NS-085 (Diseño Alcantarillados)

CRITERIOS DE DISEÑO DE SISTEMAS DE ALCANTARILLADO

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NS-085 Vigente 2,0 EAAB-Norma Técnica Norma Téc. de Servicio Elaborada

INFORMACION GENERAL Tema: Comité: Antecedentes: Vigente desde:

DISEÑO ALCANTARILLADO Subcomité de Diseño - Alcantarillado RAS-2000, 13/11/2009

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0. TABLA DE CONTENIDO 1 2 3 4 4.1 4.2 4.2.1 4.2.2 4.3 4.3.1 4.4 4.4.1 4.4.2 4.4.3 4.4.4 4.4.5 4.4.6 4.4.7 4.4.8 4.5 4.5.1 4.5.2 4.5.3 4.5.4 4.5.5 4.5.6 4.5.7 4.6 4.6.1

ALCANCE DOCUMENTOS RELACIONADOS TERMINOLOGÍA REQUISITOS ACTIVIDADES PRELIMINARES ESTIMACIÓN DE CAUDALES SISTEMA DE ALCANTARILLADO PLUVIAL Y SANITARIO Sistema Pluvial Sistema de Alcantarillado de Aguas Sanitarias DISEÑOS HIDRÁULICOS Análisis Hidráulicos CRITERIOS DE LOCALIZACIÓN Localización con respecto al eje de las calzadas Distancias mínimas respecto a otras redes Profundidad mínima a la cota clave Profundidad máxima a la cota clave Cambio brusco en la pendiente Drenaje superficial de las vías Unión de colectores Cambio de dirección en los colectores ESTRUCTURAS COMPLEMENTARIAS Estructuras de Conexión de Colectores y Pozos de Inspección Cámaras de Caída Sumideros Transiciones Canales Sifones Invertidos Aliviaderos REQUISITOS GENERALES PARA LA PRESENTACIÓN DE MEMORIAS DE CÁLCULO Memorias de Cálculo

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1. ALCANCE Esta norma define las directrices para el diseño de sistemas de alcantarillado pluvial y sanitario de la ciudad, tanto para proyectos tipo expansión como para proyectos que requieren el remplazo o la sustitución 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 de población hasta 750 Habitantes/Hectárea y áreas de drenaje hasta 300 hectáreas; y redes de alcantarillado 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 servirán de referencia y recomendación, por lo tanto no serán obligatorios, salvo en casos donde expresamente 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 para cruces 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. (NS-122)

Bogotá : EAAB - E.S.P.

--------. 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 aguas pluviales 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 la construcción 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

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: 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 el Reglamento 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-003 Terminología 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 intensidad media del evento de precipitación con una duración igual al tiempo de concentración del área de drenaje 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 de retener el mayor tiempo posible las aguas lluvias en su punto de origen sin generar problemas de inundación, minimizando los impactos del sistema urbanístico en cuanto a la cantidad y calidad de la escorrentía y evitando asi sobredimensionamientos o ampliaciones innecesarias en el sistema. La filosofía de los SUDS es reproducir, de la manera más fiel posible, el ciclo hidrológico natural previo a la urbanización o actuación humana.

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

4.1 ACTIVIDADES PRELIMINARES l

Se debe obtener toda la información existente de la zona del proyecto citando las fuentes respectivas. Además se debe incluir la descripción y diagnóstico del sistema existente de recolección y evacuación de aguas residuales y pluviales.

l

Para el caso de urbanizadores y constructores deben solicitar a el ACUEDUCTO DE BOGOTÁ la posibilidad técnica de la prestación del servicio y posteriormente los Datos

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

Definición del periodo de análisis. Se debe establecer el periodo de planeamiento del sistema y el año inicial de operación.

l

Estimación de la población. En el caso de sistemas sanitarios se debe estimar la población a lo largo del periodo de planeamiento del sistema. La población estimada en el área del proyecto debe considerar las densidades de saturación con base en el "POT Plan de Ordenamiento Territorial".

l

Delimitación de áreas de drenaje. Se debe delimitar las áreas de drenaje contenidas en el área de proyecto.

l

Determinación de las características del sistema existente, tipo de tubería, pendiente promedio y punto final de dreanje. Se deben determinar las características del sistema existente, las aguas residuales o pluviales en función de las tendencias de ocupación de la tierra y del ordenamiento territorial.

l

Generación de alternativas de diseño para la recolección y evacuación de aguas residuales o pluviales. Es necesario evaluar cada alternativa desde el punto de vista de impacto ambiental.

l

Aprovechamiento de componentes existentes. Debe establecerse la posibilidad de aprovechar total o parcialmente elementos del sistema de recolección y evacuación existente.

l

Análisis de sitios de descarga. Se deben identificar las asentamientos humanos localizados aguas abajo de los posibles sitios de vertimiento o disposición de las aguas residuales evacuadas de la localidad y se deben analizar las características y capacidad de autodepuración de los cuerpos de agua receptores (ríos, quebradas, humedales) y los posibles efectos ambientales de las descargas con y sin tratamiento, con base en la legislación vigente.

l

Predimensionamiento de cada uno de los componentes de las alternativas.

l

Estimación preliminar de costos. Se deben recopilar presupuestos de proyectos similares a los considerados en las diferentes alternativas, citando las fuentes bibliográficas que avalen su validez. Estos presupuestos deben considerar costos de construcción, operación y mantenimiento.

l

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

l

Diseño de la alternativa seleccionada. La alternativa debe ser dimensionada completamente y sus costos de construcción totalmente cuantificados dentro de un cronograma preciso de ejecución de obras, incluyendo aspectos específicos requeridos de manejo ambiental y urbano durante su construcción, tales como estudios prediales y de servidumbres, licencias ambientales, plan de manejo ambiental, impacto urbano y especificaciones técnicas. El diseño debe generar además obligatoriamente Manuales, programas y procedimientos de operación y mantenimiento apropiados para garantizar la efectividad y sostenibilidad del sistema a lo largo de su vida útil y minimizar efectos ambientales negativos.

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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: l

l

l l l l

Retener el mayor tiempo posible las aguas lluvias en su punto de origen sin generar problemas de inundación con el fin de evitar el sobredimensionamiento o modificación del sistema de drenaje. Permitir una evacuación de la escorrentía pluvial de las vías públicas y evitar la generación de caudales excesivos en las calzadas, respetando los anchos máximos de inundación permisibles definidos en la norma NS-047 "Sumideros". Evitar la entrada de aguas lluvias a propiedades públicas y privadas. Evitar la acumulación de aguas en vías de tránsito peatonal y/o vehicular. Minimizar la afectación del tráfico vehicular y peatonal durante un evento fuerte de precipitación. Impedir el ingreso de aguas lluvias al sistema de recolección y evacuación de aguas residuales.

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

Soluciones de drenaje que involucren la aplicación de Sistemas Urbanos de Drenaje Sostenible (SUDS) Análisis de soluciones con canales abiertos o conductos cerrados. Profundidad de los colectores. Tipos de tuberías.

El aumento del área impermeable por efectos de la urbanización de cuencas hidrológicas modifica la relación lluvia – escorrentía de la naturaleza, haciendo que las crecientes generadas tengan un mayor 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 de un cambio en el tipo de superficie y/o incremento del área impermeable, el urbanizador y/o constructor deberá adoptar las medidas necesarias para limitar los caudales máximos a los valores definidos por la Empresa antes del desarrollo (coeficiente de escorrentía de 0,25 para terrenos con pendiente menor al 2%, 0,35 para terrenos con pendiente entre el 2% y el 7% y 0,4 para terrenos con 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 de mitigar 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 de recolección o almacenamiento temporal para la posterior utilización del agua lluvia en agua de riego, agua para lavado de patios y fachada o simplemente para realizar la entrega controlada a la red de drenaje posterior a la ocurrencia de la creciente, la disposición de superficies permeables, entre otros.

4.2.1.2 Caudales de diseño

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Para la determinación del caudal de diseño de los colectores y canales se utilizará el método racional para proyectos donde el área de drenaje sea inferior a 80 Ha. La ecuación del método racional es: Q = C.I.A De 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 de drenaje 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, tal como el metodo del Soil Conservation Service (SCS), que representen mejor los hietogramas de precipitación e hidrogramas de respuesta de las áreas de drenaje y que eventualmente tengan en cuenta la capacidad de amortiguamiento de las ondas dentro de la red de colectores. En estos casos el diseñador deberá justificar el método de cálculo. El ACUEDUCTO DE BOGOTÁ ha realizado varios estudios en los que evaluó la capacidad de las redes de algunas cuencas utilizando el modelo de lluvia escorrentía de la EPA, SWMM “Storm Water Magnament Model”, modelo que se sugiere sea 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 previa aprobación del Acueducto. a) Coeficiente de escorrentía El coeficiente de escorrentía está en función del tipo de suelo, de la impermeabilidad de la zona y de la pendiente del terreno. Éstas características determinan la fracción de lluvia que se convierte en escorrentía. De igual manera, debe incluir consideraciones sobre el desarrollo urbano, los planes de ordenamiento 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 C representativo del área debe calcularse como el promedio ponderado con las respectivas áreas.

C=

(å C × A ) åA

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

Tipo de Superficie ZONAS URBANIZADAS (Áreas residenciales, comerciales, industriales, vías, andenes, etc…) Cubiertas Superficies en asfalto Superficies en concreto Superficies adoquinadas Vías no pavimentadas y superficies con suelos compactados ZONAS VERDES (Jardines, parques, etc…) Terreno plano (Pendiente menor al 2%) Terreno promedio (Pendiente entre el 2% y el 7%)

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C

0,85 0,80 0,85 0,75 0,60 0,25 0,35

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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 la Empresa a través de los Datos Técnicos del proyecto, a partir de los cuales se obtiene la intensidad, utilizando la siguiente expresión:

(

INTENSIDAD = C1 DURACIÓN + X 0

)

C2

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 en milímetros por hora (mm/hr/Ha), para obtener el valor de la intensidad en l/s/Ha se debe multiplicar por 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 la Sabana de Bogotá” adelantado por el ACUEDUCTO DE BOGOTÁ, del cual se pueden obtener las curvas 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 con los daños, perjuicios o molestias que las inundaciones periódicas puedan ocasionar a los habitantes, tráfico vehicular, comercio, industria, etc. La selección del periodo de retorno está asociada entonces con las características de protección e importancia del área de estudio. Para efectos de diseño, el período de retorno o la frecuencia del aguacero de diseño se seleccionarán de acuerdo con los siguientes criterios:

Características del área de drenaje Tramos de alcantarillado con áreas tributarias hasta de 3 hectáreas, localizados en las zonas de los cerros o en zonas donde la pendiente longitudinal de las vías sea mayor del 1%. Tramos de alcantarillado con áreas tributarias hasta de 3 hectáreas, localizadas en la zonas bajas o en las zonas donde la pendiente longitudinal de las vías se menor del 1%. Tramos de alcantarillado con áreas tributarias entre 3 y 10 hectáreas.

Tramos de alcantarillado con áreas tributarias mayores de 10 hectáreas.

Periodo de retorno

Borde Libre Tuberías

Box culvert

Canales

3 años

La relación entre el La lámina de agua no caudal de diseño y el debe superar el 90% caudal a tubo lleno de la altura interna del debe ser igual o Box culvert. menor a uno.

N.A

5 años

La relación entre el La lámina de agua no caudal de diseño y el debe superar el 90% caudal a tubo lleno de la altura interna del debe ser igual o Box culvert. menor a uno.

N.A

5 años

10 años

La relación entre el caudal de diseño y el caudal a tubo lleno debe ser igual o menor a uno. La relación entre el caudal de diseño y el caudal a tubo lleno debe ser igual o menor a uno.

La lámina de agua no debe superar el 90% de la altura interna del Box culvert.

N.A

La lámina de agua no debe superar el 90% de la altura interna del Box culvert.

N.A

Flujo Subcrítico: 2 0.3 + V /2g Flujo Supercrítico:

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Canalizaciones abiertas, adecuación de cauces de ríos y quebradas en cualquier zona con áreas tributarias hasta de 80 hectáreas.

l l l

0.2 + 0.025 25 años

N.A

N.A

V 2 1/ 3 y 2g

ó

é1 æ ù V2 ö ÷÷ ; 0.9ú máx ê çç y + 2g ø êë 6 è úû

N.A = No Aplica Es necesario verificar en la corriente receptora efectos de remanso y reflujo. Para canalizaciones abiertas debe verificarse que el borde libre sea mayor a la sobreelevación de flujo generada por cambios en el alineamiento del canal. Dicha sobreeelvación puede estimarse como:

Dy =

V 2W gR

Donde, y = Sobreelevación estimada V = Velocidad media de flujo W = Ancho de canal g = Aceleración de la gravedad R = Radio de curvatura l l

Cuando se defina que la sección de la canalización debe ser revestida, el nivel del 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 aguacero de diseño hasta 10 años. Lo anterior implica que para el diseño de canalizaciones abiertas y la adecuación de cauces de ríos y quebradas se deberán utilizar otros modelos lluvia escorrentía que representen de manera más adecuada el comportamiento del flujo.

d) Tiempo de concentración Es el tiempo requerido, después del comienzo de la lluvia, para que la escorrentía superficial de toda el area contribuya en el punto en consideración. Para determinarlo se tendrán en cuenta un tiempo mínimo inicial de 8 minutos, más el tiempo de recorrido, función de la velocidad de la corriente en las zonas montañosas, en la zona urbana el tiempo de recorrido de las hondonadas y zanjas sobre el terreno, cunetas, colectores y canales. El tiempo de concentración mínimo en pozos iniciales será de 15 minutos. Es necesario justificar el método de cálculo del tiempo de concentración e indicar las ecuaciones de cálculo utilizadas. e) Áreas de drenaje La extensión y el tipo de áreas tributarias deben determinarse para cada tramo por diseñar. El área propia o aferente al tramo en consideración solamente se debe incluir dentro del cálculo cuando ésta aporte por escorrentía al tramo en consideración. Las áreas de drenaje deben ser determinadas por medición directa en planos topográficos, y su delimitación debe ser consistente con las redes de drenaje 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 datos Técnicos, para lo cual se debe determinar el área de drenaje con los planos de construcción del alcantarillado; en zonas sin alcantarillado, el área de drenaje se determina por medio de los planos topográficos correspondientes.

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4.2.2 Sistema de Alcantarillado 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 Figura 1 adjunta al final de Capítulo. El uso de la figura se limita para áreas hasta 300 hectáreas, densidades hasta de 750Hab/Ha y diámetros hasta 900 mm. La Figura contiene tres curvas con los caudales unitarios 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 de drenaje tributaría acumulada incluyendo el área propia del tramo. Para los casos en lo cuales existan zonas con diferentes rangos de densidad poblacional se deberá estimar el caudal de diseño independientemente para cada una de las zonas. Específicamente para los colectores que se diseñen con caudales provenientes de las curvas anteriores, en el dimensionamiento se debe tener en cuenta que la relación entre el caudal de diseño y el caudal a tubo lleno debe ser igual o menor a uno, ya que los caudales obtenidos de las gráficas ya incluyen una mayoración para prever la aireación, igualmente incluyen conexiones erradas e infiltración. Para proyectos urbanísticos que contemplen redensificación o cambio en el uso del suelo, el urbanizador debera incluir en el diseño todos los tramos del alcantarillado sanitario existente que requieren ser sustituidos para garantizar la capacidad del sistema, estimando los caudales de diseño a 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 adecuada operación y funcionalidad. Para elaborar el diseño hidráulico, el diámetro de la tubería que debe tenerse en cuenta durante todo este 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 evacuación no es permanente. Sin embargo, el dimensionamiento hidráulico de la sección de un colector o un canal puede hacerse suponiendo que el flujo en éste es uniforme. Esto es válido en particular para colectores de diámetro pequeño. Es de especial importancia tener en cuenta las condiciones de frontera que pueden generar profundidades mayores a las obtenidas por los métodos de flujo uniforme. En la presente norma se especifica realizar el análisis hidráulico utilizando la fórmula de Manning:

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V = (1 n ) × R

2

3

×S

1

2

(m/s)

V:

Velocidad del flujo en m/s.

n:

Coeficiente de rugosidad de Manning

R:

Radio Hidráulico en m R=A/P

A:

Área de la sección transversal del conducto en m

P:

Perímetro mojado en m

S:

Pendiente del conducto en m/m

2

Por continuidad:

Q = A ´ V (m3/s) De donde: 3

Q:

Caudal en (m /s).

A:

Área de la sección transversal del conducto en m

V:

Velocidad del flujo en m/seg.

2

Alternativamente a las fórmulas de flujo uniforme el diseñador puede utilizar otros modelos de flujo permanente o no permanente, justificando los métodos de cálculo y los resultados. Ocasionalmente, para colectores entre 600 mm y 900 mm, la empresa exigirá realizar el diseño con flujo gradualmente variado.

4.3.1.1 Coeficientes de rugosidad El ACUEDUCTO DE BOGOTA exige para la elaboración de los diseños de alcantarillado que utilicen la ecuación de Manning los valores que se anotan a continuación. La adopción de estos valores obedece a que muchas investigaciones y experimentos de laboratorio y mediciones de campo se han llevado 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 a las de un alcantarillado, aún con mediciones de campo en colectores existentes pueden reflejar variables desconocidas propias del sistema analizado, así como errores en la medición e inhabilidad para controlar variables identificables. En general el valor del coeficiente de rugosidad depende de las 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, desalineamiento horizontal del conducto, desalineamiento vertical del conducto por efecto de las uniones, depósitos de 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 superan los 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 CONDUCTOS CERRADOS

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Característica interna del Material* Interior Liso Interior Semirugoso Interior Rugoso

n 0.010 0.013 0.015

* Clasificación de n de Manning creada por el Acueducto de Bogotá. Se relaciona con las propiedades físicas del material y permite relizar diseños con propiedades genericas (no con marcas) 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 PVC o GRP tienen interior liso con n=0.010, las tuberías de gres y concreto prefabricado tienen interior semirugoso con n=0.013 y los conductos de concreto fundidos en sitio tienen interior rugoso con n=0.015. En todo caso se debe consultar la norma de la empresa "NP-027 Tuberías para alcantarillado" donde se establecen las tuberías aceptadas por el ACUEDUCTO DE BOGOTA y las características que deben cumplir.

VALORES DEL COEFICIENTE DE RUGOSIDAD DE MANNING n PARA CONDUCTOS ABIERTOS Material Canal Canal Canal Canal Canal

n

revestido de concreto revestido en piedra pegada revestido rip-rap excavado en tierra recubierto con vegetación excavado en roca

0.015 0.025 0.030 0.050 0.060

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

l

Para canales con sección uniforme sin bermas

Se utiliza la fórmula:

é å Pi ´ ni3 / 2 ù nt = ê ú êë å Pi úû

2/3

En donde:

nt : Coeficiente de rugosidad ponderado de la sección compuesta. ni : Coeficiente de rugosidad de la sección revestida con el material i. Pi : Perímetro mojado de la sección revestida con el material i. l

Para canales con sección compuesta con bermas

Se utiliza la fórmula:

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é pù nt = Pt êå i ú ë ni û

-1

En donde:

nt : Coeficiente de rugosidad ponderado de la sección. Pi : Perímetro mojado en los diferentes sectores y materiales de revestimiento. Pt: ni:

P erímetro mojado total de la sección compuesta. 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 su diseño 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 la topografía del terreno y que, en lo posible, no produzca velocidades que estén por fuera de las especificadas para alcantarillados pluviales o sanitarias. En los tramos en que la pendiente natural del terreno sea tan pronunciada que pueda ocasionar velocidades mayores que las permitidas, se debe proveer al colector de un número suficiente de estructuras de caída para los tramos cortos resultantes 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 con el coeficiente 'n' de Manning variable con respecto a la profundidad. Estas tablas están elaboradas con los resultados de (n/no diferente de uno).

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

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Q/Qo

Y/do

V/Vo

D/do

A/Ao

Q/Qo

Y/do

V/Vo

D/do

A/Ao

0.010 0.020 0.030 0.040 0.050 0.060 0.070 0.080 0.090 0.100 0.110 0.120 0.130 0.140 0.150 0.160 0.170 0.180 0.190 0.200 0.210 0.220 0.230 0.240 0.250 0.260 0.270 0.280 0.290 0.300 0.310 0.320 0.330 0.340 0.350 0.360 0.370 0.380 0.390 0.400 0.410 0.420 0.430 0.440 0.450 0.460 0.470 0.480 0.490 0.500 0.510 0.520

0.061 0.099 0.126 0.148 0.168 0.185 0.200 0.215 0.228 0.241 0.253 0.264 0.275 0.286 0.296 0.306 0.316 0.325 0.334 0.343 0.352 0.361 0.369 0.377 0.385 0.393 0.401 0.409 0.417 0.424 0.432 0.439 0.446 0.453 0.460 0.468 0.475 0.482 0.488 0.495 0.502 0.509 0.516 0.522 0.529 0.535 0.542 0.549 0.555 0.561 0.568 0.574

0.272 0.327 0.366 0.398 0.426 0.450 0.473 0.495 0.515 0.534 0.553 0.564 0.575 0.586 0.596 0.606 0.616 0.626 0.636 0.645 0.655 0.664 0.673 0.681 0.690 0.699 0.707 0.715 0.724 0.732 0.740 0.747 0.755 0.763 0.770 0.778 0.785 0.792 0.799 0.806 0.813 0.820 0.827 0.833 0.840 0.846 0.853 0.859 0.865 0.861 0.866 0.871

0.041 0.067 0.086 0.102 0.116 0.128 0.140 0.151 0.161 0.170 0.179 0.188 0.197 0.205 0.213 0.221 0.229 0.236 0.244 0.251 0.258 0.266 0.273 0.280 0.287 0.294 0.300 0.307 0.314 0.321 0.328 0.334 0.341 0.348 0.354 0.361 0.368 0.374 0.381 0.388 0.395 0.402 0.408 0.415 0.422 0.429 0.436 0.443 0.450 0.458 0.465 0.472

0.025 0.051 0.073 0.092 0.110 0.127 0.143 0.157 0.172 0.185 0.199 0.211 0.224 0.236 0.248 0.259 0.271 0.282 0.293 0.304 0.314 0.325 0.335 0.345 0.355 0.365 0.375 0.385 0.394 0.404 0.413 0.422 0.432 0.441 0.450 0.459 0.468 0.476 0.485 0.494 0.503 0.511 0.520 0.528 0.537 0.545 0.553 0.562 0.570 0.578 0.586 0.594

0.530 0.540 0.550 0.560 0.570 0.580 0.590 0.600 0.610 0.620 0.630 0.640 0.650 0.660 0.670 0.680 0.690 0.700 0.710 0.720 0.730 0.740 0.750 0.760 0.770 0.780 0.790 0.800 0.810 0.820 0.830 0.840 0.850 0.860 0.870 0.880 0.890 0.900 0.910 0.920 0.930 0.940 0.950 0.960 0.970 0.980 0.990 1.000 1.010 1.020 1.030 1.040

0.581 0.587 0.594 0.600 0.606 0.613 0.619 0.625 0.632 0.638 0.644 0.651 0.657 0.663 0.670 0.676 0.683 0.689 0.695 0.702 0.708 0.715 0.721 0.728 0.735 0.741 0.748 0.755 0.761 0.768 0.775 0.782 0.789 0.796 0.804 0.811 0.818 0.826 0.834 0.842 0.850 0.858 0.867 0.875 0.884 0.894 0.904 0.914 0.925 0.938 0.952 0.969

0.876 0.881 0.886 0.891 0.896 0.901 0.905 0.910 0.915 0.919 0.924 0.928 0.933 0.937 0.942 0.946 0.950 0.954 0.959 0.963 0.967 0.971 0.975 0.978 0.982 0.986 0.990 0.993 0.997 1.000 1.003 1.007 1.010 1.013 1.016 1.019 1.022 1.024 1.027 1.029 1.032 1.034 1.036 1.037 1.039 1.040 1.047 1.047 1.047 1.046 1.044 1.040

0.479 0.487 0.494 0.502 0.510 0.518 0.526 0.534 0.542 0.550 0.559 0.568 0.576 0.585 0.595 0.604 0.614 0.623 0.633 0.644 0.654 0.665 0.677 0.688 0.700 0.713 0.725 0.739 0.753 0.767 0.783 0.798 0.815 0.833 0.852 0.871 0.892 0.915 0.940 0.966 0.995 1.027 1.063 1.103 1.149 1.202 1.265 1.344 1.445 1.584 1.803 2.242

0.602 0.610 0.618 0.626 0.634 0.642 0.650 0.658 0.666 0.674 0.681 0.689 0.697 0.704 0.712 0.720 0.727 0.735 0.742 0.750 0.757 0.765 0.772 0.780 0.787 0.795 0.802 0.810 0.817 0.824 0.832 0.839 0.847 0.854 0.861 0.869 0.876 0.883 0.891 0.898 0.906 0.913 0.921 0.928 0.936 0.943 0.951 0.956 0.966 0.974 0.982 0.991

Donde: Q Caudal Y Altura de flujo do Diámetro de la Tubería

V D A

Velocidad de flujo Profundidad Hidráulica Área mojada

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

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

t = g ×R×S Donde, = Esfuerzo tractivo = Peso específico del agua R = Radio hidráulico S = Pendiente de la conducción a) Sistema Pluvial La velocidad mínima en sistemas pluviales es aquella que garantice que el valor del esfuerzo 2 cortante medio sea mayor o igual a 3,0 N/m2 (0,3 Kg/m ) para el caudal de diseño, y mayor o igual a 2 1,5 N/m2 (0,15 Kg/m ) 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 esfuerzo 2 2 cortante medio sea mayor o igual a 1,2 N/m (0,12 Kg/m ) 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 del material, en función de su sensibilidad a la abrasión. Para canales excavados en tierra el diseñador debe 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 Conductos cerrados Concreto fundido in situ (box culvert) Concreto prefabricado (tuberías) Gres vitrificado PVC* Fibra de vidrio GRP. Colectores de ladrillo común Conductos abiertos Canal revestido de ladrillo Canal revestido de concreto Canal revestido en piedra pegada Canal excavado en tierra

Velocidad máxima permisible (m/s) 5.0 6.0 5.0 9.0 4.0 3.0 3.0 5.0 4.0 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 en materiales plásticos o con recubrimientos plásticos debidamente anclados y diseñados para soportar

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los esfuerzos que puedan generarse por la presencia de altas velocidades en el sistema. De igual forma deberá garantizarse que la cimentación de la tubería sea la adecuada para garantizar su estabilidad en pendientes altas. En el caso de que el fabricante de los elementos certifique una velocidad máxima menor a la especificada en el cuadro anterior; para efectos del diseño solo se podrá tomar la certificada por el fabricante.

4.3.1.6 Dimensionamiento de la sección. a) Sistema pluvial El dimensionamiento de la sección en tuberías para alcantarillado pluvial, se debe determinar asumiendo 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 de agua 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, el diámetro de los tubos se debe determinar asumiendo que el caudal a tubo lleno sea igual o mayor que 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 en redes 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 usual para los colectores, principalmente en los tramos iniciales. El diámetro nominal mínimo permitido en redes de sistemas de recolección y evacuación de aguas residuales es 200 mm. 4.3.1.8 Cálculos Hidráulicos y Pérdidas por Uniones, Caídas, Cambios de Alineamiento y Otros Para realizar los cálculos de pérdidas hidráulicas y en general los cálculos hidráulicos requeridos, por cambios de dirección del alineamiento de conductos cerrados y abiertos, transiciones de entrada y de salida, 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 las condiciones de entrada en estructuras de conexión, entre otros; se deben apoyar y sustentar adecuadamente 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 Documento controlado, su reproducción está sujeta a previo permiso por escrito de la E.A.A.B.

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Los colectores deben localizarse siguiendo el lineamiento de las calles. Los colectores de aguas residuales o lluvias no podrán quedar ubicados en la misma zanja de una tubería de acueducto y su cota 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, mientras que el colector de aguas residuales debe ubicarse hacia uno de los costados, a una distancia aproximada 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 la red de acueducto. Los cruces con redes matrices de acueducto deberán diseñarse cada caso de forma particular y deberá justificarse su diseño, especialmente cuando el alcantarillado cruce por encima 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 y evacuación de aguas residuales y pluviales y las tuberías de otras redes de servicios públicos deben ser 1,0 m en la dirección horizontal medidos entre las superficies externas de los dos conductos y 0,3 m en la dirección vertical. Los cruces de redes deben analizarse de manera individual para establecer la necesidad de diseños especiales, en particular en aquellos casos donde la distancia mínima vertical sea menor a la establecida anteriormente. Ver Norma "NS-012 Aspectos técnicos para cruces y detección de Interferencias 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 aguas lluvias debe ser aquella que permita el adecuado drenaje por gravedad de las aguas lluvias de su área tributaria, que no interfieran con las conexiones domiciliarias del sistema sanitario y que puedan recibir los sumideros y cunetas. Además, el recubrimiento mínimo del colector debe evitar la ruptura de éste, ocasionada por cargas vivas. Ver Norma "NS-035 alcantarillado".

Requerimientos para cimentación de tuberías en redes de acueducto y

Para casos especiales como localidades con evidentes problemas de drenaje, donde se puede adoptar otro tipo de recolección como cunetas o tuberías superficiales, en todo caso se requiere hacer 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 residuales debe ser aquella que permita el adecuado drenaje por gravedad de las aguas residuales de su área tributaria, 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 las tuberías de acueducto. Además, el recubrimiento mínimo del colector debe evitar la ruptura de éste, ocasionada por cargas vivas. Ver Norma "NS-035 alcantarillado".

Requerimientos para cimentación de tuberías en redes de acueducto y

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

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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 los materiales y colectores durante (y después de) su construcción. Ver Norma "NS-035 alcantarillado".

Requerimientos para cimentación de tuberías en redes de acueducto y

Los cruces subterráneos de lagos, ríos y corrientes superficiales deberán acompañarse de un diseño apropiado e idóneo que justifique las dimensiones, los atraques y las profundidades empleadas y deberán proveerse de medios para impedir su destrucción por efectos de la socavación de la corrientes. En todos los casos el diseñador deberá justificar mediante cálculos las respectivas coberturas y debe asumir 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 un aumento importante de la pendiente, y mientras lo permitan las condiciones hidráulicas en los colectores y en las estructuras de unión, al igual que los aportes incrementales de caudal aguas abajo, 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 y aumentar el diámetro de la tubería para el cruce; en este caso después del cruce o paso especial, la pendiente del colector continua en condiciones similares a la pendiente antes del cruce. En este caso no se justifica seguir con el diámetro utilizado en el cruce, sino que se puede utilizar los diámetros calculados en función de la pendiente.

4.4.6 Drenaje Superficial de las Vías El drenaje superficial de las vías es parte integral del sistema de alcantarillado y su diseño debe garantizar el cumplimiento de los anchos máximos de inundación permisibles establecidos en la norma NS-047 "Sumideros". Para garantizar un adecuado drenaje superficial se requiere una pendiente longitudinal mínima de la vía del 0.5% y una pendiente mínima transversal del 2%. Excepcionalmente y mediante justificación sustentada de tipo técnico que garanticen el cumplimiento de los anchos máximos de inundación permisibles se permitirán pendientes longitudinales entre el 0.3% y el 0.5% Terrenos planos, con pendientes menores al 1%, requieren de la implementación de estructuras de drenaje adicionales tales como cunetas y/o bermas que garanticen una adecuada evacuación de la escorrentía superficial sin afectar los anchos de inundación máximos permisibles y el número de sumideros requerido. La adopción de un sistema superficial de drenaje en vías 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 estructuras están comunicadas con la superficie mediante pozos de inspección. El diseño hidráulico de estas estructuras depende del régimen de flujo de los colectores afluentes y del colector de salida o principal, y se basa fundamentalmente en la determinación de las pérdidas de cabeza hidráulica

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producidas por la unión. En general la distancia máxima entre estructuras de conexión de colectores está determinada por la malla urbana, los equipos disponibles de limpieza y el comportamiento hidráulico del flujo. En caso de que la malla urbana o el comportamiento del flujo limiten la distancia máxima, ésta debe ser menor o igual 90 m. En emisarios o colectores principales, donde las entradas son muy restringidas o inexistentes, 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 estructuras especiales construidas en el sitio. En colectores matrices o emisarios finales pueden hacerse curvas de gran radio con el mismo colector, haciendo uso de la deflexión admitida de las uniones o mediante codos prefabricados. El diámetro mínimo y el radio de curvatura mínimo deben ser definidos con base en los requerimientos de inspección y mantenimiento.

4.5 ESTRUCTURAS COMPLEMENTARIAS Este capítulo está relacionado con la definición de las diferentes estructuras que complementan un sistema de recolección y evacuación de aguas residuales y/o pluviales. Se presentan las consideraciones para su proyección, parámetros de diseño, métodos de cálculo y en algunos casos los estudios previos necesarios para su proyección. Los sistemas de recolección y evacuación de aguas residuales, pluviales y combinadas están conformados por dos componentes principales: (1) la red de colectores y (2) estructuras adicionales o complementarias cuyo fin es asegurar que el sistema opere satisfactoriamente y pueda ser inspeccionado y mantenido correctamente. Dentro de las estructuras complementarias están las estructuras 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 conexión o estructuras-pozo. Estas estructuras están comunicadas con la superficie mediante pozos de inspección, los cuales permiten el acceso para la revisión y mantenimiento de la red. El término pozo de inspección usualmente hace referencia al conjunto estructura de conexión-pozo de inspección. La distancia 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 pendiente pronunciada, con el objeto de evitar velocidades mayores de las máximas permisibles. El diseño de cámaras 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 de diferente sección y en los casos que se justifiquen dichas estructuras. En el diseño de las transiciones Documento controlado, su reproducción está sujeta a previo permiso por escrito de la E.A.A.B.

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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 geométricas usuales, 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 entrada y 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 sea necesario proyectar un canal cuya sección sea cerrada, debe cumplirse la condición de flujo a superficie libre. La sección del canal puede tener cualquier forma, es decir, pueden utilizarse canales prismáticos o no, dependiendo de las consideraciones específicas, siempre y cuando se justifique su utilización y se 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 tomarse las medidas necesarias y adecuadas para solucionar el problema, siendo éstas debidamente justificadas. La proyección de los canales debe estar de acuerdo con los planes de ordenamiento territorial y las reglamentaciones asociadas, en lo referente a características y localización de vías y zonas verdes aledañas a los mismos. Es importante considerar la definición de ronda y/o zona de manejo ambiental asociadas con los cauces o canales. En particular, esto está contemplado en la legislación ambiental nacional y debe ser considerado en la reglamentación de ordenamiento y desarrollo urbano de la localidad. Estas franjas permiten ejecutar trabajos y labores de mantenimiento en el canal y deben ser incorporadas al espacio 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 en esta norma, si la pendiente es elevada, deben escalonarse los canales, de tal forma que la energía disminuya 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 como conducto 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 las justificaciones del caso. La concepción, trazado y dimensionamiento del canal deben estar plenamente justificados. Deben hacerse 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 otros canales 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 las condiciones hidráulicas bajo diferentes escenarios hidrológicos cuando las áreas tributarias son Documento controlado, su reproducción está sujeta a previo permiso por escrito de la E.A.A.B.

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relativamente grandes y cuando puede ser importante tener en cuenta los efectos de amortiguamiento 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 accidentes topográficos o de otra índole, tales como obstáculos, conducciones o viaductos subterráneos, cursos de agua a través de valles, entre otros, que impidan la instalación de colectores en condiciones normales. Los sifones invertidos están conformados por dos o más tuberías, dependiendo del caudal de diseño que 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 el diámetro mínimo debe ser 200 mm. Para el sistema pluvial la velocidad mínima es 1,2 m/s y el diámetro mínimo de 300 mm . En cualquier caso, la velocidad mínima debe ser superior a la velocidad de autolimpieza determinada por esfuerzo cortante. Las entradas a los conductos auxiliares deben ser reguladas por vertederos, de tal forma que las tuberías puedan entrar en servicio progresivamente. El cálculo de diámetros de la tubería se hace de igual forma que para conductos presurizados. El diámetro depende de la línea de energía y del caudal máximo de aguas residuales, pluviales o combinadas. La pérdida de energía es igual a la suma de las pérdidas por fricción y pérdidas menores. En algunos casos, deben proyectarse desarenadores inmediatamente aguas arriba del sifón invertido para evitar la entrada de sedimentos y sólidos gruesos al sistema. Pueden presentarse problemas de limpieza en estas estructuras. Comúnmente, las tuberías pequeñas de los sifones invertidos suelen taponarse con palos que quedan retenidos en los codos. Para evitar este problema se recomienda colocar rejillas delante de las 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 rejilla de 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 que sirvan 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 u horizontales, sino que deben proyectarse curvas suaves. No se deben diseñar para pendientes mayores 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 que usualmente son naturales o a almacenamientos temporales, aliviando así los caudales conducidos por colectores, interceptores o emisarios al sitio de disposición final, que puede ser una planta de tratamiento de aguas residuales. En algunos casos están provistos de un tanque de almacenamiento a continuación del alivio con el propósito de almacenar los contaminantes provenientes del primer lavado 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 caudal de aguas residuales de tiempo seco continúe por el colector hasta la planta de tratamiento o lugar de Documento controlado, su reproducción está sujeta a previo permiso por escrito de la E.A.A.B.

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disposición final, pero durante determinados eventos de precipitación y escorrentía asociada deben derivar o aliviar lo que les corresponda de aquella porción en exceso a la capacidad de la red aguas abajo o la capacidad de la planta de tratamiento. El caudal derivado por el aliviadero es una fracción del caudal compuesto de aguas residuales y pluviales, donde los residuos sanitarios y pluviales se mezclan, de tal forma que se diluye la concentración media de las aguas residuales. En consecuencia, el caudal de alivio lleva una carga residual diluida que puede afectar el cuerpo de agua receptor. Esto depende, entre otros factores, del grado de dilución, de las características hidrológicas de la localidad, del comportamiento hidráulico de los aliviaderos y de las características hidráulicas, hidrológicas, de calidad de agua y de autodepuración del curso o cuerpo de agua receptor y de los volúmenes esperados de alivio, al igual que de la capacidad de almacenamiento de los tanques posteriores al alivio para el primer lavado de época seca, en caso de que éstos existan. Esto indica claramente que las consideraciones ambientales intervienen en su proyección y que constituyen elementos importantes para su operación. La localización de las estructuras de alivio debe estar en función de la configuración del terreno y de la posibilidad de derivar los caudales al cuerpo de agua receptor sin causar problemas de inundaciones de áreas aledañas. Estas estructuras usualmente están contenidas en pozos de inspección 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 longitud de vertedero, y si tiene pantalla para incrementar su capacidad, la altura de éste. En los aliviaderos transversales interesan la profundidad del flujo de aproximación, la altura del vertedero y las dimensiones del colector de salida. El flujo en un vertedero lateral corresponde a flujo espacialmente variado. Los métodos de cálculo hidráulico para estos vertederos deben basarse en el análisis de conservación de momentum o energía 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 estar adecuadamente apoyados con los elementos teóricos correspondientes. En los aliviaderos transversales el vertedero de aguas de alivio debe colocarse de manera perpendicular a la dirección de flujo y derivar el colector con las aguas no aliviadas por aberturas de fondo. En este caso, el caudal de alivio se estima con base en las ecuaciones de vertederos libres de pared delgada, y el caudal no aliviado, con las ecuaciones de orificios. Los tanques de almacenamiento del volumen inicial de alivio deben dimensionarse para almacenar la carga de contaminantes esperados resultantes del primer lavado de los colectores por los primeros eventos 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 la Empresa, 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 técnica se deben tener en cuenta las siguientes indicaciones en la presentación de memorias. 4.6.1 Memorias de Cálculo

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Las memorias de cálculo hidráulico deben presentarse en medios físico y magnético y deben contener 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 la 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 en cuenta en la construcción o instalación de elementos. Verificación del cumplimiento de los requisitos mínimos establecidos en las normas técnicas. Referencia a normas técnicas nacionales o internacionales para los materiales, equipos y procedimientos específicos. Especificaciones detalladas en instrucciones de instalación de maquinaria y equipo en los casos en los que aplique. Referencia de códigos nacionales. En el caso que se utilice procesamiento automático de información, debe entregarse una descripción detallada de los principios en los que se basa el procesamiento automático de información, 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 de su elaboración.

l

l l l l l

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4.6.1.2 Información Detallada Esquema de cálculo de cada tramo Determinación de áreas de drenaje Determinación de Población servida Cálculo del Caudal de Diseño Cálculo del Diseño Hidráulico:

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o

o

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PARA LA TUBERÍA: Debe contener el diámetro interno real producto del diseño; Coeficiente 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 y alcantarillado"); 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 en particular. PARA LAS ESTRUCTURAS DE CONEXIÓN: Se deben presentar los cálculos realizados para el diseño hidráulico, en los cuales se deben indicar las pérdidas de cabeza y variación en la lámina de agua debido a la estructura, y se debe justificar las modificaciones constructivas derivadas de éstas. Cálculo de Cimentación de tuberías

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

Cámaras especiales de caída Sumideros especiales Cabezales de entrega Estructuras especiales

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CAUDALES UNITARIOS. FIGURA 1. Con éste caudal se debe dimensionar los conductos. Este caudal está mayorado teniendo en cuenta la aireación 25.0 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)

Caudal (Litros/segundo/Ha)

20.0

15.0

10.0

5.0

1000

100

10

1

0.0

Area (Hectáreas "Ha")

Las ecuaciones aproximadas obtenidas mediante regresión potencial para los caudales unitarios presentados en la gráfica anterior son: Para densidad de población mayor a 750 Hab/Ha Para densidad de población desde 400 hasta 750 Hab/Ha Para densidad de población menor a 400 Hab/Ha directamente de la gráfica

-0.1804

20.399X -0.1569 13.555X Se recomienda obtener los valores

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