DISEÑO DE LA RED DE ALCANTARILLADO DEL BARRIO CENTRO POBLADO PASOANCHO SITUADO EN EL MUNICIPIO DE ZIPAQUIRÁ CRISTIAN FERNANDO CÓRDOBA CATAÑO

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1 DISEÑO DE LA RED DE ALCANTARILLADO DEL BARRIO CENTRO POBLADO PASOANCHO SITUADO EN EL MUNICIPIO DE ZIPAQUIRÁ CRISTIAN FERNANDO CÓRDOBA CATAÑO UNIVERSIDAD CATÓLICA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERÍA PROGRAMA DE INGENIERÍA CIVIL MODALIDAD PRÁCTICA SOCIAL BOGOTÁ D.C. 2013

2 DISEÑO DE LA RED DE ALCANTARILLADO DEL BARRIO CENTRO POBLADO PASOANCHO SITUADO EN EL MUNICIPIO DE ZIPAQUIRÁ CRISTIAN FERNANDO CÓRDOBA CATAÑO Trabajo de grado para optar al título de Ingeniero Civil Director ÁLVARO ENRIQUE RODRÍGUEZ PÁEZ Ingeniero Civil UNIVERSIDAD CATÓLICA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERÍA PROGRAMA DE INGENIERÍA CIVIL MODALIDAD PRÁCTICA SOCIAL BOGOTÁ D.C. 2013

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4 Nota de aceptación Director de Investigación Ing. Álvaro Enrique Rodríguez Páez Asesor Metodológico Ing. Juan Carlos Ruge Cárdenas Jurado Bogotá D.C., diciembre de 2013

5 CONTENIDO INTRODUCCIÓN 10 pág. 1. GENERALIDADES ANTECEDENTES PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA Descripción del problema Formulación del problema OBJETIVOS Objetivo general Objetivos específicos JUSTIFICACIÓN DELIMITACIÓN Espacio Tiempo Contenido Alcance MARCO REFERENCIAL DISEÑO METODOLÓGICO ALCANTARILLADO ALCANTARILLADO SANITARIO Nivel de complejidad del sistema Proyección de Población Caudal de aguas residuales domésticas (QD) Caudal de aguas residuales industriales (QI) Caudal de aguas residuales comerciales (QC) Caudal de aguas residuales institucionales (QIN) Caudal medio diario de aguas residuales (QMD) Caudal máximo horario de aguas residuales (QMH) Caudal de conexiones erradas (Qce) Infiltración (Qinf) Caudal de diseño ALCANTARILLADO PLUVIAL Caudal de diseño Método raciona Área de drenaje (A) Curvas de intensidad-duración-frecuencia Periodo de retorno de diseño Intensidad de precipitación Coeficiente de escorrentía Tiempo de concentración 34

6 pág Diámetro mínimo Velocidad mínima Velocidad máxima Pendiente mínima Pendiente máxima PRESUPUESTO DE OBRA CONCLUSIONES 45 BIBLIOGRAFÍA 46 ANEXOS 47

7 LISTA DE TABLAS pág. Tabla 1. Nivel de complejidad del sistema 24 Tabla 2. Censos históricos 25 Tabla 3. Población actual 25 Tabla 4. Cálculos población futura 26 Tabla 5. Aporte máximo por conexiones erradas con sistema pluvial 29 Tabla 6. Aporte de infiltración en redes de sistemas de recolección y Tabla 7. evacuación de aguas residuales 29 Nivel de complejidad del sistema para obtención de las curvas IDF 32 Tabla 8. Ecuación IDF Zipaquirá 32 Tabla 9. Relaciones intensidad - duración - frecuencia Zipaquirá 33 Tabla 10. Factor de reducción para la intensidad de lluvia 34 Tabla 11. Coeficiente de escorrentía o impermeabilidad 34 Tabla 12. Velocidad máxima para tuberías de alcantarillado, m/s 35 Tabla 13. Ejemplo APU, extraído del contenido total de APU del trabajo 39 Tabla 14. Presupuesto Total de Obra, Alcantarillado sanitario 42 Tabla 15. Presupuesto Total de Obra, Alcantarillado Pluvial 43

8 LISTA DE FIGURAS pág. Figura 1. Lotes aprovechados para beneficiarse del ganado 11 Figura 2. Localización del Barrio Centro Poblado de Pasoancho en el municipio de Zipaquirá 12 Figura 3. Municipios con Plan Maestro de Acueducto y Alcantarillado 14 Figura 4. Cobertura de alcantarillado urbano y rural en Colombia 15 Figura 5. Visualización de la colmatación del colector final o pozo en sus bordes 16 Figura 6. Estado del canal natural en el que descarga una porción de la población 17 Figura 7. Paso del río Frío por el barrio Centro Poblado Pasoancho 18 Figura 8. Clasificación de los costos 40

9 LISTA DE ANEXOS pág. Anexo A. Plano alcantarillado sanitario 47 Anexo B. Tabla de cálculos alcantarillado sanitario 49 Anexo C. Perfiles alcantarillado sanitario 52 Anexo D. Plano alcantarillado pluvial 54 Anexo E. Tabla de cálculos alcantarillado pluvial 56 Anexo F. Perfiles alcantarillado pluvial 58 Anexo G. Análisis de precios unitarios 60

10 INTRODUCCIÓN Las redes de alcantarillado se consideran uno de los servicios básicos e indispensables en una comunidad, pero son muchos los territorios en el país que no están debidamente adecuados con este medio. Con anterioridad en gran cantidad de lugares del país se le daba mayor prioridad a la adecuación de la red de suministro de agua potable, dejando indefinidamente la construcción de las redes de alcantarillado como si no existiera una idea tan lógica y simple como lo es que si entra agua de algún modo debe salir. El barrio Centro Poblado Pasoancho es uno de los tantos lugares que no poseen este servicio con eficiencia en el país, el proyecto de la red de alcantarillado pluvial y sanitario del barrio, se hace con el fin de mejorar las condiciones de vida de la población. El diseño se debe elaborar debido a que el sistema existente no tiene la capacidad suficiente para evacuar los fluidos de una población en crecimiento como lo es esta, y primordialmente para evitar problemas como grandes estancamientos de agua como las que se observaron en las pasadas olas invernales y la correcta evacuación de las aguas servidas generadas por la misma población. Con lo anteriormente descrito se dará paso a una descripción general de la problemática que conlleva el no tener un sistema de alcantarillado, posteriormente mostrar el proceso de diseño de un alcantarillado y un presupuesto de obra. 10

11 1. GENERALIDADES 1.1 ANTECEDENTES El barrio Centro Poblado de Pasoancho se encuentra ubicado en el municipio de Zipaquirá hacia la parte sur-este de la parte urbana (véase figura 2), se localiza entre el barrio Bavaria las Águila, el cultivo de flores el Candil y el cementerio de las Villas hasta la estación de Texaco. El barrio fue creado aproximadamente hace 70 años y se divide en dos sectores; centro poblado urbano y parte rural, a través de sus años la economía de la zona se genera en ganadería, flores y leche (véase figura 1). Figura 1. Lotes aprovechados para beneficiarse del ganado. Fuente: Autor. 11

12 Figura 2. Localización del Barrio Centro Poblado de Pasoancho en el municipio de Zipaquirá. Fuente. NUESTRO MUNICIPIO. [En línea]. Disponible en Internet: <URL: &x= >. [Citado: 20, oct., 2013]. En el momento en que fue creado el barrio no se llegó a prever su crecimiento, que en la actualidad data de aproximadamente unos habitantes dejando así problemas en la capacidad de la red de alcantarillado que se les construiría en un inicio a los primeros habitantes del sector. Con respecto a temas como este no solo es este barrio del municipio de Zipaquirá si no en gran parte del país, gracias 12

13 a datos estadísticos recopilados por parte de la UNICEF-Colombia se puede dar un análisis del descuido del país con la planeación del alcantarillado. En una ciudad o municipio para responder por la eficacia y la eficiencia en las inversiones con respecto al agua potable y saneamiento básico, ellos están obligados en crear un Plan Maestro de Acueducto y Alcantarillado (PMAA). En el plan se deben diagnosticar y analizar detalladamente la situación del municipio en el tema, y partiendo de esto, deben formular un proyecto acorde a las necesidades del sector para así diseñar un plan de inversión a largo plazo con esto garantizar que en un tiempo se poseerá la cobertura suficiente para suplir estas necesidades. Para el 2005, la Procuraduría General de la Nación invitó a los municipios del país a entregar los PMAA que poseían. A esto respondieron solo 172 municipios, de estos fueron pocos los que cumplen con las normativas dadas por el Reglamento Técnico del Sector (RAS 2000). Se evidencia que el PMAA no es un tema que efectúen los municipios en su plan de desarrollo. De los municipios analizados solo el 25% de estos hace referencia a esté; teniéndolo ya en implementación o elaborado, pero no se es posible decir si estos planes han sido realizados de acuerdo al criterio de la RAS De los 254 municipios que mencionan el tema, es un poco más de la mitad los que no tiene un Plan maestro elaborado (véase la figura 3). El gran número de municipios que se evidencian que no da informe alguno en su plan de desarrollo no dan con claridad exacta una cantidad de los lugares que no han elaborado o implementado su plan maestro, sin embargo con el contenido de estas bases de datos se muestra el descuido de los dirigentes de cada sector del país por un servicio fundamental como el acueducto y alcantarillado. Dando una mayor referencia a la temática de alcantarillado, este es un factor imprescindible en la calidad de vida de cada población por el tratamiento que se le da a las aguas residuales, por esto los departamentos y municipios están en el deber de suplir a toda la población de los servicios de saneamiento básico y así generar un ambiente sano. Entre 1993 y 2003 la cobertura urbana de alcantarillado en el país aumento en un 9%, aunque se ve un avance en el tema, la situación que presenta el servicio de alcantarillado en el país es alarmante. En la base de datos del Departamento Nacional de Planeación (DNP), en 3 de cada 4 municipios colombianos tiene una cobertura del 50% del alcantarillado siendo y solo el 8% de los municipios poseen una cobertura superior al 75%. 13

14 Figura 3. Municipios con Plan Maestro de Acueducto y Alcantarillado. Fuente. UNICEF COLOMBIA y PROCURADURÍA GENERAL DE LA NACIÓN. Base de Datos con el análisis de planes de desarrollo municipales. Bogotá; UNICEF, En algunos de los planes analizados por la UNICEF Colombia es posible encontrar la información de la cobertura de alcantarillado como se ha mencionado anteriormente. Sin embargo esta cobertura a la que dan referencia es solo de la parte urbana, como se observa, para el área urbana el 51% de los municipios reportan poseer este servicio, mientras que para la parte rural solo se encuentra datos en un 20% de los planes maestros que entregaron los municipios (véase la figura 4). Según análisis del inventario sanitario rural en el 2001, solo el 34% de poblaciones en zonas rurales tenían algún sistema de evacuación de aguas residuales. De este porcentaje un 29% poseían un sistema como letrinas o tanques sépticos; un 5% poseía un alcantarillado y el resto no disponía de un tipo de sistema de estas aguas. 14

15 Figura 4. Cobertura de alcantarillado urbano y rural en Colombia. Fuente. UNICEF COLOMBIA y PROCURADURÍA GENERAL DE LA NACIÓN. Base de Datos con el análisis de planes de desarrollo municipales. Bogotá; UNICEF, Con lo mencionado anteriormente, se puede ver que es una problemática general del país, problemática en la que se encuentra incluido el barrio Centro Poblado Pasoancho. Se puede afirmar que el municipio no tuvo un plan maestro para el crecimiento de este barrio y más si se considera que inicio en un sector rural. Como consecuencia de no tener esta planificación, el barrio ha quedado estancado sin posibilidad alguna de progreso. 1.2 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA Descripción del problema. En la actualidad, como uno de los requisitos para aprobar la construcción de nuevas urbanizaciones debe estar adecuado el sistema de alcantarillado pluvial y sanitario, por separado por normativa de la RAS 2000, ya que de no estar tal sistema, generaría importantes problemas de salubridad. El barrio Centro Poblado Pasoancho posee actualmente alcantarillado sanitario y pluvial para un sector del mismo. Las nuevas construcciones que en general son casas de uno o dos pisos se conectan a esta red lo que lleva al sistema existente a no poder abastecer de este servicio a estas construcciones que se han realizado. 15

16 Con un diseño ya antiguo que no puede cumplir con la capacidad que ya requiere el barrio en la actualidad y sumado a las bajas pendientes del terreno, se generan estancamientos de residuos y una mala evacuación de las aguas residuales de la población. Este acaparamiento ha generado que el último colector (emisario final) se colmate y tenga derramamiento (véase la figura 5), trayendo consigo problemas de salubridad en la zona. Figura 5. Visualización de la colmatación del colector final o pozo en sus bordes. Fuente: Autor. A su vez las nuevas construcciones que no se conectan al alcantarillado existente están descargando sus aguas en un canal natural (véase la figura 6) del sector que da al río Frío (véase la figura 7), esto acarreará con el tiempo un problema ambiental mayor de no ser tratado. Las bajas pendientes y la poca cobertura de alcantarillado también ha generado que las evacuación de la escorrentía superficial no se la más apropiada. Esto ha generado considerables inundaciones, como se observó en los últimos años durante las olas invernales en el país. Esto no solo causa pérdidas materiales si no que se pueden llegar a generar también enfermedades que se producen por este tipo desastres hidrológicos. 16

17 Figura 6. Estado del canal natural en el que descarga una porción de la población. Fuente: Autor. Habiendo mencionado las problemáticas presentes en el barrio, la solución que se debe tomar es el aportar el diseño de los dos tipos de alcantarillados y así lograr con el tiempo la mitigación del impacto ambiental y social que se ha estado generando. 17

18 Figura 7. Paso del río Frío por el barrio Centro Poblado Pasoancho. Fuente: Autor Formulación del problema. Considerando la necesidad actual de generar un diseño adecuado de las redes de alcantarillado, además de que por ley se está en la obligación de cumplir con la dotación de esta necesidad. Con una previa investigación o colaboración del municipio para identificar factores como lo pueden ser la población, la topografía y la hidrografía de la zona se parte para el desarrollo del alcantarillado, a si se podrá dar con la respuesta a la problemática de Cuál es el diseño más óptimo para la red de alcantarillado tanto pluvial como sanitario? y Qué sugerencia se le aportara a la comunidad para tener unas mejores condiciones ambientales? 1.3 OBJETIVOS Objetivo general. Aportar diseños para las redes de alcantarillado de aguas servidas y pluviales así poder ofrecer una mejor calidad de vida de la población del barrio Centro Poblado Pasoancho. 18

19 1.3.2 Objetivos específicos. Realizar la búsqueda de toda la información posible con el municipio que permita establecer el diseño óptimo. Generar un diseño óptimo de la red de alcantarillado sanitario y pluvial por separado. Proveer a la población de un supuesto económico de lo que sería la construcción de las redes de alcantarillado Plantear una solución a los inconvenientes ambientales. 1.4 JUSTIFICACIÓN El presente proyecto de grado designado como optimización de la red de alcantarillado del barrio centro poblado Pasoancho situado en el municipio de Zipaquirá, se toma el compromiso de aportar al barrio ya nombrado un diseño de alcantarillado sanitario y pluvial con las normativas que da el RAS 2000, como ejemplo entre las principales normas que se pueden encontrar es el que tiene que ser un alcantarillado separado para evitar la combinación de aguas servidas y aguas lluvias, normas como esta se tendrán en cuenta para así mejorar las condiciones de vida de la población y evitar futuras problemáticas como las ya nombradas anteriormente. 1.5 DELIMITACIÓN Espacio. Los diseños del alcantarillado pluvia y sanitario se desarrollará para el barrio Centro Poblado Pasoancho, abarcando todo el sector que en la actualidad se ha llegado a urbanizar y que anteriormente no contaba con este servicio correctamente Tiempo. El tiempo está determinado por el cronograma establecido en el anteproyecto, sin embargo se tiene en cuenta que el tiempo es limitado por la duración del periodo escolar Contenido. En el presente trabajo se encuentran los diseños óptimos del alcantarillado sanitario y pluvial; este con sus correspondientes memorias de cálculos, un presupuesto del proyecto y su correspondiente plan de manejo ambiental Alcance. Al finalizar el periodo académico se entregaran los correspondientes informes, cálculos y planos del diseño de alcantarillado pluvial y sanitario del barrio Centro Poblado Pasoancho del municipio de Zipaquirá, con 19

20 base en la información suministrada por el municipio como lo serán estudios topográficos, hidrológicos, censos entre otros más. No se ha llegado a encontrar algún tipo de limitante en el momento, se prevé como limitante la falta de algún estudio como los ya mencionados anteriormente. 1.6 MARCO REFERENCIAL Al suministrar la siguiente información se hace con la meta de lograr las soluciones adecuadas para el problema ya presentado y un buen planteamiento del porque es necesario un servicio como lo es el alcantarillado pluvial y sanitario. Los diseños se orientaran a la respuesta de las necesidades de la población, necesidades como lo es la correcta recolección de aguas servidas a las que ha estado afectada por tanto tiempo. Como inicio se describirá el porqué de un sistema de alcantarillado, la importancia de un sistema tan fundamental como este que tiene como fin el desalojo de aguas pluviales y residuales. En toda ciudad se tiene la necesidad de evacuar las aguas lluvias para evitar la inundación de las viviendas, calles, comercio, industria o cualquier otro sector que posea la población. Con respecto al tema sanitario, las aguas negras dentro de su composición se encuentran constituidas por partículas orgánicas en descomposición. Esto genera la creación de agentes patógenos, que afectarían la salud humana y el entorno en el que este, y llamara otros agentes como lo son organismos vivos como las ratas y focos de insectos. Como se mencionó el incorrecto manejo de estas aguas hará el llamado a agentes contaminantes lo cuales traerán consigo enfermedades hídricas, estas se originan por descargas intestinales o por contagio. Estas enfermedades son causadas por virus, bacterias, protozoos o helmintos, estas pueden ser enfermedades endémicas que son aquellas que insisten durante un prolongado tiempo en un lugar en concreto y que puede afectar a un gran número de habitantes, o enfermedades esporádicas las cuales no tienen la misma persistencia pero igual son de tener cuidado. Las más conocidas enfermedades hídricas son: Fiebre tifoidea. Fiebre paratifoidea. Disentería bacilar. Cólera. Parálisis infantil. Parasitismo intestinal. Gastroenteritis. Hepatitis infecciosa. 20

21 Disentería amibiana. Para remediar daños o enfermedades que ya se han dado y prevenir futuros imprevistos como estos en la población, es por lo que se debe dar un correcto diseño de alcantarillado pluvial y sanitario. Aportando una definición más concreta un sistema de alcantarillado consiste en la combinación de una red de tuberías junto con elementos complementarios, los cuales se encargaran de solucionar la problemática recibiendo y evacuando las aguas lluvias y servidas. Los sistemas de alcantarillado se clasifican en convencionales y los no convencionales. Debido a su aporte básico y complicaciones como lo es un mantenimiento constante y una necesaria culturización con la población por los limitantes que puede tener el alcantarillado, se dejaran de lado los no convencionales para trabajar solo con los convencionales que poseen gran cantidad de estudios y estandarizaciones, sistemas con tuberías de diámetros grandes siendo actualmente su material más utilizado el PVC, permitiendo una fácil operación de sistema necesario para las dudas generadas en los parámetros de los caudales como lo son la densidad poblacional actual y su estimación futura, parámetros que deben ser correctamente analizados para evitar caer en mantenimientos innecesarios que trae un incremento en los costos. Se desarrollará el diseño óptimo para ambos sistemas con las correspondientes normativas del RAS 2000, por cuestiones de sanidad y de normas ya puestas en aplicación en el país el proyecto para Pasoancho se elaboraran los dos sistemas serán independientes uno del otro ya que unidos se podrían incrementar costos constructivos en la localidad; dificultando los procesos a realizar en el tratamiento y frecuentemente limita la eficacia de los recursos disponibles. Desde puntos de vista como el social, económico y técnico es más viable mirar los problemas de saneamiento y drenaje de la población por sistemas separados. 1.8 DISEÑO METODOLÓGICO El presente proyecto de investigación se desarrolló con la siguiente metodología: Recopilación de información sobre la población. Climatología. Topográfica de la zona. Descripción de los recursos hídricos. Recopilación de información para el estudio de la demanda. Obtención de las tasas de crecimiento. Proyección de la población. Obtención de las dotaciones futuras. 21

22 Estimación de las pérdidas del sistema. Obtención de los coeficientes de mayoración. Obtención del caudal máximo diario. Obtención del caudal máximo horario. Obtención del caudal de diseño. Descripción y redimensionamiento de la alternativa. Realización de los diseños de las estructuras de conducción para la red de distribución. Realización de los diseños de las estructuras de recolección para el alcantarillado sanitario y pluvial. Planteamiento de conclusiones Planteamiento de recomendaciones. 22

23 2. ALCANTARILLADO Se mencionó anteriormente que un alcantarillado consiste en un conjunto de tuberías y obras complementarias unidas entre sí, para recoger las aguas residuales generadas por la población y la escorrentía superficial que dejan con sigo las lluvias para así poder evacuarlas. El sistema a diseñar para la población será uno convencional separado. El alcantarillado separado es un sistema que se encarga de independizar o de separar como el mismo nombre lo dice la evacuación de aguas residuales de las pluviales, considerando lo anterior se puede dar el término de cada uno de ellos: Alcantarillado Sanitario. Es el sistema de recolección diseñado para recolectar exclusivamente las aguas residuales domésticas e industriales. Alcantarillado Pluvial. Es el sistema de evacuación de la escorrentía superficial producida por la precipitación. 1 Aunque un sistema de alcantarillado separado elevara lo costos, por normativa y pensando en el saneamiento público que incluye el tema de la planta de tratamiento de aguas residuales que no podrá actuar eficientemente debida a que el caudal combinado de estas aguas genera daños en los procesos que hace realiza la planta. 2.1 ALCANTARILLADO SANITARIO Anteriormente se mencionó el funcionamiento de un alcantarillado sanitario, el cual es poder evacuar las aguas residuales de una población. Sobre el plano topográfico de la población, se hace el trazado de la red de colectores, seleccionando los iniciales y se numera cada pozo. Este proceso se realiza teniendo en cuenta la topografía del terreno, el funcionamiento del sistema por gravedad (véase Anexo A). Se entiende de antemano que una población está compuesta por varios componentes, es por esto que para hallar el caudal de aguas residuales en cada uno de estos componentes, para así llegar al caudal de diseño Nivel de complejidad del sistema. Este nivel se define de acuerdo al capítulo A.3.1 del RAS LÓPEZ CUELLA, Ricardo Alfredo. Elementos de diseño para acueductos y alcantarillado 2 ed. Bogotá: Escuela Colombiana de Ingeniería, p

24 Tabla 1. Nivel de complejidad del sistema Nivel de complejidad del sistema NCS Población de la zona urbana Capacidad económica de los usuarios Baja <2.500 Baja Medio a Baja Medio alta a Media Alto > Alta Fuente. MINISTERIO DE DESARROLLO ECONÓMICO. Reglamento de Agua Potable y Saneamiento Básico RAS Numeral A Proyección de población. Para establecer unos caudales iniciales hay que considerar el volumen de aguas residuales que aporta la población, se debe tener en cuenta una estimación de la población actual y a futuro que en el presente proyecto se realizara a una estimación de 30 años, a partir del 2013, año en el que se supone inicia el proyecto. Esta estimación actual y futura se efectúa a partir de censos oficiales que son aportados por las empresas de servicios públicos como lo puede ser el acueducto de la región o de otros similares. Los métodos que se usan son varios para llegar a una estimación del crecimiento de la población, en este caso se usaran los métodos de crecimientos lineal, geométrico y logarítmico. Estos son métodos estadísticos para darle un ajuste a los datos censados, estos métodos están descritos en el numeral B del RAS Crecimiento lineal. Crecimiento geométrico Crecimiento logarítmico 24

25 K a : Pendiente de la recta r: Tasa de crecimiento anual K g : Pendiente de la recta P uc : Población de último censo P ci : Población del censo inicial P cp : Población del censo posterior P ca : Población del censo anterior P f : Población proyectada T uc : Año del último censo T ci : Año del censo inicial T f : Año de la proyección Tabla 2. Censos históricos AÑO HABITANTES Fuente. Empresa de acueducto y alcantarillado de Zipaquirá. Tabla 3. Población actual. SUSCRIPTORES ACTUALES SUSCRIPTORES PROYECTADOS 2485 TOTAL SUSCRIPTORES 2525 NUMERO HAB POR FAMILIA 4.83 POBLACION ACTUAL Fuente. Empresa de acueducto y alcantarillado de Zipaquirá. Es de tener en cuenta que para poder llegar a utilizar estos métodos hay que tener como mínimo tres censos para poder medir las tasas de crecimiento en la población

26 Tabla 4. Cálculos población futura. AÑO METODO GEOMETRICO METODO EXPONENCIAL METODO LINEAL PROMEDIO Fuente: Autor Caudal de aguas residuales domésticas (Q D ). El aporte doméstico está dado por la expresión: 26

27 Donde: Q D: es el caudal medio de aguas residuales domesticas en L/s CR: es el coeficiente de retorno, nivel de complejidad medio-bajo (según parámetros del RAS 2000, tabla D.3.1) C: es el consumo neto de agua potable L/hab*día P: es el número de habitantes en el tiempo que se quiera determinar el caudal 86400: Factor de conversión de días a segundos Caudal de aguas residuales industriales (Q I ). Para la determinación de estas aguas se debe tener en cuenta la tabla D.3.2 del RAS 2000 en el cual para un nivel de complejidad bajo es de 0.4 L/s ha*ind. Para el barrio Centro Poblado Pasoancho se hace una estimación de 0.2 ha netamente industriales ya que se debe tener en cuenta que en algún futuro puede llegar a existir un tipo de industria Caudal de aguas residuales comerciales (Q C ). Para la determinación de estas aguas se debe tener en cuenta la tabla D.3.3 del RAS 2000 en el cual para un nivel de complejidad bajo es de 0.4 L/s ha*com. Para el barrio Centro Poblado Pasoancho se hace una estimación de 0.5 ha netamente comercial ya que se debe tener en cuenta que el barrio no es un sector es más residencial que de comercio Caudal de aguas residuales institucionales (Q IN ). Para la determinación de estas aguas se debe tener en cuenta la tabla D.3.4 del RAS 2000 en el cual para un nivel de complejidad bajo es de 0.4 L/s ha*com. Para el barrio Centro Poblado Pasoancho se hace una estimación de 0.5 ha netamente institucional ya que el barrio solo consta con una institución educativa, aunque se considera que a futuro pueda poseer cualquier otro tipo de institución. 27

28 2.1.7 Caudal medio diario de aguas residuales (Q MD ). El aporte medio diario al alcantarillado sanitario resulta de sumar los aportes domésticos con los industriales, comerciales e institucionales a que haya lugar Caudal máximo horario de aguas residuales (Q MH ). El caudal máximo horario es el punto de partida para establecer el caudal de diseño de la red de alcantarillado. El caudal máximo horario se halla a partir de la multiplicación entre el caudal medio diario y el factor de mayoración, F. El factor de mayoración disminuye si el número de habitantes crece, la variación de este factor puede estimarse a partir de mediciones de campos ya que los colectores ayudan a disminuir los flujos. Este procedimiento no es siempre acertado por lo que es mejor estimarlo cono relaciones existentes como la de Harmon que será la utilizado para este caso, estas relaciones son válidas para poblaciones entre a habitantes. Donde: P: población en miles de habitantes Caudal de conexiones erradas (Q ce ). Deben considerarse los aportes de aguas lluvias al sistema de alcantarillado sanitario, provenientes de malas conexiones de bajantes de tejados y patios, Q ce. Estos aportes son función de la efectividad de las medidas de control sobre la calidad de las conexiones 2 Ibíd., p

29 domiciliarias y de la disponibilidad de sistemas de recolección y evacuación de aguas lluvias 3. De la tabla D.3.5 se dan los valores para conexiones erradas dependiendo del nivel de complejidad del sistema. Como el sistema del presente proyecto es de complejidad bajo y medio se realizara también el sistema pluvial, sin embargo se toman las medidas necesarias para el reducir el aporte que dan las conexiones erradas al sistema sanitario. Tabla 5. Aporte máximo por conexiones erradas con sistema pluvial Aporte Nivel de complejidad del sistema (L/s*ha) Bajo y medio 0.2 Medio alto y alto 0.1 Fuente. MINISTERIO DE DESARROLLO ECONÓMICO. Reglamento de Agua Potable y Saneamiento Básico RAS D.3.5. Q ce = 0.2 L/s*ha Infiltración (Q inf ). Es inevitable la infiltración de aguas subsuperficiales a las redes 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, y en estos cunado no son completamente impermeables. 4 No existen mediciones directas para hallar este caudal, pero este aporte puede ser establecido en base a los valores de la tabla D.3.7 del RAS Tabla 6. Aportes de infiltración en redes de sistemas de recolección y evacuación de aguas residuales. Nivel de complejidad del sistema Infiltración alta Infiltración media Infiltración baja (L/s*ha) (L/s*ha) (L/s*ha) Bajo y medio Medio alto y alto Fuente. MINISTERIO DE DESARROLLO ECONÓMICO. Reglamento de Agua Potable y Saneamiento Básico RAS Tabla D.3.7. Q inf = 0.1 L/s*ha 3 MINISTERIO DE DESARROLLO ECONÓMICO. Reglamento de Agua Potable y Saneamiento Básico RAS Título D, Sistemas de Recolección y Evacuación de Aguas residuales y pluviales: D36. 4 Ibíd., Título D, Sistemas de Recolección y Evacuación de Aguas residuales y pluviales: D37. 29

30 Caudal de diseño. El caudal final para el diseño corresponde a la sumatoria del caudal máximo horario, el caudal de infiltración y caudal de conexiones erradas. Debe calcularse para las condiciones finales del proyecto (periodo de diseño), situación para la cual se ha de dimensionar el sistema, y para las condiciones iniciales en las que se verifican los parámetros de funcionamiento hidráulico del sistema previamente dimensionado. 5 Para cualquier colector el caudal de diseño mínimo de ser de 1.5 L/s, si no cumple con esta condición se debe adoptar este valor como caudal de diseño. A continuación se enseñará el cálculo del caudal para cada tramo en donde se tienen en cuenta los parámetros anteriormente descritos. Columna 1: Numeración del colector. Columna 2: Área parcial (Ha). Columna 3: Área total de drenaje (Ha). Columna 4: Aporte unitario ponderado (L/s*Ha). Columna 5: Caudal máximo horario de aguas residuales (L/s). Columna 6: Caudal de infiltración (L/s*Ha). Columna 7: Caudal de conexiones erradas (L/s). Columna 8: Caudal de diseño (L/s) Al definirse el caudal de diseño para cada colector, se debe continuar con el cálculo hidráulico de la red de colectores teniendo encuentra los parámetros de diseño dados por el RAS-2000, para un mayor entendimiento del desarrollo de estos se recomiendo revisar el capítulo D.3 del RAS Columna 1: Numeración del colector. Columna 2: longitud del colector (m). Columna 3: Pendiente del colector Columna 4: Diámetro nominal de la tubería (pulg). Columna 5: Diámetro interno de la tubería (m). Columna 6: Caudal a tubo lleno (L/s). Columna 7: Velocidad a tubo lleno (m/s). Columna 8: Relación entre el caudal y el caudal a tubo lleno. Columna 9: Relación entre Velocidad real y velocidad a tubo lleno. Columna 10: Velocidad real (m/s). Columna 11: Relación entre la lámina de agua y diámetro interno de la tubería. Columna 12: Altura de la lámina de agua (m). Columna 13: Relación entre el radio hidráulico de la sección de flujo y radio hidráulico a tubo lleno (D/4). 5 LÓPEZ CUELLA. Op. cit., p

31 Columna 14: Energía específica (m). Columna 15: Profundidad hidráulica en la sección de flujo (m). Columna 16: Número de Froude. Columna 17: Cota rasante en el pozo inicial. Columna 18: Cota rasante en el pozo final. Columna 19: Cota clave de la tubería en el eje del pozo inicial. Columna 20: Cota clave de la tubería en el eje del pozo final. Columna 21 y 22: Profundidad de la cota clave sobre el eje del pozo. Para las tablas de cálculos y el diseño final del alcantarillado sanitario (perfiles) ver los Anexos B y C respectivamente. 2.2 ALCANTARILLADO PLUVIAL Como se dice al inicio del capítulo, el alcantarillado pluvial es el conjunto de colectores y canales necesarios para evacuar la escorrentía superficial que produce la lluvia. Inicialmente, el agua se capta a través de los sumideros en las calles y las conexiones domiciliarias, y se lleva a una red de tuberías que van ampliando su sección a medida que aumenta el área de drenaje. Posteriormente, estos colectores hacen muy grandes y entregan su caudal a una serie de canales de aguas lluvias, los que harán la entrega a un receptor final 6. Para tener conceptos más claros sobre consideraciones o parámetros de diseño se recomienda revisar el capítulo D.4 del RAS Caudal de diseño. Para el caso del presente proyecto se usara el método racional, ya que por su simplicidad es recomendado usarlo al poseer superficies menores de ha Método racional. El modelo propone que el caudal producido por las precipitaciones es: En donde: Q: caudal superficial (L/s) C: coeficiente de escorrentía (adimensional) I: intensidad promedio de la lluvia (L/s*ha) A: área de drenaje (ha). Si los datos de la intensidad de lluvia llegan a ser suministrados en mm/h, el factor de conversión a L/s*ha es 2,78. 6 Ibíd., p

32 2.2.3 Área de drenaje (A). El trazado de la red de drenaje de aguas lluvias debe, en general, seguir las calles de la localidad. La extensión y el tipo de áreas tributarias deben determinarse para cada tramo por diseñar. Las áreas de drenaje deben ser determinadas por medición directa en planos, y su delimitación debe ser consistente con las redes de drenaje natural. 7 Sobre el plano topográfico de la población, se hace el trazado de la red donde se puede observar el trazado de las áreas entre otros aspectos como pozos, rejillas, sumideros (véase Anexo D) Curvas de intensidad-duración-frecuencia. Las curvas de intensidadduración-frecuencia (IDF) constituyen la base climatológica para la estimación de los caudales de diseño. 8 Según el nivel de complejidad del sistema, se señala en la tabla D.4.1 del RAS- 200 la manera mínima permitida para la obtención de las curvas IDF. Tabla 7. Nivel de complejidad del sistema para obtención de las curvas IDF. Nivel de complejidad del sistema Obtención mínima de curvas IDF Bajo y medio Sintética Medio alto Información pluviográfica regional Alto Información pluviográfica local Fuente. MINISTERIO DE DESARROLLO ECONÓMICO. Reglamento de Agua Potable y Saneamiento Básico RAS Tabla D.4.1 Tabla 8. Ecuación IDF - Zipaquirá PERIODO i = C1 * (D + Xo) ^C2 RETORNO C1 Xo C Fuente. Secretaria de Planeación Zipaquirá 7 MINISTERIO DE DESARROLLO ECONÓMICO. Reglamento de Agua Potable y Saneamiento Básico. Op. cit. Titulo D, Sistemas de Recolección y Evacuación de Aguas residuales y pluviales: D44. 8 Ibíd. 32

33 Tabla 9. Relaciones intensidad - duración - frecuencia Zipaquirá Estación : ZIPAQUIRA Código: DURACION PERIODO DE RETORNO, años Minutos Fuente. Secretaría de Planeación Zipaquirá Periodo de retorno de diseño. 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. La selección del periodo de retorno está asociada entonces con las características de protección e importancia del área de estudio y, por lo tanto, el valor adoptado debe estar justificado 9. Se recomienda utilizar valores de la tabla D.4.2 del RAS Intensidad de precipitación. La intensidad media de precipitación que aportan las curvas IDF para el periodo de retorno de diseño será la intensidad de precipitación que debe usarse en la estimación del caudal pico de aguas lluvias. Los valores de intensidad aportados por las curvas IDF corresponden a datos precisos que representan áreas que se pueden considerar pequeñas. Si las medidas de las áreas de drenajes que fueron consideradas aumentan, la intensidad media de la lluvia se reduce a causa de la variabilidad espacial del fenómeno de precipitación. En consecuencia, resulta conveniente considerar factores de reducción de la intensidad media de la precipitación en la medida en que el área de drenaje se incremente. Los valores de la Tabla 10 corresponden a factores de reducción para convertir la intensidad puntual en intensidad media espacial Ibíd, D Ibíd., D

34 Tabla 10. Factor de reducción para la intensidad de lluvia Áreas de drenaje (ha) Factor de reducción Fuente. MINISTERIO DE DESARROLLO ECONÓMICO. Reglamento de Agua Potable y Saneamiento Básico RAS Tabla D Coeficiente de escorrentía. El coeficiente de escorrentía, C, está 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. El valor del coeficiente C debe ser estimado tanto para la situación inicial como la futura, al final del periodo de diseño 11. Cuando existe algún área de drenaje con sub áreas que posean diferentes coeficientes de escorrentías, el valor de C del área debe calcularse como el promedio ponderado con las respectivas áreas. Para la estimación de C existen tablas de valores y fórmulas, algunas de las cuales se presentan en la Tabla 11. Tabla 11. Coeficiente de escorrentía o impermeabilidad Tipo de superficie Cubiertas 0,75-0,95 Pavimentos asfálticos y superficies de concreto 0,75-0,95 Vías adoquinadas 0,75-0,85 Zonas comerciales o industriales 0,60-0,95 Residencial, con casas contiguas, predominio de zonas duras 0,75 Residencial multifamiliar, con bloques contiguos y zonas duras entre estos 0,60-0,75 Residencial unifamiliar, con casas contiguas y predominio de jardines 0,40-0,60 Residencial, con casa rodeadas de jardines o multifamiliares apreciablemente separados 0,45 Residencial, con predominio de zonas verdes y parques-cementerios 0,30 Laderas sin vegetación 0,60 Laderas con vegetación 0,30 Parques recreacionales 0,20-0,35 Fuente. MINISTERIO DE DESARROLLO ECONÓMICO. Reglamento de Agua Potable y Saneamiento Básico RAS Tabla D Tiempo de concentración. El tiempo de concentración mínimo o máximo, lo puede definir cada entidad prestadora del servicio. Según la norma del RAS-2000, C 11 Ibíd., D

35 el tiempo de concentración de cese del sistema de evacuación debe estar por encima de cinco minutos. Como ejemplo la empresa de Acueducto y Alcantarillado de Bogotá dicta un mínimo de quince minutos Diámetro mínimo. Para la red de alcantarillado pluvial convencional, se especifica el diámetro mínimo de 10 (250 mm). Sin embargo, con la debida justificación, es posible reducir el diámetro mínimo a 8 (200 mm) en los tramos iniciales de poblaciones pequeñas Velocidad mínima. Se establece una velocidad necesaria como criterio de diseño para que tenga un efecto autolimpiante, que pueda transportar los sólidos que puedan llegar a depositarse en los colectores. La norma del RAS-2000 establece una velocidad mínima real permitida de 0,75 m/s para el caudal de diseño Velocidad máxima. Para aguas con cantidades no significativas de sedimentos suspendidos, la velocidad máxima es función del material de la tubería. En la medida en que el tamaño de los sólidos aumenta, se debe reducir la velocidad a causa de la posible abrasión de la tubería (véase Tabla 12). Tabla 12. Velocidad máxima para tuberías de alcantarillado, m/s. Material de la tubería Ladrillo común Ladrillo vitrificado y gres Concreto (kg/cm²) de : Concreto reforzado mayor de 280 Kg/cm² y curado al vapor Cloruro de polivinilo (PVC) Agua con sedimentos Agua con fragmentos coloidales de arena y grava 3,0 2,0 5,0 3,3 3,0 2,0 5,0 3,3 6,0 4,0 6,5 4,3 7,5 5,0 10,0 6,6 10,0 10,0 Fuente. LÓPEZ CUELLA, Ricardo Alfredo. Elementos de diseño para acueductos y alcantarillado 2 ed. Bogotá: Escuela Colombiana de Ingeniería, p Pendiente mínima. De acuerdo con los criterios del RAS-200 en el literal D el valor de la pendiente mínima permitida será el que le aporte las condiciones de autolimpieza al colector. 12 LÓPEZ CUELLA. Op. cit., p

36 Pendiente máxima. De acuerdo con los criterios del RAS-200 en el literal D el valor de la pendiente máxima admisible será aquella que conceda una velocidad máxima real. Para una descripción más amplia del reglamento o normatividad del alcantarillado pluvial se recomienda revisar el capítulo 4 del título D del RAS La tabla de cálculos del sistema de alcantarillado pluvial del presente proyecto se presenta en el (Anexo D) el cual se describe columna por columna a continuación. Columna 1: Numeración del colector. Columna 2: Área parcial (ha). Columna 3: Área total de drenaje (ha). Columna 4: Tiempo total de concentración (min). Columna 5: Tiempo supuesto de recorrido en el colector (min). Columna 6: Tiempo real de recorrido en el colector (min). Columna 7: Coeficiente de escorrentía. Columna 8: Intensidad de diseño (L/s*ha). Columna 9: Caudal de diseño (L/s). Columna 10: Longitud del tramo (m). Columna 11: Diámetro nominal de la tubería (pulg). Columna 12: Diámetro interno de la tubería (m). Columna 13: Pendiente del diseño (%). Columna 14: Caudal a tubo lleno (L/s). Columna 15: Velocidad a tubo lleno (m/s). Columna 16: Relación entre el caudal y el caudal a tubo lleno. Columna 17: Relación entre Velocidad real y velocidad a tubo lleno. Columna 18: Velocidad real (m/s). Columna 19: Relación entre la lámina de agua y diámetro interno de la tubería. Columna 20: Altura de la lámina de agua (m). Columna 21: Relación entre profundidad hidráulica de la sección de flujo y diámetro interno de la tubería. Columna 22: Profundidad hidráulica en la sección de flujo (m). Columna 23: Número de Froude. Columna 24: Cota rasante en el pozo inicial. Columna 25: Cota rasante en el pozo final. Columna 26: Cota clave de la tubería en el eje del pozo inicial. Columna 27: Cota clave de la tubería en el eje del pozo final. Para las tablas de cálculos y el diseño final del alcantarillado sanitario (perfiles) ver los Anexos E y F respectivamente. 36

37 3. PRESUPUESTO DE OBRA El hombre realiza múltiples obras siempre con la motivación de una necesidad o interés, y para esto se hace necesario analizar diferentes aspectos entre los cuales se cuenta estudios y diseños, uso de diferentes técnicas de planeación y ejecución, cronogramas de actividades y un aspecto importante tiene que ver con el análisis de costos al cual se refiere este capítulo. Con respecto a la determinación de presupuestos de un proyecto de obra civil en particular, existen técnicas y métodos para el análisis de precios, determinación de tiempos de ejecución de actividades que se van haciendo cada día más competitivos y funcionales desarrollando diferentes métodos y con la ayuda y utilización de programas. Sin llegar a quitar importancia a campos como lo constructivo o la organización del tiempo, se puede afirmar que si el factor costo de una obra cualquiera que sea esta, se encuentra en un rango lógico y asequible para el momento, es posible realizarla, así pudiendo quizás reducir los tiempos de ejecución y en ciertos casos supliendo la carencia de técnicas. Hablando de obras civiles hay que pensar en lo que costara, siendo el concepto más usado costo de obra, una obra puede llegar a contener uno o varios presupuestos. Para dar una referencia clara de lo que se está hablando se puede dar un concepto básico de presupuesto, este es la consideración de un supuesto del valor de un producto en condiciones y tiempos definidos previamente. En una obra civil el presupuesto es la sumatoria del costo total o valor total de todos los ítems o actividades a ejecutar, dependiendo del tipo de obra la cantidad de actividades varia. Cada una de estas actividades indica el alcance que se desea, su unidad de medida varía según la actividad y otras características. Más adelante se analizan las actividades referentes al proyecto del alcantarillado al presentar el presupuesto total de obra (PTO). Para hallar el valor total de cada actividad, se deben tener en cuenta el producto entre la cantidad y el precio unitario (PU); la cantidad es la totalidad del material que se empleara en cada actividad y el PU es el resultante del análisis de precios unitarios (APU). Los APU son analizados mediante modelos matemáticos, estos modelos expresan en términos de moneda el estudio al que se somete una actividad, probablemente los APU son el instrumento más confiable al momento de realizar el correcto presupuesto para toda persona que desee construir, remodelar o realizar cualquier tipo de obra, por grande o pequeña que sea. 37

38 Hay que tener en cuenta que los APU están sometidos a su actualización, es decir depende del tiempo, espacio y las condiciones del entorno, debido a que no es lo mismo construir en un lugar o en otro, o no es lo mismo haber construido en épocas diferentes. Este modelo matemático analiza los diferentes componentes como materiales, equipos, transporte y mano de obra, los agrupa en filas conformando una tabla y las columnas están conformadas por los precios tanto unitarios como globales y totales de acuerdo a cada uno de los componentes esto se puede observar en el ejemplo de la tabla 1, donde se ve la correspondiente numeración y orden que se le da a los componentes analizados. Estos componentes son más explícitamente los condicionantes de los que se hablaban anteriormente y estos existen es debido a los costos. Los costos deben estar a consideración de especificaciones, cuantificaciones y análisis, estos aspectos dictan que los costos deben tener un balance entre las diversas características a las que se pueden aplicar. Dependiendo de sus características los costos se pueden clasificar, porque el análisis de un costo es dado de una forma genérica por la apreciación de un proceso determinado. Con el avanzar del tiempo todo va modificándose, por lo tanto también es debida la actualización de los análisis de costos. El costo puede analizarse inductiva o deductivamente dependiendo a las condiciones en que se encuentre la actividad, ya que un costo está precediendo uno anterior y a su vez es integrante de otro posterior. 38

39 Tabla 13. Ejemplo APU, extraído del contenido total de APU del trabajo. EMPRESA DE ACUEDUCTO, ALCANTARILLADO Y ASEO DE ZIPAQUIRÁ DISEÑO ALCANTARILLADO SANITARIO Y PLUVIAL CENTRO POBLADO PASOANCHO ANALISIS DE PRECIOS UNITARIOS MUNICIPIO DE ZIPAQUIRÁ OBRA COLECTOR SALINAS ITEM 1.1 Localización, accesos, limpieza y Replanteo I. EQUIPO DESCRIPCION MARCA TIPO TARIFA/H RENDIMIENTO V/UNITARIO EQUIPO DE TOPOGRAFIA 2,130, PRECIO UNITARIO EN m2 II. MATERIALES EN OBRA DESCRIPCION UNIDAD P/UNITARIO CANTIDAD V/UNITARIO Sub Total III. TRANSPORTES MATERIAL V o P DISTAN. M3 o T/KM TARIFA V/UNITARIO Sub Total IV. MANO DE OBRA TRABAJADOR VR. HORA FACTOR R. TOTAL MESRENDIMIEN. V/UNITARIO CADENERO 1 800, CADENERO 2 700, TOPOGRAFO 1,400, Sub Total TOTAL COSTO DIRECTO Fuente. Autor. Para una mayor facilidad de operación y entendimiento, los costos tienen una subdivisión, costos indirectos y costos directos (véase figura 6) que van determinados según sus características: Costo indirecto. Son los costos que afectan el proceso de un producto cualquiera que sea, pero sin tener aplicación en los gastos del mismo. 39

40 Costo directo. Es el costo que se asocia a la a la aplicación de producción de un ítems determinado. Figura 8. Clasificación de los costos. Fuente. CLASIFICACIÓN DE LOS COSTOS. [En línea]. Disponible en Internet: <URL: [Citado: 20, oct., 2013]. Este tipo de desglosamiento que se le da a un costo es el necesario para dar un adecuado y óptimo aprovechamiento en los APU, entonces como se viene describiendo los APU están unido a la contabilidad, siendo el registro de la información de cada actividad, pudiendo llegar a una definición concluyente que es el trabajo de almacenar los datos financieros del proyecto. Anteriormente se describía el hecho de que los APU están sometidos a sus actualizaciones por el espacio y entorno. Para cumplir con esto se sabe que en cualquier país o territorio se podrán encontrar revistas de presupuestos para la construcción como por ejemplo en Colombia la revista Construdata, estas son uno de los mejores indicadores a la hora de realizar la plantilla de los APU al estar constantemente actualizadas en el costo de materiales, mano de obra, herramientas y equipos que lleguen a utilizarse. En el caso del presente proyecto 40