SUBGERENCIA DE AGUAS RESIDUALESAREAS RECOLECCION AGUAS RESIDUALES

PARÁMETROS Y CRITERIOS DE DISEÑO PARA ELCÁLCULO DE ALCANTARILLADOS

VERSIÓN 5

1.1 ALCANCE.

Este documento basado en las anteriores versiones 3 y 4, fue revisado en Septiembre de 2003, por las Áreas Recolección Aguas Residuales Sur, Centro y Norte, con el fin actualizar los parámetros de diseño de acuerdo con la normatividad vigente y aplica para todos aquellos diseños de alcantarillado que se inicien a partir del 30 de septiembre de 2003, fecha de aprobación de este documento y para aquellos diseños aprobados anteriormente a esta fecha y que requieran ser actualizados o sometidos a una nueva aprobación, por tener una vigencia mayor de dos (2) años. .

1.2 APLICABILIDAD DE LAS NORMAS DE DISEÑO DE ALCANTARILLADO DE LAS EMPRESAS PÚBLICAS DE MEDELLÍN.

Los parámetros, criterios y métodos que no se mencionan en el presente documento deben evaluarse de acuerdo con las "Normas de Diseño Acueducto, Alcantarillado, Vertimientos Industriales" de las Empresas Públicas de Medellín, edición diciembre de 1990, y que en adelante en este documento se denominará Las Normas.

1.3 ALCANTARILLADO DE AGUAS RESIDUALES.

1.3.1 PERÍODO DE DISEÑO: Se diseñará para las condiciones de saturación de población y con la capacidad hidráulica para atender las condiciones estimadas para el año de contrucción

1.3.2 CONTRIBUCIONES: Para la población de saturación se tendrán en cuenta las siguientes contribuciones:

1.3.2.1 CONTRIBUCIONES DOMÉSTICAS: El caudal promedio se obtendrá por el método de dotación. El caudal promedio de aguas residuales de tipo doméstico para un área dada, se evaluará por la ecuación:

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p

r o vq C C DEcuación

86400

1

Donde:

qP: Caudal promedio de aguas residuales domésticas, (l/s.ha)Cr: Coeficiente de retorno, igual a 0,85.Co: Consumos residenciales reales del área de interés (l/viv.día).Dv: Densidad máxima para el área de interés ( viv/ha).

El caudal promedio de las áreas con diferentes características deberá acumularse para obtener el valor promedio del caudal de aguas residuales de tipo doméstico en un punto determinado de la red.

Los valores de los diferentes parámetros utilizados en la ecuación 1 se describen a continuación:

a. Densidad (Dv): Será definida para cada barrio según el Plan de Ordenamiento Territorial (POT) del municipio correspondiente.

Para aquellas zonas cuya densidad no esté definida por el Plan de Ordenamiento Territorial en términos de viviendas por hectárea esta deberá calcularse de acuerdo con los índices de ocupación y construcción definidos por el POT, considerando las particularidades del tipo de vivienda de la zona, de acuerdo con los estratos socioeconómicos que allí predominen. El estudio realizado y las propuestas acerca de las densidades a utilizar deberán presentarse por el interesado para aprobación por parte de Las Empresas.

b. Coeficiente de retorno (Cr): Se utilizará un coeficiente de retorno de 0,85.

c. Consumos residenciales (Co): Los consumos residenciales reales serán los definidos por Planeación Aguas de las Empresas Públicas de Medellín de acuerdo con la tabla No 1“Dotación Sistema Total con perdidas” del año 2001 para los diferentes años y estratos socioeconómicos en l/viv.día.

Si se considera el comportamiento histórico decreciente de los consumos residenciales se diseñará para el año en que se tenga programada la construcción de las redes Los consumos así definidos ya tienen involucrada la corrección por submedición en los micro medidores.

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Tabla No 1.

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d. Barrios: Se utilizará la división de barrios y comunas definidas por las oficinas de Planeación Municipal de cada Municipio.

e. Estratificación: Para definir el estrato socioeconómico del área de influencia del proyecto, se consultará con la oficina de Planeación del Municipio respectivo.

Cuando más de un 75% de las instalaciones de un barrio o sector se encuentren en un estrato, se tomará el valor de consumo correspondiente a dicho estrato como valor de diseño. Cuando esto no se cumpla se efectuará una ponderación entre los consumos de los estratos más representativos, o se adoptará el consumo correspondiente a uno de los estratos, seleccionado con criterio conservador y de acuerdo con las características del área y su posible desarrollo futuro.

El interesado deberá presentar previo al inicio de los diseños definitivos para aprobación de Las Empresas Públicas de Medellín E. S. P., un plano en el que se muestre la división de barrios o sectores utilizando códigos de colores para indicar la estratificación y los consumos adoptados para cada uno de ellos. También se deberán justificar los valores adoptados por el interesado en casos especiales.

1.3.2.2 CONTRIBUCIONES COMERCIAL (Cc) E INDUSTRIAL (Ci): La contribución comercial e industrial promedio, correspondiente a establecimientos e industrias con bajos consumos de agua en su proceso productivo, localizadas en sectores de tipo residencial, se considerará incluida en el consumo residencial de acueducto de ese sector y por lo tanto no se tendrá en cuenta por otros conceptos.

En casos especiales, tales como Grandes Industrias (con consumo mensual promedio superior a 400 ), Centros Comerciales, Centros Hospitalarios, de Educación, de Recreación, Administrativos, etc. se evaluará la contribución de estos consumos puntuales de acuerdo con los datos que sobre consumo de acueducto suministren los Equipos de Investigación y Control de la Subgerencia de Aguas Residuales de Las Empresas., o de conformidad con los diseños definitivos para proyectos nuevos. El caudal de diseño será igual al valor del consumo de acueducto promedio. Este consumo deberá incluir las fuentes propias y las suministradas por Las Empresas.

Para sectores donde el uso del suelo sea principalmente comercial e industrial, sin aportes puntuales significativos, previo concepto de Las Empresas, podrá utilizarse el método de contribución media utilizando 1,2 l/s.ha de contribución o definir este valor de acuerdo con el análisis de los consumos de acueducto solicitados por Las Empresas. Esta contribución se aplicará al área bruta del sector sin afectarla por ningún factor de capacidad adicional.

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En los sectores de uso de suelo mixto (ejemplo multifamiliar - comercial) como en el Centro de Medellín se utilizará un valor resultante de aplicar uno de los métodos siguientes: El de dotación con los valores de densidad y de consumo más altos correspondientes a las áreas adyacentes al sector o el de contribución media autorizada para el sector comercial o industrial estudiado o los valores resultantes de las investigaciones realizadas por El Interesado. En todos los casos se requiere la aprobación previa de Las Empresas.

En el plano de áreas tributarias que entregará El Intersado deberán especificarse las áreas y contribuciones comerciales, industriales e institucionales adoptadas.

1.3.2.3 CONTRIBUCIÓN POR INFILTRACIÓN (Cin): Para tener en cuenta las infiltraciones que se producen a través de las cámaras de inspección, a través de uniones y aún a través del cuerpo mismo de algunos tubos, es aconsejable utilizar una contribución mínima por infiltración definida por la gráfica 1 en función del área¹; el valor de infiltración varía entre 0,1 l/s.ha (8,75 m³/día.ha) y 0,024 l/s.ha (2,06 m³/día.ha) según la siguiente expresión:

40 5 500010 1 42356 0 3

86 42,

( , , log )

,/ . ( )ha A ha I

A

l s ha Ecuación

Donde:

A: Área (ha).I: Tasa de infiltración (l/s.ha).

GRÁFICA 11

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1.3.2.4 CONTRIBUCIÓN POR CONEXIONES ERRADAS (CE): Se tomará un valor de 0,2 l/s.ha para diseños de alcantarillados separados. En el diseño de interceptores no se considerarán conexiones erradas pero se tendrá que diseñar una estructura de alivio de aguas lluvias (incluyendo CE) antes de conectar cualquier red o colector al interceptor. En la hoja de cálculo de alcantarillados separados deberá aparecer el caudal de conexiones erradas considerado en cada tramo.

1.4.3 FACTOR DE CAPACIDAD: El factor de capacidad para obtener el caudal de diseño (caudal pico) de la contribución residual, se calculará mediante la siguiente expresión:

FP

PF EcuaciónC C

18

4139 4 3

1 2

1 2 , ( )

Donde:

Fc: Factor de capacidad, adimensional.P: Población, en miles de habitantes.

Nota: Límite inferior ecuación de G.M. Fair y J. Geyer recomendado por la ASCE - WPCF (1982).

El factor de capacidad sólo se aplicará al caudal promedio de aguas residuales de tipo doméstico.

¹Tomado del Wastewater Engineering. Collection and Pumping of Wastewater. Metcalf-Eddy 1985Para el cálculo de la población se utilizará el valor de densidad de cada barrio o sector y la densidad por vivienda.

1.3.4 POBLACIÓN: Para el cálculo de la población se utilizará además de la densidad máxima para el área de interés, Dv, expresada en viviendas/Ha y

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definida en el numeral 1.3.2.1, la densidad por vivienda (hab/viv) para las condiciones de saturación según el estrato socioeconómico, de acuerdo con lo indicado en la tabla 2.

TABLA 2 DENSIDAD POR VIVENDA (hab/viv)

Fuentes de informaciónHabitantes por vivienda Global Área Metropolitana:Documento "Proyecciones de Población y Viviendas en el Área Metropolitana del Valle de Aburrá.1985 - 2015". Documento 9 - 788. Unidad Planeación Desarrollo.

Habitantes por vivienda de acuerdo al estrato socioeconómico en el Valle de Aburrá:"Notas sobre análisis de la Encuesta de población y Viviendas del Valle de Aburrá, 1991". Medellín Urbano. Unidad de Planeación de Desarrollo.

1.3.5 CAUDAL DE DISEÑO POR DOTACIÓN:

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Donde:

ABR: Área bruta residual (ha).

AI: Área industrial (ha).

qD: Caudal de diseño (l/s).

qP: Contribución media de aguas residuales de tipo doméstico (l/s.ha).

CC: Contribución media comercial adoptada (l/s.ha).

CI: Contribución media industrial adoptada (l/s.ha).

qIP: Caudal industrial puntual (l/s).

qCP: Caudal comercial puntual (l/s).

AC Área comercial (ha)

i: Tramos que aportan caudal al tramo a diseñar (tramo n)

CIN: Contribución por infiltración (l/s.ha).

CE: Contribución por conexiones erradas (l/s.ha).

AB: Área bruta o área total tributaria (ha).

AN: Área neta o área real construida (ha).

FC: Factor de capacidad (adimensional).

El caudal de diseño mínimo será de 1,5 l/s; cuando el caudal de diseño calculado sea menor que este valor se empleará 1,5 l/s como caudal de diseño.

1.4 CAUDAL DE AGUAS LLUVIAS.

La determinación del caudal de aguas lluvias para el diseño de redes de alcantarillado de aguas lluvias, combinadas y aliviaderos se regirá por los procedimientos establecidos en el numeral 1.4. de Las Normas y las observaciones que se enuncian a continuación:

1.4.1 TIEMPO DE CONCENTRACIÓN Y TRÁNSITO EN REDES EXISTENTES: El tiempo de concentración no será en ningún caso inferior a tres minutos, ni el tiempo de entrada en arranques superior a 20 minutos.

Para el cálculo del tiempo de tránsito de redes existentes que descargan a las redes proyectadas, donde se carece de la información necesaria para el cálculo

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exacto del tiempo de recorrido, el interesado deberá proponer una metodología simplificada para estimarlo.

1.4.2 COEFICIENTE DE IMPERMEABILIDAD: Teniendo en cuenta que el coeficiente de impermeabilidad afecta considerablemente el Coeficiente de Escorrentía C (véase ecuación en el numeral 1.4.2.2 de Las Normas) se utilizará un valor de la impermeabilidad (I) variable según las características del área propia para el diseño de una red o colector y para estimar el caudal de aguas lluvias en redes existentes.

Para el cálculo del tiempo de entrada se tendrá en cuenta el posible desarrollo de cada área y los valores de I se tomarán para todo caso del cuadro No. 1 de Las Normas.

1.5.3 COEFICIENTE DE ESCORRENTÍA: Para su determinación se utilizará la ecuación de Shaake, Geyer y Krapp como se muestra en el numeral 1.4.2.2 de Las Normas.

Para su cálculo se tendrá en cuenta el Coeficiente de Impermeabilidad como se indicó anteriormente y la pendiente promedio del área tributaria.

La influencia de esta última en la ecuación para el cálculo del Coeficiente de Escorrentía es despreciable. Se podrá determinar una pendiente única para el área de drenaje a la red ya sea para la estimación del caudal de aguas lluvias en redes existentes, o para el cálculo detallado de una red o colector por diseñar.

El diseño deberá hacerse acumulando los valores de Ci * Ai propios de los

tramos.

1.4.4 INTENSIDAD DE PRECIPITACIÓN: Para su cálculo se seguirá con el mismo procedimiento descrito en el numeral 1.4.2.3 de las Normas.

El interesado podrá proponer un período de retorno mayor, sustentado en un análisis de sensibilidad, para zonas críticas en las que se requiera minimizar el riesgo por inundaciones. El período de retorno de la lluvía será de 5 años para áreas tributarias menores de 10 Ha. Para áreas mayores de 10 Ha se utilizará un período de retorno de 10 años.

1.5 DIMENSIONAMIENTO DE LA TUBERÍA.

Para el dimensionamiento de las tuberías se asumirá la existencia de flujo uniforme, el cual se calculará para el caudal de diseño utilizando la ecuación de Manning y considerando la variación del coeficiente de rugosidad (n) con la profundidad del flujo para secciones circulares.

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Para este cálculo se utilizarán las gráficas, tablas o ecuaciones verificadas correspondientes a las relaciones hidráulicas para conductos de sección circular y variación de n con la profundidad relativa de flujo.

1.5.1 COEFICIENTE DE RUGOSIDAD: Para los cálculos se utilizarán los coeficientes de rugosidad a tubo lleno (n0) de la tabla 3, dependiendo del tipo de material.

TABLA 3COEFICIENTE DE MANNING PARA

FLUJO A TUBO LLENO

MATERIAL n0

Tubos de PVC o material plástico. 0,009Tubos de gres o vitrificado. 0,013Tubos de concreto. 0,013Tubos de fibra de vidrio 0,009

1.6 DIÁMETROS.

El diámetro mínimo nominal para redes de alcantarillado de aguas residuales será de 200 mm.

El diámetro mínimo nominal para redes de alcantarillado de aguas lluvias o combinadas será de 250 mm.

En los diseños se utilizarán los siguientes diámetros nominales de tubería:

200mm-250mm-300mm-350mm-400mm-450mm-500mm-600mm-700mm-800mm-900mm-1.000mm-1.100mm-1.200mm-1.300mm-1.400mm y así sucesivamente de 100 en 100.

Para la selección del diámetro de la tubería se deberá cumplir la siguiente relación:

QD/Q < 0,85

Donde:

QD:Caudal de diseño ( l/s).

Q: Caudal a tubo lleno ( l/s).

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En general no se permitirá descargar una tubería a otra de menor diámetro. Sin embargo, se podrá admitir esta situación cuando la tubería a la cual se descarga cumpla conjunta y simultáneamente los siguientes requisitos:

- Diámetro mayor o igual a 600 mm.- QD/Q < 0,85.

La energía del flujo en la tubería que se descarga, deberá ser suficiente para que no se presente un control hidráulico por flujo crítico o por orificio en la entrada a la tubería, remansos o desbordamientos de flujo.

Para diámetros mayores o iguales a 600 mm, se utilizará tubería reforzada.

1.7. VELOCIDADES MÍNIMA Y MÁXIMA REALES.

La velocidad mínima real será de 0,50 m/s para alcantarillado de aguas residuales y de aguas combinadas cuando sólo transportan las aguas residuales. Será de 0,75 m/s para alcantarillado de aguas lluvias y aguas combinadas. En aquellos casos donde por las condiciones topográficas no seá posible alcanzar estas velocidades mínimas, se verificará que el esfuerzo tractivo sea mayor o igual a 0,15 kgf/m2 para aguas residuales y mayor o igual a 0,35 kgf/m2 para aguas lluvias y combinadas:

T = 1000 x R x P

Donde:

T: Esfuerzo tractivo (kgf/m2)R: Radio hidráulico(m)P: Pendiente, en decimales

La velocidad máxima real será 5,0 m/s tanto para redes de aguas residuales como de aguas lluvias. En redes de aguas lluvias cuando se requiera superar este límite se deberá utilizar tubería de PVC se deberá presentar una simulación hidráulica donde se garantice la estabilidad, durabilidad y funcionamiento hidráulico adecuado de la red. En ningún caso la velocidad podrá superar los 10 m/s y a partir de 5 mt se deberá presentar una alternativa de protección de las paredes de las cámaras para evitar su deterioro.

1.8 OTRAS CONSIDERACIONES.

1.8.1 ANCLAJES POR PENDIENTE: Para terrenos inestables y con pendientes mayores del 30% deberá chequearse la estabilidad de la tubería al deslizamiento y diseñar anclajes por pendiente donde se requiera.

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1.8.2 CIMENTACIONES: Deberá diseñarse de acuerdo con las condiciones de instalación de la tubería (zanja, terraplén, etc.), la carga real de tráfico (vehicular o peatonal), el tipo de suelo y la clase de la tubería. También se deberán diseñar las cimentaciones requeridas en los cruces con estructuras especiales como: ferrocarril, metro, etc.

1.8.3 ENTIBADOS: Deberá diseñarse el entibado según el tipo de suelo y la profundidad de excavación.

1.8.4 DISEÑO DE CÁMARAS DE INSPECCIÓN: El diámetro interior, para cámaras de inspección construidas para redes con diámetros ,menores de 600mm, será de 1,20m, esto con el fin de permitir el manejo de varillas y demás elementos de limpieza.

Para redes de diámetro entre 600mm hasta 1.100mm, inclusive, el diámetro interior de la cámara será de 1,50m. De igual manera para redes de 1.200mm ó más , el diámetro interior de la cámara será de 2,00m, esto con el fín de permitir el empleo de los equipos de limpieza

1.8.5 CÁMARAS DE CAÍDA: Todas las tuberías que lleguen a una estructura de conexión, con una diferencia mayor de 0,75m con respecto a la batea de la tubería de salida, deberán entregar a la cámara de inspección mediante una cámara de caída.

El diámetro de la tubería del bajante será del mismo diámetro de la tubería de entrada, pero en ningún caso menor de 200mm.

Si la tubería de entrada tiene un diámetro mayor de 900mm, en lugar de tubo de caída debe diseñarse una transición escalonada entre la tubería y la cámara de inspección.

2. DOCUMENTOS DE REFERENCIA.

- Parámetros y criterios de diseño para el cálculo de alcantarillados versión 3 .

- Parámetros y criterios de diseño para el cálculo de alcantarillados versión 4.

- RAS 2000.

2. Utilización de diámetros comerciales.

El ICONTEC definió los diámetros que se deben fabricar comercialmente en tuberías para alcantarillado. Es necesario que todas las personas que tengan que ver con proyectos tanto de La Empresa como de particulares hagan cumplir esta Norma.

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Los diámetros nominales definidos por el ICONTEC son los siguientes:

Para tuberías de diámetros entre 100 mm y 500 mm se utilizarán dimensiones de 50 mm en 50 mm, es decir: 100, 150, 200, 250, 300, 350, 400, 450, 500.

Para tuberías de diámetros mayores de 500 mm se utilizarán dimensiones de 100 mm en 100 mm, es decir: 500, 600, 700, 800, 900, 1000, 1100, etc.

3. Normas Icontec y ASTM para tuberías de PVC aceptadas por las Empresas en los proyectos ejecutados directamente o a través de particulares pero cuyas redes son recibidas para su operación y mantenimiento.

En las Normas y Especificaciones Generales de Construcción, NEGC, de las Empresas en el capítulo 8, especificación 803, aparece la normatividad asociada a las tuberías de PVC, en las que aparecen las siguientes: Normas NTC 369,1748, 2697, 2795 y 3358Normas ASTM D 2122, D 2321, D 3034, D 3212, F 477, F 679, F 794.

Adicionalmente a estas son aceptadas tuberías fabricadas bajo las normas Icontec NTC 3722 - 1 y NTC 5070 aprobadas en el Comité de Redes y Normas de la Subgerencia de aguas Residuales.

En conclusión, solamente son aceptadas en las Empresas Públicas de Medellín, tuberías de PVC fabricadas con cualquiera de las Normas anteriores.

4. Normas para el diseño de Redes de Alcantarillado.

Se adoptan como Normas únicas para el diseño de redes de alcantarillado, las establecidas en las “Normas de Diseño para Redes de Acueducto y Alcantarillado y Vertimientos Industriales” edición de 1990, complementadas con “Parámetros y criterios de diseño para el cálculo de alcantarillados, versión 5”, que recopila las versiones 3 y 4 y las disposiciones del RAS 2000.

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