NS-085 (Diseño Alcantarillados)

7/16/2019 NS-085 (Diseño Alcantarillados)

http://slidepdf.com/reader/full/ns-085-diseno-alcantarillados 1/23

Documento controlado, su reproducción está sujeta a previo permiso por escrito de la E.A.A.B. Impreso el día: 17 12 2013Pag 1

Código: NS-085Estado: Vigente

Versión: 2,0Origen: EAAB-Norma Técnica

Tipo Doc.: Norma Téc. de Servicio

CRITERIOS DE DISEÑO DE SISTEMAS DE ALCANTARILLADO

Elaborada

INFORMACION GENERAL

Tema: DISEÑO ALCANTARILLADOComité: Subcomité de Diseño - Alcantarillado Anteceden tes: RAS-2000,Vigente desde: 13/11/2009

Contenido del Documento :

0. TABLA DE CONTENIDO

1 ALCANCE2 DOCUMENTOS RELACIONADOS3 TERMINOLOGÍA4 REQUISITOS4.1 ACTIVIDADES PRELIMINARES4.2 ESTIMACIÓN DE CAUDALES SISTEMA DE ALCANTARILLADO PLUVIAL Y SANITARIO4.2.1 Sistema Pluvial

4.2.2 Sistema de Alcantarillado de Aguas Sanitarias4.3 DISEÑOS HIDRÁULICOS4.3.1 Análisis Hidráulicos4.4 CRITERIOS DE LOCALIZACIÓN4.4.1 Localización con respecto al eje de las calzadas4.4.2 Distancias mínimas respecto a otras redes4.4.3 Profundidad mínima a la cota clave4.4.4 Profundidad máxima a la cota clave4.4.5 Cambio brusco en la pendiente4.4.6 Drenaje superficial de las vías4.4.7 Unión de colectores4.4.8 Cambio de dirección en los colectores4.5 ESTRUCTURAS COMPLEMENTARIAS

4.5.1 Estructuras de Conexión de Colectores y Pozos de Inspección4.5.2 Cámaras de Caída4.5.3 Sumideros4.5.4 Transiciones4.5.5 Canales4.5.6 Sifones Invertidos4.5.7 Aliv iaderos4.6 REQUISITOS GENERALES PARA LA PRESENTACIÓN DE MEMORIAS DE CÁLCULO4.6.1 Memorias de Cálculo




1. ALCANCE

Esta norma define las directrices para el diseño de sistemas de alcantarillado pluv ial y sanitario de laciudad, tanto para proyectos tipo expansión como para proyectos que requieren el remplazo o lasustitución de sistemas existentes por redensificacion o cambio en el uso del suelo.

Esta norma aplica para redes de alcantarillado sanitario con diámetro menor a 900 mm, densidad depoblación hasta 750 Habitantes/Hectárea y áreas de drenaje hasta 300 hectáreas; y redes dealcantarillado pluvial con diámetro menor a 900 mm y área de drenaje hasta 80 hectáreas.

2. DOCUMENTOS RELACIONADOS

Los documentos aquí relacionados han sido utilizados para la elaboración de esta norma y serviránde referencia y recomendación, por lo tanto no serán obligatorios, salvo en casos dondeexpresamente sean mencionados.

ALCALDÍA MAYOR DE BOGOTÁ. Decreto 619 de 2000 : Por el cual se adopta el Plan de

Ordenamiento Territorial para Santa Fe de Bogotá, Distrito Capital. Bogotá : Alcaldía Mayor, 2000.(POT)

EMPRESA DE ACUEDUCTO Y ALCANTARILLADO DE BOGOTÁ - E.S.P. Aspectos técnicos paracruces y detección de interferencias en construcción de sistemas de acueducto y alcantarillado.Bogotá : EAAB - E.S.P. (NS-012)

--------. Aspectos técnicos para diseño y construcción de subdrenajes. Bogotá : EAAB - E.S.P.(NS-122)

--------. Conexiones domiciliarias de alcantarillado. Bogotá : EAAB - E.S.P. (NS-068)

--------. Criterios de diseño de estaciones de bombeo de alcantarillado. Bogotá : EAAB - E.S.P.(NS-097)

--------. Criterios de diseño de pozo séptico. Bogotá : EAAB - E.S.P. (NS-066)

--------. Criterios para selección de materiales de tuberías para redes de acueducto y alcantarillado.Bogotá : EAAB - E.S.P. (NS-123)

--------. Cunetas y canaletas de drenaje superficial. Bogotá : EAAB - E.S.P. (NS-057)

--------. Lineamientos para trabajos topográficos. Bogotá : EAAB - E.S.P. (NS-030)

--------. Plan de manejo ambiental para el diseño y operación de estación elevadora de aguaspluviales y aguas sanitarias. Requisitos mínimos. Bogotá : EAAB - E.S.P. (NS-008)

--------. Plan de manejo ambiental para la elaboración de diseños definitivos y detallados para laconstrucción de redes matrices de acueducto y colectores de alcantarillado pluvial y sanitario.Requisitos mínimos. Bogotá : EAAB - E.S.P. (NS-007)

--------. Pozos de inspección. Bogotá : EAAB - E.S.P. (NS-029)

--------. Presentación de diseños de sistemas de alcantarillado. Bogotá : EAAB - E.S.P. (NS-054)

--------. Requerimientos para cimentación de tuberías en redes de acueducto y alcantarillado. Bogotá




: EAAB - E.S.P. (NS-035)

--------. Sumideros. Bogotá : EAAB - E.S.P. (NS-047)

--------. Terminología de alcantarillado. Bogotá : EAAB - E.S.P. (NT-003)

--------. Terminología sanitaria y ambiental. Bogotá : EAAB - E.S.P. (NT-005)

--------. Tuberías para alcantarillado. Bogotá : EAAB - E.S.P. (NP-027)

MINISTERIO DE DESARROLLO ECONÓMICO. Resolución 1096 de 2000 : Por la cual se adopta elReglamento Técnico para el sector de Agua Potable y Saneamiento Básico - RAS. Bogotá :MinDesarrollo, 2000. (RAS-2000)

--------. Decreto 2269 de 1993 : Por el cual se organiza el sistema nacional de normalización,certificación y metrología. Bogotá : MinDesarrollo, 1993

3. TERMINOLOGÍA

La terminología aplicable se encuentra en las normas de el ACUEDUCTO DE BOGOTÁ "NT-003Terminología de alcantarillado" y "NT-005 Terminología sanitaria y ambiental".

3.1 MÉTODO RACIONAL

El método racional permite definir el caudal pico máximo de aguas lluvias con base en la intensidadmedia del evento de precipitación con una duración igual al tiempo de concentración del área dedrenaje y un coeficiente de escorrentía.

3.2 SISTEMAS URBANOS DE DRENAJE SOSTENIBLE (SUDS)

Son el conjunto de soluciones que se adoptan en un sistema de drenaje urbano con el objeto deretener el mayor tiempo posible las aguas lluvias en su punto de origen sin generar problemas deinundación, minimizando los impactos del sistema urbanístico en cuanto a la cantidad y calidad de laescorrentía y evitando asi sobredimensionamientos o ampliaciones innecesarias en el sistema. Lafilosofía de los SUDS es reproducir, de la manera más fiel posible, el ciclo hidrológico natural previoa la urbanización o actuación humana.

4. REQUISITOS

Para los diseños se debe utilizar el sistema Internacional de Medidas (SI), el cual es de obligatoriocumplimiento en el Territorio Nacional, según "Decreto 2269 de 1993".

4.1 ACTIVIDADES PRELIMINARES

Se debe obtener toda la información existente de la zona del proyecto citando las fuentesl

respectivas. Además se debe incluir la descripción y diagnóstico del sistema existente derecolección y evacuación de aguas residuales y pluviales.

Para el caso de urbanizadores y constructores deben solicitar a el ACUEDUCTO DEl

BOGOTÁ la posibilidad técnica de la prestación del servicio y posteriormente los Datos




Técnicos del proyecto que es la información que debe tener en cuenta el diseñador para laelaboración del proyecto.

Definición del periodo de análisis. Se debe establecer el periodo de planeamiento del sistemal

y el año inicial de operación.

Estimación de la población. En el caso de sistemas sanitarios se debe estimar la población al

lo largo del periodo de planeamiento del sistema. La población estimada en el área delproyecto debe considerar las densidades de saturación con base en el "POT Plan deOrdenamiento Territorial".

Delimitación de áreas de drenaje. Se debe delimitar las áreas de drenaje contenidas en ell

área de proyecto.

Determinación de las características del sistema existente, tipo de tubería, pendientel

promedio y punto final de dreanje. Se deben determinar las características del sistemaexistente, las aguas residuales o pluviales en función de las tendencias de ocupación de latierra y del ordenamiento territorial.

Generación de alternativas de diseño para la recolección y evacuación de aguas residuales ol

pluviales. Es necesario evaluar cada alternativa desde el punto de vista de impactoambiental.

Aprovechamiento de componentes existentes. Debe establecerse la posibilidad del

aprovechar total o parcialmente elementos del sistema de recolección y evacuaciónexistente.

Análisis de sitios de descarga. Se deben identificar las asentamientos humanos localizadosl

aguas abajo de los posibles sitios de vertimiento o disposición de las aguas residualesevacuadas de la localidad y se deben analizar las características y capacidad deautodepuración de los cuerpos de agua receptores (ríos, quebradas, humedales) y losposibles efectos ambientales de las descargas con y sin tratamiento, con base en lalegislación vigente.

Predimensionamiento de cada uno de los componentes de las alternativas.l

Estimación preliminar de costos. Se deben recopilar presupuestos de proyectos similares al

los considerados en las diferentes alternativas, citando las fuentes bibliográficas que avalensu validez. Estos presupuestos deben considerar costos de construcción, operación ymantenimiento.

Sí es del caso, se deben determinar las etapas de construcción del proyecto.l

Selección de la mejor alternativa. Con base en consideraciones técnicas, económicas,l

financieras, culturales y ambientales se debe seleccionar la mejor alternativa para serdiseñada, construida, operada y mantenida. La alternativa seleccionada debe contar conlicencia ambiental si esta se requiere, o plan de manejo ambiental.

Diseño de la alternativa seleccionada. La alternativa debe ser dimensionada completamentel

y sus costos de construcción totalmente cuantificados dentro de un cronograma preciso deejecución de obras, incluyendo aspectos específicos requeridos de manejo ambiental yurbano durante su construcción, tales como estudios prediales y de servidumbres, licenciasambientales, plan de manejo ambiental, impacto urbano y especificaciones técnicas. Eldiseño debe generar además obligatoriamente Manuales, programas y procedimientos deoperación y mantenimiento apropiados para garantizar la efectividad y sostenibilidad delsistema a lo largo de su vida útil y minimizar efectos ambientales negativos.




4.2 ESTIMACIÓN DE CAUDALES SISTEMA DE ALCANTARILLADO PLUVIAL Y SANITARIO

4.2.1 Sistema Pluvial

4.2.1.1 Consideraciones generales

Los sistemas de recolección y evacuación de aguas pluviales serán proyectados y construidos para:

Retener el mayor tiempo posible las aguas lluvias en su punto de origen sin generarl

problemas de inundación con el fin de evitar el sobredimensionamiento o modificación delsistema de drenaje.Permitir una evacuación de la escorrentía pluvial de las vías públicas y evitar la generaciónl

de caudales excesivos en las calzadas, respetando los anchos máximos de inundaciónpermisibles definidos en la norma NS-047 "Sumideros".Evitar la entrada de aguas lluvias a propiedades públicas y privadas.l

Evitar la acumulación de aguas en vías de tránsito peatonal y/o vehicular.l

Minimizar la afectación del tráfico vehicular y peatonal durante un evento fuerte del

precipitación.Impedir el ingreso de aguas lluvias al sistema de recolección y evacuación de aguasl

residuales.

Los siguientes son algunos de los factores que deben ser considerados en el estudio de losproblemas de recolección y evacuación de aguas pluviales en áreas urbanas:

Soluciones de drenaje que involucren la aplicación de Sistemas Urbanos de Drenajel

Sostenible (SUDS)Análisis de soluciones con canales abiertos o conductos cerrados.l

Profundidad de los colectores.l

Tipos de tuberías.l

El aumento del área impermeable por efectos de la urbanización de cuencas hidrológicas modificala relación lluvia escorrentía de la naturaleza, haciendo que las crecientes generadas tengan unmayor volumen y un aumento en el caudal pico del hidrograma de respuesta.

Cuando por efectos de urbanismo se modifique el coeficiente de escorrentía como consecuencia deun cambio en el tipo de superficie y/o incremento del área impermeable, el urbanizador y/oconstructor deberá adoptar las medidas necesarias para limitar los caudales máximos a los valoresdefinidos por la Empresa antes del desarrollo (coeficiente de escorrentía de 0,25 para terrenos conpendiente menor al 2%, 0,35 para terrenos con pendiente entre el 2% y el 7% y 0,4 para terrenoscon pendiente superior al 7%) y/o antes de realizar las obras de renovación urbana.

Entre las medidas contempladas en los Sistemas Urbanos de Drenaje Sostenible con el objeto demitigar el efecto del aumento de la escorrentía superficial que pueden ser adoptadas por el

urbanizador se encuentran la adecuación de zonas verdes, la construcción de tanques derecolección o almacenamiento temporal para la posterior utilización del agua lluvia en agua deriego, agua para lavado de patios y fachada o simplemente para realizar la entrega controlada a lared de drenaje posterior a la ocurrencia de la creciente, la disposición de superficies permeables,entre otros.

4.2.1.2 Caudales de diseño




Para la determinación del caudal de diseño de los colectores y canales se utilizará el método racionalpara proyectos donde el área de drenaje sea inferior a 80 Ha. La ecuación del método racional es:

Q = C.I.ADe donde:

Q: Descarga estimada en un sitio determinado (L/s).C: Coeficiente de escorrentía (adimensional). Ver cuadro numeral 4.2.1.2.a I: Intensidad de la lluvia, para una duración igual al tiempo de concentración del area dedrenaje y para el período de retorno determinado (L/s/Ha)A: Área de drenaje (Ha)

Para áreas mayores se debe estimar los caudales mediante otros modelos lluvia escorrentía, talcomo el metodo del Soil Conservation Service (SCS), que representen mejor los hietogramas deprecipitación e hidrogramas de respuesta de las áreas de drenaje y que eventualmente tengan encuenta la capacidad de amortiguamiento de las ondas dentro de la red de colectores. En estos casosel diseñador deberá justificar el método de cálculo. El ACUEDUCTO DE BOGOTÁ ha realizadovarios estudios en los que evaluó la capacidad de las redes de algunas cuencas utilizando el modelode lluvia escorrentía de la EPA, SWMM Storm Water Magnament Model , modelo que se sugieresea utilizado preferencialmente. Estos métodos para la estimación de los caudales, también podrá

ser utilizado para áreas de drenaje inferiores a 80 hectáreas, en casos muy específicos y previaaprobación del Acueducto.

a) Coeficiente de escorrentía

El coeficiente de escorrentía está en función del tipo de suelo, de la impermeabilidad de la zona y dela pendiente del terreno. Éstas características determinan la fracción de lluvia que se convierte enescorrentía. De igual manera, debe incluir consideraciones sobre el desarrollo urbano, los planes deordenamiento territorial y las disposiciones legales locales sobre uso del suelo.

Para áreas de drenaje que incluyan subáreas con coeficientes de escorrentía diferentes, el valor de Crepresentativo del área debe calcularse como el promedio ponderado con las respectivas áreas.

( )CC A

A=

×åå

Para la adopción del valor del coeficiente de escorrentía C, se presenta los siguientes valores acontinuación como guía para su selección. En caso de diferir el valor adoptado con los dados acontinuación, este deberá ser justificado.

Tipo de Superficie CZONAS URBANIZADAS (Áreas residenciales, comerciales, industriales, vías,andenes, etc )

Cubiertas 0,85Superficies en asfalto 0,80Superficies en concreto 0,85Superficies adoquinadas 0,75Vías no pavimentadas y superficies con suelos compactados 0,60ZONAS VERDES (Jardines, parques, etc )Terreno plano (Pendiente menor al 2%) 0,25Terreno promedio (Pendiente entre el 2% y el 7%) 0,35




Terreno de alta pendiente (Pendiente superior al 7%) 0,40

b) Intensidad de lluvias

La intensidad de la lluvia se determinará a partir del periodo de retorno, frecuencia y duración de la

tormenta de diseño, los datos para los diferentes períodos de retorno serán suministrados por laEmpresa a través de los Datos Técnicos del proyecto, a partir de los cuales se obtiene laintensidad, utilizando la siguiente expresión:

( ) 2

01

C X DURACIÓN C INTENSIDAD +=

Dentro de la información suministrada por la Empresa en los Datos Técnicos, están los valores C1,X0 ,C2., una vez aplicada la ecuación los resultados obtenidos se encuentran expresados enmilímetros por hora (mm/hr/Ha), para obtener el valor de la intensidad en l/s/Ha se debe multiplicarpor 2.77.

En aquellos casos en los cuales, se requiera una mayor información sobre la hidrología de la zona,se deberá utilizar los resultados del Estudio para análisis y caracterización de tormentas en laSabana de Bogotá adelantado por el ACUEDUCTO DE BOGOTÁ, del cual se pueden obtener lascurvas de Intensidad-Duración-Frecuencia en cualquier punto de la Ciudad.

c) Período de retorno de diseño

El periodo de retorno de diseño debe determinarse de acuerdo con la importancia de las áreas y conlos daños, perjuicios o molestias que las inundaciones periódicas puedan ocasionar a los habitantes,tráfico vehicular, comercio, industria, etc. La selección del periodo de retorno está asociada entoncescon las características de protección e importancia del área de estudio. Para efectos de diseño, elperíodo de retorno o la frecuencia del aguacero de diseño se seleccionarán de acuerdo con lossiguientes criterios:

Borde LibreCaracterísticas del área dedrenaje

Periodo deretorno Tuberías Box culvert Canales

Tramos de alcantarillado con áreastributarias hasta de 3 hectáreas,localizados en las zonas de los

cerros o en zonas donde lapendiente longitudinal de las vías

sea mayor del 1%.

3 años

La relación entre elcaudal de diseño y elcaudal a tubo lleno

debe ser igual omenor a uno.

La lámina de agua nodebe superar el 90%de la altura interna del

Box culvert.

N.A

Tramos de alcantarillado con áreastributarias hasta de 3 hectáreas,

localizadas en la zonas bajas o enlas zonas donde la pendiente

longitudinal de las vías se menordel 1%.

5 años




Box culvert.

N.A

Tramos de alcantarillado con áreastributarias entre 3 y 10 hectáreas.

5 años

La relación entre el

caudal de diseño y elcaudal a tubo llenodebe ser igual o

menor a uno.

La lámina de agua no

debe superar el 90%de la altura interna del

Box culvert.

N.A

Tramos de alcantarillado con áreastributarias mayores de 10

hectáreas.10 años




Box culvert.

N.A

Flujo Subcrítico:0.3 + V

2/2g

Flujo Supercrítico:




Canalizaciones abiertas,adecuación de cauces de ríos y

quebradas en cualquier zona conáreas tributarias hasta de 80

hectáreas.

25 años N.A N.A

3/12

2025.02.0 y

g

V +

ó

ú

ú

û

ù

ê

ê

ë

é÷÷

ø

öçç

è

æ + 9.0;

26

1 2

g

V ymáx

N.A = No Aplical

Es necesario verificar en la corriente receptora efectos de remanso y reflujo.l

Para canalizaciones abiertas debe verificarse que el borde libre sea mayor a lal

sobreelevación de flujo generada por cambios en el alineamiento del canal. Dichasobreeelvación puede estimarse como:

gR

W V y

2

=D

Donde,

y = Sobreelevación estimadaV = Velocidad media de flujoW = Ancho de canalg = Aceleración de la gravedadR = Radio de curvatura

Cuando se defina que la sección de la canalización debe ser revestida, el nivel dell

revestimiento debe ir hasta lámina de agua para un periodo de retorno de 10 años.La utilización del método racional se limita a períodos de retorno o frecuencia del aguacerol

de diseño hasta 10 años. Lo anterior implica que para el diseño de canalizaciones abiertas yla adecuación de cauces de ríos y quebradas se deberán utilizar otros modelos lluviaescorrentía que representen de manera más adecuada el comportamiento del f lujo.

d) Tiempo de concentración

Es el tiempo requerido, después del comienzo de la lluvia, para que la escorrentía superficial de todael area contribuya en el punto en consideración. Para determinarlo se tendrán en cuenta un tiempomínimo inicial de 8 minutos, más el tiempo de recorrido, función de la velocidad de la corriente en laszonas montañosas, en la zona urbana el tiempo de recorrido de las hondonadas y zanjas sobre elterreno, cunetas, colectores y canales. El tiempo de concentración mínimo en pozos iniciales será de15 minutos. Es necesario justificar el método de cálculo del tiempo de concentración e indicar lasecuaciones de cálculo utilizadas.

e) Áreas de drenaje

La extensión y el tipo de áreas tributarias deben determinarse para cada tramo por diseñar. El áreapropia o aferente al tramo en consideración solamente se debe incluir dentro del cálculo cuando éstaaporte por escorrentía al tramo en consideración. Las áreas de drenaje deben ser determinadas pormedición directa en planos topográficos, y su delimitación debe ser consistente con las redes dedrenaje natural. La extensión del área tributaria se expresa en hectáreas.

Se deberá verificar la información de las áreas de aporte dadas por la Empresa en los datosTécnicos, para lo cual se debe determinar el área de drenaje con los planos de construcción delalcantarillado; en zonas sin alcantarillado, el área de drenaje se determina por medio de los planostopográficos correspondientes.




4.2.2 Sistema de Alcantaril lado de Aguas Sanitarias

4.2.2.1 Determinación del Caudal de Diseño Sanitario

La estimación de Caudales de diseño sanitario para colectores a construir en nuevos desarrollos ya

sean ejecutados por el sector público o privado, se tomarán de acuerdo con las curvas de la Figura1 adjunta al final de Capítulo. El uso de la figura se limita para áreas hasta 300 hectáreas, densidadeshasta de 750Hab/Ha y diámetros hasta 900 mm. La Figura contiene tres curvas con los caudalesunitarios en función del área, que incluyen el total del caudal a transportar.

· Para densidad de población mayor a 750 Hab/Ha.· Para densidad de población desde 400 y hasta 750 Hab/Ha.· Para densidad de población menor a 400 Hab/Ha

Para determinar el caudal con el cual se debe dimensionar un conducto se debe tomar el área dedrenaje tributaría acumulada incluyendo el área propia del tramo. Para los casos en lo cuales existanzonas con diferentes rangos de densidad poblacional se deberá estimar el caudal de diseñoindependientemente para cada una de las zonas.

Específicamente para los colectores que se diseñen con caudales provenientes de las curvasanteriores, en el dimensionamiento se debe tener en cuenta que la relación entre el caudal de diseñoy el caudal a tubo lleno debe ser igual o menor a uno, ya que los caudales obtenidos de las gráficasya incluyen una mayoración para prever la aireación, igualmente incluyen conexiones erradas einfiltración.

Para proyectos urbanísticos que contemplen redensificación o cambio en el uso del suelo, elurbanizador debera incluir en el diseño todos los tramos del alcantarillado sanitario existente querequieren ser sustituidos para garantizar la capacidad del sistema, estimando los caudales de diseñoa partir de las curvas presentadas en la Figura 1.

4.3 DISEÑOS HIDRÁULICOS

El tamaño y la pendiente de un colector deben ser adecuados para conducir el caudal de diseño,evitar la sedimentación de sólidos para las condiciones iniciales de servicio y garantizar su adecuadaoperación y funcionalidad.

Para elaborar el diseño hidráulico, el diámetro de la tubería que debe tenerse en cuenta durante todoeste proceso es el diámetro interno real, y no el diámetro nominal de la misma.

4.3.1 Análisis Hidráulico

Los colectores y canales deben diseñarse como conducciones a flujo libre por gravedad.

El flujo de aguas pluviales o residuales en una red de alcantarillado para su recolección y evacuaciónno es permanente. Sin embargo, el dimensionamiento hidráulico de la sección de un colector o uncanal puede hacerse suponiendo que el flujo en éste es uniforme. Esto es válido en particular paracolectores de diámetro pequeño. Es de especial importancia tener en cuenta las condiciones defrontera que pueden generar profundidades mayores a las obtenidas por los métodos de flujouniforme.

En la presente norma se especifica realizar el análisis hidráulico utilizando la fórmula de Manning:




( )V n R S= × ×12

31

2

(m/s)

V: Velocidad del flujo en m/s.

n: Coef iciente de rugosidad de Manning

R: Radio Hidráulico en m R=A/P

A : Área de la sección transversal del conducto en m2

P: Perímetro mojado en m

S: Pendiente del conducto en m/m

Por continuidad:

V AQ ´= (m3

/s)

De donde:

Q: Caudal en (m3

/s).A: Área de la sección transversal del conducto en m

2

V: Velocidad del flujo en m/seg.

Alternativamente a las fórmulas de flujo uniforme el diseñador puede utilizar otros modelos de flujopermanente o no permanente, ustificando los métodos de cálculo y los resultados.

Ocasionalmente, para colectores entre 600 mm y 900 mm, la empresa exigirá realizar el diseño conflujo gradualmente variado.

4.3.1.1 Coeficientes de rugosidad

El ACUEDUCTO DE BOGOTA exige para la elaboración de los diseños de alcantarillado que utilicenla ecuación de Manning los valores que se anotan a continuación. La adopción de estos valoresobedece a que muchas investigaciones y experimentos de laboratorio y mediciones de campo se hanllevado a cabo para determinar los coeficientes de fricción para varios materiales y condiciones,están basados con mediciones precisas, pero es difícil duplicar condiciones de flujo equivalentes alas de un alcantarillado, aún con mediciones de campo en colectores existentes pueden reflejarvariables desconocidas propias del sistema analizado, así como errores en la medición e inhabilidadpara controlar variables identificables. En general el valor del coeficiente de rugosidad depende delas condiciones de servicio del alcantarillado que depende de factores como el material del conducto,profundidad de flujo, tipo de uniones, número de uniones por unidad de longitud, desalineamientohorizontal del conducto, desalineamiento vertical del conducto por efecto de las uniones, depósitosde material en el conducto, entrada de flujos laterales puntuales al conducto, penetración de raíces,

crecimiento de biofilmes en el interior del conducto y la deformación del colector.Teniendo en cuenta las consideraciones anteriores, los coeficientes de rugosidad exigidos superanlos valores ofrecidos por los fabricantes.

A continuación se presentan los valores de "n" aceptados por la Empresa para los diseños:

VALORES DEL COEFICIENTE DE RUGOSIDAD DE MANNING n PARA CONDUCTOSCERRADOS




Característica interna del Material* n

Interior Liso 0.010Interior Semirugoso 0.013Interior Rugoso 0.015

* Clasificación de n de Manning creada por el Acueducto de Bogotá. Se relaciona con laspropiedades físicas del material y permite relizar diseños con propiedades genericas (no conmarcas) y da la posibilidad elegir el material a utilizar de acuerdo con condiciones de mercado.

Para el coeficiente de rugosidad, el ACUEDUCTO DE BOGOTA considera que las tuberías de PVCo GRP tienen interior liso con n=0.010, las tuberías de gres y concreto prefabricado tienen interiorsemirugoso con n=0.013 y los conductos de concreto fundidos en sitio tienen interior rugoso conn=0.015. En todo caso se debe consultar la norma de la empresa "NP-027 Tuberías paraalcantarillado" donde se establecen las tuberías aceptadas por el ACUEDUCTO DE BOGOTA y lascaracterísticas que deben cumplir.

VALORES DEL COEFICIENTE DE RUGOSIDAD DE MANNING n PARA CONDUCTOS ABIERTOSMaterial n

Canal revestido de concreto 0.015Canal revestido en piedra pegada 0.025Canal revestido rip-rap 0.030Canal excavado en tierra recubierto con vegetación 0.050Canal excavado en roca 0.060

El valor del coeficiente de rugosidad para canal abierto revestido con dos materiales diferentes comoconcreto y grama u otros materiales, se calculará con la siguientes fórmulas de acuerdo a suconformación:

Para canales con sección uniforme sin bermasl

Se utiliza la fórmula:

3/22/3

úúû

ù

êêë

é ´=

åå

i

iit P

nPn

En donde:

t n: Coeficiente de rugosidad ponderado de la sección compuesta.

in: Coeficiente de rugosidad de la sección revestida con el material i.

iP: Perímetro mojado de la sección revestida con el material i.

Para canales con sección compuesta con bermasl

Se utiliza la fórmula:




1-

úû

ùêë

é= å

i

it t n

pPn

En donde:

t n: Coeficiente de rugosidad ponderado de la sección.

iP: Perímetro mojado en los diferentes sectores y materiales de revestimiento.

Pt: P erímetro mojado total de la sección compuesta.ni: Coeficiente de rugosidad de los diferentes sectores y materiales de revestimiento.

En todos los casos el diseñador deberá sustentar adecuadamente el valor del n que utilice en sudiseño asumiendo la responsabilidad por sus análisis y recomendaciones.

4.3.1.2 Pendientes

La pendiente de los conductos y canales deberá seleccionarse de tal manera que se ajuste a latopografía del terreno y que, en lo posible, no produzca velocidades que estén por fuera de lasespecificadas para alcantarillados pluviales o sanitarias. En los tramos en que la pendiente naturaldel terreno sea tan pronunciada que pueda ocasionar velocidades mayores que las permitidas, sedebe proveer al colector de un número suficiente de estructuras de caída para los tramos cortosresultantes tengan la pendiente adecuada.

4.3.1.3 Relaciones hidráulicas para secciones circulares

En la siguiente tabla se presentan las relaciones hidráulicas de secciones circulares, calculadas conel coeficiente 'n' de Manning variable con respecto a la profundidad. Estas tablas están elaboradascon los resultados de (n/n

odiferente de uno).

RELACIONES HIDRÁULICAS EN TUBERÍAS DE SECCIÓN CIRCULAR (n/no diferente de 1)




Q/Qo Y/do V/Vo D/do A/Ao Q/Qo Y/do V/Vo D/do A/Ao

0.010 0.061 0.272 0.041 0.025 0.530 0.581 0.876 0.479 0.6020.020 0.099 0.327 0.067 0.051 0.540 0.587 0.881 0.487 0.6100.030 0.126 0.366 0.086 0.073 0.550 0.594 0.886 0.494 0.6180.040 0.148 0.398 0.102 0.092 0.560 0.600 0.891 0.502 0.6260.050 0.168 0.426 0.116 0.110 0.570 0.606 0.896 0.510 0.634

0.060 0.185 0.450 0.128 0.127 0.580 0.613 0.901 0.518 0.6420.070 0.200 0.473 0.140 0.143 0.590 0.619 0.905 0.526 0.6500.080 0.215 0.495 0.151 0.157 0.600 0.625 0.910 0.534 0.6580.090 0.228 0.515 0.161 0.172 0.610 0.632 0.915 0.542 0.6660.100 0.241 0.534 0.170 0.185 0.620 0.638 0.919 0.550 0.6740.110 0.253 0.553 0.179 0.199 0.630 0.644 0.924 0.559 0.6810.120 0.264 0.564 0.188 0.211 0.640 0.651 0.928 0.568 0.6890.130 0.275 0.575 0.197 0.224 0.650 0.657 0.933 0.576 0.6970.140 0.286 0.586 0.205 0.236 0.660 0.663 0.937 0.585 0.7040.150 0.296 0.596 0.213 0.248 0.670 0.670 0.942 0.595 0.7120.160 0.306 0.606 0.221 0.259 0.680 0.676 0.946 0.604 0.7200.170 0.316 0.616 0.229 0.271 0.690 0.683 0.950 0.614 0.7270.180 0.325 0.626 0.236 0.282 0.700 0.689 0.954 0.623 0.7350.190 0.334 0.636 0.244 0.293 0.710 0.695 0.959 0.633 0.7420.200 0.343 0.645 0.251 0.304 0.720 0.702 0.963 0.644 0.7500.210 0.352 0.655 0.258 0.314 0.730 0.708 0.967 0.654 0.7570.220 0.361 0.664 0.266 0.325 0.740 0.715 0.971 0.665 0.7650.230 0.369 0.673 0.273 0.335 0.750 0.721 0.975 0.677 0.7720.240 0.377 0.681 0.280 0.345 0.760 0.728 0.978 0.688 0.7800.250 0.385 0.690 0.287 0.355 0.770 0.735 0.982 0.700 0.7870.260 0.393 0.699 0.294 0.365 0.780 0.741 0.986 0.713 0.7950.270 0.401 0.707 0.300 0.375 0.790 0.748 0.990 0.725 0.8020.280 0.409 0.715 0.307 0.385 0.800 0.755 0.993 0.739 0.8100.290 0.417 0.724 0.314 0.394 0.810 0.761 0.997 0.753 0.8170.300 0.424 0.732 0.321 0.404 0.820 0.768 1.000 0.767 0.8240.310 0.432 0.740 0.328 0.413 0.830 0.775 1.003 0.783 0.8320.320 0.439 0.747 0.334 0.422 0.840 0.782 1.007 0.798 0.8390.330 0.446 0.755 0.341 0.432 0.850 0.789 1.010 0.815 0.8470.340 0.453 0.763 0.348 0.441 0.860 0.796 1.013 0.833 0.8540.350 0.460 0.770 0.354 0.450 0.870 0.804 1.016 0.852 0.8610.360 0.468 0.778 0.361 0.459 0.880 0.811 1.019 0.871 0.869

0.370 0.475 0.785 0.368 0.468 0.890 0.818 1.022 0.892 0.8760.380 0.482 0.792 0.374 0.476 0.900 0.826 1.024 0.915 0.8830.390 0.488 0.799 0.381 0.485 0.910 0.834 1.027 0.940 0.8910.400 0.495 0.806 0.388 0.494 0.920 0.842 1.029 0.966 0.8980.410 0.502 0.813 0.395 0.503 0.930 0.850 1.032 0.995 0.9060.420 0.509 0.820 0.402 0.511 0.940 0.858 1.034 1.027 0.9130.430 0.516 0.827 0.408 0.520 0.950 0.867 1.036 1.063 0.9210.440 0.522 0.833 0.415 0.528 0.960 0.875 1.037 1.103 0.9280.450 0.529 0.840 0.422 0.537 0.970 0.884 1.039 1.149 0.9360.460 0.535 0.846 0.429 0.545 0.980 0.894 1.040 1.202 0.9430.470 0.542 0.853 0.436 0.553 0.990 0.904 1.047 1.265 0.9510.480 0.549 0.859 0.443 0.562 1.000 0.914 1.047 1.344 0.9560.490 0.555 0.865 0.450 0.570 1.010 0.925 1.047 1.445 0.9660.500 0.561 0.861 0.458 0.578 1.020 0.938 1.046 1.584 0.9740.510 0.568 0.866 0.465 0.586 1.030 0.952 1.044 1.803 0.982

0.520 0.574 0.871 0.472 0.594 1.040 0.969 1.040 2.242 0.991

Donde:Q Caudal V Velocidad de flujoY Altura de flujo D Profundidad Hidráulicado Diámetro de la Tubería A Área mojada

El subíndice "o" corresponde a las condiciones a tubo lleno.




4.3.1.4 Velocidades mínimas

La velocidad mínima en el sistema debe ser aquella que permita tener condiciones de autolimpiezapara lo cual es necesario utilizar el criterio de esfuerzo tractivo, el cual está dado por la expresión:

S R ××= g t

Donde,

= Esfuerzo tractivo

= Peso específico del aguaR = Radio hidráulicoS = Pendiente de la conducción

a) Sistema Pluvial

La velocidad mínima en sistemas pluviales es aquella que garantice que el valor del esfuerzocortante medio sea mayor o igual a 3,0 N/m2 (0,3 Kg/m

2

) para el caudal de diseño, y mayor o igual a

1,5 N/m2 (0,15 Kg/m2

) para el 10% de la capacidad a tubo lleno.

b) Sistema Sanitario

La velocidad mínima en sistemas sanitarios es aquella que garantice que el valor del esfuerzocortante medio sea mayor o igual a 1,2 N/m

2

(0,12 Kg/m2

) para el caudal máximo horario.

4.3.1.5 Velocidades máximas

Los valores máximos permisibles para la velocidad máxima en los colectores y canales dependen delmaterial, en función de su sensibilidad a la abrasión. Para canales excavados en tierra el diseñadordebe sustentar las velocidades máximas adoptadas, pero de ningún caso podrán ser mayores de 2

m/s.

En la siguiente tabla se presentan los valores máximos permisibles por tipo de material:

Material Velocidad máxima permisible(m/s)

Conductos cerradosConcreto fundido in situ (box culvert) 5.0Concreto prefabricado (tuberías) 6.0Gres vitrificado 5.0PVC* 9.0Fibra de vidrio GRP. 4.0

Colectores de ladrillo común 3.0Conductos abiertosCanal revestido de ladrillo 3.0Canal revestido de concreto 5.0Canal revestido en piedra pegada 4.0Canal excavado en tierra Es función del suelo y debe ser sustentado.

*Si la velocidad es superior a 6 m/s deberá contemplarse la utilización de pozos de inspección enmateriales plásticos o con recubrimientos plásticos debidamente anclados y diseñados para soportar




los esfuerzos que puedan generarse por la presencia de altas velocidades en el sistema. De igualforma deberá garantizarse que la cimentación de la tubería sea la adecuada para garantizar suestabilidad en pendientes altas.

En el caso de que el fabricante de los elementos certifique una velocidad máxima menor a laespecificada en el cuadro anterior; para efectos del diseño solo se podrá tomar la certificada por elfabricante.

4.3.1.6 Dimensionamiento de la sección.

a) Sistema pluvial

El dimensionamiento de la sección en tuberías para alcantarillado pluvial, se debe determinarasumiendo que el caudal a tubo lleno sea igual o mayor que el caudal de diseño.

El dimensionamiento de la sección en Box culvert se debe determinar asumiendo que la lámina deagua no supere el 90% de la altura interna del Box culvert.

b) Sistema sanitario

Para los diseños en los que los caudales de diseño se toman de la gráfica de caudales unitarios, eldiámetro de los tubos se debe determinar asumiendo que el caudal a tubo lleno sea igual o mayorque el caudal de diseño.

4.3.1.7 Diámetros mínimos.

a) Alcantarillados pluviales.

En las redes de recolección y evacuación de aguas lluvias, y principalmente en los primeros tramos,la sección circular es la más usual para los colectores. El diámetro nominal mínimo permitido enredes de aguas lluvias es 300 mm.

b) Alcantarillados sanitarios.

En las redes de recolección y evacuación de aguas residuales, la sección circular es la más usualpara los colectores, principalmente en los tramos iniciales. El diámetro nominal mínimo permitido enredes de sistemas de recolección y evacuación de aguas residuales es 200 mm.

4.3.1.8 Cálcul os Hidráulicos y Pérdidas por Uniones, Caídas, Cambios de Alineamiento yOtros

Para realizar los cálculos de pérdidas hidráulicas y en general los cálculos hidráulicos requeridos, porcambios de dirección del alineamiento de conductos cerrados y abiertos, transiciones de entrada y desalida, unión de colectores, diseño hidráulico de estructuras-pozo, pérdidas en régimen subcrítico y

supercrítico, pérdidas por unión de colectores en estructuras-pozo con caídas y mejoras en lascondiciones de entrada en estructuras de conexión, entre otros; se deben apoyar y sustentaradecuadamente de acuerdo con los elementos teóricos correspondientes.

4.4 CRITERIOS DE LOCALIZACIÓN

Las disposiciones generales para los colectores deben obedecer a los siguientes criterios:

4.4.1 Localización con respecto al eje de las calzadas




Los colectores deben localizarse siguiendo el lineamiento de las calles. Los colectores de aguasresiduales o lluvias no podrán quedar ubicados en la misma zanja de una tubería de acueducto y sucota clave siempre debe estar por debajo de la cota del lomo inferior de la tubería de acueducto.Para sistemas separados el colector de aguas lluvias debe localizarse en el eje de la vía, mientrasque el colector de aguas residuales debe ubicarse hacia uno de los costados, a una distanciaaproximada de un cuarto del ancho de la calzada (semieje) y no menor de 0,5 m del sardinel. En lo

posible, el colector de aguas residuales no debe localizarse en el mismo costado de ubicación de lared de acueducto. Los cruces con redes matrices de acueducto deberán diseñarse cada caso deforma particular y deberá justificarse su diseño, especialmente cuando el alcantarillado cruce porencima de estas redes.

4.4.2 Distancias mínimas respecto a otras redes

Las distancias mínimas libres entre los colectores que conforman la red del sistema de recolección yevacuación de aguas residuales y pluviales y las tuberías de otras redes de servicios públicos debenser 1,0 m en la dirección horizontal medidos entre las superficies externas de los dos conductos y0,3 m en la dirección vertical.

Los cruces de redes deben analizarse de manera individual para establecer la necesidad de diseñosespeciales, en particular en aquellos casos donde la distancia mínima vertical sea menor a laestablecida anteriormente. Ver Norma "NS-012 Aspectos técnicos para cruces y detección deInterferencias en construcción de sistemas de acueducto y alcantarillado".

4.4.3 Profundidad mínima a la cota clave

4.4.3.1 Sistema pluvial

La profundidad mínima de los colectores de redes de recolección y evacuación de aguas de aguaslluvias debe ser aquella que permita el adecuado drenaje por gravedad de las aguas lluvias de suárea tributaria, que no interfieran con las conexiones domiciliarias del sistema sanitario y que puedanrecibir los sumideros y cunetas. Además, el recubrimiento mínimo del colector debe evitar la rupturade éste, ocasionada por cargas vivas.

Ver Norma "NS-035 Requerimientos para cimentación de tuberías en redes de acueducto yalcantarillado".

Para casos especiales como localidades con evidentes problemas de drenaje, donde se puedeadoptar otro tipo de recolección como cunetas o tuberías superficiales, en todo caso se requierehacer las previsiones estructurales y geotécnicas correspondientes.

4.4.3.2 Sistema sanitario

La profundidad mínima de los colectores de redes de recolección y evacuación de aguas residualesdebe ser aquella que permita el adecuado drenaje por gravedad de las aguas residuales de su áreatributaria, las descargas domiciliarias sin sótano, aceptando una pendiente mínima de éstas de 2%.

Las conexiones domiciliarias y los colectores de aguas residuales deben localizarse por debajo de lastuberías de acueducto. Además, el recubrimiento mínimo del colector debe evitar la ruptura de éste,ocasionada por cargas vivas.


Para casos especiales como localidades con evidentes problemas de drenaje, donde se requiereadoptar otro tipo de recolección, se requiere hacer las previsiones estructurales y geotécnicascorrespondientes.




4.4.4 Profundidad máxima a la cota clave

En general la máxima profundidad de los colectores es del orden de 5 m, aunque puede ser mayor,cuando se garanticen los requerimientos geotécnicos de las cimentaciones y estructurales de losmateriales y colectores durante (y después de) su construcción.


Los cruces subterráneos de lagos, ríos y corrientes superficiales deberán acompañarse de un diseñoapropiado e idóneo que justifique las dimensiones, los atraques y las profundidades empleadas ydeberán proveerse de medios para impedir su destrucción por efectos de la socavación de lacorrientes.

En todos los casos el diseñador deberá justificar mediante cálculos las respectivas coberturas y debeasumir la responsabilidad por los análisis y recomendaciones.

4.4.5 Cambios bruscos de la pendiente

En lo posible, deben evitarse los cambios bruscos de la pendiente en los colectores. En caso de unaumento importante de la pendiente, y mientras lo permitan las condiciones hidráulicas en loscolectores y en las estructuras de unión, al igual que los aportes incrementales de caudal aguasabajo, puede reducirse el diámetro interior del colector de salida, únicamente en el siguiente caso:

· Para el cruce de vías o pasos especiales cuando se requiere disminuir la pendiente yaumentar el diámetro de la tubería para el cruce; en este caso después del cruce o pasoespecial, la pendiente del colector continua en condiciones similares a la pendiente antes delcruce. En este caso no se justifica seguir con el diámetro utilizado en el cruce, sino que sepuede utilizar los diámetros calculados en función de la pendiente.

4.4.6 Drenaje Superf icial de las Vías

El drenaje superficial de las vías es parte integral del sistema de alcantarillado y su diseño debegarantizar el cumplimiento de los anchos máximos de inundación permisibles establecidos en lanorma NS-047 "Sumideros".

Para garantizar un adecuado drenaje superficial se requiere una pendiente longitudinal mínima de lavía del 0.5% y una pendiente mínima transversal del 2%. Excepcionalmente y mediante justificaciónsustentada de tipo técnico que garanticen el cumplimiento de los anchos máximos de inundaciónpermisibles se permitirán pendientes longitudinales entre el 0.3% y el 0.5% Terrenos planos, conpendientes menores al 1%, requieren de la implementación de estructuras de drenaje adicionalestales como cunetas y/o bermas que garanticen una adecuada evacuación de la escorrentía superficialsin afectar los anchos de inundación máximos permisibles y el número de sumideros requerido.

La adopción de un sistema superficial de drenaje en v ías requiere una justificación sustentada de tipo

técnico, la cual será aprobada por el ACUEDUCTO DE BOGOTÁ para su ejecución.

4.4.7 Unión de colectores

La unión o conexión de dos o más tramos de colectores debe hacerse con estructuras de conexión.Usualmente, estas estructuras son pozos de unión o conexión o estructuras pozo. Estas estructurasestán comunicadas con la superficie mediante pozos de inspección. El diseño hidráulico de estasestructuras depende del régimen de flujo de los colectores afluentes y del colector de salida oprincipal, y se basa fundamentalmente en la determinación de las pérdidas de cabeza hidráulica




producidas por la unión.

En general la distancia máxima entre estructuras de conexión de colectores está determinada por lamalla urbana, los equipos disponibles de limpieza y el comportamiento hidráulico del flujo. En casode que la malla urbana o el comportamiento del flujo limiten la distancia máxima, ésta debe sermenor o igual 90 m. En emisarios o colectores principales, donde las entradas son muy restringidas oinexistentes, la distancia máxima entre estructuras de inspección puede incrementarse en función del

tipo de mantenimiento, la cual es del orden de 300 m.

4.4.8 Cambio de dirección en los colectores

Los cambios de dirección deben hacerse mediante cámaras o pozos de inspección o estructurasespeciales construidas en el sitio. En colectores matrices o emisarios finales pueden hacerse curvasde gran radio con el mismo colector, haciendo uso de la deflexión admitida de las uniones o mediantecodos prefabricados. El diámetro mínimo y el radio de curvatura mínimo deben ser definidos conbase en los requerimientos de inspección y mantenimiento.

4.5 ESTRUCTURAS COMPLEMENTARIAS

Este capítulo está relacionado con la definición de las diferentes estructuras que complementan unsistema de recolección y evacuación de aguas residuales y/o pluviales. Se presentan lasconsideraciones para su proyección, parámetros de diseño, métodos de cálculo y en algunos casoslos estudios previos necesarios para su proyección.

Los sistemas de recolección y evacuación de aguas residuales, pluviales y combinadas estánconformados por dos componentes principales: (1) la red de colectores y (2) estructuras adicionales ocomplementarias cuyo fin es asegurar que el sistema opere satisfactoriamente y pueda serinspeccionado y mantenido correctamente. Dentro de las estructuras complementarias están lasestructuras de conexión y pozos de inspección, cámaras de caída, sumideros, aliviaderos, codos,curvas y reducciones, sifones invertidos, transiciones, canales y otras estructuras especiales.

4.5.1 Estructuras de Conexión de Colectores y Pozos de Inspección

La unión o conexión de dos o más tramos de colectores debe hacerse con pozos de unión o conexióno estructuras-pozo. Estas estructuras están comunicadas con la superficie mediante pozos deinspección, los cuales permiten el acceso para la revisión y mantenimiento de la red. El término pozode inspección usualmente hace referencia al conjunto estructura de conexión-pozo de inspección. Ladistancia máxima entre pozos es de 90 m. Ver la Norma "NS-029 Pozos de inspección".

4.5.2 Cámaras de Caída

Las cámaras de caída son estructuras de conexión frecuentes en terrenos con pendientepronunciada, con el objeto de evitar velocidades mayores de las máximas permisibles. El diseño decámaras de caída deberá realizarse de acuerdo a los lineamientos establecidos en la norma NS-029"Pozos de Inspeccion".

4.5.3 Sumideros

El diseño de sumideros deberá realizarse de acuerdo a los lineamientos establecidos en la norma"NS-047 Sumideros".

4.5.4 Transiciones

Deben diseñarse estructuras de unión y de transición cuando un conducto descarga a otro dediferente sección y en los casos que se justifiquen dichas estructuras. En el diseño de las transiciones




deben tenerse en cuenta las pérdidas de carga en uniones y cambios de sección.

Los cambios de forma geométrica en las uniones de los colectores o canales con otras estructuras,tales como pozos, sifones, puentes, etc., se hacen adoptando una de las formas geométricasusuales, teniendo en cuenta las pérdidas que deben ser calculadas y justificadas por el diseñador.Los métodos de cálculo se basan en consideraciones de energía, estimando las pérdidas de entraday salida de la transición.

4.5.5 Canales

Los canales que se utilizan para conducir las aguas de escorrentía pluvial deben ser canales abiertos.No son permitidos para recolección y evacuación de aguas residuales. En los casos en que seanecesario proyectar un canal cuya sección sea cerrada, debe cumplirse la condición de flujo asuperficie libre.

La sección del canal puede tener cualquier forma, es decir, pueden utilizarse canales prismáticos ono, dependiendo de las consideraciones específicas, siempre y cuando se justifique su utilización yse usen las ecuaciones hidráulicas adecuadas.

En lo posible, los canales deben diseñarse de tal forma que funcionen como un sistema a gravedad,

ajustando las cotas de fondo, pendientes y secciones respectivas. En caso contrario, deben tomarselas medidas necesarias y adecuadas para solucionar el problema, siendo éstas debidamenteustificadas.

La proyección de los canales debe estar de acuerdo con los planes de ordenamiento territorial y lasreglamentaciones asociadas, en lo referente a características y localización de vías y zonas verdesaledañas a los mismos.

Es importante considerar la definición de ronda y/o zona de manejo ambiental asociadas con loscauces o canales. En particular, esto está contemplado en la legislación ambiental nacional y debeser considerado en la reglamentación de ordenamiento y desarrollo urbano de la localidad. Estasfranjas permiten ejecutar trabajos y labores de mantenimiento en el canal y deben ser incorporadas alespacio público como calzadas o zonas verdes. La selección de la sección transversal del canal debe

tener en cuenta las dimensiones e importancia de las vías y las características de las zonas verdes,por cuanto éstas constituyen restricciones para su dimensionamiento.

Para canales revestidos, la velocidad máxima del agua no debe ser mayor a la máxima permitida enesta norma, si la pendiente es elevada, deben escalonarse los canales, de tal forma que la energíadisminuya a un valor razonable y si es necesario se dotarán de tanque amortiguador en la llegada,diseñado con el criterio de disipación de energía.

Deben hacerse las previsiones apropiadas de borde libre. Si eventualmente el canal funcionase comoconducto cerrado, la profundidad máxima no debe exceder el 90 % de la altura del conducto.

En curvas horizontales deben hacerse las consideraciones apropiadas de peraltes necesarios, con lasustificaciones del caso.

La concepción, trazado y dimensionamiento del canal deben estar plenamente justificados. Debenhacerse las consideraciones correspondientes al efecto o impacto ambiental del canal.

En el diseño de los canales debe tenerse en cuenta la existencia de caudales vertidos por otroscanales y colectores de aguas lluvias existentes o proyectados dentro del sistema básico de drenaje.

Para el diseño de canales prismáticos deben utilizarse las fórmulas de flujo gradualmente variado.Eventualmente, pueden usarse también modelos de flujo no permanente para el análisis de lascondiciones hidráulicas bajo diferentes escenarios hidrológicos cuando las áreas tributarias son




relativamente grandes y cuando puede ser importante tener en cuenta los efectos deamortiguamiento en las redes y canales para el dimensionamiento de estos últimos.

4.5.6 Sifones invertidos

Deben proyectarse sifones invertidos en los casos en que sea necesario salvar accidentestopográficos o de otra índole, tales como obstáculos, conducciones o viaductos subterráneos, cursosde agua a través de valles, entre otros, que impidan la instalación de colectores en condicionesnormales.

Los sifones invertidos están conformados por dos o más tuberías, dependiendo del caudal de diseñoque se requiera conducir. Estas tuberías deben permitir facilidad de limpieza.

La velocidad mínima de flujo para el caso de alcantarillado de aguas residuales debe ser 1 m/s y eldiámetro mínimo debe ser 200 mm. Para el sistema pluvial la velocidad mínima es 1,2 m/s y eldiámetro mínimo de 300 mm . En cualquier caso, la velocidad mínima debe ser superior a lavelocidad de autolimpieza determinada por esfuerzo cortante.

Las entradas a los conductos auxiliares deben ser reguladas por vertederos, de tal forma que lastuberías puedan entrar en servicio progresivamente.

El cálculo de diámetros de la tubería se hace de igual forma que para conductos presurizados. Eldiámetro depende de la línea de energía y del caudal máximo de aguas residuales, pluviales ocombinadas. La pérdida de energía es igual a la suma de las pérdidas por fricción y pérdidasmenores.

En algunos casos, deben proyectarse desarenadores inmediatamente aguas arriba del sifón invertidopara evitar la entrada de sedimentos y sólidos gruesos al sistema. Pueden presentarse problemas delimpieza en estas estructuras.

Comúnmente, las tuberías pequeñas de los sifones invertidos suelen taponarse con palos quequedan retenidos en los codos. Para evitar este problema se recomienda colocar rejillas delante delas entradas de dichas tuberías, ubicadas de tal forma que el material recogido pueda eliminarse o

ser arrastrado a lo largo de las tuberías de mayor diámetro, en periodos de mayor caudal. La rejillade fácil limpieza, debe colocarse en los conductos con diámetro menor o igual a 800 mm .

En cada extremo del sifón invertido deben ubicarse pozos de registro o cámaras de limpieza quesirvan de acceso para quitar las obstrucciones, y de entrada en el caso de alcantarillas grandes.

Para que la limpieza del sifón invertido sea fácil, no deben considerarse ángulos agudos verticales uhorizontales, sino que deben proyectarse curvas suaves. No se deben diseñar para pendientesmayores de 22,5°, ya que éstas dificultan la remoción de sedimentos.

De ninguna forma se permiten cambios de diámetro en la longitud del sifón.

4.5.7 Aliviaderos

Estas estructuras derivan parte del caudal que se supone es de escorrentía pluvial a drenajes queusualmente son naturales o a almacenamientos temporales, aliviando así los caudales conducidospor colectores, interceptores o emisarios al sitio de disposición final, que puede ser una planta detratamiento de aguas residuales. En algunos casos están provistos de un tanque de almacenamientoa continuación del alivio con el propósito de almacenar los contaminantes provenientes del primerlavado de la época de lluvias, el cual puede arrastrar concentraciones mayores de contaminación.

Los aliviaderos pueden ser laterales, transversales o de tipo vórtice, y deben permitir que el caudalde aguas residuales de tiempo seco continúe por el colector hasta la planta de tratamiento o lugar de




disposición final, pero durante determinados eventos de precipitación y escorrentía asociada debenderivar o aliviar lo que les corresponda de aquella porción en exceso a la capacidad de la red aguasabajo o la capacidad de la planta de tratamiento.

El caudal derivado por el aliviadero es una fracción del caudal compuesto de aguas residuales ypluviales, donde los residuos sanitarios y pluviales se mezclan, de tal forma que se diluye laconcentración media de las aguas residuales. En consecuencia, el caudal de alivio lleva una cargaresidual diluida que puede afectar el cuerpo de agua receptor. Esto depende, entre otros factores, delgrado de dilución, de las características hidrológicas de la localidad, del comportamiento hidráulicode los aliviaderos y de las características hidráulicas, hidrológicas, de calidad de agua y deautodepuración del curso o cuerpo de agua receptor y de los volúmenes esperados de alivio, al igualque de la capacidad de almacenamiento de los tanques posteriores al alivio para el primer lavado deépoca seca, en caso de que éstos existan. Esto indica claramente que las consideracionesambientales intervienen en su proyección y que constituyen elementos importantes para suoperación.

La localización de las estructuras de alivio debe estar en función de la configuración del terreno y dela posibilidad de derivar los caudales al cuerpo de agua receptor sin causar problemas deinundaciones de áreas aledañas. Estas estructuras usualmente están contenidas en pozos deinspección convencionales, aunque si esto no es posible deben concebirse estructuras especiales,

cuyo diseño debe estar plenamente justificado.

El aliviadero puede ser sencillo o doble, según la longitud de vertedero requerida.

Desde el punto de vista hidráulico, los parámetros de diseño de estructuras de alivio corresponden,en el caso de un vertedero lateral, a la profundidad antes de la estructura, régimen de flujo y longitudde vertedero, y si tiene pantalla para incrementar su capacidad, la altura de éste. En los aliviaderostransversales interesan la profundidad del flujo de aproximación, la altura del vertedero y lasdimensiones del colector de salida.

El flujo en un vertedero lateral corresponde a flujo espacialmente variado. Los métodos de cálculohidráulico para estos vertederos deben basarse en el análisis de conservación de momentum oenergía entre dos secciones ubicadas aguas arriba y aguas abajo del vertedero y en la relación entre

el caudal de alivio y la longitud del vertedero. En cualquier caso, los diseños hidráulicos deben estaradecuadamente apoyados con los elementos teóricos correspondientes.

En los aliviaderos transversales el vertedero de aguas de alivio debe colocarse de maneraperpendicular a la dirección de flujo y derivar el colector con las aguas no aliviadas por aberturas defondo. En este caso, el caudal de alivio se estima con base en las ecuaciones de vertederos libres depared delgada, y el caudal no aliviado, con las ecuaciones de orificios.

Los tanques de almacenamiento del volumen inicial de alivio deben dimensionarse para almacenar lacarga de contaminantes esperados resultantes del primer lavado de los colectores por los primeroseventos de lluvia de la temporada invernal.

4.6 REQUISITOS GENERALES PARA LA PRESENTACIÓN DE MEMORIAS DE CÁLCULO

Para conocer los requerimientos específicos para la presentación de los documentos exigidos por laEmpresa, ver la norma "NS-054 Presentación de diseños de sistemas de alcantarillado".

De manera general para la presentación de todos los diseños incluidos dentro de esta norma técnicase deben tener en cuenta las siguientes indicaciones en la presentación de memorias.

4.6.1 Memorias de Cálculo




Las memorias de cálculo hidráulico deben presentarse en medios físico y magnético y debencontener como mínimo la siguiente información:

4.6.1.1 Información General

Suposiciones básicas usadas en el diseño y que pueden afectar el uso futuro de lal

construcción, como cargas supuestas en el análisis, tipo de uso supuesto en el diseño,presiones máximas y mínimas de utilización, precauciones especiales que deben tenerse encuenta en la construcción o instalación de elementos.Verificación del cumplimiento de los requisitos mínimos establecidos en las normas técnicas.l

Referencia a normas técnicas nacionales o internacionales para los materiales, equipos yl

procedimientos específicos.Especificaciones detalladas en instrucciones de instalación de maquinaria y equipo en losl

casos en los que aplique.Referencia de códigos nacionales.l

En el caso que se utilice procesamiento automático de información, debe entregarse unal

descripción detallada de los principios en los que se basa el procesamiento automático deinformación, así como una descripción de los datos de entrada y salida del proceso.Presupuesto detallado, soportado por un análisis de precios unitarios con la fecha precisa del

su elaboración.

4.6.1.2 Información Detallada

Esquema de cálculo de cada tramol

Determinación de áreas de drenajel

Determinación de Población servidal

Cálculo del Caudal de Diseñol

Cálculo del Diseño Hidráulico:l

PARA LA TUBERÍA: Debe contener el diámetro interno real producto del diseño;oCoeficiente de rugosidad y rigidez específica del anillo de la tubería en PS (ver Norma"NS-035 Requerimientos para cimentación de tuberías en redes de acueducto yalcantarillado"); que se tuvieron en cuenta durante el proceso del diseño. Esta información

debe ser genérica y no debe hacer relación a ningún material o marca de tubería enparticular.PARA LAS ESTRUCTURAS DE CONEXIÓN: Se deben presentar los cálculos realizadosopara el diseño hidráulico, en los cuales se deben indicar las pérdidas de cabeza y variaciónen la lámina de agua debido a la estructura, y se debe justificar las modificacionesconstructivas derivadas de éstas.

Cálculo de Cimentación de tuberíasl

Adicionalmente se debe presentar memoria de cálculo estructural para las siguientes estructuras:

Cámaras especiales de caídal

Sumideros especialesl

Cabezales de entregal

Estructuras especialesl



CAUDALES UNITARIOS. FIGURA 1.Con éste caudal se debe dimensionar los conductos. Este caudal está mayorado teniendo en cuenta la aireación

0.0

5.0

10.0

15.0

20.0

25.0

1 1 0

1 0 0

1 0 0 0

Area (Hectáreas " Ha")

C a u d a l ( L i t r o s / s e g u n d o / H a

)

Para densidad de población mayor a 750 Hab/Ha (Lts/Seg/Ha)

Para densidad de población desde 400 hasta 750 Hab/Ha (Lts/Seg/Ha)

Para densidad de población menor a 400 Hab/Ha (Lts/Seg/Ha)

Las ecuaciones aproximadas obtenidas mediante regresión potencial para los caudales unitariospresentados en la gráfica anterior son:

Para densidad de población mayor a 750 Hab/Ha 20.399X-0.1804

Para densidad de población desde 400 hasta 750 Hab/Ha 13.555X-0.1569

Para densidad de población menor a 400 Hab/Ha Se recomienda obtener los valoresdirectamente de la gráfica

Documents

NS-085 (Diseño Alcantarillados)