EMPOCABAL E.S.P. E.I.C.E NIT

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1 PROYECTO: REPOSICIÓN DE LAS REDES EXISTENTES DE ACUEDUCTO Y ALCANTARILLADO COMBINADO DE LA CARRERA 15 ENTRE CALLES 10 Y 12 Y CARRERA 13 ENTRE CALLES 15 Y 16 DEL MUNICIPIO DE SANTA ROSA DE CABAL. EMPOCABAL E.S.P. E.I.C.E INFORME FINAL NOVIEMBRE DE 2012 Santa Rosa de Cabal - Risaralda TeleFax: (57) (6)

2 Tabla de contenido INTRODUCCIÓN 4 OBJETIVO 5 LOCALIZACIÓN Y DESCRIPCIÓN GENERAL DEL MUNICIPIO 6 Localización 6 Limites 7 Infraestructura vial Urbana 7 División política de Municipio Santa Rosa de Cabal 7 CASCO URBANO MUNICIPIO DE SANTA ROSA DE CABAL. 8 Servicios públicos domiciliarios 9 Servicio de acueducto 9 Servicio de alcantarillado 10 Cobertura de acueducto y alcantarillado 10 JUSTIFICACIÓN DEL PROYECTO 12 RECOPILACIÓN DE INFORMACIÓN BÁSICA 13 Información existente en la Empresa 13 Información disponible en otras instituciones 13 Información obtenida de campo 14 LOCALIZACIÓN DEL PROYECTO 15 IDENTIFICACIÓN DEL PROYECTO 15 DISEÑO REPOSICIÓN DE LAS REDES EXISTENTES DE ACUEDUCTO Y ALCANTARILLADO COMBINADO DE LA CARRERA 15 ENTRE CALLES 10 Y 12 Y CARRERA 13 ENTRE CALLES 15 Y 16 DEL MUNICIPIO DE SANTA ROSA DE CABAL 17 Definición del nivel de complejidad del sistema 23 Estimación de la población 23 Métodos de proyección de población 24 Cálculos de las tasas de crecimiento 25 2

3 Población Flotante 27 Asignación del nivel de complejidad, capacidad económica y periodo de diseño 27 Parámetros básicos de diseño 28 Estimación Densidad de la Población D 29 Estimación Densidades 30 Estimación Consumo Medio Diario Error! Marcador no definido. Estimación de R 31 Aguas Residuales Industriales QI 31 Aguas Residuales Comerciales Qc 31 Aguas Residuales Institucionales QIN 31 Caudal Medio de Aguas Residuales (QMD) 31 Caudal de Conexiones Erradas 32 Caudal de Infiltración 32 Caudal máximo horario (QMH) 32 Factor de Mayoración 32 Caudal de Diseño 33 RESUMEN PARÁMETROS HIDRÁULICOS CUMPLIENDO CON RAS 2000 TITULO D. 33 Parámetros de diseño 34 Red externa de alcantarillado sanitario 17 Diseño hidráulico 36 Diseño De Colectores 36 Diámetro Interno Real Mínimo 36 Velocidad Mínima 36 Velocidad Máxima 37 Pendiente Mínima 37 Pendiente Máxima 37 Profundidad Hidráulica Máxima 37 Profundidad Mínima a la Cota Clave 37 Red Externa De Alcantarillado Pluvial 38 Parámetros de diseño 38 Diseño hidráulico 40 Diseño Estructural de los sistemas de alcantarillado. 43 Parámetros dé diseño: Error! Marcador no definido. Vista general de consideraciones de instalación Error! Marcador no definido. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 58 ANEXOS 61 3

4 INTRODUCCIÓN El desafío para la empresa EMPOCABAL E.S.P. E.I.C.E es suministrar servicios de agua para todos los usuarios de Municipio de santa Rosa de Cabal, especialmente los sectores donde la prestación es deficiente, o casi nula; buscando e implementado soluciones prácticas y adecuadas para garantizar un abastecimiento fiable y equitativo del agua en los diferentes sectores del Municipio de Santa Rosa de Cabal, e implementando una adecuada gestión para el correcto saneamiento de los sectores más urgidos de la población. Algunas de estas soluciones son simples y económicas pero siempre buscando la eficiencia sostenible de los sistemas de distribución de agua potable y redes de alcantarillado. Para proporcionar servicios adecuados de saneamiento y un suministro sostenible de agua también es necesario nuevas inversiones de envergadura en la infraestructura y la tecnología, permitiendo el desarrollo de proyectos a corto plazo y bajo costo, cumpliendo con los requisitos de calidad, dotación, presión, pendientes, caudal, diámetros de las redes, y todos los parámetros básicos que infieren en un buen funcionamiento de los sistemas de acueducto y alcantarillado de barrios, urbanizaciones o sectores beneficiados con la prestación de estos servicios. En cuanto a las aguas servidas y aguas lluvias se deben evacuar de manera eficaz, desde las instalaciones sanitarias y pluviales en edificios evitando así malos olores de los sistemas de desagüe, deficiencias en los sistemas de ventilación de tuberías sanitarias, obstrucciones en la tuberías e inundaciones en sótanos, hasta su conexión a alcantarillados combinados, o separados en pluviales y de aguas servidas; consiguiendo así mantener la salud pública con sistemas básicos de recolección, trasporte y disposición final de aguas residuales y aliviando la carga de morbilidad ocasionada por el agua sucia. Propiciando de esta manera un adecuado saneamiento ambiental para las zonas de influencia y comunidad afectada sobre todo en las fuentes donde se vierten las aguas residuales. Por medio de la presente informe, se muestra el proceso de elaboración de los estudios de diseños para las obras de reposición, adecuación e implementación alcantarillado combinado y acueducto de la carrera 15 entre calles 10 y 12 y carrera 13 entre calles 15 y 16 del municipio de Santa Rosa de Cabal, y que permitirá el desarrollo de las políticas de la Empresa de Obras Sanitarias de Santa Rosa de Cabal - EMPOCABAL E.S.P. E.I.C.E. cumpliendo con los requerimientos establecidos en el Reglamento de Agua Potable y Saneamiento Básico RAS 2000 y la normatividad vigente frente a obras de saneamiento básico y sistema de alcantarillado; mejorando la continuidad en la prestación del servicio público de alcantarillado y logrando así una mejor cobertura, recolección, transporte, conducción eficiente de las aguas residuales del mencionado sector del municipio. 4

5 OBJETIVO Formular el proyecto conjuntamente con la elaboración de los estudios y diseños hidráulicos y sanitarios para las obras de reposición, adecuación e implementación alcantarillado combinado y acueducto de la carrera 15 entre calles 10 y 12 y carrera 13 entre calles 15 y 16 del municipio de Santa Rosa de Cabal Mejorar las condiciones hidráulicas del sistema de alcantarillado renovando la red hidráulica, permitiendo esto una mejor prestación del servicio y así mismo bienestar para la comunidad circundante. Renovar el sistema de acueducto del sector, permitiendo esto garantizar la continuidad de la prestación del servicio de acueducto a la comunidad. 5

6 LOCALIZACIÓN Y DESCRIPCIÓN GENERAL DEL MUNICIPIO 1 Nombre del municipio: Santa Rosa de Cabal Código Dane: Población: habitantes (Proyección 2012, DANE) Gentilicio: Santarrosano Altitud promedio: m.s.n.m Temperatura: 19 C Extensión total: 486 Km 2 Extensión área urbana: 20 Km 2 Extensión área rural: 466 Km 2 Distancia de referencia: a 15 Km de Pereira (Capital de departamento de Risaralda) LOCALIZACIÓN Está localizado al sur oriente del Departamento de Risaralda en las coordenadas 4 grados 52 minutos latitud norte y 75 grados 37 minutos de longitud oeste, su cabecera municipal se encuentra a 1840 metros sobre el nivel del mar y a una distancia de 15 kilómetros de la ciudad de Pereira, capital del departamento. Se encuentra en el flanco occidental de la Cordillera Central entre alturas que van desde los m.s.n.m. en el Nevado de Santa Isabel hasta los en la vereda Las Mangas, esta diferencia de alturas ha contribuido a que se presente una gran diversidad de recursos en cuanto a flora, fauna, climas, geoformas y suelos. Cuenta con un área de 547 Km 2 distribuidos entre el área rural y el casco urbano (de 3.4 Km2) conformado por 84 barrios organizados en 5 comunas, 49 veredas agrupadas en 5 corregimientos y una inspección forestal, ocupa el cuarto lugar en Risaralda en cuanto a la extensión territorial. 1 Plan de Gestión Ambiental Santa Rosa de Cabal 6

7 Del total del área municipal el 99% pertenece al área rural y aproximadamente el 70% de esta extensión está conformada por parques naturales y zonas de interés ambiental. El área urbana y suburbana de Santa Rosa de Cabal está asentada principalmente sobre depósitos de piedemonte, presenta pendientes entre 0 y 5 % en el centro de la cabecera municipal, los sectores de La Hermosa, el Estadio, La María y las llanuras formadas por el río San Eugenio y la quebrada San Roque; las vertientes de los drenajes naturales presentan pendientes entre 15 y 35 %, en general presenta las características de suelos situados sobre la Cordillera Central, con una zona paramuna en los límites con los departamentos de Tolima, Caldas y Quindío. El territorio es montañoso y se destacan accidentes orográficos como el antiguo Nevado de Santa Isabel situado en el límite con el departamento del Tolima, y la Cuchilla de Corozal. LIMITES Al Norte con Palestina, Chinchiná y Villamaría (Caldas), al Sur con los municipios de Pereira y Dosquebradas; por el Oriente con el municipio de Villamaría (Caldas) y Santa Isabel (Tolima) por el Occidente con los municipios de Pereira, Marsella y Dosquebradas. INFRAESTRUCTURA VIAL URBANA De los 236,71 Km de vías rurales en Santa Rosa de Cabal, 23,5 Km se encuentran pavimentados y tan sólo se construyeron 0,428 Km de huellas en el último año. Por esta razón, la Administración Municipal deberá adelantar programas de mejoramiento de la malla vial rural y mantenimiento de la misma, debido a la importancia que éstas tienen para el desarrollo de la economía local en sectores como el agropecuario y el turismo. Es importante resaltar que las vías pavimentadas o asfaltadas están en malas condiciones, las cuales requieren un programa de recuperación; en particular y como es del caso la carrera 15 siendo un eje articulador vial de acceso al casco urbano, se encuentra en pésimo estado dado lo altos niveles de tránsito vehicular, sobretodo buses y microbuses urbanos e intermunicipales. DIVISIÓN POLÍTICA DE MUNICIPIO SANTA ROSA DE CABAL 2 2 Fuente mapas 7

8 CASCO URBANO MUNICIPIO DE SANTA ROSA DE CABAL.3 3 Fuente registro fotográfico municipal toma aérea Febrero

9 SERVICIOS PÚBLICOS DOMICILIARIOS La administración de los servicios de acueducto, alcantarillado y aseo del municipio de Santa Rosa de Cabal se encuentra a cargo de la empresa prestadora de servicio públicos EMPOCABAL E.S.P. E.I.C.E creada en el año 1997 bajo el acuerdo No 035 emanado por el consejo municipal de Septiembre 05 de 1997 es un organismo industrial y comercial del estado de orden municipal e inscrita ante los organismos de control como cámara de comercio y comisión reguladora de agua potable (CRA) y la superintendencia de servicios públicos (SSP). Servicio de acueducto El actual sistema de acueducto que provee de agua potable a los habitantes de la Cabecera Municipal es tiene más de 50 años de construido aunque en este transcurso de tiempo se han venido adelantado algunas mejoras. Su fuente de abastecimiento depende del rio San Eugenio y rio Campoalegrito, en la jurisdicción de la vereda San Ramón y Potreros respectivamente. El sistema cuenta con dos bocatomas que se encuentra localizada a 6.5 km San Eugenio y 7.5 Campoalegrito kilómetros de la planta de tratamiento, es del tipo de fondo sumergido y se encuentra en buen estado, además cuenta con un desarenador por cada bocatoma con capacidad entre 100L/seg san Eugenio y 9

10 400L/seg metros cúbicos construidas en concreto y mampostería estructural. El sistema de acueducto tiene dos conducciones en tubería de AC de desde 16 hasta 8 San Eugenio y Campoalgrito 24 hasta 10 de diámetro, con una longitud de kilómetros hasta la planta de tratamiento localizada dentro del perímetro urbano de la Cabecera del Municipio de Santa Rosa de Cabal. La planta de tratamiento es de tipo convencional con capacidad de tratar 550 L/s, su estado es bueno y se le hace un mantenimiento mínimo. Se cuenta con un tanque de almacenamiento de 1350 m3, y la red de distribución es de ml en diámetros que varían desde 14 a 1.1/2 de diámetro y se encuentran tramos de PVC, AC y HG. EMPOCABAL E.S.P. E.I.C.E. presta el servicio de acueducto urbano para usuarios con una cobertura del 98.8%, Además de lo anterior la empresa presta el servicio de acueducto rural (776 usuarios) a las veredas: Guacas, El Español y La Florida con una cobertura del 23% Servicio de alcantarillado EMPOCABAL E.S.P. E.I.C.E presta el servicio de alcantarillado combinado con una red de metros lineales en tubería de concreto con diámetros de 6 a 36", también cuenta con 2661 cámaras aproximadamente de registro, que recoge las aguas servidas domésticas y las aguas pluviales, a esta red se han conectando las domiciliarias de 6 de diámetro, de usuarios que representan el 97.9% del total de la cobertura. El alcantarillado combinado que recoge la mayor parte de las aguas negras del área urbana, es repartido para ser evacuado por medio de cuatro (4) emisarios finales; las aguas recogidas por este alcantarillado son vertidas a la quebrada Italia en PVC sanitario 12 a 24, PVC sanitario El silencio 12 a 20, San Roque 12 y 24 en PVC. Se resalta que el alcantarillado actual ya cumplió su periodo de vida útil en varios de los sectores, pues tiene más de cuarenta años de construcción y la vetustez de la tubería está muy avanzada. Cobertura de acueducto y alcantarillado COBERTURA DE ACUEDUCTO Y ALCANTARILLADO A DICIEMBRE 31 DE 2007 DESCRIPCIÓN USUARIOS COBERTURA Acueducto urbano HAB. 98.8% Acueducto rural 776 HAB. 23% 10

11 Alcantarillado HAB. 97.9% Aseo HAB. 98.5% Fuente: Dirección Comercial de EMPOCABAL. E.S.P E.I.C.E 11

12 JUSTIFICACIÓN DEL PROYECTO Actualmente el municipio de Santa Rosa de Cabal tiene un sistema de alcantarillado combinado, el cual presenta problemas en la recolección y transporte de las aguas residuales generadas y aguas lluvias, sobre todo en ciertos sectores críticos donde se presentan falencias en la prestación del servicio. Las deficiencias que presenta la red actual se deben a 2 razones principales: 1. Existencia de tramos que no poseen la capacidad necesaria para evacuar las aguas residuales domesticas y aguas lluvias, situación que se agrava en temporada invernal escurriendo superficialmente en las calles y propiciando problemas de inundaciones y riesgo para los peatones y vehículos que transitan las vías. 2. La red de alcantarillado del sistema actual ya cumplió su vida útil en ciertos sectores, pues la edad de la tubería en los tramos iníciales y principales corresponde a más de 40 años, haciéndose necesaria su reposición inmediata. Ante la problemática de saneamiento y manejo de vertimientos del Municipio de Santa Rosa de Cabal, se plantea realizar el respectivo tratamiento de las aguas residuales domesticas a mediano y largo plazo, para ello es necesario desde ya, mejorar el sistema de alcantarillado, de tal forma que las aguas residuales y lluvias sean llevadas hacia los puntos de descarga ya dispuestos por el sistema actual en el municipio, que a futuro estarán conectadas a una planta de tratamiento de aguas residuales para posteriormente ser vertida a la fuente receptora. La propuesta que se plantea para dar solución al mal funcionamiento de la red actual por etapas, para el caso que nos ocupa, se pueden tratar en dos tramos; el tramo No 1 corresponde al sistema de alcantarillado que comprende la Carrera 15 entre calles 10 y 12 y Tramo 2 corresponde al sistema de alcantarillado combinado Carrera 13 entre Calle 15 y 16, mediante la implementación de una nueva red de alcantarillado sanitario, la cual funciona para la recolección y transporte de aguas lluvias residuales domesticas; y la optimizando de la red de alcantarillado existente para la evacuación de aguas lluvias aprovechando la localización de infraestructura actual, los flujos, pendientes, y las conexiones existentes de sistema, adicionalmente aprovechando la intervención del espacio público se plantea la renovación del sistema de acueducto que se encuentre ubicada en la zona de trabajos. Dado la magnitud de las intervenciones para lograr el objetivo del presente proyecto, y teniendo en cuenta el mal estado de la vía producto de la afectación realizada por la gran cantidad de aguas de escorrentía superficial que circula por las vías mencionadas, se tiene en cuenta dentro del alcance del proyecto las obras de reposición de la capa de rodamiento (pavimento) y andenes laterales, ya que se ven 12

13 afectados por las excavaciones a realizar necesarias para la instalación de las redes nuevas, todo con el fin de lograr un proyecto eficiente y sostenible, con mínimo impacto ante los usuarios, habitantes del sector, peatones y flujo vehicular permanente en la zona. RECOPILACIÓN DE INFORMACIÓN BÁSICA Las actividades desarrolladas para el diagnostico y los diseños correspondientes al objeto del contrato se da por medio de la recopilación y análisis de la información existente y las labores de campo requeridas. Como fuente primaria de información se constituye la Empresa de servicios Públicos del municipio de Santa Rosa de Cabal EMPOCABAL E.S.P. E.I.C.E. Como principales fuentes externas de información se constituyeron: La oficina de Planeación Municipal de Santa Rosa de Cabal, la biblioteca de la Corporación Autónoma Regional de Risaralda (CARDER) y el Instituto Geográfico Agustín Codazzi IGAC. A continuación se presenta una relación de la información recopilada y la obtenida en campo. Información existente en la Empresa En la tabla se incluye la relación de la información recopilada, en la Empresa de servicios Públicos del municipio de Santa Rosa de Cabal EMPOCABAL E.S.P. E.I.C.E. REFERENCIAS DE DOCUMENTOS EXISTENTES EN LA EMPRESA N o TITULO AUTOR ENTIDAD AÑO PRESENTACIÓN 1 Plan Maestro de acueducto y alcantarillad o CONIN ltda. Junio EMPOCABAL /199 E.S.P. E.I.C.E 8 Documento medio digital, (Planos) OPTIMIZACIÓN RED DE ALCANTARILLADO Plano 17/17 Información disponible en otras instituciones 13

14 REFERENCIAS DE DOCUMENTOS EXISTENTES EN LA EMPRESA No TITULO AUTOR ENTIDAD AÑO PRESENTACIÓN 1 Plan de gestión ambiental Santa Rosa de Cabal CARDER CARDER 2003 Archivo pdf. 2 Plano Base del municipio de Santa Rosa de Cabal. Alcaldía Municipal Planeación Municipal 2012 Formato.DWG Información obtenida de campo A continuación se referencia los estudios y procesos que se llevaron a cabo con el fin de obtener datos e información adecuada para el proyecto. INFORMACIÓN OBTENIDA EN CAMPO No 1 2 DESCRIPCIÓN DE LA ACTIVIDAD Recorrido campo de Identificación de la red de alcantarillado LUGAR FECHA OBSERVACIONES Tramo 1 Carrera 15 entre calles 10 y 12 Tramo 2 Carrera 13 entre calles 15 y 16 Tramo 1 Carrera 15 entre calles 10 y 12 Tramo 2 Carrera 13 entre calles 15 y 16 Noviembre de 2012 Noviembre de 2012 Ingeniero Coordinador de Acueducto y Alcantarillado Se realiza, localización y apiques para identificar la localización exacta de la red instalada y así facilitar el levantamiento de la tubería de la comisión topográfica. De todas estas actividades se obtuvo información fundamental para el desarrollo del diseño de los sistemas tanto de acueducto como de alcantarillado. 14

15 LOCALIZACIÓN DEL PROYECTO IDENTIFICACIÓN DEL PROYECTO El presente proyecto se desarrolla en dos sectores de la ciudad de Santa Rosa de Cabal, sectores que presentan un serio problema por la insuficiencia del sistema de alcantarillado actual ya que las redes existentes no tienen la capacidad de transportar las aguas lluvias y aguas residuales. Para enfrentar el proyecto se han denominado los sectores a diseñar de la siguiente forma: TRAMO 1: Comprende al sistema de alcantarillado que está ubicado en la Carrera 15 entre calles 10 y 12; como se visualiza a continuación: Zona de influencia del proyecto tramo 1. TRAMO 2: Comprende al sistema de alcantarillado que está ubicado en la Carrera 13 entre calles 15 y 16; como se visualiza a continuación: 15

16 Zona de influencia del proyecto tramo 2. 16

17 DISEÑO REPOSICIÓN DE LAS REDES EXISTENTES DE ACUEDUCTO Y ALCANTARILLADO COMBINADO DE LA CARRERA 15 ENTRE CALLES 10 Y 12 Y CARRERA 13 ENTRE CALLES 15 Y 16 DEL MUNICIPIO DE SANTA ROSA DE CABAL. DIAGNOSTICO RED EXTERNA DE ALCANTARILLADO SANITARIO La red de alcantarillado es de tipo combinado y se proyectó en tubería corrugada de PVC; de tal manera a continuación se describe la red que en la actualidad existe en cada uno de los tramos tratados. Tramo 1 Las aguas residuales se colectan mediante una red que tiene como cámara de inicio la calle 12 con carrera 15 identificada como Cámara C1; el primer sector corresponde a una tubería en concreto simple de diámetro 10 con longitud 96,50 metros, terminando en la cámara de la calle 11 con carrera 15 identificada como C2. A continuación a partir de la cámara C2 de ubicación en la calle 11 con carrera 15 continua el flujo a través de una tubería en concreto de diámetro 10 con una longitud de 97,53 metros, terminando en la cámara ubicada en la Calle 12 con carrera 15, cámara denominada como C3. Como se ha mencionado estas conducciones se encuentra en concreto que por su antigüedad y el proceso constructivo mediante la cual fue instalada presenta algunas fallas estructurales. Las condiciones del sistema de alcantarillado en este tramo pueden ser notorias, al momento de visualizar las el estado del pavimento por asentamientos en las domiciliarias y conexiones a la red principal. Al igual por las infiltraciones que son ocasionadas por el estado actual de las uniones y empalmes lo que permite un nivel de infiltración adicional generando una afectación generalizada en toda la estructura del pavimento. A continuación se anexa un registro fotográfico donde se evidencia el hecho mencionado anteriormente. Carrera 15 entre calles 10 y 11 17

18 Sentido del flujo Fotografía No 01 En la fotografía No 01 se puede apreciar claramente la afectación a la estructura del pavimento ocasionada por la falle en domiciliarias del sistema de alcantarillado; ubicado en la Carrera 15 entre calles 10 y 11. Fotografías No 02 y 03 En la fotografía No 02 en el tramo de la carrera 15 entre calles 10 y 11, se identificaron puntos donde es evidente que el sistema de alcantarillado principal presenta fallas las cuales se ven reflejadas en la estructura del pavimento donde constantemente se presenta asentamientos y el deterioro se acrecienta con el tiempo. 18

19 Fotografía No 05 La fotografía No 05 corresponde a la intersección de la carrera 15 con calle 11, se el deterioro de la estructura del pavimento en toda su área es avanzado, se observa que la zona de la cámara de inspección presenta fallas debido a la antigüedad de la misma la cual puede estar presentando fallas estructurales. 19

20 Fotografía No 05 En la fotografía No 04 se aprecia el tramo comprendido en la Carrera 15 entre calles 11 y 12, de acuerdo a la información suministrada por la Empresa de obras sanitarias de santa rosa de cabal EMPOCABAL E.S.P. E.I.C.E, en este tramo se realizo una intervención parcial de un tramo del alcantarillado, ya que colapso y correspondió realizar el mantenimiento correctivo presentándose falla en la estructura del pavimento. Fotografía No 06 Fotografía No 06 se aprecia la intersección de la Carrera 15 con calle 12, lo que encontramos un asentamiento del pavimento que probablemente puede ser derivado de la domiciliaria del predio, ya que este se ha venido incrementando hacia la linea de alcantarillado. Para el sistema de alcantarillado combinado del tramo tratado, se proyecta en tuberías de material tubería corrugada de PVC, con coeficiente de rugosidad n= sugerido por el fabricante, pero se acepta para los diseños n= tal como lo solicita la norma RAS El diseño Hidráulico del sistema de recolección de aguas residuales se realizó empleando la tabla de cálculo. Los datos iníciales de contribución se toman de las tablas consignadas en el Anexo del cuadro de diseño y se procede a diseñar con empate de cota clave debido a que los diámetros son menores a 20, la diferencia entre la cota de entrada y salida es de 5 cm cuando los diámetros son iguales, pero cuando hay cambio de diámetros no se adopta la diferencia de 5 cm, pues la diferencia entre las cotas bateas dará la caída entre los tramos. 20

21 Para llevar a cabo la recolección y transporte de las aguas residuales domesticas generadas en el sector se proyecta un nuevo el diseño del alcantarillado combinado debido a la dificultad existente para separar las aguas lluvias de las residuales mejorando las condiciones del existente (insuficiencia hidráulica del alcantarillado combinado existente tal como se muestra en el anexo Chequeo existente), sobre todo por efectos de la vetustez y debido a que le período de vida útil del mismo ha sido superado. Tramo 2 Este tramo corresponde a la continuación del proyecto ejecutado mediante recursos de Plan Departamental de Aguas en el 2010 y recursos del municipio donde renovó la línea de alcantarillado por la Carrera 13 entre Calles 10 y 15, igualmente para complementar ya que en el año 2007 se renovó la tubería de alcantarillado en la carrera 13 entre Calles 16 y 21. Lo que deja una reducción en el sistema de alcantarillado en la Carrera 13 entre Calles 15 y 16 que será la obra a ejecutar por medio del presente proyecto. Siendo así observamos que el proyecto inicia en la Carrera 13 con Calle 15 en la cámara identificada como C4, encontrándose una tubería en concreto de diámetro 10 y longitud 95,90 metros entregando en la cámara ubicada en la Carrera 13 con Calle 16 cámara identificada como C5. La problemática de este tramo primordialmente es que el sistema de alcantarillado de la Calle 15 aguas arriba se ha renovado totalmente hasta la calle 10 y de la calle 16 aguas abajo el alcantarillado se ha renovado hasta la calle 21, lo que deja una reducción en el sistema entre la calle 15 y 16. Se han presentado inundaciones en épocas de lluvias en algunos de los predios existentes ya que la capacidad de la tubería no permite evacuar las aguas que acumulan en todo su trayecto. 21

22 Fotografía No 01 En la fotografía No 01 se aprecia la intersección de la carrera 13 con calle 15, donde se aprecia hasta donde llegó la renovación del sistema de alcantarillado, donde la línea divisoria ilustrativa presenta. Fotografías 02 y 03 En las fotografías 02 y 03 se aprecia que las domiciliarias construidas no se han realizado de una manera técnica, permitiendo esto que los empalmes a la red de alcantarillado presente infiltraciones y por consiguiente permita falla en la estructura de pavimento. Para el sistema de alcantarillado combinado del tramo tratado, se proyecta en tuberías de material tubería corrugada de PVC, con coeficiente de rugosidad n= sugerido por el fabricante, pero se acepta para los diseños n= tal como lo solicita la norma RAS El diseño Hidráulico del sistema de recolección de 22

23 aguas residuales se realizó empleando la tabla de cálculo. Los datos iníciales de contribución se toman de las tablas consignadas en el Anexo y se procede a diseñar con empate de cota clave debido a que los diámetros son menores a 20, la diferencia entre la cota de entrada y salida es de 5 cm cuando los diámetros son iguales, pero cuando hay cambio de diámetros no se adopta la diferencia de 5 cm, pues la diferencia entre las cotas bateas dará la caída entre los tramos. Para llevar a cabo la recolección y transporte de las aguas residuales domesticas generadas en el sector se proyecta un nuevo el diseño del alcantarillado combinado debido a la dificultad existente para separar las aguas lluvias de las residuales mejorando las condiciones del existente (insuficiencia hidráulica del alcantarillado combinado existente tal como se muestra en el anexo Chequeo existente), sobre todo por efectos de la vetustez y debido a que le período de vida útil del mismo ha sido superado. DEFINICIÓN DEL NIVEL DE COMPLEJIDAD DEL SISTEMA Estimación de la población La base de cualquier tipo de proyección de población son los censos, es de anotar que comportamiento demográfico de una región cambia a lo largo del tiempo, según el modelo de establecimiento y consolidación del centro poblado en sí mismo. A continuación se presenta los datos de población obtenidos para los usuarios del Tramo 1 del alcantarillado: Carrera 15 entre calles 10 y 12, del Municipio de Santa Rosa de Cabal y para el tramo 2 de la Carrera 13 entre calles 15 y 16 los cuales son presentados en los siguientes cuadros: DATOS DE POBLACIÓN CENSADA TRAMO 1 TRAMO 2 POBLACIÓN No. HABITANTES La metodología empleada para obtener la información de la población existente se baso en la encuesta puerta a puerta, con personal que la Empresa EMPOCABAL E.S.P. E.I.C.E. facilito para tal fin. 23

24 De acuerdo con las proyecciones del Departamento Nacional de Estadística DANE, el municipio de Santa Rosa de Cabal tiene en el año 2012 una población total de personas, de las cuales son hombres y son mujeres. No obstante, pese a que el área urbana representa tan sólo el 1% del total del territorio municipal, en él se concentra el 82% de la población del municipio ( Habitantes). Proyección de la población en el casco urbano Fuente: Balance de las actividades productivas de Santa Rosa de Cabal Cámara de Comercio de Santa Rosa de Cabal Teniendo en cuenta las proyecciones del DANE, hay una tasa de crecimiento de población del 0,33% en el municipio de Santa Rosa de Cabal; sin embargo, debe resaltarse que el número de habitantes que viven en la cabecera ha aumentado un 8% desde el 2001, a una tasa promedio anual del 0,83%. Métodos de proyección de población La proyección de población se efectúa a partir de los registros históricos de la población de la cabecera municipal registrados por el Departamento Nacional de Estadística DANE, o en su defecto de censos poblacionales más actualizados, como lo es el consignado en la El Grafico No 1. Estudio efectuado por la Cámara de Comercio de Santa Rosa de Cabal donde se identifica una tasa de crecimiento de la población del casco urbano con promedio anual del 0,83%. Teniendo en cuenta la población registrada en el censo efectuado in situ para el año 2012 (885 habitantes), el RAS recomienda realizar las proyecciones de población al menos por 3 métodos de proyección siendo los más usados el método Aritmético, Geométrico y Exponencial, Ver Tabla 5. 24

25 MÉTODOS DE CÁLCULO PERMITIDOS SEGÚN EL NIVEL DE COMPLEJIDAD DEL SISTEMA Nivel de Complejidad del Bajo Sistema Medio Medio Alto Método por Emplear Alto Aritmético, Geométrico y Exponencial X X Aritmético + Geométrico + X X Por componentes Demográficos X X Detallar por Zonas y Detallar X X Fuente: RAS, 2000 De acuerdo con lo recomendado por el RAS 2000, se proyecta la población por tres métodos: Aritmético, geométrico y exponencial, de los cuales se estima el promedio. Establecido esto, se calculan las tasas de crecimiento intercensales por los tres métodos mencionados. Para las ecuaciones a usar en el cálculo de las tasas de crecimiento y proyección de la población se tendrán las siguientes convenciones: Pf Pci Puc Pep Pca Tci Tuc Tf Tcp Tca = Población correspondiente al año para el que se requiere proyectar = Población correspondiente al censo inicial con información. = Población correspondiente al último censo con información. = Población del censo posterior. = Población del censo anterior. = Año correspondiente al censo inicial con información. = Año correspondiente al último censo con información. = Es el año se requiere proyectar la información. = Año correspondiente al censo posterior. = Año correspondiente al censo anterior. Cálculos de las tasas de crecimiento a) Método Aritmético Las ecuaciones para la proyección de población (Pf) y cálculo de la tasa de crecimiento (r) son: De acuerdo a los datos de proyección de población urbana del Municipio suministrados por la Cámara de Comercio de Santa Rosa de Cabal donde se identifica una tasa de crecimiento de la población del casco urbano tiene un promedio anual del 0,83%. 25

26 b) Método Geométrico Las ecuaciones para la proyección de población (Pf) y cálculo de la tasa de crecimiento (r) son: Para el caso se tiene: De acuerdo a los datos de proyección de población urbana del Municipio suministrados por la Cámara de Comercio de Santa Rosa de Cabal donde se identifica una tasa de crecimiento de la población del casco urbano tiene un promedio anual del 0,83%. c) Método Exponencial Las ecuaciones para la proyección de población (Pf) y cálculo de la tasa de crecimiento (r) son: De acuerdo a los datos de proyección de población urbana del Municipio suministrados por la Cámara de Comercio de Santa Rosa de Cabal donde se identifica una tasa de crecimiento de la población del casco urbano tiene un promedio anual del 0,83%. d) Proyección de población TRAMO 1 POBLACIÓN MÉTODO GEOMÉTRICO TRAMO 1 TRAMO 2 Puc: Es la población (hab.) correspondiente al último año censado con información: Tuc: Es el año correspondiente al último año censado con información: Tf: Es el año al cual se quiere proyectar la información: r: Es la tasa de crecimiento 0.83% anual en forma decimal:

27 POBLACIÓN FUTURA TRAMO 1 AÑO POBLACIÓN TRAMO 2 POBLACIÓN FUTURA TRAMO 2 AÑO POBLACIÓN Población Flotante Santa Rosa de Cabal es un Municipio de carácter turístico, de tal manera se tendrá en cuenta un estimado del 4% como ajuste a la población. Asignación del nivel de complejidad, capacidad económica y periodo de diseño De acuerdo a la población proyectada para el año 2012 en la cabecera municipal del municipio de Santa Rosa de Cabal donde se concentra el 82% de la población total se tiene que la cantidad corresponde a habitantes y de acuerdo a la proyección se incrementara a habitantes, acorde al título A. 3.1 del RAS 2000 le corresponde el nivel de complejidad ALTO y una capacidad económica ALTA de los de acuerdo a la norma, pero realizando las visitas de campo y observando la tipología de vivienda existente en el sector se puede determinar que la capacidad económica de los usuarios es MEDIA. 27

28 Nivel de Complejidad del Sistema ASIGNACIÓN DEL NIVEL DE COMPLEJIDAD Bajo < Población en la Zona Urbana (Habitantes) Capacidad Económica de los Usuarios Baja Medi a Baja Medio Oo a Medi Alto Alto > a Alta Fuente: RAS, 2000 Parámetros básicos de diseño a) Periodo de diseño Comprende el periodo en el que el conjunto de elementos del sistema funciona de manera adecuada para el servicio de alcantarillado adicionalmente fija las condiciones básicas del proyecto y la capacidad de la obra para atender la demanda futura. Este debe contemplar el nivel socioeconómico, material de tubería, crecimiento poblacional y nivel de complejidad del sistema. El período de diseño máximo seleccionado es de 30 años cumpliendo con los parámetros de la resolución 2320 de Como la población del municipio de Santa Rosa de Cabal es de , acorde al título D Periodo de diseño del RAS 2000 le corresponde el nivel de complejidad ALTO, por lo tanto el período de diseño máximo seleccionado es de 30 años. 28

29 Periodo de planeamiento de redes de recolección y evacuación de aguas residuales y lluvias para nivel de complejidad ALTO es de 30 años según tabla D.2.1, pero por tratarse de materiales de alta durabilidad los que se implementarán en el proyecto, y dado que es un colector principal de la ciudad, además se determina que el colector es principal la norma nos recomienda que el periodo de diseño es de 30 años, dejando el horizonte hasta el año Caudal de Aguas Residuales Domesticas QD Para determinar la cantidad de aguas residuales domesticas se considera la dotación asignada a cada habitante y la densidad demográfica en el área del proyecto. Dicho caudal se estima para las condiciones iníciales y finales de operación del sistema. Estimación Densidad de la Población D El sistema de recolección y evacuación de aguas residuales se diseña para la máxima densidad de población futura, que depende de la estratificación socioeconómica, uso de la tierra y ordenamiento urbano, sin embargo se tiene en cuenta la densidad en condiciones iníciales para realizar el chequeo del comportamiento hidráulico del sistema. Para estimar las densidades correspondientes se emplea la siguiente ecuación: Para el diseño hidráulico del sistema de alcantarillado se tienen las densidades 29

30 consignadas en la Tabla 10 donde ya se ha realizado la corrección por población flotante que corresponde al 4%. Estimación Densidades ESTIMACIÓN DENSIDAD INICIAL Y FUTURA DENSIDAD (Condiciones Iníciales) Área Actual Ha Población (2012) Hab TRAMO 1 TRAMO 2 0,932 0, D inicial 106, , Hab/Ha DENSIDAD (Futura) Área 0,932 0,96 Actual Ha Población (2042) Hab 126, , D inicial 136, , Hab/Ha Se resalta que para estimar la densidad futura se tiene en cuenta el área correspondiente al sector de influencia del proyecto tanto como para el tramo 1 como para el tramo 2 y no hay zona de expansión, pues es un sector central urbano, con crecimiento restringido por otros sectores anexos del casco urbano. Dotacion Neta Maxima Corresponde a la dotación neta, la cual depende del nivel de complejidad del sistema, el clima y del tamaño de la población. De acuerdo al articulo 1 de la resolución 2320 de 2009 modificatoria del ras 2000, para nivel de complejidad 30

31 de sistema de acueducto alto, la población del casco urbano del municipio de Santa Rosa de cabal, proyectada a 30 años se incrementará de habitantes a habitantes, por tanto se tiene un nivel de complejidad del sistema de acueducto Alto. Se tiene que la dotación neta máxima corresponde a 140 L/hab/d. Dneta= 140 L/HAB/DIA Estimación de R Para su estimación se tiene en cuenta que no toda el agua suministrada por el acueducto municipal a cada vivienda va al alcantarillado. De acuerdo a la Tabla D.3.1 para nivel de complejidad ALTO el coeficiente de retorno oscila entre 0.8 y 0.85; de donde se adopta un coeficiente de retorno de aguas servidas domesticas de 0.8. R= 0.80 Aguas Residuales Industriales QI En los sectores tratados no se encuentran asentadas industrias que incidan en el aporte de aguas residuales a nuestro sistema. Aguas Residuales Comerciales Qc De acuerdo al Título D del RAS 2000, establece que para cualquier nivel de complejidad de sistema la contribución comercial oscila entre 0.4 y 0.5 L/s.Ha, de donde se adopta una contribución de 0.5 L/s.Ha. Qc= 0.5 L/s. Ha Aguas Residuales Institucionales QIN De acuerdo al Título D del RAS 2000, establece que para cualquier nivel de complejidad del sistema la contribución institucional mínima oscila entre 0.4 y 0.5 L/s.Ha institucional, para efectos de este diseño se contempla un factor de 0.5 L/s.Ha,. QIN= 0.5 L/s. Ha Caudal Medio de Aguas Residuales (QMD) El caudal Medio Diario de aguas Residuales para un colector con un área de drenaje 31

32 dada corresponde a la suma de los aportes domésticos, industriales, comerciales e institucionales. Q MD= Q D +Q I +Q C +QIN Caudal de Conexiones Erradas Corresponde a los aportes de aguas lluvias provenientes de malas conexiones de bajantes de tejados y patios. De acuerdo a lo establecido en el Titulo D para nivel de complejidad alto se adopta como aporte máximo por conexiones erradas un factor de 0.1 L/s.Ha. Caudal de Infiltración Corresponde a la cantidad de aguas freáticas que ingresan al sistema a través de roturas, conexiones domiciliarias defectuosas, uniones de tuberías defectuosas, tuberías con paredes permeables y agua potable, conexiones directas de nacimientos o manantiales, drenajes de sistemas de filtración de cimentaciones de edificaciones. La cantidad de agua de infiltración depende de variables como: edad del sistema, materiales de las tuberías, hidrología de la zona de estudio, tipos de suelo y localización de la cuadro del nivel freático. De acuerdo con los criterios del Ras 2000 (D ), se estiman como una rata de infiltración media. QINF= 0.2 L/s. Ha Caudal máximo horario (QMH) El caudal máximo horario es la base para establecer el caudal de diseño de una red de colectores de un sistema de recolección y evacuación de aguas residuales. El caudal máximo horario del día máximo se estima a partir del caudal final medio diario, mediante el uso del factor de mayoración, F. Factor de Mayoración El factor de Mayoración para estimar el caudal máximo horario, con base en el caudal medio diario tiene en cuenta las variaciones en el consumo de agua por parte de la población. Teniendo en cuenta lo estipulado en el Titulo D para efectos del 32

33 diseño se adopta las formulas de Harmon y Babbit, válidas para poblaciones de a habitantes, y la de Flores, en las cuales se estima F en función del número de habitantes. Este factor se estima tramo por tramo de acuerdo al incremento progresivo de población y caudal y en general su valor debe ser mayor o igual a 1.4 Caudal de Diseño Para estimar el caudal de diseño de cada tramo de la red de colectores se realizo sumando al caudal máximo horario los aportes por infiltraciones y conexiones erradas empleando la siguiente fórmula: El caudal obtenido corresponde a las contribuciones acumuladas que llegan al Tramo hasta el pozo de inspección anterior, adicionalmente se tiene en cuenta que cuando el caudal de diseño calculado es inferior a 1.5 L/s se adopta este como valor de diseño RESUMEN PARÁMETROS HIDRÁULICOS CUMPLIENDO CON RAS 2000 TITULO D. PARÁMETROS DE DISEÑO DE ALCANTARILLADO Parámetro Unidad Rango/Valor Nivel de complejidad ALTO Dotación Neta (Acueducto) l/usu-día 140 Densidad habitacional prom hab/viv TRAMO Hab/Ha TRAMO 2 35 Hab/Ha Red de alcantarillado Factor retorno aguas servidas

34 RESUMEN PARÁMETROS HIDRÁULICOS CUMPLIENDO CON RAS 2000 TITULO D. PARÁMETROS DE DISEÑO DE ALCANTARILLADO Parámetro Unidad Rango/Valor domesticas Intensidad de precipitación mm/hr 1288 Tr I = (Tc+15) Factor de mayoración para aguas >1.4, F prom Harmon residuales 1.68 Infiltración l/s-ha 0.20 Conexiones erradas l/s-ha 0.10 Diámetro mínimo alcantarillado aguas residuales mm 200 (8 pulg) Diámetro mínimo alcantarillado mm 250 (10 pulg) aguas lluvias Coeficiente de rugosidad, manning Tubería concreto Tubería PVC corrugada Tuberia HD Relación de tirante hidráulico máximo, Yn/D Aguas residuales Aguas lluvias Velocidad real máxima Tubería concreto Tubería PVC m/s Fuerza Tractiva Kg/m Parámetros de diseño Cumpliendo con la normatividad vigente se aplica los parámetros según RAS D.2 y D.3. Periodo de diseño de 30 años para nivel de complejidad Alto. La unión o conexión de dos o más tramos de colectores debe hacerse con estructuras hidráulicas apropiadas, denominadas estructuras de conexión. Usualmente, estas estructuras son cámaras. La distancia máxima, debe ser de 100 a 120 m si la limpieza de los colectores es manual, y puede llegar a 200 m si es mecánica o hidráulica. 34

35 La estimación de del coeficiente de retorno de las aguas domiciliarias domesticas será de 0,80, valor para un nivel de complejidad alto. El consumo de agua industrial varía de acuerdo con el tipo y tamaño de la industria, en nuestro caso será de 0,0 l/s.ha, debido a que no hay industria representativa en el sector. El consumo de agua comercial e institucional para el caso será de 0,5 l/s.ha, debido a que en el sector se tienen algunos locales comerciales, y se tiene la presencia de la instituciones educativas en los sectores a tratar. Deben considerarse los aportes de aguas lluvias al sistema de alcantarillado sanitario, provenientes de malas conexiones de bajantes de tejados y patios, se adopta un valor de 0,2 l/s.ha Es inevitable la infiltración de aguas subsuperficiales a las redes de sistemas de alcantarillado sanitario, principalmente freáticas, a través de fisuras en los colectores, en juntas ejecutadas deficientemente, en la unión de colectores con pozos de inspección y demás estructuras, por lo tanto se adopta un valor de o,20 l/s.ha El caudal de diseño de cada tramo de la red de colectores se obtiene sumando al caudal máximo horario del día máximo, QMH, los aportes por infiltraciones y conexiones erradas, este se cuantifico siguiendo el mismo procedimiento ya descrito, según el número de usuarios aferentes a cada tramo, pero en este caso la mayoración para el caudal máximo horario se realiza mediante la expresión indicada en la tabla 6. El diámetro interno real mínimo permitido en redes de sistemas de recolección y evacuación de aguas residuales tipo alcantarillado sanitario convencional es 200 mm (8 ). Se establece la velocidad mínima como criterio de diseño. La velocidad mínima real permitida en el colector es 0,45 m/s. Los valores máximos permisibles para la velocidad media en los colectores por gravedad dependen del material, en función de su sensibilidad a la abrasión. se recomienda que la velocidad máxima real no sobrepase 10 m/s. Para permitir aireación adecuada del flujo de aguas residuales, el valor máximo permisible de la profundidad hidráulica para el caudal de diseño en un colector debe estar entre 70 y 85% del diámetro real de éste. La profundidad mínima de recubrimiento de los colectores, para zonas verdes será de 0,75 m y en vías vehiculares será de 1,20 m. 35

36 La profundidad máxima a clave, en general es del orden de 5 m en los colectores. Diseño hidráulico Atendiendo todos los parámetros expuestos en la tabla 10, los colectores de alcantarillado se diseñaron para condición de flujo libre por gravedad, utilizando la expresión de velocidad de Manning para flujo uniforme. V n R 2 S 1 El diseño hidráulico de los colectores se realizó utilizando hoja electrónica con Manning variable aplicando las expresiones de flujo uniforme. La hoja de cálculo se encuentra elaborada bajo los lineamientos y parámetros de diseño definidos en el capítulo D.2.3. del reglamento RAS 2000, y considera los empates de colectores por perdidas de energía para cambio en el régimen de flujo y velocidad, así como por cambio en el alineamiento horizontal o deflexiones. En la hoja de cálculo se han efectuado variaciones en los rangos de evaluación normalmente utilizados para las perdidas, con el objeto de aproximarse las condiciones de empate de energía obtenidas en un análisis hidráulico por flujo gradualmente variado. El cuadro con la memoria del diseño hidráulico de la red de alcantarillado se presenta en el cuadro anexo alcantarillado sanitario. Diseño De Colectores Para efectos del diseño de los colectores del sistema de alcantarillado sanitario del Municipio de Santa Rosa de cabal se tuvieron en cuenta los siguientes parámetros de diseño: Diámetro Interno Real Mínimo El diámetro interno real mínimo permitido en redes de sistemas de recolección y evacuación de aguas residuales tipo alcantarillado sanitario convencional es 200mm (8plg) con el fin de evitar obstrucciones de los conductos por objetos relativamente grandes introducidos al sistema. Cuando se pretende evacuar las aguas residuales de 10 viviendas en adelante, es recomendable utilizar como diámetro mínimo 200 mm (8 plg). Para el cálculo de la tabla se tuvo en cuenta los diámetros reales y no los nominales de la tubería PVC alcantarillado, Velocidad Mínima Si las aguas residuales fluyen por un periodo largo a bajas velocidades, los sólidos 36

37 transportados pueden depositarse dentro de los colectores. En consecuencia, se debe disponer regularmente de una velocidad suficiente para lavar los sólidos depositados durante periodos de caudal bajo, razón por la cual se establece la velocidad mínima como criterio de diseño. La velocidad mínima real permitida en el colector es 0,45 m/s. Para las condiciones iníciales de operación de cada tramo, se verifica el comportamiento auto limpiante del flujo, para lo cual es necesario utilizar el criterio de esfuerzo cortante medio; por lo tanto se establece que el valor del esfuerzo cortante medio sea mayor o igual a 1,5 N/m 2 (0,15 Kg/m 2 ) para el caudal inicial máximo horario. El esfuerzo cortante medio está dado por la expresión: Velocidad Máxima Los valores máximos permisibles para la velocidad media en los colectores por gravedad dependen del material, en función de su sensibilidad a la abrasión. Teniendo en cuenta que el material a utilizar es tubería en PVC se establece como velocidad máxima 10 m/s. Pendiente Mínima El valor de la pendiente mínima del colector es aquella que permite tener condiciones de autolimpieza y de control de gases adecuadas de acuerdo con los criterios establecidos en el literal D RAS Pendiente Máxima El valor de la pendiente máxima admisible es aquel para el cual se tenga una velocidad máxima real según el literal D RAS Profundidad Hidráulica Máxima Para permitir aireación adecuada del flujo de aguas residuales, el valor máximo permisible de la profundidad hidráulica para el caudal de diseño en un colector debe estar entre 70 y 85% del diámetro real. Para efectos de este diseño se adopta como profundidad hidráulica máxima 70%. Profundidad Mínima a la Cota Clave Los colectores de redes de recolección y evacuación de aguas residuales deben estar a una profundidad adecuada para permitir el drenaje por gravedad de las descargas domiciliarias sin sótano, aceptando una pendiente mínima de éstas de 2%. Además, el cubrimiento mínimo del colector debe evitar la ruptura de éste, 37

38 ocasionada por cargas vivas que pueda experimentar. Los valores mínimos permisibles de cubrimiento de los colectores se definen en la Tabla D.3.11 RAS Para el diseño de los colectores se adopta una altura mínima a cota clave de 1.20 m para vías con alto índice de tránsito vehicular y 0.9 m para zonas donde predomina el tránsito peatonal y de vehículos livianos. Red Externa De Alcantarillado Pluvial Las aguas lluvias son colectadas por una red de 380 m de longitud, con diámetros entre 400 mm y 450 mm, 10 sumideros y 4 cámaras de inspección, entregando los flujos a drenes naturales con una estructura de disipación y descole, ver plano de diseño 1/1. Parámetros de diseño Cumpliendo con la normatividad vigente se aplica los parámetros según D.4. Para la determinación de la curva de intensidad-frecuencia-duración se emplean los datos de lluvia estimados en la estación El Jazmín, de la cual se dispone de la ecuación para la curva intensidad-frecuencia-duración (Jaramillo- Robledo, 2005). La ecuación para el cálculo de la intensidad de lluvia es la siguiente: En donde I es la intensidad máxima de la lluvia en mm/h, t es la duración del aguacero en minutos, que en este caso se supone igual al tiempo de concentración de la cuenca y Tr es el periodo de retorno del aguacero en años Tr I = (Tc+15) Donde: tr : Periodo de Retorno. Tc : Tiempo de concentración. Se utilizó el método racional (Q=CIA) para el cálculo del caudal, este método es adecuado para áreas de drenaje pequeñas hasta de 700 ha. El periodo de retorno de diseño debe determinarse de acuerdo con la importancia de las áreas y con los daños, perjuicios o molestias que las inundaciones periódicas puedan ocasionar a los habitantes, tráfico, vehicular, comercio, industria, etc. Se adoptó un valor de 5 años como periodo de retorno. 38

39 Para nuestro caso con nivel de complejidad Alto, el grado de protección es mínimo. El coeficiente de escorrentía, C, es función del tipo de suelo, del grado de permeabilidad de la zona, de la pendiente del terreno y otros factores que determinan la fracción de la precipitación que se convierte en escorrentía. Se adoptó un valor de 0,8. Dado que la escorrentía que se pretende tener en cuenta es la que se presenta en las calles (Pavimentos asfalticos e hidráulicos), de los sectores de influencia del proyecto. El tiempo de concentración (Tc) se cálculo con la expresión de la FAA estadounidense, que además de la longitud y pendiente de la cuenca involucra el coeficiente de escorrentía (RAS2000 título D ), obteniéndose un tiempo de 20.0 minutos. El tiempo de entrada (Te) corresponde al tiempo requerido para que la escorrentía llegue al sumidero del colector, mientras que el tiempo de recorrido se asocia con el tiempo de viaje o tránsito (Tt) del agua dentro del colector: Donde Te: Tiempo de entrada y se calcula así: 39

40 Las aguas lluvias transportan sólidos que pueden depositarse en los colectores si el flujo tiene velocidades reducidas. Por lo tanto, debe disponerse de una velocidad suficiente para lavar los sólidos depositados durante periodos de caudal bajo. Para esto se establece la velocidad mínima como criterio de diseño. La velocidad mínima real permitida en el colector es 0,75 m/s para el caudal de diseño. Los valores máximos permisibles para la velocidad media en los colectores dependen del material, teniendo en cuenta que el material a utilizar es tubería en PVC se establece como velocidad máxima 10 m/s. Conjugando los parámetros anteriores se obtuvo un caudal de diseño de 198 l/s para el primer tramo y 59 l/s para el segundo tramo. Diseño hidráulico El colector de alcantarillado se diseñó para condición de flujo libre por gravedad, utilizando la expresión de velocidad de manning para flujo uniforme. V n R 2 S 1 Inicialmente se determino las secciones hidráulicas requeridas para el transporte del caudal de diseño tanto circular como rectangular, asumiendo como material del conducto concreto adoptando como coeficiente de manning los valores de para tuberías de PVC. De acuerdo a la Tabla D.2.2 del Ras

41 Este primer chequeo se realizó con el objeto de obtener los valores a recomendar para la sección hidráulica requerida por el proyecto, evidenciándose la insuficiencia hidráulica en los tramos proyectados, lo que indica que se debe realizar la reposición de las tuberías existentes. Partiendo de la sección hidráulica predefinida se realizo el diseño detallado del colector utilizando tubería en PVC. El diseño hidráulico del colector se realizó utilizando hoja electrónica con manning variable aplicando las expresiones de flujo uniforme. La hoja de cálculo se encuentra elaborada bajo los lineamientos y parámetros de diseño definidos en el capítulo D.2.3. del reglamento RAS2000, y considera los empates de colectores por perdidas de energía para cambio en el régimen de flujo y velocidad, así como por cambio en el alineamiento horizontal o deflexiones. En la hoja de cálculo se han efectuado variaciones en los rangos de evaluación normalmente utilizados para las perdidas, con el objeto de aproximarse las condiciones de empate de energía obtenidas en un análisis hidráulico por flujo gradualmente variado. La memoria del diseño hidráulico del colector de alcantarillado se presenta en el cuadro anexo alcantarillado combinado. Diseño de Sumideros. Los sumideros son estructuras complementarias para la captación de la escorrentía superficial que recoge los sistemas de aguas lluvias, para el diseño se proyectaron sumideros laterales sencillos. La localización, el tipo de sumidero, podrá variar en el periodo constructivo a criterio del interventor dependiendo del bombeo definitivo de las vías. Consideraciones para su proyección 41

42 La capacidad de recolección de aguas lluvias del conjunto de sumideros de un sistema pluvial debe ser consistente con la capacidad de evacuación de la red de colectores para garantizar que el caudal de diseño efectivamente llegue a la red de evacuación, de esta manera para el diseño hidráulico se tuvo en cuenta el caudal captado por cada sumidero y este se incluyó en cada tramo en particular. Los siguientes son algunos criterios que se tuvieron en cuenta para la ubicación de los sumideros: Sumideros existentes Puntos bajos y depresiones. Pendiente longitudinal de las vías. Capacidad del sumidero La capacidad de los sumideros depende del tipo, tamaño y diseño de la rejilla, características de la cuneta y la calle donde se ubica y condiciones de operación. Su capacidad hidráulica se puede estimar suponiendo que funcionan como vertederos para pequeñas alturas de agua y como orificios para alturas de agua mayores. Colocados en una calle con pendiente no siempre logran captar toda el agua que viene por ellas aunque teóricamente dispongan de capacidad para ello. Un sumidero horizontal de largo L ( a lo largo de la cuneta, en metros) y ancho b (transversal a la calle, en metros), con una rejilla de área de aberturas A, en metros cuadrados, puede evacuar como máximo: Por lo tanto tenemos: L= 1 m b = 0,50 m A= 0,70 m * 0,10 m = 0,07 m2 Aplicando la formula anterior obtenemos h= 0,074 para una altura de escurrimiento aceptada. Aplicando la formula tenemos que la capacidad de cada sumidero es: Q = l/s 42

43 Diseño Estructural de los sistemas de alcantarillado. 4 Diseño Estructural de los sistemas de alcantarillado. Tecnología Novafort: 5 es una tubería de pared estructural, fabricada en un proceso de doble extrusión, pared interior lisa y exterior corrugada. Sistema de unión mecánico, campana espigo con hidrosello de caucho. Fabricada bajo la Norma NTC 3721 para métodos de ensayo y NTC para especificaciones, las cuales tienen como antecedentes la norma ISO CD y Características De Los Sistemas Novaloc y Novafort PAVCO. Para garantizar la estabilidad de un sistema de alcantarillado durante la vida útil para la que ha sido diseñado, los elementos que lo componen deben cumplir ciertas características inherentes al uso mismo y dentro de costos razonables, como son: a. Hermeticidad b. Flexibilidad c. Resistencia a la Corrosión y la Abrasión d. Óptimo Comportamiento Hidráulico e. Resistencia al Impacto f. Facilidad de Instalación y Mantenimiento a. Hermeticidad. Los tubosistemas para alcantarillado NOVALOC - NOVAFORT PAVCO, impiden la exfiltración de agua de los conductos, protegiendo el medio ambiente al garantizar que las aguas transportadas no se exfiltren al medio y eventualmente puedan contaminar el agua subsuperficial. Los tubosistemas NOVALOC- NOVAFORT impiden también la infiltración, garantizando la estabilidad del relleno de la zanja así como las estructuras en la superficie. Además, garantizan que el caudal transportado sea el caudal diseñado, asegurando el adecuado funcionamiento del sistema de alcantarillado. Esta característica, igualmente, impide la penetración de raíces que pueden causar obstrucciones en los conductos. b. Flexibilidad. Los tubosistemas para alcantarillado NOVALOC y NOVAFORT por ser flexibles, aseguran excelente comportamiento a los movimientos del suelo, sismos y asentamientos diferenciales, brindando estabilidad al sistema. c. Resistencia a la corrosión y la abrasión: Los tubos NOVALOC y NOVAFORT, está fabricados en un material inerte, que garantiza excelente resistencia a la acción de las sustancias químicas y al ataque corrosivo de los materiales presentes en las aguas que transportan (ácido sulfhídrico) así como de los suelos en que están 4 Tomado de TIGRE ADS Colombia. Manual de Drenaje 5 PAVCO S.A. Manual Técnico, Tubosistemas para alcantarillado NOVALOC Y NOVAFORT. Bogotá: PAVCO S.A., marzo p 43

44 instalados (ácidos y alcalinos). La pared interna lisa y dureza del material, presentan un excelente comportamiento a la abrasión de los materiales presentes en el agua que transportan, con mínimo desgaste de sus paredes. Pruebas sobre tubería fabricadas de PVC indican una vida útil superior a 50 años. Resistencia a la abrasión: Debido a la naturaleza de las tuberías de PVC el proceso de abrasión se presenta gradualmente sobre una gran área en lugar de desarrollar puntos localizados, como en la mayoría de otros materiales, que causan falla rápida. d. Óptimo comportamiento hidráulico. La pared interior lisa de los tubos NOVALOC y NOVAFORT, significa baja resistencia al flujo dando como resultado mayor capacidad hidráulica permitiendo menores pendientes y diámetros de diseño, (menor movimiento de tierra, transporte, etc.), lo que su vez se traduce en reducción de costos del sistema. El coeficiente n de Manning recomendado es para NOVALOC es de Y para NOVAFORT es de e. Resistencia al impacto. De acuerdo con las normas NTC y NTC 5070 se hacen ensayos que dan como resultado una resistencia al impacto de 220lb.pie sin presentar fractura. Esta característica permite la manipulación durante el transporte e instalación sin presentar roturas ni daños, disminuyendo el desperdicio en obra. f. Facilidad de instalación y mantenimiento. Tubos más largos y livianos permiten un manejo fácil y rápido en la etapa de transporte, almacenamiento e instalación. Reducción de costos en transporte y equipos. Facilidad y rapidez de manipulación e instalación. Altos rendimientos. Reducción del personal necesario y de equipos pesados en obra. Reducción del riesgo de accidentes de trabajo. Los Tubosistemas para alcantarillado PAVCO se ofrecen con unión mecánica con hidrosello de caucho para facilidad y seguridad en la instalación. NOVAFORT, con sistema de ensamble campana-espigo Y NOVALOC presenta tubos con extremo liso y uniones del mismo material. Los hidrosellos son instalados en fábrica, fáciles de acoplar. No necesitan soldaduras, únicamente lubricante para lograr el acople. El diseño de la unión facilita con un mínimo de trabajo de campo el ensamble seguro y hermético. Cada tubo instalado son 6 y/o 6.5m de tubería instalada. Su pared interna lisa causa menores pérdidas de carga, pues su rugosidad permite con menores pendientes velocidad de autolimpieza que dificulta la adhesión de materiales a la pared de tubo, lo que se traduce en menores costos de mantenimiento. Y finalmente una característica importante es su peso ya que 44

45 comparado con el de otras tuberías como la de cemento resulta notablemente menor.6 Estructuras de conexión de colectores y pozos de inspección. La unión o conexión de dos o más tramos de colectores debe hacerse con estructuras hidráulicas, denominadas estructuras de conexión. Usualmente, estas estructuras son pozos de unión o conexión o estructuras-pozo. Estas estructuras están comunicadas con la superficie mediante pozos de inspección, los cuales permiten el acceso para la revisión y mantenimiento de la red. Por lo general, la forma de la estructura-pozo es cilíndrica en su parte inferior y de cono truncado en su parte superior. Sus dimensiones deben ser suficientemente amplias para que el personal de operación y mantenimiento pueda ingresar y maniobrar en su interior. Para esto debe ser provista una escalera de acceso con pasos de hierro y los elementos mínimos de seguridad industrial para los operarios. La cañuela o piso de la estructura es una plataforma en la cual se hacen canales que prolongan los conductos y encauzan sus flujos, cuando esto se requiera. La parte superior remata en una protección de su desembocadura a la superficie donde se coloca la correspondiente tapa. Deben hacerse consideraciones sobre la ventilación de los pozos. Consideraciones para su proyección: En general, deben disponerse estructuras de conexión de colectores en los siguientes casos: Arranques de colectores. Cambios de dirección de colectores. Cambios de diámetro de colectores. Cambios de pendiente de colectores. Cambios de sección de colectores. Intersección de colectores. Entre tramos rectos de colectores de determinada longitud. Curvas de colectores. Parámetros dé diseño: Diámetro. En los pozos comunes el diámetro interior es generalmente de 1,20 m. Para casos especiales, el diámetro debe estar 1,5 a 2 mts, dependiendo de las dimensiones de los colectores afluentes. Tabla 4. Para pozos comunes construidos para colectores con diámetros menores que 0,6 m, su diámetro interior debe ser de 1,2 m para permitir el manejo de varillas y 6 PAVCO S.A. Manual Técnico, Tubosistemas para alcantarillado NOVALOC Y NOVAFORT. Bogotá: PAVCO S.A., p. 45

46 demás elementos de limpieza. Para pozos especiales construidos para colectores hasta de 1,1 m de diámetro, su diámetro interior es 1,5 m. De igual manera, para colectores de 1,20 m o más de diámetro, el diámetro interior del pozo debe ser 2 m, con el fin de permitir el empleo de equipos de limpieza. En estos casos, el pozo puede colocarse desplazado del eje del colector principal para mejorar la accesibilidad. Tabla 4. Diámetro del pozo según el diámetro de la tubería de salida Diámetro del colector de Diámetro salida pozo < 0.6 mts. 1.2 mts mts. 1.5 mts. >1.2 mts. 2.0 mts. del Profundidad. La profundidad mínima de los pozos de inspección debe ser 1.0 mts. sobre la cota clave del colector afluente más superficial. Diámetro de acceso. El diámetro del orificio dé entrada es generalmente 0,6 mts. Sin embargo, si la altura del pozo es menor que 1,8 m, el cuerpo del cilindro puede ser extendido hasta la superficie, donde debe disponerse de una losa como acceso.7 Cimentación y atraque lateral para los tubo-sistemas. El tipo de suelo que va alrededor de la Tubería, de acuerdo con sus propiedades y Cimentación y atraque lateral para los tubo-sistemas Novafort. El tipo de suelo que va alrededor de la Tubería, de acuerdo con sus propiedades y calidad, absorberá cierta cantidad de carga transmitida por el tubo. Por lo tanto la clase de suelo que se utilice para encamado, soporte lateral y relleno, es fundamental en el comportamiento de la Tubería. La siguiente tabla provee las características granulométricas de los diferentes tipos de suelos y su clasificación según su comportamiento en este tipo de aplicación 8 7 SALAZAR CANO, Roberto. Alcantarillados. San Juan de Pasto: Facultad de Ingeniería- Universidad de Nariño, p. 8 PAVCO S.A. Manual Técnico, Tubosistemas para alcantarillado NOVALOC Y NOVAFORT. Bogotá: PAVCO S.A., marzo p. 46

47 Para tubería NOVAFORT: Es necesario hacer cimentación en piedra triturada con el fin de que este material (granular < 3/8 ) funcione como soporte y filtro del sistema de alcantarillado recién instalado. La cimentación se debe realizar con 15 cm. de altura de capa de triturado y el atraque lateral se hace con material de préstamo de características óptimas para la compactación (afirmado compactado), hasta una altura igual a la mitad del diámetro del tubo. Este método constructivo permite estabilizar el tubo sobre todo cuando hay presencia de nivel freático o de agua lluvia por condiciones del clima. Grado de compactación. La capacidad de la Tubería para resistir las cargas externas, depende en gran parte del método empleado durante su instalación, el cual a su vez depende del tipo de material utilizado. Tipos de suelos. CLASE I CLASE II CLASE III CLASE IV CLASE V Material granular de 1/4 a 1.1/2 de diámetro (triturado) Suelos tipo GW, GP, SW y SP Suelos tipo GM, GC, SM y SC Suelos tipo ML, CL, MH y CH Suelos tipo OL, OH y PT a. tipos de suelos clase I. Cuando este tipo de material es utilizado para construir la cama de la Tubería, poca o ninguna compactación es necesaria. En este caso el material se debe continuar hasta la mitad del tubo. El material restante puede ser Clase II o Clase III. En cualquier terreno donde el tubo estará por debajo del nivel freático, o donde la zanja puede estar sujeta a inundación, se deberá colocar material Clase I hasta la clave del tubo debidamente acomodado y envuelto en Geotextil No Tejido. El tamaño recomendado para metarial Clase I es máximo 3/4 si es triturado de roca (angular) y 1.1/2 si es canto rodado. b. tipos de suelos clase II El material Clase II puede ser usado como cama de la Tubería compactándolo al 85% de máxima densidad. Este material también se puede utilizar como soporte lateral de la Tubería hasta la mitad del tubo, hasta la clave o hasta 15 cm. por encima del tubo compactando en capas de 10 cm. al 85% de máxima densidad. c. tipos de suelos clase III 47

48 Este tipo de material puede ser usado como encamado, soporte lateral y relleno inicial de la Tubería de la misma manera que el material de Clase II, excepto que la compactación debe ser del 90% de máxima densidad. d. tipos de suelos clase IV Deberá tenerse cuidado en el diseño y selección del grado y método de compactación para suelos Clase IV debido a la dificultad en el control apropiado del contenido de humedad en el subsuelo. Algunos suelos de esta clase que poseen media o alta plasticidad con límite líquido mayor al 50% (CH, MH, CH-MH) presentan reducción en su resistencia cuando se humedecen y por lo tanto, sólo se pueden usar para encamado, soporte lateral y relleno inicial de la Tubería en zonas áridas donde el material de relleno no se saturará cuando hay precipitación pluvial o exfiltración del tubo. Los suelos Clase IV que poseen baja o media plasticidad con límite líquido menor al 50% (CL, ML, CL-ML) también requieren de una cuidadosa consideración en el diseño e instalación para controlar su contenido de humedad, pero su uso no está restringido a zonas áridas. El uso de este suelo para cimentación debe ser avalado por el ingeniero de suelos del proyecto o interventor. Instalación de los tubo-sistemas Preparación de la zanja. Un adecuado procedimiento de instalación, así como la preparación de la zanja son esenciales para obtener un exitoso comportamiento de la Tubería NOVAFORT y NOVALOC PAVCO. La preparación de la zanja no difiere sustancialmente de los procedimientos usados para instalar otros tipos de Tubería. No se debe tener más 48

49 zanja abierta que la necesaria para instalar Tubería en ese día. La Tubería debe ser colocada cerca de la zanja excavada, en el lado opuesto a la tierra extraída. Excavación Tanto la excavación de la zanja como el relleno deben hacerse de acuerdo con la Norma ASTM D La zanja debe ser lo suficientemente ancha para permitir a un hombre trabajar en condiciones de seguridad y adecuada alineación y ensamble de las campanas y/o uniones. El ancho mínimo será el diámetro exterior más 0.30 m y el medio, el diámetro exterior 49

50 más 0.40 m. Si se requiere ampliar el ancho de la zanja debe hacerse por encima del lomo de la Tubería. (Figura Nº2 - Detalle de Zanja Ancha) A criterio del ingeniero-diseñador se definirá la protección requerida en las paredes de la zanja (entibado) y estabilización del fondo, pero deberá preverse la ubicación del entibado de tal forma que permita el encamado y relleno adecuado en la zona de la Tubería. Cuando hay agua sobre el fondo de la zanja, debe evacuarse para mantener la zanja seca hasta que la Tubería sea instalada y rellenada al menos un diámetro sobre la clave de la Tubería para evitar flotación. Cuando se instale material granular como subdren bajo la Tubería éste debe ser gradado o protegido, con geotextil por ejemplo, de tal forma que se evite la migración de los finos del material de cimentación de la Tubería. La profundidad de la zanja deberá ser determinada por el ingeniero-diseñador teniendo en cuenta requerimientos de fundación, encamado, cimentación, tipo de suelo, diámetro de la Tubería y recubrimiento de ésta. Con especiales condiciones de diseño, 0.40 m de recubrimiento mínimo sobre el lomo del Tubo, puede ser adecuado, sin embargo 0.90 m es recomendable cuando se tiene carga viva sobre la superficie. Encamado El fondo de la zanja debe nivelarse de tal forma que se garantice la pendiente del diseño, así como para que la Tubería quede apoyada y debidamente soportada en 50