Diseños Hidraulicos y Sanitarios

PLAN DE LOTEO SAN JERNIMO III Diseos Hidrulicos & Sanitarios

Noviembre 2012

DISEOS HIDRULICOS & SANITARIOS

SAN JERONIMO III Plan de Loteo

1

Diseo:

ING. FABIAN ANDRS RODRGUEZ RAMREZ

MP. 15236103593 BYC



2

Contenido

1. MARCO LEGAL.......................................................................................................... 7

2. DESCRIPCIN DEL PROYECTO ................................................................................. 8

3. PARMETROS DE DISEO ......................................................................................... 9

3.1 Periodo de diseo ............................................................................................. 9

3.2 Metas de cobertura Nivel de Complejidad ................................................. 9

3.3 Datos Aplicados .............................................................................................. 10

3.4 Caudal de diseo ........................................................................................... 14

4. DESCRIPCIN GENERAL DEL COMPONENTE DE SANEAMIENTO BSICO DEL PROYECTO ...................................................................................................................... 18

5. SISTEMA DE ACUEDUCTO ....................................................................................... 19

5.1 Alcance............................................................................................................ 19

5.2 Diseo hidrulico redes de distribucin ........................................................ 19

5.2.1 Presentacin del software de modelacin .......................................... 19

5.2.2 Etapas de la Modelacin Hidrulica ...................................................... 20

5.2.3 Resultados de la topologa ..................................................................... 22

5.2.4 Proceso de modelacin, corrida, ajuste y calibracin del modelo .... 22

5.2.5 Descripcin de ecuaciones usadas por el modelador ........................ 26

5.2.6 Resultados Modelacin Hidrulica ......................................................... 28

5.3 Generalidades sistema de acueducto ......................................................... 35

5.3.1 Dimetros .................................................................................................. 35

5.3.2 Mallado Hidrulico ................................................................................... 35

5.3.3 Sectorizacin hidrulica .......................................................................... 36

5.3.4 Material seleccionado ............................................................................. 36

5.3.5 Instrumentacin de redes Instalacin de vlvulas de ventosa. ........ 36



3

5.3.6 Instrumentacin de redes Instalacin de vlvulas de Purga. ........... 36

5.3.7 Instrumentacin de redes Vlvulas de corte. ..................................... 37

5.3.8 Instrumentacin de redes Hidrantes. ................................................... 37

5.3.9 Instrumentacin de redes - Instalacin Del Sistema de Micromedicin. ...................................................................................................... 37

6. SISTEMA DE ALCANTARILLADO SANITARIO ........................................................... 39

6.1 Parmetros de diseo para sistemas de alcantarillado sanitario ............... 39

6.1.1 Contribuciones de aguas residuales ...................................................... 39

6.1.2 Caudal medio diario de aguas residuales (QMD). ................................. 42

6.1.3 Conexiones erradas (QCE) ....................................................................... 42

6.1.4 Infiltracin (QINF) ........................................................................................ 43

6.1.5 Caudal mximo horario (QMH) .............................................................. 43

6.1.6 Caudal de diseo .................................................................................... 44

6.1.7 Dimetro interno real mnimo.................................................................. 54

6.1.8 Velocidad mnima .................................................................................... 54

6.1.9 Velocidad mxima .................................................................................. 54

6.1.10 Pendiente mnima .................................................................................... 54

6.1.11 Pendiente mxima ................................................................................... 54

6.1.12 Profundidad hidrulica mxima ............................................................. 54

6.1.13 Profundidad mnima a la cota clave ..................................................... 55

6.1.14 Profundidad mxima a la cota clave .................................................... 55

6.1.15 Material a emplear .................................................................................. 55

6.2 Proceso de modelacin hidrulica de redes de alcantarillado ................ 56

6.2.1 Creacin del modelo .............................................................................. 56

6.2.2 Estructura general para la elaboracin de modelos ........................... 58

6.2.3 Generalidades y caractersticas del software de modelacin ........... 59

6.2.4 Determinacin de las reas de drenaje del sistema, determinadas para cada colector ............................................................................................... 60

6.2.5 Asignacin de caudales ......................................................................... 62



4

6.2.6 Corrida del modelo .................................................................................. 63

6.3 Memoria de clculo sistema de alcantarillado sanitario ............................ 64

6.3.1 Caudal de diseo .................................................................................... 64

6.3.2 Materiales ................................................................................................. 64

7. PLANOS DE DISEO ................................................................................................ 72



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Lista de Cuadros

Cuadro No. 1. Periodo de diseo .................................................................................. 9 Cuadro No. 2. Asignacin de Nivel de Complejidad ................................................ 10 Cuadro No. 3. Dotacin neta segn nivel de complejidad ...................................... 14 Cuadro No. 4. Criterios de diseo RAS 2000 ................................................................ 15 Cuadro No. 5. Distribucin De Dimetros Sistema De Acueducto Parte Baja........ 35 Cuadro No. 6. Distribucin De Dimetros Sistema De Acueducto Parte Alta ........ 35 Cuadro No. 7. Tabla D.3. Coeficiente de retorno de aguas servidas domsticas .. 41 Cuadro No. 8. Tabla D.3.2. Contribucin industrial .................................................... 41 Cuadro No. 9. Tabla D.3.3. Contribucin comercial .................................................. 42 Cuadro No. 10. Tabla D.3.4. Contribucin institucional mnima en zonas residenciales .................................................................................................................. 42 Cuadro No. 11. Tabla D.3.5. Aportes mximos por conexiones erradas con sistema pluvial ............................................................................................................................. 43 Cuadro No. 12. Tabla D.3.7. Aportes por infiltracin en redes de sistemas de recoleccin y evacuacin de aguas residuales ........................................................ 43 Cuadro No. 13.Tabla D.3.11. Profundidad mnima de colectores ............................ 55 Cuadro No. 14. Memoria de clculo tramos de colectores Parte Alta .................. 67 Cuadro No. 15. Memoria de clculo tramos de colectores Parte Alta ................. 68 Cuadro No. 16. Memoria de clculo hidrulico Pozos de Inspeccin Parte Alta 69 Cuadro No. 17. Memoria de Clculo Hidrulico descargas Finales Parte Alta .... 70 Cuadro No. 18. Memoria de clculo tramos de colectores Parte Baja ................. 71 Cuadro No. 19. Memoria de clculo tramos de colectores Parte Baja ............ Error! Marcador no definido. Cuadro No. 20. Memoria de clculo hidrulico Pozos de Inspeccin Parte Baja ............................................................................................ Error! Marcador no definido. Cuadro No. 21. Memoria de clculo hidrulico Pozos de Inspeccin Parte Baja ............................................................................................ Error! Marcador no definido. Cuadro No. 22. Memoria de Clculo Hidrulico descargas Finales Parte Baja ............................................................................................ Error! Marcador no definido.



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Lista de Figuras

Figura No. 1. Localizacin Plan de Loteo San Jernimo .............................................. 8 Figura No. 2. Elementos del Modelo ............................................................................ 21 Figura No. 3. Diagrama de Simulacin Esttica ......................................................... 22 Figura No. 4. Diagrama de la Simulacin Extendida.................................................. 23 Figura No. 5. Simulacin Extendida.............................................................................. 23 Figura No. 6. Vlvulas utilizadas para Control Hidrulico........................................... 24 Figura No. 7. Estructura Modelo Hidrulico de la Red de Distribucin San Jernimo III Parte Alta ................................................................................................................. 25 Figura No. 8. Estructura Modelo Hidrulico de la Red de Distribucin San Jernimo III Parte Baja ................................................................................................................. 26 Figura No. 9. Estructura tpica modelos hidrulicos de alcantarillado ..................... 60 Figura No. 10. Delimitacin reas tributarias a cada colector ................................. 61 Figura No. 11. Asignacin reas de drenaje a colectores ........................................ 61 Figura No. 12. Planta general sistema de alcantarillado sanitario San Jernimo - Parte Baja ....................................................................................................................... 65 Figura No. 13. Planta general sistema de alcantarillado sanitario San Jernimo - Parte Baja ....................................................................................................................... 66



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1. MARCO LEGAL

El desarrollo del proyecto se enmarca dentro del sector de Saneamiento Bsico y Agua Potable y Servicios Pblicos Domiciliarios del pas, los cuales estn reglamentados debidamente.

Ley 99 del 22 de Diciembre de 1993. Por la cual se crea el Ministerio del Medio Ambiente, se reordena el sector pblico encargado de la gestin y conservacin del medio ambiente y los recursos naturales renovables, se organiza el Sistema Nacional Ambiental, SINA y se dictan otras disposiciones.

Ley 142 del 11 de Julio de 1994. Por la cual se establece el rgimen de los servicios pblicos domiciliarios y se dictan otras disposiciones.

Ley 373 del 6 de Junio de 1997. Por la cual se establece el programa para el uso eficiente y ahorro del agua.

Decreto 302 del 25 de Febrero de 2000. Por el cual se reglamenta la Ley 142 de 1994, en materia de prestacin de los servicios pblicos domiciliarios de acueducto y alcantarillado.

Resolucin 1096 del 17 de Noviembre de 2000. Por la cual se adopta el Reglamento Tcnico para el sector de Agua Potable y Saneamiento Bsico RAS.

Resolucin 424 de 2001. Por la cual se modifica la Resolucin 1096 del 17 de Noviembre de 2000.

Resolucin 0668 de 19 de Junio de 2003. Por la cual se modifica los artculos 86, 123, 126, 210 de la Resolucin 1096 del 17 de Noviembre de 2000.

RAS 2000. Ttulo B, Sistemas de Acueducto, ttulo C. Sistemas de potabilizacin, Ttulo D. Sistemas de recoleccin y evacuacin de aguas residuales domsticas y pluviales, Ttulo E. Tratamiento de aguas residuales.

Resolucin 2115 de Julio de 2007. Por medio de la cual se sealan caractersticas, instrumentos bsicos y frecuencias del sistema de control y vigilancia para la calidad del agua para consumo humano.

Decreto 1575 del 9 de Mayo de 2007. Por la cual se establece el Sistema para la Proteccin y Control de la calidad del agua para consumo humano.

Resolucin 2320 de 27 de noviembre de 2009. Por la cual se modifica parcialmente la resolucin nmero 1096 de 2000 que adopta el Reglamento



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Tcnico para el Sector de Agua Potable y Saneamiento Bsico RAS-.

2. DESCRIPCIN DEL PROYECTO El proyecto corresponde a un plan de loteo dentro del casco urbano del municipio de Yopal, ubicado entre la Via a Sirivana y la Calle 24 y entre la Calle 27 y la Calle 40; entre carreras 33 y proyeccin de la Carrera 40. El proyecto se divide en dos partes, parte alta que se encuentra entre la Va a Sirivana y la Calle 24 y parte baja entre la Calle 27 y la calle 40.

Figura No. 1. Localizacin Plan de Loteo San Jernimo

Fuente: Google Earth



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3. PARMETROS DE DISEO

3.1 Periodo de diseo El periodo de diseo define el horizonte de planificacin, desarrollo y operacin de los sistemas de saneamiento bsico, por lo tanto es fundamental en el establecimiento de las proyecciones de la poblacin a abastecer con el proyecto. Los factores que intervienen en la seleccin del periodo de diseo son:

Los factores que intervienen en la seleccin del periodo de diseo son:

Vida til de las estructuras y equipos teniendo en cuenta obsolescencia, desgaste y tiempo (aos) de operacin.

Ampliaciones futuras y planeacin de las etapas de construccin del proyecto.

Cambios en el desarrollo social y econmico de la poblacin.

Comportamiento hidrulico de las obras cuando estas no estn funcionando a su plena capacidad.

Siguiendo los criterios del RAS 2000 y la resolucin modificatoria No. 2320 de noviembre de 2009, se establece un periodo de diseo teniendo en cuenta el nivel de complejidad del municipio igual a 30 aos para todas la estructuras componentes del sistema de acueducto.

Cuadro No. 1. Periodo de diseo

Fuente: Resolucin 2320 de noviembre de 2009

3.2 Metas de cobertura Nivel de Complejidad Segn el captulo A.3 del RAS 2000 se asigna el nivel de complejidad al sistema, para el caso del plan de loteo corresponde a Alto, teniendo en cuenta que el proyecto se encuentra dentro del casco urbano del municipio de Yopal que se clasifica en el nivel de complejidad alto debido al nmero de habitantes del municipio y a su capacidad econmica.



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Cuadro No. 2. Asignacin de Nivel de Complejidad

Nivel de Complejidad

Poblacin en la zona urbana (1) habitantes

Capacidad econmica de los usuarios (2)

Bajo 60000 Alta

Notas: (1) Proyectado al periodo de diseo, incluida la poblacin flotante. (2) Incluye la capacidad econmica de poblacin flotante. Debe ser evaluada segn metodologa del DNP. Fuente: RAS 2000 Titulo A.

El nivel de complejidad fue asignado en funcin del nmero de habitantes obtenidos del clculo de poblacin de saturacin del proyecto.

Para el particular, el nivel de complejidad asignado es ALTO.

3.3 Datos Aplicados Teniendo en cuenta que el proyecto corresponde a una urbanizacin a construirse en un rea especfica el clculo de la proyeccin de poblacin se determin por medio de la densidad poblacional tpica para el municipio de Yopal.

El municipio de Yopal presenta el siguiente crecimiento poblacional,



11

Y cuenta con las siguientes reas:



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La parte alta del proyecto se cuenta con la siguiente rea

REA(Ha) SUBTOTALREAS

Partealta 11.64

La parte baja del proyecto cuenta con la siguiente rea

1047AO POBLACIN DENSIDADDEPOBLACIN(Hab/HaDensificadaUrbana)2005 88928 84.942006 93836 89.622007 97306 92.942008 100738 96.222009 104110 99.44

CALCULODEDENSIDADDEPOBLACIN

AREAURBANACABECERAMUNICIPAL(Ha)



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Manzanacc1 0.4595Manzanacc2 1.664Manzanacc3 0.1631Manzanacc4 0.1846Manzanacc5 0.2058Manzanacc6 1.0542Manzanacc7 0.2248Manzanacc8 0.2689Manzanacc9 0.2549Manzanacc10 0.2606Manzanacc11 0.2753Manzanacc12 0.2552Manzanacc13 0.2281Manzanacc14 0.2439Manzanacc15 0.1182Manzanacc16 0.2345Manzanacc17 0.0147Manzanacc18 0.1228Manzanacc19 0.125Manzanacc20 0.0928Manzanacc21 0.1321Manzanacc22 0.0112ManzanaB01 0.5599ManzanaB02 0.2275ManzanaB03 0.0908ManzanaB04 0.2036ManzanaB05 0.7674

reatotalpartebaja 7.51

DISTRIBUCINDEREASDEEXPANSINYDESARROLLOPARTEBAJA

4.2249

1.8707

REA(Ha) SUBTOTALREAS

1.286

1.0618



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Este mtodo de densificacin, tambin permite determinar la mxima poblacin a servir con el proyecto, la cual al ser un proyecto de urbanismo, con parmetros fijos de crecimiento establecidos, no depende de la tasa de crecimiento poblacional si no depende de la velocidad con la cual, sean vendidos y urbanizados cada uno de los lotes del proyecto.

3.4 Caudal de diseo Dotacin neta mxima. Es la cantidad mxima de agua requerida para satisfacer las necesidades bsicas de un habitante sin considerar las prdidas que ocurran en el sistema de acueducto.

Segn el RAS 2000 la dotacin neta mxima calculada no deber superar los valores establecidos en el cuadro No. 3 dependiendo del nivel de complejidad del sistema.

La dotacin neta mxima para el Plan de loteo corresponde a 150 L/hb-da.

Cuadro No. 3. Dotacin neta segn nivel de complejidad

Fuente: Resolucin 2023 del 27 de noviembre de 2009



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A continuacin se sealan las disposiciones establecidas por el Sector de Agua Potable y Saneamiento Bsico para el clculo del caudal de diseo, teniendo en cuenta el nivel de complejidad de la poblacin.

Cuadro No. 4. Criterios de diseo RAS 2000

Fuente: Sector de Agua potable y Saneamiento bsico. RAS 2000.

Atendiendo los criterios sealados para el nivel de complejidad Alto se tiene entonces:

Dotacin Bruta. La dotacin bruta para el diseo de cada uno de los componentes que conforman los sistema de acueducto, indistintamente del nivel de complejidad, se debe calcular conforme a la siguiente ecuacin:

)%1( pdnetaDbruta

Dnde:

Dbruta: dotacin bruta dneta: dotacin neta %p: prdidas tcnicas mximas admisibles

La dotacin bruta para la poblacin es,

)25,01(/150

dahabLDbruta

dahabLDbruta /200 Caudal medio diario. El caudal medio diario, Qmd, es el caudal medio calculado para la poblacin proyectada, teniendo en cuenta la dotacin bruta asignada.



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Corresponde al promedio de los consumos diarios en un perodo de un ao y puede calcularse mediante la siguiente ecuacin:

Parte Alta:

86400*dbrutaervidaPoblacinsQmd

sdahabLhabQmd

86400/200*1157

sLQmd /68.2 Caudal mximo diario. El caudal mximo diario, QMD, corresponde al consumo mximo registrado durante 24 horas durante un perodo de un ao. Se calcula multiplicando el caudal medio diario por el coeficiente de consumo mximo diario, k1. El caudal mximo diario se calcula mediante la siguiente ecuacin:

1* kQmdQMD 2,1*/68.2 sLQMD

sLQMD /2.3 Caudal mximo horario. (QMH), corresponde al consumo mximo registrado durante una hora en un perodo de un ao sin tener en cuenta el caudal de incendio. Se calcula como el caudal mximo diario multiplicado por el coeficiente de consumo mximo horario, k2, segn la siguiente ecuacin:

1* kQMDQMH 5,1*/2.3 sLQMH

sLQMH /8.4 Parte Baja:

86400*dbrutaervidaPoblacinsQmd

sdahabLhabQmd

86400/200*747



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sLQmd /73.1 Caudal mximo diario. El caudal mximo diario, QMD, corresponde al consumo mximo registrado durante 24 horas durante un perodo de un ao. Se calcula multiplicando el caudal medio diario por el coeficiente de consumo mximo diario, k1. El caudal mximo diario se calcula mediante la siguiente ecuacin:

1* kQmdQMD 2,1*/73.1 sLQMD

sLQMD /1.2 Caudal mximo horario. (QMH), corresponde al consumo mximo registrado durante una hora en un perodo de un ao sin tener en cuenta el caudal de incendio. Se calcula como el caudal mximo diario multiplicado por el coeficiente de consumo mximo horario, k2, segn la siguiente ecuacin:

1* kQMDQMH 4,1*/1.2 sLQMH

sLQMH /1.3



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4. DESCRIPCIN GENERAL DEL COMPONENTE DE SANEAMIENTO BSICO DEL PROYECTO

El proyecto de loteo San Jernimo III, busca brindar a la poblacin beneficiada toda la infraestructura de servicios pblicos requerida para garantizar altos niveles de calidad de vida. En este sentido, el proyecto prev la construccin y dotacin integral de todos los servicios de saneamiento bsico requeridos por la comunidad, proyectando infraestructura de alto nivel tcnico, y de altos estndares de calidad, que garantice adecuadas condiciones de saneamiento bsico y bajos impactos ambientales.

Vale la pena resaltar, que todos los diseos presentados a continuacin cumplen con los criterios y normas de diseo establecidas a nivel nacional en el Reglamento Tcnico del sector de Agua Potable y Saneamiento Bsico RAS 2000, y dems criterios tcnicos que garantizaran infraestructura de alta calidad y eficiente funcionamiento hidrulico.

Con el fin de dar una cobertura total de servicios, los diseos hidrulicos y sanitarios del proyecto contempla el diseo de los siguientes componentes:

- Redes de Acueducto: El suministro de agua potable se realizar por medio de redes de distribucin diseadas tcnicamente para cumplir con altos estndares de prestacin del servicio.

- Redes de Alcantarillado Sanitario: El uso de agua en las actividades diarias domesticas genera la produccin de agua usada, conocida como agua residual, la cual ser adecuadamente recolectada y transportada por un sistema de redes de alcantarillado hasta el punto de tratamiento.



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5. SISTEMA DE ACUEDUCTO

La red de distribucin, corresponde a una malla hidrulica dotada de instrumentacin para control, operacin y mantenimiento. La instrumentacin corresponde, vlvulas de corte y sectorizacin hidrulica, vlvulas de purga o lavado, vlvulas de ventosa e hidrantes para el control de incendios. El sistema de acueducto contempla la implementacin de micromedicin para cada uno de los lotes.

5.1 Alcance El agua es un recurso imprescindible para el desarrollo de la vida de una poblacin. Su uso no se limita al consumo humano y por el contrario se utiliza en el desarrollo de gran diversidad de actividades productivas como la agricultura, la ganadera, el turismo, la salud, la economa, entre otras. El agua en su estado natural presenta caractersticas en su composicin fsica y qumica que pueden representar riesgos para la salud humana y en general para el normal desarrollo de la vida de una comunidad.

El presente capitulo est dirigido al desarrollo de estudios y diseos de las redes de distribucin del sistema de acueducto para el proyecto de loteo San Jernimo, a construirse dentro del casco urbano del municipio de Yopal, departamento de Casanare en sus etapas de conceptualizacin, diseo, puesta en marcha, operacin y mantenimiento con el fin de garantizar aspectos tales como seguridad, durabilidad, funcionabilidad, eficiencia y sostenibilidad de cada una de las estructuras componentes del sistema propuesto.

5.2 Diseo hidrulico redes de distribucin

5.2.1 Presentacin del software de modelacin Los avances existentes en desarrollo de Software especializado en ingeniera de consulta, han posibilitado hoy en da, obtener mayor flexibilidad en la conceptualizacin bsica y el posterior desarrollo de proyectos, agilizando el estudio de alternativas y mejorando ostensiblemente la calidad de la informacin requerida en los diseos.

Para los operadores de Acueducto, una de las mayores dificultades que se presenta, es el tener que tomar decisiones que influyen en el funcionamiento de su sistema desde el punto de vista hidrulico, sin conocer exactamente la forma en que ste se ver afectado. Resoluciones sobre instalacin de vlvulas,



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construccin de nuevas redes matrices, cierre de tuberas, aislamiento de sectores, etc., suelen ser planeadas y ejecutadas sin tener un conocimiento exacto de las consecuencias que stas van a tener sobre la totalidad de la red de distribucin de agua. De esta forma se corre el riesgo de tener resultados imprevistos en el comportamiento de la red y/o cometer equivocaciones que redundan no solo en perjuicios econmicos, sino tambin en una disminucin en la calidad del servicio prestado.

Es por esto que el operador requiere el apoyo permanente de herramientas que le faciliten evaluar el estado o funcionamiento operativo del sistema de acueducto y le permita tomar decisiones operativas, constructivas y de mantenimiento en forma rpida y acertada. 1Es as, que el diseo de las redes de distribucin del proyecto se ha realizado con la ayuda de herramientas computacionales de modelacin hidrulica, para el caso especfico, El programa WaterGEMS, que permite la simulacin precisa de Bombas de Velocidad Variable (VSP), nodos con demandas dependientes de la presin (PDD), controles basados en reglas lgicas e hidrantes para la modelacin de las ms complejas estrategias operacionales.

Adicionalmente este software de modelacin permite implementar esquemas de ahorro de energa usando el mdulo de costos de energa de WaterGEMS a partir del clculo de energa por la operacin de las bombas y cualquier tipo de esquema tarifario. Con soporte para cuatro distintas plataformas ArcGIS,

Tambin WaterGEMS simula eventos de contaminacin, escenarios de flujo de incendios, roturas de tuberas, y cortes de energa; encontrando las mejores estrategias operativas que deben implementarse en el sistema real.

5.2.2 Etapas de la Modelacin Hidrulica Etapa 1. Construccin topolgica Etapa 2. Informacin de infraestructura Etapa 3. Asignacin de elevaciones Etapa 4. Estimacin de demandas Etapa 5. Simplificacin o esqueletizacin Etapa 6. Escenarios y alternativas Etapa 7. Ejecucin de simulaciones Etapa 8. Calibracin

1 CARACTERSTICAS DEL programa de modelacin WaterGEMS [en lnea]. s.p.i. [Citado el 08-10-06]. Disponible en: www.bentley.com



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Figura No. 2. Elementos del Modelo

Fuente: GIL JARAMILLO, Juan Camilo. Modelacin hidrulica de sistemas de distribucin de agua. Bogot: [s.n.], 2004. Diapositiva 36.

El armado o construccin geomtrica del modelo se realiz con base en el plano topogrfico, a partir del cual se dibujaron las tuberas que hacen parte del diseo, se pusieron nodos en los cambios de tubera, en las intersecciones o empalmes de stas y en accesorios y puntos terminales de la red. La fuente de abastecimiento se model como un reservorio de gradiente variable de caudal a la entrada del sector.

La topologa Operacional se fundamenta en la asignacin al modelo de informacin operacional de los componentes del sistema, variables que rigen el comportamiento de patrones, perfiles, tendencias y comportamientos del sistema.

Demanda: caudales tericos, caudales por consumo, caudales por nodo (Por rea), caudal de incendios, caudal grandes consumidores, caudal por perdidas, caudal mximo diario y caudal mximo horario.

Descarga: terica por afectacin al consumo, por rea de drenaje y densidad de poblacin.

Vlvulas: set Point o punto ptimo de operacin del equipo (Regulacin de presiones y caudales).

Bombas: curva caracterstica del sistema

Informacin de calidad de agua: caracterizaciones y mediciones en red y descargas.



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5.2.3 Resultados de la topologa Los resultados de la topologa del modelo son bsicamente representaciones grficas y de atributos fsicos del sistema, informacin que prepara la plataforma del modelo para la correcta asignacin de propiedades operativas, son tambin la confirmacin de elementos computacionales con que el modelo representa los resultados calibrados del sistema, presentando ubicacin, nombre por defecto de los elementos entre otras caractersticas.

5.2.4 Proceso de modelacin, corrida, ajuste y calibracin del modelo La modelacin hidrulica se realiza mediante software especializado, que proporciona la posibilidad de analizar el modelo utilizando la simulacin esttica y extendida. El software empleado WaterGEMS V8i , versin con integracin GIS para la simulacin de sistemas de acueducto de la casa Bentley.

Figura No. 3. Diagrama de Simulacin Esttica

Fuente: Bentley course, Bentley WaterGEMS V8i Edition.

Durante la construccin del modelo solo se emple la simulacin en periodo esttico para la corrida inicial del modelo y para la identificacin y solucin de errores topolgicos. Un modelo en periodo extendido reporta mayores ventajas al anlisis de un sistema de distribucin, ya que este permite identificar las variaciones que sufre el sistema a lo largo del tiempo de anlisis, dadas por variaciones en condiciones operativas del sistema como el aumento y la disminucin de la demanda de agua. As mismo permite identificar todas las variables operativas como presin y caudal en el tiempo de anlisis logrando con ello conocer detalladamente el sistema y su influencia sobre todos los usuarios asociados, permitiendo al operador la toma de decisiones ms acertadas sobre el sistema.



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Figura No. 4. Diagrama de la Simulacin Extendida

Fuente: Bentley course, Bentley Edition.

Figura No. 5. Simulacin Extendida

Fuente: Bentley course, Bentley WaterGEMS V8I Edition.

Al correr el modelo se genera gran cantidad de resultados, entre los ms importantes: caudales, presiones, gradientes hidrulicos y niveles de tanques para cada escenario, adems el software tiene una serie de herramientas de interpretacin de resultados para facilitar y hacer ms fcil la toma de decisiones.

Proceso de modelacin

Para el ensamblaje de un modelo en primer lugar se requieren planos o mapas de referencia de los cuales se obtiene la siguiente informacin:

Topologa de la red. Configuracin fsica y la conectividad de la red: dimetros, longitudes, materiales, coeficientes de friccin, prdidas menores, etc. Esta



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informacin se obtiene de los planos catastrales e informacin de campo.

Tanques. Elevacin, geometra, volumen activo, niveles de operacin, entre otros. Esta informacin se obtiene exclusivamente en campo.

Nodos. Cotas de elevacin, demandas, patrones de demanda, entre otros. Los datos se obtienen de topografa, macromediciones y proyecciones de poblacin.

Bombas. Potencia, curvas, caractersticas, horas de operacin, entre otros. A partir de catlogos tcnicos e informacin de campo.

Vlvulas de control hidrulico. Dimetros, coeficientes de prdidas menores, Set-Point, etc. Mediante catlogos tcnicos, informacin de campo, entre otros.

Figura No. 6. Vlvulas utilizadas para Control Hidrulico

Fuente: Bentley course, Bentley WaterGEMS V8I Edition.



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Figura No. 7. Estructura Modelo Hidrulico de la Red de Distribucin San Jernimo III Parte Alta

Fuente: Simulacin hidrulica de redes Acueducto San Jernimo III



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Figura No. 8. Estructura Modelo Hidrulico de la Red de Distribucin San Jernimo III Parte Baja

Fuente: Simulacin hidrulica de redes Acueducto San Jernimo III

5.2.5 Descripcin de ecuaciones usadas por el modelador El modelo generado para el proyecto, fue desarrollado utilizando las ecuaciones bsicas de la hidrulica de tuberas, y para el caso particular, se emple para el anlisis la ecuacin de Hazem Williams. A continuacin, se describen de manera general los principios y ecuaciones bsicas utilizadas por el software para el anlisis de la red de acueducto.

Las ecuaciones normalmente utilizadas para el dimensionamiento y clculo de redes de flujo a presin, se pueden resumir en tres:



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1. Ecuacin de Continuidad. 2. Ecuacin de Energa. 3. Ecuacin de prdidas por friccin y por turbulencia.

La cuarta ecuacin, que no se tiene en cuenta, es la que corresponde a la relacin entre el caudal que puede pasar por los puntos finales de consumo con la presin existente en ese punto.

Ecuaciones Bsicas de diseo

A continuacin se presentan las ecuaciones bsicas empleadas para el diseo y modelacin hidrulica de redes de acueducto.

Ecuacin de continuidad

Se basa en el principio de conservacin de masa

Ecuacin de energa

Los fluidos pueden tener energa en forma de presin, altura o velocidad. La energa total es la suma de ellas y se acostumbra a evaluarla por unidad de peso.

HGL = P/ + z (piezmetros) EGL = P/ + V2/2G + z (pitot) Perdida de energa por efecto de la friccin

La viscosidad de los fluidos genera esfuerzos cortantes cuando estos estn en movimiento. Esta friccin con los contornos slidos, se transforma en calor disminuyendo la energa total en el sentido del flujo, por esta razn se dice que hay una prdida.



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Las prdidas de energa son una combinacin de 2 factores :

- Por friccin de las paredes del conducto y las partculas de fluido, producto de la velocidad de flujo.

- Por presencia de accesorios.

Balance de energa o ecuacin de Bernoulli

De acuerdo con lo citado anteriormente, se puede hacer un balance de la energa en un fluido en movimiento, teniendo en cuenta las tres clases de energa y las prdidas.

Este balance se conoce con el nombre de Ecuacin de Energa o de Bernoulli.

Ecuacin de Hazen Williams

Otra frmula experimental para el clculo de prdidas fue desarrollada por los investigadores Allan Hazen y Gardner S. Williams en 1905, aplicable para agua a 15C, aunque se utiliza para agua a otras temperaturas si la viscosidad y densidad no tienen mucha variacin.

C= Coeficiente que solo depende de la rugosidad de la tubera.

D= Dimetro interno de la tubera en m.

Q= Caudal en m/seg.

El coeficiente de rugosidad o de friccin viene por defecto asociado a cada material desde la librera del software de modelacin. Para el caso particular el material seleccionado para diseo fue PVC, el coeficiente empleado fue 150.

5.2.6 Resultados Modelacin Hidrulica A continuacin se presenta la memoria de clculo hidrulico con los resultados de diseo de la red de distribucin, en donde es posible apreciar aspectos como presiones, velocidades de flujo, caudales, prdidas de energa, longitudes de



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tubera, entre otros.

Memoria Hidrulica Nodos Redes de acueducto Parte Alta

Memoria Hidrulica Tuberas Redes de acueducto parte alta

Memoria Hidrulica Nodos Redes de acueducto Parte Baja



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Memoria Hidrulica Tuberas Redes de acueducto parte baja



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5.3 Generalidades sistema de acueducto

5.3.1 Dimetros El clculo matemtico para el diseo de la red de distribucin se realiz con los dimetros reales internos de la tubera. El dimetro nominal solo fue usado para presentacin de informacin en planos y tablas de clculo. En cumplimiento a los requisitos establecidos en el numeral RAS B.7.4.6 - Dimetros de tuberas en red de distribucin, que establece para el nivel de complejidad bajo un dimetro mnimo de 2.5. A continuacin se presentan los dimetros y las longitudes de tubera de cada dimetro empleadas en el diseo.

Cuadro No. 5. Distribucin De Dimetros Sistema De Acueducto Parte Baja

Dimetro Nominal

()

Dimetro Interno Real

(mm)

Longitud PVC (m)

Longitud Total

3 80.42 1862,66 1862,66 4 103.42 92,98 92,98 6 152.22 1316,53 1316,53

All Diameters 2087.29 11,795

Fuente: El estudio

Cuadro No. 6. Distribucin De Dimetros Sistema De Acueducto Parte Alta

Dimetro Nominal

()

Dimetro Interno Real

(mm)

Longitud PVC (m)

Longitud Total

6 152.22 1611,73 1611,73 All

Diameters 1611,73 1611,73 Fuente: El estudio

5.3.2 Mallado Hidrulico Los sistemas de distribucin de agua potable funcionan ms eficientemente por medio de mallas o circuitos hidrulicos, por cuanto la superficie de energa es compensada al producirse el flujo en las redes en circuitos cerrados con flujo continuo, lo cual produce un servicio equilibrado y eficiente en trminos de



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presin y caudal. En este tipo de sistemas se tiene el flujo en circulacin para evitar estancamientos, ganar altura dinmica, evitar sedimentacin en los tapones entre otros; todo controlado dentro de unos subsectores que posibiliten un manejo sencillo a la hora de hacer maniobras operacionales por daos en la red. Por lo tanto, para el proyecto se disearon mallas hidrulicas perfectas. La conformacin de mallas de distribucin se presenta en los planos No. 1 y 2.

5.3.3 Sectorizacin hidrulica La sectorizacin hidrulica, es una de las principales estrategias operativas planteadas, que permitirn la eficiencia y simplificacin en la distribucin del agua; facilitando entre otras maniobras los cortes de servicio durante actividades de mantenimiento de manera seccionada sin afectar a la totalidad de usuarios del proyecto. Adicionalmente, la sectorizacin hidrulica permite el equilibrio y distribucin de energas de manera ms eficiente ya que las rutas de distribucin son mucho ms cortas desde los puntos de suministro, garantizando mejores presiones de servicio y menores prdidas de carga. Los sectores se controlan por medio de vlvulas de corte estratgicamente ubicadas.

5.3.4 Material seleccionado La construccin de las redes se realizar en PVC, para ser instalado por medio de uniones de termofusin, disminuyendo as el nmero de accesorios a instalar. Las presiones presentes en la red son bajas, por lo tanto, tubera RDE 21 es suficiente para garantizar un adecuado suministro.

5.3.5 Instrumentacin de redes Instalacin de vlvulas de ventosa. Esta actividad plantea la instalacin de vlvulas de ventosa triple accin o combinadas en la red de distribucin, las cuales permiten la entrada de grandes caudales de aire durante procesos de vaciado de la tubera protegiendo la red contra implosin causada por vaco o presiones negativas. Permiten la salida de grandes caudales de aire durante procesos de llenado de la red protegiendo la red contra roturas por sobrepresiones causadas por compresin de aire. Finalmente, permiten la salida constante de aire que se acumula en la tubera cargada, evitando prdida de capacidad hidrulica y bajas en la presin de servicio.

La ubicacin especfica de las vlvulas se presenta en los planos de la red de acueducto.

5.3.6 Instrumentacin de redes Instalacin de vlvulas de Purga. Se propone la instalacin de vlvulas de purga o lavado. Estas vlvulas tienen la funcin de permitir el lavado peridico de la red manteniendo con esta actividad la calidad de agua, al mantener la red libre de partculas sedimentadas. Adicionalmente, permiten el vaciado rpido de la tubera para facilitar labores de mantenimiento preventivo y correctivo sobre la red. La ubicacin especfica de



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la vlvula se presenta en los planos de la red de acueducto.

5.3.7 Instrumentacin de redes Vlvulas de corte. Se propone la instalacin de compuerta en la red de distribucin, que tendrn la funcin de sectorizar los ramales de servicio, y de permitir una alternativa de suministro independiente de cada ramal en casos de mantenimiento o contingencia. Estas vlvulas deben operar normalmente cerradas. La ubicacin especfica de las vlvulas se presenta en los planos de la red de acueducto.

5.3.8 Instrumentacin de redes Hidrantes. Se plantea la instalacin de hidrantes estratgicamente ubicados en zonas pblicas y zonas comunes, y separados adecuadamente dando cumplimiento a la distancia mnima entre hidrantes dispuesta en el Ras 2000, lo cual garantiza una cobertura y proteccin adecuadas del proyecto contra incendios.

5.3.9 Instrumentacin de redes - Instalacin Del Sistema de Micromedicin. La micromedicin es la herramienta principal de conocimiento y control del sistema de distribucin. La micromedicin, permite que la demanda se encuentre de acuerdo con lo planeado, permite cobrar el consumo de una manera justa y real (en funcin del gasto real de agua por parte de los usuarios), permite controlar el costo del agua y planear el desarrollo del sistema. Adicionalmente es el componente ms importante que apunte de manera directa a conseguir un uso adecuado del recurso. Se propone la instalacin de micromedidores clase B de velocidad chorro nico, dando cobertura del 100% en micromedicin a la poblacin. Los objetivos y las principales ventajas del proyecto de instalacin de medidores, son: - Garantizar la correcta medicin de los consumos de los clientes y su posterior facturacin. - Mitigar prdidas comerciales por la prestacin del servicio y evitar futuras que se puedan presentar, garantizando la correcta medicin de los equipos. - Conocimiento del sistema: Determinar en todo momento operativo que la demanda este de acuerdo con lo proyectado, determinar curvas y patrones de demanda. - Proporciona confianza en los datos de volmenes y permite conocer, calcular y desagregar el ndice de prdidas. - Cobrar el servicio en funcin de consumos reales. - Controlar el costo del agua. - Planear el desarrollo del sistema. - Permite conocer y analizar claramente la forma como los suscriptores usan el recurso (caracterizacin de consumos); evidencia la influencia sobre el consumo



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de aspectos culturales, sociales, econmicos, ambientales, etc. - Brinda conocimiento real de la forma del uso de agua, aspecto que puede ser usado para definir el control y operacin de la red.



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6. SISTEMA DE ALCANTARILLADO SANITARIO

La carencia de la infraestructura fsica necesaria para la recoleccin, evacuacin y posterior tratamiento de las aguas residuales genera problemas asociados a la presencia de plagas (moscas, roedores y mosquitos), malos olores, problemas de salud vinculados al aparato digestivo principalmente, as como tambin de tipo cutneo, y la evidente contaminacin del suelo y del agua subterrnea por la infiltracin de las aguas servidas desechadas de una manera inapropiada provocando alteraciones negativas en la calidad del paisaje. La acumulacin de todos estos impactos conlleva a que no se tenga un adecuado nivel o calidad de vida de las comunidades, por tanto el presente captulo contiene el diseo hidrulico de las redes de alcantarillado sanitario como una accin encaminada a la solucin de los problemas de saneamiento bsico, ya descritos, y que pudieran aquejar a la comunidad, propiciando condiciones adecuadas para el desarrollo urbano sostenible y asegurando calidad de vida a la poblacin.

Desde el punto de vista ambiental, con la implementacin de este proyecto se propondr una alternativa viable econmica y tcnicamente para la eliminacin de los impactos tales como la incorporacin de microorganismos patgenos y materia orgnica a los suelos y al acufero de la zona objeto de estudio, ya que se propone la solucin a problemas potenciales asociados al vertimiento de las aguas residuales producidas por la comunidad servida, evitndose de esta manera el deterioro del medio ambiente, los recursos hdricos y los ecosistemas naturales presentes.

6.1 Parmetros de diseo para sistemas de alcantarillado sanitario

6.1.1 Contribuciones de aguas residuales El volumen de aguas residuales aportadas a un sistema de recoleccin y evacuacin est integrado por las aguas residuales domsticas, industriales, comerciales e institucionales. Su estimacin debe basarse, en lo posible, en informacin histrica de consumos, mediciones peridicas y evaluaciones regulares. Para su estimacin deben tenerse en cuenta las siguientes consideraciones.

Domsticas (QD) El aporte domstico (QD) est dado por la expresin

86400RADC

Q rdD o Q C P RD 86400

QD debe ser estimado para las condiciones iniciales, QDi, y finales, QDf, de



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operacin del sistema.

Estimacin del consumo medio diario por habitante C

Corresponde a la dotacin neta, es decir, a la cantidad de agua que el consumidor efectivamente recibe para satisfacer sus necesidades. La dotacin neta depende del nivel de complejidad del sistema, del clima de la localidad y del tamao de la poblacin.

Estimacin de D

Los sistemas de recoleccin y evacuacin de aguas residuales deben disearse para la mxima densidad de poblacin futura o densidad de saturacin (D), la cual depende de la estratificacin socioeconmica, el uso de la tierra y el ordenamiento urbano. Para la poblacin y densidad inicial debe establecerse el comportamiento hidrulico del sistema.

Estimacin de P

La poblacin servida (P) puede ser estimada como el producto de la densidad de poblacin (D) y el rea residencial bruta acumulada de drenaje sanitario. Esta rea debe incluir las zonas recreacionales. Esta forma de estimacin es vlida donde est definida la densidad de poblacin. Alternativamente, P puede ser estimada a partir del producto del nmero de viviendas planificadas en el rea de drenaje y el nmero medio de habitantes por vivienda. Estimacin de R

El coeficiente de retorno es la fraccin del agua de uso domstico servida (dotacin neta), entregada como agua negra al sistema de recoleccin y evacuacin de aguas residuales. Su estimacin debe provenir del anlisis de informacin existente de la localidad y/o de mediciones de campo. Cuando esta informacin resulte inexistente o muy pobre, pueden utilizarse como gua los rangos de valores de R descritos en la tabla D.3.1, justificando apropiadamente el valor finalmente adoptado.



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Cuadro No. 7. Tabla D.3. Coeficiente de retorno de aguas servidas domsticas

Nivel de complejidad del sistema

Coeficiente de retorno

Bajo y medio 0,7 - 0,8

Medio alto y alto * 0,8 - 0,85

Fuente: Sector de Agua Potable y Saneamiento Bsico RAS 2000

Industriales (QI )

Para industrias pequeas localizadas en zonas residenciales o comerciales pueden utilizarse los valores mostrados en la tabla D.3.2 de caudal por hectrea de rea bruta de industria. QI debe ser estimado para las condiciones iniciales, QIi, y finales, QIf, de operacin del sistema, de acuerdo con los planes de desarrollo industrial previstos.

Cuadro No. 8. Tabla D.3.2. Contribucin industrial

Nivel de complejidad del sistema Contribucin industrial (L/sha ind) Bajo 0,4

Medio 0,6

Medio alto 0,8

Alto 1,0-1,5


Comerciales (QC)

Para zonas netamente comerciales, el caudal de aguas residuales QC debe estar justificado con un estudio detallado, basado en consumos diarios por persona, densidades de poblacin en estas reas y coeficientes de retorno mayores que los de consumo domstico.

QC debe ser estimado para las condiciones iniciales, QCi, y finales, QCf, de operacin del sistema, de acuerdo con los planes de desarrollo comercial previstos.



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Cuadro No. 9. Tabla D.3.3. Contribucin comercial


Contribucin comercial (L/sha com)

Cualquier 0,4 - 0,5


o Institucionales (QIN)

Para pequeas instituciones ubicadas en zonas residenciales, los aportes de aguas residuales pueden estimarse a partir de los valores por unidad de rea institucional, presentados en la tabla D.3.4.

QIN debe ser estimado para las condiciones iniciales, QINi, y finales, QINf, de operacin del sistema, de acuerdo con los planes de desarrollo previstos.

Cuadro No. 10. Tabla D.3.4. Contribucin institucional mnima en zonas residenciales


Contribucin institucional (L/ sha inst)

Cualquier 0,4 - 0,5


6.1.2 Caudal medio diario de aguas residuales (QMD).

El caudal medio diario de aguas residuales (QMD) para un colector con un rea de drenaje dada es la suma de los aportes domsticos, industriales, comerciales e institucionales.

Q Q Q Q QMD D I C IN (D.3.2) QMD debe ser estimado para las condiciones iniciales, QMDi, y finales, QMDf, de operacin del sistema.

6.1.3 Conexiones erradas (QCE)

QCE debe ser estimado para las condiciones iniciales, QCEi, y finales, QCEf, de operacin del sistema, de acuerdo con los planes previstos de desarrollo urbano.



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Cuadro No. 11. Tabla D.3.5. Aportes mximos por conexiones erradas con sistema pluvial


Aporte

(L / sha) Bajo y medio 0,2

Medio alto y alto 0,1


6.1.4 Infiltracin (QINF)

Es inevitable la infiltracin de aguas subsuperficiales a las redes de sistemas de alcantarillado sanitario, principalmente freticas, a travs de fisuras en los colectores, en juntas ejecutadas deficientemente, en la unin de colectores con pozos de inspeccin y dems estructuras, y en stos cuando no son completamente impermeables.

Cuadro No. 12. Tabla D.3.7. Aportes por infiltracin en redes de sistemas de recoleccin y evacuacin de aguas residuales

Nivel de complejidad del

sistema

Infiltracin alta (L / sha)

Infiltracin media

(L / sha) Infiltracin

baja (L / sha)

Bajo y medio 0,15 - 0,4 0,1 - 0,3 0,05 - 0,2

Medio alto y alto 0,15 - 0,4 0,1 - 0,3 0,05 - 0,2


6.1.5 Caudal mximo horario (QMH) El caudal mximo horario es la base para establecer el caudal de diseo de una red de colectores de un sistema de recoleccin y evacuacin de aguas residuales. El caudal mximo horario del da mximo se estima a partir del caudal final medio diario, mediante el uso del factor de mayoracin, F.

Q F QMH MDf (D.3.3)



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Factor de mayoracin (F)

El factor de mayoracin para estimar el caudal mximo horario, con base en el caudal medio diario, tiene en cuenta las variaciones en el consumo de agua por parte de la poblacin. Puede ser estimado con base en relaciones aproximadas como las de Harmon y Babbit, vlidas para poblaciones de 1 000 a 1 000 000 habitantes, y la de Flores, en las cuales se estima F en funcin del nmero de habitantes.

FP

114

4 0 5( ), Harmon

FP

50 2, Babbit

FP

3 50 1, , Flores El factor de mayoracin tambin puede ser dado en trminos del caudal medio diario como en las frmulas de Los ngeles o la de Tchobanoglous.

FQMD

3530 0914. .

FQMD

3700 0733. .

En general el valor de F debe ser mayor o igual a 1,4.

6.1.6 Caudal de diseo El caudal de diseo de cada tramo de la red de colectores se obtiene sumando al caudal mximo horario del da mximo, QMH, los aportes por infiltraciones y conexiones erradas.

Q Q Q QDT MH INF CEf Cuando el caudal de diseo del tramo sea inferior a 1.5 lps, debe adoptarse este valor como caudal de diseo.



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Clculo caudal de diseo por rea del proyecto parte baja



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Clculo caudal de diseo por rea del proyecto parte alta



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Teniendo en cuenta que para efectos del clculo de caudales por tramo no se tiene certeza del nmero de lotes y conectados a cada colector, el diseador



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asume los lineamientos del Reglamento Tcnico del Sector de Agua Potable y Saneamiento Bsico RAS 2000, que indica que toda vez que el caudal de diseo en un tramo sea inferior a 1.5 L/s debe adoptarse este como valor de caudal de diseo.

6.1.7 Dimetro interno real mnimo El dimetro interno real mnimo permitido en redes de sistemas de recoleccin y evacuacin de aguas residuales tipo alcantarillado sanitario convencional es 200 mm (8 plg) con el fin de evitar obstrucciones de los conductos por objetos relativamente grandes introducidos al sistema. El sistema proyectado para la evacuacin de aguas residuales, es de tipo privado, para el cual se define un sistema de alcantarillado no convencional por lo tanto el dimetro mnimo permitido para la red de alcantarillado es de 160mm (6).

6.1.8 Velocidad mnima Si las aguas residuales fluyen por un periodo largo a bajas velocidades, los slidos transportados pueden depositarse dentro de los colectores. En consecuencia, se debe disponer regularmente de una velocidad suficiente para lavar los slidos depositados durante periodos de caudal bajo. Para lograr esto, se establece la velocidad mnima como criterio de diseo. La velocidad mnima real permitida en el colector es 0,45 m/s.

6.1.9 Velocidad mxima Los valores mximos permisibles para la velocidad media en los colectores por gravedad dependen del material, en funcin de su sensibilidad a la abrasin. Los valores adoptados deben estar plenamente justificados en trminos de caractersticas de los materiales, de las caractersticas abrasivas de las aguas residuales, de la turbulencia del flujo y de los empotramientos de los colectores. Deben hacerse las previsiones necesarias de atraque del colector. En general, se recomienda que la velocidad mxima real no sobrepase 5 m/s.

6.1.10 Pendiente mnima El valor de la pendiente mnima del colector debe ser aquel que permita tener condiciones de autolimpieza y de control de gases adecuadas.

6.1.11 Pendiente mxima El valor de la pendiente mxima admisible es aquel para el cual se tenga una velocidad mxima rea.

6.1.12 Profundidad hidrulica mxima Para permitir aireacin adecuada del flujo de aguas residuales, el valor mximo permisible de la profundidad hidrulica para el caudal de diseo en un colector



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debe estar entre 70 y 85% del dimetro real de ste.

6.1.13 Profundidad mnima a la cota clave Los colectores de redes de recoleccin y evacuacin de aguas residuales deben estar a una profundidad adecuada para permitir el drenaje por gravedad de las descargas domiciliarias sin stano, aceptando una pendiente mnima de stas de 2%. Adems, el cubrimiento mnimo del colector debe evitar la ruptura de ste, ocasionada por cargas vivas que pueda experimentar. Los valores mnimos permisibles de cubrimiento de los colectores se definen en la tabla D.3.11. Las redes de alcantarillado para el proyecto, se ubicaran por zonas verdes y zonas peatonales, por lo tanto, la profundidad mnima de instalacin establecida fue de 0.75m a cota clave. Cuadro No. 13.Tabla D.3.11. Profundidad mnima de colectores

Servidumbre Profundidad a la clave del colector (m)

Vas peatonales o zonas verdes

0,75

Vas vehiculares 1,20


6.1.14 Profundidad mxima a la cota clave En general la mxima profundidad de los colectores es del orden de 5 m, aunque puede ser mayor siempre y cuando se garanticen los requerimientos geotcnicos de las cimentaciones y estructurales de los materiales y colectores durante (y despus de) su construccin.

6.1.15 Material a emplear El sistema de alcantarillado fue proyectado en tubera PVC CORRUGADA (Tipo Novafort), es una Tubera de pared estructural, fabricada en un proceso de doble extrusin, pared interior lisa y exterior corrugada. Sistema de unin mecnico, campana espigo con hidrosello de caucho. Para grandes dimetros se propone el uso de tubera plstica PVC tipo NOVALOC.

Fabricada bajo la Normas Tcnicas Colombianas, NTC 3722-1, tubos y accesorios de pared estructural para sistemas de drenaje subterrneo y alcantarillado. Especificaciones para PVC Rgido. Parte 1: Serie Mtrica y NTC 3721, Tubos y Accesorios de Pared Estructural para sistemas de Drenaje Subterrneo y Alcantarillado. La tubera PVC tipo Novafort para alcantarillado, presenta notables ventajas y propiedades que no solo mejoran el comportamiento



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hidrulico del sistema debido a los bajos coeficientes de friccin, si no que facilitan aspectos como el transporte y la instalacin. Algunas de estas ventajas son:

1. Hermeticidad

2. Flexibilidad

3. Resistencia a la Corrosin y la Abrasin

4. Optimo Comportamiento Hidrulico

5. Resistencia al Impacto

6. Facilidad de Instalacin y Mantenimiento

6.2 Proceso de modelacin hidrulica de redes de alcantarillado

La modelacin hidrulica es una representacin matemtica de un sistema real de alcantarillado, representado mediante herramientas de diseo asistido y simulacin computacional. La modelacin simula o imita el comportamiento real del sistema, reproduciendo las condiciones, variables y criterios de operacin de una forma sencilla, rpida y confiable.

6.2.1 Creacin del modelo

Topologa Fsica

Unidades hidrulicas recomendadas sistema Internacional

Caudal: litros por segundo

Elevacin: metros

Longitud: metros

Dimetro: milmetros

Coordenadas: Metros

Pendiente: Porcentaje (%)

Longitudes

La longitud ser ser la longitud escalada, que es una representacin de la longitud real de las tuberas. No se emplear longitud punto a punto ni longitud



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definida por el usuario. El dato debe corresponder al sistema de coordenadas del plano de catastro de redes.

Coordenadas

El sistema de coordenadas debe ser escalado, conservando la escala que corresponde al catastro de redes.

Dimetros

En los clculos hidrulicos se usar el dimetro real interno. El dimetro nominal solo se debe emplear como referencia para presentacin de informacin.

Materiales

El material de las tuberas ser importado desde libreras predeterminadas en donde se encuentran referenciadas todas las caractersticas tcnicas del material. El principal parmetro a obtener es el coeficiente de rugosidad de la tubera empleado en la ecuacin de Manning.

Elevaciones

Se emplearn las cotas de terreno y las cotas clave y batea segn sea el caso. Se debe guardar consistencia y uniformidad en la asignacin de las elevaciones.

Caudal de diseo

Alcantarillado: Caudal mximo horario. Mediante caudales unitarios, la asignacin se realizar por rea de drenaje, realizando el trazado de diagonales y bisectrices por las manzanas o planimetriando las respectivas reas aferentes a cada colector.

En la delimitacin de las reas respectivas hay que tener en cuenta el sistema de drenaje natural, segn la topografa de la poblacin. El caudal al modelo se realizar determinando el caudal unitario asociado a las reas de drenaje del sistema, el caudal ser proporcional al rea de drenaje de cada colector.

Clculos hidrulicos

Mltiples iteraciones asociadas a la ecuacin de Manning.

La ecuacin seleccionada para simular la hidrulica de las redes de alcantarillado fue la ecuacin de manning. La ecuacin de Manning fue propuesta hacia el final de su carrera en 1889 a la edad de 73 aos, la cual fue basada en el trabajo de Darcy y Bazin en canales experimentales Reales entre



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1855 y 1860.

Lo que ahora conocemos como la frmula de Manning se escribe hoy como:

en la cual v es la velocidad; R es el radio hidrulico; y S es la pendiente del lecho. El valor de Kn = 1.0 con R en m y v en m/s y Kn = 1.49 para R en pies y v en pies/s.

6.2.2 Estructura general para la elaboracin de modelos Fase 1: Construccin topolgica Fase 2: Informacin de infraestructura Fase 3: Asignacin de elevaciones Fase 4: Estimacin de demandas Fase 5: Simplificacin o esqueletizacin Fase 6: Escenarios y alternativas Fase 7: Mltiples Corridas

Reportes Tablas. Se generaran reportes en tablas, que permiten la generacin de

bases de datos y que contienen toda la informacin fsica e hidrulica de las redes analizadas.

Planos: Se generaran planos temticos, que permiten la fcil identificacin de propiedades y resultados de modelacin.

Perfiles Hidrulicos. Se generaran perfiles hidrulicos de cada tramo de los sistemas.

Parmetros de control de la modelacin hidrulica

Dimetro Mnimo Velocidad Mnima y Mxima Pendiente Mnima y Mxima Profundidad Hidrulica Mxima Profundidad Mnima a Cota Clave

2/13/21 SRn

V

2/13/2 SRnKv n



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6.2.3 Generalidades y caractersticas del software de modelacin El proceso de anlisis, diagnstico y diseo de los sistemas de alcantarillado del proyecto fue realizado mediante el uso de software especializado de modelacin hidrulica. Para el proyecto se emple tal vez el software ms avanzado para anlisis hidrulico de alcantarillas, el programa SewerCad.

SewerCad, es un programa de anlisis y diseo hidrulico de tuberas de alcantarillado, que opera bajo interface Windows que lo hace interactivo, el programa puede ser usado en su versin autnoma stand alone o desde autocad. El programa realiza tanto anlisis de flujo a gravedad como a presin atreves de estaciones de bombeo. El programa permite construir una representacin grfica de la red de tuberas y asociarla a la informacin de las variables fsicas y operativas de las tuberas.

La red a gravedad es calculada usando un modelo numrico que usa el mtodo de anlisis de flujo gradualmente variado, y el flujo es vlido para un sin nmero de situaciones de anlisis, como por ejemplo presencia de resaltos hidrulicos.

SewerCad, permite generar un sin nmero de reportes que son personalizables y editados de acuerdo con la informacin que se desee presentar. Una de las principales ventajas de usar sewercad, radica en que puede emplearse en los diferentes niveles del proyecto, entre las que vale la pena citar:

Diseo y planeamiento de sistemas de evacuacin de aguas residuales Anlisis de escenarios de distintas opciones de diseo Anlisis y evaluacin de diferentes escenarios para redes existentes,

permitiendo para un mismo modelo verificar condiciones actuales y condiciones futuras.

Permite importar y exportar diferentes plataformas de planos Permite generar perfiles hidrulicos

SewerCAD, permite realizar anlisis en periodo extendido, realizando simulaciones dependientes o basadas en periodos de tiempo, estos anlisis permiten el uso entre otros aspectos de patrones de carga y cargas sanitarias por medio de caudales unitarios por ejemplo funcin del rea.

La generacin de modelos desde sewercad, se realiza por la unin, conformacin y estructuracin de diferentes herramientas graficas que representan un componente real del alcantarillado. Los principales componentes del modelo son:

- Colectores (P)

-Pozos de inspeccin (Manholes MH)



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- Estaciones de Bombeo (WW, FM, y PMP)

- Descargas (O)

Figura No. 9. Estructura tpica modelos hidrulicos de alcantarillado

6.2.4 Determinacin de las reas de drenaje del sistema, determinadas para cada colector

Dentro del proceso de simulacin hidrulica la determinacin de las reas de drenaje para cada colector se convierte en una variable de gran importancia en cuanto a topologa operativa del modelo ya que constituyen la base del clculo del caudal de diseo.

Los caudales para el diseo de cada tramo sern obtenidos en funcin de su rea tributaria. Para la delimitacin de reas se tomar en cuenta el trazado de colectores, asignando reas proporcionales de acuerdo a las figuras geomtricas que el trazado configura. La unidad de medida ser la hectrea (Ha).

El caudal de diseo ser el que resulta de multiplicar el caudal unitario (l/s/Ha) por su rea correspondiente.

Un tramo podr recibir caudales adicionales de aporte no domstico (Industria, comercio y pblico) como descarga concentrada.



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Figura No. 10. Delimitacin reas tributarias a cada colector

La extensin y el tipo de rea tributaria deben determinarse para cada tramo por disear. El rea aferente debe incluir el rea tributaria propia del tramo en consideracin. Las reas de drenaje deben ser determinadas por medicin directa en planos, y su delimitacin debe ser consistente con las redes de drenaje del proyecto.

Figura No. 11. Asignacin reas de drenaje a colectores



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6.2.5 Asignacin de caudales

La asignacin de caudales para el anlisis de los sistemas de alcantarillado se realiz con base a unidades de carga predefinidas en el software de modelacin. La metodologa empleada tiene dos componentes:

Tipo de Carga: El tipo de carga permite definir el tipo de carga a usar, por ejemplo cargas tpicas como residencias, industrias, colegios, etc; o establecer un patrn unitario para realizar la carga de caudales. Para el caso particular, se us un patrn unitario basado en el rea de drenaje o rea servida. Para determinar el caudal unitario, se procedi a dividir el caudal de diseo total en el rea servida total del proyecto, obteniendo un valor fijo en litros por segundo por unidad de rea. Posteriormente el valor de caudal para cada tramo se obtiene de multiplicar el unitario de caudal por el rea servida.

Unidad de Carga: La unidad de carga definida para asignar el caudal a los tramos fue la hectrea. El rea de drenaje se carg en los pozos de inspeccin.

El procedimiento de asignacin de caudales, consiste entonces en asignar el valor del rea de drenaje a cada pozo de inspeccin segn corresponda. El programa de modelacin hidrulica se encarga de calcular de forma automtica el caudal aferente correspondiente a cada tramo de acuerdo con los caudales unitarios predefinidos. Si el sistema es pluvial, el caudal ser determinado igualmente con base en el rea de drenaje pero por medio de la ecuacin del mtodo racional. El mtodo racional tambin requiere del establecimiento previo coeficientes de escorrenta, precipitacin de diseo o periodo de retorno y de los datos pluviomtricos contenidos en las curvas de intensidad, duracin y frecuencia de precipitacin.

Caudales sanitarios por tramo

1.

2.

CU: Caudal Unitario

QDT: Caudal de Diseo Total

ADT: rea de drenaje total

ADTQDTCU HaSeg

ltCU

AtCUqdt * HaHaSegltlpsqdt *)(



63

At: rea de drenaje del tramo

Qdt: Caudal de Diseo del tramo

6.2.6 Corrida del modelo El proceso de simulacin hidrulica empieza con la construccin topolgica del modelo que consiste en el trazado de las redes partiendo del plano topogrfico y urbanstico del proyecto en formato dxf los cuales se vincula a la interfase de SewerCAD.

La topologa del modelo se divide en dos clases bsicas, topologa fsica y topologa operacional. La topologa fsica se fundamenta en la alimentacin de informacin fsica al modelo en creacin.

Elevaciones: ingresar la altura sobre el nivel del mar y cotas bateas de los componentes de inters, pozos de inspeccin, tubos, estaciones de bombeo, entre otros.

Redes: se ingresan los dimetros, longitudes y rugosidades de las tuberas.

La alimentacin fsica y topolgica del modelo se realiz con los planos generados en los estudios topogrficos del sistema de alcantarillado del casco urbano y centro poblado. La informacin para la alimentacin de descargas en los pozos de inspeccin se obtuvo del aforo para las condiciones actuales y tomando como referencia el caudal terico proyectado segn la metodologa establecida por RAS 2000, para la modelacin del periodo de diseo (25 aos).

La topologa Operacional se fundamenta en la asignacin al modelo de informacin operacional de los componentes del sistema, variables que rigen el comportamiento de patrones, perfiles, tendencias y comportamientos del sistema.

Descarga: terica por afectacin al consumo, por rea de drenaje y densidad de poblacin.

Bombas: curva caracterstica del sistema.

Con todos estos datos, el modelo debe resolver las ecuaciones que permitan el conocimiento de las variables hidrodinmicas que se desean conocer, estas sern capacidad hidrulica, velocidad de flujo, profundidad de colectores y fuerza tractiva.

Culminado el proceso de alimentacin de informacin del modelo, se procede a la identificacin de posibles errores presentes en la modelacin de la red, la primera corrida del modelo servir como medio para identificar dichos errores, algunos de los cuales son:

Errores tipogrficos. Aparecidos en las fuentes consultadas o en los propios algoritmos de clculo de los modelos.



64

Errores de medida. Imprecisiones debidas a la sensibilidad de los aparatos de medida o a las metodologas utilizadas para estas mediciones. Tienen una gran influencia del factor humano.

Imprecisin de las cotas. Relacionado con la profundidad a la que se encuentran las conducciones, muchas veces influenciado por la antigedad de las mismas.

6.3 Memoria de clculo sistema de alcantarillado sanitario

6.3.1 Caudal de diseo Se adopt un caudal de diseo de 1.5 lps por tramo siguiendo especificaciones consignadas en RAS 2000.

6.3.2 Materiales El sistema de alcantarillado fue proyectado en tubera PVC CORRUGADA (Tipo Novafort), es una Tubera de pared estructural, fabricada en un proceso de doble extrusin, pared interior lisa y exterior corrugada. Sistema de unin mecnico, campana espigo con hidrosello de caucho. Fabricada bajo la Normas Tcnicas Colombianas, NTC 3722-1, Tubos y Accesorios de Pared Estructural para Sistemas de Drenaje Subterrneo y Alcantarillado. Especificaciones para PVC Rgido. Parte 1: Serie Mtrica y NTC 3721, Tubos y Accesorios de Pared Estructural para sistemas de Drenaje Subterrneo y Alcantarillado. La tubera PVC tipo Novafort para alcantarillado, presenta notables ventajas y propiedades que no solo mejoran el comportamiento hidrulico del sistema debido a los bajos coeficientes de friccin, si no que facilitan aspectos como el transporte y la instalacin. Algunas de estas ventajas son: 1. Hermeticidad 2. Flexibilidad 3. Resistencia a la Corrosin y la Abrasin 4. Optimo Comportamiento Hidrulico 5. Resistencia al Impacto 6. Facilidad de Instalacin y Mantenimiento



65

Figura No. 12. Planta general sistema de alcantarillado sanitario San Jernimo - Parte Baja

Fuente: Modelacin hidrulica de redes SewerCAD



66

Figura No. 13. Planta general sistema de alcantarillado sanitario San Jernimo - Parte Baja

Fuente: Modelacin hidrulica de redes SewerCAD

A continuacin, se presenta la memoria de clculo hidrulico de la red de alcantarillado sanitario del proyecto. La memoria se organiza en tablas y presenta la siguiente informacin:

Memoria de clculo hidrulico de tramos de tubera Memoria de clculo hidrulico de pozos de inspeccin Memoria de clculo de la descarga del sistema

Cuadro No. 14. Memoria de clculo tramos de colectores Parte Alta

Fuente. El Estudio

ColectorPozoInicial

CotaTerrenoInicial

PozoFinal

CotaTerrenofinal

Pendiente(%)

Longitud(m)

Formadelconducto

MaterialDimetro(mm)

P11 MH11 327,55 MH12 327,14 0,6935 59,00 Circular PVC 200mmP13 MH13 327,25 MH12 327,14 0,1899 57,50 Circular PVC 200mmP1 MH1 329,80 MH2 327,27 19,855 127,50 Circular PVC 200mmP6 MH6 331,25 MH7 331,09 0,1899 83,00 Circular PVC 200mmP7 MH7 331,09 MH2 327,27 57,490 66,50 Circular PVC 200mmP8 MH8 327,45 MH9 327,33 0,1899 61,00 Circular PVC 200mmP10 MH10 329,90 MH3 327,01 27,336 105,50 Circular PVC 200mmP9 MH9 327,33 MH2 327,27 0,1191 54,50 Circular PVC 200mmP14 MH14 328,30 MH4 326,87 21,261 67,00 Circular PVC 200mmP12 MH12 327,14 MH3 327,01 0,1000 124,00 Circular PVC 200mmP2 MH2 327,27 MH3 327,01 0,2113 119,50 Circular PVC 250mmP3 MH3 327,01 MH4 326,87 0,1000 140,50 Circular PVC 300mmP4 MH4 326,87 MH5 326,15 0,6940 105,00 Circular PVC 300mmP5 MH5 326,15 O1 325,10 12,426 84,50 Circular PVC 300mm



68

Cuadro No. 15. Memoria de clculo tramos de colectores Parte Alta

Fuente. El Estudio

Caudal(l/s)

Velocidad(m/s)

Recubrimiento(m)

ManningsnDesignCapacity(l/s)

ExcessDesignCapacity(l/s)

Lineadegradiente

Hidrulicodeentrada(m)

LneadeGradiente

Hidrulicodesalida(m)

3,43 0,71 1,70 0,010 73,54 70,11 327,60 327,303,43 0,45 1,70 0,010 19,38 15,95 327,31 327,303,43 1,03 1,86 0,010 15,34 8,48 329,85 327,403,43 0,45 1,43 0,010 14,06 3,77 331,31 331,166,86 1,85 2,07 0,010 64,85 61,42 331,16 327,403,43 0,45 1,81 0,010 19,38 15,95 327,51 327,433,44 1,16 2,44 0,010 37,04 33,61 329,95 327,246,86 0,46 2,45 0,010 62,67 59,24 327,43 327,403,43 1,06 1,76 0,010 106,65 99,79 328,35 327,0410,29 0,47 2,92 0,010 19,38 15,95 327,30 327,2420,58 0,75 3,06 0,010 37,07 16,49 327,40 327,2437,73 0,64 2,90 0,010 146,19 98,17 327,24 327,0444,59 1,42 1,76 0,010 109,25 64,66 327,04 326,3148,02 1,79 1,30 0,010 41,47 3,74 326,31 325,22



69

Cuadro No. 16. Memoria de clculo hidrulico Pozos de Inspeccin Parte Alta

Fuente. El Estudio

Label X(m) Y(m) CotaTerreno(m)

Cotadefondo(m)

Caudal(l/s)

Lneadegradientehidrulicoentrada(m)

Lneadegradientehidrulicosalida(m)

Cotabateaentrada1

(m)

Cotabateaentrada2

(m)

Cotabateaentrada3

(m)

Cotabateasalida(m)

Diametroestructura

(m)

Profundidadpozo(m)

MH5 16.973,74 6.980,04 327,75 326,15 48,02 326,31 326,31 326,15 N/A N/A 326,15 1,20 1,60MH13 17.072,92 7.082,20 328,70 327,25 3,43 327,31 327,31 N/A N/A N/A 327,25 1,20 1,45MH8 17.045,06 7.233,24 328,90 327,45 3,44 327,51 327,51 N/A N/A N/A 327,45 1,20 1,45MH11 17.056,76 7.161,35 329,00 327,55 3,45 327,60 327,60 N/A N/A N/A 327,55 1,20 1,45MH4 16.876,28 7.019,55 329,40 326,87 44,49 327,04 327,04 326,87 326,87 N/A 326,87 1,20 2,53MH12 17.023,88 7.112,30 329,50 327,14 10,29 327,30 327,30 327,14 327,14 N/A 327,14 1,20 2,36MH14 16.809,86 7.029,81 329,70 328,30 3,43 328,35 328,35 N/A N/A N/A 328,30 1,20 1,40MH9 16.988,21 7.255,54 329,90 327,33 6,86 327,43 327,43 327,33 N/A N/A 327,33 1,20 2,57MH2 16.936,25 7.272,61 330,00 327,27 20,5 327,40 327,40 327,27 327,27 327,27 327,27 1,20 2,73MH3 16.907,91 7.156,50 330,90 327,01 37,7 327,24 327,24 327,01 327,01 327,01 327,01 1,20 3,89MH1 16.967,34 7.396,04 331,20 329,80 2,43 329,85 329,85 N/A N/A N/A 329,80 1,20 1,40MH10 16.803,17 7.170,26 331,30 329,90 3,43 329,95 329,95 N/A N/A N/A 329,90 1,20 1,40MH6 16.788,68 7.296,78 332,70 331,25 3,43 331,31 331,31 N/A N/A N/A 331,25 1,20 1,45MH7 16.871,17 7.286,75 332,90 331,09 6,86 331,16 331,16 331,09 N/A N/A 331,09 1,20 1,81



70

CuadroNo.17.MemoriadeClculoHidrulicodescargasFinalesParteAlta

Fuente. El Estudio



71

Cuadro No. 18. Memoria de clculo tramos de colectores Parte Baja

Fuente. El Estudio



72

7. PLANOS DE DISEO

Diseños Hidraulicos y Sanitarios

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Transcript of Diseños Hidraulicos y Sanitarios