Uso Del Criterio de La Fuerza Tractiva en El Diseño de Alcantarillado Sanitario en Nicaragua r2_2012.01.05

USODELCRITERIODELAFUERZATRACTIVAENEL

DISEODEALCANTARILLADOSANITARIOENNICARAGUA

Msc.Ing.SergioTerceroTalaveraConsultor

02DENOVIEMBREDE2010

SehaceunarevisinhistricadelusodelcriteriodelafuerzatractivaeneldiseodelasredesdealcantarilladosanitariodeNicaragua,comparandolasGuasTcnicasdeDiseopublicadaspor INAAenelao2004y laNormaNBR9649publicadaporABNTdeBrasilenelao1986.Adems sepresentauna revisinbibliogrficadeeste concepto, segn ladocumentacin aquesepudoaccedereninternet.

USODELCRITERIODELAFUERZATRACTIVAENELDISEODEALCANTARILLADOSANITARIOENNICARAGUA

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Tabladecontenido

PROLOGO......................................................................................................................................3

I INTRODUCCIN.....................................................................................................................4

II ORIGENDELALCANTARILLADOSANITARIOSIMPLIFICADO..................................................5

III MODIFICACIONES INTRODUCIDAS EN LOS CRITERIOS DE DISEO DE REDES DEALCANTARILLADO..........................................................................................................................6

IV ASPECTOSCLAVESDELDISEOHIDRULICODELALCANTARILLADOSIMPLIFICADO..........7

V DISEMINACININTERNACIONALDELALCANTARILLADOSIMPLIFICADO.............................8

VI PROBLEMTICA IDENTIFICADA EN LOS DISEOS ELABORADOS ACTUALMENTE ENNICARAGUA...................................................................................................................................8

VII COMPARACINDELOSCRITERIOSDEDISEOHIDRULICODELASGUASTCNICASDEDISEO SISTEMAS DE ALCANTARILLADO SANITARIO Y LOS CRITERIOS ESTABLECIDOS EN LANORMABRASILEAEMITIDAPORLAABNTENNOVIEMBREDE1986,NBR9649PROJETODEREDESCOLETORASDEESGOTOSANITRIO..................................................................................9

VIII RELACIONESDEGASTOHORARIOMXIMOYGASTOHORARIOMNIMORESPECTOALGASTODIARIOMEDIOOBTENIDASENINVESTIGACIONESEFECTUADASENNICARAGUA.........13

IX CONCLUSIONES...................................................................................................................15

X RECOMENDACIONES:..........................................................................................................16

ANEXO.........................................................................................................................................17


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PROLOGO

Estetrabajosurgianteunproblemarealquesetuvoamediadosdelmesdeoctubrede 2010 en una empresa gubernamental al recibir diseos de unmismo consultorinternacional,elaboradospor3consultoresnacionales,utilizandodiferentescriteriosdediseo.Estasituacinmemotivarevisareltemadeloscriteriosdediseoconlatensintractivamnima,cualeselobjetodeldocumento.Yopretendaqueeltrabajofuera ms fcil y ms corto; pero en la medida que escriba, surgan nuevasinquietudesymayoresdudas,queme fueronconduciendoporuncaminodenuncaacabar. Prcticamente, revis todos mis libros y documentos que poseo sobre eldiseo de alcantarillado sanitario, comenzando con la 2. versin de AmericanSeweragePracticeMetcalfandEddy,Edicinde1928hasta llegara la informacinmsrecientedisponibleeninternet.Fue una buena experiencia y confo en Dios que el esfuerzo que hice sirva parailuminarelcaminodelaingenierasanitariaenNicaraguay,sinofueraas,queporlomenosnoseapiedradetropiezoparamisamableslectores.Yo,pormiparte,disfrutinvestigando,resumiendoyescribiendoyreescribiendo.Alosamigosycolegasaquienesvadirigidoestedocumento,lespidosucomprensinpor las desviaciones e imprecisiones que haya cometido al redactar este pequeodocumento,quesonfrutodemiintersdedarlesmayorinformacin.

RepartoSanMartin,Managua,02denoviembrede2010.


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I INTRODUCCINEnNicaragua,enelao2004 fueronpublicadasporelente reguladordel sectordeaguapotableysaneamiento,INAA,lasGuasTcnicasparaelDiseodeAlcantarilladoSanitarioySistemasdeTratamientodeAguasResiduales1,enlascualesseintrodujoelconceptodelclculohidrulicode lasalcantarillasenbasealcriteriode la tensintractivayalafrmuladeManning2.LasGuas,enelPrlogo, refierenqueellas contienenalgunosde losparmetrosdediseo actualizados contenidos en los Criterios de Diseo para Sistemas deAlcantarilladoSanitario34elaboradosporDENACALenelao1976y,msadelante,enla Introduccin, establece que en el ao 1976 el Departamento Nacional deAcueductos y Alcantarillados (DENACAL) elabor unas Especificaciones Tcnicas deAcueductosyAlcantarilladoSanitarioquecontienenenelCaptuloIII loscriteriosdediseodealcantarilladosanitario.LaintroduccindelconceptodeTensindeArrastreMnimaenlasGuasTcnicasfueungranpasohaciaadelanteparalograrahorrosimportantesenlaconstruccindelosalcantarilladossanitariosenNicaragua;sinembargo,enellasquedaronalgunosvacosquevaldra lapena llenarparaaprovecharmejoralgunosde losconceptosutilizadoseneldiseode alcantarillados simplificados5,muyenboga apartirde losprimerosaosdeladcadadelosochenta.La intencin de este trabajo es revisar algunos de los criterios de diseo delalcantarilladosimplificadoyproponersuusoeneldiseodelasredesdealcantarilladosanitarioenNicaragua,paracomplementarelcriteriodelatensindearrastremnimacontenidoen lasGuasTcnicasdeDiseode INAA,mientras se crea y formaliza laNormaTcnicaObligatoriaNicaragensecorrespondiente.

1 Guas Tcnicas para el Diseo de Alcantarillado Sanitario y Sistemas de Tratamiento de AguasResiduales.INAA.Tirajede500ejemplares.Enero2004.2SegnlasreferenciasdeD.MaraEtAl,ensulibroPCBasedSimplifiedDesign(2001),laEc.deManningdebe llamarse Ecuacin de GaucklerManning, porque 22 aos antes (186768), Philippe GaucklerpubliclamismaecuacinpublicadaporRobertManningen1890.3Con fecha juniode1975, DENACALpublic lasNormasTcnicasparaelDiseo yConstruccindeSistemasdeAlcantarilladoSanitario.DivisindeEstudiosyConstrucciones,enlascualeselautorfueelredactorprincipal,habiendorecopiladoyeditadoloscriteriosestablecidoshastaseseentoncesparaeldiseodelasredesdealcantarillado.4TodoindicaqueserefierealosCriteriosdeDiseoelaboradosporlafirmaconsultoraGannetFlemingCorddry Carpenter Karim D`Arce y Asc., contratada por ENACAL para uno de los estudios defactibilidad del alcantarillado sanitario deManagua, que confirm los criterios establecidos en lasNormasTcnicaselaboradasporDENACALenelao1975,introduciendoalgunoscambios.5Elalcantarilladosimplificadoesdiferentealalcantarilladocondominial.


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Colateralmente, se aprovecha para exponer algunos eventos de la historia de suintroduccinenNicaraguayde sudivulgacinyaplicacinanivel internacional,conayudadeinternet,paraqueellectorinteresadoeneltematengaunamayorvisindeldesarrollodeestecriterio.La inexperiencia en la aplicacindel conceptode la fuerza tractiva y la faltade loscriterios de diseo nacionales, que sean acordes con las tendenciasmundialmenteaceptadas,haobligadoalosingenierosdiseadoresyalosingenierosrevisoresenlasinstitucionesrectorasatomarlainiciativadecomplementarloconotroscriterios,quenosiemprehanconducidoaundiseooptimizadoyquesuaprobacinorechazohaquedadodependiendode ladiscrecionalidad y criteriospropiosdel funcionarioquerevisay/oapruebataldiseo.Unejemplodeestoeselusode lavelocidadmnima.Elautortieneconocimientodeque en algunas oficinas del estado se exige al diseador cumplir el criterio de latensindetraccinmnimay/olavelocidadmnimade0.60m/s,aunqueseaceptanvaloresde0.30m/sparacaudalesdediseocontuboparcialmentelleno6.Hayquetenerenmentequeelcriteriode latensindearrastremnimaespartedeunconjuntodecriteriosdediseodesarrolladosenBrasilparaeldiseodesistemasde alcantarillado condominial y alcantarillado simplificado, con elobjetivode logrardiseosmseconmicosydeestaformaalcanzarmayorcoberturadesaneamientoanivelnacional.

II ORIGENDELALCANTARILLADOSANITARIOSIMPLIFICADOEl diseo de los sistemas de alcantarillado sanitario simplificado, difundidomundialmente, tiene su origen en la experiencia brasilea de los aos 80 y en lasnormasemitidasporlaAsociacinBrasileadeNormasTcnicas(ABNT).Paracitarunsolo caso, la Norma Boliviana NB688, Norma Tcnica de Diseo para Sistemas deAlcantarillado Sanitario y Tratamiento de Aguas Residuales, fue revisada en 1996 yluegoen2001,introduciendoenestaltimavezelconceptodetensindearrastreenel diseo, con el objetivo de optimizar costos de inversin y presentar opcionestcnicas que permitan el acceso a sistemas de saneamiento bsico de un mayor

6 En la revisin bibliogrfica se encontr que la Norma del Distrito Federal de Mxico permitevelocidadesmnimasde30cm/sparaelgastomnimodediseo,queesigualalamitaddelgastomedioynomenora1.5l/s ode1.0l/s, endependenciadeltipodeinodoroutilizado.Ref.:NormasTcnicasComplementariasparaelDiseoyEjecucindeObraseInstalacionesHidrulicas.


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nmero de beneficiarios, priorizando sectores sociales de menores ingresoseconmicos7.

III MODIFICACIONES INTRODUCIDAS EN LOS CRITERIOS DEDISEODEREDESDEALCANTARILLADO.

En relacin a los Criterios de Diseo para Sistemas de Alcantarillado Sanitarioelaborados en 1976 por DENACAL (Departamento Nacional de Acueductos yAlcantarillados), lasGuasTcnicasde INAA introducen algunasmodificaciones a loscriteriosdeldiseoconvencional8concentradasenlosaspectossiguientes:5.1 FRMULAYCOEFICIENTEDERUGOSIDAD:

EldiseohidrulicodelasalcantarillassedeberhacerenbasealcriteriodelatensintractivayalafrmuladeManning.

Noestablecevelocidadmnima,pendientesmnimasnipendientesmximas9.

5.2 ELDIMETROMNIMODELASTUBERASDEBERSERDE150MM.5.3 PENDIENTELONGITUDINALMNIMA:

La pendiente longitudinal mnima deber ser aquella que produzca unavelocidaddeautolavado,lacualsepodrdeterminaraplicandoelcriteriodelaTensindeArrastre,paralocualrecomiendaunvalormnimodef=1Pa.

6.1 UBICACINDEPOZOSDEVISITASANITARIOS:

InstalarRegistrosterminales(Terminalesdelimpieza)enlugardelospozosdevisitacabeceroscuandonosepreveaexpansioneshaciaaguasarriba.

6.3 CARACTERSTICASDELPOZODEVISITA:

El uso de Dispositivos de Visita Cilndricos (DVC) para alcantarillas condimetrosde200mmymenoresyprofundidadeshastaunmximode1.80m.

7Mayo2002.AlcidesFrancoT.TcnicasdeDiseodeSistemasdeAlcantarilladoSanitarioyPluvial.ModificacionesalaNormaNB688.8En1880,GeorgeWaring Jr.diseelprimersistemadealcantarilladosanitarioseparativoenE.U.A.conelcriteriodelavelocidadmnimade2pies/s,elcualcontinaaplicndosehastahoy.Ref.SimplifiedSewerage:DesignGuidelines,1994.AlexanderBakalian,AlbertWright,RichardOtisyelProf.JosdeAzevedoNetto.9LaversindigitaldelasGuasomiteelconceptodevelocidadmxima.Estopodraserproductodeunerrordedigitacin.


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Paraprofundidadesderasantedetubosde0.60ma1.00mseusarnCajasdeRegistroSanitarias(CRS).

Porotraparte,entreotros,mantienelossiguientescriteriosacarreadosdelasNormasTcnicasde1975yconfirmadosenlosCriteriosdeDiseode1976:3.5 GASTOMEDIO(QM)DEAGUASRESIDUALESDOMSTICAS IGUALAL80%DELADOTACINDELCONSUMODEAGUA.3.6 GASTOMNIMO(QMN)IGUALAQM10.3.7 GASTOMXIMODEAGUASRESIDUALES (QMAX) CALCULADO POR EL CONOCIDO FACTOR

DERELACINDEHARMON11ENTREQMAXYQM.5.1 LAVELOCIDADMXIMADEFLUJODEBERSERDE3M/S.

IV ASPECTOS CLAVES DEL DISEO HIDRULICO DELALCANTARILLADOSIMPLIFICADO

DuncanMara12sealacomolosaspectosclavesdeldiseohidrulicodelalcantarilladosimplificado,lossiguientes:

Factordegastomximodiario=1.8 Gastopicomnimode1.5l/sencualquiertramodealcantarilla(esaproximado

alpicodelcaudalinducidoporladescargadeuninodoro).

Dimetromnimodelatubera:100mm. Uso de un rango amplio de la profundidad proporcional del flujo en la

alcantarilla(d/D)=0.20.8.

Usodelatensintractivamnimade1Pa;y

10En lasnormasdelao1975,este valor sehabaestablecido iguala Qm;peroen losCriteriosdeDiseode1976seredujoaQm.11 Es interesante observar que, a pesar de que las investigaciones de campo efectuadas por losconsultoresHazen&Sawyer J.AgustnChan (1971,1972)yGannetFlemingCordryandCarpenterKarinD`ArceyAsc.(1976),arrojaronfactoresentornoa2.0paralarelacindeGastoMximoyelGastoMedio, siempre seadoptel factorde relacindeHarmon,quearrojavaloresmuchomsaltos. LasGuasdeDiseodeINAAfijanunrangode1.8a3.0.12DuncanMara.WaterSupplyandSanitation.OptionsforSmallUrbanCentresinDevelopingCountries.UNHabitat.Diciembre2006.


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Elclculodelapendientemnimalminbasadoenq=qi(elgastopicoinicialdelperododediseo)y laseleccindelDbasadoenq=qf(elgastopicodel finaldelperododediseo).

V DISEMINACIN INTERNACIONAL DEL ALCANTARILLADOSIMPLIFICADO

Talha sidoel impactoqueha tenidoen losltimos25aoselalcantarillado

condominial desarrollado en Brasil, acompaado por la Norma NBR 9649emitidaspor laABNT,queEUA,paramencionarunejemplo,yarecomiendaelclculo de redes de alcantarillado con el criterio de la tensin tractiva paralograreconomasenlossistemas.

LaSociedadAmericanade IngenierosCiviles (ASCE)publicenelao2007el

ASCEMOP60WEFFD5Manual13elcualrecomiendaelusodelmtodode lafuerzatractivaparalograreldiseoautolimpiantedelasalcantarillassanitarias.EllosutilizancomoQminelcaudalhorariomsgrandealcanzadoen lasemanademenorflujodurantetodalavidadelproyecto.

Adicionalmente, Bentley en su ltima edicin del programa de diseo de

alcantarilladosSewerCad,EdicinV8iSelectSeries2,conplataformaAutocad2009,incluyeelclculodelatensintractivaparaverificarelcumplimientodelacondicinmnimaestablecida.

EnpasescomoEUA,Franciae Inglaterraseadmiteelusodetuberasde150mmdedimetroenlasredesdealcantarilladosanitario.

VI PROBLEMTICA IDENTIFICADA EN LOS DISEOSELABORADOSACTUALMENTEENNICARAGUA

Porlaexperienciapersonaldelqueescribe,setieneconocimientodequeactualmenteconcurrenlossiguientesproblemasprincipalesenlosclculoshidrulicosdelasredesdealcantarilladosanitarioenNicaragua:

1. Se continan diseando y aceptando diseos de alcantarillado sanitarioelaborados con el criterio convencional de velocidad mnima de 0.60 m/s,aplicadoalQmaxdelfinaldelperododediseo.

2. Cuando se presentan diseos con el criterio de la fuerza tractiva mnimatambinserevisalavelocidadconelcaudaldelfinaldelperododediseo.

13Tractive forceDesign forSanitarySewerSelfCleansing. LaVereB.Merrit. JournalofEnvironmentalEngineering,Vol.135,N12,December2009.Pp13381347.


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3. Seaceptanvelocidadesmnimashastade0.30m/sparaelcaudaldelfinaldelperododediseo.

4. Al utilizar el criterio de la fuerza tractivamnima en el diseo, lo aplican alcaudal de diseo calculado para el final del perodo de diseo. Un criteriobastanteaceptadoporlasinstanciasdeaprobacin.

5. Algunosdiseadores,tratandodeapegarsealcriteriodelatensindearrastremnimaestablecidoenlasGuasTcnicasdeINAA,aplicanestecriterioalgastomnimoparadeterminar lapendientemnimanecesariadediseo.Uncriteriorechazadoporlasinstanciasdeaprobacin.

6. LafrmuladelclculoaproximadodelapendientemnimaincluidaenlaNormaNBR9649paraobtener la tensin tractivamnima lautilizan indistintamenteparatuberasdePVCuotromaterial.

7. LasGuasdeDiseoelaboradasporINAAintroducenelcriteriodelatensindearrastre mnima para el diseo de las redes de alcantarillado sanitario enNicaragua; pero dejan vigentes varios criterios pertenecientes a la viejametodologadediseode sistemas convencionales, causando conello ciertaconfusinenlosingenierosdiseadoresyenlasinstanciasoficialesdegobiernoquedebenrevisaryaprobarlosdiseos.

VII COMPARACINDELOSCRITERIOSDEDISEOHIDRULICODE LAS GUAS TCNICAS DE DISEO SISTEMAS DEALCANTARILLADO SANITARIO Y LOS CRITERIOSESTABLECIDOSENLANORMABRASILEAEMITIDAPORLAABNTENNOVIEMBREDE1986, NBR9649 PROJETODEREDESCOLETORASDEESGOTOSANITRIO.

A continuacin sehaceuna comparacinde loselementosbsicosdediseode lasGuas Tcnicas publicadas por INAA en el ao 2004 y los criterios de diseo de lasNormas NBR 9649. En primer lugar se expone lo que dicen las Guas y a renglnseguido loquedice laNorma9649 y los comentariospertinentesdel autordeestetrabajo,cuandosehaconsideradopertinentehacerlo.1 GASTOSDEDISEO

3.5 De las Guas: Gasto medio (Qm). El gasto medio de aguas residualesdomsticassedeberestimar igualal80%de ladotacindelconsumodeagua.

NBR9649. Igual.

3.6 De lasGuas:Gastomnimo(Qmin)deaguasresiduales.Para laverificacindelgastomnimoenlasalcantarillassedeberaplicarlasiguienterelacin:


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Qmn=Qm NBR9649.Lanormaestableceelfactork3=0.5paradeterminarelQminhorario

enrelacinalQmdiario.

3.7 DelasGuas:Gastomximodeaguasresiduales(Qmax).Elgastomximodeaguas residualesdomsticas sedeberdeterminarutilizandoel factorderelacindeHarmon.

Elfactorderelacindebertenerunvalornomenorde1.80ynomayorde3.00

NBR 9649. La norma distingue 2 gastos mximos diarios para las aguasresiduales:eldeiniciodelperododediseoQmax iyeldelfinaldelperododediseoQmaxf.Cuandonoexistendatospropiosdelasinvestigacionesrealizadasque fueren aplicables al caso en estudio, la norma establece los siguientescriterios:1) Qmaxi= k2*Qm,donde:Qmax i=Gastomximodeaguasresidualesdomsticasal iniciodelperododediseo.k2eselfactordehoramnimaiguala0.5yQmeselgastomediotomadodelhidrogramarealoestimadoparaelsistema. 2) Qmaxf= k1*k2*Qm,donde:Qmax f=Gastomximodeaguas residualesdomsticasal finaldelperododediseo.K1=1.2eselfactordedamximo.k2=1.5elfactordehoramxima,yQmeselgastomediotomadodelhidrogramarealoestimadoparaelsistema.

3.8 De lasGuas:GastodeDiseo(Qd).Sielreaaservirtuvieramsde los

usosantessealados, loscaudalesdeaguasresidualessedebernestimarcomolasumadelascontribucionesparcialesporuso,debindoseefectuareldiseodelostramosdealcantarilladoenbasedelaportecalculadoparacadauso,ynousandoelvalorpromedioporreaunitaria.

Qd=Qmax+Qinf+Qcom+Qind+Qinst Donde: Qmax = Gastomximodeaguasresidualesdomsticas Qinf = Gastodeinfiltracin Qcom = Gastocomercial


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Qind = Gastoindustrial Qinst = Gastoinstitucional NBR9649.En lanormaNBR9649,elconceptodeGastodeDiseo tomaun

sesgodiferentealtradicional,querequiereunaexplicacin: Para el dimensionamiento hidrulico, el artculo 5.1.1 de la normamanda a

estimarparacadatramodelaredelcaudalinicial(Qi)yelcaudalfinal(Qf). Qi=Qmaxi+Qci

Donde,Qcieslasumadelascontribucionesaliniciodelperododediseoparaeltramodealcantarilla.

Qf=Qmaxf+Qcf

Donde,Qcfeslasumadelascontribucionesalfinaldelperododediseoparaeltramodealcantarilla.

Elarto.5.1.1.1dicequesinoexistierandatosinvestigadosycomprobados,convalidezestadstica,serecomiendautilizarcomoelmenorvalordecaudal1.5l/sencualquiertramo.

Adems,comoserefieremsabajoenelarto.5.1.4exige laverificacinde la

pendientemnimaconelcaudalinicial(Qi). COMENTARIO: Grossomodo,elcaudalde1.5l/s,paraNicaraguaseraequivalentealQmaxde

550habitantescalculadopor la frmuladeHarmonparaunaportedeaguasresidualesde80lppd.Considerandounndicedehacinamientode6.5hab/vivyunadensidadde24viv/100mdecalle,seraelcaudalaportadopor246metrosdealcantarillas.

2.PENDIENTEMNIMA

5.3delasGuas:Pendientelongitudinalmnima.Lapendientelongitudinalmnimadeberseraquellaqueproduzcaunavelocidaddeauto lavado, lacualsepodrdeterminar aplicando el criterio de la Tensin de Arrastre, segn la siguienteecuacin:f = WRS Enlacual:


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f =TensindearrastreenPa W=PesoespecficodellquidoenN/m3 R=Radiohidrulicoagastomnimoenm S=Pendientemnimaenm/mSerecomiendaunvalormnimodef=1PaNormaNBR9649.

En el Arto. 5.1.4 se establece que el diseo debe ser verificado por elcriteriode latensintractivamediadevalormnimot=1.0Pacalculadapara el caudal inicial (Qi), para el coeficiente de Manning n=0.013. Lapendientemnimaquesatisfaceestacondicinpuedeserdeterminadaporlaexpresinaproximada:

Iomin.=0.0055Qi

0.47,siendoIomin.enm/myQienl/s.

Enelarto.5.1.5establecequeparacoeficientesdeManningdiferentesa0.013,losvaloresdetensintractivamediaypendientemnimadebenserjustificados.

Comentario:Enlaexperiencia,sehavistoqueseaplicalafrmuladelarto.5.1.4de lasnormasbrasileasparael clculode lapendientemnimade tuberasdePVC,olvidandoloexpresadoenelarto.5.1.5deestamismanormasobreelusodediferentescoeficientesdeManning.

3.VELOCIDADMXIMA

5.1delasGuas:FrmulayCoeficientedeRugosidad.Velocidadmxima...Lavelocidadmximadeberserde3m/s.Norma 9649. El arto. 5.1.1 de la norma establece que lamxima pendienteadmisibleseraquellaparalacualsetengavf=5m/s.

4.LMINADEAGUA5.1 de las Guas: Frmula y Coeficiente de Rugosidad. Tirante de Agua en elcolector. LasGuas establecen que las colectoras hasta dimetros de 375mm(15) se disean para trabajar, comomximo, a lamedia seccin, y que paradimetrosmayores,sepuedendimensionarparafuncionarcontirantesde0.70a0.80deldimetro.


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Norma9649ElArto.5.1.6estableceque las lminasdeaguadebenocuparcomomximo con el caudal final del perodo de diseo (Qf) el 75% del dimetro delcolector,restringidaporlarelacinentrelavelocidadmximaylavelocidadcrticacalculadas.Adems,elArto.5.1.5.1restringeeltirantedeaguaenelcolector,estableciendoque:cuando lamximavelocidadvf resultamayorque lavelocidadcrticavc, lamayor lmina de agua admisible debe ser 50% del dimetro del colector,asegurndoselaventilacindeltramo;lavelocidadcrticaesdefinidapor: vc=6(gRH)

,dondeg=aceleracindelagravedad.

5.DIMETROMNIMO5.2delasGuas:Dimetromnimo.Eldimetromnimodelastuberasdeberserde150mm.NormaNBR 9649. El arto. 5.1.2 establece que el dimetromenor no debe serinferiora100mm.

VIII RELACIONES DE GASTO HORARIO MXIMO Y GASTOHORARIO MNIMO RESPECTO AL GASTO DIARIO MEDIOOBTENIDAS EN INVESTIGACIONES EFECTUADAS ENNICARAGUA

Para establecer las relaciones de gastos horarios obtenidas en NIcaragua, fueronconsultadascuatrofuentesdeinformacinbibliogrfica,asaber:

1. Criterios deDiseo. Sistema deAlcantarillado SanitarioManagua,Nicaragua.Gannett FlemingCorddry&Carpenter, Inc.Karim,D`Arce yAsc.DENACAL.Septiembre1976.

2. ArchivopersonaldelaEvaluacindelosSistemasdelagunasdeestabilizacin,realizadaenlosaos1997,1998y1999.ENACAL.

3. MonografadelosIngs.EduardoAlvaradoQuinteroyMagdielArciaMarnparaoptaralttulodeingenierociviltituladaDeterminacindelaDotacindeAguaPotable y Descargue de Aguas Negras en un Barrio de Bajos RecursosEconmicosdelaCiudaddeManagua.UNAN.Septiembre1978.

4. Tesisdel ingenieroMiguelEnriqueBlancoChvezyde la Lic.CarmenLanuzaJarqunparaoptaralgradodeMSc.EnIngenieraAmbiental.PIDMAUNI.13Junio2001.

Acontinuacinsepresentalasntesisdelosresultadosdecadafuenteconsultada:


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1. CriteriosdeDiseo,1976.Fueronaforadaseneltiemposecodeabrilymayo

de1976 lascolectoras INVI (S),QuintaNina (P),Bartolom (N)yAcahualinca(A).Elaforofuede7dascontinuos,conlosresultadossiguientesdeducidosdelastablasygrficosquepresentaelinforme:

Seobserva laexistenciadeuna relacin inversadel factorde relacincon lapoblacin, talcual lo sugiere la frmuladeHarmon14yha sidodemostradoendiferentesestudiosrealizadosenEUAyotrospases;

El factor de gastomximo horario (Qmax/Qm) tiene un promedio de2,28,convariacinentre1.79y3.02,paraelQtotal.

El factor de gastomnimo horario (Qmn/Qm) tiene un promedio de0.15,convariacinentre0,05y0.20.

2. MonografaAlvaradoArcia.Elestudio fue realizadoenelBarrioSan Judas

durantetodalasemanadel11al18demarzode1978.Lasrelacionesdegastoshorariosmximoymnimoymximodiarioobtenidasfueronlassiguientes:

RelacinQmx/Qm=1.99 RelacinQmn/Qm=0.04 Relacindemximoda(Qmxda/Qmdiario)=1.08

3. TesisBlancoLanuza.Losaforosrealizadosnocubrenperodoscompletosde

24horas,porlocualsusresultadosnosonrepresentativos.

4. Evaluacindel funcionamientode lossistemasde lagunasdeestabilizacin.DeEnero2007aNoviembre2009,fueronevaluadoslossistemasdelagunasdeChinandega,Len,Granada,Rivas,EstelySomoto,enperodosde24horasencadaevaluacinefectuada.Losresultadosde lasmedicionesdecampofueronanalizadosporelautordeeste trabajoparaobtener las relacionesdegastoshorarios,habiendoobtenidolosvaloressiguientes:

El factor de gastomximo horario (Qmax/Qm) tiene un promedio de

2.06,convariacinentre1.56y3.12paraelQtotal. El factor de gastomnimo horario (Qmn/Qm) tiene un promedio de

0.29,convariacinentre0,13y0.59. Sisequiereverporlocalidad,losresultadossonlossiguientes:

14 Frmula desarrolllada por W.G. Harmon en 1918 para la ciudad de Toledo, USA.Posteriormente,han sidopresentadasotras frmulaspor los textos clsicosdeBabbitt andBaumann,Metcalf and Eddy, Fair and Geyer, 10 States Recomendations Standards,WPCFManualofPracticeNo.9,entreotros.Paraquiendeseeprofundizarsobreeltema,selesugiererevisarlaTesisdeXiaoyiZhangEstimatingPeakingFactorswithPoissonRectangularPulseModelandExtremeValueTheory.Ao2005.


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Gastos Chinandega Len Masaya Granada Rivas Estel Somoto GeneralQm24horas 54,75 63,21 65,94 30,44 15,58 85,17 11,17 54,16Qmxhora 102,50 134,44 148,67 59,75 31,20 139,00 24,40 112,44Qmnhora 12,25 15,35 16,72 12,43 6,70 42,00 2,90 14,94Qmax/Qm 1,87 2,07 2,25 2,01 2,00 1,63 2,19 2,06Qmn/Qm 0,22 0,27 0,25 0,38 0,43 0,49 0,26 0,29

Gastosexpresadosenlitros/segundo.

RELACIONESHORARIASDELOSGASTOSDEAGUASRESIDUALESINFLUENTESALAGUNASDEESTABILIZACIN

IX CONCLUSIONESLascomparacionesrealizadasentreloscriteriosdediseocontenidosenloscaptulosIIIyVde lasGuasTcnicasparaelDiseodeAlcantarilladoSanitarioySistemasdeTratamientodeAguasResiduales,loscriterioscontenidosenlaNormaNBR9649ylosresultados de las mediciones de campo de los gastos horarios consultados y/uobtenidos,permitenestablecerlassiguientesconclusiones:

1. Eneldiseode las redesdealcantarillado sanitariodeNicaragua,no seestaplicandodebidamenteelgastodediseoparaobtenerunatensindearrastremnimade1Pa. Seest aplicandoel gastodel finaldelperododediseo,cuandodeberaseraplicadoelgastodeiniciosdelperododediseo.

2. Sedebecalculareldimetrode latuberapara lacapacidaddelcaudalde findel perodo de diseo y verificar el clculo de la pendientemnima con elcaudaldeiniciosdelperododediseoparalograrlafuerzatractivamnimade1.0Pa.

3. Las Guas establecen que el clculo hidrulico se deber hacer en base alcriterio de la tensin de arrastre y la frmula deManning; pero cuandoabordaeltemadelclculodependientelongitudinalmnima,expresaqueesteclculosepodrdeterminaraplicandoelcriteriode latensindearrastre,abriendoelespacioalaposibilidaddequesepudierahacerdeotramanera,locualposiblementeha inducidoaalgunosdiseadoresautilizaren su lugarelcriteriodelavelocidadmnimaiguala0.60m/s.

4. Elclculode lapendientemnimaparaobtener la fuerzatractivamnimapormediode la frmulaaproximadadeclculo: Iomin.=0.0055Qi

0.47,noseestaplicando bien, pues sta fue desarrollada para n = 0.013. Para n= 0.009(utilizadoparaelPVC) lafrmulaaaplicarestexpresadaporI=00065Q0.49,segnlopresentanMiltonTomoyukiTsutiyayPedroAlemSobrinho.15

5. Seestechandovinonuevoenunodreviejo16,conresultadosinapropiadosalconservarvarioscriteriosquepertenecenalpasado.

15ColetaeTransportedeEsgotoSanitrio.MiltonTomoyukiTsutiya,PedroAlemSobrinho.2.Edicin.SaoPaulo.2000.16PasajedelaBibliaexpresadoenelevangeliodeSanLucas,Cap.5,versculo36quehacereferenciaaqueelcambiodebesertotalenelhombre.


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6. Lasmedicionesdecampoenlossistemasexistentesarrojanvalorespromediosde2.28y1.99enManaguay2.06en lasciudadesdel interiordelpasparaelfactordegastodemximohorario.

7. Losvalorespromediosdegastohorariomnimovande0.15y0.05enlaciudaddeManaguaa0.29enlasciudadesdelinteriordelpas.

8. Esnecesariocrearunanormativaquereguleelusodelcriteriodelatensindearrastremnimaparaaprovecharlasbondadesdelossistemasdealcantarilladosanitariosimplificadoycondominial.

X RECOMENDACIONES:EnelintersdefacilitarlalabordelosingenierosdeENACAL,INAAylosconsultoresyde lograr redes de alcantarillado sanitario ms econmicas y funcionales, serecomienda:

1. Adoptar la aplicacin de la Norma NBR 9649 en toda su extensin para eldiseo de las redes de alcantarillado sanitario, exceptuando el dimetromnimoquesedebermanteneren150mm.Elcambiodedimetromereceunmayor anlisis, fundamentado en una experiencia local como la que estprximaa iniciarse conelestudiopilotodealcantarillado condominialenunbarriodelaciudaddeManagua.

2. Estimular la investigacinde lossistemasdealcantarilladosanitarioexistentesenNicaraguaparaestablecernuestrospropiosparmetrosdediseosobre labasedelaexperiencialocal.


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ANEXO

ALGUNASREFERENCIASPARTICULARESSOBREELCONCEPTODELAFUERZATRACTIVA,SEGNREVISINEFECTUADAPORELING.SERGIO

TERCEROTALAVERAREFERENCIAS DEL USO DE LA FUERZA TRACTIVA EN EL DISEO DEALCANTARILLADOSSANITARIOSENNICARAGUA:1985.Laprimeravezqueelautordeestetrabajotuvoconocimientodelconceptodela fuerza tractiva fue a travs de un artculo17 publicado por la Revista DAE18 deSeptiembrede1985,elaboradoporuningenierochilenoyquehabasidopresentadoen el XIX Congreso Interamericano de Ingeniera Sanitaria y Ambiental (AIDIS),celebradoenChileenel ao1984.Enel citado artculo sehace todoundesarrollotericodelconceptodefuerzatractivayentretodalainformacinqueexponeelIng.Contreras,semencionaqueenelaode1979, laCompaadeSaneamientoBsicode Sao Paulo (SABESP),(Brasil), public las Instrucciones para Elaboracin deProyectosdeRedesyColectoresTroncalesde laReginMetropolitanadeSaoPauloenlacualestablecilaregulacindedimensionarhidrulicamentelaredrespetandolacondicinh/D0.20paralascondicionesinicialesdefuncionamientodelaredysiemprequelatensintractivafuesemayoroiguala0.15Kg/m2.1992.LosingenierosMoissMcCreayPabloApolinarBaez19elaboraronsumonografapara optar al ttulo de ingeniero civil, con un diseo de alcantarillado sanitarioutilizandotuberasdePVCyelcriteriodelafuerzadearrastre.199520. INAA21,con financiamientodelBancoMundial, recibialconsultorbrasileoIng.AugustoSergioPintoGuimaraes,quiendifundiporprimeravezenNicaragua,atravsdeINAAconlaparticipacindelaEscueladeIngenieraAmbientaldelaUNI,eldiseodesistemasdealcantarilladosimplificado,enelcualseaplicaelconceptodela

17 Aplicaco da Tenso TrativaMnima ao Transporte Hidrulico de Slidos en Tubulaoes. RamnReinaldoContrerasCorrea.18REVISTADAEVOL.45N142Setembrode1985.19Comunicacinpersonalconlosautores.20AportepersonaldelaIng.IlseBrockmann,funcionariadeENACAL.21AnnosehabaefectuadolaseparacindeENACALeINAA,producidaenelao1998,conlacreacindeINAAcomoorganismoregulador.


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fuerza tractiva,entreotrasmodificaciones introducidas.El Ing.Guimareasaportunsoftwareparaeldiseo,llamadoSewerex.Se hicieron diseos con este Programa y se compararon con los costos del diseoconvencional,esasqueseempiezanaconstruirbarriosconestesistemasimplificado(Water Ferrety, Grenada, CarlosMarx I y II, Enrique Smith, Pablo Ubeda, etc.). Elalcantarilladosimplificadoconsideraredesde6,dispositivosdevisitacilndrica(tubosde30)ybocasdelimpieza.1999.MonografaelaboradaporlasingenierasKarlaLeonnieArgelloPallaisyShirleyAmadaEspinozaGuevaraparaoptarasuttulodeIngenierocivil,tituladaDiseodelaReddeAlcantarilladoSanitarioparaelBarrioAnexoVillaLibertad.UNICA.2002.INAAsometi22alarevisindeENACALlapropuestadeNormasTcnicasparaelDiseodeAlcantarilladoSanitarioySistemasdeTratamientodeAguasResiduales.Lostcnicosde lacomisin formadaporENACAL revisamosdichodocumento,habiendoemitidonuestrasobservacionesyrecomendaciones,entrelascualesparaelpropsitodeesteresumenhistricoseresaltandosdeellas:1)cambiarelttulodeNormasaGuas,dadoelalcancecontenidoeneldocumento;y2) incluir lametodologadediseosobre labasede lafuerzatractivayelsistemadealcantarilladosimplificado;Adems,en lacartaderemisin23, laPresidenciaEjecutivarecomendaINAAqueseformaraunacomisintcnicadeENACALINAAparalarevisinfinaldeldocumentoantesdesupublicacin(estarecomendacinnofueatendidaporINAA). 200424. INAApublic lasGuas Tcnicaspara elDiseodeAlcantarillado Sanitario ySistemasdeTratamientodeAguasResiduales,que incluyeelconceptode fuerzadearrastreparaelclculohidrulicodelasalcantarillas.

EVENTOSDEREFERENCIAINTERNACIONALLa revisin bibliogrfica realizada por el autor de este trabajo a travs de Internet,(incompleta, por supuesto), muestra los siguientes elementos de la evolucin delconceptodediseodelafuerzatractivamnimaanivelmundial:

22CartaPEJHV1220011097dirigidaalPresidenteEjecutivodeENACAL.23CartaDSGCTC00102del23.01.2002dirigidaalPresidenteEjecutivodeINAA.24Terminadode imprimirenelmesdeEnero2004,conun tirajede500ejemplares,segnelpiedeimprenta.


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1962.RathandMcCauley,citadoporMerritLaVereB., investigaron lafuerzatractivacomounafuncindeltamaodelapartcula.1974.JournalofEnvironmentalEngineering,100(507520),publicaelartculodeK.M.YAO Sewer lineDesign Based onCritical Shear Stress.Basado en su investigacinrealizada en Pakistn Oeste, Universidad de Lahore, concluye, entre otros, que elmtododelesfuerzocortantecrticoproveeundiseomseconmicoenelcasodeflujosparcialmentellenoscontirantemenorde0.4deldimetrodeltubo;queelusodelcriteriodelavelocidadmnimaconstantetiendeasubdimensionarlastuberasdemayordimetroyasobredimensionarlastuberasdemenordimetro.1976. JournalWPCF Vol.48, N7, pg. 17721778, publica el artculo de K.M. YAOFuncionalDesignofSanitarySewerenelcualmencionaquesehasugeridoqueunenfoquemsracionalparaeldiseoautolimpiantede lasalcantarillassanitariaseselusodelesfuerzocortantecrtico.1979.EnBrasilsepublicaronlasInstruesparalaelaboraodeProjetosdeRedeseColetoresTronco da Regio Metropolitana de So Paulo da Sabesp Ca deSaneamentoBsicodoEstadodeSoPaulo.1983. Segn lo indican varios textos, el ingeniero Jos Carlos Rodrigues deMelo25(Brasil) coordina el equipo que inicia la diseminacin del sistema de alcantarilladocondominialenlaciudaddeNatal,Brasil,contodaslasinnovacionesquelepertenecenaestetipodesistema,queincluyelametodologadediseodelafuerzatractiva,entreotros.1986:BrasilpublicalanormaNBR9649Projetoderedescoletorasdeesgotosanitrio,queoficializaelusodelametodologadelafuerzatractivamnimaparaeldiseodelalcantarilladosanitario.1994:ElUNDPWorldBankSanitationProgrampublicaeltextoSimplifiedSewerage:DesignGuidelines,elaboradoporAlexanderBakalian,AlbertWright,RichardOtisyelProf. JosdeAzevedoNetto.Refiereque laexperienciadeBrasil sehaextendido aBolivia,Per,ColombiayUruguay.

25MiltonTomoyukiTsutiyayPedroAlemSobrinhoensu libroColetaeTransportedeEsgotoSanitrioindicanque lospionerosenelusodelcriteriode la tensin tractivaparaeldiseodealcantarilladossanitariosenBrasilsonlosingenierosAmarlioPereiradeSouzayMiguelZwi.


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1996:DuncanMara publica el libro LowCost Sewerage e introduce el concepto defuerzatractivamnimaparaeldiseodealcantarillas.2000. Milton Tomoyuki Tsutiya y Pedro Alem Sobrinho publican el libro Coleta eTransportedeEsgotoSanitrio, conamplia informacin sobreel temadediseodealcantarilladocondominial.2001:DuncanMara,DavidTayler,UniversityofLeeds,London,UK,publicaellibroPCBasedSimplifiedSewerageDesign.2001; Bolivia revisa la norma NB 688 Noma Tcnica para Diseo de Sistemas deAlcantarilladoyTratamientodeAguasResidualese introduceenellaelconceptodelsistemacondominial,connfasisen laaplicacindelmtodode latensin tractivamnimaenlugardelavelocidadmnima.2005; El CEPIS publica las Guas para el Diseo de Tecnologas de Alcantarillado,introduciendoelconceptodelafuerzatractivamnima.2007:ASCEUSApublicaelManualMOP60WEFFD5Manualenelcualrecomiendaelusodelmtodode la fuerzatractivaparaeldiseoautolimpiantede lasalcantarillassanitariasporgravedad.2008. Bentley publica la nueva versin de SewerCad V8 XM Edition e incorpora elclculodelafuerzatractivaparalaverificacindelafuerzatractivamnima.ComentarioFinal:Laevolucindelasnormasesalgonatural.EnEUAen1951fuepublicadala1versinde las Normas Recomendadas por los 10 Estados (10 States StandardsRecommendation for Wastewater Facilities). En la edicin de 2004, elimina larecomendacinde lavelocidadmnima iguala2pps,quehabamantenido invariablehastalaversinde1997.RepartoSanMartn,Managua,02denoviembrede2010.

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Uso Del Criterio de La Fuerza Tractiva en El Diseño de Alcantarillado Sanitario en Nicaragua r2_2012.01.05