PROYECTO DE APLICACIÓN EN TEMATICAS DE INGENIERIAS …

PROYECTO DE APLICACIÓN EN TEMATICAS DE INGENIERIAS DISEÑO DE ALCANTARILLADO SANITARIO Y PLUVIAL PARA EL BARRIO RUBÍ

DE VILLAVICENCIO, META

Por: Andrés David Calderón Burgos

Paula Andrea Velasco Daza

FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL

UNIVERSIDAD SANTO TOMÁS VILLAVICENCIO

2020

https://co.creativecommons.org/?page_id=13

DISEÑO DE ALCANTARILLADO SANITARIO Y PLUVIAL PARA EL BARRIO RUBÍ DE VILLAVICENCIO, META

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PROYECTO DE APLICACIÓN EN TEMATICAS DE INGENIERIAS DISEÑO DE ALCANTARILLADO SANITARIO Y PLUVIAL PARA EL BARRIO

RUBÍ DE VILLAVICENCIO, META

Por:

Andrés David Calderón Burgos Paula Andrea Velasco Daza

Documento final presentado como opción de grado para optar al título profesional de ingeniero civil

Aprobado por: Ing. Mónica Yineth Lara Pérez

Director

FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL UNIVERSIDAD SANTO TOMÁS

VILLAVICENCIO 2020


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AUTORIDADES ACADÉMICAS

Fray José Gabriel Mesa Ángulo, O.P. Rector General

Fray Eduardo González Gil, O.P. Vicerrector Académico General

Fray José Antonio Balaguera Cepeda, O.P. Rector Sede Villavicencio

Fray Rodrigo García Jara, O.P. Vicerrector Académico Sede Villavicencio

Julieth Andrea Sierra Tobón Secretaria de División Sede Villavicencio

Ing. Manuel Eduardo Herrera Pabón Decano Facultad de Ingeniería Civil


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AGRADECIMIENTOS

Basado en nuestra fe y creencias agradecemos a Dios primeramente por proporcionarnos la vida y cualidades las cuales nos permitieron el desarrollo no solo de nuestra formación académica sino de este proyecto. De igual manera nos permitimos agradecer a nuestras madres Uldeny Burgos y Blanca Daza por su inagotable esfuerzo, dedicación y apoyo en esta trayectoria, a nuestros padres Oscar Calderon y Álvaro Velasco por su sacrificio y dedicación incansable. Y sin más agradecemos a la facultad de Ingeniería civil, docentes y todo el plantel educativo de la Universidad Santo Tomas, por dedicar esfuerzos y una adecuada instrucción y formación hacia nuestro camino como profesionales.


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RESUMEN

El barrio el Rubí se encuentra ubicado en el municipio de Villavicencio, Meta actualmente no cuenta con ningún sistema de alcantarillado, lo cual deja a la comunidad del Rubí en situaciones precarias en cuanto a temas de salubridad y desencadenó de diferentes riesgos en la salud de los mismos. Por lo tanto, los habitantes de esta población han visto viabilidad en la construcción de sus propios pozos con el fin de suplir esta necesidad de primera mano y mitigar el problema. Sin embargo, estos no se encuentran bien diseñados y por ende se saturan. A consecuencia de las problemáticas mencionadas se buscó dar solución con un sistema de alcantarillado separado, el cual busca prevenir que surjan afectaciones tanto de salubridad como ambientales. Las aguas residuales como las pluviales serán transportadas por medio de tuberías circulares en PVC con un periodo de diseño de 25 años. Dentro de la elaboración del diseño de sistema de alcantarillado se priorizo a la población que se pretende beneficiar (5230 habitantes), esta muestra fue obtenida mediante un censo realizado por los autores del proyecto (información incluida en el anexo B). Junto a esto se hizo el levantamiento topográfico con la ayuda de los documentos suministrados por el instituto geográfico Agustín Codazzi (IGAC), dicho material se obtuvo vía digital (shapefile), por consiguiente, una vez obtenidos los documentos con la colaboración de ARCGIS se georreferenciaron y en la etapa final se generó tal superficie del barrio El Rubí en el programa Civil 3D. Una vez obtenida esta información, se procedió a analizar el punto de evacuación de nuestro caudal, el cual se sitúa en la vía principal de la localidad anteriormente mencionada; de dicha operación se logró un sistema de alcantarillado tipo abanico. Los cálculos anteriormente mencionados se hicieron teniendo en cuenta los requisitos mínimos propuestos en el saneamiento básico RAS2000 y en la resolución 0330. Palabras Clave: alcantarillado pluvial, alcantarillado sanitario, pozos, aguas negras, enfermedades, ambiental, bombas, topografía, tubos, caudal.


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ABSTRACT The Rubí neighborhood is located in the municipality of Villavicencio, Meta currently does not have any sewage system, which leaves the Rubí community in precarious situations regarding health issues and triggered different health risks for the themselves. Therefore, the inhabitants of this population have seen viability in the construction of their own wells in order to supply this need first hand and mitigate the problem. However, these are not well designed and therefore saturated. As a result of the aforementioned problems, we sought to provide a solution with a separate sewerage system, which seeks to prevent the emergence of both health and environmental problems. Wastewater such as rainwater will be transported through circular PVC pipes with a design period of 25 years. Within the elaboration of the sewer system design, the population that is intended to benefit (5230 inhabitants) was prioritized, this sample was obtained through a census carried out by the authors of the project (information included in annex B). Along with this, the topographic survey was made with the help of the documents provided by the geographic institute Agustín Codazzi (IGAC), this material was obtained digitally (shapefile), therefore, once the documents were obtained with the collaboration of ARCGIS, they were georeferenced and in the final stage such area of the El Rubí neighborhood was generated in the Civil 3D program. Once this information was obtained, we proceeded to analyze the evacuation point of our flow, which is located on the main road of the aforementioned town; from this operation a fan type sewerage system was achieved. The aforementioned calculations were made taking into account the minimum requirements proposed in the basic sanitation RAS2000 and in resolution 0330. Key Words: storm sewer, sanitary sewer, wells, sewage, diseases, environmental, pumps, topography, pipes, flow.


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TABLA DE CONTENIDO 1. INTRODUCCIÓN ........................................................................................ 10 2. FORMULACIÓN DEL PROBLEMA ............................................................ 11 3. JUSTIFICACIÓN ......................................................................................... 12 4. OBJETIVOS ................................................................................................ 13

4.1 OBJETIVO GENERAL ................................................................................ 13 4.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ....................................................................... 13 5. ALCANCE ................................................................................................... 14 6. MARCO DE REFERENCIA ........................................................................ 15 6.1 MARCO TEÓRICO ..................................................................................... 15

6.1.1 Sistemas de alcantarillado. ...................................................................... 15 6.1.4 Sistema en abanico .................................................................................. 18

6.1.5 Unión de colectores.................................................................................. 19 6.1.6 Parámetros alcantarillados: ...................................................................... 19 6.2 MARCO CONCEPTUAL ............................................................................. 22 6.3 ESTADO DEL ARTE................................................................................... 23

6.4 MARCO NORMATIVO ................................................................................ 26 6.5 MARCO GEOGRÁFICO ............................................................................. 27 7. METODOLOGÍA ......................................................................................... 29

7.1. DESCRIPCIÓN DE ETAPAS O TAREAS ..................................................... 29 7.2. POBLACIÓN, MUESTRAS, VARIABLES E INSTRUMENTOS DE

RECOLECCIÓN DE DATOS. ..................................................................... 30 8. ANÁLISIS DE RESULTADOS .................................................................... 32 8.1 ALCANTARILLADO SANITARIO ................................................................ 32

8.1.1. Resumen de resultados ........................................................................... 40

8.2. ALCANTARILLADO PLUVIAL .................................................................... 40 8.1.2. Resumen de resultados ........................................................................... 55 9. CONCLUSIONES Y TRABAJOS FUTUROS .............................................. 56

9.1. CONCLUSIONES ........................................................................................... 56 10. TRABAJOS FUTUROS ............................................................................... 56

11. REFERENCIAS .......................................................................................... 57 12. ANEXOS ..................................................................................................... 59


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LISTA DE TABLAS

Tabla 6.1-1 Profundidad de instalación de las tuberías en el sistema..................................... 19 Tabla 6.1-2 Periodos de retorno .................................................................................... 20 Tabla 6.4-1 Marco Normativo ........................................................................................ 26 Tabla 8.1-1.Dotación neta ............................................................................................ 33 Tabla 8.1-2Datos de la población................................................................................... 33 Tabla 8.1-3Aporte de infiltración en redes de sistemas de recolección y evacuación de aguas

residuales ................................................................................................................. 35 Tabla 8.1-4 Aporte de infiltración en redes de sistemas de recolección .................................. 36 Tabla 8.1-5 Cálculos del Diseño de sistema de alcantarillado Sanitario .................................. 39 Tabla 8.2-1. Periodos de retornos o grados de protección. .................................................. 41 Tabla 8.2-2. Periodos de retornos o grados de protección. .................................................. 42 Tabla 8.2-3. Diseño de sumideros .................................................................................. 46 Tabla 8.2-4. Diseño de conexiones sumideros a pozos ...................................................... 50 Tabla 8.2-5. Diseño de colectores .................................................................................. 54


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TABLA DE ILUSTRACIONES

Ilustración 6.1-1. Alcantarillado sanitario ......................................................................... 15 Ilustración 6.1-2.Alcantarillado Pluvial ............................................................................. 16 Ilustración 6.1-3.Colectores .......................................................................................... 17 Ilustración 6.1-4.cámara aliviadero de la red de alcantarillado .............................................. 17 Ilustración 6.1-5. planta del pozo de inspección sin cambio de dirección para diámetros de salida

menor de 36” ............................................................................................................ 18 Ilustración 6.1-6.: sistema en abanico ............................................................................. 19 Ilustración 6.5-1.Mapa satelital de la ciudad de Villavicencio, Meta ....................................... 27 Ilustración 6.5-2.: Mapa satélite del barrio el Rubí.............................................................. 28 Ilustración 7.2-1.encuesta realizada al barrio Rubí............................................................. 31 Ilustración 8.1-1. Salida de Campo................................................................................. 32 Ilustración 8.2-2.Eficiencia de la rejilla Vs pendiente longitudinal. ......................................... 44 Ilustración 8.2-1.Eficiencia de la rejilla Vs pendiente longitudinal. ......................................... 44 Ilustración 11-1: Curvas de Nivel del Barrio el Rubí ........................................................... 59 Ilustración 11-2: Estadística del tipo de vivienda de los habitantes del sector del Rubi ............... 60 Ilustración 11-3: Estadísticas de la disposición de excretas de los hogares del barrio el Rubí Fuente:

Autores .................................................................................................................... 61 Ilustración 11-4: Estadística del tiempo de entrega del recibo del agua en el barrio el Rubí Fuente:

Autores .................................................................................................................... 62 Ilustración 11-6: Estadística de la cantidad de personas que habitan en los hogares del barrio el Rubí

Fuente: Autores ......................................................................................................... 63 Ilustración 11-7: Estadística de la edad de los habitantes del barrio el Rubí ............................ 64 Ilustración 11-8: Diseño de rejillas. ................................................................................. 65


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1. INTRODUCCIÓN

El presente documento es el resultado del diseño de un sistema de alcantarillado realizado para la localidad del barrio El Rubí, ya que el mismo carece de dicho sistema y pone en riesgo la salud de sus habitantes. Este proyecto se pudo llevar a cabo aplicando los distintos conocimientos adquiridos en la Universidad a lo largo de la carrera. Los sistemas de alcantarillado son vitales para el desarrollo de una comunidad, estos permiten disminuir diferentes factores de riesgo biológico al mantener un buen estado en cuanto a temas de salubridad. Por tal motivo se decidió realizar el diseño de un sistema de alcantarillado separado, ya que este se adapta a las condiciones observadas en el barrio el Rubí, actualmente ubicado en la ciudad de Villavicencio, Meta. La finalidad de este trabajo y del diseño realizado consistió en desarrollar una pieza clave para el mejoramiento de la calidad de vida y así mismo cumplió con los diferentes parámetros establecidos por la normativa. El proyecto está elaborado de tal forma que se pueda entender fácilmente el procedimiento que se utilizó para la elaboración del diseño de alcantarillado sanitario y pluvial; con el fin de desarrollar una presentación impecable, de fácil acceso y comprensible para el lector. El desarrollo del proyecto se dio teniendo en cuenta las diferentes observaciones y falencias encontradas en el barrio el Rubí, algunas de ellas se presentan por causas de carácter tanto social como de un bajo déficit en infraestructura, así mismo para nosotros fue vital poder desarrollar tal diseño, ya que actualmente esta localidad esta acentuada a orillas del paso del Rio Ocoa. El diseño del sistema de alcantarillado realizado nos hizo fijar el propósito de preservar y mejorar la calidad del mismo afluente hídrico y de reducir los diferentes impactos negativos presentes por la inexistencia del mismo desde la formación de este barrio. Con este trabajo se pretende obtener más habilidades y destrezas dentro del desarrollo de nuestra vida como profesionales, por otro lado se espera que con proyectos como este puedan venir futuras propuestas que pongan en uso tales diseños como el que fue elaborado.


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2. FORMULACIÓN DEL PROBLEMA El Rubí, siendo uno de las tantas localidades formadas bajo la ilegalidad en Villavicencio (invasión) y actualmente reconocido como un barrio, no cuenta con un sistema de alcantarillado pluvial y residual desde su formación en el año 2009, a pesar de que la Ley 142 de 1994 establece que se debe garantizar la calidad del servicio de acueducto y alcantarillado. Al día, la no existencia de tal sistema causa diversos malestares entre la comunidad y pone en riesgo la salud de los mismos, viéndose afectados negativamente, puesto que en épocas de verano los vertimientos de aguas residuales emiten un fuerte olor en las calles y por ende ocasiona enfermedades como zika, Chikungunya y dengue, debido a la proliferación de zancudos en la zona [1]. Y en épocas de invierno se ven perjudicados a causa de que no cuentan con un sistema de alcantarillado pluvial, ocasionando inundaciones hasta el punto de tener que evacuar sus viviendas.


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3. JUSTIFICACIÓN Una de las grandes dificultades que tiene el municipio de Villavicencio es el número de barrios que fueron formados bajo la ilegalidad, a esto se le suma los riesgos de carácter sanitario que genera el no contar con un sistema de alcantarillado, por tal motivo se dio la creación de este proyecto que buscaba la solución de los distintos problemas que acarrea la no existencia del mismo. Para los habitantes del sector que se tomó en cuenta para la elaboración del diseño de alcantarillado, la carencia de este, genero molestias, enfermedades y contaminación por muchísimo tiempo. Ahora, dentro de los conocimientos adquiridos y llevados a la práctica, el diseño de un sistema de alcantarillado previene una de las grandes falencias que presentaba El barrio el Rubí, al presentar diferentes inundaciones con materiales fecales y demás tipos de contaminantes que salían a las diferentes vías de acceso y transito libre dentro de la localidad, por ello fue de vital importancia crear y adecuar un sistema de alcantarillado separado para garantizar la sostenibilidad tanto ambiental como social. Este barrio presenta diferentes falencias; en la situación a mejorar, los habitantes tenían que recurrir a alternativas caseras y demás las cuales no eran sustentables y agravaban la complejidad del problema. Este sistema de alcantarillado el cual es indispensable para el transporte de aguas residenciales y pluviales; fue adoptado a la localidad del Rubí, por ello el presente proyecto de grado denominado “Diseño de alcantarillado sanitario y pluvial para el barrio Rubí de Villavicencio, Meta” toma la responsabilidad de mejorar las condiciones de vida de la población del barrio ya mencionado y eliminar todas las incertidumbres que ha causado la carencia de este sistema. Del mismo modo se tuvieron en cuenta los parámetros de diseño propuestos en la normativa de saneamiento básico RAS2000 y en la resolución 0330 para tener un excelente funcionamiento en el alcantarillado. Mediante este diseño, las condiciones de vida, mejoran ya que se garantiza lo anteriormente mencionado, de igual manera es importante que este tipo de sistemas sean llevados a cabo, no solo en barrios de formación ilegal como El Rubí sino en las demás localidades similares a este. Este barrio ha crecido su nivel poblacional desde el 2009 que se formó, por ello es sin duda el factor mas importante para llevar a cabo el desarrollo del diseño, ya que a medida que crece la población, aumentan los desperdicios de ella y deben ser tratados y esto se logra bajo lo propuesto en este proyecto.


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4. OBJETIVOS 4.1 OBJETIVO GENERAL Diseñar un sistema de alcantarillado separado para el barrio Rubí de Villavicencio, Meta, cumpliendo con lo establecido en el reglamento técnico del sector de agua potable y saneamiento básico RAS 2000 título D y sus modificaciones establecidas en la resolución 0330 de 2017, con el propósito de dar solución a la problemática que afronta esta población. 4.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS

● Desarrollar el estudio hidrológico, aplicando un modelo lluvia-escorrentía, útil para la determinación de los caudales de diseño del sistema de alcantarillado pluvial.

● Identificar los usos del suelo existentes en el área de estudio, por medio de observación en campo.

● Formular la propuesta de trazado del sistema de alcantarillado, que de la solución más conveniente a la problemática.

● Evaluar los diseños de la red de alcantarillado pluvial y doméstico desarrollado, mediante la modelación de los mismos en EPA SWMM, para validar los parámetros normativos mínimos.


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5. ALCANCE Bajo los lineamientos del proyecto se realiza el diseño de un sistema de alcantarillado separado para el barrio El Rubí categorizado como un espacio suburbano ubicado en Villavicencio, Meta; A partir de lo anterior se han definido los siguientes entregables como producto final, indicadores y resultados esperados:

● Estudios topográficos, hidrológicos. ● Caracterización de la demografía social de la zona de estudio. ● Planos del diseño de alcantarillado separado. ● Memorias de cálculo.

Todos los entregables serán elaborados bajo la normativa legal vigente inherente a todas las actividades ejecutadas durante el desarrollo del proyecto.


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6. MARCO DE REFERENCIA 6.1 MARCO TEÓRICO

6.1.1 Sistemas de alcantarillado.

Existen dos sistemas de alcantarillado, convencionales y no convencionales. Los convencionales han sido más utilizados ya que son sistemas que se caracterizan por tener tuberías con grandes diámetros los cuales le proporcionan gran flexibilidad en la operación del sistema.

Los sistemas no convencionales son una solución de saneamiento básico para comunidades de recursos económicos limitados.

Sistemas de alcantarillado convencionales se clasifican según el agua que conduzcan:

● Alcantarillado separado, es aquel en el cual se separa la evacuación de aguas residuales y lluvias. Se tiene entonces: Alcantarillado sanitario y alcantarillado pluvial.

● Alcantarillado sanitario, es aquel que recoge y transporta las aguas residuales generadas por las actividades diarias en cada hogar o vivienda.

Fuente: A. Bod. (2018, Sep 21). [online]. Available: https://co.grundfos.com/service-support/encyclopedia-search/sewer-system.html

• Alcantarillado pluvial, es un sistema encargado a la recolección de las aguas lluvia, el cual se sitúa en lugares estratégicos para una correcta captación de lluvia. Este tipo de alcantarillado puede tener como finalidad desaguar dichas precipitaciones de la superficie [2]

Ilustración 6.1-1. Alcantarillado sanitario

https://co.grundfos.com/service-support/encyclopedia-search/sewer-system.html

https://co.grundfos.com/service-support/encyclopedia-search/sewer-system.html


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Fuente: U. Herrera. (2018, Jun 22) [online] Available: http://www.estibaus.info/?p=9230

6.1.2 Otros elementos del alcantarillado

Los caudales ocasionados por la edificación deben ser evacuados a la red pública de alcantarillado, a esto se le llama acometida. Esta debe ser independiente para cada edificación, a menos de que sea una zona privada la cual se pueden realizar varias conexiones domiciliarias para así evacuar las aguas en una sola acometida. En el caso del barrio el Rubí que se van a encontrar redes separadas para aguas residuales y aguas lluvias por ende se recomienda que el ultimo tubo de la acometida de alcantarillado debe estar pintado de color negro para así diferenciarla de la acometida de agua lluvia, y evitar errores a la hora de realizar conexiones a la red de alcantarillado. [3] Los colectores terciarios van a ser aquellos que están conectados con las acometidas domiciliarias, estas tuberías varían de diámetros desde 1.5 a 2.5 m. Una vez recogidas dichas aguas son trasportadas hasta los colectores secundarios los cuales estos los llevan hasta los colectores primarios que están situados en las vías públicas; ubicados generalmente en las partes más bajas, las cuales se encargan de llevar las aguas hasta su zona de evacuación. [4]

Ilustración 6.1-2.Alcantarillado Pluvial

http://www.estibaus.info/?p=9230


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Fuente: A. López. [online] Available: http://garrynevyll.blogspot.com/

En los casos en que se presenten precipitaciones

muy fuertes que puedan ocasionar caudales mayores dentro de los colectores y por ende ocurran inundaciones en las vías, es necesaria la instalación de aliviaderos para así evitar que tanto la estructura del pavimento, como los vehículos que transitan en ella no fomente ningún tipo de daño. El caudal que llegue a los aliviaderos debe corresponde al caudal medio diario de aguas residuales que llega a la estructura de alivio multiplicado por el factor de dilución, el cual no podrá ser inferior de 5 a 1 de la relación de caudal de aguas lluvias y caudal medio diario de aguas residuales. Del mismo modo esta debe contar con una tapa de inspección y el espacio libre de acceso debe ser mínimo de 60 cm de diámetro o de lado si es rectangular. Así mimo se debe proveer una escalera de acceso anticorrosiva. [5]

Ilustración 6.1-4.cámara aliviadero de la red de alcantarillado

Fuente: A. López. [online] Available: http://garrynevyll.blogspot.com/

Ilustración 6.1-3.Colectores

http://garrynevyll.blogspot.com/

http://garrynevyll.blogspot.com/


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Los cambios de dirección en los colectores se dan por medio de la estructura llamada pozo de inspección, aunque también estos cambios de dirección se pueden dar por medio de curvas de gran radio, aprovechando la deflexión máxima permitida entre la campana y el espigo de las tuberías. Estos pozos de inspección son cilíndricos, normalmente cuenta con un diámetro de 1.20m y la superficie cuenta con una tapa de 0.60m. Asimismo en la base del cilindro se encuentra la cañuela, la cual es la encargada de que ocurra la transición entre un colector y otro; la cual está construida en concreto de 3000psi. [6]

Ilustración 6.1-5. planta del pozo de inspección sin cambio de dirección para diámetros de salida menor de 36”

Fuente: R.A. López. Elementos de diseño para acueductos y alcantarillado. Segunda edición. Bogotá, Colombia: Escuela colombiana de ingenieros, 2003.

planta del pozo de inspección sin cambio de dirección para Localización de los colectores En el caso de las tuberías de alcantarillado de aguas lluvias deben ubicarse en el eje de las calzadas y las de alcantarillado sanitario deben ubicarse hacia uno de los costados, a una distancia aproximada de un cuarto del ancho de la calzada. Otra característica fundamental es que debe estar ubicado a una distancia vertical mínima de 0,20m entre la batea de la tubería del acueducto y la clave de la del alcantarillado.

6.1.3 Sistema en abanico

Dadas las condiciones topográficas establecidas, se puede utilizar el esquema en abanico con interceptor, sin interceptor o con aliviadero, de acuerdo con el tipo de sistema de alcantarillado.


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Fuente: R.A. López. Elementos de diseño para acueductos y alcantarillado. Segunda edición. Bogotá, Colombia: Escuela colombiana de ingenieros, 2003.

6.1.4 Unión de colectores

Es la unión de tramos de la red del alcantarillado y se realiza mediante estructuras denominadas pozos de unión o pozos de inspección, que permiten el cambio de dirección, el cambio de diámetro o sección y las labores de inspección, limpieza y mantenimiento general del sistema.

6.1.5 Parámetros alcantarillados:

Caudal de aguas residuales: Este debe determinarse en base a la información del consumo o medición reciente que se registra en la localidad para el periodo de diseño con base en el plan de tratamiento territorial o plan básico de ordenamiento territorial.

- Profundidad de instalación de la tubería en el alcantarillado debido a la servidumbre como se muestra en Tabla 1:

Servidumbre Profundidad a la clave del colector (m)

Vías peatonales o zonas verdes

0,75

Vías vehiculares 1,2

Fuente: J.M Santos. Reglamento Técnico del sector de agua potable y saneamiento básico titulo D.

Bogotá, Colombia: Ministerio de Vivienda, 2000.

- Diámetro interno real mínimo en los alcantarillados sanitarios

𝐷𝑚𝑖𝑛 = 170𝑚𝑚

▪ Para poblaciones menores de 2500 habitantes:

Ilustración 6.1-6.: sistema en abanico

Tabla 6.1-1 Profundidad de instalación de las tuberías en el sistema


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𝐷𝑚𝑖𝑛 = 140𝑚𝑚

- La velocidad máxima de los alcantarillados pluviales va a ser de 5m/s - Relación máxima entre profundidad y el diámetro de la tubería

- Conexiones domiciliarias:

▪ Diámetro mínimo= 140mm ▪ Pendiente mínima de la tubería= 2% (elementos de diseño para

acueductos y alcantarillado)

caudal de aguas lluvias: para la determinación de los caudales de aguas lluvias para realizar el respectivo diseño de los colectores y canales se debe realizar mediante modelos lluvia-escorrentía, utilizando el método racional siempre y cuando el área de drenaje sea menor a 80 ha. Para su consideración, se deben de tener en cuenta cierto aspectos como:

● Periodo de retorno: el periodo de retorno de la lluvia de diseño se selecciona respecto a la importancia de las áreas, molestias de inundaciones, industria, comercio, etc. en ningún caso los valores deben ser menores a los mostrados en la

siguiente tabla.

CARACTERÍSTICAS DEL ÁREA DE DRENAJE PERIODO DE RETORNO (años)

Tramos iniciales en zonas residenciales con áreas tributarias menores de 2 hectáreas

3

Tramos iniciales en zonas comerciales o industriales, con áreas tributarias menores a 2

hectáreas

5

Tramos de alcantarillado con áreas tributarias entre 2 y 10 hectáreas

5

Tramos de alcantarillado con áreas tributarias mayores a 10 hectáreas

10

canales abiertos que drenan áreas menores a 1000 hectáreas

50

Canales abiertos en zonas planas y que drenan áreas mayores a 1000 hectáreas

100

Canales abiertos en zonas montañosas (alta velocidad) o a media ladera, que drenan áreas

mayores a 1000 hectáreas

100

Fuente: J.M Santos. Reglamento Técnico del sector de agua potable y saneamiento básico título D. Bogotá, Colombia: Ministerio de Vivienda, 2000.

Tabla 6.1-2 Periodos de retorno


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● Tipo de cobertura: es necesario realizar un análisis detallado de las coberturas de las áreas de estudio, al inicio y al final del periodo de diseño.

● Tiempo de concentración: se debe tener en cuenta el tiempo de entrada y el

tiempo de recorrido en el sistema. Para el cálculo del tiempo de entrada se debe efectuar de acuerdo con las características del área de drenaje y se debe realizar análisis de simulación para tiempos de recorrido mínimos entre 3 y 10 minutos.

● Flujo uniforme, este se cumple si los parámetros (tirante, velocidad, área, etc.) no tienen alteración alguna con respecto al espacio, es decir, en cualquier sección del canal los componentes del flujo permanecen constantes. Si estos parámetros tienen algún cambio de una sección a otra se le llama flujo uniforme o variado, este puede ser permanente o no permanente, si llega a presentar alteraciones con respecto a la profundidad según el tiempo. El flujo puede llegar a presentarse de manera laminar o turbulenta; el flujo laminar se da si las fuerzas viscosas son muy fuertes en relación con las fuerzas inerciales, lo que da como resultado que las partículas de agua se muevan en trayectorias suaves. En cambio, el flujo turbulento se presenta si las fuerzas viscosas son débiles en relación con las fuerzas iniciales, causando que las partículas del agua se trasladen en trayectorias irregulares y no sean suaves. [7]

● La cinemática de los fluidos relaciona el movimiento de estos sin considerar

las cusas que los producen. [8] En cambio, la dinámica de los fluidos estudia los fluidos en movimiento y por lo tanto el comportamiento que tiene el fluido dentro de una tubería causando esfuerzos cortantes. La línea de flujo se le llama a la trayectoria descrita por un elemento de fluido en movimiento. La velocidad del elemento puede variar en magnitud y dirección a lo largo del recorrido. [9]


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6.2 MARCO CONCEPTUAL El sistema de alcantarillado separado está diseñado para desviar las aguas domésticas de las aguas lluvias que se encuentran en un mismo sector. Se debe tener en cuenta para el diseño una localización adecuada, y así mismo una óptima calidad. Para que el sistema trabaje correctamente se deben de tener en cuenta tres etapas importantes. La primera etapa es el cálculo de los caudales de diseño y el caudal total de agua residual para cada colector, teniendo en cuenta el consumo por usuario o por hectárea. La segunda etapa está compuesta por el diseño hidráulico de las redes de alcantarillado y por último se obtiene la modelación de este, utilizando programas como el EPA-SWMM en este podemos dimensionar la estructura de retención y los accesorios para prevenir inundaciones [10]. Para que este sistema de alcantarillado tenga un adecuado funcionamiento se debe hacer un estudio preliminar de la zona en la cual va a ser diseñado; esto con el fin de estudiar todos los factores que puedan afectar y ayudar a que el sistema tenga un mejor rendimiento. Este estudio preliminar abarca el área del proyecto, estudios topográficos [6], en los cuales se debe recopilar información exacta; de allí se determinan la localización de la red de alcantarillado y del mismo modo la ubicación de los pozos. Para la elaboración del proyecto se tuvieron en cuenta los conceptos relacionados de alcantarillados dentro de la ingeniería civil, estos se basan en el reglamento de agua potable y saneamiento básico del sector (RAS 2000), con su respectiva actualización de la resolución 0330 del 2017, Además se utilizó el libro de Elementos de diseño para acueductos y alcantarillado de Ricardo Alfredo López Cuéllar para complementar estás definiciones y poderlas tener más claras. .


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6.3 ESTADO DEL ARTE

A lo largo de los últimos años se ha intentado buscar una solución a una problemática que no solamente la sociedad colombiana carece, si no en muchas partes del mundo, por lo cual el objetivo principal es satisfacer las necesidades de la población para que cuenten con un servicio adecuado y optimo, cumpliendo los parámetros de cada país. Como lo evidencian los siguientes autores: ● El trabajo de grado titulado “propuesta de diseño del drenaje pluvial,

alcantarillado sanitario del casco urbano y colonia “la entrevista” del municipio san Cayetano Istepeque, departamento de San Vicente” presentado por los autores Henry Antonio Carpio, Neydy García y Kenny Hernández de la universidad católica del Ecuador, el cual su alcance más relevante del proyecto es: “Se propondrá un diseño del alcantarillado sanitario, del drenaje pluvial solamente para el área urbana de San Cayetano Istepeque, conformada por los barrios San Cayetano e Istepeque y para la colonia “La Entrevista”. Según el alcance más relevante se pudo concluir que “Con el diseño del alcantarillado sanitario propuesto se ha logrado tener una cobertura cercana a un 95% de las viviendas que actualmente existen en la zona de estudio. Las viviendas que no se pueden incorporar al sistema tendrán una solución alternativa para la disposición de las aguas negras y grises (sistema de fosa séptica).”

● La tesis titulada “diseño de la red de alcantarillado del barrio centro poblado paso

ancho situado en el municipio de Zipaquirá”. Echa por el estudiante de ingeniería civil Cristian Fernando Córdoba de la Universidad Católica De Colombia. El alcance que se contempló fue sobre “finalizar el periodo académico se entregarán los correspondientes informes, cálculos y planos del diseño de alcantarillado pluvial y sanitario del barrio Centro Poblado Pasoancho del municipio de Zipaquirá, con 20 base en la información suministrada por el municipio como lo serán estudios topográficos, hidrológicos, censos entre otros más. No se ha llegado a encontrar algún tipo de limitante en el momento, se prevé como limitante la falta de algún estudio como los ya mencionados anteriormente”. Teniendo en cuenta este alcance llegaron a concluir que “Con la investigación realizada sobre el estado actual de las redes de alcantarillado en el país se evidencia el descuido que existe con respecto a este tema, por esto tanto al inicio como al final del presente proyecto se socializo esto con la comunidad del barrio Centro Poblado Pasoancho. Con la socialización realizada se les dio a entender la problemática que trae consigo la falta de un sistema de alcantarillado óptimo.”

● El estudio realizado por los estudiantes Jenny Mercedes, Jose Carranza y Italo

Gonzales de la facultad de ingeniería de la universidad De El Salvador sobre el “diseño del sistema de alcantarillado sanitario, aguas lluvias para el área urbana del municipio de san isidro, departamento de cabañas” da un alcance de: “Con este proyecto se pretende cambiar el uso de fosas sépticas y letrinas de hoyo en la Ciudad, e introducir sistemas de letrinas de arrastre de agua (inodoro)


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conectados al sistema de alcantarillado sanitario.” Según el alcance y los procedimientos que hicieron en el desarrollo del proyecto, llegaron a la conclusión de: “1) La implementación del sistema de alcantarillado sanitario y pluvial es de gran importancia, ya que, con él, se mitigará los impactos negativos, generados por las aguas residuales producto de la actividad humana. 2) Ambos sistemas de red de alcantarillado, se han logrado desarrollar de tal forma que trabajen enteramente por gravedad, sin necesidad de elementos de bombeo en ningún punto. 3) Con la red de alcantarillado sanitario se ha logrado cubrir el 83% de la totalidad de las viviendas existentes, en todos los sectores del área urbana del municipio de San Isidro y el restante 17% se cubrirá con los sistemas alternativos de fosas sépticas, letrina abonera seca familiar (LASF) y letrina solar.”

● El proyecto de grado ejecutado por Kevin Yused Bonilla de la universidad Santo

Tomas Villavicencio de la facultad de ingeniería civil sobre el “Pre diseño de la red de alcantarillado sanitario del condominio recreacional parcelación San Carlos en el municipio de Villavicencio” que tiene como alcance. “Diseñar el sistema de alcantarillado sanitario para recolectar y evacuar las aguas residuales de manera eficiente y suplir la necesidad de la población del Condominio Recreacional Parcelación San Carlos”. Llegando a la conclusión de “1) Se beneficiarían en un futuro 375 predios y aproximadamente 3000 habitantes de la conducción y evacuación de aguas residuales, por ende, esto tendría un reflejo en su mejora de calidad de vida. 2) El diseño del alcantarillado para nivel de complejidad medio según el RAS debe manejar una proyección a 25 años, para este caso, el caudal que se empleó en el diseño fue de 104.83 (l/s). 3) El diámetro de tubería que más se usó para el diseño fue el mínimo permitido por el RAS el cual corresponde a 182 mm, en algunos tramos el diámetro fue mayor debido a su mayor transporte de caudal, que fueron: 227mm, 284mm, 327mm, 362mm y 407mm.”

● El diseño realizado por los estudiantes Weimar Arevalo,Jhon Garzon y Diana

Real, de la universidad La Gran Colombia facultad de ingeniería civil, titulado “Diseño del sistema de alcantarillado sanitario de la vereda Altamar en el municipio de la Calera Cundinamarca.” La cual tiene como alcance. “brindar una solución contundente a la necesidad presentada en esta comunidad de tal manera que se logre evacuar las aguas provenientes de las viviendas y dándoles como destino final la planta de tratamiento de aguas residuales para su posterior entrega a la fuente hídrica conocida como río Teusaca en las condiciones técnicas, ambientales apropiadas exigidas dentro de la legislación normativa colombiana” teniendo en cuanta este alcance llegaron a concluir “Se estima la demanda del sistema de alcantarillado sanitario de la zona de estudio la cual está fundamentada en los datos anteriormente descritos, la estimación tiene como base el nivel de complejidad del sistema que en este caso de acuerdo a las características es nivel medio, esto nos direcciona a que la proyección del periodo de diseño sea 25 años con dotación neta de 115 L/hab*día, en cumplimiento a las resolución 2320 de 2009 “Por la cual se modifica parcialmente la resolución 1096 de 2000 que adopta el reglamento técnico para


25

el sector de agua potable y saneamiento básico – RAS”. Posteriormente se hizo el ingreso de los datos obtenidos de la población futura, dotación neta, área de estudio (he), proyección de incremento predial y demás coeficientes dentro de la hoja de cálculo, estimando una tubería entre 8” y 16” para el sistema de alcantarillado con las pendientes, longitudes y líneas de energía adecuadas para el buen funcionamiento del mismo”

● La tesis presentada por Jessica Cuellar y Henrry Celeita facultad de ingeniería

civil de la Universidad Católica De Colombia titulada “Estudio, análisis y diseño de viabilidad para la optimización del alcantarillado del municipio de Cucaita ubicado en Boyacá.” El alcance que se contempló fue el de “Formular la viabilidad para la ejecución de una optimización del alcantarillado del Municipio de Cucaita ubicado en Boyacá en función de estudios técnicos, operacionales y de capacidad. Plantear los problemas que se producen en las cámaras de inspección (pozos) General” llegando a concluir que “se evidenció que, si se utiliza el sistema aplicando los parámetros mínimos de diseño, se presentaría un déficit en su funcionamiento, puesto que éste no cumpliría con las características de capacidad mínima requerida. Lo anterior teniendo en cuenta que, del total de tramos de tubería analizados, tan solo en 26% cumple con los requisitos de velocidades, esfuerzo cortante y pendientes”

● El diseño realizado por los estudiantes Erick Cabrera, Julio Castro y Ricardo

Mendez de la universidad De El Salvador de la faculta de ingeniería civil titulado “diseño del sistema de alcantarillado sanitario, aguas lluvias, y planta de tratamiento de aguas residuales para el área urbana del municipio de San Matías, departamento de la Libertad” el cual tiene como alcance “Se elaborará un diseño de la red de aguas lluvias, red de aguas negras con su respectiva planta de tratamiento, para la Villa de San Matías, cabecera del municipio de San Matías; cuyo diseño presenta una magnitud de aproximadamente 400 viviendas del casco urbano y además se incluirán las lotificaciones cercanas a la Villa” el cual concluyeron “Ambos sistemas de red de alcantarillado, se han logrado desarrollar de tal forma que trabajen enteramente por gravedad, sin necesidad de elementos de bombeo en ningún punto. Esto es importante debido a que el proyecto es con orientación estrictamente social, por lo que los costos juegan un papel sumamente importante para su viabilidad de ejecución y mantenimiento futuro. Con la red de alcantarillado sanitario se ha logrado cubrir el 70% de la totalidad de las viviendas existentes, en todos los sectores del área urbana del Municipio de San Matías y el restante 30% se cubrirá con los sistemas alternativos de fosas sépticas, letrina abonera seca familiar (LASF) y letrina solar.”


26

6.4 MARCO NORMATIVO

MARCO NORMATIVO

Resolución 0330 de 2017

Se encarga de reglamentar todos los requisitos de diseño los cuales como ingenieros debemos cumplir en el diseño de la construcción, operación y mantenimiento de la infraestructura como lo son el servicio de acueducto y alcantarillado [11].

RAS 2000

Reglamento técnico para el

sector de agua potable y saneamiento básico.

Esta norma establece los criterios y parámetros básicos de diseño del sistema de acueducto y alcantarillado [12].

Ley 1506 de 2012

Disposición en materia de servicios públicos.

Establece requisitos los cuales dictan disposiciones en materia de servicios públicos y domiciliarios como gas, electricidad acueducto, alcantarillado para prevenir desastres o calamidades que afecten a la población [13]

Decreto No 1272 de 2017

Ministerio de vivienda, ciudad y

territorio.

Esta refiere a la prestación del servicio de acueducto y alcantarillado en zonas de difícil acceso [14].

Titulo D – RAS 2000

Sistemas de recolección y

evacuación de aguas residuales domésticas y aguas lluvias.

Establece las condiciones requeridas del desarrollo de los sistemas de recolección, también nos orienta en el diseño, planificación y construcción de estos sistemas. [15]

NTC - 1500

Código colombiano de fontanería.

Esta norma determina unos requisitos mínimos que garantiza el funcionamiento de sistemas de aguas negras y desagües y usos de estos sistemas [16].

Decreto 303 de 2012

Ministerio de ambiente y desarrollo sostenible

Este decreto tiene como reglamento el registro de usuarios del recurso hídrico para el componente de concesión de aguas y el componente de autorizaciones de vertimientos [17].

Fuente: Autores

Tabla 6.4-1 Marco Normativo


27

6.5 MARCO GEOGRÁFICO Villavicencio está ubicado en el departamento del Meta en el piedemonte de la cordillera oriental con una altitud de 467 m.s.n.m, la ciudad limita al norte con el Calvario, al este con Puerto López, al sur oeste con Acacias. El municipio está dividido en 8 comunas y 235 barrios. De estos últimos, tan solo 32 no están constituidos legalmente. En la Ilustración 6 e Ilustración 7 se muestra la ubicación y la división demográfica de Villavicencio, Meta. [18]

Fuente: Google Earth producido por autores.

Uno de estos barrios es el rubí que está ubicado al sur de Villavicencio por la carrera 29 sur limitando con los barrios Catumare y los Tobitos como se muestra en la Ilustración 8 e Ilustración 9, según el censo realizado por los autores del proyecto (el cual se puede observar en los anexos del proyecto) esta urbanización cuenta con una totalidad de 5230 habitantes, 370 casas, 98 apartamentos. El barrio fue creado para el año de 2009, tiene un área de 250 m2 y un perímetro de 2.12 Km. Desde su inicio no se tuvo en cuenta su crecimiento poblacional ni demográfico.

Ilustración 6.5-1.Mapa satelital de la ciudad de Villavicencio, Meta


28

Fuente: Google Earth producido por

autores.

Ilustración 6.5-2.: Mapa satélite del barrio el Rubí.


29

7. METODOLOGÍA 7.1. DESCRIPCIÓN DE ETAPAS O TAREAS Fase 1: Descripción de la zona de estudio.

❖ Para la búsqueda de información del barrio el Rubí se llevarán a cabo visitas

de campo, para así analizar las problemáticas que se están generando en la

zona, asimismo se encuestó o se entrevistará a la población para recibir

opiniones de los inconvenientes por los cuales están pasando.

❖ Por medio de Google Earth o tomas aéreas se determinará el perímetro

urbano del área analizada. Además, se determinará la cantidad de

habitantes que hay en la zona y se realizará la proyección de la población

para efectuar un adecuado diseño.

❖ Por medio de los documentos suministrados por el instituto geográfico

Agustín Codazzi (IGAC) se obtendrá el levantamiento topográfico, y una con

la colaboración de ARCGIS se georreferenciarán y en la etapa final se

generará la superficie del barrio El Rubí en el programa civil 3D.

❖ Por medio de los datos suministrados por el Instituto De Hidrología,

Meteorología, y Estudios Ambientales (IDEAM) se hallará las curvas de

intensidad, duración y frecuencia (IDF) de las cuales nos permite determinar

la intensidad para calcular la precipitación que se va presentar en la zona de

estudio, del mismo modo teniendo en cuenta nuestras áreas aferentes y el

coeficiente de escorrentía para así determinar nuestro caudal.

Fase 2: Suelo Existente en el área de estudio

❖ Por medio de visitas de campo se analizará el tipo de suelo en el que se

encuentra el barrio El Rubí dejando en evidencia los registros fotográficos,

para así saber a qué tipo de suelo nos enfrentamos (residencial, institucional,

industrial) del mismo modo con ayuda de mapas de áreas de actividad, se

obtendrá el tipo de convención.

Fase 3: Diseño del alcantarillado

❖ A la hora de determinar el muestreo que va a encontrar en los ríos aledaños

se recomienda que se hagan muestreos que aseguren resultados

característicos del caudal global y no solamente del caudal que circule en

ese instante. Para lograr encontrar resultados representativos es

recomendable que este tipo de muestras se hagan donde los caudales sean

turbulentos y tomar diferentes muestras a lo largo de un tiempo para

determinar muestras compuestas, y no muestras simples, ya que estas

muestras simples solo determinan las características que se están

generando en ese instante. También se acordará con el laboratorio la


30

cantidad de muestreo que se necesita para así efectuar un resultado

detallado y cumplir con el objetivo de la muestra.

❖ Un factor que se debe tener en cuenta es la localización de la tubería, la cual

esta debe seguir la disposición topográfica de las calles del barrio El Rubí,

debe cumplir con la profundidad en la tubería de la red del alcantarillado.

❖ Para la elaboración de planos se debe tener en cuenta la extensión del área

de drenaje para así conocer la escala con la cual se va a trabajar. De igual

forma se deben tener en cuenta algunas convenciones de trazados de

tuberías.

❖ Para el cálculo hidráulico de la tubería se deben considerar las

características de desplazamiento y la velocidad que tiene una partícula del

fluido. Lo más aconsejable a la hora del dimensionamiento de la tubería es

asumir el flujo uniforme y permanente.

❖ El coeficiente de rugosidad de Manning depende de factores como lo son la

cantidad de uniones que se vayan a tener y el material de esta, otros

fenómenos para incluir en la modelación son la sedimentación de materiales,

reducción de la sección de flujo, entre otras (elementos de diseño para

acueductos y alcantarillado).

7.2. POBLACIÓN, MUESTRAS, VARIABLES E INSTRUMENTOS DE RECOLECCIÓN DE DATOS. Para determinar información y datos necesarias para realizar el diseño del sistema de alcantarillado, se buscan alternativas las cuales nos favorezcan los resultados que esperamos para iniciar cada objetivo y así poder realizar el proyecto de una manera adecuada y efectiva.

● Censo del barrio Rubí: este se realiza de manera presencial en la cual se suministra a la población una encuesta para saber que tantos habitantes hay y en qué tipo de vivienda viven etc.


31

Fuente: Autores

● Diseño del sistema de

alcantarillado pluvial y doméstico: para dar inicio al diseño de las redes de

alcantarillado es necesario contar con el programa ArcGIS el cual nos facilita

las curvas de nivel que hay en el terreno. Luego que obtener esta información

pasamos a realizar el trazado de las tuberías en el barrio utilizando la

herramienta AutoCAD.

● Modelación de las redes del sistema: este se realizará en el programa EPA

SWMM.

● Presupuesto de cantidad de obra: se dispondrá de una memoria de cálculo

donde se dará a conocer la cantidad y costo de cada uno de los materiales.

Ilustración 7.2-1.encuesta realizada al barrio Rubí


32

8. ANÁLISIS DE RESULTADOS 8.1 ALCANTARILLADO SANITARIO

Inicialmente se ha hablado de las funciones del alcantarillado sanitario y que soluciones traería a la comunidad del Rubí, puesto que su estado de saneamiento es deteriorable esto se ha identificado mediante salidas de campo donde se observó la gravedad del problema y qué medidas se tomarían para mitigar las problemáticas. Los suelos característicos de la zona de estudio son de uso residencial esto se puede evidenciar en el Anexo E.

Fuente: Autores

Respecto al plano topográfico de la zona se hizo el trazado de la red de alcantarillado teniendo como base las curas de nivel del terreno que se muestran en el anexo A, seleccionando la cantidad y enumerando cada pozo a utilizar; todo este proceso se realizó inicialmente con la topografía del terreno que fue suministrada de dos planchas del instituto geográfico Agustín Codazzi y luego el funcionamiento que en algunas zonas fue por gravedad y en otras por bombeo dada a su topografía. Se sabe que en una comunidad está compuesta por varios componentes que pueden ser zonas industriales, comerciales, domesticas, entre otros; esto es necesario para la elaboración del cálculo del caudal de aguas residuales para esto llegar a cabo el caudal de diseño del alcantarillado.

Ilustración 8.1-1. Salida de Campo


33

Datos de población: La dotación neta máxima por habitante según la altura sobre el nivel del mar en la cual está situado el barrio el Rubí según se muestre en la tabla 8, también se tiene en cuenta la cantidad de habitantes por vivienda, la densidad de población entre otros factores que darán como resultado el caudal promedio mostrado en la tabla 4, sabiendo que este será utilizado posteriormente en el cálculo del caudal doméstico.

Altura promedio sobre el nivel del mar de la zona atendida

Dotación neta máxima (l/hab*día)

> 2000 m.s.n.m 120

1000 - 2000 m.s.n.m 130

< 1000 m.s.n.m 140


El número de habitantes por vivienda se obtuvo del censo que los estudiantes realizaron en la zona de estudio esta información se encuentra en el Anexo B.

Datos de población

# hab / Vivienda 5 hab /Vivienda

Densidad de viviendas por hectárea (Viv/ha) 97 Viv/ Ha

Densidad pob (hab/ha) 485.00

Dotación Neta 140.00 (l/hab/día)

Q promedio 0.668 (l/día)

Fuente: Autor

𝑄𝑃𝑟𝑜𝑚 =0.85 ∗ 𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑝𝑜𝑏𝑙𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛𝑎𝑙 ∗ 𝐷𝑜𝑡𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑛𝑒𝑡𝑎

86400

𝑄𝑃𝑟𝑜𝑚 =0.85 ∗ 485 ℎ𝑎𝑏

ℎ𝑎⁄ ∗ 140𝐿

𝑠⁄ℎ𝑎

⁄

86400

𝑄𝑃𝑟𝑜𝑚 = 0.668 𝑙𝑑í𝑎⁄

Caudal domestico: El caudal de aguas domesticas este dado por la siguiente expresión:

Tabla 8.1-1.Dotación neta

Tabla 8.1-2Datos de la población


34

𝑄𝐷𝑜𝑚 = 𝑄𝑃𝑟𝑜𝑚 ∗ 𝐴 ∗ %𝑈𝑠𝑜

𝑄𝐷𝑜𝑚 = 0.668 𝑙𝑑í𝑎⁄ ∗ 0.02ℎ𝑎 ∗ 100%

𝑄𝐷𝑜𝑚 = 0.016 𝐿𝑠⁄

Donde: QDom: Caudal doméstico. QProm: Caudal promedio. A: Área total. %Uso: porcentaje de uso doméstico. Caudal medio diario: El caudal medio diario es la sumatoria de las aguas residuales domésticas, comerciales, institucionales e industriales que estén identificados en la zona estudiada. Pero para este proyecto el caudal medio diario es igual al caudal domestico ya que el barrio no cuenta con componentes industriales, comerciales e institucionales. Y está dado por la siguiente expresión:

𝑄𝑀𝐷 = 𝑄𝐷𝑜𝑚 + 𝑄𝐶 + 𝑄𝐼𝑁𝐷 + 𝑄𝐼

𝑄𝑀𝐷 = 0.016 𝐿𝑠⁄

Donde: QMD: Caudal medio diario. QDom: Caudal doméstico. QC: Caudal comercial. QIND: Caudal industrial. QI: Caudal institucional.

Caudal máximo horario: El caudal máximo horario es el cálculo inicial para establecer el caudal de diseño de la red de alcantarillado. El factor de mayoración disminuye si el número de habitantes crece, la diferenciación de este factor puede apreciar se a partir de comprobaciones de campos ya que los colectores ayudan a disminuir los flujos. Este procedimiento no es siempre acertado por lo que es mejor estimarlo con relaciones existentes como la de Flores, Ángeles, Gaines.


35

El caudal máximo horario este dado por la siguiente expresión:

𝑄𝑀𝐻 = 𝑄𝑀𝐷 ∗ 𝐹

𝑄𝑀𝐻 = 0.016 𝐿𝑠⁄ ∗ 3.8

𝑄𝑀𝐻 = 0.060 𝐿𝑠⁄

Donde: QMH: Caudal máximo horario. QMD: Caudal medio diario. F: factor de mayoración. CAUDAL DE INFILTRACIÓN: “Es ineludible la infiltración de aguas superficiales a las redes de alcantarillado sanitario, principalmente freáticas, a través de fisuras en los colectores, en la unión de colectores con pozos de inspección y demás estructuras, y en estos cuando no son completamente impermeables” [15] Para realizar el cálculo de las aguas infiltradas es necesario revisar la siguiente tabla para determinar el aporte de infiltración que se tiene en la zona de estudio.

Nivel de complejidad

del sistema Infiltración alta

(L/s*ha) Infiltración media

(L/s*ha) Infiltración baja

(L/s*ha)

Bajo y Medio 0.15 - 0.4 0.1 - 0.3 0.005 - 0.2

Media alto y Alto 0.15 - 0.4 0.1 - 0.3 0.005 - 0.2

Fuente: Fuente: J.M Santos. Reglamento Técnico del sector de agua potable y saneamiento

básico título D. Bogotá, Colombia: Ministerio de Vivienda, 2000.

Se toma un caudal de infiltración de 0.2 (L/s*ha) basados en la norma RAS 2000 parágrafo 1.4.1 del título D CAPITULO 1. El caudal de infiltración este dado de la siguiente expresión:

𝑄𝐼𝑁𝐹 = 0.2 𝐿

𝑠⁄ℎ𝑎

⁄ ∗ 𝐴

𝑄𝐼𝑁𝐹 = 0.2𝐿

𝑠⁄ℎ𝑎

⁄ ∗ 0.02 ℎ𝑎

𝑄𝐼𝑁𝐹 = 0.00472 𝐿𝑠⁄

Tabla 8.1-3Aporte de infiltración en redes de sistemas de recolección y evacuación de aguas residuales


36

Donde: QINF: Caudal de infiltración. A: área. CAUDAL DE CONEXIONES ERRADAS: Deben considerarse los aportes de aguas lluvias en el sistema de alcantarillado sanitario, provenientes de malas conexiones de bajantes de tejados y patios. Las conexiones erradas dependen del nivel de complejidad del sistema siendo estas mostradas en la siguiente tabla, teniendo en cuenta que el nivel de complejidad de este proyecto es bajo y medio se tomaran las medidas necesarias para minimizar todos los aportes que den las conexiones erradas

Nivel de complejidad del sistema

Aporte (L/s*ha)

Bajo y Medio 0.2

Medio alto y Alto 0.1


El caudal de conexiones erradas este dado de la siguiente expresión:

𝑄𝐶𝐸 = 0.2𝐿

𝑠⁄ℎ𝑎

⁄ ∗ 𝐴

𝑄𝐶𝐸 = 0.2𝐿

𝑠⁄ℎ𝑎

⁄ ∗ 0.02 ℎ𝑎

𝑄𝐶𝐸 = 0.0472 𝐿𝑠⁄

Donde: QCE: Caudal de conexiones erradas. A: Área. CAUDAL DE DISEÑO: El caudal de diseño se expresa de la siguiente manera y sus datos correspondientes al estudio hidrológico están plasmados en la memoria de cálculo del Anexo D el cual se adjunta al documento.

𝑄𝐷 = 𝑄𝑀𝐻 + 𝑄𝐼𝑁𝐹 + 𝑄𝐶𝐸

Tabla 8.1-4 Aporte de infiltración en redes de sistemas de recolección y evacuación de aguas residuales


37

𝑄𝐷 = 0.060 𝐿𝑠⁄ ∗ 0.00472 𝐿

𝑠⁄ ∗ 0.00472 𝐿𝑠⁄

𝑄𝐷 = 0.07 𝐿𝑠⁄

Donde: QD: Caudal de diseño. QMH: Caudal máximo horario. QINF: Caudal de infiltración. QCE: Caudal de conexiones erradas. Para la continuación del proyecto deben calcularse algunas condiciones como el funcionamiento hidráulico, la cortante y el chequeo final del sistema previamente dimensionado esto se ve expresado en la memoria de calcula que se presenta en (ANEXO B). Se debe tener en cuenta que el caudal mínimo de diseño es de 1.5 L/s y si este no cumple con lo requerido se debe de tomar el valor anterior. CUADRO DE CALCULO A continuación, se hace la descripción de la memoria de cálculo con el fin de garantizar que se calcula en cada columna de las tablas de Excel que están indicadas en el Anexo B incluyendo planos de las cotas en el anexo A. Además, se presentan algunos de los resultados más relevantes para el desarrollo de la red de alcantarillado. COLUMNA 1: Inicio del tramo. COLUMNA 2: Colector inicial y final. COLUMNA 3: Porcentajes de uso (Domestico, Comercial, Industrial, Institucional). COLUMNA 4: Áreas aferentes. COLUMNA 5: Caudal doméstico. COLUMNA 6: Caudal máximo horario. COLUMNA 7: Caudal de infiltración. COLUMNA 8: Caudal de conexiones erradas. COLUMNA 9: Caudal de diseño. Al tener definido el caudal de diseño para cada colector, se dará paso al cálculo de la red hidráulica cumpliendo con todos los parámetros establecidos por la resolución 0330/2015. COLUMNA 10: Longitud. COLUMNA 11: Cota rasante. COLUMNA 12: Cota clave. COLUMNA 13: Cota batea. COLUMNA 14: Pendiente. COLUMNA 15: Diámetro calculado. COLUMNA 16: Diámetro comercial. COLUMNA 17: Numero de Manning.


38

COLUMNA 18: Velocidad. COLUMNA 19: Caudal a tubo lleno. COLUMNA 20: Relación hidráulica (QD/QO). COLUMNA 21: Altura de la lámina de agua. COLUMNA 22: Angulo. COLUMNA 23: Relación hidráulica. Dada por la siguiente expresión.

𝑅𝑄´ = (1 − ((sin 𝜃

𝜃) ∗ (∅ 𝑐𝑜𝑚𝑒𝑟𝑐𝑖𝑎𝑙 𝑖𝑛𝑡𝑒𝑟𝑛𝑜 𝑚𝑡𝑠)))

𝑅𝑄´ = (1 − ((sin 1.46

1.46) ∗ (0.182))) = 1.4%

Donde: RQ´: relación hidráulica. Φ: Diámetro interno comercial. COLUMNA 27: Profundidad hidráulica. Dada por la siguiente expresión:

𝐻 = (1

8) ∗ (

𝜃 − sin 𝜃

sin(𝜃 ∗ 0.5)) ∗ (∅ 𝑐𝑜𝑚𝑒𝑟𝑐𝑖𝑎𝑙 𝑖𝑛𝑡𝑒𝑟𝑛𝑜 𝑚𝑡𝑠)

𝐻 = (1

8) ∗ (

1.46 − sin 1.46

sin(1.46 ∗ 0.5)) ∗ (0.182) = 0.016𝑚

Donde: H: Profundidad hidráulica. Ө: Angulo. Φ: Diámetro interno comercial. COLUMNA 28: Número de Froude. Se halla con la expresión:

𝑁𝐹 = (𝑉𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑚

𝑠⁄

√9.81 ∗ 𝐻)

𝑁𝐹 = (0.713 𝑚

𝑠⁄

√9.81 ∗ 0.016) = 1.81

Donde: NF: Número de froude. H: Profundidad hidráulica. COLUMNA 29: Cortante. Dada por la expresión:


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𝜏 = 9810 ∗ 𝑅𝑄´ ∗ 𝑆

𝜏 = 9810 ∗ 1.4% ∗ 1.44% = 2.046 𝑃𝑎 Donde: T: Cortante. RQ´: relación hidráulica. S: Pendiente. COLUMNA 30: Chequeo (Diámetro, Velocidad, Relación hidráulica, Cortante).

Fuente: Autores

Tabla 8.1-5 Cálculos del Diseño de sistema de alcantarillado Sanitario


40

Para finalizar el diseño del alcantarillado sanitario se verifican los cálculos haciendo un chequeo de las variables como el diámetro, la velocidad, el radio hidráulico y el cortante las cuales todas tienen que cumplir con las condiciones estipuladas por la RES 0330. Que variables tienen que cumplir el diseño: Diámetro: Diámetro (m) < Diámetro comercial interno (m). Velocidad: Velocidad < 5 m/s. Relación hidráulica: Relación hidráulica < 0.85. Cortante (τ): Cortante >= 1.

8.1.1. Resumen de resultados

Red de alcantarillado sanitario: basado en los cálculos mostrados anteriormente se obtuvo el diseño de un total de 157 pozos y 221 colectores con un único punto de descarga mostrados y especificados en el anexo A. 8.2. ALCANTARILLADO PLUVIAL El alcantarillado pluvial es la unión de colectores y canales que tienen como función evacuar la escorrentía superficial que es generada por la lluvia. El proceso de funcionamiento del alcantarillado pluvial inicia con el agua que se capta en los sumideros situados en las calles posteriormente se lleva a una red de tuberías, para finalizar estas entregan el caudal a una serie de canales de aguas lluvias, los que finalmente la entregaran a un receptor final. SUMIDEROS: Es aquel conducto o canal en el cual se introducen las aguas lluvias. La memoria de cálculo del diseño de los sumideros es anexada en el programa Excel siendo así a continuación se describe cada columna de la memoria de cálculo de una forma más simple. COLUMNA 1: Numero de sumideros. COLUMNA 2: Área aferente de cada sumidero. COLUMNA 3: L.Área es la distancia máxima desde un punto del área hasta el sumidero. COLUMNA 4: Cota superior (m.s.n.m). COLUMNA 5: Cota inferior (m.s.n.m). COLUMNA 6: Pendiente. (S)

𝑆 =𝐶𝑜𝑡𝑎 𝑠𝑢𝑝𝑒𝑟𝑖𝑜𝑟 − 𝐶𝑜𝑡𝑎 𝑖𝑛𝑓𝑒𝑟𝑖𝑜𝑟

𝐿. 𝐴𝑟𝑒𝑎

𝑆 =410.200 − 410.194

19.116= 0.03%


41

COLUMNA 7: Tiempo de concentración minutos. Dado por la siguiente expresión: El tiempo de concentración está compuesto por el tiempo de entrada y el tiempo de recorrido en el colector. [15] Dado por la siguiente expresión:

𝑇𝑐 = 0.3 ∗ (

𝐿. 𝑎𝑟𝑒𝑎1000

(𝑆 ∗ 100)0.25)

0.75

∗ 60

𝑇𝑐 = 0.3 ∗ (

19.1161000

(0.03 ∗ 100)0.25)

0.75

∗ 60 = 1.7708 𝑚𝑖𝑛

COLUMNA 8: Tiempo de concentración real en minutos es de 15 min en cada sumidero COLUMNA 9: Periodo de retorno: El periodo de retorno de diseño debe determinarse de acuerdo con la importancia de las áreas y los daños y molestias que puede ocasionar a los habitantes, tráfico vehicular, industria, etc. La selección del periodo de retorno está asociada con las características de protección e importancia del área de estudio y, por lo tanto, [15] el valor adoptado debe estar justificado por la siguiente tabla.

Características del área de drenaje Mínimo (años)

Aceptable (años)

Recomendable (años)

Tramos iniciales en zonas residenciales con áreas tributarias menores de 2 ha

2 2 3

Tramos iniciales en zonas comerciales o industriales, con áreas tributarias menores de 2

ha

2 3 5

Tramos de alcantarillado con áreas tributarias entre 2 a 10 ha

2 3 5

Tramos de alcantarillado con áreas tributarias mayores de 10 ha

5 5 10

Canales abiertos en zonas planas y que drenan áreas mayores de 1000 ha

10 25 25

Canales abiertos en zonas montañosas (alta velocidad) o a media ladera, que drenan áreas

mayores a 1000 ha

25 25 50


Tabla 8.2-1. Periodos de retornos o grados de protección.


42

Para el proyecto se utiliza un periodo de diseño de 3 años puesto que nuestras áreas tributarias son menores de 2 ha. COLUMNA 10: Intensidad de precipitación. La intensidad es aportada por las curvas IDF. COLUMNA 11: Coeficiente de escorrentía: El coeficiente de escorrentía “C”, está dado en función del tipo de suelo, del grado de permeabilidad de la zona de estudio, de la pendiente del terreno y otros factores que determinan la fracción de la precipitación que se convierte en escorrentía. [15]

Tipo de superficie C

Cubiertas 0.75 - 0.95

Pavimento asfaltico y superficies de concreto 0.70 - 0.95

Vías adoquinadas 0.70 - 0.85

Zonas comerciales o industriales 0.6 - 0.95

Residencial, con casa contiguas, predominio de zonas duras 0.75

Residencial multifamiliar, con bloques contiguos y zonas duras entre éstos 0.60 - 0.75

Residencial unifamiliar, con casas contiguas y predominio de jardines 0.40 - 0.60

Residencial, con casas rodeadas de jardines o multifamiliares apreciablemente separados 0.45

Residencial, con predominio de zonas verdes y parques-cementerios 0.30

Laderas sin vegetación 0.60

Laderas con vegetación 0.30

Parques recreacionales 0.20 - 0.35


COLUMNA 12: Caudal total de escorrentía m3/s. Dado por la siguiente expresión:

𝑄 =𝐶 ∗ 𝑖 ∗ 𝐴𝑟𝑒𝑎 𝑡𝑟𝑖𝑏𝑢𝑡𝑎𝑟𝑖𝑎

100⁄

3.6

𝑄 =0.78 ∗ 110.339 ∗ 0.0088

100⁄

3.6= 0.0021 𝑚3

𝑠⁄

COLUMNA 13: Caudal l/s. COLUMNA 14: Bombeo (%): la tubería de descarga mínima debe ser de 250 mm por lo tanto deberá de tener una pendiente mínima del 2%. COLUMNA 15: Pendiente longitudinal esta es igual a la pendiente de la columna 6.

Tabla 8.2-2. Periodos de retornos o grados de protección.


43

Cálculo de la rejilla: COLUMNA 16: “T” = Ancho de inundación de la vía

𝑇 = (𝑄 ∗ 𝑛

𝐾𝑢 ∗ 𝑆𝑥1.67 ∗ 𝑆𝑙0.5)

0.375

𝑇 = (0.0021 ∗ 0.016

0.376 ∗ 0.021.67 ∗ 0.030.5)

0.375

= 1.572𝑚

Donde: T: Ancho de la inundación de la vía (m). Ku: 0.376 (sistema métrico). n: Coeficiente de Manning pavimento: 0.016. Q: Caudal total de escorrentía (m3/s). Sx: Pendiente transversal de la vía (m/m). Sl: Pendiente longitudinal de la vía (m/m). COLUMNA 17: Profundidad de flujo junto al sardinel se expresa de la siguiente forma:

𝑑 = 𝑇 ∗ 𝑆𝑥

𝑑 = 1.595 ∗ 0.02 = 0.31 𝑚 Donde: d: Profundidad de flujo. T: Ancho de la inundación de la vía (m). Sx: Pendiente transversal (m/m) COLUMNA 18: Eficiencia de la rejilla se determina respecto a las siguientes ilustraciones: Para el diseño de la rejilla es necesario tener en cuenta la eficiencia, la cual determinamos mediante la norma técnica de diseño de acueducto y alcantarillado de Bogotá debido a que la empresa de acueducto y alcantarillado de Villavicencio no maneja o no tiene un diseño estandarizado o predeterminado para el diseño de las rejillas trabaja con la empresa de acueducto y alcantarillado de Bogotá, ya que esta maneja un tipo de rejilla estándar o convencionales esto se demuestra en el anexo C.


44

COLUMNA 19: Caudal captado por la apertura y se expresa de la siguiente forma:

Ilustración 8.2-1.Eficiencia de la rejilla Vs pendiente longitudinal. Fuente: Norma Técnica de servicio de Acueducto y Alcantarillado. Bogotá, Colombia:

Acueductos SISTEC, 2007.

Ilustración 8.2-2.Eficiencia de la rejilla Vs pendiente longitudinal. Fuente: Norma Técnica de servicio de Acueducto y Alcantarillado. Bogotá, Colombia:

Acueductos SISTEC, 2007.


45

𝑄1 = 𝐸 ∗ 𝑄

𝑄1 = 0.682 ∗ 2.1038 = 1.380 𝐿𝑆⁄

Donde: Q1: Caudal captado por la apertura. E: eficiencia de la rejilla. Q: Caudal de escorrentía L/s. Cálculo de ventana: COLUMNA 20: Longitud requerida por la apertura lateral y se expresa de la siguiente forma:

𝐿𝑇 = 𝐾𝑢 ∗ 𝑄0.42𝑆𝑙0.3 ∗ (1

𝑛 ∗ 𝑆𝑥)

0.6

𝐿𝑇 = 0.817 ∗ 1.4350.420.030.3 ∗ (1

0.016 ∗ 0.02)

0.6

= 0.671

Donde: LT: Longitud de la apertura para captar el 100% del flujo en la vía. Ku: 0.817(sistema métrico). Q: Se refiere al caudal total que corre por la vía. COLUMNA 21: Eficiencia de la captación para la longitud de la apertura.

𝐸 = 1 − (1 −0.85

𝐿𝑇)

1.8

𝐸 = 1 − (1 −0.85

0.682)

1.8

= 1.08

Donde: E: Eficiencia de la captación para la longitud de la apertura. LT: longitud requerida por la apertura lateral. COLUMNA 22: Caudal no captado por el sumidero. Determinado de la siguiente forma:

𝑄2 = 𝐸 ∗ 𝑄

𝑄2 = 1.080 ∗ 2.1038 = 2.185 𝐿𝑆⁄

COLUMNA 23: Caudal que ingresa por la rejilla expresado de la siguiente forma:


46

𝑄𝑖 = 𝑄2 + 𝑄1

𝑄𝑖 = 2.273 + 1.435 = 3.565 𝐿𝑆⁄

COLUMNA 24: Caudal sobrante, este cumple con la estipulación de que si la resta entre el caudal de escorrentía y el caudal que ingresa es menor a 0 este tendrá como resultado 0.

Fuente: Autores CONEXIONES DE SUMIDEROS A POSOS La memoria de cálculo de los cálculos del proceso de diseño de las conexiones entre sumideros a los posos se encuentra anexadas en un documento de Excel junto al proyecto, pero para la explicación escrita de todo el procedimiento se hace una descripción detallada de todo lo realizado. Conectores COLUMNA 1: Sumideros. COLUMNA 2: Pozos. COLUMNA 3: Caudal de diseño donde este es el mismo caudal que ingresa a los sumideros. L/s. COLUMNA 4: Caudal de diseño donde este es el mismo caudal que ingresa a los sumideros. M3/s. COLUMNA 5: Longitud. COLUMNA 6: Cota rasante inicial. COLUMNA 7: Cota rasante final. COLUMNA 8: Cota clave inicial. COLUMNA 9: Cota clave final. COLUMNA 10: Cota batea inicial.

Tabla 8.2-3. Diseño de sumideros


47

COLUMNA 11: Cota batea final. COLUMNA 12: Pendiente de diseño.

𝑆 =𝐵𝑎𝑡𝑒𝑎 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 − 𝐵𝑎𝑡𝑒𝑎 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙

𝐿𝑜𝑛𝑔𝑖𝑡𝑢𝑑

𝑆 =409.39 − 408.76

6.850= 9.24%

COLUMNA 13: Diámetro de la tubería expresado de la siguiente forma:

∅ = 1.548 ∗ (0.013 ∗ 𝑄

𝑆0.5)

38

∅ = 1.548 ∗ (0.013 ∗ 0.00371 𝑚3

𝑆⁄

9.240.5)

38

= 0.0582𝑚

Donde: Q: Caudal de diseño m3/s. Ø: Diámetro de la tubería m. COLUMNA 14: Diámetro de la tubería. In. COLUMNA 15: Diámetro comercial. (In) COLUMNA 16: Diámetro comercial interno. Al tener definido el caudal de diseño de las conexiones de tuberías, se dará paso al cálculo de la red hidráulica cumpliendo con todos los parámetros establecidos por la resolución 0330/2015. Hidráulica: COLUMNA 17: Numero de Manning 0.009. COLUMNA 18: Velocidad esta expresada de la siguiente forma:

𝑉 =1

𝑛∗ (

∅𝑖𝑛𝑡

4)

23

∗ 𝑆0.5

𝑉 =1

0.09∗ (

0.182

4)

23

∗ 9.24%0.5 = 4.305 𝑚𝑠⁄

Donde: Øint: Diámetro interno en m. V: velocidad m/s. S: Pendiente %.


48

COLUMNA 19: Caudal a tubo lleno expresada de la siguiente forma:

𝑄𝑜 = 𝑉 ∗ 𝜋 ∗∅𝑖𝑛𝑡2

4

𝑄𝑜 = 4.305 ∗ 𝜋 ∗0.1822

4= 0.214 𝑚3

𝑠⁄

Donde: Qo: Caudal a tubo lleno m3/s. V: velocidad m/s. Øint: Diámetro interno en m. COLUMNA 20: Relación hidráulica. Dada por la siguiente expresión.

𝑅𝑄 =𝑄

𝑄𝑜

𝑅𝑄 =𝑄

𝑄𝑜=

0.00371

0.214= 7.6%

Donde: Q: Caudal de diseño m3/s. Qo: Caudal a tubo lleno m3/s. COLUMNA 21: Altura de la lámina de agua, expresada de la siguiente forma:

𝑌 =(−0.00138 + 0.64987) ∗ (𝑅𝑄0.5 − 0.58273) ∗ 𝑅𝑄

(1 − 1.00049) ∗ (𝑅𝑄0.5 + 0.8523) ∗ 𝑅𝑄∗ Ø𝑖𝑛𝑡

𝑌 =(−0.00138 + 0.64987) ∗ (3.3%0.5 − 0.58273) ∗ 3.3%

(1 − 1.00049) ∗ (3.3%0.5 + 0.8523) ∗ 3.3%∗ 0.182 = 0.033𝑚

Donde: RQ: Relación de caudales. Øint: Diámetro interno en m. COLUMNA 22: ϴ: Angulo Rad. COLUMNA 23: Relación hidráulica. Dada por la siguiente expresión.

𝑅𝑄´ = (1 − ((sin 𝜃

𝜃) ∗ (

Ø𝑖𝑛𝑡

4)))


49

𝑅𝑄´ = (1 − ((sin 1.41

1.41) ∗ (

0.182

4))) = 2.0%

Donde: ϴ: Angulo Rad. Øint: Diámetro interno en m. Cortante: COLUMNA 24: Velocidad a tubo lleno, y se expresa de la siguiente forma:

𝑉′ =1

0.09∗ 𝑅𝑄′

23 ∗ 𝑆0.5

𝑉′ =1

0.09∗ 1.4%

23 ∗ 9.24%0.5 = 4.792 𝑚

𝑠⁄

Donde: V’: velocidad a tubo lleno m/s. RQ’: Relación hidráulica. COLUMNA 25: Profundidad hidráulica. Dada por la siguiente expresión:

𝐻 = (1

8) ∗ (

𝜃 − sin 𝜃


𝐻 = (1

8) ∗ (

1.41 − sin 1.41

sin(1.41 ∗ 0.5)) ∗ (0.182) = 0.023𝑚

Donde: H: Profundidad hidráulica. Ө: Angulo. Φ: Diámetro interno comercial. COLUMNA 26: Número de Froude. Se halla con la expresión:

𝑁𝐹 = (𝑉′ 𝑚

𝑠⁄

√9.81 ∗ 𝐻)

𝑁𝐹 = (1.926 𝑚

𝑠⁄

√9.81 ∗ 0.015) = 10.05

Donde: V’: Velocidad a tubo lleno m/s.


50

NF: Numero de Froude. H: Profundidad hidráulica m. COLUMNA 27: Cortante. Dada por la expresión:

𝜏 = 9810 ∗ 𝑅𝑄´ ∗ 𝑆

𝜏 = 9810 ∗ 1.4% ∗ 9.24 = 66.912 𝑃𝑎

Donde: T: Cortante. RQ´: relación hidráulica. S: Pendiente.

Chequeo

Diámetro Velocidad R Hidráulico τ

Cumple Cumple Cumple Cumple




Fuente: Autores

Para finalizar el diseño de las conexiones se verifica haciendo un chequeo de las variables como el diámetro, la velocidad, el radio hidráulico y el cortante las cuales todas tienen que cumplir respecto a las condiciones dadas por la RES 0330. Que variables tienen que cumplir el diseño: Diámetro: Diámetro (m) < Diámetro comercial interno (m).

Tabla 8.2-4. Diseño de conexiones sumideros a pozos


51

Velocidad: Velocidad < 5 m/s. Relación hidráulica: Relación hidráulica < 0.85. Cortante (τ): Cortante >= 2. COLECTORES Son aquellas tuberías que van de un pozo inicial a un pozo final. La memoria de cálculo del proceso de diseño de los colectores entre pozo y pozo se encuentra en el anexo D adjuntado al documento, para este se hace una descripción detallada de todo el procedimiento de la siguiente forma. COLUMNA 1: Inicio de cada tramo. COLUMNA 2: Colector inicial. COLUMNA 3: Colector final. COLUMNA 4: Caudal de diseño de cada sumidero L/s. COLUMNA 5: Caudal de diseño acumulado L/s. COLUMNA 6: Longitud m. COLUMNA 7: Caudal de diseño acumulado L/s. COLUMNA 8: Caudal de diseño acumulado m3/s. COLUMNA 9: Cota rasante inicial. COLUMNA 10: Cota rasante final. COLUMNA 11: Cota clave inicial. COLUMNA 12: Cota clave final. COLUMNA 13: Cota batea inicial. COLUMNA 14: Cota batea final. COLUMNA 15: Pendiente COLUMNA 16: Diámetro de los colectores expresado de la siguiente forma:

∅ = 1.548 ∗ (0.013 ∗ 𝑄

𝑆0.5)

38

∅ = 1.548 ∗ (0.013 ∗ 0.04312 𝑚3

𝑆⁄

0.32%0.5)

38

= 0.25𝑚

Donde: Q: Caudal de diseño m3/s. Ø: Diámetro de la tubería m. COLUMNA 17: Diámetro en pulgadas. COLUMNA 18: Diámetro comercial In. COLUMNA 19: Diámetro comercial interno m. COLUMNA 20: Numero de Manning 0.09. Hidráulica:


52

COLUMNA 21: Velocidad esta expresada de la siguiente forma:

𝑉 =1

𝑛∗ (

∅𝑖𝑛𝑡

4)

23

∗ 𝑆0.5

𝑉 =1

0.09∗ (

0.284

4)

23

∗ 0.32%0.5 = 1.293 𝑚𝑠⁄

Donde: Øint: Diámetro interno en m. V: velocidad m/s. S: Pendiente %. COLUMNA 22: Caudal a tubo lleno expresada de la siguiente forma:

𝑄𝑜 = 𝑉 ∗ 𝜋 ∗∅𝑖𝑛𝑡2

4

𝑄𝑜 = 8.213 ∗ 𝜋 ∗0.2842

4= 0.078 𝑚3

𝑠⁄

Donde: Qo: Caudal a tubo lleno m3/s. V: velocidad m/s. Øint: Diámetro interno en m. COLUMNA 23: Relación hidráulica. Dada por la siguiente expresión.

𝑅𝑄 =𝑄

𝑄𝑜

𝑅𝑄 =𝑄

𝑄𝑜=

0.04312

0.078= 53.2%

Donde: Q: Caudal de diseño m3/s. Qo: Caudal a tubo lleno m3/s COLUMNA 24: Altura de la lámina de agua, expresada de la siguiente forma:

𝑌 =(−0.00138 + 0.64987) ∗ (𝑅𝑄0.5 − 0.58273) ∗ 𝑅𝑄

(1 − 1.00049) ∗ (𝑅𝑄0.5 + 0.8523) ∗ 𝑅𝑄∗ Ø𝑖𝑛𝑡


53

𝑌 =(−0.00138 + 0.64987) ∗ (53.2%0.5 − 0.58273) ∗ 53.2%

(1 − 1.00049) ∗ (53.2%0.5 + 0.8523) ∗ 53.2%∗ 0.284 = 0.146𝑚

Donde: RQ: Relación de caudales. Øint: Diámetro interno en m. COLUMNA 25: Angulo en Radianes. COLUMNA 26: Relación hidráulica. Dada por la siguiente expresión.

𝑅𝑄´ = (1 − ((sin 𝜃

𝜃) ∗ (

Ø𝑖𝑛𝑡

4)))

𝑅𝑄´ = (1 − ((sin 3.41

3.41) ∗ (

0.284

4))) = 7.2%

Donde: ϴ: Angulo Rad. Øint: Diámetro interno en m. Cortante: COLUMNA 27: Velocidad a tubo lleno, y se expresa de la siguiente forma:

𝑉′ =1

0.09∗ 𝑅𝑄′

23 ∗ 𝑆0.5

𝑉′ =1

0.09∗ 7.2%

23 ∗ 0.32%0.5 = 1.254 𝑚

𝑠⁄

Donde: V’: velocidad a tubo lleno m/s. RQ’: Relación hidráulica. COLUMNA 28: Profundidad hidráulica. Dada por la siguiente expresión:

𝐻 = (1

8) ∗ (

𝜃 − sin 𝜃


𝐻 = (1

8) ∗ (

3.41 − sin 3.41

sin(3.41 ∗ 0.5)) ∗ (0.284) = 0.116𝑚

Donde: H: Profundidad hidráulica. Ө: Angulo. Φ: Diámetro interno comercial.


54

COLUMNA 29: Número de Froude. Se halla con la expresión:

𝑁𝐹 = (𝑉′ 𝑚

𝑠⁄

√9.81 ∗ 𝐻)

𝑁𝐹 = (1.138 𝑚

𝑠⁄

√9.81 ∗ 0.132) = 1.18

Donde: V’: Velocidad a tubo lleno m/s. NF: Numero de Froude. H: Profundidad hidráulica m. COLUMNA 30: Cortante. Dada por la expresión:

𝜏 = 9810 ∗ 𝑅𝑄´ ∗ 𝑆

𝜏 = 9810 ∗ 7.7% ∗ 0.32% = 3.0 𝑃𝑎

Donde: T: Cortante. RQ´: relación hidráulica. S: Pendiente.

Tabla 8.2-5. Diseño de colectores


55

Fuente: Autores

Para finalizar el diseño de los colectores se verifican los cálculos haciendo un chequeo de las variables como el diámetro, la velocidad, el radio hidráulico y el cortante las cuales todas tienen que cumplir con las condiciones estipuladas por la RES 0330. Que variables tienen que cumplir el diseño: Diámetro: Diámetro (m) < Diámetro comercial interno (m). Velocidad: Velocidad < 5 m/s. Relación hidráulica: Relación hidráulica < 0.85. Cortante (τ): Cortante >= 2.

8.1.2. Resumen de resultados

Red de alcantarillado pluvial: Se obtuvo el diseño de la red de alcantarillado pluvial con un total de 407 sumideros con sus respectivas conexiones a pozos, 132 pozos, 132 colectores y 11 puntos de descarga.


56

9. CONCLUSIONES Y TRABAJOS FUTUROS 9.1. CONCLUSIONES

• Gracias a los datos suministrados por el Instituto de hidrología, meteorología y estudios ambientales (IDEAM) se llevaron a cabo distintos trabajos que nos condujeron a los resultados aquí y mostrados, de igual estos permitieron la elaboración del proyecto, y se pudo llevar a la práctica los conocimientos adquiridos y sustentados bajo la normativa pertinente.

• Mediante la utilización del programa Civil Cad 3D, se obtuvo la correcta realización del trazado de red; teniendo en cuenta los distintos parámetros y requisitos pertinentes de la normativa; lo cual aseguro el cumplimiento de uno de los objetivos específicos y garantizó la prevención de distintos problemas que ya se presentaban en el sector y que se corrigieron mediante la elaboración del diseño del sistema de alcantarillado separado.

• se elaboraron diferentes cálculos en Excel, teniendo en cuenta los parámetros establecidos; luego de ello fueron ingresados al programa EPA SWMM y con ello se obtuvo un resultado favorable al concluir en que el diámetro utilizado tanto para la tubería pluvial como sanitaria es adecuado ya que soporta los niveles del caudal tanto sanitario como residual.

• Durante el desarrollo de este proyecto se presentó la necesidad de abordar el tema, considerando otros elementos de carácter social y ambiental en el barrio El Rubí, lo cual gracias al diseño elaborado y la ejecución de trabajos futuros garantiza la sostenibilidad de los distintos factores ambientales y la disminución de riesgos de factor biológico en la población, gracias a este sistema de alcantarillado se mejora el bienestar y la calidad de vida del sector.

9.2. TRABAJOS FUTUROS

• Una vez ejecutada la construcción del alcantarillado pluvial y residual se proseguirá a la instalación de la carpeta asfáltica con sus debidos sistemas de drenaje cumpliendo los parámetros que indican la norma y el diseñador; aprovechando de que la comunidad no cuenta con unas vías dignas para su movilización diaria. Mejorando la economía de dicha población.


57

10. REFERENCIAS [1] Grundfos Colombia S.A.S. Alcantarillado. [En línea]. Available: https://co.grundfos.com/service-support/encyclopedia-search/sewer-system.html. [2] Noticiero del llano. somos pobres pero honrados los que pedimos servicios de energia y alcantarillado dicen habitantes de el rubi. [En línea]. Available: https://www.noticierodelllano.com/wsn/index.php/32-popular/3369-somos-pobres-pero-honrados-los-que-pedimos-servicios-de-energia-y-alcantarillado-dicen-habitantes-de-el-rubi. [3] «Extra llano,» Noticias sobre el Rubi. [En línea]. Available: https://llano.extra.com.co/temas/el-rub%C3%AD. [4] «desatascos victor,» ¿En qué consiste el alcantarillado sanitario y pluvial?. [En línea]. Available: https://www.desatascosvictor.es/en-que-consiste-el-alcantarillado-sanitario-y-pluvial_fb23849.html#:~:text=El%20sistema%20de%20alcantarillado%20es,de%20asumir%20un%20caudal%20elevado.&text=Este%20tipo%20de%20alcantarillado%20debe,que%20ofrecemos%20en%20Desatascos%20V%C3%ADctor. [5] «Empresas Públicas de Medellín» Norma de construcción acometidas de alcantarillado. 01 01 2019. [En línea]. Available: https://www.epm.com.co/site/Portals/3/documentos/Aguas/NC_AS_IL02_01_Acometidas_de_Alcantarillado.pdf?ver=2019-01-28-154218-640. [6] «Rincón, Jhonatan» Diseño de acueducto y alcantarillado, [En línea]. Available: http://garrynevyll.blogspot.com/2010/04/definicion-de-acueducto-y.html. [7] «flickr,» Cámara aliviadero de la red de alcantarillado. [En línea]. Available: https://www.flickr.com/photos/zaragoza_es/16381979618. [8] R. A. Lopez Cualla, Elementos de diseño para acueductos y alcantarillado, Bogota: Escuela colombiana de ingenieros, 2003. [9] Resolución N° 0330, Bogota: Ministerio de salud y protección social, 2017. https://www.minsalud.gov.co/Normatividad_Nuevo/Resoluci%C3%B3n%200330%20de%202017.pdf [10] «TECPA,» Qué es swmm. [En línea]. Available: tecpa.es/swmm-que-es-para-que-sirve/#targetText=SWMM%20es%20el%20nombre%20común,de%20gestión%20de%20aguas%20pluviales.. [11] Reglamento tecnico del sector de agua potable y saneamiento basico, Bogota, Ministerio de Vivienda, Ciudad y Territorio de Colombia. 2000. http://www.minvivienda.gov.co/viceministerios/viceministerio-de-agua/reglamento-tecnico-del-sector/reglamento-tecnico-del-sector-de-agua-potable [12] «Ley N° 1506,» Bogota, 2012. http://www.secretariasenado.gov.co/senado/basedoc/ley_1506_2012.html#:~:text=Por%20medio%20de%20la%20cual,y%20su%20forma%20de%20vida. [13] «Decreto 1272,» Bogota, 2017. https://www.funcionpublica.gov.co/eva/gestornormativo/norma.php?i=82883 [14] «Titulo D reglamento técnico del sector de agua potable y saneamiento basico,» [En línea]. Available: http://www.minvivienda.gov.co/Documents/ViceministerioAgua/TITULO_D.pdf.


58

[15] Codigo colombiano de fontaneria, Bogotá. Icontec, 2004. https://es.slideshare.net/farnebar70/ntc-1500-cdigo-colombiano-de-fontanera [16] «Decreto 303,» 2012. [En línea]. Available: http://www.suin-juriscol.gov.co/viewDocument.asp?id=1069795. [17] «Alcaldia de Villavicencio» Información general. [En línea]. Available: http://www.villavicencio.gov.co/Paginas/default.aspx. [18] «Norma técnica de servicio acueducto,» 2006. [En línea]. Available: file:///C:/Users/ACER/Downloads/kupdf.net_ns-047.pdf.


59

11. ANEXOS

Anexo A. CURVAS DE NIVEL

Ilustración 11-1: Curvas de Nivel del Barrio el Rubí Fuente: Autores


60

1) La vivienda que habitan es:

Casa Apartamento Casa-lote Habitación Total

370 98 475 50 993

Fuente: Autores

2) La disposición final de excretas (sanitario) que

utiliza en su hogar es:

Inodoro conectado a alcantarillado

0

Inodoro conectado a pozo séptico

180

Inodoro sin conexión, letrina 813

No tiene servicio sanitario 0

Total 993

Fuente: Autores

37%

10%

48%

5%

Tipo de Vivienda

Casa

Apartamento

Casa-lote

Habitacion

Anexo B.CENSO DEL BARRIO EL RUBI

Tabla 11.-1 Tipo de Vivienda

Ilustración 11-2: Estadística del tipo de vivienda de los habitantes del sector del Rubi Fuente: Autores

Tabla 11.-2 Disposición final de excretas que utilizan en los hogares del barrio el Rubí


61

3) ¿Cada cuanto recibe el servicio de agua?

Todos los días 993

Semanalmente 0

Inter diario 0

Fuente: Autores

1 2 3 4

0180

813

0

DISPOSICION DE EXCRETAS (SANITARIO)

Inodoro conectado a alcantarillado

Inodoro conectado a pozo septico

Inodoro sin conexión, letrina

No tiene servicio sanitario

Ilustración 11-3: Estadísticas de la disposición de excretas de los hogares del barrio el Rubí Fuente: Autores

Tabla 11.3 Tiempo de entrega del recibo del agua a los hogares del barrio el Rubí


62

4) ¿De dónde obtiene principalmente este hogar el agua para el consumo humano?

De acueducto 923

De pozo con bomba 50

De aljibe o juguey 0

Aguas lluvias 0

De pila publica 0

De carro tanque 20

Otro 0

TOTAL 993

Fuente: Autores

1 2 3 4

993

0 0

SERVICIO DE AGUA

Todos los dias Semanalmente Inter-diario

Ilustración 11-4: Estadística del tiempo de entrega del recibo del agua en el barrio el Rubí Fuente: Autores

Tabla 11-4 Suministro inicial de cada hogar del barrio el Rubí


63

5) Total, de personas que habitan en el hogar

Hombre Mujer Niños

2050 2200 980

Fuente: Autores

0100200300400500600700800900

1000

PROVENIENCIA DE AGUA

Series1 Series2 Series3 Series4 Series5

39%

42%

19%

Personas que habitan en el hogar

Hombre Mujer Niños

Ilustración 11-5: Suministro inicial de los hogares del barrio el Rubí Fuente: Autores

Tabla 11-5 Cantidad de personas que habitan en los hogares del barrio el Rubí

Ilustración 11-5: Estadística de la cantidad de personas que habitan en los hogares del barrio el Rubí Fuente: Autores


64

6) Edad de las personas que habitan en el hogar

Edad (años) N° de personas

0-5 385

6-15 620

16-30 1985

31-50 1330

>50 910

Total 5230

Fuente: Autores

Tabla 11-6 Edad de las personas que habitan en el hogar

Ilustración 11-6: Estadística de la edad de los habitantes del barrio el Rubí Fuente: Autores


65

Anexo C.MANUAL TÉCNICO URBANIZADORES Y CONSTRUCTORES

Ilustración 11-7: Diseño de rejillas. Fuente: Manual técnico para constructores y urbanizadores. Villavicencio, Colombia:

EAAV, 2017

trabajo


66

Los presentes anexos se encuentran de manera digital e independiente del trabajo

Anexo D. HOJA DE CALCULO ALCANTARILLADO PLUVIAL

Anexo E. PLANO DE AREA DE ACTIVIDAD SUELO URBANO

Anexo F.HOJA DE CALCULO ALCANTARILLADO SANITARIO

Anexo G. PLANO PERFIL SANITARIO- TRAMO 1

Anexo H. PLANO PERFIL SANITARIO- TRAMO 2

Anexo I. PLANO PLANTA SANITARIO

Anexo J. EPA SWMM ALCANTARILLADO SANITARIO

Anexo K. PLANO PLANTA ALCANTARILLADO PLUVIAL

Anexo L. PLANO PERFIL ALCANTARILLADO PLUVIAL

Anexo M. EPA SWMM ALCANTARILLADO PLUVIAL

Anexo N. DETALLES POZOS

Anexo O. DETALLES SUMIDEROS