Diseño básico alcantarillados

8/17/2019 Diseño básico alcantarillados

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Juan Carlos Corredor Valenzuela – Universidad Nacional deColombia

[email protected]

Descripción breveEl presente informe muestra el dise!o de un sistema de alcantarillado convencional

"aciendo #nfasis en los criterios necesarios para su óptima elaboración $ susrespectivos an%lisis.

&N'()*E DE D&+E,( )EDDE -C-N/-)&-D(+

0-)C&- &


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1

/abla de contenido1. -C-NCE............................................................................................2

2. (C-&3-C&4N.....................................................................................2

5. /(0(6)-'7-.......................................................................................28. C)&/E)&(+ DE D&+E,(.............................................................................5

9. C:CU( DE 0(;-C&4N 'U/U)-..............................................................8


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2

1. -C-NCE

En el presente documento se pretende realizar el c%lculo de un sistema de alcantarilladosanitario mostrando los respectivos datos relevantes los criterios inAenieriles Bue seconsideraron $ por su puesto la "oja de c%lculo en Bue se realizaron los detalles para elóptimo desarrollo del ejercicio a evaluar. /omando como referencia los datos entreAadospor el profesor $ usando como Aua el modelo presentado en el teto Aua.

2. (C-&3-C&4N

Debido a Bue el presente es un ejercicio netamente acad#mico no se tiene unadescripción adecuada del terreno de estudio por lo tanto no se tienen referencias de lapoblación costumbres industria comercio clima entre otros factores Bue puedenlleAar a modificar los c%lculos realizados a continuación o alAn par%metro recomendadopor la norma. 0or su puesto inclu$e la localización $ todo lo referente a esta.

5. /(0(6)-'7-

Como $a se mencionó previamente la información de entrada $ los par%metros defrontera Bue encierran el pro$ecto son mu$ limitados sin embarAo contamos con alAunainformación suministrada por el libro en la Bue vemos parte de la topoArafa del terreno$ la ubicación de las cotas de nivel como se muestra en la siAuiente imaAen.-dicionalmente vemos Bue el terreno tiende a ser poco empinado por lo Bue es f%cil

determinar Bue el flujo no va a contra pendiente en ninAn tramo de la red Fa no serBue "a$a problemas con las profundidades de los pozos de inspección o alAn problemasimilarG.


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5

8. C)&/E)&(+ DE D&+E,(

Para el diseño del sistema de alcantarillados, se usaran los siguientes criterios deacuerdo a la Norma RAS 2000, título D:

• El 0eriodo de dise!o ser% de 19 a!os debido al tama!o de la red con lo cualpodemos afirmar el nivel de complejidad es ;-J(

• Debido a Bue el ejercicio no plantea cambios de material en ninAn tramo de lared solo se usara tubera 0VC cu$o n de manninA es de H.HH este valor esadecuado para el nivel de complejidad sin recurrir a sobre dimensionar eldise!o.

• +iAuiendo los par%metros del libro de Elementos de dise!o de acueductos $

-lcantarillados de )icardo -lfredo ópez Cualla usaremos los porcentajes de%reas de contribución as como los porcentajes de %reas de contribución de cadasector Fcomercial industrial vivienda e institucionalG a no ser Bue la normaindiBue lo contrario.

• a contribución de caudal por el sector comercial e institucional es de H.9 IsI"a$ del industrial es de H.< IsI"a.


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8

9. C:CU( DE 0(;-C&4N 'U/U)-

Para el cálculo de la población utura, se recurrió a inormación suministrada por el

proesor, en la cual rele!a la población de ciertos años "censos reali#ados por el

DAN$%, como lo muestra la siguiente tabla

Año Pob. (Hab)

1985 4750

1993 5500

2005 6738

-dicionalmente sabemos Bue el %rea para el 2H19 es de 15.9 "ect%reas se recurre a la

"ipótesis de Bue la densidad ser% constante $ la dotación es de 2HH I"ada.

Con estos datos se procede a realizar el adecuado an%lisis de datos para "acer lapro$ección de la población "asta el a!o 2H5H Frecordando Bue el periodo de dise!o es de19 a!osG mediante el uso de tres m#todos Faritm#tico Aeom#trico $ eponencialGmediante el uso de las siAuientes formulasK

*#todo -ritm#ticoK

*#todo 6eom#tricoK

*#todo EponencialK

La realizado en correspondiente an%lisis obtenemos la siAuiente tabla de resultadosK

Año Proyección Pob. Cabecera (Hab

Méo!o Ari"éico Méo!o #eo"érico Méo!o $%&onencia'

2005 6738 6738 6738

2006 6841 6853 6877

2007 6944 6970 6999

2008 7048 7089 7124

2009 7151 7210 7250


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9

2010 7254 7333 7379

2011 7357 7458 7511

2012 7460 7585 7644

2013 7563 7715 7780

2014 7667 7846 7918

2015 7770 7980 80592016 7873 8116 8202

2017 7976 8255 8348

2018 8079 8396 8497

2019 8182 8539 8648

2020 8286 8684 8801

2021 8389 8833 8958

2022 8492 8983 9117

2023 8595 9137 9279

2024 8698 9292 9444

2025 8801 9451 96122026 8905 9612 9783

2027 9008 9776 9957

2028 9111 9943 10134

2029 9214 10113 10314

2030 9317 10285 10497

Como podemos ver los datos en amarillo representan las poblaciones futuras as Bue sedecide tomar el dato medio de tal forma Bue optamos por una posición conservadorafrente al crecimiento de la población. De tal modo Bue la población con la Bue

realizaremos los posteriores c%lculos para el dise!o ser% de 1H2?9 "abitantes.


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<

De A

1 2

2 4

4 7

7 8

1 3

2 3

3 5

4 5

5 8

8 9

3 6

5 6

6 99 10

6 10

10 E

El orden en Bue se colocaron en la tabla est% definido por los supuestos de laconducción del aAua esto por supuesto Buedo a criterio del dise!ador adicionalmentese reconocen alAunas celdas en rojo $ otras en azul siendo estas ltimas las Minicialesen el momento de referenciar el caudal transportado o en el c%lculo de cotas como semuestra posteriormente.


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=

En donde cada nmero en verde representa el %rea en "ect%reas del tramo con el Buelimita. De tal forma Bue el %rea aferente del tramo 8= es de 2.9 "ect%reas. 0or lotanto su %rea de drenaje esK

A total= Aaferente+∑ Aaguasarriba=0.25+(0.25tramo 2−4+0.167tramo1−2 )=0.667ha

-dicional a esto se realiza la suposición de Bue el %rea para este tramo se distribu$e enun ?9O para vivienda $ un 19O para el sector Comercial. 0or lo tanto podemos conocerla población servida para este tramo es de 291 "abitantes Bue corresponde al productodel %rea total de drenaje por la densidad Bue es 5== "abitantesI"ect%rea Fdato dado porel ejercicio Bue corresponde a la división de la población futura por el %rea futuraG.


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?

Est% claro Bue se simplifico la ecuación debido a Bue los aportes de los sectores deindustria e institucional es cero.

0osteriormente se determina el caudal medio diario de la siAuiente maneraK

Q4−7=q4−7∗ A4−7+∑Qaguasarriba=0.668∗0.25+0.279=0.446 L/ s

0ara el factor de ma$oración se usaron cuatro m#todos diferentes FseAn la normaG concual obtenemos los siAuientes resultadosK

FHarmon

F Babbil F Flores F LosAngeles

FTchobanog

lous

4,11 6,59 4,02 3,80 3,92

De tal forma se decide tomar un valor promedio de los m#todos >armon 'lores os-nAeles $ /c"obanoAlous $ se descartó ;abbil por considerase un valor atpico. 0or lo

tanto el factor de ma$oración Bue se usar% en los posteriores c%lculos es de 5.<F'P5.


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0ara el dise!o primero se determina la lonAitud del tramo Bue son 1HH metrosposteriormente se calcula la pendiente del mismo tomando como referencia lasiAuiente tabla de datosK

TABLA 1

Pz Altura

1 42,55

2 42,20

3 42,10

4 41,75

5 41,74

6 41,72

7 41,60

8 41,58

9 41,68

10 41,81

E 40,55

De tal modo Bue al analizar la altimetra de los pozos 8 $ = es f%cil encontrar Bue lapendiente F+G de este tramo es de H.55 mIm.

-"ora vamos a determinar el di%metro teóricoK

D=(nQ

3 /8

S1 /2 )3/8

=

(0.009∗(

3.30

1000)3 /8

(0.33/100)1 /2

)

3/8

=0.091m=3.6∈¿

+eAn las recomendaciones de la norma en Aeneral no se debe usar di%metros inferioresa ? in por lo tanto tomaremos un di%metro nominal de ? pulAadas. L usando un tubo de0VC podemos tomar como di%metro interno de 1?H.? mm como lo muestra la siAuientetabla correspondiente a un tubo con la referencia +D) 2< F11.2 QAIcm2G


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1H

-"ora se determinara el caudal con el tubo lleno con lo Bue tendremosK

Q0=312( D8 /3S

1/2

n )=3∗12( 0.18088

3 (0.33100 )1

2

0.009 )∗1000=20.81 L /s

0or continuidad podemos determinar la velocidad con el tubo lleno as BueK

0=

Q0

A =

20.81

1000∗4

! ∗0.1808=0.81m/s

-"ora podemos determinar la relación entre el caudal de dise!o $ el de tubo llenoK

Q

Q0

= 3.30

20.81=0.16

Con dic"a relación $ al buscar en las tablas de la biblioArafa Frevisar el EcelG podemosdeterminar las dem%s relaciones "idr%ulicas como muestra la siAuiente tablaK

Q/Qo /o !/D R/Ro H/D

0,16 0,613 0,308 0,704 0,221

-s Bue es f%cil calcular la velocidad real del aAua as como la cabeza de velocidad de lamismaK


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11

=

0∗

0=0.613∗0.81=0.50

m

s"

2

2 g=

0.52

2∗9.81=0.013

Del mismo modo calculamos el radio "idr%ulicoK

Rh= R R0

∗ R04

=0.704∗0.1808/4=0.032m

- continuación se determina el esfuerzo cortante medio aplicando la siAuiente formulaK

# =$RS=9810∗0.032∗(0.33100 )=1.03( %

m2)

a altura de la l%mina de aAua $ la enerAa especfica se determinan de la siAuientemaneraK

d= d D∗ D=0.308∗0.1808=0.056m"&=d+

2

2 g=0.056+0.013=0.068m

0ara la profundidad "idr%ulica de la sección empleamos la ltima relación. -dicional aesto determinaremos el nmero de 'roude FN'GK

' = '

D∗ D=0.221∗0.1808=0.04m "% F =

√ g' =

0.013

√ 0.04∗9.81=0.79

De tal modo Bue podemos determinar Bue tenemos un flujo subcrtico.

+e procede a calcular la perdida de enerAa por transición de la siAuiente maneraK

(' =) | 22

2g −

1

2

2g |=0.1∗|0.13−0.12|=0.00002El coeficiente es H.1 porBue la velocidad va en aumento.

Debido a Bue la p#rdida es mu$ peBue!a no la tendremos en cuenta en c%lculosposteriores por lo Bue se tomara como cero.

a relación de curvatura la obtendremos dividiendo el H.


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12

=. )E+U/-D(+

+iAuiendo los pasos anteriores aplicados en cada tramo obtendremos los siAuientesresultadosK

• 0ro$ecciones de la población Fpoblación futuraGK

Año Poblaci"n#Hab$

2014 6738

2015 6853

2016 6970

2017 7089

2018 7210

2019 7333

2020 7458

2021 7585

2022 7715

2023 7846

2024 7980

2025 8116

2026 8255

2027 8396

2028 8539

2029 8684

2030 8833

2031 8983

2032 91372033 9292

2034 9451

2035 9612

2036 9776

2037 9943

2038 10113


14/27

15

2039 10285

2040 10461


15/27

=.1 -N:&+&+ DE :)E- DE D)EN-JE•

•

•

•


16/27

•

•

• =.2 C-CU( DE C-UD- DE D&+E,(•

•

•

•


17/27

•

•

•

•

•

• =.5 D&+E,( >&D):U&C(•

•


18/27

•

•

•

•

•

•

•

•


19/27

•

•

•

•

•


20/27

•

•

• =.8 DE/E)*&N-C&4N DE C(/-+•

•

•

•

•


21/27

•

•


22/27

• =.9 0E)'&E+ DE /)-*(+•

• 'inalmente se realizar%n los perfiles de alAunos tramos la forma en Bue seaAruparon se realiza con la intención de Aenerar la menor cantidad de perfiles

$a Bue esto facilita el an%lisis de estos resultados. -s Bue a continuación semostraran las tablas con su respectivo perfilK

•

TRAMO A

D

A

Pozo

Rasante

Abscisa

%la&e

Batea

•

1

•

2 • 1

• 42.55 • 0.00

• 41.

75

• 41.

57•

2

•

4 • 2

• 42.20 • 100.00

• 41.

00

• 40.

82

•

4

•

7 • 4

• 41.75 • 200.00

• 40.

54

• 40.

35

•

7

•

8 • 7

• 41.60 • 300.00

• 40.

19

• 40.

01

•

8

•

9 • 8

• 41.58 • 316.23

• 39.

81

• 39.

63

•

9

•

1 • 9

• 41.68 • 360.56

• 39.

69

• 39.

46•

1 •

E

• 1

0• 41.81 • 424.26

• 38.

54

• 38.

31

•

•

• E

• 40.55 • 500.00

• 38.

40

• 38.

17

•


23/27

H.HH 1HH.HH 2HH.HH 5HH.HH 8HH.HH 9HH.HH


24/27

•

9H.HH 1HH.HH 19H.HH 2HH.HH 29H.HH 5HH.HH 59H.HH 8HH.HH5?.HH

5?.9H

5.HH

5.9H

8H.HH

8H.9H81.HH

81.9H

82.HH

82.9H

/)-*( ;

)asante Clave ;atea

-bscisa FmG

altura FmG

•

•

•

TRAMO %

D

A

Poz

o

Rasante

Abscisa

%la&e

Batea

•

4

•

5 • 4

• 41.75 • 200.00

• 40.

54

• 40.3

5

•

5

•

8 • 5

• 41.74 • 223.61

• 40.

48

• 40.3

0

•

•

• 8

• 41.58 • 316.23

• 39.

81

• 39.6

3

•

•


25/27

•

1?H.HH 2HH.HH 22H.HH 28H.HH 2


26/27

•

H.HH 9H.HH 1HH.HH 19H.HH 2HH.HH 29H.HH 5HH.HH59H.HH 8HH.HH 89H.HH5


27/27

• Norma )-+ 2HHH captulo D

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