculada con el criterio de la

velocidad mnima a seccin llena (100% de su capacidad), es 2,45 o/oo (CUADRO 3)

y utilizando el criterio de la tensin tractiva 3,33 o/oo (CUADRO 4).


19

Ejemplo 2: La situacin es bastante diferente en el caso del transporte de arena

fina de 0,60 mm. de dimetro especfico. La Pendiente mnima ser:

16,018,0 ==DR

QQ

ll

El radio hidrulico 04,025,0*16,0*16,0 === DR m.

Resistencia del Sedimento o Tensin Tractiva Mnima: ( )df wa ggt -=minCon: =d 0,6 mm = 0,0006 m

06,0=f (Adoptado para arena en suspensin)

=mint 0,06 (2650 1000) x 0,0006 = 0,06 Kg/m2 = 0,6 Pa.

La pendiente mnima ser:

gRS

rt min= ; 53,11000*

25,0*16,0*81,9*10006,0

==S o/oo

Se obtiene una pendiente mnima bastante menor de 1,53 o/oo (uno y medio por mil),

que crea una tensin tractiva de slo 0,6 Pa, pero sera suficiente para transportar

arena fina con un dimetro especfico de 0,6 mm.

7.4.2 Tensin Tractiva Recomendada

Para el caso de los sistemas de alcantarillado sanitario, segn bibliografa consultada,

el resultado del anlisis granulomtrico del material de fondo de los colectores,

realizado en Middle (Inglaterra), la parte occidental de los Pases Bajos y en

Portachuelo (Bolivia -1999) realizada por el autor, se ha determinado que el dimetro

especfico de arena transportada es de 0,4 a 0,6 mm. Estos valores seran comunes en

la mayora de zonas del mundo.


20

Al no contar con anlisis granulomtricos y adoptando un factor de seguridad, se

recomienda calcular la pendiente mnima de los colectores sanitarios con una tensin

tractiva mnima de 1,0 Pa.

En los tramos iniciales de los colectores (arranque), en los cuales se presentan bajos

caudales promedio tanto al inicio como al fin del periodo de diseo, se recomienda

calcular la pendiente con una tensin tractiva de 1 Pa, y posteriormente, su

verificacin con caudales de aporte reales, no deber ser menor a 0,6 Pa.

En el caso de colectores de alcantarillado pluvial, la arena que ingresa a los colectores

es de mayor dimetro efectivo, de igual forma en caso de no contar con resultados de

anlisis granulomtrico, se recomienda su diseo con una tensin tractiva de 1,5 Pa.

7.5 Condiciones de Flujo

Cuando se proyectan colectores de alcantarillado, se debe tener en cuenta las condiciones

de flujo debido a los bajos caudales que se producen durante los primeros aos despus de

su construccin. Se debe garantizar que las velocidades y pendientes no sean demasiado

bajas como para producir sedimentacin, ocasionando costos de mantenimiento elevados,

antes de alcanzar los caudales de proyecto.

7.5.1 Variacin de Caudales de Aguas Residuales

Observaciones de sistemas construidos en nuestro pas y otros pases, permiten

afirmar que generalmente, los colectores no funcionan a seccin llena. El volumen de

aguas residuales sufre variaciones horarias, diarias y anuales, presentndose las

siguientes condiciones de flujo:

Caudales mnimos que se producen por la noche y son aproximadamente dos

o tres veces menores que el caudal medio y que ocasionan la sedimentacin de

arena y otras sustancias sedimentables (carga de residuos).


21

Caudales mximos incluyendo el ingreso de agua de lluvia por conexiones

erradas que alcanzan a no ms del 50% 60% de la capacidad de la tubera.

Caudal mximo futuro igual a dos veces el caudal mximo presente, en reas

residenciales con densificacin y/o incremento del consumo especfico de

agua potable.

Conjugando las condiciones de flujo, se puede asumir que el caudal medio presente

es del 15% al 20% de la capacidad del colector, segn las siguientes relaciones:

Caudal medio diario = 50% del caudal mximo diario

Caudal mximo presente = 50% del caudal mximo futuro

Caudal mximo futuro = 60% de capacidad de la tubera

Conjugando las relaciones de caudal, obtenemos la siguiente relacin:

15,06,05,05,0 =**=f

p

Q

Q (15%)

Donde:

=pQ Caudal medio diario en la etapa inicial (seccin parcialmente llena).

=fQ Caudal de diseo, la tubera deber tener capacidad para conducir este caudal

futuro (seccin llena).

7.5.2 Variacin de Caudales de Aguas Pluviales

Para determinar los caudales de aporte pluvial, uno de los mtodos ms utilizados es

el Racional, recomendado para el dimensionamiento de reas de drenaje menores a

1 km2. Su ecuacin es:

AiCQ = (7.16)


22

Donde:

Q = caudal que escurre superficialmente (l/s)

C = Coeficiente de escorrenta superficial que depende de la impermeabilizacin del

suelo (adimensional).

i = Intensidad media de la lluvia (l/s Ha)

A = Area de la cuenca (Ha)

El mtodo racional tiene como concepto bsico que el caudal mximo (Q) o caudal de

proyecto para una pequea cuenca de drenaje, ocurre cuando toda la cuenca est

contribuyendo y que ste es una fraccin de la precipitacin media.

Para duraciones de lluvia cortos se presenta mayor intensidad, aspecto que provoca

mayor erosin del suelo y por tanto mayor sedimentacin. La erosin y

sedimentacin depende de la impermeabilizacin del suelo y por lo tanto del

Coeficiente de Escorrenta (C) correspondiente.

Durante los primeros aos de construccin los colectores recibirn caudales menores

a los proyectados y funcionarn parcialmente llenos, pero a medida que aumente la

impermeabilizacin del suelo por la urbanizacin del mismo, se incrementaran los

caudales.

A fin de garantizar las condiciones de autolimpieza para la situacin ms crtica y

debido a que los sistemas de alcantarillado pluvial reciben mayor cantidad de arena

sobre todo al inicio de funcionamiento del sistema, se recomienda determinar la

pendiente mnima, con un nivel de funcionamiento del 10% de la capacidad del

conducto. Este porcentaje corresponde a la relacin de Coeficientes de Escorrenta

presente y futuro, es decir que la relacin del caudal presente y futuro es:

10,0=f

p

Q

Q

Donde:

=pQ Caudal de escurrimiento presente (seccin parcialmente llena).


23

=fQ Caudal de escurrimiento futuro, la tubera deber tener capacidad para conducir

este caudal futuro (seccin llena).

7.6 Pendientes Mnimas Admisibles

En la prctica, los sistemas de alcantarillado sanitario adems de la arena, transportan

diferentes tipos de sustancias sedimentables (heces y otros productos de desecho) y

plsticos, papel, trapos, etc. Adems, durante los primeros aos de funcionamiento del

sistema, los caudales promedio, estn por debajo de la capacidad llena de los colectores.

Por los motivos anteriores, para la seleccin de la pendiente mnima se recomienda realizar

un estudio tcnico-econmico y comparar el ahorro en el costo de construccin del sistema

debido a una mayor profundizacin de los colectores, con el costo por mantenimiento

debido a la limpieza y extraccin de sedimentos.

Es recomendable que entre el 90% al 95% del material sedimentable que ingresa a los

sistemas de alcantarillado sean transportados y limitar el costo de mantenimiento.

Por lo tanto, definida la relacin de caudales, el siguiente paso es predeterminar las

pendientes mnimas de los colectores, que den lugar a velocidades autolimpiantes en

condiciones crticas de flujo, es decir cuando se presentan bajos caudales y tirantes, incluso

cuando el incremento de costos de construccin con pendientes ms pronunciadas suponga

costos fijos mayores que el costo adicional de mantenimiento de los colectores si se

hubiesen construido con pendientes menores.

De acuerdo con las recomendaciones de la Norma Boliviana NB 688, las pendientes

mnimas admisibles sern determinadas para las condiciones de flujo establecidas

anteriormente (7.5.1 y 7.5.2), para una tensin tractiva media de 1 Pa en caso del

alcantarillado sanitario y 1,5 Pa para alcantarillado pluvial. Al respecto se aplicar el

siguiente procedimiento.


24

7.6.1 Pendiente Mnima Admisible para Colectores de Alcantarillado Sanitario

a) Relacin de caudal

2618,015,0 ==D

h

Q

Q

ll

p (Propiedades Hidrulicas, GRAFICO 2, CUADRO 2)

b) El ngulo central (grado sexagesimal):

-=

D

har

21cos2q = 123,10

c) Radio hidrulico:

-=

10,1232

10,1233601

4 psenD

R p ; DR p 1525,0=

d) Pendiente mnima: DgRgS

p 1525,0minmin

min rt

rt == (m/m)

Con la ecuacin anterior, las pendientes mnimas admisibles para diferentes dimetros y los

valores de velocidad y caudal a seccin llena, se presentan en el CUADRO 5.

De acuerdo con las caractersticas topogrficas de la zona del proyecto, los colectores

podrn ser dimensionados con la pendiente natural del terreno, pero las pendientes no

debern inferiores a la mnima admisible, para permitir la condicin de autolimpieza desde

el inicio de funcionamiento del sistema, cuando se presentan caudales de aporte bajos y

condiciones de flujo crticas.

7.6.2 Pendiente Mnima Admisible para Diferentes Relaciones de Caudal

En funcin del grado de densificacin de la zona del proyecto y la determinacin de

los caudales de aporte de aguas residuales media presente y mximo futuro el

proyectista podr establecer otras relaciones de caudal, en este caso la pendiente

mnima ser obtenida del CUADRO 6. Se puede observar que a medida que

aumenta la relacin Qp/Qll la pendiente es menor.


25

CUADRO 5 - Pendiente Mnima - Alcantarillado Sanitario Qp/Ql l = 0,15

Seccin LlenaDimetro

Pendiente mnimaSmin (miles) Velocidad Caudal

m o/oo m/s l/s

0,10 6,68 0,54 4,22

0,15 4,46 0,58 10,17

0,20 3,34 0,60 18,96

0,25 2,67 0,63 30,75

0,30 2,23 0,65 45,65

0,35 1,91 0,66 63,75

0,40 1,67 0,68 85,13

0,45 1,49 0,69 109,88

0,50 1,34 0,70 138,06

Las pendientes fueron obtenidas para los siguientes valores:

mint = 1 Pa; r =1000 kg/m3; g = 9,81 m/s2; n = 0,013

CUADRO 6 - Pendiente Mnima para Diferentes Relaciones de Caudal

Parmetros de Diseo Pendiente Mnima Flujo a Seccin Llena

Qp/Qll h/D R/D t (Pa) Smin (miles) Vll (m/s) Qll (m3/s)

0,10 0,2136 0,1278 1,0 0,7976 D-1 0,8622 D0,1667 0,6771 D2,1667

0,15 0,2618 0,1525 1,0 0,6684 D-1 0,7892 D0,1667 0,6199 D2,1667

0,25 0,3408 0,1895 1,0 0,5379 D-1 0,7080 D0,1667 0,5561 D2,1667

0,35 0,4084 0,2175 1,0 0,4687 D-1 0,6609 D0,1667 0,5190 D2,1667


26

7.6.3 Pendiente Mnima Admisible para Colectores de Alcantarillado Pluvial

a) Relacin de caudal

De las propiedades hidrulicas de la seccin circular (CUADRO 2 ANEXO II)

2136,010,0 ==D

h

Q

Q

ll

p ()

b) El ngulo central (grado sexagesimal):

-=

D

har

21cos2q = 110,11

c) Radio hidrulico:

-=

11,1102

11,1103601

4 psenD

R ; DR p 1278,0=

d) Pendiente mnima: DgRgS

p 1278,0minmin

min rt

rt == (m/m)

Con las ecuaciones anteriores, las pendientes mnimas admisibles para diferentes dimetros

y los valores de velocidad y caudal a seccin llena, se presentan en el CUADRO 6.

Bajo el mismo criterio, los colectores debern ser dimensionados con la pendiente natural

del terreno, pero las pendientes no debern inferiores a la mnima admisible.

8. ESPECIFICACIONES CONSTRUCTIVAS

8.1 Coeficiente de Rugosidad

El coeficiente de rugosidad ( )n de la frmula de Manning, esta determinado por el tipo dematerial del conducto. En consecuencia, algunos fabricantes de tuberas de PVC o

Polietileno recomiendan utilizar valores de 010,0=n . Sin embargo el nmero de

conexiones domiciliarias, cmaras de inspeccin y otras instalaciones provocan mayor

rugosidad, por el grado de incertidumbre, se recomienda no utilizar un valor menor a

0,013. Valores de =n 0,016 pueden ser utilizados en conductos viejos y en mal estado,

en caso de observar desviaciones en alineacin y pendiente, variacin de las dimensiones

interiores debido a sedimentacin uniones de baja calidad.


27

CUADRO 6 - Pendiente Mnima - Alcantarillado Pluvial Qp/Ql l = 0,10

Seccin LlenaDimetro


m o/oo m/s l/s

0,15 7,98 0,77 13,60

0,20 5,98 0,81 25,40

0,25 4,79 0,84 41,10

0,30 3,99 0,86 61,10

0,35 3,42 0,89 85,30

0,40 2,99 0,91 113,90

0,45 2,66 0,92 147,00

0,50 2,39 0,94 184,70


mint = 1,5 Pa; r =1000 kg/m3; g = 9,81 m/s2; n = 0,013

8.2 Dimetro Mnimo

De acuerdo a lo establecido en la Norma Boliviana NB 688, el dimetro de los colectores

de alcantarillado sanitario, de acuerdo con las experiencias en Bolivia, puede ser de 100

mm (4). Este dimetro es suficiente para transportar caudales de los tramos de arranque.

En el caso de colectores pluviales, el dimetro mnimo no ser menor a 200 mm (8), en

caso excepcionales justificados en tramos iniciales podr ser de 150 mm (6).

8.3 Profundidad de Instalacin

La Norma NB 688, establece que la profundidad mnima de instalacin de una tubera

ser definida en funcin de los siguientes aspectos:


28

a) Recubrimiento mnimo: La profundidad del recubrimiento medida a partir de la clave

de la tubera, ser definida por el clculo estructural de la tubera instalada en zanja,

considerando que los esfuerzos a la que est sometida dependen de las caractersticas del

suelo, cargas de relleno y vehicular, tipo de material de la tubera, cama de asiento,

ubicacin y trazado en el terreno.

El clculo estructural deber cumplir con las recomendaciones de las normas bolivianas

correspondientes al material empleado.

Se podrn utilizar diferentes tipos de materiales para tuberas y accesorios, siempre que

cuenten con la certificacin normativa del organismo competente autorizado en el pas.

En el sistema condominial de alcantarillado sanitario, usualmente la red pblica o principal

se localiza por medio de las calles y est sujeta a las cargas vehiculares. En caso de ser

instalada en reas protegidas, se podr reducir la altura del recubrimiento.

b) Conexin de Descargas Domiciliarias

La profundidad mnima del colector deber permitir la correcta conexin de las descargas

domiciliarias a la red pblica de alcantarillado. La norma vigente de Instalaciones

Domiciliarias, establece una pendiente mnima del 2% desde la cmara de inspeccin

domiciliaria hasta la tubera de recoleccin.

9. DISEO GEOMETRICO TRAZADO DE REDES

Ser proyectada la ruta de los colectores del sistema, sobre la base del levantamiento

topogrfico de la zona del proyecto eligiendo los recorridos ms cortos entre los puntos altos y

la descarga, captando a su paso el aporte de las sub-cuencas tributarias. En la FIGURA 1 se

indican las diferentes alternativas de trazado geomtrico de los Colectores Principales (Red

Pblica en el caso Condominial), de acuerdo con las caractersticas topogrficas.


29

FIGURA 1ALTERNATIVAS DE TRAZADO DE REDES DE ALCANTARILLADO SANITARIO

10. ACTIVIDADES PREVIAS AL CALCULO HIDRAULICO

Como parte del proceso de diseo de una red de alcantarillado sanitario y previo al clculo

hidrulico, se recomienda realizar las siguientes actividades:

a) Determinacin de las Pendientes Mnimas

Segn lo establecido en el captulo II de la Norma Boliviana NB 688 y el numeral 7.6.1 del

presente documento, previo al clculo hidrulico, se determinar la pendiente mnima para cada

dimetro, utilizando la relacin del caudal medio de la etapa inicial y el caudal mximo

futuro (CUADRO 5; Qp/Qll = 0,15).

b) Trazado de Ejes y Medicin de Longitudes


30

Se trazarn los ejes de los colectores por el centro de las calles, cuidando que se intercepten en

un mismo punto. Las distancias sern medidas entre crucero y crucero (interseccin de calles).

d) Ubicacin de Cmaras de Inspeccin

Se ubicarn las cmaras de inspeccin en los arranques de red, cambios de direccin y

pendiente. Las distancias mximas entre cmara y cmara estarn en funcin de los equipos de

limpieza disponibles.

e) Areas Tributarias y Caudales de Diseo

Los caudales para el diseo de cada tramo sern obtenidos en funcin a su rea tributaria. Para

la delimitacin de reas se tomar en cuenta el trazado de colectores, asignando reas

proporcionales de acuerdo a las figuras geomtricas que el trazado configura, la unidad de

medida ser la hectrea (Ha).

El caudal de diseo ser el que resulte de multiplicar el caudal unitario (l/s/ha) por su rea

correspondiente. El tramo podr recibir caudales adicionales de aporte no domestico

(industria, comercio y publico) como descarga concentrada.

f) Numeracin de Cmaras de Inspeccin

Las cmaras de inspeccin sern numeradas en el sentido de flujo. En la FIGURA 2, la

numeracin se inicia con el colector principal o interceptor en el sentido de flujo desde el punto

de cota ms elevada (1) hasta la cota ms baja (8), adems cada tramo recibe su numeracin

(T1 a T7).

g) Cotas de las Cmaras de Inspeccin

Segn la topografa de la zona del proyecto y con apoyo de las curvas de nivel, se determinarn

las cotas de cada una de las cmaras de inspeccin.


31

FIGURA 2

NUMERACIN DE CAMARAS DE INSPECCION

11. CALCULO HIDRAULICO

Para el clculo hidrulico, el proyectista podr utilizar la planilla de clculo segn el modelo

del Ejemplo de Clculo presentado en el ANEXO I.

La profundidad de instalacin depender adems del tipo de suelo determinado en el estudio

geotcnico, del material de la tubera a ser implementado y la factibilidad de las conexiones

domiciliarias.


32

Conforme a lo establecido en la Norma Boliviana NB 688 y CUADRO 5 del presente trabajo,

el dimetro mnimo de los colectores de alcantarillado sanitario es de 100 mm (4) y podr ser

instalado en los arranques de los tramos, con una pendiente mnima de 6.68 o/oo (por mil), a fin

de garantizar la condicin de autolimpieza desde el inicio de funcionamiento del sistema. De

acuerdo al desarrollo de la red y la demanda de los caudales de aporte el dimetro se

incrementar pero con pendientes menores.

12. ALTERNATIVA DE RECOLECCION SISTEMA CONDOMINIAL

Con referencia al Sistema de Alcantarillado Condominial, debe quedar establecido que es una

alternativa de recoleccin de aguas residuales y que el clculo hidrulico de los colectores es

similar al sistema convencional.

Antes de decidir por otra alternativa de recoleccin, se recomienda que el proyectista realice el

dimensionamiento del sistema convencional que podra ser considerada como la alternativa de

trazado ms desfavorable debido a su ubicacin en el centro de calles a mayor profundidad.

Segn la definicin de la Norma Boliviana NB 688, la Red Pblica es el conjunto de

tuberas que reciben las aguas residuales de ramales condominiales o conexiones domiciliarias.

Estas tuberas son equivalentes al colector principal del sistema convencional.

En la Norma tambin est definido el Ramal Condominial, como la tubera que recolecta aguas

residuales de un conjunto de edificaciones que descarga a la red pblica en un punto. El

Ramal Condominial generalmente se ubica en zonas ms protegidas como aceras, interior de

lotes, jardines, etc. De igual manera sta tubera es equivalente a las tuberas secundarias del

sistema convencional trazadas por el centro de las calles. En las FIGURAS 3, 4 y 5 se

presentan las alternativas de trazado de un sistema condominial.

El sistema condominial se origina en Brasil en la dcada de los aos 80 como una alternativa de

menor costo al sistema convencional, que proviene del trazado de las redes secundarias que al

tenderlas a lo largo de las aceras, reas verdes, jardines o al interior de los lotes es posible

obtener ahorros sustanciales en longitud, dimetro y profundidad de instalacin en zonas ms


33

protegidas. Otra caracterstica principal es que durante el proceso es necesario involucrar al

usuario en la planificacin, diseo, construccin y mantenimiento de las redes.

El ao 1998 en Bolivia, particularmente en las ciudades de El Alto y laderas de La Paz fue

ejecutado un proyecto piloto que viene siendo validado, con 3800 conexiones de alcantarillado

condominial con financiamiento de la empresa concesionaria Aguas del Illimani S.A. (AISA) y

el apoyo tcnico del Programa de Agua y Saneamiento del Banco Mundial (PAS) y la

cooperacin Sueca (Asdi).

FIGURA 3

ALTERNATIVA DE TRAZADO DE RED PUBLICA

Red Pblica

Cmaras de InspeccinRed Pblica

10

9

8

7


34

FIGURA 4

ALTERNATIVA DE RECOLECCION CON RAMALES CONDOMINIALES

FIGURA 5

DETALLE DEL RAMAL CONDOMINIAL EMPLEADO EN BOLIVIA

Ramal Condominial

Cmaras de Inspeccin

10

9

8 7

M1 M2 M3 M4 M5 M6

M11 M12M7 M8

M9 M10

RED PRINCIPAL RAMAL CONDOMINIAL CMARA DE RAMAL f 0,45 m


35

13. RESUMEN DE MODIFICACIONES A LA NORMA NB - 688

13.1 Terminologa y Definiciones

La Norma anterior no haca referencia al Sistema Condominial de Alcantarillado

Sanitario. En la nueva Norma fueron incorporadas las siguientes definiciones y

terminologa especfica:

Sistema de Alcantarillado Sanitario Condominial

Red Pblica

Ramal Condominial

La nueva terminologa respalda la aplicacin de la alternativa condominial para la

recoleccin y evacuacin de aguas residuales a menor costo.

13.2 Aspectos Tcnicos - Parmetros y Criterios de Diseo

Frmulas para diseo

Se complementa la ecuacin de Manning para el diseo de colectores en condiciones

reales de funcionamiento hidrulico (parcialmente lleno).

Pendiente Mnima y Condiciones de flujo

La Norma anterior utilizaba el Criterio de Velocidad para determinar la pendiente

mnima de una tubera de alcantarillado y en condiciones de flujo a seccin llena,

situacin que ocurre despus de varios aos de funcionamiento del sistema.

La Norma en su segunda revisin, determina la pendiente mnima utilizando el criterio

de la Tensin Tractiva, garantizando la condicin de autolimpieza desde el inicio de

funcionamiento del sistema, cuando se presentan caudales de aporte bajo y condiciones

crticas de flujo. Para el efecto se establece una relacin de caudales de aporte presente

y futuro.


36

Fuerza Tractiva recomendada

La Norma anterior propona una Tensin Tractiva de 0,15 kg/m2, ocasionando

innecesariamente mayores pendientes en las tuberas y por lo tanto mayor profundidad,

excavacin e incremento de costos.

La Norma actual ha reducido el valor a 0,102 kg/m2, equivalente a 1,0 Pascal,

flexibilizando la exigencia anterior y menor profundidad de instalacin.

Dimetro mnimo de colectores

La Norma anterior fijaba un dimetro mnimo de 150 mm (6), incrementando los costos

de las redes de alcantarillado, especialmente en los tramos iniciales donde los caudales de

aporte son bajos. La Norma actual establece un dimetro mnimo de 100 mm (4).

Trazado y Profundidad de instalacin

La Norma anterior estableca el trazado por el centro de calle y a una profundidad

mnima de instalacin de 1,0 m (sistema tradicional).

La Norma actual, con la alternativa del sistema condominial, permite el trazado de

tuberas por reas ms protegidas del trfico vehicular (aceras e interior de lotes), con

menor profundidad de instalacin y optimizacin de costos.

Reglamento de Diseo

La Norma actual incluye en su Reglamento Tcnico una Gua de Diseo de redes de

Alcantarillado Sanitario Condominial, con desarrollo de los aspectos tcnicos y la

Metodologa de Intervencin Social.

14. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

Los cambios en la Norma Boliviana NB 688 con la incorporacin del Sistema de

Alcantarillado Sanitario Condominial, permiten otra alternativa de recoleccin de aguas

residuales y la participacin de la comunidad en la solucin del problema del saneamiento.


37

La flexibilizacin de los principales criterios y parmetros de diseo (tensin tractiva,

pendiente, dimetro, trazado y profundidad de instalacin), tienen influencia directa en la

reduccin de los costos de inversin, operacin y mantenimiento.

Se recomienda su aplicacin en el diseo de sistemas de alcantarillado sanitario y pluvial.

15. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

(1)Norma Tcnica de Diseo para Sistemas de Alcantarillado y Tratamiento de Aguas

Residuales (Norma Boliviana NB-688) - Primera Revisin Noviembre, 1996.

(2) Curso-taller Internacional de Sistemas de Alcantarillado realizado en la Universidad del

Valle de Cali, Colombia el ao 1996, auspiciado por el Instituto de Investigacin y

Desarrollo en Agua Potable, Saneamiento Bsico y Conservacin del Recurso Hdrico

(CINARA) y el International Institute for Infrastructural, Hydraulic and Environmental

Engineering Delft, Netherlands (IHE) Marzo, 1996 Santiago de Cali Colombia.

(3) Ingeniera de Aguas Residuales Redes de Alcantarillado y Bombeo Metcalf y Eddy

Segunda Versin revisada, 1995.

(4) Proyecto de Sistemas de Alcantarillado Araceli Snchez Segura Instituto Politcnico

Nacional Mxico, 1995.

(5) Cloacas y Drenajes Teora y Diseo Simn Arocha R. Ediciones Vega S.R.L.

Primera Edicin, 1983.

(6) Sistemas de Alcantarillado Sanitario en Portachuelo, Warnes, Cotoca, San Ignacio de

Velasco, Yapacan (Santa Cruz Bolivia) Financiados por el Fondo Nacional de

Desarrollo Regional (FNDR), 1997 1998.


38

ANEXO I

EJEMPLO DE CALCULO HIDRAULICO

A manera de gua para ingenieros proyectistas que tienen que ver con el diseo de sistemas de

alcantarillado sanitario, en el ejemplo de clculo hidrulico se aplicarn los criterios de diseo

explicados en el presente trabajo y adems permitir interpretar el contenido del Captulo II de la

Norma Boliviana NB 688 vigente.

La informacin bsica corresponde a un sector de una urbanizacin existente (vase plano 1/4).

1. ESTUDIOS BSICOS

El estudio de factibilidad del proyecto, adems de la memoria de clculo hidrulico, deber

contener los siguientes estudios bsicos:

Caractersticas del rea seleccionada

Estudio de los recursos hdricos y calidad de agua para consumo humano

Estudio topogrfico

Estudio geotcnico

Informacin sobre el plan maestro de desarrollo urbano

Descripcin y diagnstico del sistema existente de agua potable

Descripcin y diagnstico del sistema existente de alcantarillado sanitario

Caractersticas socioeconmicas de la poblacin en estudio

Para fines del ejemplo se considera que todos los estudios bsicos fueron realizados.

2. PARMETROS DE DISEO

Para simplificar el ejemplo, en el siguiente CUADRO A1 se presentan el resumen de los

parmetros de diseo que sern utilizados.

CUADRO A1 PARAMETROS DE DISEO


39

No. Parmetro de diseo Unidad Valor

1 Periodo de diseo ao 20

2 Poblacin actual hab. 2.043

3 Poblacin futura o servida hab. 3.481

4 Tasa de crecimiento de poblacin (variable) % 3,3 2,0

5 Lotes habitados (segn censo) No. 396

6 Area tributaria total del barrio (c/vas) Ha. 24,7

7 Densidad actual (di) hab/Ha 82.71

8 Densidad futura (df) hab/Ha 140,93

9 Nmero de conexiones de agua No. 396

10 Nmero de habitantes por conexin hab/conex 5,16

11 Consumo domstico (s/ registros del operador) m3/conex/mes 16,23

12 Consumo comercial - -

13 Consumo industrial - -

12 Dotacin actual con servicio de agua ( )aD l/h/da 105

13 Dotacin prevista con alcantarillado ( ).alcD l/h/da 12514 Coeficiente de retorno (c) % 70

15Coeficiente de punta:

fPM

++=

414

1factor 3,39

16 Coeficiente por conexiones erradas (ce) % 10

17 Coeficiente de infiltracin (Qi ) (PVC) l/s/m 0,0001

18 Longitud total red de colectores proyectada m. 6.155

19 Profundidad del nivel fretico m. 1,90

20 Material de la tubera PVC SDR 35 y 41

21 Mdulo de elasticidad de la tubera kg/cm2 28.100

22 Peso especfico del suelo de relleno kg/m3 1.817

23 Peso por eje (carga vehicular) H10 kg 9.060

24 Mdulo de elasticidad del suelo (relleno) kg/cm2 0.0

25 Tipo del suelo A6 -

26 Lmite lquido (ll) < 50 -

27 Angulo de friccin interna < 30 -

3. MEMORIA DE CALCULO


40

3.1 Cuantificacin de caudales de aporte domstico

a) Caudal Medio Diario (Qm)

slCPD

Qfalc

m /53,3400.8670,0*481.3*125

400.86

**. ===

b) Caudal Mximo Horario (Qmax): slMQQ m /97,1139,3*53,3*max ===

c) Caudal Mximo Unitario Domstico por Area

sHalA

Qqu /48,07,24

97,11max ===

3.2 Caudal por infiltracin (Qi) : slmmslQ i /62,0155.6*/0001,0 ==

3.3 Caudal por conexiones erradas (Qe ) : slQQe /20,197,11*10,0*%10 max ===

3.4 Caudal mximo de diseo (Qd) : Incorpora infiltracin y conexiones erradas.

slQQQQ eid /79,1320,162,097,11max =++=++=

3.5 Verificacin de la relacin de caudales presente y futuro

a) Caudal medio presente (domstico) (Qp):

slCPD

Q ip /07,2400.8670,0*041.2*125

400.86**

===

b) Capacidad de la Tubera (Tramo final)

Con el Caudal de Aporte Mximo de Diseo Qd = 13,79 l/s ubicamos en el CUADRO

A2, el dimetro de la tubera necesaria y corresponde a 0.20 m (8), la cual tiene una

capacidad para conducir: slQ ll /96,18=

Se verifica que la relacin de caudal medio presente y mximo futuro es:


41

11,096,1807,2 ==

Qll

Q p(11%)

Previo al clculo hidrulico se determin las pendientes mnimas de los colectores,

adoptando una relacin de caudales de: 15,0=Qll

Qp (15%). Esta relacin fue

aplicada a todos los tramos de la red.

3.6 Tensin Tractiva : .0,1min Pa=t

3.7 Pendiente Mnima : Se presenta en el CUADRO A2, determinada con la siguiente

expresin: Dg

S1525,0min

min rt

=

CUADRO A2 - Pendiente Mnima - Alcantarillado Sanitario Qp/Qll = 0,15

Seccin LlenaDimetro


m o/oo m/s l/s

0,10 6,68 0,54 4,22

0,15 4,46 0,58 10,17

0,20 3,34 0,60 18,96


mint = 1 Pa; r =1000 kg/m3; g = 9,81 m/s2; n = 0,013

3.8 Trazado de Redes y Recubrimiento Mnimo

En el plano topogrfico de la urbanizacin (FIGURA 2), se procedi trazado

convencional de la red principal y secundaria por el centro de las calles de la

urbanizacin. El recubrimiento mnimo fue definido segn el tipo de material (PVC),

clculo estructural y considerando la carga vehicular y datos del estudio geotcnico,

habiendo determinado un recubrimiento mnimo de 0.85 m.

3.9 Cuantificacin de Areas de Aporte


42

Con la planimetra y el apoyo del AutoCad, se procedi con la cuantificacin de reas de

aporte por tramo.

3.10 Clculo Hidrulico

El clculo hidrulico fue realizado mediante una Planilla de Clculo para la Alternativa

de Trazado Convencional, considerada como la ms conservadora desde el punto de

vista de la profundidad de instalacin de los colectores (ANEXO I : Lminas 1/4 , 3/4 y

4/4), pero de mayor costo de inversin.

En la Lmina 2/4 se presenta la Alternativa de Trazado por el Fondo del Lote (tubera

secundaria), observando una importante disminucin de longitud de tubera y

menor profundizacin. En ste caso se mantiene la profundidad y trazado del Colector

Principal tambin denominada Red Pblica.

Si bien la alternativa no tiene cambios en el diseo hidrulico, se deber llevar

adelante todo un proceso de Intervencin Social para organizar los condominios y

contar con la autorizacin de los usuarios para el paso de la tubera por sus lotes,

posteriormente ellos debern asumir la responsabilidad del mantenimiento.

3.11 Descripcin de la Planilla de Clculo Hidrulico

Columna 1 - 2 Numeracin de cmaras de inspeccin

Columna 3 Identificacin del rea propia del tramo

Columna 4 Area de aporte propia, A (Ha)

Columna 5 Area de aporte acumulada, A (Ha)

Columna 6 Caudal unitario domstico (qu = 0,48 l/s ha)

Columna 7 Caudal propio, agua residual domstica, l/s (col.4 x col.6)

Columna 8 Caudal acumulado, agua residual domstica, l/s

Columna 9 Caudal propio, conexiones erradas, l/s (Qe = 10% x col.7)

Columna 10 Caudal acumulado, conexiones erradas, l/s.

Columna 11 Caudal propio de infiltracin, l/s (Qi = 0,0001 l/s m x col.18)

Columna 12 Caudal acumulado de infiltracin, l/s.


43

Columna 13 Caudal mximo de diseo, l/s (Qmax = col: 8 + 10 + 12)

Columna 14 Cota terreno inicial

Columna 15 Cota terreno final

Columna 16 Cota solera inicial

Columna 17 Cota solera final

Columna 18 Longitud del tramo

Columna 19 Pendiente del conducto, en miles (se adopta la pendiente del terreno en

el caso que sea mayor a la mnima: CUADRO A2)

Columna 20 Dimetro del conducto (CUADRO A2)

Columna 21 Capacidad de la tubera a seccin llena (CUADRO A2)

Columna 22 Velocidad a seccin llena (CUADRO A2)Columna 23 Relacin de caudales (col.13 / col. 21)

Columna 24 Velocidad real (con col. 23, y las propiedades hidrulicas de la seccincircular)

Columna 25 Relacin de tirantes (con col. 23 y las propiedades hidrulicas de la

seccin circular)

Columna 26 Tensin tractiva, Pa (con col. 23, propiedades hidrulicas y frmula de

la tensin tractiva). Se verifican valores superiores a 0,6 Pa requeridos

por la Norma Boliviana NB 688.

Se adjuntar planilla de clculo hidrulico (Excel) y 4 planos de la red.

tecnicas de diseã‘o alcantarillado

Documents

norma nb

criterios de diseo

norma boliviana nb

alcides franco t

pendiente mnima admisible

tensin tractiva mnima

paz boliviatecnicas

norma brasilera nbr