• Author / Uploaded
• Diego Rodriguez

Citation preview

CRITERIOS DE DISEÑO DE SISTEMAS DE ALCANTARILLADO

Código: Estado: Versión: Origen: Tipo Doc.:

NS-085 Vigente 3,1 EAAB-Norma Técnica Norma Téc. de Servicio Elaborada

INFORMACION GENERAL Tema: Comité: Antecedentes: Vigente desde:

DISEÑO ALCANTARILLADO Subcomité de Diseño - Alcantarillado RAS, NS-085 06/12/2017

Contenido del Documento :

0. TABLA DE CONTENIDO 1. 2. 3. 4. 4.1 4.1.1 4.1.2 4.1.3 4.1.3.1 4.1.3.2 4.1.3.3 4.2 4.2.1 4.2.1.1 4.2.1.2 4.2.1.3 4.2.1.3.1 4.2.1.3.2 4.2.1.3.3 4.2.2 4.2.2.1 4.2.2.2 4.2.2.3 4.2.2.3.1 4.2.2.3.2 4.3 4.3.1 4.3.2 4.3.3 4.3.4

ALCANCE DOCUMENTOS RELACIONADOS TERMINOLOGÍA REQUISITOS DESARROLLO DEL DISEÑO DE REDES DE ALCANTARILLADO Recopilación de Información a Nivel de Factibilidad Recopilación de la Información a Nivel de Diseño Actividades A Ejecutar Actividades Generales A nivel de factibilidad A nivel de diseño ESTIMACIÓN DE CAUDALES SISTEMA DE ALCANTARILLADO PLUVIAL Y SANITARIO Caudal Pluvial Consideraciones generales Periodo de Retorno del evento de diseño. Caudales de diseño Cálculo de Caudales utilizando el método racional Cálculo de caudales utilizando modelos lluvia – escorrentía Cálculo del caudal máximo Caudal Sanitario Consideraciones generales Horizonte o Periodo de Diseño Caudal de diseño Caudal medio diario Caudal máximo horario PARÁMETROS DE DISEÑO HIDRÁULICO Análisis Hidráulico Coeficientes de rugosidad de los conductos Pendientes Velocidades mínimas

Documento controlado, su reproducción está sujeta a previo permiso por escrito de la EAB-ESP

06/12/2017 Pág 1

4.3.5 4.3.6 4.3.7 4.3.8 4.4 4.4.1 4.4.2 4.4.3 4.4.4 4.4.5 4.4.6 4.4.7 4.4.8 4.5 4.5.1 4.5.2 4.5.3 4.5.4 4.5.5 4.5.6 4.5.7 4.6 4.6.1 4.6.2

Velocidades máximas Dimensionamiento de la sección Diámetros mínimos. Cálculos Hidráulicos y Pérdidas por Uniones, Caídas, Cambios de Alineamiento y Otros CRITERIOS DE LOCALIZACIÓN Localización con respecto al eje de las calzadas Distancias mínimas respecto a otras redes Profundidad mínima a la cota clave Profundidad máxima a la cota clave Cambios bruscos de la pendiente Drenaje Superficial de las Vías Unión de colectores Cambio de dirección en los colectores ESTRUCTURAS COMPLEMENTARIAS Estructuras de Conexión de Colectores y Pozos de Inspección Cámaras de Caída Sumideros Transiciones Canales Sifones invertidos Aliviaderos REQUISITOS GENERALES PARA LA PRESENTACIÓN DE MEMORIAS DE CÁLCULO Información General Información Detallada

ANEXOS ANEXO A. MAPA DE INFILTRACIÓN DE BOGOTÁ 1. ALCANCE Esta norma define las directrices para el diseño, diagnóstico y análisis de sistemas de alcantarillado pluvial y sanitario de la ciudad de Bogotá, tanto para proyectos tipo expansión como para proyectos que requieren el remplazo o la sustitución de sistemas existentes por redensificación o cambio en el uso del suelo. 2. DOCUMENTOS RELACIONADOS Los documentos aquí relacionados han sido utilizados para la elaboración de esta norma y servirán de referencia y recomendación, por lo tanto no serán obligatorios, salvo en casos donde expresamente sean mencionados. ALCALDÍA MAYOR DE BOGOTÁ. Decreto 619 de 2000: Por el cual se adopta el Plan de Ordenamiento Territorial para Santa Fe de Bogotá, Distrito Capital. Bogotá: Alcaldía Mayor, 2000. (POT) EMPRESA DE ACUEDUCTO, ALCANTARILLADO Y ASEO DE BOGOTÁ - E.S.P. Tuberías para alcantarillado. Bogotá: EAB - E.S.P. (NP-027) --------. Plan de manejo ambiental para la elaboración de diseños definitivos y detallados para la construcción de redes matrices de acueducto y colectores de alcantarillado pluvial y sanitario. Requisitos mínimos. Bogotá: EAB - E.S.P. (NS-007) --------.

Plan de manejo ambiental para el diseño y operación de estación elevadora de aguas

Documento controlado, su reproducción está sujeta a previo permiso por escrito de la EAB-ESP

06/12/2017 Pág 2

pluviales y aguas sanitarias. Requisitos mínimos. Bogotá: EAB - E.S.P. (NS-008) --------. Aspectos técnicos para cruces y detección de interferencias en construcción de sistemas de acueducto y alcantarillado. Bogotá: EAB - E.S.P. (NS-012) --------. Pozos de inspección. Bogotá: EAB - E.S.P. (NS-029) --------. Lineamientos para trabajos topográficos. Bogotá: EAB - E.S.P. (NS-030) --------. Estudios de población y demanda de agua en sectores específicos de la ciudad. Bogotá: EAB E.S.P. (NS-031) --------. Criterios para diseño de red Matriz. Bogotá: EAB - E.S.P. (NS-033) --------. Requerimientos para cimentación de tuberías en redes de acueducto y alcantarillado. Bogotá: EAB - E.S.P. (NS-035) --------. Sumideros. Bogotá: EAB - E.S.P. (NS-047) --------. Presentación de diseños de sistemas de alcantarillado. Bogotá: EAB - E.S.P. (NS-054) --------. Cunetas y canaletas de drenaje superficial. Bogotá: EAB - E.S.P. (NS-057) --------. Criterios de diseño de pozo séptico. Bogotá: EAB - E.S.P. (NS-066) --------. Conexiones domiciliarias domésticas y no domésticas. Bogotá: EAB - E.S.P. (NS-068) --------. Criterios de diseño de estaciones de bombeo de alcantarillado. Bogotá: EAB-E.S.P. (NS-097) --------. Aspectos técnicos para diseño y construcción de subdrenajes. Bogotá: EAB - E.S.P. (NS-122) --------. Criterios para selección de materiales de tuberías para redes de acueducto y alcantarillado. Bogotá: EAB - E.S.P. (NS-123) --------.

Requisitos para el desarrollo y calibración de modelos hidráulicos de los sistemas de alcantarillado. Bogotá: EAB – E.S.P. (NS-163)

--------. Terminología de alcantarillado. Bogotá: EAB - E.S.P. (NT-003) --------. Terminología sanitaria y ambiental. Bogotá: EAB - E.S.P. (NT-005) MINISTERIO DE VIVIENDA, CIUDAD Y TERRITORIO. Resolución 0330 de 2017: Por la cual se adopta el Reglamento Técnico para el Sector de Agua Potable y Saneamiento Básico – RAS y se derogan las resoluciones 1096 de 2000, 0424 de 2001, 0668 de 2003, 1459 de 2005, 1447 de 2005 y 2320. Bogotá: MinVivienda, 2017. --------. Decreto 2269 de 1993. Por el cual se organiza el sistema nacional de normalización, certificación y metrología. Bogotá: MinVivienda, 1993. 3. TERMINOLOGÍA La terminología aplicable se encuentra en las normas "NT-003 Terminología de alcantarillado" y "NT-005 Terminología sanitaria y ambiental" del ACUEDUCTO DE BOGOTÁ.

Documento controlado, su reproducción está sujeta a previo permiso por escrito de la EAB-ESP

06/12/2017 Pág 3

3.1 ÁREA NO URBANIZADA Superficie que presenta características de terreno natural, permitiendo la absorción o infiltración de la precipitación. 3.2 ÁREA URBANIZADA Superficie en la que se han alterado la condiciones naturales del terreno como consecuencia de la construcción de obras tales como vías, parqueaderos o edificaciones, aumentando sus condiciones de impermeabilidad originales y reduciendo su capacidad de infiltración. 3.3 MÉTODO RACIONAL El método racional permite definir el caudal pico máximo de aguas lluvias con base en la intensidad media del evento de precipitación con una duración igual al tiempo de concentración del área de drenaje y un coeficiente de escorrentía. 3.4 MÉTODO SOIL CONSERVATION SERVICE (SCS) Este método, desarrollado por el SCS consta de dos partes. En la primera de ellas se hace una estimación del volumen de escorrentía resultante de una precipitación - escurrimiento directo -, y en la segunda se determina la distribución del escurrimiento en el tiempo, incluyendo el caudal máximo. Con este método es posible hacer el cálculo sencillo del caudal máximo, u obtener las hidrógrafas resultantes si se realiza el modelo completo lluvia-escorrentía en un software hidrológico. 3.5 SISTEMAS URBANOS DE DRENAJE SOSTENIBLE (SUDS) Son el conjunto de soluciones que se adoptan en un sistema de drenaje urbano con el objeto de retener el mayor tiempo posible la escorrentía de las aguas lluvias en su punto de origen, sin generar problemas de inundación, minimizando los impactos del sistema urbano en cuanto a la cantidad y calidad de la escorrentía y evitando así sobredimensionamientos o ampliaciones innecesarias en el sistema. La filosofía de los SUDS es reproducir, de la manera más fiel posible, el ciclo hidrológico natural previo a la urbanización o actuación humana. 3.6 RED SECUNDARIA DE ALCANTARILLADO PLUVIAL Y COMBINADO Incluye todos los elementos de las redes de drenaje pluvial o combinado que no estén incluidos en la definición de red troncal 3.7 RED SECUNDARIA DE ALCANTARILLADO SANITARIO Incluye todos los elementos de las redes de drenaje sanitario que no estén incluidos en la definición de red troncal. 3.8 RED TRONCAL DE ALCANTARILLADO PLUVIAL Y COMBINADO La red troncal de alcantarillado pluvial y combinado corresponde a todos los elementos de primer, segundo y tercer orden, independiente del diámetro o del tamaño, excluyendo aquellos que reciban conexiones domiciliarias de forma directa. Los elementos de primer orden son los canales Fucha,

Documento controlado, su reproducción está sujeta a previo permiso por escrito de la EAB-ESP

06/12/2017 Pág 4

Salitre, humedal Jaboque y Torca, además del río Tunjuelo. Los elementos de segundo orden son aquellos que descargan a los antes mencionados y pueden ser canales abiertos o conductos cerrados. La red de tercer orden incluye todos los elementos que descargan a la red de segundo orden y pueden ser canales o conductos cerrados. Adicional a los anteriores, cualquier canal abierto que drene a la red de tercer orden se incluirá dentro de la denominada red troncal. Los elementos de la red troncal existente se presentan en la capa correspondiente del Sistema de Información Geográfico Unificado Empresarial (SIGUE); en esta se consideran algunos ramales principales adicionales, que no cumplen estrictamente con la definición anterior, los cuales han sido incluidos a criterio de la Empresa. 3.9 RED TRONCAL DE ALCANTARILLADO SANITARIO La red troncal de alcantarillado sanitario corresponde a todos los elementos de primer, segundo y tercer orden, independiente del diámetro o del tamaño, excluyendo aquellos que reciban conexiones domiciliarias de forma directa. Los elementos de primer orden son los interceptores que se desarrollan a lo largo de los canales Fucha, Salitre y Torca, del río Bogotá y del río Tunjuelo. Los elementos de segundo orden son aquellos que descargan a los antes mencionados. La red de tercer orden incluye todos los elementos que descargan a la red de segundo orden. Los elementos de la red troncal descrita se presentan en la capa correspondiente del Sistema de Información Geográfico Unificado Empresarial (SIGUE); se consideran algunos ramales principales adicionales, que no cumplen estrictamente con la definición anterior, los cuales han sido incluidos a criterio de la Empresa. 4. REQUISITOS Para los diseños se debe utilizar el sistema Internacional de Medidas (SI), el cual es de obligatorio cumplimiento en el Territorio Nacional, según "Decreto 2269 de 1993". 4.1 DESARROLLO DEL DISEÑO DE REDES DE ALCANTARILLADO 4.1.1Recopilación de Información a Nivel de Factibilidad El diseñador debe recopilar por lo menos la siguiente información: a) Estudios de población y demanda vigentes. b) Planos aereofotogramétricos de la región donde se va a implantar la red de alcantarillado en escala 1:2000. La EAB cuenta con el sistema de información geográfica, con el plano digitalizado de la ciudad de Bogotá y los planos de Ortofoto. c) Planos de catastro de instalaciones de sistemas de infraestructura, como energía, teléfonos, aguas lluvias, aguas residuales, acueductos, además de otras eventualmente existentes. d) Sondeos existentes, hechos para implantación de otras obras en la zona, en caso de no contar con ellos, la EAB cuenta con el Sistema de Información Geotécnica (SISGEO) donde se podrá consultar información histórica. e) Concepción de esquema general del cual forma parte la red troncal con el objeto de determinar la extensión del diseño. f) Características hidráulicas de las redes existentes y diseñadas que tengan relación con la red a diseñar.

Documento controlado, su reproducción está sujeta a previo permiso por escrito de la EAB-ESP

06/12/2017 Pág 5

4.1.2Recopilación de la Información a Nivel de Diseño El diseñador debe recopilar por lo menos la siguiente información, adicional a la recolectada en factibilidad: a) Estudios de población y demanda vigentes. b) Planos aereofotogramétricos de la región donde se va a implantar la red de alcantarillado en escala 1:2000. La EAB cuenta con el sistema de información geográfica, con el plano digitalizado de la ciudad de Bogotá y los planos de Ortofoto. c) Planos de catastro de instalaciones de sistemas de infraestructura, como energía, teléfonos, aguas lluvias, aguas residuales, acueductos, además de otras eventualmente existentes. d) Sondeos existentes, hechos para implantación de otras obras en la zona, en caso de no contar con ellos, la EAB cuenta con el Sistema de Información Geotécnica (SISGEO) donde se podrá consultar información histórica. e) Concepción de esquema general del cual forma parte la red troncal con el objeto de determinar la extensión del diseño. f) Relación con otros elementos existentes y proyectados con el objeto de obtener la compatibilidad necesaria. g) Características hidráulicas de las redes existentes y diseñadas que tengan relación con la red a diseñar. h) Datos de mediciones sobre las redes de alcantarillado existentes. 4.1.3Actividades a Ejecutar 4.1.3.1

Actividades Generales

·

Se debe obtener toda la información existente de la zona del proyecto citando las Fuentes respectivas. Además se debe incluir la descripción y diagnóstico del sistema existente de recolección y evacuación de aguas residuales y pluviales.

·

Para el caso de urbanizadores y constructores, deben solicitar a la EAB la posibilidad técnica de la prestación del servicio y posteriormente los Datos Técnicos del proyecto que es la información que debe tener en cuenta el diseñador para la elaboración del proyecto.

·

Estimación de la población. En el caso de sistemas sanitarios se debe estimar la población teniendo en cuenta la capacidad del sistema para atender la demanda actual, la densidad poblacional futura y la de saturación, estimadas a partir de los estudios de población y demanda elaborados de acuerdo a la norma "NS-031 Estudios de población y demanda de agua en sectores específicos de la ciudad". En todo caso, el horizonte de diseño deberá ser revisado con el personal de la EAB responsable del proyecto, utilizando como referencia el estudio de población y demanda vigente expedido por parte de la EAB.

·

Delimitación de áreas de drenaje. Se debe delimitar las áreas de drenaje contenidas en el área de proyecto.

·

Determinación de las características del sistema existente, tipo de tubería, pendiente promedio y punto final de drenaje. Se deben determinar las características del sistema existente, las aguas

Documento controlado, su reproducción está sujeta a previo permiso por escrito de la EAB-ESP

06/12/2017 Pág 6

residuales o pluviales en función de las tendencias de ocupación de la tierra y del ordenamiento territorial. ·

Si es del caso, se deben determinar las etapas de construcción del proyecto.

·

Generación de alternativas de diseño para la recolección y evacuación de aguas residuales o pluviales. En el desarrollo de sistemas de recolección y evacuación de aguas residuales y/o pluviales, se deben pre-dimensionar y pre-estimar los costos de cada una de las alternativas factibles de solución al problema planteado en la justificación de los mismos. Para cada alternativa se debe realizar un análisis de puntos de entrega incluyendo criterios de capacidad hidráulica de acuerdo con los límites establecidos en la presente norma y de calidad del agua según lo indicado en la Resolución 0631 del Ministerio del Medio Ambiente y la norma “NS-039 Control para vertimientos de residuos líquidos no domésticos”. En todos los casos, se debe establecer la posibilidad de utilizar hasta donde sea posible la infraestructura existente. En el caso de sistemas de recolección de aguas pluviales, dentro de las alternativas generadas se debe incluir por lo menos una solución que incluya SUDS.

·

Selección de la mejor alternativa. Con base en consideraciones técnicas, económicas, financieras, culturales y ambientales, se debe seleccionar con base en un análisis de costo mínimo la mejor alternativa para ser diseñada, construida, operada y mantenida. La alternativa seleccionada debe contar con licencia ambiental si esta se requiere, o plan de manejo ambiental.

·

Diseño de la alternativa seleccionada. La alternativa debe ser dimensionada completamente y sus costos de construcción totalmente cuantificados dentro de un cronograma preciso de ejecución de obras, incluyendo aspectos específicos requeridos de manejo ambiental y urbano durante su construcción, tales como estudios prediales y de servidumbres, licencias ambientales, plan de manejo ambiental, impacto urbano y especificaciones técnicas. El diseño debe generar además obligatoriamente manuales, programas y procedimientos de operación y mantenimiento apropiados para garantizar la efectividad y sostenibilidad del sistema a lo largo de su vida útil y minimizar efectos ambientales negativos. Estos manuales deben ser elaborados de acuerdo con lo establecido en las normas técnicas del ACUEDUCTO DE BOGOTÁ para cada caso, de igual forma deben tenerse en cuenta manuales existentes en la EAB para componentes similares.

4.1.3.2

A nivel de factibilidad

a) Definición de las exigencias del POT para las condiciones de saturación. b) Sistema constructivo de instalación de tuberías (Aérea, en zanja, túnel, sin zanja, entre otros). c) Análisis hidráulico bajo las hipótesis de flujo uniforme. Se podrá utilizar en los cálculos hidráulicos cuando el área de drenaje sea inferior a 10 Ha, para áreas mayores se deberán elaborar los cálculos hidráulicos bajo las hipótesis de flujo no permanente. d) Análisis y definición de los materiales de utilización técnicamente factible. e) Diseño geométrico de la red en escala 1:5000 ó 1:2000, de conformidad con lo que exija la EAB. f) Cantidades preliminares de tuberías, pozos, estaciones de bombeo y demás elementos necesarios. g) Levantamiento preliminar de interferencias. h) Levantamiento topográfico en el caso de que no existan planos generados por levantamiento topográfico o aerofotogramétrico de las áreas de ruta, en escala 1:2000 y curvas de nivel cada metro. La EAB cuenta con el SIGUE (Sistema de Información Geográfico Unificado Empresarial), con los planos de ortofoto y los planos digitalizados de la ciudad de Bogotá. Para el levantamiento

Documento controlado, su reproducción está sujeta a previo permiso por escrito de la EAB-ESP

06/12/2017 Pág 7

topográfico se deben tener en cuenta las indicaciones de la norma técnica de la EAB "NS-030 Lineamientos para trabajos topográficos". i) Diseño en planta y perfil escala 1:2000 horizontal, vertical 1:200 con interferencias mayores o de relocalización demorada o costosa (Visibles y obtenidas en planos de servicios). j) Definición de los materiales a ser utilizados en la tubería. Para la determinación de los materiales se deben tener en cuenta las normas técnicas "NS-123 Criterios para selección de materiales de tuberías para redes de acueducto y alcantarillado" y "NP-027 Tubería para alcantarillado". k) Detalles de las interconexiones: inicial, final y otras cuando sea el caso. l) Sondeos preliminares. m) Diseño preliminar mecánico y eléctrico de las estaciones de bombeo que sean necesarias siguiendo la norma “NS-097 Criterios de diseño de estaciones de bombeo de alcantarillado”. n) Pre-diseño del sistema de protección de las tuberías en caso que la necesite de acuerdo con la norma "NS-090 Protección de tuberías en redes de acueducto y alcantarillado". o) Indicadores tipo de estructura de pasos aéreos y subterráneos, métodos constructivos a nivel preliminar y tipos de pavimento de vías públicas. p) Indicación preliminar de los tipos de entibado, cimentación de tubería y tipos de relleno de acuerdo con las normas técnicas "NS-072 Entibados y tablestacados", "NS-035 Requerimientos para cimentación de tuberías en redes de acueducto y alcantarillado" y "NP-040 Rellenos" respectivamente. q) Indicación preliminar de la necesidad de drenaje de zanjas por bombeo o abatimiento del nivel freático, se deben tener en cuenta las indicaciones de la norma técnica "NS-069 Manejo de aguas en actividades de construcción y mantenimiento de redes" r) Cantidades preliminares de tuberías, accesorios y demás elementos; y presupuestos preliminares. s) Elaboración de las especificaciones técnicas particulares del proyecto y de los documentos de licitaciones de suministro de equipos. Se deben tener en cuenta las especificaciones vigentes de la EAB. t) Registro fotográfico del corredor e interferencias. u) Elaboración de los respectivos informes, documentos y planos. 4.1.3.3

A nivel de diseño

Es importante que se tenga en cuenta que los planos que se produzcan como resultado de los diseños deberán ser lo suficientemente claros y detallados de manera que se puedan catalogar como planos para construcción; por lo tanto, deberán contener todos los detalles, cortes, secciones transversales, localizaciones geo-referenciadas, especificaciones de materiales y demás aspectos necesarios para la construcción de las obras, incluyendo los diseños estructurales, geotécnicos y electromecánicos que puedan ser necesarios. La EAB no aceptará ni recibirá planos con aspectos generales o detalles típicos que no permitan identificar, localizar y adelantar las obras en su totalidad. a) Recopilar información sobre pre-diseños como planos, estudios de suelos, memorias de cálculo, análisis de corredores, predios, entre otros.

Documento controlado, su reproducción está sujeta a previo permiso por escrito de la EAB-ESP

06/12/2017 Pág 8

b) La EAB exigirá un estudio de alternativas en el cual se cuantifiquen los beneficios y costos de cada una de ellas. c) Análisis y consolidación de la ruta definida a nivel de pre-diseño. d) Levantamiento topográfico de la ruta definida en escala 1:500. En sitios especiales y para tuberías de gran diámetro, la EAB podrá exigir planos con escala 1:200 u otra "NS-030 Lineamientos para trabajos topográficos" e) Levantamiento en campo, con la localización exacta de todas las interferencias ubicadas en la ruta prevista para la conducción. Para ello se deben tener en cuenta los aspectos que apliquen de la norma técnica "NS-012 Aspectos técnicos para cruces y detección de interferencias en construcción de sistemas de acueducto y alcantarillado". f) Estudios de geotécnicos de acuerdo con las indicaciones de la norma técnica Requisitos para la elaboración y presentación de estudios geotécnicos"

"NS-010

g) Replanteo del eje de la línea. h) Diseño geométrico de la línea en planta y perfil en escala 1:500 y 1:50 u otra exigida por la EAB. i) Análisis hidráulico bajo las hipótesis de flujo uniforme. Se podrá utilizar en los cálculos hidráulicos cuando el área de drenaje sea inferior a 10 Ha, para áreas mayores se deberán elaborar los cálculos hidráulicos bajo las hipótesis de flujo no permanente. j) Elaboración de los planos de detalle de instalación de pozos y otras estructuras especiales como estaciones de bombeo, etc. k) Elaboración, si se requiere, de Especificaciones Técnicas particulares para el proyecto, lista de cantidades y presupuestos de equipos, materiales y servicios. Se deben tener en cuenta las especificaciones técnicas vigentes en la EAB. l) Diseño de detalle del sistema de protección de la tubería en caso que se necesite de acuerdo con la norma técnica "NS-090 Protección de tuberías en redes de acueducto y alcantarillado". m) Registro fotográfico del corredor e interferencias. n) Planos y especificaciones de Impacto Urbano particulares, si se requiere. Si no existen especificaciones particulares se debe hacer referencia a la norma técnica "NS-038 Manual de manejo del impacto urbano". o) Planos y especificaciones para los planes de manejo ambiental durante la construcción de acuerdo con la norma técnica de la EAB "NS-007 Plan de manejo ambiental para la elaboración de diseños definitivos y detallados para la construcción de redes matrices de acueducto y colectores de alcantarillado pluvial y sanitario. Requisitos mínimos". p) Cronograma de construcción de acuerdo con la norma "NS-048 proyectos".

Programación y control de

q) Elaboración de los documentos para licitación de instalación. r) Elaboración de informes, planos, memorias, cantidades, presupuesto detallado y demás documentos de acuerdo con la norma "NS-054 Presentación de diseños de sistemas de alcantarillado”.

Documento controlado, su reproducción está sujeta a previo permiso por escrito de la EAB-ESP

06/12/2017 Pág 9

4.2 ESTIMACIÓN DE CAUDALES SISTEMA DE ALCANTARILLADO PLUVIAL Y SANITARIO Los sistemas de alcantarillado que se construyan en la ciudad de Bogotá deberán ser sistemas separados y por ende los diseños deberán ejecutarse bajo la misma hipótesis. Si se evalúa los caudales utilizados para alcantarillados combinados existentes, deberá combinar la aplicación de las metodologías descritas en los siguientes capítulos, de acuerdo con las condiciones propias de cada proyecto en evaluación. En los sectores donde existan sistemas de alcantarillado combinado y se esté adelantando una renovación urbana o densificación, los sistemas pertenecientes a esas áreas deberán ser diseñados y construidos como sistemas separados en la extensión que les corresponda, sin importar que en algún punto aguas abajo, entreguen a un sistema combinado. 4.2.1Caudal Pluvial 4.2.1.1

Consideraciones generales

Los sistemas de recolección y evacuación de aguas pluviales serán proyectados y construidos para: ·

Retener el mayor tiempo posible la escorrentía pluvial en su punto de origen, minimizando los problemas de inundación y evitando la modificación de la infraestructura de drenaje existente. El constructor, desarrollador o consultor deberá solicitar a la EAB las condiciones para hacer la conexión a la red de la ciudad.

·

Permitir una evacuación de la escorrentía pluvial de las vías públicas y evitar la generación de caudales excesivos en las calzadas, respetando los anchos máximos de inundación permisibles definidos en la norma NS-047 "Sumideros".

·

Evitar la entrada de aguas lluvias a propiedades públicas y privadas.

·

Evitar la acumulación de aguas en vías de tránsito peatonal y/o vehicular.

·

Minimizar la afectación del tráfico vehicular y peatonal durante un evento fuerte de precipitación. Se debe incorporar el concepto de que las vías son un elemento del sistema de drenaje de la ciudad.

·

Se debe evitar a todo costo las conexiones erradas.

El aumento del área impermeable por efectos de la urbanización de cuencas hidrológicas modifica la relación lluvia – escorrentía de la naturaleza, haciendo que las crecientes generadas tengan un mayor volumen y un aumento en el caudal máximo del hidrograma de respuesta. Los nuevos desarrollos y proyectos de redensificación deberán incluir un manejo del volumen de escorrentía adicional generado por el aumento de la impermeabilidad en comparación a condiciones no urbanizadas. El consultor deberá calcular los hidrogramas siguiendo la metodología descrita en la sección 4.2.1.3.2 para condiciones de desarrollo y para condiciones no urbanizadas, donde para este último se deberá asumir un porcentaje de área impermeable no mayor al 10%. En cualquier caso, el 3 volumen a manejar deberá ser de por lo menos 150 m /ha bruta del desarrollo. En caso que las estructuras para el manejo de estos volúmenes estén conectadas a la red de drenaje de la ciudad, estas deben contar con mecanismos que garanticen que el caudal de salida no exceda el caudal pico calculado para la misma área suponiendo que esta no se encuentra urbanizada y deben contar con la capacidad total de diseño para aceptar flujos de agua lluvia provenientes de tormentas subsecuentes en un tiempo no superior a 18 horas.

Documento controlado, su reproducción está sujeta a previo permiso por escrito de la EAB-ESP

06/12/2017 Pág 10

Entre las medidas contempladas en los Sistemas Urbanos de Drenaje Sostenible con el objeto de mitigar el efecto del aumento de la escorrentía superficial que pueden ser adoptadas por el urbanizador o constructor, se encuentran la adecuación de zonas verdes, o simplemente realizar la entrega controlada a la red de drenaje posterior a la ocurrencia de la creciente, la disposición de superficies permeables, entre otros. 4.2.1.2

Periodo de Retorno del evento de diseño.

El período 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, el tráfico vehicular, el comercio, la industria, etc. La selección del período de retorno está asociada con las características de protección e importancia del área de estudio y, por lo tanto, el valor adoptado debe estar justificado de acuerdo con dicho criterio. En la tabla siguiente se establecen los valores de períodos de retorno de acuerdo con el grado de protección, con las características del área de drenaje y el tamaño total de dicha área para el sistema o sector diseñado. Tabla 1 . Períodos de retorno recomendados según el grado de protección del sistema.

Características del área de drenaje Tramos pertenecientes a la red secundaria de alcantarillado en zonas residenciales, comerciales, industriales, institucionales o mixtas Tramos de la red troncal de alcantarillado Canalizaciones abiertas que drenen áreas hasta 100 ha Canales abiertos áreas mayores que 100 ha y adecuación de cauces de ríos y quebradas de cualquier área*.

Periodo de retorno para diseño (años) 5 10 25 100

* Se debe realizar un estudio de riesgo de inundación en el que teniendo en cuenta la importancia del área y los daños probables se puede justificar incrementar el periodo de retorno del evento de diseño. 4.2.1.3

Caudales de diseño

La norma prevé dos métodos para el cálculo de los caudales de diseño de los sistemas de alcantarillado pluvial en función del área. Para áreas menores de 10 ha se podrá utilizar el Método Racional o un modelo lluvia-escorrentía y para diseños en que al menos uno de los tramos tenga un área de drenaje mayor que 10 hectáreas se debe utilizar un modelo lluvia – escorrentía exclusivamente. 4.2.1.3.1

Cálculo de Caudales utilizando el método racional

La aplicación del Método Racional se encuentra limitada exclusivamente para la determinación del caudal pico de diseño de tuberías de la red secundaria de alcantarillado cuya área de drenaje es menor que 10 hectáreas y presentan un porcentaje de impermeabilidad mayor al 90%. La ecuación del

Documento controlado, su reproducción está sujeta a previo permiso por escrito de la EAB-ESP

06/12/2017 Pág 11

método racional es: (Ecuación 1) Dónde: = Caudal estimado (L/s). = Coeficiente de escorrentía (adimensional). = Intensidad de la lluvia para una duración igual al tiempo de concentración del área de drenaje y para el período de retorno determinado (mm/h). El tiempo de concentración debe determinarse de acuerdo con lo indicado en el literal h) de la sección 4.2.1.3.3. = Área de drenaje (Ha). a)

Coeficiente de escorrentía en el Método Racional

El coeficiente de escorrentía es función del tipo de suelo del área tributaria, del grado de permeabilidad de la zona, de la pendiente del terreno y de todos aquellos otros factores que determinen que parte de la precipitación se convierte en escorrentía. Para aquellas áreas de drenaje que incluyan zonas con diferentes coeficientes de impermeabilidad, el valor del coeficiente de impermeabilidad representativo para toda el área debe calcularse como el promedio ponderado de los coeficientes de impermeabilidad individuales para cada sub-área, de acuerdo con la Ecuación 2.

(Ecuación 2) Dónde: = Coeficiente de escorrentía. = Área tributaria de drenaje (Ha). Para la adopción del valor del coeficiente de escorrentía C, se presentan los siguientes valores a continuación como guía para su selección. En caso de diferir el valor adoptado con los dados a continuación, este deberá ser justificado.

Documento controlado, su reproducción está sujeta a previo permiso por escrito de la EAB-ESP

06/12/2017 Pág 12

Cuadro 1. Coeficientes de escorrentía seleccionados Tipo de superficie C ZONAS URBANIZADAS (Áreas residenciales, comerciales, industriales, vías, andenes, etc…)

b)

Cubiertas

0,85

Superficies en asfalto

0,80

Superficies en concreto

0,85

Superficies adoquinadas

0,75

Vías no pavimentadas y superficies con suelos compactados ZONAS VERDES (Jardines, parques, etc…)

0,60

Terreno plano (Pendiente menor al 2%)

0,25

Terreno promedio (Pendiente entre el 2% y el 7%)

0,35

Terreno de alta pendiente (Pendiente superior al 7%)

0,40

Intensidad de lluvias

La intensidad de la lluvia se determinará de acuerdo a la ubicación del área estudiada, obteniendo la intensidad en el centroide del área de drenaje a partir de las curvas Intensidad – Duración – Frecuencia (IDF) de la ciudad para un periodo de retorno, frecuencia y duración de la tormenta de diseño. c)

Período de retorno de diseño

El periodo de retorno de diseño que se utilice para las áreas contempladas en este numeral será de 5 años, independientemente del uso, de acuerdo a lo estipulado en la Tabla 1. d)

Tiempo de concentración

Es el tiempo requerido, después del comienzo de la lluvia, para que la escorrentía superficial de toda el área contribuya en el punto en consideración. Para determinarlo se tendrán en cuenta las consideraciones del numeral 4.2.1.3.3 Cálculo del caudal máximo h) Tiempo de concentración, tránsito y de rezago. e)

Áreas de drenaje

Es el área propia o aferente del tramo en consideración más el área acumulada que drena en el punto en consideración. Para determinarla se tendrán en cuenta las consideraciones del numeral 4.2.1.3.3 Cálculo del caudal máximo b) Áreas de drenaje. 4.2.1.3.2

Cálculo de caudales utilizando modelos lluvia – escorrentía

Los caudales de diseño se basarán en la aplicación del modelo lluvia – escorrentía desarrollado por el Soil Conservation Service (SCS), el cual se basa en la estimación de un hidrograma unitario al cual se le aplica una precipitación efectiva obtenida a partir de la lluvia de diseño. El concepto del hidrograma unitario permite estimar el hidrograma de salida de una cuenca como la suma de los hidrogramas de las sub-áreas de la cuenca, modificados por el tiempo viaje por la cuenca y el almacenamiento en los cauces. Es unitario porque el volumen de escorrentía del hidrograma es 1 cm, 1 mm, etc. distribuida uniformemente en la cuenca, con intensidad constante y duración unitaria. El hidrograma unitario (HU) permite obtener la respuesta de una cuenca a una lluvia determinada con

Documento controlado, su reproducción está sujeta a previo permiso por escrito de la EAB-ESP

06/12/2017 Pág 13

una duración igual a la duración del HU. Las hipótesis de linearidad y aditividad permitan sumar los aportes para lluvias de cualquier duración y de cualquier número de sub-áreas, siempre y cuando los cálculos se realicen con la duración del HU. La EAB promueve y prefiere la utilización de modelos calibrados a partir de mediciones reales. Para cualquier proyecto se podrán utilizar, previa aprobación de la EAB, modelos diferentes al del SCS según las exigencias de la norma NS-163 "Requisitos para el desarrollo y calibración de modelos hidráulicos de los sistemas de alcantarillado” siempre que estos sean sometidos a un proceso de calibración exitoso. Para áreas de drenaje mayores que 1,000 Ha, se deberá calibrar el modelo lluvia – escorrentía y el modelo para análisis hidráulico; mientras que para proyectos de áreas de drenaje menores a 1,000 Ha, en caso de no contar con información suficiente para calibrar los modelos, se deberá utilizar el modelo recomendado (SCS) y seguir los lineamientos del numeral 4.2.1.3.3 de esta norma. 4.2.1.3.3

Cálculo del caudal máximo

Los caudales máximos de diseño, deben estimarse mediante el modelo lluvia – escorrentía desarrollado por el Soil Conservation Service (SCS), el cual representa las hidrógrafas de respuesta de las áreas de drenaje, con los que eventualmente se podrá tener en cuenta la capacidad de amortiguamiento de las ondas dentro de la red de colectores. La EAB utiliza el modelo matemático de lluvia escorrentía HEC-HMS, específicamente los módulos para las perdidas SCS Número de Curva y para la transformación SCS Hidrograma Unitario, los cuales se basa en los siguientes criterios o elementos: · · · · · ·

Periodo de retorno. Tiempo de rezago. Número de curva. Porcentaje de área impermeable. Volumen de la tormenta de diseño. Distribución temporal de la tormenta de diseño.

El modelo matemático HEC – HMS puede obtenerse desde el sitio web del US Army Corps of Engineers. El concepto de diseño se basa en la estimación de la precipitación efectiva o escorrentía directa, esto es, la fracción de la lluvia que aparece como escorrentía. Para los modelos lluvia – escorrentía en general y para el modelo del SCS, en particular, el área aportante se divide en dos: un área impermeable, conectada al alcantarillado, de la cual no se restan pérdidas iniciales o pérdidas por infiltración, y un área que es capaz de infiltrar una fracción de la lluvia y en la cual se pueden presentar pérdidas iniciales. A continuación se describen los parámetros que el software HEC-HMS solicita para aplicar el modelo del SCS: a)

Número de Curva

El número de curva (CN) es una medida del potencial de producción de escorrentía del suelo en cuestión. Suelos con alto potencial de generación de escorrentía tienen valores de CN más altos. La definición de este factor está en función del tipo de suelo, la impermeabilidad de la zona y del tipo de cobertura el terreno, y en principio no varían de tormenta a tormenta. Éstas características determinan la fracción de lluvia que efectivamente se convierte en escorrentía. Los valores de CN se estiman a partir del cuadro 2.

Documento controlado, su reproducción está sujeta a previo permiso por escrito de la EAB-ESP

06/12/2017 Pág 14

Cuadro 2. Números de curva CN recomendados – zonas urbanas.

Fuente: Adaptada de: URBAN STRORMWATER HYDROLOGY, Kibler, 1982 Los tipos de suelo A, B, C y D son una clasificación hidrológica basada en el potencial de escorrentía del suelo, donde típicamente los suelos tipo A presentan el potencial de escorrentía más bajo y los suelos tipo D presentan el potencial de escorrentía más alto. La definición de los tipos de suelo A, B, C y D se encuentra en el Capítulo 7 del Hydrology National Engineering Handbook del SCS, disponible en su página web. El diseñador debe, basado en la información disponible en la EAB, en el SISGEO, seleccionar el tipo de suelo que más se ajuste a la categoría del SCS. Se debe reportar este ejercicio como parte de las memorias de cálculo. Para áreas de drenaje que incluyan sub-áreas con números de curva diferentes, el valor de CN representativo del área debe calcularse como el promedio ponderado con las respectivas áreas.

(Ecuación 3) Dónde: = Número de curva (-). = Área tributaria de drenaje (ha). b)

Áreas de drenaje

La extensión y el tipo de áreas tributarias deben determinarse para cada tramo por diseñar y/o evaluar. El área propia o aferente al tramo en consideración solamente se debe incluir dentro del cálculo cuando ésta aporte por escorrentía al tramo en consideración. Las áreas de drenaje deben ser determinadas por medición directa en planos topográficos, y su delimitación debe ser consistente con las redes de drenaje natural. Para los casos de canales o quebradas naturales, se exigirá un modelo

Documento controlado, su reproducción está sujeta a previo permiso por escrito de la EAB-ESP

06/12/2017 Pág 15

desagregado en el cual se contemple todos los aportes puntuales conocidos en el área de interés y se incluyan todos los elementos físicos existentes del sistema, definiendo mínimo una sub-cuenca por cada afluente del canal o quebrada principal modelado; donde el nivel de desagregación depende del propósito de la modelación. La extensión del área tributaria se expresa en hectáreas. Se deberá verificar la información de las áreas de aporte dadas por la Empresa en los datos Técnicos, para lo cual se debe determinar el área de drenaje con los planos de construcción del alcantarillado; en zonas sin alcantarillado, el área de drenaje se determina por medio de los planos topográficos correspondientes. Con el fin de considerar la variación espacial de la precipitación, cuando el área del proyecto objeto de la modelación sea mayor a la de una Unidad de Gestión de Alcantarillado (UGA) e inferior a 1000 hectáreas, las áreas de drenaje en el modelo hidrológico se debe desagregar al nivel de UGA, en cuyo caso se debe obtener la intensidad para cada UGA y realizar el tránsito hidrológico correspondiente. c)

Reducción por Área de la Tormenta de Diseño

Para áreas de hasta 1,000 ha no se considerará reducción por área. Para áreas mayores se debe utilizar la información de la siguiente gráfica.

Gráfica 1. Porcentaje de reducción en función del área. Fuente: Plan Maestro de Alcantarillado para la Cuenca del Fucha, HMV, 2001 d)

Porcentaje del área impermeable

Correspondiente al área de las condiciones de diseño que drenará el 100% de la escorrentía al alcantarillado pluvial. Estas áreas están asociadas a cubiertas, pavimentos y demás zonas antropogénicas. La determinación del porcentaje del área impermeable debe basarse en imágenes satelitales recientes de la cuenca de drenaje, dentro del análisis se deben considerar los usos futuros del suelo de acuerdo con lo establecido en el Plan de Ordenamiento Territorial. e)

Período de retorno de diseño

El periodo de retorno de diseño que se utilice para las áreas contempladas en este numeral será mínimo de 5 años, independientemente del uso, de acuerdo a lo estipulado en la Tabla 1.

Documento controlado, su reproducción está sujeta a previo permiso por escrito de la EAB-ESP

06/12/2017 Pág 16

f)

Lluvia de diseño

La intensidad que se utilizará en los diseños se obtendrá de acuerdo a la ubicación del área estudiada, obteniendo la intensidad en el centroide del área de drenaje a partir de las curvas IDF de la ciudad, para una duración de 6 horas para el período de retorno correspondiente. Con el valor de la intensidad extraído de las curvas IDF, se calcula el volumen de lluvia total a distribuir como: (Ecuación 4) g)

Distribución Temporal de la Tormenta de Diseño

Para efectos de los análisis se supondrá que la lluvia de diseño cae efectivamente en 6 horas. El hietograma de diseño se obtendrá a partir de la gráfica siguiente, donde la distribución temporal fue obtenida de eventos históricos registrados en Bogotá. La duración del evento de diseño es la misma independientemente del área en consideración. Se presentan los valores de la misma tabulados para la duración de 6 horas cada 15 minutos. En casos muy específicos en los que el diseñador encuentre necesario y justificable utilizar una duración menor para la distribución de la lluvia, se deberá usar el mismo volumen estimado para 6 horas, esto con previa aprobación de la EAB.

Gráfica 2. Distribución temporal de las tormentas. Duración 6 horas. Fuente: Informe de Hidrología: Plan Maestro de Alcantarillado de la ciudad Bogotá, HIDROESTUDIOS, 1985 h)

Tiempo de concentración, tránsito y de rezago

El tiempo de concentración es el tiempo que le toma a una gota de escorrentía pluvial recorrer desde el punto hidráulicamente más lejano de la cuenca hasta el punto de análisis, definido como el tiempo de entrada, el cual debe ser de mínimo 8 minutos, más el tiempo de tránsito en los conductos. El

Documento controlado, su reproducción está sujeta a previo permiso por escrito de la EAB-ESP

06/12/2017 Pág 17

tiempo de concentración mínimo en pozos iniciales será de 15 minutos. (Ecuación 5) El tiempo de entrada se estimará utilizando la Ecuación 6 con las relaciones de velocidad definidas en el manual del SCS dependiendo del tipo de superficie, las cuales se muestran en la Tabla 2.

(Ecuación 6) Dónde: = Tiempo de viaje (minutos). = Longitud de la trayectoria del flujo (m). = Promedio de velocidad del flujo de agua (m/s). Tabla 2. Fórmulas para el cálculo de la velocidad de entrada. Flujo

Velocidad de flujo (m/s)

En áreas pavimentadas

Ecuación 7

En áreas no pavimentadas Ecuación 8 * En la Ecuación 7 y en la Ecuación 8 la pendiente está dada en m/m. El tiempo de tránsito se estimará utilizando la Ecuación 6 a partir de la velocidad en los conductos cerrados o abiertos dentro de la cuenca, considerando una profundidad del agua igual al 80% de la profundidad máxima en el caso de conductos cerrados y en condiciones de máxima capacidad excluyendo las consideraciones de borde libre para el caso de canales o cauces naturales. La velocidad de flujo deberá ser calculada utilizando la ecuación de Manning (Ecuación 9).

(Ecuación 9) El cálculo del tiempo de concentración en el modelo lluvia – escorrentía debe realizarse para el área propia o aferente a cada tramo bajo análisis, donde la estimación del tiempo de tránsito debe incluir los elementos no modelados hidráulicamente. Cuando se aplique el método racional se deberá trabajar con áreas de drenaje y tiempos de concentración acumulados. En todos los casos se deben tener en cuenta los criterios de tiempo de entrada y de tránsito mínimos establecidos en este literal. Para la implementación del HEC-HMS se debe insertar el tiempo de rezago, que corresponde al 60% del tiempo de concentración. 4.2.2Caudal Sanitario 4.2.2.1

Consideraciones generales

El volumen de aguas residuales aportadas a un sistema de recolección y evacuación está compuesto por las aguas residuales domésticas, industriales, comerciales e institucionales. Su estimación debe basarse, en lo posible, en información histórica de consumos o patrones de consumo, mediciones periódicas y evaluaciones regulares. Para su estimación en el diseño de sistemas de recolección y evacuación de aguas residuales deben tenerse en cuenta las siguientes consideraciones.

Documento controlado, su reproducción está sujeta a previo permiso por escrito de la EAB-ESP

06/12/2017 Pág 18

4.2.2.2

Horizonte o Periodo de Diseño

El período de planeamiento o período de diseño debe tener en cuenta la capacidad del sistema para atender la poblacional actual y la demanda futura estimada a partir de los estudios de población y demanda elaborados de acuerdo a la norma "NS-031 Estudios de población y demanda de agua en sectores específicos de la ciudad" para la condición a saturación. En todo caso, el horizonte de diseño deberá ser revisado con el personal de la EAB responsable del proyecto, utilizando como referencia el estudio de población y demanda vigente expedido por parte de la EAB. 4.2.2.3

Caudal de diseño

El caudal de diseño de cada tramo de la red de tuberías se obtiene sumando al caudal máximo horario del día máximo, QMH, los aportes por infiltraciones y conexiones erradas. (Ecuación 10) Dónde: = Caudal de diseño para cada tramo de la red (L/s). = Caudal máximo horario a saturación (L/s). = Caudal por infiltraciones (L/s). = Caudal por conexiones erradas (L/s). Cuando el caudal de diseño calculado en el tramo sea menor que 1.5 L/s, debe adoptarse este último valor como caudal de diseño para dimensionar las tuberías de sistemas de alcantarillado de aguas residuales. Además de los valores anteriores, que corresponden a los valores a saturación previstos, deben estimarse los valores iniciales de caudal de operación de cada tramo para propósitos de verificación del comportamiento hidráulico del sistema en sus etapas iniciales de servicio, tal como se describe en los siguientes literales. 4.2.2.3.1

Caudal medio diario

El caudal medio diario de aguas residuales (QMD) para un tramo con un área de drenaje dada es la suma de los aportes domésticos, industriales, comerciales e institucionales. (Ecuación 11) Dónde: = Caudal medio diario de aguas residuales (L/s). = Caudal de aguas residuales domésticas (L/s). = Caudal de aguas residuales industriales (L/s). = Caudal de aguas residuales comerciales (L/s). = Caudal de aguas residuales institucionales (L/s). QMD debe ser estimado para las condiciones iniciales, QMDi, y de saturación, QMDs, de operación del sistema. En los casos donde las contribuciones industriales, comerciales e institucionales sean marginales con respecto a las domésticas, pueden ser estimadas como un porcentaje de los aportes domésticos.

Documento controlado, su reproducción está sujeta a previo permiso por escrito de la EAB-ESP

06/12/2017 Pág 19

a) Caudal de aguas residuales domésticas (Q D) El cálculo de caudal de diseño de aguas residuales domésticas se hace utilizando la proyección de población en la zona objeto del diseño.

(Ecuación 12) Dónde: = Caudal de aguas residuales domésticas (L/s). = Coeficiente de retorno (adimensional). = Población proyectada al período de diseño (población). = Demanda Neta Real de agua potable proyectada por habitante (L/hab-día) (ver NS-031 “Estudios de población y demanda en agua en sectores específicos de la ciudad”). En caso que la proyección de la demanda de agua potable se haya hecho haciendo uso de la proyección de los suscriptores del servicio en el área objeto del proyecto del sistema de alcantarillado, el caudal de diseño de aguas residuales domésticas se calcula de acuerdo con la ecuación mostrada a continuación:

(Ecuación 13) Dónde: 3

= Caudal de aguas residuales domésticas (m /día). = Coeficiente de retorno (adimensional). = Número de suscriptores proyectados al período de diseño (suscriptores). = Demanda Neta Facturada de agua potable proyectada (m³/suscriptor-mes) (Ver NS-031 “Estudios de población y demanda en agua en sectores específicos de la ciudad”). = Porcentaje de pérdidas comerciales en la red de distribución de agua potable (decimal). El caudal que efectivamente retorna al sistema de alcantarillado es una fracción del consumido por los usuarios. El coeficiente utilizado se denomina coeficiente de retorno y para zonas residenciales se debe utilizar un valor de 0.85. b) Caudal de aguas residuales industriales (Qi) El consumo de agua industrial varía de acuerdo con el tipo y tamaño de la industria, y los aportes de aguas residuales varían con el grado de recirculación de aguas, los procesos de pretratamiento y los procesos de tratamiento. En consecuencia, los aportes de aguas residuales industriales QI deben ser determinados para cada caso en particular, con base en información de censos, encuestas y consumos industriales, estimativos de ampliaciones y consumos futuros y las disposiciones acerca de la factibilidad del servicio que se le asigne a las industrias por parte de las personas prestadoras del servicio de alcantarillado. Alguna información sobre el tema se puede encontrar en el Título B, Sistemas de Acueducto del RAS y debe tenerse en cuenta que su aceptación al sistema de alcantarillado estará condicionada por la legislación vigente con respecto a vertimientos industriales. c) Caudal de aguas residuales comerciales (Qc) En caso de que en la zona objeto del diseño de la red de alcantarillado de aguas residuales existan

Documento controlado, su reproducción está sujeta a previo permiso por escrito de la EAB-ESP

06/12/2017 Pág 20

zonas comerciales, el caudal de aguas residuales comerciales debe justificarse a través de un estudio detallado, ya sea de los consumos actuales, de los suscriptores comerciales o con base en los consumos diarios por persona, número de personas en áreas comerciales y en coeficientes de retorno mayores que los de consumos domésticos, para aquellos casos en que no exista información comercial de consumos históricos. En caso que en el área objeto del proyecto existan zonas mixtas, comerciales y residenciales, los caudales comerciales deben estimarse teniendo en cuenta la concentración comercial relativa a la concentración residencial, utilizando una contribución de caudal comercial correspondiente a 0.5 L/s-ha comercial. d) Caudal de aguas residuales institucionales (Qin) El consumo de agua de las diferentes instituciones varía de acuerdo con el tipo y tamaño de las mismas, dentro de las cuales pueden mencionarse escuelas, colegios y universidades, hospitales, hoteles, cárceles, etc. Los aportes de aguas residuales institucionales QIN deben determinarse para cada caso en particular, con base en información de consumos registrados en la localidad de entidades similares. Sin embargo, para pequeñas instituciones ubicadas en zonas residenciales, los aportes de aguas residuales pueden estimarse en 0.5 L/s-ha institucional. Alguna información sobre el tema se puede encontrar en el Título B, Sistemas de Acueducto del RAS. e) Caudal de aguas residuales por conexiones erradas (Qce) El caudal por conexiones erradas es función de diferentes factores cuya predicción es muy compleja y por ende incierta. Es posible decir que las conexiones erradas son función entre otras cosas de factores como el tipo de desarrollo ya que son de esperarse menos conexiones erradas en desarrollos urbanos importantes realizados por la EAB o por urbanizadores que en aquellos sectores de la ciudad que se han desarrollado de manera informal o en sectores de redensificación con proyectos individuales. El aporte máximo de las conexiones erradas a un sistema de alcantarillado de aguas residuales existente o proyectado debe ser de hasta 0.2 L/s-ha en el caso que en el municipio exista un sistema de alcantarillado de aguas lluvias y debe ser de hasta 2.0 L/s-ha si en el municipio no existe o no está proyectado un sistema de alcantarillado de aguas lluvias complementario al sistema de alcantarillado de aguas residuales. f) Caudales por infiltración (Qinf) Es posible que suceda infiltración de aguas sub-superficiales a las redes de sistemas de alcantarillado de aguas residuales, principalmente freáticas, a través de fisuras en las tuberías, en juntas ejecutadas deficientemente, en la unión de tuberías con cámaras de inspección y demás estructuras, y en éstos cuando no son completamente impermeables. La infiltración debe ser función de factores tales como: · Edad de la tubería, · Material de la tubería y tipo de juntas, · Profundidad del nivel freático. Con base en la información disponible en la EAB se sectorizó la ciudad teniendo en cuenta los factores arriba mencionados y asignando un valor unitario de aporte por infiltración en cada uno de los sectores en los cuales se ha dividido, así: Infiltración Alta: 0.20 L/s-ha

Infiltración Baja: 0.10 L/s-ha

La sectorización de la ciudad se encuentra adjunta en el Anexo A. En caso de realizarse la evaluación de redes existentes, se recomienda realizar mediciones directas y apoyarse en el Plan Maestro de Mediciones de la EAB.

Documento controlado, su reproducción está sujeta a previo permiso por escrito de la EAB-ESP

06/12/2017 Pág 21

4.2.2.3.2

Caudal máximo horario

El factor de maximización para calcular el caudal máximo horario, utilizando como base el caudal medio diario, tiene en cuenta las variaciones en el consumo de agua por parte de la población. El factor disminuye en la medida en que el número de habitantes considerado aumenta, pues el uso de agua se hace cada vez más heterogéneo y la red de tuberías puede contribuir cada vez más a amortiguar los picos de caudal. Con base en mediciones realizadas para la EAB se obtuvo la siguiente relación, la cual se presenta en la gráfica siguiente.

Gráfica 3. Factor de maximización. Fuente: ESCALA INGENIERÍA, 2014 El cálculo del Caudal Máximo Horario final se calcula como: (Ecuación 14) Dónde: = Factor de maximización (adimensional). = Caudal medio diario de aguas residuales (L/s). = Caudal máximo horario final de aguas residuales (L/s). El factor de maximización debe calcularse para cada tramo de acuerdo con el incremento progresivo de caudal. En general el valor del factor de maximización no debe ser mayor a 3, adoptándose este valor cuando el calculado según la ecuación mostrada en la Gráfica 3 sea mayor. Finalmente, la EAB promueve y prefiere la utilización de modelos calibrados a partir de mediciones reales. Para cualquier proyecto se podrán utilizar, previa aprobación de la EAB, modelos diferentes al presentado según las exigencias de la norma NS-163 “Requisitos para el desarrollo y calibración de modelos hidráulicos de los sistemas de alcantarillado” siempre que estos sean sometidos a un proceso de calibración exitoso.

Documento controlado, su reproducción está sujeta a previo permiso por escrito de la EAB-ESP

06/12/2017 Pág 22

4.3 PARÁMETROS DE DISEÑO HIDRÁULICO El tamaño y la pendiente de un colector deben ser adecuados para conducir el caudal de diseño, evitar la sedimentación de sólidos para las condiciones iniciales de servicio y garantizar su adecuada operación y funcionalidad. Para elaborar el diseño hidráulico, el diámetro de la tubería que debe tenerse en cuenta durante todo este proceso es el diámetro interno real, y no el diámetro nominal de la misma. 4.3.1Análisis Hidráulico Los colectores y canales abiertos deben diseñarse como conducciones a flujo libre por gravedad. Los cálculos hidráulicos deben realizarse con el caudal máximo horario actual y a saturación bajo las hipótesis de flujo uniforme para áreas de drenaje menores que 10 Ha. Para áreas mayores deben realizarse los cálculos con flujo no permanente, en donde para el caso de aguas residuales se deben utilizar patrones de variación horaria basados en el consumo de agua potable del sector o a partir de mediciones realizadas en el sistema de alcantarillado. La EAB recomienda el uso del SWMM en su versión original de la EPA, o en versiones comerciales, pero siempre exigirá que los datos e información sean compatibles con el EPA-SWMM, de manera de facilitar la revisión por parte de la EAB o integrarla a los cálculos de otros consultores. Para los casos en los cuales proceda el cálculo con flujo uniforme, se especifica realizar el análisis hidráulico utilizando la fórmula de Manning:

(Ecuación 15) Dónde: = = = = = =

Velocidad del flujo en m/s. Coeficiente de rugosidad de Manning. Radio hidráulico en metros 2 Área de la sección transversal del conducto en m . Perímetro mojado en metros. Pendiente del conducto en m/m.

Los diseños realizados en que al menos una de las tuberías tiene un área de drenaje mayor que 10 hectáreas deben comprobarse de forma ensamblada en el software de modelación hidráulica utilizando las condiciones de frontera que correspondan a la operación real del sistema. En todo caso deben seguirse los lineamientos de la norma "NS-163 Requisitos para el desarrollo y calibración de modelos hidráulicos de los sistemas de alcantarillado" 4.3.2Coeficientes de rugosidad de los conductos A continuación se presentan los valores de "n" aceptados por la Empresa para los diseños:

Documento controlado, su reproducción está sujeta a previo permiso por escrito de la EAB-ESP

06/12/2017 Pág 23

Tabla 3. Valores del coeficiente de rugosidad de Manning n para conductos cerrados. Característica interna del Material*

n

Interior Liso

0.010

Interior Semi-rugoso

0.013

Interior Rugoso

0.015

*Clasificación de n de Manning creada por el Acueducto de Bogotá. Se relaciona con las propiedades físicas del material y permite realizar diseños con propiedades genéricas (no con marcas) y da la posibilidad de elegir el material a utilizar de acuerdo con las condiciones de mercado. Para el coeficiente de rugosidad, la EAB considera que las tuberías de PVC, PEAD o con recubrimientos epóxicos o similares tienen interior liso con n=0.010, las tuberías de concreto prefabricado tienen interior semi-rugoso con n=0.013 y los conductos de concreto fundido en sitio tienen interior rugoso con n=0.015. En todo caso se debe consultar la norma de la empresa "NP-027 Tuberías para alcantarillado" donde se establecen las tuberías aceptadas por la EAB y las características que deben cumplir. En el cuadro 4 se presentan los valores del coeficiente de rugosidad de Manning recomendados para conductos abiertos. Cuadro 4. Valores del coeficiente de rugosidad de Manning n para conductos abiertos. Canales revestidos n Canal revestido en concreto 0.015 – 0.018 Canal revestido en piedra 0.025 – 0.030 Canal revestido con vegetación baja 0.050 – 0.060 Canales o corrientes naturales n Dependerá del material en el fondo del canal y sus bancas. Sin embargo de acuerdo a las obstrucciones y cantidad de vegetación dentro del mismo, se recomienda adicionar a la rugosidad los siguientes ajustes: Efecto de las obstrucciones Mínimas 0.005 – 0.015 Apreciables 0.020 – 0.030 Severas 0.040 – 0.060 Efecto de la cantidad de vegetación Poco 0.002 – 0.010 Media 0.010 – 0.025 Alta 0.025 – 0.050 Severa 0.050 – 0.100 Nota: Ajustes del coeficiente de rugosidad en base al informe Selection of Manning’s Roughness Coefficient for Natural and Constructed Vegetated and Non-Vegetated Channels, and Vegetation Maintenance Plan Guidelines for Vegetated Channels in Central Arizona. http://pubs.usgs.gov/sir/2006/5108/pdf/sir20065108.pdf El valor del coeficiente de rugosidad para canal abierto revestido con dos materiales diferentes como concreto y grama u otros materiales, se calculará con las siguientes fórmulas de acuerdo a su conformación:

Documento controlado, su reproducción está sujeta a previo permiso por escrito de la EAB-ESP

06/12/2017 Pág 24

a) Para canales con sección uniforme sin bermas

(Ecuación 16)

En donde: = Coeficiente de rugosidad ponderado de la sección compuesta. = Coeficiente de rugosidad de la sección revestida con el material i. = Perímetro mojado de la sección revestida con el material i. b) Para canales con sección compuesta con bermas

(Ecuación 17)

Dónde: = Coeficiente de rugosidad ponderado de la sección. = Perímetro mojado en los diferentes sectores y materiales de revestimiento. = Perímetro mojado total de la sección compuesta. = Coeficiente de rugosidad de los diferentes sectores y materiales de revestimiento. En todos los casos el diseñador deberá sustentar adecuadamente el valor del “n” que utilice en su diseño asumiendo la responsabilidad por sus análisis y recomendaciones. 4.3.3Pendientes La pendiente de los conductos y canales deberá seleccionarse de tal manera que se ajuste a la topografía del terreno y que, en lo posible, no produzca velocidades que estén por fuera de las especificadas para alcantarillados pluviales o sanitarias. En los tramos en que la pendiente natural del terreno sea tan pronunciada que pueda ocasionar velocidades mayores que las permitidas, se debe proveer al colector de un número suficiente de estructuras de caída para los tramos cortos resultantes tengan la pendiente adecuada. 4.3.4Velocidades mínimas La velocidad mínima en el sistema debe ser aquella que permita tener condiciones de auto limpieza para lo cual es necesario utilizar el criterio de esfuerzo tractivo, el cual está dado por la Ecuación 18. (Ecuación 18) Dónde: 2

= Esfuerzo tractivo (N/m ). 3 = Peso específico del agua (N/m ). = Radio hidráulico (m). = Pendiente de la conducción (m/m).

Documento controlado, su reproducción está sujeta a previo permiso por escrito de la EAB-ESP

06/12/2017 Pág 25

a)

Sistema pluvial

La velocidad mínima en sistema pluviales es aquella que garantice que el valor del esfuerzo cortante 2 2 medio sea mayor o igual a 3.0 N/m para el caudal de diseño, y mayor o igual a 1.5 N/m para el 10% de la capacidad a tubo lleno. b)

Sistema sanitario

La velocidad mínima en sistemas sanitarios es aquella que garantice que para el caudal máximo 2 horario, el valor del esfuerzo cortante medio sea mayor o igual a 1.5 N/m para tuberías de diámetro 2 nominal menor que 450 mm y mayor o igual a 2.0 N/m para tuberías de diámetro nominal mayor que 450 mm. 4.3.5Velocidades máximas Los valores máximos permisibles para la velocidad máxima en los colectores y canales dependen del material, en función de su sensibilidad a la abrasión. Para canales excavados en tierra el diseñador debe sustentar las velocidades máximas adoptadas, pero de ningún caso podrán ser mayores de 2 m/s. En el siguiente cuadro se presentan los valores máximos permisibles por tipo de material. Cuadro 5. Velocidad máxima permisible para diferentes materiales. Material

Velocidad máxima permisible (m/s)* Conductos cerrados

Concreto fundido in situ (box culvert) 5.0 Concreto prefabricado (tuberías) 6.0 PVC - PEAD* 9.0 Fibra de vidrio GRP. 4.0 Conductos abiertos Canal revestido de ladrillo 3.0 Canal revestido de concreto 5.0 Canal revestido en piedra pegada 4.0 Canal excavado en tierra Es función del suelo y debe ser sustentado. *Si la velocidad es superior a 6 m/s deberá contemplarse la utilización de pozos de inspección en materiales plásticos o con recubrimientos plásticos debidamente anclados y diseñados para soportar los esfuerzos que puedan generarse por la presencia de altas velocidades en el sistema. De igual forma deberá garantizarse que la cimentación de la tubería sea la adecuada para garantizar su estabilidad en pendientes altas. En el caso de que el fabricante de los elementos certifique una velocidad máxima menor a la especificada en el cuadro anterior; para efectos del diseño solo se podrá tomar la certificada por el fabricante. 4.3.6Dimensionamiento de la sección El diseño debe establecer la profundidad de flujo máxima en cada una de las tuberías, con el fin de permitir una adecuada aireación de las aguas pluviales y residuales. La tabla siguiente presenta la relación entre la profundidad de flujo y el diámetro para diferentes rangos. La relación máxima

Documento controlado, su reproducción está sujeta a previo permiso por escrito de la EAB-ESP

06/12/2017 Pág 26

profundidad versus diámetro (y/D), se debe calcular con el caudal máximo de diseño. Tabla 4. Relación máxima de tubo y/Ø para sistemas pluviales y sanitarios. Diámetro real interno (mm)

Relación máxima y/D (%)

Menor que 500

70

Entre 500 y 1000

80

Mayor que 1000

85

Todos los cálculos y las comprobaciones de relaciones hidráulicas deben hacerse con el diámetro real interno de la tubería. En ningún caso deben realizarse conexiones directas entre tuberías domiciliarias y tuberías de diámetros mayores que 600 mm nominales de la red pública de aguas residuales. Las conexiones domiciliarias deben realizarse de acuerdo con lo establecido en la norma “NS-068 Conexiones Domiciliarias de Alcantarillado”. Los valores de profundidad de flujo máxima con respecto al diámetro de la tubería, mostrados en la Tabla 4 son aplicables para sistemas nuevos, rehabilitaciones y optimización de sistemas existentes. Sin embargo, excepcionalmente es posible el diseño de tuberías con relaciones mayores al 100% en entregas a estaciones de bombeo, canales o ríos; en cuyo caso se debe justificar técnicamente que por restricciones topográficas y de variación de los niveles del cuerpo de agua no es posible cumplir con las relaciones máximas recomendadas. En todo caso se debe garantizar que la relación de caudal de diseño sobre caudal a tubo lleno sea inferior a uno (1). Se deben contemplar las medidas necesarias para garantizar que el funcionamiento a presión de la tubería no constituye una amenaza de inundación para la zona objeto del diseño y se deberán incluir estructuras anti-reflujo. Para box culverts, la lámina de agua no debe superar el 90% de la altura interna del mismo y para canales se deben tener las previsiones apropiadas del borde libre dependiendo de si el nivel de diseño de la superficie de agua se encuentra por debajo o por encima del nivel del terreno natural. a)

Cuando el nivel de diseño de la superficie del agua está por encima del terreno natural, los diques deben tener como mínimo 0.9 metros de borde libre, adicionalmente se deben considerar 0.3 metros adicionales a lo largo de 30 metros a cada lado de estructuras que están dentro de la sección que presenta diques. En caso que de la energía total sea mayor que los anteriores requerimientos, entonces el valor calculado debe utilizarse como borde libre.

b)

Cuando el nivel de diseño de la superficie del agua está por debajo del terreno natural, se debe considerar un borde libre de 0.3 metros. En todos los casos, si de la energía total son mayores que 0.3 metros, entonces se debe utilizar el valor calculado como borde libre.

4.3.7Diámetros mínimos. a)

Sistema pluvial

En las redes de recolección y evacuación de aguas lluvias, y principalmente en los primeros tramos, la sección circular es la más usual para los colectores. El diámetro nominal mínimo permitido en redes de aguas lluvias es 300 mm. b)

Sistema sanitario

En las redes de recolección y evacuación de aguas residuales, la sección circular es la más usual para los colectores, principalmente en los tramos iniciales. El diámetro nominal mínimo permitido en redes de sistemas de recolección y evacuación de aguas residuales es 200 mm.

Documento controlado, su reproducción está sujeta a previo permiso por escrito de la EAB-ESP

06/12/2017 Pág 27

4.3.8Cálculos Hidráulicos y Pérdidas por Uniones, Caídas, Cambios de Alineamiento y Otros Para realizar los cálculos de pérdidas hidráulicas y en general los cálculos hidráulicos requeridos por cambios de dirección del alineamiento de conductos cerrados y abiertos, transiciones de entrada y de salida, unión de colectores, diseño hidráulico de estructuras-pozo, pérdidas en régimen subcrítico y supercrítico, pérdidas por unión de colectores en estructuras-pozo con caídas y mejoras en las condiciones de entrada en estructuras de conexión, entre otros; se deben apoyar y sustentar adecuadamente de acuerdo con los elementos teóricos correspondientes. Ver "NP-029 Pozos de inspección". 4.4 CRITERIOS DE LOCALIZACIÓN Las disposiciones generales para los colectores deben obedecer a los siguientes criterios: 4.4.1 Localización con respecto al eje de las calzadas Los colectores deben localizarse siguiendo el lineamiento de las calles. Los colectores de aguas residuales o lluvias no podrán quedar ubicados en la misma zanja de una tubería de acueducto y su cota clave siempre debe estar por debajo de la cota del lomo inferior de la tubería de acueducto. Para sistemas separados el colector de aguas lluvias debe localizarse en el eje de la vía, mientras que el colector de aguas residuales debe ubicarse hacia uno de los costados, a una distancia aproximada de un cuarto del ancho de la calzada (semieje) y no menor de 0,5 m del sardinel. En lo posible, el colector de aguas residuales no debe localizarse en el mismo costado de ubicación de la red de acueducto. Los cruces con redes matrices de acueducto deberán diseñarse cada caso de forma particular y deberá justificarse su diseño, especialmente cuando el alcantarillado cruce por encima de estas redes. 4.4.2Distancias mínimas respecto a otras redes Las distancias mínimas libres entre los colectores que conforman la red del sistema de recolección y evacuación de aguas residuales y pluviales y las tuberías de otras redes de servicios públicos deben ser 1,0 m en la dirección horizontal medidos entre las superficies externas de los dos conductos y 0,3 m en la dirección vertical. Los cruces de redes deben analizarse de manera individual para establecer la necesidad de diseños especiales, en particular en aquellos casos donde la distancia mínima vertical sea menor a la establecida anteriormente. Ver Norma "NS-012 Aspectos técnicos para cruces y detección de Interferencias en construcción de sistemas de acueducto y alcantarillado". 4.4.3Profundidad mínima a la cota clave a)

Sistema pluvial

La profundidad mínima de los colectores de redes de recolección y evacuación de aguas de aguas lluvias debe ser aquella que permita el adecuado drenaje por gravedad de las aguas lluvias de su área tributaria, que no interfieran con las conexiones domiciliarias del sistema sanitario y que puedan recibir los sumideros y cunetas. Además, el recubrimiento mínimo del colector debe evitar la ruptura de éste, ocasionada por cargas vivas. Ver Norma "NS-035 Requerimientos para cimentación de tuberías en redes de acueducto y alcantarillado". Para casos especiales como localidades con evidentes problemas de drenaje, donde se puede adoptar otro tipo de recolección como cunetas o tuberías

Documento controlado, su reproducción está sujeta a previo permiso por escrito de la EAB-ESP

06/12/2017 Pág 28

superficiales, en todo caso se requiere hacer las previsiones estructurales y geotécnicas correspondientes. b)

Sistema sanitario

La profundidad mínima de los colectores de redes de recolección y evacuación de aguas residuales debe ser aquella que permita el adecuado drenaje por gravedad de las aguas residuales de su área tributaria, las descargas domiciliarias sin sótano, aceptando una pendiente mínima de éstas de 2%. Las conexiones domiciliarias y los colectores de aguas residuales deben localizarse por debajo de las tuberías de acueducto. Además, el recubrimiento mínimo del colector debe evitar la ruptura de éste, ocasionada por cargas vivas. Ver Norma "NS-035 Requerimientos para cimentación de tuberías en redes de acueducto y alcantarillado". Para casos especiales como localidades con evidentes problemas de drenaje, donde se requiere adoptar otro tipo de recolección, se requiere hacer las previsiones estructurales y geotécnicas correspondientes. 4.4.4Profundidad máxima a la cota clave En general la máxima profundidad de los colectores es del orden de 5 m, aunque puede ser mayor, cuando se garanticen los requerimientos geotécnicos de las cimentaciones y estructurales de los materiales y colectores durante (y después de) su construcción. Ver Norma "NS-035 Requerimientos para cimentación de tuberías en redes de acueducto y alcantarillado". Los cruces subterráneos de lagos, ríos y corrientes superficiales deberán acompañarse de un diseño apropiado que justifique las dimensiones, los atraques y las profundidades empleadas y deberán proveerse de medios para impedir su destrucción por efectos de la socavación de las corrientes (ver numeral 4.5.6 Sifones Invertidos). En todos los casos el diseñador deberá justificar mediante cálculos las respectivas coberturas y debe asumir la responsabilidad por los análisis y recomendaciones. 4.4.5Cambios bruscos de la pendiente En lo posible, deben evitarse los cambios bruscos de la pendiente en los colectores. En caso de un aumento importante de la pendiente, y mientras lo permitan las condiciones hidráulicas en los colectores y en las estructuras de unión, al igual que los aportes incrementales de caudal aguas abajo, puede reducirse el diámetro interior del colector de salida, únicamente en el siguiente caso: Para el cruce de vías o pasos especiales cuando se requiere disminuir la pendiente y aumentar el diámetro de la tubería para el cruce; en este caso después del cruce o paso especial, la pendiente del colector continúa en condiciones similares a la pendiente antes del cruce. En este caso no se justifica seguir con el diámetro utilizado en el cruce, sino que se puede utilizar los diámetros calculados en función de la pendiente. 4.4.6Drenaje Superficial de las Vías El drenaje superficial de las vías es parte integral del sistema de alcantarillado y su diseño debe garantizar el cumplimiento de los anchos máximos de inundación permisibles establecidos en la norma “NS-047 Sumideros". Para garantizar un adecuado drenaje superficial se requiere una pendiente longitudinal mínima de la vía del 0.5% y una pendiente mínima transversal del 2%. Excepcionalmente y mediante justificación sustentada de tipo técnico que garanticen el cumplimiento de los anchos máximos de inundación permisibles se permitirán pendientes longitudinales entre el 0.3% y el 0.5% Terrenos planos, con pendientes menores al 1%, requieren de la implementación de estructuras de drenaje adicionales tales como cunetas y/o bermas que garanticen una adecuada evacuación de la escorrentía superficial sin afectar los anchos de inundación máximos permisibles y el número de sumideros requerido.

Documento controlado, su reproducción está sujeta a previo permiso por escrito de la EAB-ESP

06/12/2017 Pág 29

La adopción de un sistema superficial de drenaje en vías requiere una justificación de tipo técnico, la cual será aprobada por la EAB para su ejecución. 4.4.7Unión de colectores La unión o conexión de dos o más tramos de colectores debe hacerse con 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. El diseño hidráulico de estas estructuras depende del régimen de flujo de los colectores afluentes y del colector de salida o principal, y se basa fundamentalmente en la determinación de las pérdidas de cabeza hidráulica producidas por la unión. En general la distancia máxima entre estructuras de conexión de colectores está determinada por la malla urbana, los equipos disponibles de limpieza y el comportamiento hidráulico del flujo. En todo caso, la distancia máxima entre estructuras de inspección de estar de acuerdo con lo indicado en la norma "NS-029 Pozos de inspección". En interceptores o colectores principales, donde las entradas son muy restringidas o inexistentes, la distancia máxima entre estructuras de inspección puede incrementarse en función del tipo de mantenimiento, la cual es del orden de 300 m. 4.4.8Cambio de dirección en los colectores Los cambios de dirección deben hacerse mediante cámaras o pozos de inspección o estructuras especiales construidas en el sitio. En colectores matrices o emisarios finales pueden hacerse curvas de gran radio con el mismo colector, haciendo uso de la deflexión admitida de las uniones o mediante codos prefabricados. El diámetro mínimo y el radio de curvatura mínimo deben ser definidos con base en los requerimientos de inspección y mantenimiento. 4.5 ESTRUCTURAS COMPLEMENTARIAS Este capítulo está relacionado con la definición de las diferentes estructuras que complementan un sistema de recolección y evacuación de aguas residuales y/o pluviales. Se presentan las consideraciones para su proyección, parámetros de diseño, métodos de cálculo y en algunos casos los estudios previos necesarios para su proyección. Los sistemas de recolección y evacuación de aguas residuales, pluviales y combinadas están conformados por dos componentes principales: (1) la red de colectores y (2) estructuras adicionales o complementarias cuyo fin es asegurar que el sistema opere satisfactoriamente y pueda ser inspeccionado y mantenido correctamente. Dentro de las estructuras complementarias están las estructuras de conexión y pozos de inspección, cámaras de caída, sumideros, aliviaderos, codos, curvas y reducciones, sifones invertidos, transiciones, canales y otras estructuras especiales. 4.5.1Estructuras de Conexión de Colectores y Pozos de Inspección La unión o conexión de dos o más tramos de colectores debe hacerse con 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. El término pozo de inspección usualmente hace referencia al conjunto estructura de conexión-pozo de inspección. La distancia máxima entre pozos debe estar de acuerdo con lo indicado en la Norma "NS-029 Pozos de inspección".

Documento controlado, su reproducción está sujeta a previo permiso por escrito de la EAB-ESP

06/12/2017 Pág 30

4.5.2Cámaras de Caída Las cámaras de caída son estructuras de conexión frecuentes en terrenos con pendiente pronunciada, con el objeto de evitar velocidades mayores de las máximas permisibles. El diseño de cámaras de caída deberá realizarse de acuerdo a los lineamientos establecidos en la norma “NS-029 Pozos de Inspección". 4.5.3Sumideros El diseño de sumideros deberá realizarse de acuerdo a los lineamientos establecidos en la norma "NS-047 Sumideros". 4.5.4Transiciones Deben diseñarse estructuras de unión y de transición cuando un conducto descarga a otro de diferente sección y en los casos que se justifiquen dichas estructuras. En el diseño de las transiciones deben tenerse en cuenta las pérdidas de carga en uniones y cambios de sección. Los cambios de forma geométrica en las uniones de los colectores o canales con otras estructuras, tales como pozos, sifones, puentes, etc., se hacen adoptando una de las formas geométricas usuales, teniendo en cuenta las pérdidas que deben ser calculadas y justificadas por el diseñador. Los métodos de cálculo se basan en consideraciones de energía, estimando las pérdidas de entrada y salida de la transición. 4.5.5Canales Los canales que se utilizan para conducir las aguas de escorrentía provenientes de las aguas lluvias deben ser canales abiertos. Los canales no son permitidos para la recolección y evacuación de aguas residuales. En los casos en que sea necesario proyectar un canal cuya sección sea cerrada, debe cumplirse la condición de flujo a superficie libre propia de los conductos cerrados, es decir, el canal debe diseñarse para que la profundidad de flujo máxima no exceda 90% de la altura del conducto. La sección del canal puede tener cualquier forma, es decir, pueden utilizarse canales prismáticos o no, dependiendo de las consideraciones específicas, siempre y cuando se justifique su utilización y se usen las ecuaciones hidráulicas adecuadas. La proyección de canales debe estar de acuerdo con los planes de ordenamiento territorial y las reglamentaciones asociadas, en lo referente a características y localización de vías y zonas verdes aledañas a los mismos. Es importante considerar la definición de ronda y/o de manejo ambiental asociada con los cauces o canales. En particular, esto está contemplado en la legislación ambiental nacional y debe ser considerado en la reglamentación de ordenamiento y desarrollo urbano de la localidad. Estas franjas permiten ejecutar trabajos y labores de mantenimiento en el canal y deben ser incorporadas al espacio público como calzadas o zonas verdes. La selección de la sección transversal del canal debe tener en cuenta las dimensiones e importancia de las vías y las características de las zonas verdes, por cuanto éstas constituyen restricciones para su dimensionamiento. En zonas con baja pendiente del terreno se podrán proyectar canales superficiales cubiertos para llevar la escorrentía disminuyendo la profundidad de la conducción. Estos canales se proyectarán por los andenes y tendrán conexiones desde las vías por medio de tuberías de 150 mm cada 25 m y que descargarán por encima de la lámina de agua calculada dentro del canal. La cubierta de los canales

Documento controlado, su reproducción está sujeta a previo permiso por escrito de la EAB-ESP

06/12/2017 Pág 31

superficiales cubiertos se diseñará para soportar el peso de un vehículo y tendrá depresiones donde así se exija. Para canales revestidos, la velocidad máxima del agua no debe ser mayor a la máxima permitida en esta norma, si la pendiente es elevada, deben escalonarse los canales, de tal forma que la energía disminuya a un valor razonable y si es necesario se dotarán de tanque amortiguador en la llegada, diseñado con el criterio de disipación de energía. Para el diseño de canales prismáticos, los caudales deben determinarse utilizando modelos lluvia-escorrentía, mientras que en el diseño hidráulico deben utilizarse las ecuaciones de flujo uniforme, adicionalmente una vez finalizado el diseño, este debe ser comprobado utilizando modelos de flujo no permanente con el fin de verificar todas las condiciones hidráulicas bajo diferentes escenarios hidrológicos y utilizando las condiciones de frontera que correspondan, especialmente en entregas a otros cuerpos de agua. 4.5.6Sifones invertidos La utilización de sifones invertidos solo está permitida en las redes de alcantarillado sanitario. Deben proyectarse sifones invertidos en los casos en que sea necesario salvar accidentes topográficos o de otra índole, tales como obstáculos, conducciones o viaductos subterráneos, cursos de agua a través de valles, entre otros, que impidan la instalación de colectores en condiciones normales. Los sifones invertidos están conformados por dos o más tuberías, dependiendo del caudal de diseño que se requiera conducir. Estas tuberías deben permitir facilidad de limpieza. La velocidad mínima de flujo debe ser 1 m/s y el diámetro mínimo debe ser 200 mm. Las entradas a los conductos auxiliares deben ser reguladas por vertederos, de tal forma que las tuberías puedan entrar en servicio progresivamente. El cálculo de diámetros de la tubería se hace de igual forma que para conductos presurizados. El diámetro depende de la línea de energía y del caudal máximo de aguas residuales. La pérdida de energía es igual a la suma de las pérdidas por fricción y pérdidas menores. En algunos casos deben proyectarse desarenadores inmediatamente aguas arriba del sifón invertido para evitar la entrada de sedimentos y sólidos gruesos al sistema. Así mismo se deberá considerar la instalación de cribas en la entrada del sifón para evitar el ingreso de basuras. Comúnmente, las tuberías pequeñas de los sifones invertidos suelen taponarse con palos que quedan retenidos en los codos. Para evitar este problema se deben colocar rejillas delante de las entradas de dichas tuberías, ubicadas de tal forma que el material recogido pueda eliminarse o ser arrastrado a lo largo de las tuberías de mayor diámetro, en periodos de mayor caudal. La rejilla de fácil limpieza, debe colocarse en los conductos con diámetro menor o igual a 800 mm. En cada extremo del sifón invertido deben ubicarse pozos de registro o cámaras de limpieza que sirvan de acceso para quitar las obstrucciones y de entrada en el caso de alcantarillas grandes. Los procedimientos específicos a realizar para la limpieza deberán ser precisados como parte del diseño del sifón. De ninguna forma se permiten cambios de diámetro en la longitud del sifón. 4.5.7Aliviaderos Los alivios son estructuras que permiten regular y amortiguar los caudales de los sistemas combinados o separados con conexiones erradas que no pueden manejar los sistemas de

Documento controlado, su reproducción está sujeta a previo permiso por escrito de la EAB-ESP

06/12/2017 Pág 32

alcantarillado sanitario de manera temporal antes de regresarlos al alcantarillado sanitario y a través de este a las plantas de tratamiento. No se podrán construir nuevos alivios en las redes de alcantarillado. La solución debe ser la implementación de tanques de almacenamiento temporal que reciban los aportes en exceso de la capacidad de los conductos de aguas residuales y los almacenen temporalmente en espera de condiciones adecuadas para su retorno al conducto de aguas residuales. El retorno puede requerir de estaciones de bombeo cuyo tamaño debe ser tal que después de 12 horas, el 75% del volumen del tanque está disponible. Se permitirá, para las obras de rehabilitación, el vertimiento al sistema de alcantarillado pluvial, incluyendo los canales abiertos, de caudales diluidos en una proporción superior a cinco veces el caudal medio de aguas residuales. En los casos que sea necesario, se deberá recurrir a tanques de retención temporal. En los casos en que dentro de obras de rehabilitación se permitan vertimientos al alcantarillado pluvial, estos deben seguir los siguientes lineamientos. Los aliviaderos pueden ser laterales, transversales o de tipo vórtice, y deben permitir que el caudal de aguas residuales de tiempo seco continúe por el colector hasta la planta de tratamiento o lugar de disposición final, pero durante determinados eventos de precipitación y escorrentía asociada deben derivar o aliviar lo que les corresponda de aquella porción en exceso a la capacidad de la red aguas abajo o la capacidad de la planta de tratamiento. El caudal derivado por el aliviadero es una fracción del caudal compuesto de aguas residuales y pluviales, donde los residuos sanitarios y pluviales se mezclan, de tal forma que se diluye la concentración media de las aguas residuales. En consecuencia, el caudal de alivio lleva una carga residual diluida que puede afectar el cuerpo de agua receptor. Esto depende, entre otros factores, del grado de dilución, de las características hidrológicas de la localidad, del comportamiento hidráulico de los aliviaderos y de las características hidráulicas, hidrológicas, de calidad de agua y de autodepuración del curso o cuerpo de agua receptor y de los volúmenes esperados de alivio, al igual que de la capacidad de almacenamiento de los tanques posteriores al alivio para el primer lavado de época seca, en caso de que éstos existan. Esto indica claramente que las consideraciones ambientales intervienen en su proyección y que constituyen elementos importantes para su operación. La localización de las estructuras de alivio debe estar en función de la configuración del terreno y de la posibilidad de derivar los caudales al cuerpo de agua receptor sin causar problemas de inundaciones de áreas aledañas. Estas estructuras usualmente están contenidas en pozos de inspección convencionales, aunque si esto no es posible deben concebirse estructuras especiales, cuyo diseño debe estar plenamente justificado. El aliviadero puede ser sencillo o doble, según la longitud de vertedero requerida. Desde el punto de vista hidráulico, los parámetros de diseño de estructuras de alivio corresponden, en el caso de un vertedero lateral, a la profundidad antes de la estructura, régimen de flujo y longitud de vertedero, y si tiene pantalla para incrementar su capacidad, la altura de éste. En los aliviaderos transversales interesan la profundidad del flujo de aproximación, la altura del vertedero y las dimensiones del colector de salida. El flujo en un vertedero lateral corresponde a flujo espacialmente variado. Los métodos de cálculo hidráulico para estos vertederos deben basarse en el análisis de conservación de momentum o energía entre dos secciones ubicadas aguas arriba y aguas abajo del vertedero y en la relación entre el caudal de alivio y la longitud del vertedero. En cualquier caso, los diseños hidráulicos deben estar adecuadamente apoyados con los elementos teóricos correspondientes. En los aliviaderos transversales el vertedero de aguas de alivio debe colocarse de manera perpendicular a la dirección de flujo y derivar el colector con las aguas no aliviadas por aberturas de fondo. En este caso, el caudal de alivio se estima con base en las ecuaciones de vertederos libres de

Documento controlado, su reproducción está sujeta a previo permiso por escrito de la EAB-ESP

06/12/2017 Pág 33

pared delgada, y el caudal no aliviado, con las ecuaciones de orificios. 4.6 REQUISITOS GENERALES PARA LA PRESENTACIÓN DE MEMORIAS DE CÁLCULO Para conocer los requerimientos específicos para la presentación de los documentos exigidos por la Empresa, ver la norma “NS-054 Presentación de diseños de sistemas de alcantarillado". Las memorias de cálculo hidráulico deben presentarse en medios físico y magnético y deben contener como mínimo la siguiente información: 4.6.1Información General ·

· · · · · ·

Suposiciones básicas usadas en el diseño y que pueden afectar el uso futuro de la construcción, como cargas supuestas en el análisis, tipo de uso supuesto en el diseño, presiones máximas y mínimas de utilización, precauciones especiales que deben tenerse en cuenta en la construcción o instalación de elementos. Verificación del cumplimiento de los requisitos mínimos establecidos en las normas técnicas. Referencia a normas técnicas nacionales o internacionales para los materiales, equipos y procedimientos específicos. Especificaciones detalladas en instrucciones de instalación de maquinaria y equipo en los casos en los que aplique. Referencia de códigos nacionales. En el caso que se utilice procesamiento automático de información, debe entregarse una descripción detallada de los principios en los que se basa el procesamiento automático de información, así como una descripción de los datos de entrada y salida del proceso. Presupuesto detallado, soportado por un análisis de precios unitarios con la fecha precisa de su elaboración.

4.6.2Información Detallada · · · · ·

·

Esquema de cálculo de cada tramo Determinación de áreas de drenaje Determinación de Población servida Cálculo del Caudal de Diseño Cálculo del Diseño Hidráulico: o Para la tubería: Debe contener el diámetro interno real producto del diseño; Coeficiente de rugosidad y rigidez específica del anillo de la tubería en PS (ver Norma "NS-035 Requerimientos para cimentación de tuberías en redes de acueducto y alcantarillado"); que se tuvieron en cuenta durante el proceso del diseño. Esta información debe ser genérica y no debe hacer relación a ningún material o marca de tubería en particular. o PARA LAS ESTRUCTURAS DE CONEXIÓN: Se deben presentar los cálculos realizados para el diseño hidráulico, en los cuales se deben indicar las pérdidas de cabeza y variación en la lámina de agua debido a la estructura, y se debe justificar las modificaciones constructivas derivadas de éstas. Cálculo de Cimentación de tuberías.

Adicionalmente se debe presentar memoria de cálculo estructural para las siguientes estructuras: · · · ·

Cámaras especiales de caída Sumideros especiales Cabezales de entrega Estructuras especiales

Documento controlado, su reproducción está sujeta a previo permiso por escrito de la EAB-ESP

06/12/2017 Pág 34

ANEXOS ANEXO A. MAPA DE INFILTRACIÓN DE BOGOTÁ

NS-085 AA.pdf

ANEXO A

Documento controlado, su reproducción está sujeta a previo permiso por escrito de la EAB-ESP

06/12/2017 Pág 35