Guia Diseno Hidraulico Redes Alcantarillado

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  • 8/3/2019 Guia Diseno Hidraulico Redes Alcantarillado

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    Gua para el diseo Hidrulicode Redes de Alcantarillado

    Medelln 2009

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    Gua para el Diseo Hidrulico de Redes de Alcantarillado

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    TABLA DE CONTENIDO

    Captulo 1 INTRODUCCIN ....................................................................................................................................................................5

    Captulo 2 INFORMACIN MNIMA NECESARIA Y CRITERIOS DE DISEO ........................................................72.1 INFORMACIN MNIMA ............................................................................................................................................................72.2 CONSIDERACIONES DE DISEO ..........................................................................................................................................9

    2.2.1 Clientes y poblacin ............... ............... ................ ............... ................ ............... ................ ............... ................ ........... 92.2.2 Geometra de la red de alcantarillado ................ ............... ................ ............... ................ ............... ................ ...9

    2.3 PARMETROS DE DISEO ........................................................................................................................................................92.3.1 Perodo de diseo de redes de aguas residuales ................ ............... ................ ............... ................ .......... 92.3.2 Parmetros hidrulicos ................ ............... ................ ............... ................ ............... ................ ............... ................ .....9

    Captulo 3 INFORMACIN DEL SISTEMA A DISEAR ......................................................................................................113.1 SISTEMA A DISEAR .................................................................................................................................................................113.2 PARAMETROS DE DISEO ....................................................................................................................................................16

    3.2.1 Caudales de agua residual ............. ................ ............... ................ ............... ................ ............... ................ ............ 163.2.2 Caudales de agua lluvia .............. ................ ............... ................ ............... ................ ............... ................ ............... ..17

    Captulo 4 CAUDAL DE AGUAS RESIDUALES .........................................................................................................................194.1 CLCULO DEL CAUDAL DE AGUAS RESIDUALES DOMSTICAS....................................................................19

    4.1.1 Mtodo utilizando los usuarios y el consumo ............... ............... ................ ............... ................ .............. 194.1.2 Mtodo utilizando la proyeccin del circuito .............. ................ ............... ................ ............... ................ .21

    4.2 CLCULO DEL CAUDAL DE AGUAS RESIDUALES INDUSTRIALES ............... ............... ................ ............... .... 214.3 CAUDAL DEL CAUDAL DE AGUAS RESIDUALES COMERCIALES ............... ................ ............... ................ ...... 224.4 CLCULO DEL CAUDAL DE AGUAS RESIDUALES DE USO OFICIAL Y USO ESPECIAL .............. ......... 224.5 CAUDALES DE AGUA RESIDUAL DE LAS REAS TRIBUTARIAS PROPIAS DE CADA TRAMO .......... 224.6 CAUDAL MEDIO DIARIO DE AGUAS RESIDUALES ..................................................................................................244.7 CLCULO DEL CAUDAL MXIMO HORARIO .............................................................................................................254.8 CLCULO DEL CAUDAL POR INFILTRACIN ..............................................................................................................254.9 CLCULO DEL CAUDAL DE AGUAS RESIDUALES POR CONEXIONES ERRADAS ............... ................ ... 264.10 CLCULO DEL CAUDAL DE DISEO DE AGUA RESIDUAL .............. ............... ................ ............... .............. 26

    Captulo 5 CAUDAL DE AGUAS LLUVIAS...................................................................................................................................315.1 CLCULO DEL CAUDAL DE AGUA LLUVIA ..................................................................................................................325.2 CAUDALES DE DISEO ...........................................................................................................................................................37

    Captulo 6 DISEO HIDRULICO DE LA RED DE ALCANTARILLADO...................................................................396.1 DISEO TRAMO A TRAMO ....................................................................................................................................................39

    6.1.1 Caudales de diseo .............. ................ ............... ................ ............... ................ ............... ................ ............... ........... 406.1.2 Determinacin de dimetros .............. ................ ............... ................ ............... ................ ............... ................ ..... 40

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    6.1.3 Evaluacin de criterios hidrulicos .............. ................ ............... ................ ............... ................ ............... ......... 446.1.4 Diseo de la red ................ ............... ................ ............... ................ ............... ................ ............... ................ ............... .46

    6.2 DISEO DE CMARAS .............................................................................................................................................................506.2.1 Determinacin del dimetro de las cmaras .............. ............... ................ ............... ................ ............... ... 506.2.2 Diseo de cmaras de unin subcrtica .............. ................ ............... ................ ............... ................ ............. 51

    6.2.3 Diseo de cmaras de unin supercrticas ............... ................ ............... ................ ............... ................ ..... 536.2.4 Diseo de cmara de cada ................ ............... ................ ............... ................ ............... ................ ............... ........ 55

    6.3 DISEO DE ELEMENTOS ESPECIALES.............................................................................................................................55

    Captulo 7 COMPROBACIN DE DISEO CON FGV ..........................................................................................................577.1 CARACTERSTICAS TOPOLGICAS DE LA RED .........................................................................................................577.2 CAUDAL DE DISEO.................................................................................................................................................................587.3 EJECUCIN DEL MODELO HIDRULICO ......................................................................................................................587.4 REVISIN DEL COMPORTAMIENTO HIDRULICO DE LA RED .........................................................................59

    Captulo 8 COMPROBACIN DE DISEO CON FNP ..........................................................................................................638.1 CARACTERSTICAS TOPOLGICAS DE LA RED .........................................................................................................648.2 CARACTERSTICAS DE LAS REAS TRIBUTARIAS .....................................................................................................648.3 CAUDAL DE AGUA RESIDUAL .............................................................................................................................................678.4 CAUDAL DE AGUA LLUVIA ...................................................................................................................................................67

    8.4.1 Hietograma de diseo.................... ............... ................ ............... ................ ............... ................ ............... ............... 678.4.2 Hidrogramas de diseo .............. ................ ............... ................ ............... ................ ............... ................ ............... ..68

    8.5 EJECUCIN DEL MODELO HIDRULICO ......................................................................................................................698.6 REVISIN DEL COMPORTAMIENTO HIDRULICO DE LA RED .........................................................................69

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    Captulo 1 INTRODUCCIN

    Esta Gua de Diseo Hidrulico de Redes deAlcantarillado tiene como objetivo explicar la orma

    de llevar a cabo el diseo hidrulico de un sistemade alcantarillado, de acuerdo con lo establecido enlas Normas de Diseo de Redes de Alcantarilladode EPM. Para cumplir con este propsito, la guaestablece en orma secuencial, todos las pasosque se deben seguir hasta nalizar el diseo y lacomprobacin del comportamiento hidrulico delsistema de drenaje urbano.

    Es importante enatizar que esta gua corresponde

    nicamente al diseo hidrulico de la red, el cual seentiende como la determinacin de la pendiente decada tramo, el clculo de los caudales de cada tramo,el dimensionamiento del dimetro interno de cadatramo, el diseo de las estructuras complementariasy la comprobacin del comportamiento hidrulicode todo el sistema ensamblado bajo las condicionesde lujo gradualmente variado y/o lujo nopermanente.

    La metodologa seguida en la gua consiste enpresentar un ejemplo de diseo correspondiente alalcantarillado combinado del barrio Prado Centro dela ciudad de Medelln, el cual es existente y se deseaoptimizar. Sin embargo, la gua puede ser utilizadapara sistemas de alcantarillado separado de aguasresiduales o lluvias y tambin para los casos denuevos desarrollos.

    El contenido de la Gua de Diseo Hidrulico de

    Redes de Alcantarillado est dividido de la siguientemanera:

    - Captulo 2: Inormacin mnima y criterios dediseo que debe tener en cuenta el ingenieropara realizar el diseo de la red de alcantarillado yparmetros de diseo.

    - Captulo 3: Inormacin necesaria para desarrollarel ejemplo de diseo.

    - Captulo 4: Determinacin de los caudales de aguaresidual a partir de la inormacin de consumos delos usuarios de la red de acueducto.

    - Captulo 5: Determinacin de los caudales de aguaslluvias de acuerdo con el rgimen pluviogrco dela zona de estudio.

    - Captulo 6: Diseo hidru lico de la red dealcantarillado para la condicin de lujo uniorme,calculando los caudales de diseo, los dimetrosde las tuberas, los materiales a utilizar y las cotasde las cmaras de inspeccin. Con la red diseadase evalan criterios que se deben cumplir a inde evitar problemas de sedimentacin y acilitarla limpieza en las tuberas. Igualmente se indicacmo se disean y evalan las cmaras deinspeccin, cmaras de cada y estructurasespeciales.

    - Captulo 7: Comprobacin del diseo hidrulico

    de la red para la condicin de fujo gradualmentevariado. De acuerdo con los resultados de lasimulacin y las limitaciones de campo, se analizarla posibilidad de modicar las cotas de las cmarasy/o los dimetros de las tuberas, siempre buscandomejorar la hidrulica de la red.

    - Captulo 8: Comprobacin del diseo para lacondicin de lujo no permanente. Se evaluarnlas condiciones hidrulicas de las cmaras y los

    tramos con el in de establecer sobrecargas, y encaso de presentarse solucionar dichos problemasmodicando algunas caractersticas de la red.

    En la Figura 1-1 se muestra el sector geogrcocorrespondiente a la zona del proyecto que seutilizar para ilustrar la aplicacin de la Gua.

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    Figura 11: Imagen satelital del sector de Prado Centro.

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    Captulo 2 INFORMACINMNIMA NECESARIA Y CRITERIOSDE DISEO

    En el Numeral 2.4 de las Normas de Diseo de Redesde Alcantarillado de EPM se establecen los pasosnecesarios, los criterios de diseo y la inormacinbsica que se requieren para llevar a cabo el procesode diseo de un sistema de alcantarillado. En general,en el caso del municipio de Medelln y los demsmunicipios del Valle de Aburr cuya operacin esta cargo de las Empresas Pblicas de Medelln la granmayora de estos pasos ya han sido realizados.

    Tabla 21 Inormacin mnima para el diseo de redes de alcantarillado

    Inormacin requerida Tipo de inormacinCaractersticas de la

    inormacin

    INFORMACIN TOPOGRFICA Levantamiento topogrfco delsector de diseo de la red dealcantarillado

    Siempre se debe realizar ellevantamiento topogrco exactodel terreno para conocer su ormay establecer por donde se va arealizar el trazado de la red dealcantarillado. Esta inormacintopogrca permitir calcular lascotas de terreno de las cmarasde inspeccin y determinar lapendiente promedio de las reastributarias.

    Por consiguiente en este captulo se especiicanicamente la inormacin mnima necesaria y loscriterios para disear un proyecto cuya concepcingeneral ya ha sido desarrollada.

    La inormacin mnima necesaria es aquellarequerida para que el diseador pueda llevar a caboel proceso de optimizacin del diseo hidrulicode la red.

    2.1 INFORMACIN MNIMA

    Una vez EPM ha denido el alcance del proyecto,cada diseador debe recolectar la inormacin quees bsica para el diseo de las redes de alcantarillado,

    la cual se presenta en la Tabla 2-1

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    Inormacin requerida Tipo de inormacinCaractersticas de la

    inormacin

    CATASTRO DE LA ZONA Planos del manzaneo de la zona

    de estudio Catastro de redes de serviciospblicos Planos de la malla vial

    Para realizar el diseo de la red de

    alcantarillado se debe conocer laubicacin de la malla vial, de lasredes de servicios pblicos y/oestructuras especiales. Con estainormacin se establecen losposibles puntos del trazado dela red.

    CATASTRO DE USUARIOS DEACUEDUCTO, PROYECCIONES DECONSUMOS O DOTACIONES DE

    ACUEDUCTO

    Consumos y tipos de usuarios delsistema de acueducto Ubicacin espacial de los

    usuarios P lanes de ordenamientoterritorial, POT

    Para la estimacin de los caudalesde agua residual se debe conocerla distribucin de la poblacin o

    de los clientes y su consumo. EPMcuenta con tablas por circuitosque resumen el tipo de usuarios,sus consumos mensuales y lasproyecciones estimadas deconsumo. En caso de no contarcon estas tablas, se usarn losdatos de dotaciones.

    INFORMACIN HIDROLGICA Curvas IDF de las estacionescercanas al proyecto

    Distribucin temporal de laprecipitacin

    Esta inormacin hidrolgicaes suministrada por EPM en su

    norma.

    INFORMACIN HIDRULICA Ubicacin del cuerpo receptor Rugosidades de los materiales detuberas disponibles

    Esta inormacin es necesaria parael diseo de la red de alcantarilladoya que se establece el lugar adonde se deben llevar las aguasde la red.

    INFORMACIN GEOLGICA Tipos de suelos de la zona Es necesario para determinarlos parmetros de los modelos

    de inltracin o del coecientede escorrenta, para calcular elcaudal de aguas lluvias, cuandose trate de fujo no permanente.El hietograma que se construyadeber ser aprobado por EPM.

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    2.2 CONSIDERACIONES DE DISEO

    2.2.1 CLIENTES Y POBLACIN

    Son los contribuyentes de caudal de agua residual

    al sistema de alcantarillado, proyectados al perodode diseo. Existen proyecciones calculadas por EPM,en caso de no existir la proyeccin utura de clientesdebe calcularse de acuerdo con el Numeral 5.2.2.1de la norma.

    2.2.2 GEOMETRA DE LA REDDE ALCANTARILLADO

    La disposicin de los tramos y de las cmaras queconorman la red constituye uno de los parmetrosbsicos del diseo. Dicha disposicin deine lageometra de la red y con sta sus caractersticastopolgicas, las cuales permanecen invariablesdurante el diseo. Estas caractersticas incluyenel nmero de tramos y cmaras, la unin de losmismos, la longitud de los tramos y la sectorizacinde los caudales que se presentan para cada puntode descarga. Tambin, se debe determinar las reastributarias a cada tramo, las cuales se utilizan en elclculo del caudal de aguas residuales y/o lluvias.

    2.3 PARMETROS DE DISEO

    2.3.1 PERODO DE DISEO DE REDESDE AGUAS RESIDUALES

    Para determinar el perodo de diseo se debehacer reerencia al Numeral 5.2.1 de la norma. Estacaracterstica puede variar dependiendo de lazona de diseo. Por ejemplo, para los municipiosdel Valle de Aburr el perodo de diseo es de 30aos. Para aquellos casos en los cuales el anlisisde costo mnimo sugiera un desarrollo por etapas,stas deben disearse teniendo en cuenta dichoperodo de diseo. En todo caso, se debe compararel perodo de diseo con el perodo en el cual se

    alcanza la poblacin de saturacin, pues en casode que se llegue a la poblacin de saturacin enun perodo menor al de diseo, se debe utilizar elprimero como perodo de diseo.

    2.3.2 PARMETROS HIDRULICOS

    Al mismo tiempo que se planea hidrulicamente eluncionamiento de la red es importante tener encuenta los requerimientos mnimos que estipulanlos parmetros de las Normas de Diseo de Redesde Alcantarillado de EPM.

    Los parmetros hidrulicos mnimos que se debentener en cuenta desde el diseo preliminar bajo laconsideracin de fujo uniorme y que la experienciaha determinado que permite obtener redes con unaadecuada autolimpieza y buen comportamientohidrulico son:

    - Los dimetros nominales mnimos son de 200mm para alcantarillados de aguas residuales y 250mm para alcantarillados de aguas lluvias y aguascombinadas.

    - La velocidad mnima es de 0.45 m/s paraalcantarillados de aguas residuales y 0.75 m/s paraalcantarillados de aguas lluvias y combinadas.

    - La velocidad mxima es de 10 m/s para tuberasplsticas y de 5 m/s para otro tipo de materiales.

    - Para que las redes de alcantarillado residualcumplan con el criterio de autolimpieza se debetener un esuerzo cortante mnimo de 1.5 N/m,para alcantarillados pluviales el valor es de 3.0 N/m para el caudal de diseo.

    - Para evitar que se presente fujo crtico y cuasicrticoen los tramos se recomienda tener nmeros deFroude por uera del intervalo de 0.7 a 1.5 para lacondicin de fujo uniorme.

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    Captulo 3 INFORMACIN DELSISTEMA A DISEAR

    En este captulo se explican, en detalle, las

    caractersticas de la red de Prado Centro, la cual sedisear paso a paso a modo de ejemplo, siguiendolas especiicaciones de la Norma de Diseo deSistemas de Alcantarillado de las Empresas Pblicasde Medelln indicando la inormacin que se usarpara el diseo de la red.

    3.1 SISTEMA A DISEAR

    El proyecto est ubicado entre el barrio Prado Centroy el sector del Chagualo, en la ciudad de Medelln,

    sectores que cuentan con sistemas de redes dealcantarillado combinado.

    El proyecto est compuesto por 66 tramos y 67cmaras de inspeccin y se dividi en dos sectores,de acuerdo con la ubicacin de dos sitios en loscuales es posible realizar la entrega de las aguasrecolectadas, como se indica en la Figura 3-1. Elprimer punto de entrega de las aguas combinadasse encuentra localizado en la Calle 62 con Carrera51, se trata de una cobertura que en el proyecto

    aparece identicada como COB y que aguas abajotiene construido un aliviadero. El segundo punto deentrega identicado como ALIV., estar localizado

    Afluentes al ALIV

    Afluentes a la COB

    1470 148 0 1490 1500 1510

    COB

    BOT

    1460

    Figura 3 1: Auentes a los puntos de descarga en el modelo Prado.

    en la calle 65 con la avenida Regional y se trata deun aliviadero que se disear en el proyecto y quetendr como objetivo separar las aguas combinadasy conducir las aguas residuales al Interceptor Orientaly las aguas lluvias al Ro Medelln en el punto

    denominado BOT, ver la Figura 3-4.

    La primera consideracin que se debe hacer aldisear una red de alcantarillado es denir el sentidoen que se desea conducir el caudal de drenaje yasea de aguas lluvias, residuales o combinadas. Conla inormacin del levantamiento topogrico yla ubicacin de los cuerpos receptores se puedeestablecer el sentido de fujo en el sector.Para el diseo de la red se deben considerar aspectoscomo la topograa del terreno, las limitantes de

    cruces con otras redes de servicios pblicos y/oestructuras existentes como undaciones del Metroy los niveles de descarga a la cobertura (COB), alInterceptor Oriental y al Ro Medelln.

    Para generar el modelo hidrulico de la red dealcantarillado se debe asignar un identicador onmero a las cmaras de inspeccin y a los tramosque unen estas cmaras. En la Figura 3-2 se presentala ubicacin y nomenclatura de estos elementos yen la Tabla 3-1 se puede ver los tramos que unenlas cmaras de inspeccin de acuerdo con lanomenclatura establecida en la Figura 3-2.

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    Tabla 31 Identifcadores de los tramos y cmaras que componen la red de alcantarillado

    Tramo Nudo Inicial Nudo Final Tramo Nudo Inicial Nudo Final

    T1 C34 C32 T24 C68 C64

    T2 C32 C29A T25 C64 C64A

    T3 C29A C26 T26 C64A C63T4 C18 C17 T27 C57 C8

    T5 C17 C10 T28 C87 C89

    T6 C10 C8 T29 C89 C90

    T7 C8 C7A T30 C90 C46A

    T8 C7A C7B T31 C80 C81

    T9 C7B C7 T32 C81 C49A

    T10 C7 COB T33 C110 C85

    T11 C46 C26 T34 C85 C87A

    T12 C49 C50 T35 C87A C80A

    T13 C50 C23 T36 C80A C78T14 C23 C17 T37 C78 C77

    T15 C42 C43A T38 C77 C74

    T16 C43A C46A T39 C113 C111

    T17 C46A C49A T40 C111 C80A

    T18 C49A C54 T41 C66 C7

    T19 C54 C55 T42 C117 C123

    T20 C55 C76 T43 C105 C105A

    T21 C76 C74 T44 C105A C102

    T22 C74 C69 T45 C102 C43A

    T23 C69 C68 T46 C26 C18

    C34

    C32

    C42

    C3A

    C105A C102

    C105C90

    C89

    C85

    C10

    C117

    C123

    C113

    C111

    C87

    C78C69

    C64A

    C64C63C93

    C93A

    C93BC93C

    C41C93CC165

    C165A

    C165C

    C160C160B

    C159A

    C159B

    C159C

    C159D

    A1

    A1

    B0

    C159E

    C74

    C76

    C80

    C80

    C29

    C26

    C46

    C46A

    C49

    C49A

    C23

    C17

    C10

    C7A

    C7

    C08C55 C54

    C57

    C18

    Figura 3 2: Plano de diseo geomtrico de la red de Prado.

    Tramo Nudo Inicial Nudo Final

    TA1 C63 C63A

    TA2 C63A C93

    TA3 C93 C93ATA4 C93A C93B

    TA5 C93B C93C

    TA6 C93C C93D

    TA7 C93D C141

    TA8 C141 C165

    TA9 C165 C165A

    TA10 C165A C165B

    TA11 C165B C160A

    TA12 C160A C160B

    TA13 C160B C159ATA14 C159A C159C

    TA15 C159C C159D

    TA16 C159D C159E

    TA17 C159E A155A

    TA18 A155A C153

    TA19.1 A155A A155B

    TA19.2 A155B BOT

    TA20 C165C C160A

    TA21 C159B C159A

    TA22 C63B C63A

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    rea tributaria que proviene de otras zonas y cuyocaudal ser transportado a travs de ste. Las reasse acumulan de acuerdo con la conectividad quetengan los tramos.

    Del mismo modo, se obtienen los datos restantespara los tramos del sector de El Chagualo, cuyas aguasresiduales y lluvias son descargadas al InterceptorOriental y al ro Medelln respectivamente.

    Y

    X

    1480

    1490

    C64 A

    1474.36

    C66

    1474.20

    C76

    1485.21

    C64

    1474.36C68

    1477.72 C69

    1479.17C74

    1484.50 C77

    1485.46

    C78

    1491.16

    Figura 36: Detalle de las cotas de terreno de las cmaras de inspeccin.

    61

    52 59

    5667

    6468

    68

    6962

    64

    65 66

    67

    69

    25

    13

    12

    11

    10

    8

    89

    259

    45

    5

    38

    48504

    42

    28

    40

    2827

    29

    30

    3244

    51

    20

    24

    28

    2122

    24

    36

    18

    19

    37

    47

    6

    43

    14

    25

    Figura 3 7: reas tributarias a cada tramo del sistema.

    De acuerdo con la Figura 3-7 se determina el tamaode la supercie de cada rea tributaria (para agilizareste proceso se puede utilizar un sotware de diseoasistido por computador, como AutoCad).

    En la siguiente tabla se presentan los valores delas reas tributarias cuyo caudal se descarga en lacobertura ubicada en la calle 62 con carrera 51.

    Previamente se ha determinado que tipo de aguase va a transportar, si residual, lluvias o combinadas,esto con el n de asignar la respectiva rea. Se calculatanto el rea tributaria propia del tramo, como el

    Con la geometra de la red establecida, se determinan las reas tributarias a cada uno de los

    tramos de la red (con base en el rea tributaria a cada tramo), las cuales se utilizarn en elclculo de los caudales residuales y de aguas lluvias. Estas reas se muestran en la Figura 3-7.

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    Tabla 32 reas tributarias del sector Prado Centro.

    reas tributarias (ha)

    Aguas residuales residenciales Aguas lluviasTramo De A

    Propia Otra Acumulada Propia Otra Acumulada 1 C34 C32 0.19 1.78 1.97 0.19 1.78 1.97

    2 C32 C29 0 0 1.97 0 0 1.97

    3 C29 C26 0.34 0.57 2.88 0.34 0.57 2.88

    46 C26 C18 0.38 0.56 3.82 0.38 0.56 3.82

    4 C18 C17 0 0 3.82 0 0 3.82

    5 C17 C10 0.38 0.5 4.7 0.38 0.5 4.7

    6 C10 C8 0.08 0 4.78 0.08 0 4.78

    7 C8 C7A 0.05 0.56 5.39 0.05 0.56 5.39

    8 C7A C7B 0.07 0 5.46 0.07 0 5.46

    9 C7B C7 0.06 0 5.52 0.06 0 5.52

    10 C7 COB 0.15 1.17 6.84 0.15 1.17 6.8 4

    11 C46 C26 0.56 0 0.56 0.56 0 0.56

    12 C49 C50 0.14 0 0.14 0.14 0 0.14

    13 C50 C23 0.36 0.14 0.5 0 0.36 0.14 0.5 0

    14 C23 C17 0 0.50 0.5 0 0 0.50 0.5 0

    27 C57 C8 0.56 0 0.56 0.56 0 0.56

    41 C66 C7 0.77 0 0.77 0.77 0 0.77

    En la tabla 3-3 se presenta el resumen de las reas tributarias de todo el proyecto.

    Tabla 3 3 reas tributarias totales de cada tramo de la red de Prado Centro

    Tramo

    rea tributaria

    agua residual

    (ha)

    rea tributaria

    agua lluvia

    (ha)

    Tramo

    rea tributaria

    agua residual

    (ha)

    rea tributaria

    agua lluvia

    (ha)

    T1 1.97 1.97 T35 0.97 0.97

    T2 2.54 2.54 T36 1.66 1.66

    T3 2.88 2.88 T37 1.92 1.92

    T4 3.82 3.82 T38 1.92 1.92

    T5 4.70 4.70 T39 0.28 0.28

    T6 4.78 4.78 T40 0.47 0.47

    T7 5.39 5.39 T41 0.77 0.77

    T8 5.46 5.46 T43 0.16 0.16

    T9 5.52 5.52 T44 0.25 0.25

    T10 6.84 6.84 T45 0.55 0.55

    T11 0.56 0.56 T46 3.82 3.82

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    Tramo

    rea tributaria

    agua residual

    (ha)

    rea tributaria

    agua lluvia

    (ha)

    Tramo

    rea tributaria

    agua residual

    (ha)

    rea tributaria

    agua lluvia

    (ha)

    T12 0.14 0.14 TA1 15.30 21.07

    T13 0.50 0.50 TA2 25.01 21.07

    T14 0.50 0.50 TA3 28.11 28.09

    T15 8.01 8.01 TA4 28.91 28.89

    T16 8.93 8.93 TA5 29.46 29.43

    T17 10.56 10.56 TA6 30.17 30.14

    T18 11.92 11.92 TA7 30.32 30.29

    T19 11.92 11.92 TA8 31.02 30.99

    T20 12.61 12.61 TA9 32.08 32.05

    T21 12.61 12.61 TA10 32.23 32.20

    T22 14.68 14.68 TA11 32.23 32.20

    T23 14.71 14.71 TA12 32.98 32.41T24 14.79 14.79 TA13 33.42 32.85

    T25 15.17 15.17 TA14 34.94 34.37

    T26 15.30 15.30 TA15 36.18 34.37

    T27 0.56 0.56 TA16 36.91 34.37

    T28 0.30 0.30 TA17 36.91 34.37

    T29 0.56 0.56 TA18 0.00 0.00

    T30 1.28 1.28 TA19.1 0.00 34.37

    T31 0.26 0.26 TA19.2 0.00 34.37

    T32 1.00 1.00 TA20 0.75 0.21

    T33 0.18 0.18 TA21 1.13 1.13T34 0.68 0.68 TA22 9.71 0.00

    3.2 PARMETROS DE DISEO

    A continuacin se presentan los parmetros dediseo que se utilizarn en el desarrollo del ejemplode diseo de la red de alcantarillado de PradoCentro.

    3.2.1 CAUDALES DE AGUA RESIDUAL

    De acuerdo con lo establecido en el Numeral 5.2.1 dela norma el perodo de diseo para la red de PradoCentro es de 30 aos, los cuales se cuentan a partirdel 2008, ao en el cual se realiza el diseo.

    Para determinar los caudales de agua residualse debe utilizar la inormacin disponible de

    EPM para el circuito del Batalln, ya que la redde Prado Centro pertenece a ste. A partir de losdatos de Proyeccin de caudales de suministropor circuito expresado en (L/s) y proporcionadospor EPM e indicados en la Tabla 3-4, se calcula laproyeccin de consumo para el perodo de diseo.

    La proyeccin para obtener la dotacin del perodode diseo, se construye a partir de los datos de laTabla 3-4, haciendo uso de tendencias, tales como:lineal, logartmica, exponencial, entre otras. Deacuerdo con la dispersin que tengan los valores dela tabla, se determina cual es la tendencia que mejorrepresenta la proyeccin de consumo en el circuito.

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    Tabla 34 Proyeccin de caudales de suministro para el circuito del Batalln

    Ao 2008 2009 2010 2012 2014 2016 2018 2020

    Caudal desuministro

    (L/s)

    131.54 133.93 136.32 141.10 145.88 150.66 155.44 160.22

    En la Figura 3-8 se muestra la proyeccin de caudales de suministro (L/s) para el circuito Batalln.

    120

    130

    140

    150

    160

    170

    180

    190

    200

    210

    2000 2005 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040

    Ao

    Caudal(L/s)

    Figura 38: Proyeccin de caudales de suministro (L/s) para el circuito Batalln.

    Para el ejemplo de diseo, la lnea de proyeccinmarca en el ao 2038 un caudal de suministro de203.23 L/s. Teniendo en cuenta que el rea total del

    circuito Batalln es 224.03 hectreas, se obtiene unadotacin de 0.907 L/s ha. Este valor se utilizarpara obtener el caudal de aguas residuales en elsistema.

    3.2.2 CAUDALES DE AGUA LLUVIA

    De acuerdo con el Numeral 6.2 de la norma seestablece el perodo de retorno del evento deprecipitacin. Como el rea total que contribuye a

    la red de Prado Centro que se est diseando tieneun rea mayor a las 10 hectreas y menor a 1000hectreas se debe utilizar un perodo de retorno de10 aos.

    Para conocer las caractersticas hidrolgicas de lazona de estudio, se debe ubicar el proyecto en elplano de polgonos de Thissen con la localizacin

    de

    las estaciones pluviomtricasque tiene EPM. En laFigura 3-9 se muestra la ubicacin del proyecto dela red de Prado Centro; se puede observar que el

    agua lluvia que llega a esta red proviene o drenadesde la zona tributaria a la estacin pluviogrcade la Planta de Villa Hermosa.

    Para esta estacin pluviogrca EPM cuenta concurvas IDF e inormacin de duracin de las lluvias.La ecuacin de la curva IDF para un perodo deretorno de 10 aos de la estacin de la Planta VillaHermosa es la que se presenta a continuacin:

    ( ) 9946.0(min)161.3483)/(

    dT

    hmmi+

    = Ecuacin 3 - 1

    donde,i = Intensidad media de precipitacin (mm/hr).T

    d= Duracin de la lluvia (min).

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    Figura 39: Ubicacin de la zona de proyecto con respect a los lmites de inuenciadeterminados para las estaciones cercanas.

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    - Trazar el rea tributaria propia del tramo.- Seleccionar los usuarios domsticos que se

    encuentran dentro de cada rea tributaria por mediode la herramienta SIG.

    Usuarios Prado Centro

    Residencial

    Oficial

    Insdustrial

    Comercial

    Especiall

    En la Figura 4-3 se muestra el conjunto de usuariosdomsticos ubicados en el rea tributaria propiadel tramo T41, de C66 a C7, y para la cual se estimsu caudal total de consumo de agua potabledomstico.

    Figura 43: Distribucin de los clientes de la red de acueducto

    en el rea tributaria del tramo T41: usodomstico.

    - Determinar el consumo total de cada rea tributariacomo la suma de los consumos promedio de aguapotable de cada usuario.

    - Convertir el consumo obtenido de agua potablea caudal de aguas residuales por medio del

    coeciente de retorno.

    Este tramo representa un caudal de consumo deagua potable de 1221.1 m3 /mes que luego seconvirtieron a caudal de aguas residuales, por mediode la expresin.

    0.000386 * *D D

    Q CR q= Ecuacin 4 - 1

    donde,Q

    D= Caudal de aguas residuales domstico (L/s).

    CR

    = Coeciente de retorno (0.85).q

    D= Caudal de consumo domstico de agua

    potable domstico (m3/mes).

    Reemplazando para el tramo T41 se obtiene:

    0.000386*0.85*1221.1 0.401 /DQ L s= =Ecuacin

    4 - 2

    Figura 42: Distribucin de clientes del sistema de alcantarillado en la zona de estudio.

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    denidas y la asignacin de una contribucin netapara las mismas. Para el caso de la red de PradoCentro se dispone, igual que para el consumodomstico, de la ubicacin espacial y el valor delconsumo industrial de agua potable.

    En la Figura 4-4 se muestra el conjunto de usuariosindustriales ubicados en el rea tributaria propia deltramo T41.

    Figura 44: Distribucin de los clientes de la red de

    acueducto en el rea tributaria del tramo T41:uso industrial.

    El consumo industrial en este tramo corresponde a14.4 m3/mes* que aectado por un coeciente deretorno de 0.851 en la Ecuacin 4-1 se obtiene uncaudal de:

    0.000386*0.85*14.4 0.005 /I

    Q L s= = Ecuacin4 - 4

    * (No obstante este consumo no es representativocomo industrial, se incluye a modo de ejemplo).

    1El coeciente de retorno depender del proceso que se lleveen la industria; en algunos casos toda el agua consumida seevacuar al sistema de alcantarillado. Esto debe ser evaluadopor el diseador.

    4.1.2 MTODO UTILIZANDO LA PROYECCINDEL CIRCUITO

    El segundo mtodo que el diseador puede utilizares el de proyeccin del circuito de acuerdo con ladotacin establecida para el circuito en el cual seencuentra el proyecto. Para el caso de ejemplo ladotacin para el circuito Batalln ue establecida enel Numeral 3.1.1 de esta Gua, por lo tanto el caudalde agua residual se calcula multiplicando la dotacinde 0.907 L/s ha por el rea tributaria de cada tramode la red de Prado Centro.

    Para el mismo tramo T41 el caudal ser de:

    sLhahasLQD /698.077.0/907.0 == Ecuacin4 - 3

    La dotacin que se estableci para el circuitoBatalln corresponde al promedio de los dierentestipos de contribucin (domstica, comercial,industrial e institucional). Es por esta razn que elcaudal de 0.698 L/s obtenido por este mtodo esmayor que el de 0.401 L/s obtenido por el mtododel Numeral 4.1.1, porque en este ltimo mtodo

    solo se incluyeron contribuciones domsticas; unavez se totalicen los dierentes tipos de usuarios y susconsumos, se alcanzar un valor muy cercano al de0.698 L/s para el tramo y as para cada uno de lostramos que componen la red.

    En caso de que en un circuito de acueductoexistieran usuarios con consumos superiores alpromedio, por ejemplo escuelas, clnicas, industrias,centros comerciales, entre otros, su consumo seingresa en la respectiva rea tributaria como un

    aporte puntual.

    4.2 CLCULO DEL CAUDAL DE AGUASRESIDUALES INDUSTRIALES

    De acuerdo con el Numeral 5.2.3.2 de la norma,es posible estimar el caudal de aguas residualesindustriales a partir de las reas tributarias ya

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    tipo de contribucin para todos los tramos de la red de Prado Centro. En esta tabla QD

    corresponde al caudal

    domstico, Qc

    al caudal comercial, QIal caudal industrial, Q

    OFal caudal ocial y Q

    ESPal caudal especial.

    Tabla 41 Caudales de agua residual de aporte a cada tramo de la red de Prado Centro

    Tramo QD (L/s) Qc L/s) QI (L/s) QOF(L/s) QESP (L/s)T1 1.101 0.002 0.021 0.000 0.025T2 1.260 0.009 0.021 0.000 0.025

    T3 1.429 0.048 0.021 0.000 0.051

    T4 1.690 0.192 0.021 0.012 0.051

    T5 1.759 0.215 0.021 0.013 0.124

    T6 1.782 0.232 0.021 0.013 0.195

    T7 2.019 0.232 0.021 0.013 0.211

    T8 2.066 0.232 0.021 0.013 0.216

    T9 2.114 0.232 0.021 0.013 0.221

    T10 2.781 0.492 0.027 0.014 0.309T11 0.214 0.144 0.000 0.012 0.000

    T12 0.020 0.000 0.000 0.000 0.000

    T13 0.046 0.007 0.000 0.001 0.001

    T14 0.046 0.007 0.000 0.001 0.001

    T15 4.805 0.034 0.024 0.000 0.154

    T16 5.180 0.089 0.029 0.000 0.172

    T17 5.398 0.178 0.029 0.000 0.334

    T18 5.812 0.204 0.029 0.000 0.343

    T19 5.812 0.204 0.029 0.000 0.343

    T20 6.167 0.209 0.033 0.000 0.360T21 6.167 0.209 0.033 0.000 0.360

    T22 6.639 0.429 0.033 0.000 0.748

    T23 6.654 0.429 0.033 0.000 0.748

    T24 6.670 0.429 0.033 0.000 0.748

    T25 6.827 0.446 0.033 0.000 0.748

    T26 6.903 0.446 0.033 0.000 0.748

    T27 0.189 0.000 0.000 0.000 0.011

    T28 0.023 0.006 0.000 0.000 0.032

    T29 0.064 0.047 0.000 0.000 0.038

    T30 0.119 0.089 0.000 0.000 0.144T31 0.039 0.020 0.000 0.000 0.009

    T32 0.249 0.026 0.000 0.000 0.009

    T33 0.032 0.000 0.000 0.000 0.000

    T34 0.134 0.000 0.000 0.000 0.066

    T35 0.213 0.000 0.000 0.000 0.201

    T36 0.242 0.217 0.000 0.000 0.309

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    Para el caso del tramo T41, que une las cmaras C66y C7, los caudales de aguas residuales domsticas,comerciales, industriales, oiciales y especialestributario son 0.409 L/s, 0.232 L/s, 0.005 L/s, 0.001L/s y 0.083 L/s respectivamente lo que da un caudal

    medio de aguas residuales de:

    En el diseo de la red de Prado Centro se utiliza laecuacin de Tchobanoglous del Numeral 5.2.6 dela norma:

    0.0733

    3.7

    MDI

    FQ

    =

    Ecuacin 4 - 10

    donde,F = Factor de Mayoracin (adimensional).Q

    MDI= Caudal medio diario de aguas residuales

    tributario a cada tramo (L/s).

    El actor de mayoracin del tramo T41 es:

    ( )79.3

    73.0

    7.37.3

    0733.00733.0===

    MDIQF Ecuacin

    4 - 11

    Luego, mayorando nicamente el caudal de aguasresiduales domsticas y adicionando el componentede aguas comerciales, industriales, oiciales yespeciales tributario a cada tramo de la red dealcantarillado se calcula el caudal mximo horariode aguas residuales de cada tramo.

    Para el Tramo T41 se muestra el procedimientode clculo antes mencionado haciendo uso de la

    Ecuacin 4-9, como muestra las ecuaciones 4-12y 4-13.

    QD

    = Caudal de aguas residuales domstico (m3/s).Q

    I= Caudal de aguas residuales industriales (m3/s).

    QC

    = Caudal de aguas residuales comerciales (m3/s).Q

    OF= Caudal de aguas residuales ociales (m3/s).

    Para cada tramo de la red de Prado Centro se calcula elcaudal medio diario por medio de la Ecuacin 4-7.

    0.409 0.232 0.005 0.001 0.083 0.730 /MDQ L s= + + + + = Ecuacin 4 - 8

    Al comparar este valor de caudal medio (0.730 L/s)con el caudal obtenido usando la dotacin promedio(0.698 L/s) se puede concluir que los dos caudalesson muy parecidos. Por esta razn cualquiera delas dos metodologas es viable para determinar loscaudales de agua residual, el uso de cada una deellas depende de la inormacin con que cuente eldiseador.

    4.7 CLCULO DEL CAUDAL MXIMOHORARIO

    El Numeral 5.2.5 de la norma indica que el caudalmximo horario de aguas residuales (Q

    MH), es la base

    para establecer el caudal de diseo de cada uno delos tramos que conorman una red de alcantarilladode aguas residuales. El caudal mximo horario delda de mximo consumo se calcula a partir delcaudal nal medio diario, utilizando un actor demayoracin, F, calculado con la Ecuacin 4-9.

    OFfCfifDfMHf QQQQFQ +++=Ecuacin

    4 - 9

    donde,

    QMH = Caudal mximo horario nal (m3/s).F = Factor de mayoracin (adimensional).Q

    D= Caudal de aguas residuales domstico nal (m3/s).

    QI

    = Caudal de aguas residuales industriales inal (m3/s).Q

    C= Caudal de aguas residuales comerciales inal (m3/s).

    QOF

    = Caudal de aguas residuales ociales nal (m3/s).

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    ( ) slslslslslQMHf /083.0/001.0/005.0/232.0/409.079.3 ++++= Ecuacin 4 - 12

    slQMHf /87.1= Ecuacin 4 - 13

    4.8 CLCULO DEL CAUDALPOR INFILTRACIN

    Para determinar los caudales por inltracin lo ideales realizar aoros en el sistema, en horas de mnimoconsumo de agua potable, tal como lo indica el Numeral5.2.3.6 de la norma. Debido a que no se cuenta con estainormacin para calcular el caudal por inltracin sehar uso del valor unitario de 0.04 m por milmetro de

    dimetro de la tubera por kilmetro de longitud por da(m/mm dimetrokmda)2 recomendado por la norma.

    Debido a que todava no se conocen los dimetrosde diseo, ue necesario estimar inicialmente elcaudal de inltracin con un valor de 0.2 L/s*ha,

    pINF Aha

    slQ =

    /2.0 Ecuacin 4 - 14

    donde,

    AP = rea tributaria propia del tramo en ha.Para estimar el caudal de inltracin del tramo T41,se tiene que su rea tributaria es de 0.77 hectreas,por lo tanto su caudal de inltracin ser:

    slhaha

    slQINF /154.077.0

    /2.0 == Ecuacin 4 - 15

    De igual modo se realiza el clculo para los tramosrestantes.

    4.9 CLCULO DEL CAUDAL DE AGUASRESIDUALES POR CONEXIONESERRADAS

    El caudal correspondiente a las conexiones erradasde una red de alcantarillado debe determinarse deacuerdo con el Numeral 5.2.3.5 de la norma. Para

    el caso de la red de Prado Centro este caudal no sedetermina debido a que se trata de un alcantarillado

    de aguas combinadas.

    4.10 CLCULO DEL CAUDAL DE DISEODE AGUA RESIDUAL

    Este caudal se obtiene de la suma del caudal mximohorario nal del da de mayor consumo de aguapotable, Q

    MH, ms los aportes de caudal de inltracin

    y caudal de aguas residuales por conexiones erradas,de acuerdo con la Ecuacin 4-16.

    CEfINFMHfDT QQQQ ++= Ecuacin 4 - 16

    donde,Q

    DT= Caudal de diseo para cada tramo (m3/s).

    QMH

    = Caudal mximo horario nal (m3/s).Q

    INF= Caudal por inltraciones (m3/s).

    QCE

    = Caudal por conexiones erradas nal (m3/s).

    Si el sistema de alcantarillado es solamente de aguaresidual, el caudal de diseo se debe determinar

    mediante la Ecuacin 4-16 y en caso de que seamenor a 1.5 L/s, se debe utilizar este valor comocaudal de diseo. Para sistemas de alcantarilladocombinado el caudal de diseo se establece en elNumeral 6.1.1 de esta Gua.

    Como ejemplo, el caudal de diseo de aguasresiduales para el rea tributaria del tramo T41 secalcula de la siguiente manera, como se muestraen la ecuacin 4-17

    En la Tabla 4-2 se muestran los caudales de aguaresidual de acuerdo con el tipo de contribucin yel caudal de diseo de aguas residuales de la redde Prado Centro.

    2Fuente: Gravity Sanitary Sewer Design and Construction, ASCEManuals And Reports On Engineering Practice N60, 1982.

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    Captulo 5 CAUDAL DE AGUASLLUVIAS

    Para la estimacin de los caudales de diseo de aguas

    lluvias el diseador deber utilizar el mtodo racionalsiempre y cuando el rea de drenaje sea menora 80 hectreas y se cumpla con las restriccionesexpresadas en el Numeral 6.2.4.1 de la norma. En estemtodo se determinan los caudales mximos a partirdel tiempo de concentracin del rea de drenaje yla relacin que ste tiene con dierentes perodos deretorno para estimar la intensidad media del eventode precipitacin de diseo. Adicionalmente, se tieneen cuenta un coeciente de escorrenta de acuerdo

    con el tipo de suelo y del uso que se le est dandoal mismo.

    Por medio de la Ecuacin 5-1 se puede calcular elcaudal mximo de aguas lluvias de acuerdo con elmtodo racional.

    CiAQ = Ecuacin 5 - 1

    donde,Q = Caudal mximo de aguas lluvias (L/s).C = Coeciente de escorrenta (adimensional).i = Intensidad de precipitacin (L/s/ha).A = rea tributaria (ha).

    El coeiciente de escorrenta tiene en cuenta elcoeciente de impermeabilidad que est relacionadocon el tipo de supercie del rea de drenaje, ademsde involucrar la pendiente promedio de la cuenca dedrenaje como se muestra en la Ecuacin 5-2.

    SIC *05.0*65.014.0 ++= Ecuacin 5 - 2

    donde,I = Coeciente de impermeabilidad (adimensional).S = Pendiente promedio del rea tributaria (m/m).

    El coeciente de impermeabilidad, I, es uncindel tipo del suelo de la cuenca, del grado de

    permeabilidad de la zona, de la pendiente delterreno y de todos aquellos otros actores quedeterminan qu parte de la precipitacin seconvierte en escorrenta. Tambin se deben tener encuenta las consideraciones expuestas en el Numeral

    6.2.7 de la norma.

    El diseador debe hacer uso de los coecientes deimpermeabilidad que se presentan en la Tabla 5-1.

    Tabla 5 1 Coefcientes de impermeabilidad

    Tipo de supercie I

    Cubiertas 0.90

    Pavimentos aslticos y supericies de

    concreto

    0.90

    Vas adoquinadas 0.85

    Zonas comerciales o industriales 0.90

    Residencial , con casas contiguas,predominio de zonas duras

    0.75

    Residencial multiamiliar, con bloquescontiguos y zonas duras entre stos

    0.75

    Residencial uniamiliar, con casas conti-guas y predominio de jardines

    0.60

    Residencial, con casas rodeadas de

    jardines o multiamiliares apreciablementeseparados

    0.45

    Residencial, con predominio de zonasverdes y parques-cementerios

    0.30

    Laderas sin vegetacin 0.60

    Laderas con vegetacin 0.30

    Parques recreacionales 0.30

    Para calcular la intensidad de la precipitacin es

    necesario determinar el tiempo de concentracin,el cual es uncin de los tiempos de entrada y detrnsito.

    Para el primer tramo, el tiempo de entradacorresponde al tiempo que toma el fujo supercialen viajar desde la parte ms alejada del reatributaria hasta el punto de entrada o hasta el

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    Figura 51: rea tributaria del tramo T1

    De acuerdo con el Captulo 3 y la Figura 5-1 las reastributarias que llegan al Tramo 1 son la 29, 30 y 32.Al realizar las mediciones en el plano se tiene que la

    longitud mxima de fujo de escorrenta superciales de 215.1 metros y que la pendiente promedio delrecorrido de esa lnea es de 8.9 %.

    Suponiendo una velocidad media de fujo en el TramoT1 de 5 m/s y sabiendo que la longitud del tramo esde 72.93 metros, el tiempo de recorrido es:

    - Paso 9. Con el valor del caudal (paso 7) y el dimetrodel tramo (paso 8), calcular la velocidad en el tramo ycomparar con el valor supuesto en el paso 1. Si estosvalores tienen una dierencia superior o igual al 1%,el proceso iterativo se vuelve a iniciar utilizando como

    velocidad la ltima calculada.

    Sin embargo, si el tiempo de concentracin mnimoen las cmaras iniciales es inerior a 3 minutos, sedebe adoptar como tiempo de concentracin 3minutos. Por otro lado, el tiempo de concentracinmximo debe ser 15 minutos.

    Para ilustrar el procedimiento antes descrito setomar como ejemplo dos tramos de la red de

    Prado Centro. El primero un arranque y el segundosu continuidad.

    En primer lugar se tiene el Tramo T1, la orma ycaractersticas del rea tributaria se presentan laFigura 5-1.

    min243.0560

    93.72=

    =t

    T Ecuacin 5 - 6

    Para determinar el tiempo de entrada se utiliza un coeciente de impermeabilidad de 0.75 correspondientea zonas residenciales multiamiliares con casas contiguas predominadas de zonas impermeables y losvalores de longitud y pendiente del rea tributaria establecidos antes, ecuacin 5-7.

    ( )min129.8

    089.0

    1.21575.01.1707.0

    3/1=

    =

    eT Ecuacin 5 - 7

    Entonces el tiempo de concentracin ser, como se muestra en la ecuacin 5-8.

    min372.8min129.8min243.0 =+=C

    T Ecuacin 5 - 8

    Como se mencion en el Numeral 3.1.2 el perodo de retorno que se debe utilizar en el diseo de la red dePrado Centro es de 10 aos. Para la estacin de la Planta Villa Hermosa la ecuacin que describe la curvaIDF para este perodo de retorno es:

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    34

    ( ) 9946.0(min)16

    1.3483)/(

    Tchmmi

    += Ecuacin 5 - 9

    Con la ecuacin de la curva IDF de la estacin Planta Villa Hermosa se calcula la intensidad promedio

    como:

    ( ) hasL

    hmmi/

    9.403/4.145372.816

    1.3483

    9946.0==

    += Ecuacin 5 - 10

    Se usa el actor 100/36 para convertir la intensidad expresada en mm/h a L/s/ha.

    El coeciente de escorrenta se calcula mediante la siguiente expresin:

    632.0089.0*05.075.0*65.014.0 =++=C Ecuacin 5 - 11

    El rea total de este tramo es de 1.97 hectreas de acuerdo con la Tabla 3-3, por lo tanto el caudal de agualluvia ser:

    ( ) ( ) Lhaha

    sLCiAQ /9.50297.1

    /9.403632.0 = == Ecuacin 5 - 12

    Para determinar la velocidad de fujo del tramo, primero se estable la proundidad normal de acuerdo conla siguiente expresin que relaciona el caudal que pasa por la tubera, bajo la condicin de fujo uniorme,como uncin de la rugosidad absoluta de la tubera, del radio hidrulico de la seccin transversal, de laviscosidad cinemtica del agua y de la pendiente del tramo.

    o

    s

    ogRSRR

    kgRSAQ

    84

    51.2

    8.14log82 10

    Ecuacin 5 - 13

    donde,Q = Caudal del fujo (m3/s).R = Radio hidrulico (m).A = rea mojada transversal (m2).S

    o

    = Pendiente longitudinal del tramo. = Viscosidad cinemtica (m2/s)

    Una vez se tiene la proundidad normal, la velocidad de fujo se calcula mediante las siguientes tresecuaciones:

    +=

    2/

    2/2

    d

    dyarcsen n Ecuacin 5 - 14

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    35

    ( )( ) Send

    A =8

    2

    Ecuacin 5 - 15

    A

    Q

    v=

    Ecuacin 5 - 16

    Para el caso especco del tramo 1 que tiene una pendiente de 6.18% se sigui el diagrama de fujo de diseoestablecido en el Numeral 6.1 requirindose una tubera de PVC de 16 de dimetro nominal (0.362 metros dedimetro interno). Utilizando la Ecuacin 5-13 se determina la proundidad normal como:

    ( ) ( )( ) ( ) ( )

    +

    =

    nnn

    nnyRyRyR

    * * *yRyA85.44

    1014.151.2

    8.14

    105.1log85.425029.0

    66

    10 Ecuacin 5 - 17

    Al resolver la ecuacin se obtiene una proundidad normal de 0.236 metros.

    Utilizando la Ecuacin 5-14, la Ecuacin 5-15 y la Ecuacin 4-15 se determina la velocidad de fujo como:

    radoarcsen 759.338.215181.0

    181.0236.02 =

    += Ecuacin 5 - 18

    ( )( )( ) 2

    2

    071.038.215759.38

    362.0mSenA == Ecuacin 5 - 19

    sm

    m

    sm

    v /08.7071.0

    /5029.02

    3

    == Ecuacin 5 - 20

    Tabla 52 Clculo del caudal de agua lluvia del tramo T1

    Velocidadsupuesta

    Tiempo derecorrido

    Tiempo deentrada

    Tiempo deconcentracin

    Intensidadmedia

    Caudal deagua lluvia

    Velocidadnal

    [ m/s ] [ min ] [ min ] [ min ] [ L/s/ha ] [ L/s ] [ m/s ]

    5.00 0.243 8.129 8.372 403.9 502.8 7.08

    7.08 0.172 8.129 8.300 405.1 504.3 7.06

    Teniendo en cuenta que la relacin entre el tiempo de trnsito asumido y el tiempo de trnsito nal, (tta/ t

    t), debe

    estar en un rango de 0.99 y 1.01, se procede a chequear con el valor obtenido al desarrollar la Ecuacin 5-20.

    Como la velocidad nal diere en un 29% con respecto a la velocidad supuesta, se debe reiniciar elprocedimiento antes descrito desde el paso 1. En la Tabla 5-2 se presenta el resumen de las iteracionesrealizadas para encontrar el caudal de agua lluvia del tramo 1.

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    37

    radoarcsen 462.333.198226.0

    226.0262.02 =

    += Ecuacin 5 - 27

    ( ) ( )( ) 22

    0964.033.198462.38452.0 mSenA == Ecuacin 5 - 28

    sm

    m

    sm

    v /72.60964.0

    /6476.0

    2

    3

    == Ecuacin 5 - 29

    Como la velocidad fnal difere en un 26% con respecto a la velocidad supuesta se debe reiniciar el

    procedimiento antes descrito. En la Tabla 5-3 se presenta el resumen de las iteraciones realizadas paraencontrar el caudal de agua lluvia del Tramo 2.

    Tabla 53 Clculo del caudal de agua lluvia del tramo T2

    Velocidadsupuesta

    Tiempo derecorrido

    Tiempo deentrada

    Tiempo de

    concentracinIntensidad

    mediaCaudal de

    agua lluviaVelocidad

    nal

    [ m/s ] [ min ] [ min ] [ min ] [ L/s/ha ] [ L/s ] [ m/s ]

    5.00 0.020 8.300 8.320 404.7 647.5 6.72

    6.72 0.015 8.300 8.315 404.8 647.6 6.72

    5.2 CAUDALES DE DISEO

    De la misma manera que se calcularon los caudales de agua lluvia de los Tramos 1 y 2 se procede adeterminar los caudales de agua lluvia de los dems tramos que conorman la red de Prado Centro. En laTabla 5-4 se presentan los caudales de agua lluvia de acuerdo con el procedimiento establecido en elnumeral anterior:

    Tabla 5 4 Caudales de diseo de aguas lluvias para la red de Prado Centro

    TramoQ

    LLU

    (m3/s)Tramo

    QLLU

    (m3/s)

    TramoQ

    LLU

    (m3/s)

    T1 0.503 T24 2.977 TA1 4.211

    T2 0.643 T25 3.027 TA2 4.218T3 0.728 T26 3.056 TA3 5.619

    T4 0.955 T27 0.112 TA4 5.775

    T5 1.181 T28 0.063 TA5 5.879

    T6 1.201 T29 0.118 TA6 6.022

    T7 1.343 T30 0.266 TA7 6.051

    T8 1.355 T31 0.066 TA8 6.192

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    TramoQ

    LLU

    (m3/s)Tramo

    QLLU

    (m3/s)

    TramoQ

    LLU

    (m3/s)

    T9 1.369 T32 0.254 TA9 6.405

    T10 1.689 T33 0.049 TA10 6.434

    T11 0.130 T34 0.186 TA11 6.434T12 0.041 T35 0.262 TA12 6.476

    T13 0.145 T36 0.445 TA13 6.564

    T14 0.145 T37 0.511 TA14 6.863

    T15 1.604 T38 0.511 TA15 6.863

    T16 1.792 T39 0.083 TA16 6.864

    T17 2.118 T40 0.136 TA17 6.860

    T18 2.388 T41 0.218 TA18 0.000

    T19 2.382 T43 0.041 TA19.1 6.860

    T20 2.518 T44 0.063 TA19.2 6.860T21 2.518 T45 0.137 TA20 0.056

    T22 2.938 T46 0.959 TA21 0.238

    T23 2.950 TA22 0.000

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    La inormacin especca de la zona del proyectoes la que le permite al diseador conocer lascaractersticas especiales de su modelo y tomarla decisin de incluir elementos especiales comoaliviaderos, estaciones de bombeo, cmaras de cada

    y/o dispositivos de almacenamiento.

    6.1 DISEO TRAMO A TRAMO

    La ecuacin que determina la capacidad de unatubera trabajando parcialmente llena de acuerdocon la norma es la que combina las ecuacionesde Darcy-Weisbach y Colebrook White y relacionael caudal que pasa por tal tubera bajo condicinde fujo uniorme como uncin de la rugosidad

    absoluta de la tubera, del radio hidrulico de laseccin transversal, de la viscosidad cinemtica delagua y de la pendiente longitudinal del trazado.

    Tales caractersticas de lujo deben compararsecon los parmetros correspondientes que rigenel diseo de la normativa aplicable a cada tipo dealcantarillado en particular; entre ellas se incluye laproundidad normal de fujo, la velocidad media, elporcentaje del caudal a tubo lleno, la proundidadhidrulica y el nmero de Froude. Adicionalmentese debe revisar que no se inrinjan restriccionesde diseo independientes a las hidrulicas, entreellas las condiciones geotcnicas las cuales estndirectamente relacionadas con la proundidad deexcavacin.

    Es posible representar el algoritmo iterativo que se rea-liza en el diseo de tramos de alcantarillado bajo fujouniorme en esquemas como el de la Figura 6 -1.

    Captulo 6 DISEO HIDRULICODE LA RED DE ALCANTARILLADO

    La norma establece un procedimiento de diseo

    que comprende el predimensionamiento de lastuberas de la red a travs de las ecuaciones defujo uniorme, la inclusin de prdidas menores enel diseo de cmaras de inspeccin y de cada, y lacomprobacin de la lnea de gradiente hidrulico yenerga total dentro de cada tramo de alcantarilladopara vericar sobrecargas y ormacin de resaltoshidrulicos.

    Antes de proceder con el diseo, el ingeniero

    diseador debe comprender y analizar la inormacindisponible sobre el sitio, usuarios, redes existentes,etc., con el n de modelar el sistema de la manerams coherente posible con las condiciones deoperacin del prototipo.

    +=

    s

    gRSRR

    kgRSAQ

    84

    51.2

    8.14log82 10

    Ecuacin 6 - 1

    donde,Q = Caudal del fujo (m3/s).k

    s= Rugosidad absoluta de la tubera (m).

    R = Radio hidrulico (m).A = rea mojada transversal (m2).S

    o= Pendiente longitudinal del tramo (m/m).

    = Viscosidad cinemtica (m2/s).

    La ecuacin anterior permite calcular el dimetromnimo necesario para alcanzar una capacidad de

    descarga igual o mayor que el caudal de diseoespecicado, cumpliendo a la vez con el criterio deproundidad mxima.

    Una vez se ha determinado el menor dimetro

    interno comercial del material escogido cuya

    capacidad iguale o exceda el caudal de diseo se

    deben establecer las caractersticas normales

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    Tabla 6 1 Caudales de diseo para sector prado

    TramoQ

    DISEO

    (m3/s)Tramo

    QDISEO

    (m3/s)

    TramoQ

    DISEO

    (m3/s)T1 0.508 T24 3.002 TA1 4.237

    T2 0.648 T25 3.053 TA2 4.256

    T3 0.734 T26 3.082 TA3 5.658

    T4 0.962 T27 0.113 TA4 5.815

    T5 1.189 T28 0.063 TA5 5.922

    T6 1.209 T29 0.119 TA6 6.065

    T7 1.352 T30 0.267 TA7 6.094

    T8 1.364 T31 0.066 TA8 6.235

    T9 1.378 T32 0.255 TA9 6.449

    T10 1.701 T33 0.049 TA10 6.478

    T11 0.131 T34 0.187 TA11 6.478T12 0.041 T35 0.263 TA12 6.521

    T13 0.145 T36 0.447 TA13 6.609

    T14 0.145 T37 0.513 TA14 6.910

    T15 1.622 T38 0.513 TA15 6.917

    T16 1.811 T39 0.083 TA16 6.918

    T17 2.138 T40 0.136 TA17 6.914

    T18 2.410 T41 0.220 TA18 0.054

    T19 2.404 T43 0.042 TA19.1 6.860

    T20 2.541 T44 0.064 TA19.2 6.860

    T21 2.541 T45 0.138 TA20 0.056T22 2.963 T46 0.966 TA21 0.239

    T23 2.975 TA22 0.013

    puedan ser utilizados en el diseo de la red dealcantarillado, teniendo en cuenta las limitacionesque pueda tener en la ase de construccin, comopor ejemplo longitud controlada.

    En el caso de las redes de alcantarillado de la ciudadde Medelln y de los municipios atendidos por EPM

    los materiales que comnmente se utilizan son PVC,GRP y Concreto; para estos tres materiales se debenseguir las especicaciones tcnicas descritas en lasnormas Incontec e internacionales que se relacionanen el Numeral 4.2.6 de la norma.

    La base de dimetros que se va a considerar para eldiseo es la que se presenta en la Tabla 6-2.

    Una vez se tiene la base de dimetros se procedea encontrar el dimetro de la tubera que permitatransportar el caudal de diseo establecido en loscaptulos anteriores.

    Tomando como ejemplo el diseo del Tramo TA17

    el cual tiene una longitud de 38.31 metros, unapendiente de 0.00143, un caudal de diseo de 6.914m3/s y en el que se utilizar GRP como material delas tuberas con un ks de 0.03 mm.

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    Tabla 62 Base de dimetros para el diseo

    Dimetro comercialDimetro real interno

    en PVCDimetro real interno

    en GRPDimetro real interno

    en Concreto

    10 0.227 m 0.250 m 0.250 m

    12 0.284 m 0.300 m 0.300 m14 - 0.350 m 0.350 m

    16 0.362 m 0.400 m 0.400 m

    18 0.407 m 0.450 m 0.450 m

    20 0.452 m 0.500 m 0.500 m

    24 0.595 m 0.600 m 0.600 m

    27 0.671 m 0.700 m 0.700 m

    30 0.747 m 0.800 m 0.800 m

    36 0.899 m 0.900 m 0.900 m

    40 - 1.000 m 1.000 m42 1.051 m - -

    44 - - 1.100 m

    48 1.203 m 1.200 m 1.200 m

    52 1.295 m - 1.300 m

    54 1.353 m - -

    56 - 1.400 m 1.400 m

    60 1.507 m - 1.500 m

    64 - 1.600 m 1.600 m

    68 - 1.700 m72 - 1.800 m 1.800 m

    El primer paso es escoger la relacin entre la proundidad de fujo y el dimetro de la tubera, que para estecaso el valor es de 0.70 porque el dimetro inicial (250 mm) a utilizar es menor de 500 mm; esta relacin seescoge de acuerdo con el Numeral 6.2.19 de la norma. Con esta relacin se determina el ngulo subtendidoentre el centro de la seccin transversal y los puntos de contacto entre la supercie libre y la circunerenciade la tubera, as:

    +=

    2/

    2/2

    d

    dyarcsen n

    radd

    ddarcsen 965.3

    2/

    2/7.02 =

    +=

    Ecuacin 6 - 2

    Calculado el ngulo antes descrito se procede a escoger el primer dimetro de la base de dimetros (0.250metros) para calcular las caractersticas geomtricas de la tubera como el rea, el permetro y el radiohidrulico como se muestra en las siguientes tres ecuaciones:

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    43/72

    Gua para el Diseo Hidrulico de Redes de Alcantarillado

    43

    ( )( ) Send

    A =8

    2

    ( )( )( ) 2

    2

    0367.0965.3965.3

    8

    25.0mSen

    mA ==

    Ecuacin 6 - 3

    dP

    2

    1=

    mmradP 496.025.0965.3

    2

    1= =

    Ecuacin 6 - 4

    P

    AR =

    m

    m

    mR 074.0

    496.0

    0367.02

    ==

    Ecuacin 6 - 5

    Con las caractersticas geomtricas de la tubera, la rugosidad, pendiente de la misma y la viscosidadcinemtica del agua se puede determinar el caudal que puede transportar esa tubera con una relacinde proundidad normal de 0.7 veces el dimetro, como:

    +=

    o

    s

    gRSRR

    kgRSAQ

    84

    51.2

    8.14log82 10

    smQ

    Q

    /026.0

    00143.0074.081.98074.04

    10*14.151.2

    074.08.14

    10*

    * * * * *

    *5.1log** * * * 00143.0074.081.980367.02

    3

    66

    10

    =

    +=

    Ecuacin 6 - 6

    Este caudal de 0.026 m3/s es menor que el caudal de diseo de 6.914 m3/s, por lo tanto se debe utilizarun dimetro mayor. Para los siguientes dimetros reales internos se realiz el mismo procedimiento hastaencontrar el dimetro que permita transportar el caudal de diseo. En la Tabla 6-3 se muestran los resultados.

    Una vez se ha determinado el dimetro de la tubera que puede transportar el caudal de diseo, se debeencontrar la proundidad normal de fujo para dicho caudal. En la Tabla 6-4 se presenta el resumen de losclculos realizados. Para determinar la proundidad normal de fujo correspondiente al caudal de diseo,se establece una proundidad normal inicial pequea y se va aumentando hasta encontrar la que corres-ponda al caudal de diseo. La octava columna se usa para la vericacin de la proundidad, cuando sepase de un No a un S esa es la proundidad normal de fujo que debe haber en la tubera para que sepueda transportar el caudal de diseo antes especicado.

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    44

    Tabla 63 Determinacin del dimetro de diseo

    D Y A P R Q Q > Q D(m) (m) (rad) (m2) (m) (m) (m3/s) (S / No)

    0.250 0.175 3.965 0.037 0.496 0.074 0.026 No

    0.300 0.210 3.965 0.053 0.595 0.089 0.042 No0.350 0.245 3.965 0.072 0.694 0.104 0.063 No

    0.400 0.280 3.965 0.094 0.793 0.118 0.090 No

    0.450 0.315 3.965 0.119 0.892 0.133 0.123 No

    0.500 0.400 4.429 0.168 1.107 0.152 0.190 No

    0.600 0.480 4.429 0.242 1.329 0.183 0.306 No

    0.700 0.560 4.429 0.330 1.550 0.213 0.460 No

    0.800 0.640 4.429 0.431 1.771 0.243 0.653 No

    0.900 0.720 4.429 0.546 1.993 0.274 0.890 No

    1.000 0.850 4.692 0.712 2.346 0.303 1.237 No1.200 1.020 4.692 1.025 2.815 0.364 1.994 No

    1.400 1.190 4.692 1.395 3.285 0.425 2.985 No

    1.600 1.360 4.692 1.822 3.754 0.485 4.233 No

    1.800 1.530 4.692 2.305 4.223 0.546 5.758 No

    2.000 1.700 4.692 2.846 4.692 0.607 7.581 Si

    Tabla 64 Determinacin de la proundidad normal de ujo para el dimetro seleccionado

    D Y A P R Q Q > Q D(m) (m) (rad) (m2) (m) (m) (m3/s) (m3/s)

    2.000 1.300 3.751 2.162 3.751 0.576 5.581 No

    2.000 1.350 3.857 2.256 3.857 0.585 5.879 No

    2.000 1.400 3.965 2.349 3.965 0.592 6.167 No

    2.000 1.450 4.075 2.439 4.075 0.599 6.446 No

    2.000 1.500 4.189 2.527 4.189 0.603 6.710 No

    2.000 1.520 4.235 2.562 4.235 0.605 6.812 No

    2.000 1.541 4.285 2.597 4.285 0.606 6.916 Si

    De la Tabla 6-4 se observa que el valor de proundidad normal es de 1.541 metros (y/D = 77.1 %).

    6.1.3 EVALUACIN DE CRITERIOS HIDRULICOS

    Una vez se ha determinado cul es el dimetro y la proundidad de fujo se procede a calcular las caracters-ticas hidrulicas del tramo para vericar si cumple con los criterios de velocidad mnima, esuerzo cortantemnimo, nmero de Froude y relacin y/D.

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    Gua para el Diseo Hidrulico de Redes de Alcantarillado

    45

    En primer lugar se determina el nmero de Froude para vericar que el tramo no trabaje en fujo cuasicrtico;de lo contrario es necesario variar la pendiente a n de solucionar este inconveniente. Para determinar elnmero de Froude se debe calcular el ancho supercial y el rea de la seccin transversal, utilizando lassiguientes ecuaciones:

    =2

    SendT

    m

    radSenmT 682.1

    2

    285.40.2 ==

    Ecuacin 6 - 7

    ( )( ) Send

    A =8

    2

    ( ) ( )( ) 22

    597.2285.4285.48

    0.2mSen

    mA ==

    Ecuacin 6 - 8

    T

    AgA

    QFr=

    684.0

    682.1

    597.2

    /81.9597.2

    /914.6

    2

    22

    3

    ==

    m

    m

    smm

    smFr

    Ecuacin 6 - 9

    Como el nmero de Froude no se encuentra entre el rango de 0.7 a 1.5 no hay problema por fujo cuasicrtico; porlo tanto el rgimen de fujo en este tramo ser fujo subcrtico porque el nmero de Froude es menor de 1.

    Luego se debe evaluar la velocidad de fujo para vericar si se encuentra en el rango permitido por norma.La velocidad se calcula como:

    smm

    sm

    A

    Qv /66.2

    597.2

    /914.6

    2

    3

    === Ecuacin 6 - 10

    Las condiciones de velocidad en este tramo son las adecuadas de acuerdo con las especicaciones descritasen el Numeral 2.3.2 de esta gua.

    Por ltimo se evala el esuerzo cortante para saber si el tramo cumple con el criterio de autolimpieza, paralo cual se utilizan las siguientes rmulas:

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    46/72

    Gua para el Diseo Hidrulico de Redes de Alcantarillado

    46

    =

    SendR 1

    4

    ( )m

    rad

    radSenmR 606.0

    285.4

    285.41

    4

    0.2==

    Ecuacin 6 - 11

    RS =

    Pammkgsm 5.800143.0606.0/1000/81.9 32 = =Ecuacin 6 - 12

    Como el valor del esuerzo cortante es mayor de 3 pascales el tramo diseado cumple con el criteriode autolimpieza.

    6.1.4 DISEO DE LA REDDe manera similar se calcula el dimetro de cada una de los tramos que componen la red de alcantarillado dePrado Centro, como se muestra en las siguientes dos tablas 6-5 y 6-6. En cada uno de los diseos se deben vericarlos criterios de velocidad mnima, esuerzo cortante mnimo, mnima proundidad de excavacin y rgimen de fujo.

    Tabla 65 Caractersticas topolgicas de la red de Prado Centro

    Tramo Longitud Pendiente Rugosidad Caudal de

    diseoDimetro

    Proundidadnormal

    - (m) (-) (mm) (m3/s) (m) (m)

    T1 72.93 0.0618 0.0015 0.507 0.362 0.236T2 6.01 0.0466 0.0015 0.648 0.452 0.260

    T3 92.25 0.0841 0.0015 0.734 0.452 0.230

    T4 7.75 0.0439 0.0015 0.962 0.595 0.286

    T5 66.25 0.1428 0.0015 1.188 0.595 0.225

    T6 18.81 0.1318 0.0015 1.209 0.595 0.232

    T7 17.58 0.0421 0.0015 1.352 0.595 0.359

    T8 17.62 0.0471 0.0015 1.364 0.595 0.347

    T9 20.52 0.0463 0.0015 1.378 0.595 0.351

    T10 62.93 0.0399 0.0015 1.701 0.595 0.433T11 91.52 0.0140 0.6000 0.131 0.350 0.208

    T12 23.51 0.0106 0.0015 0.041 0.284 0.106

    T13 58.21 0.0309 0.6000 0.145 0.300 0.191

    T14 10.05 0.0308 0.6000 0.145 0.300 0.192

    T15 5.62 0.0872 0.0015 1.622 0.595 0.314

    T16 92.32 0.1022 0.0015 1.811 0.595 0.319

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    Gua para el Diseo Hidrulico de Redes de Alcantarillado

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    Tramo Longitud Pendiente Rugosidad Caudal de

    diseoDimetro

    Proundidadnormal

    T17 90.79 0.0865 0.0015 2.138 0.595 0.377

    T18 93.73 0.0775 0.0015 2.410 0.595 0.431

    T19 3.99 0.0501 0.0015 2.404 0.671 0.455T20 80.72 0.0348 0.0015 2.541 0.747 0.496

    T21 8.67 0.0346 0.0015 2.541 0.747 0.497

    T22 34.79 0.0776 0.0015 2.963 0.747 0.412

    T23 18.84 0.0690 0.0015 2.975 0.747 0.430

    T24 18.77 0.1214 0.0015 3.002 0.747 0.358

    T25 3.57 0.0476 0.0015 3.053 0.747 0.501

    T26 44.53 0.0631 0.0015 3.082 0.747 0.454

    T27 89.87 0.0847 0.6000 0.113 0.250 0.133

    T28 42.88 0.0219 0.6000 0.063 0.250 0.142T29 28.65 0.0143 0.6000 0.118 0.350 0.193

    T30 93.62 0.0228 0.6000 0.267 0.400 0.257

    T31 35.67 0.0241 0.6000 0.066 0.250 0.142

    T32 94.42 0.0207 0.6000 0.255 0.400 0.257

    T33 58.95 0.1620 0.6000 0.049 0.250 0.069

    T34 6.08 0.0444 0.6000 0.187 0.300 0.201

    T35 88.49 0.0867 0.0015 0.263 0.362 0.141

    T36 53.52 0.0807 0.0015 0.447 0.362 0.197

    T37 59.05 0.0853 0.0015 0.513 0.362 0.211T38 11.71 0.0863 0.0015 0.513 0.362 0.211

    T39 39.86 0.0361 0.6000 0.083 0.250 0.144

    T40 43.67 0.0066 0.0015 0.136 0.362 0.220

    T41 153.15 0.0181 0.6000 0.220 0.400 0.243

    T43 37.78 0.0289 0.6000 0.042 0.250 0.102

    T44 19.75 0.0790 0.6000 0.064 0.250 0.096

    T45 82.99 0.0316 0.6000 0.138 0.300 0.184

    T46 93.54 0.0917 0.0015 0.966 0.452 0.266

    TA1 3.15 0.0222 0.0015 4.237 1.051 0.632TA2 18.15 0.0430 0.0015 4.256 1.051 0.508

    TA3 10.84 0.0351 0.0015 5.658 1.051 0.652

    TA4 113.62 0.0252 0.0015 5.815 1.051 0.758

    TA5 58.88 0.0160 0.0015 5.922 1.203 0.810

    TA6 89.71 0.0159 0.0015 6.065 1.203 0.825

    TA7 10.77 0.0158 0.0015 6.094 1.203 0.831

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    Tramo Longitud Pendiente Rugosidad Caudal de

    diseoDimetro

    Proundidadnormal

    TA8 107.06 0.0175 0.0015 6.235 1.203 0.812

    TA9 50.12 0.0184 0.0015 6.449 1.203 0.816

    TA10 43.46 0.0189 0.0015 6.478 1.203 0.810TA11 11.95 0.0176 0.0015 6.478 1.203 0.833

    TA12 36.15 0.0191 0.0015 6.520 1.203 0.810

    TA13 105.20 0.0194 0.0015 6.609 1.203 0.813

    TA14 87.73 0.0092 0.0015 6.909 1.353 1.018

    TA15 105.29 0.0101 0.0015 6.917 1.353 0.980

    TA16 98.81 0.0104 0.0015 6.918 1.353 0.966

    TA17 38.31 0.0014 0.0300 6.914 2.000 1.536

    TA18 9.66 0.0724 0.6000 0.054 0.250 0.090

    TA19.1 16.33 0.0061 0.0300 6.860 2.000 0.915TA19.2 37.31 0.0043 0.0300 6.860 2.000 1.022

    TA20 12.04 0.2043 0.0015 0.056 0.284 0.053

    TA21 20.91 0.1188 0.0015 0.239 0.284 0.136

    TA22 3.92 0.1811 0.6000 0.013 0.250 0.034

    Tabla 66 Caractersticas geomtricas de las tuberas de la red de Prado Centro

    Tramo Y/D Velocidad Esuerzocortante

    Nmero deFroude

    Rgimen defujo

    - - (m/s) (Pa) - -T1 0.65 7.152 63.33 5.04 Supercrtico

    T2 0.58 6.778 56.12 4.68 Supercrtico

    T3 0.51 8.935 94.34 6.69 Supercrtico

    T4 0.48 7.286 62.41 4.94 Supercrtico

    T5 0.38 12.357 171.05 9.66 Supercrtico

    T6 0.39 12.059 161.59 9.26 Supercrtico

    T7 0.60 7.714 68.38 4.49 Supercrtico

    T8 0.58 8.108 75.20 4.84 Supercrtico

    T9 0.59 8.080 74.36 4.78 SupercrticoT10 0.73 7.850 69.74 3.92 Supercrtico

    T11 0.59 2.207 13.25 1.70 Supercrtico

    T12 0.37 1.898 6.04 2.16 Supercrtico

    T13 0.64 3.060 25.99 2.41 Supercrtico

    T14 0.64 3.042 25.97 2.38 Supercrtico

    T15 0.53 10.906 131.48 6.96 Supercrtico

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    Tramo Y/D Velocidad Esuerzocortante

    Nmero deFroude

    Rgimen defujo

    T16 0.54 11.941 155.68 7.54 Supercrtico

    T17 0.63 11.519 143.78 6.46 Supercrtico

    T18 0.72 11.178 135.27 5.61 SupercrticoT19 0.68 9.409 96.58 4.70 Supercrtico

    T20 0.66 8.225 74.15 3.97 Supercrtico

    T21 0.67 8.206 73.80 3.95 Supercrtico

    T22 0.55 11.958 150.86 6.61 Supercrtico

    T23 0.58 11.394 137.35 6.12 Supercrtico

    T24 0.48 14.468 216.43 8.76 Supercrtico

    T25 0.67 9.771 101.87 4.68 Supercrtico

    T26 0.61 11.057 129.20 5.71 Supercrtico

    T27 0.53 4.274 53.83 4.19 SupercrticoT28 0.57 2.206 14.47 2.07 Supercrtico

    T29 0.55 2.185 13.02 1.77 Supercrtico

    T30 0.64 3.129 25.60 2.12 Supercrtico

    T31 0.57 2.312 15.92 2.17 Supercrtico

    T32 0.64 2.992 23.24 2.02 Supercrtico

    T33 0.28 4.416 63.75 6.32 Supercrtico

    T34 0.67 3.710 38.13 2.80 Supercrtico

    T35 0.39 7.116 64.55 7.02 Supercrtico

    T36 0.54 7.819 75.39 6.27 SupercrticoT37 0.58 8.259 82.84 6.32 Supercrtico

    T38 0.58 8.259 83.75 6.32 Supercrtico

    T39 0.57 2.857 24.04 2.66 Supercrtico

    T40 0.61 2.087 6.58 1.55 Supercrtico

    T41 0.61 2.754 19.83 1.94 Supercrtico

    T43 0.41 2.229 15.33 2.58 Supercrtico

    T44 0.39 3.652 40.40 4.35 Supercrtico

    T45 0.61 3.041 26.08 2.46 Supercrtico

    T46 0.59 9.827 111.85 6.67 SupercrticoTA1 0.60 7.770 63.72 3.41 Supercrtico

    TA2 0.48 10.237 108.44 5.20 Supercrtico

    TA3 0.62 10.000 102.02 4.29 Supercrtico

    TA4 0.72 8.675 77.58 3.28 Supercrtico

    TA5 0.67 7.279 55.05 2.74 Supercrtico

    TA6 0.69 7.304 55.33 2.70 Supercrtico

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    6.2.1 DETERMINACIN DEL DIMETRO DELAS CMARAS

    De acuerdo con el Numeral 8.3.2.2 de la norma eldimetro interno de las cmaras de inspeccin sedebe determinar teniendo en cuenta que no existaintererencia entre los tramos de entrada y de salidaa la cmara.

    A manera de ejemplo se determinar el dimetrointerno de la Cmara C165, Figura 6-2.

    El dimetro interno de la cmara se calcula mediantela siguiente ecuacin:

    ( )2/=Cos

    DD sp Ecuacin 6 - 13

    donde,D

    p= Dimetro interno real de la estructura de

    conexin (m).D

    s= Dimetro externo real de la tubera de salida (m).

    = ngulo de interseccin entre los tramos (Grados).

    Tramo Y/D Velocidad Esuerzocortante

    Nmero deFroude

    Rgimen defujo

    TA7 0.69 7.280 54.94 2.68 Supercrtico

    TA8 0.67 7.643 60.28 2.87 Supercrtico

    TA9 0.68 7.862 63.47 2.94 SupercrticoTA10 0.67 7.963 65.06 2.99 Supercrtico

    TA11 0.69 7.719 61.19 2.84 Supercrtico

    TA12 0.67 8.015 65.81 3.01 Supercrtico

    TA13 0.68 8.091 66.95 3.03 Supercrtico

    TA14 0.75 5.954 37.00 1.91 Supercrtico

    TA15 0.72 6.202 39.98 2.06 Supercrtico

    TA16 0.71 6.299 41.24 2.12 Supercrtico

    TA17 0.77 2.671 8.53 0.69 Subcrtico

    TA18 0.36 3.394 35.29 4.20 SupercrticoTA19.1 0.46 4.896 28.32 1.86 Supercrtico

    TA19.2 0.51 4.248 21.33 1.51 Supercrtico

    TA20 0.19 6.834 64.96 11.31 Supercrtico

    TA21 0.48 7.955 80.64 7.80 Supercrtico

    TA22 0.14 3.287 38.20 6.81 Supercrtico

    6.2 DISEO DE CMARAS

    Todas las consideraciones de diseo que se deben

    tener en cuenta para el diseo de estructurasde conexin y complementarias en sistemas dealcantarillados se encuentran establecidas en elCaptulo 8 de las Normas de Diseo de Redes deAlcantarillado de EPM.

    El tipo de empalme o conexin que debe hacerseentre dos tramos depende del rgimen de fujopresente. Cuando existe la presencia de dos o mstramos de llegada a las cmaras de conexin esnecesario establecer aquel que se comporta como

    el hidrulicamente dominante en el diseo de laestructura, segn el Numeral 8.3.6.1 de la normateniendo en cuenta alguno de los siguientes trescriterios:

    - Conducto con menor ngulo de defexin- Conducto con mayor altura de velocidad- Conducto con mayor valor resultante al multiplicar

    el caudal por la velocidad

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    Figura 62: Vista en planta de la Cmara C165.

    Al incorporar los valores de la cmara C165 en laEcuacin 6-13 se obtiene el siguiente dimetrointerno de la cmara:

    ( )m

    Cos

    mDp 703.1

    "21'0345

    203.1=

    = Ecuacin 6 - 14

    Los dimetros comercialmente usados son: 1.20 m,1.50 m y 2.00 m, razn por la cual el valor del dime-tro obtenido al desarrollar la Ecuacin 6-14 se deberedondear a un dimetro estndar, por lo tanto eldimetro de la cmara C165 ser de 2.0 metros.

    Tabla 6 7 Inormacin necesaria para el clculo de empalme de la cmara C165A

    Tramo IDS

    (%)D

    (m)Q

    (m3/s)Yn(m)

    V(m/s) Froude Rgimen Defexin

    Entrada TA9 0.12 1.203 2.10 0.96 2.16 0.69 Subcrtico4

    Salida TA10 0.10 1.203 2.25 1.02 2.19 0.64 Subcrtico

    El empate por lnea de energa establece la siguiente suposicin:

    mp

    m

    hEEH

    gvyE

    gvyE

    hEE

    +=

    +=+=

    +=

    12

    2

    222

    2

    111

    21

    2;

    2 Ecuacin 6 - 15

    donde,H

    p= Cada de ondo en la estructura de conexin y/o inspeccin (m).

    v1

    = Velocidad en el tramo de entrada (m/s).

    6.2.2 DISEO DE CMARAS DE UNINSUBCRTICA

    El Numeral 8.3.6.2 de la norma, indica lascondiciones para calcular las uniones entre tramos

    que operan bajo rgimen subcrtico. En este casopuede aplicarse un empalme por lnea de energay las prdidas menores pueden calcularse concualquiera de los tres mtodos permitidos en lanorma:

    Estndar AASHTO HEC 22

    Para el empleo de estos tres mtodos se debe tenerun rgimen subcrtico en los tramos de entrada y desalida de la cmara a disear. En la red de Prado existesolamente un tramo con lujo subcrtico (TA17)por lo tanto no se podra realizar el diseo de unacmara de unin subcrtica. A manera de ejemplose utilizarn datos hipotticos para ilustrar este tipode clculo con la cmara C165A, cuya inormacinde entrada se muestra en la Tabla 6-7:

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    E1

    = Energa especca en el tramo de entrada (m).E

    2= Energa especca en el tramo de salida (m).

    hm

    = Prdidas menores en la estructura de conexiny/o inspeccin (m).

    v2

    = Velocidad en el tramo de salida (m/s).

    y1

    = Proundidad el fujo en de el tramo de entrada (m).

    y2

    = Proundidad el fujo en el tramo de salida (m).

    Figura 63 Criterio de empate de lnea de energa en una cmara

    Para la cmara C165A el componente de prdidas menores hm

    , se determina a partir de la metodologaestndar. En este caso el dimetro de entrada es igual al dimetro de salida en los tramos y la defexin esde 4, por lo tanto se cumplen las recomendaciones del Numeral 8.3.6.2 de la norma en lo que correspondeal mtodo mencionado.

    El coeciente Km es obtenido de la Tabla 8-2 de la norma donde se presenta un coeciente de prdidaspara cmaras con un tramo de entrada sin cauela. Este coeciente vara desde 0.5 para defexin de 0hasta 0.8 para defexin de 90; utilizando interpolacin se encuentra el coeciente de prdida para 4correspondiente a un valor de 0.513.

    Tabla 82 de la norma: Coefcientes de prdidas menores Mtodo Estndar

    Descripcin de la cmara Coeciente de prdida Km

    Tramo nico de entrada, sin cauela, = 0 0.5

    1 tramo de entrada, sin cauela = 90 0.8

    2 tramos entrantes, ngulo entre ellos mayor que90

    0.9

    3 o ms tramos entrantes 1.0

    donde, = ngulo de defexin entre el tramo de entrada y el tramo de salida de la cmara (grados).

    El clculo de la prdida menor se eecta multiplicando la altura de velocidad del tramo de salida por elcoeciente de prdida obtenido de la siguiente manera:

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    =

    g

    vKh mm

    2

    2

    2

    Ecuacin 6 - 16

    donde,

    hm = Prdidas menores en la cmara de inspecciny/o conexin (m).

    El paso siguiente dentro del diseo de la cmara subcrtica es determinar la cada de ondo de laestructura:

    2 1p m

    H E E h= + Ecuacin 6 - 18

    m

    g

    vyE 198.1

    81.92

    )16.2(96.0

    2

    22

    111 =

    +=+= Ecuacin 6 - 19

    mg

    vyE 264.1

    81.92

    )19.2(02.1

    2

    22

    222 =

    +=+= Ecuacin 6 - 20

    mmmmHp 191.0125.0198.1264.1 =+= Ecuacin 6 - 21

    Por lo tanto en la cmara C165A se debe dejar una

    cada de 0.19 metros.6.2.3 DISEO DE CMARAS DE UNIN

    SUPERCRTICAS

    Para el diseo de cmaras de unin con rgimende fujo supercrtico en las tuberas de entrada ysalida se debe estimar el valor de la mxima cadaque se puede colocar en la cmara. Dejando unacada inerior a la establecida y cumpliendo conunas relaciones de proundidad en las tuberasde entrada a la cmara de inspeccin se pueden

    evitar problemas de fujo transicional y prdida decapacidad estructural.

    En las cmaras de inspeccin con rgimende lujo supercrtico se pueden presentar tresconiguraciones dependiendo del nmero detramos que entran a la cmara y de los ngulos dedefexin de los mismos.

    Km

    = Coeciente de prdidas menores (adimensional).V

    2= Velocidad en el conducto de salida (m/s).

    Reemplazando en la Ecuacin 6-16 se obtiene:

    mhm 125.081.92

    19.2

    513.0

    2

    =

    = Ecuacin 6 - 17

    La primera coniguracin corresponde a la que

    tiene una sola entrada con un ngulo de defexinmenor a 10 grados (Conguracin de fujo directo),la segunda coniguracin corresponde a la quetiene una sola entrada pero el ngulo de defexines mayor de 10 grados (Conguracin de cambio dedireccin) y la tercera conguracin corresponde ala que tiene ms de una entrada (Conguracin deunin). En la Figura 6-4 se presenta el esquema deuna cmara supercrtica con conguracin de fujodirecto.

    Para ilustrar el ejemplo de diseo de cmaras deunin en condiciones supercrticas se analizar unacmara que tenga conguracin de fujo directo.Para este caso se utilizar la Cmara C68 cuyosdatos de entrada requeridos por la metodologase encuentran en la Tabla 6-8, los cuales han sidotomados de los resultados del diseo bajo fujouniorme.

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    Figura 64 Esquema de cada de ondo en cmaras supercrticas de ujo directo

    Tabla 68 Inormacin necesaria para el clculo de empalme de la cmara C165A

    Cmara Tramo de entrada Tramo de salidaDimetro de

    salida (m)y/d de entrada

    C68 T23 T24 0.747 0.58

    Inicialmente se debe determinar el actor de capacidad de la cmara (Fc). De acuerdo con la metodologade Hager y Gisonni4 Fc se calcula mediante la siguiente expresin:

    ( ) 75.0/7.0/3.176.14

    7.0/2

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    Figura 65: Cmara de cada con tubera externa.

    disea para separar las aguas combinadas y entregarel caudal de aguas residuales al colector Oriental y elcaudal de aguas lluvias al ro Medelln. El diseo serealiza segn el Numeral 8.6.7 de la norma.

    El diseo del aliviadero consiste en determinar lascotas en las que debe instalarse el tramo de entrada(aguas combinadas) y los tramos de salida (aguasresiduales y lluvias), para que bajo las condicionesde operacin se distribuyan los caudales estimadosen el diseo.

    El Tramo TA18 que descarga al interceptor Oriental,tiene un dimetro interno de 300 mm y debe

    descargar un caudal de aguas residuales de 80 L/s (*).Para este caso el diseador debe utilizar la Ecuacin6-25, ya que corresponde a la expresin manejadapara dimensionar oricios.

    0.5(2 )dQ C A gH = Ecuacin 6 - 25

    donde,

    Q= Caudal de descarga a travs del oricio (m3/s).CA

    = Coeciente de descarga (-).A = rea de la seccin transversal interna de la

    tubera (m2).H = Proundidad de lmina de agua por encima del

    oricio (m).g = Aceleracin de la gravedad (m/s2).

    *(Este caudal corresponde al obtenido al correr el modelohidrulico).

    6.2.4 DISEO DE CMARA DE CADA

    Como se