MEMORIA DE CÁLCULO - DISEÑO DE ALCANTARILLADO SANITARIO POR: JOSÉ ARLEY LÓPEZ GONZÁLEZ Código: PRESENTADO A: COMUNIDAD VEREDA GENAGRA POPAYÁN 2019 INTRODUCCIÓN Se tuvieron en cuenta las normas técnicas vigentes, como la RAS 2000, así como también los criterios y recomendaciones vistos en clase durante el semestre, con relación a una diversidad de detalles involucrados en el diseño de alcantarillados sanitarios y alcantarillados pluviales. Se presenta, la selección de parámetros paso a paso y un cálculo tipo al final de este informe. I DISEÑO DEL ALCANTARILLADO SANITARIO PARÁMETROS DE DISEÑO: 1. POBLACIÓN DE DISEÑO: Según la información con la que se cuenta para el proyecto, se realiza el cálculo para 20 viviendas, cada una asumiendo 6 personas por cada una de ellas, por lo tanto, tenemos una población presumible de 120 personas para la prestación del servicio. Es necesario calcular el crecimiento de la población en el periodo de diseño, para lo cual, se puede aplicar la siguiente expresión: 𝑷𝒐𝒃𝒍𝒂𝒄𝒊ó𝒏 𝒇𝒖𝒕𝒖𝒓𝒂 = 𝑃𝑜𝑏𝑙𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑎𝑐𝑡𝑢𝑎𝑙 ∗ 𝑇𝑎𝑠𝑎 𝑑𝑒 𝑐𝑟𝑒𝑐𝑖𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑷𝒇𝒖𝒕𝒖𝒓𝒂 = 𝟏𝟐𝟎 ∗ 𝟏. 𝟓 𝑷𝒐𝒃𝒍𝒂𝒄𝒊ó𝒏 𝒇𝒖𝒕𝒖𝒓𝒂 = 𝟏𝟖𝟎 Habitantes para el año de diseño 2. NIVEL DE COMPLEJIDAD DEL SISTEMA: De acuerdo a lo consignado al respecto en la norma RAS en el literal A.3.1, tabla A.3.1 (Articulo 11) NIVEL DE COMPLEJIDAD Bajo Medio Medio alto Alto POBLACIÓN EN LA ZONA URBANA (Número de habitantes) * < 2500 2501 a 12500 12501 a 60000 > 60000 RAS 2000, Literal A.3.1, Tabla A.3.1 CAPACIDAD ECONÓMICA DE LOS USUARIOS ** Baja Baja Media Alta * Proyectado al periodo de diseño, incluye la población flotante **Incluye la capacidad económica de la población flotante Por lo que, en consecuencia, el nivel de complejidad del sistema con base en la población de diseño (180 habitantes), es un NIVEL BAJO, con una capacidad de económica baja. 3. PERIODO DE DISEÑO DEL ALCANTARILLADO: Éste, está relacionado directamente con el tamaño de la población y su capacidad económica, es decir, el nivel de complejidad determinado anteriormente. Así pues, al igual que en el parámetro anterior, según la norma RAS 2000, Tabla D.2.1, se tiene: NIVEL DE COMPLEJIDAD Bajo y medio Medio alto Alto PERIODO DE DISEÑO EN AÑOS 15 20 25 Tabla D.2.1 Por lo que, para este proyecto, el periodo de diseño será: 15 años. 4. ÁREA DEL ALCANTARILLADO: El área calculada para el proyecto, en relación al alcantarillado sanitario es de 2.39 Hectáreas. Se determina a partir del levantamiento topográfico de la zona y considerando las estructuras que realizan aportes de aguas residuales, es decir, viviendas, edificaciones públicas, comerciales, institucionales, industriales, etc. Por lo que se tiene una densidad de poblacional de 180 / 2.39 = 75.5 Habitantes/hectárea El área para cada colector del alcantarillado, se determina en el plano topográfico, considerando el área aferente a cada colector en el respectivo tramo. Para esto, se trazan sobre el plano, líneas diagonales entre las cámaras que comprenden los vértices de las manzanas. En algunos casos, dada su forma irregular, éstas se trazarán a criterio del diseñador. Una vez hecho esto, se tendrán las áreas aferentes a cada tramo, a lado y lado de éste. 5. CÁLCULO DETERMINACIÓN DE APORTES: Los aportes al alcantarillado sanitario, están relacionados al caudal de aguas residuales que ingresa al sistema y cuya fuente de emisión son las viviendas, o zonas residenciales, las edificaciones industriales, institucionales, y comerciales, además del caudal por infiltración y el caudal por posibles conexiones erradas al sistema. Con referencia a esto, la Norma RAS 2000, en su literal D.3.2.2.1, estima estos aportes de la siguiente manera: 5.1 Aporte de aguas residuales domésticas: Se hace necesario determinar el caudal medio diario, para lo cual se recomienda usar la siguiente expresión: 𝑸= 𝐶𝑅 ∗ 𝐶 ∗ 𝐷 ∗ 𝐴 86400 Donde: Q: Caudal medio de aguas residuales domésticas en L/s CR: Coeficiente de retorno C: Consumo de agua potable en L/Hab*día D: Densidad de población de la zona en Hab/Ha A: Área de drenaje de la zona Ha El coeficiente CR, coeficiente de retorno, hace referencia al porcentaje de caudal que es captado por el sistema de alcantarillado en relación al caudal de agua potable que ingresa a las edificaciones. Esto, teniendo en cuenta que hay diversas actividades en las que el agua utilizada no va al alcantarillado, por ejemplo, el agua empleada para riego de plantas, o la que se evapora durante el secado de la ropa. Para determinarlo se puede emplear la siguiente tabla de la Norma RAS 2000: NIVEL DE COMPLEJIDAD Bajo y medio Medio alto Alto COEFICIENTE DE RETORNO (CR) 0.70 - 0.80 0.80 – 0.85 0.80 – 0.85 Tabla D.3.1 RAS 2000 De acuerdo a esto, se tiene que el coeficiente de retorno es de 0.70 Para calcular el consumo de agua potable en litros por habitante en un día, la Norma RAS 2000 señala: NIVEL DE COMPLEJIDAD Dotación neta mínima (L/Hab*día ) Dotación neta máxima (L/Hab*día) Bajo Medio Medio alto Alto 100 120 130 150 150 175 - Tabla B.2.2 RAS 2000 Adoptamos para nuestro proyecto una dotación neta promedio de 125 L/Hab*día 5.2 Aporte industrial: En cuanto al aporte industrial, la Norma RAS recomienda usar la siguiente tabla: NIVEL DE COMPLEJIDAD Bajo Medio Medio alto Alto Contribución industrial (L/s*Ha ) 0,40 0,60 0,80 1,0-1,5 Tabla D.3.2 RAS 2000 Para este caso en particular adoptamos Caudal industrial de 0.40 L/s*Ha no es zona industrial 5.3 Aporte comercial: Puede adoptarse un valor que esté dentro del rango de la siguiente tabla de la Norma Ras 2000: Nivel de complejidad del sistema Contribución comercial (L/s*Ha) Cualquiera 0,40 - 0,50 Tabla D.3.3 RAS 2000 Se adopta un caudal comercial de 0.40 L/s*Ha no es una zona comercial 5.4 Aporte institucional: Nivel de complejidad del sistema Cualquiera Contribución comercial (L/s*Ha) 0,40 - 0,50 Tabla D.3.4 RAS 2000 Para este proyecto, se adopta un aporte de 0.40 L/s*Ha considerando que no es una zona residencial y de baja presencia de industrias. Para ese caso, sería recomendable hacer un estudio más detallado de este aporte. 5.5 Aporte por infiltración: Para la determinación de este aporte, se tiene en cuenta la permeabilidad del suelo de la zona en la que se proyecta la construcción del alcantarillado sanitario. CONDICIONES Tuberías existentes Tuberías nuevas con unión de: Cemento Caucho INFILTRACION (L/s*Km) ALTA MEDIA BAJA 4.0 3.0 2.0 3.0 1.5 2.0 1.0 1.0 0.5 Tabla 15.12Elementos de diseño para acueductos y alcantarillados Ingeniero Ricardo López Cualla Se adopta un caudal por infiltración de 1.5 L/s*km considerando uniones de caucho. 5.6 Aporte por conexiones erradas: Este aporte considera las posibles conexiones equivocadas al sistema, por ejemplo, la conexión de tuberías de aguas lluvias. La norma RAS 2000, plantea al respecto la siguiente tabla: NIVEL DE COMPLEJIDAD Bajo y medio Medio alto y alto APORTE ( L/s*Ha) 2.0 2.0 Se adopta un caudal por conexiones erradas de 2.0 L/s*Ha 6. CAUDAL MÁXIMO HORARIO DEL DÍA MÁXIMO(Qm.h.d.m): Población de diseño: 180 Hab Área total de la población: 2.39 Ha Consumo de agua potable: 125 L/Hab*día Densidad de población 75.50Hab/Ha Caudal promedio diario (Qpd): C∗D∗A 86400 125 ∗ 75.50 ∗ 2.39 𝐐pd = 86400 𝐐pd = 𝐐pd = 0.26 L/s Caudal de aguas residenciales domesticas (Qa.r.d): 𝑄𝑝𝑑 ∗ 𝐶𝑅 𝐴 0.26 ∗ 0.70 𝑸𝒂. 𝒓. 𝒅 = 2.39 𝑸𝒂. 𝒓. 𝒅 = 𝑸𝒂. 𝒓. 𝒅 = 0.08 𝐿/𝑠 Aporte de aguas residuales industriales (Qa.r.i): Qa.r.i = 0.40 L/s*Ha Aporte de aguas residuales comerciales (Qa.r.c): Qa.r.c = 0.40 L/s*Ha Aporte de aguas residuales institucionales (Qa.r.in): Qa.r.in = 0.40 L/s*Ha Aporte total de aguas residuales (QT.ar): QT.ar =Qa.r.d + Qa.r.i + Qa.r.c + Qa.r.in QTar =0.08 + 0.40 + 0.40 + 0.40 = 1.28 L/s*Ha Para calcular el caudal de diseño es recomendable afectar el caudal medio diario por un factor de mayoración M. Este factor, considera las variaciones en el consumo de la población, y depende del número de habitantes de la zona. Se calcula mediante la siguiente expresión: 𝑴= 1+ 14 4 + √𝑃 Donde: M: Factor de mayoración P: Población expresada en miles de habitantes 𝑴= 1+ 14 4 + √180/1000 𝑴 = 4.16 Así para calcular el caudal de diseño (Caudal máximo horario del día máximo), tenemos la expresión: Qm.h.d.m= QTar * M Qm.h.d.m= 1.28L/s * 4.16 Qm.h.d.m = 5.32 L/s*Ha 7. ASPECTOS GENERALES DE DISEÑO: Se toman en cuenta las siguientes recomendaciones para el diseño del alcantarillado sanitario: 7.1 El trazado de la red de colectores debe seguir la disposición topográfica de las calles del municipio, en el caso de alcantarillados condominiales, se permite que se haga por los andenes. 7.2 Las tuberías de alcantarillado deben ubicarse en el lado opuesto al lado en que se encuentran las tuberías de agua potable. Además, la cota clave de los colectores de alcantarillado deben estar por debajo de la cota de batea de las tuberías de agua potable. Se deben considerar las distancias horizontales y verticales mínimas entre estas: 0.30m y 1.00m respectivamente. 7.3 En general, la profundidad mínima a clave de la tubería debe ser de 1.20m con respecto a la rasante de la calzada. Sin embargo, en zonas verdes y de tráfico liviano, puede reducirse a 0.75m. 7.4 El diámetro mínimo para colectores de alcantarillado es de 6” (152mm). 7.5 Velocidad mínima recomendada: 0.45 m/s 7.6 Velocidad máxima sin importar el material de la tubería: 5.0 m/s para evitar la abrasión en la tubería. 7.7 El esfuerzo cortante mínimo recomendado es de 1.5 N/m2 (0.15 Kg/m2). Esto garantiza las condiciones de autolimpieza en la tubería. Lo anterior fue tomado del libro “Elementos de diseño para acueductos y Alcantarillados”. Ricardo Alfredo López Cualla. Editorial Escuela Colombiana de ingeniería.
