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Diseo de sistemas de recoleccin y evacuacin de aguas pluviales

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Diseo de sistemasde recolecciny evacuacin de aguaspluviales

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ReglamentoTcn

icodelSectordeAgua

PotableySaneamientoBsico

Libertad y OrdenMinisterio de Ambiente,

Vivienda y Desarrollo TerritorialRepblica de Colombia

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ISBN volumen: 958-97333-5-2ISBN obra completa: 958-97333-3-6Fotografa de cubierta: Instalacin de tubera en Mosquera.Gobernacin de Cundinamarca- Secretara de Obras Pblicas- DAPSB

REPBLICADE COLOMBIAMINISTERIODE AMBIENTE, VIVIENDAYDESARROLLO TERRITORIAL

SANDRASUREZ PREZ JUAN PABLO BONILLAARBOLEDAMINISTRADE AMBIENTE, VIVIENDA VICEMINISTRODE AMBIENTEYDESARROLLO TERRITORIAL

CARLOS GUEVARABLUMDIRECTORDE AGUAPOTABLE, SANEAMIENTO BSICOYAMBIENTAL

GERMN TORRES M.CONSULTOR

AUTORDELAGUA

GRUPO TCNICO INTERVENTORDIRECCINDE AGUAPOTABLE, SANEAMIENTO BSICOYAMBIENTAL

MAURICIO RIVERASALCEDOARMANDO VARGAS LIVANOMARAELENACRUZ LATORRE

FINANCIADOPORLACMARASECTORIALDE ACUEDUCTOYALCANTARILLADO

GUSTAVO GALVIS HERNNDEZPRESIDENTE

CAROLINAVILLAMIL ESGUERRASECRETARIAGENERAL

MAURICIO LPEZ GONZLEZSECRETARIO TCNICO

JULIO CSARDEL VALLE RUEDASECRETARIO SECTORIALCMARADE ACUEDUCTOYALCANTARILLADO

ADRIANARAMREZ GARCASECRETARIADE COMUNICACIONES

COORDINACINMARAYOLIMALOZANO QUINTERO

PREPARACINEDITORIALMARTA ROJAS, ALEJANDRO ROJAS

IMPRESIN???

BOGOT, ENERODE 2004

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TABLA DE CONTENIDO

PRESENTACIN ............................................................................................................... 7INTRODUCCIN .............................................................................................................9

Captulo 1PROCEDIMIENTO GENERAL PARA LA IDENTIFICACIN,JUSTIFICACIN Y PRIORIZACIN DE UN PROYECTODE ALCANTARILLADO PLUVIAL O COMBINADO ...............................................11

1.1 FASE 1. JUSTIFICACIN DEL PROYECTO,

DEFINICIN DEL ALCANCE Y PRIORIZACIN....................................................111.2 FASE 2. ESTUDIOS PREVIOS Y DE FACTIBILIDAD ...............................................131.3 FASE 3. DISEOS DETALLADOS Y DOCUMENTOS

PARA LICITACIN, CONSTRUCCIN Y OPERACIN DE OBRAS ..........................14

Captulo 2ACTIVIDADES ESPECFICAS PARA LOS ESTUDIOSDE FACTIBILIDAD Y DISEO DE SISTEMASDE RECOLECCIN Y EVACUACIN DE AGUAS PLUVIALES .............................15

2.1 RECOLECCIN Y ANLISIS DE LA INFORMACIN BSICA,

ESTUDIOS EXISTENTES E INFRAESTRUCTURA DE DRENAJEDISPONIBLE ........................................................................................................15

2.2 DEFINICIN DE CRITERIOS Y PARMETROS BSICOSDE PLANEAMIENTO Y DISEO CONCEPTUAL....................................................16

2.3 PLANEAMIENTO, EVALUACIN Y SELECCIN DE ALTERNATIVAS .....................182.4 DISEO DETALLADO CON FINES DE CONSTRUCCIN......................................19

Captulo 3SISTEMAS DE RECOLECCIN Y EVACUACIN DE AGUAS PLUVIALES ..........21

3.1 TIPOS DE SISTEMAS ............................................................................................21

3.2 SELECCIN DE LOS SISTEMAS DE RECOLECCIN Y DRENAJEPLUVIAL MS ADECUADOS................................................................................22

Captulo 4PARMETROS PARA EL PLANEAMIENTO Y DISEO CONCEPTUALY DETALLADO DEL SISTEMA DE ALCANTARILLADO PLUVIAL ..........................27

4.1 PARMETROS PARA EL DISEO CONCEPTUAL ...................................................27

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4.1.1 Anlisis de poblacin y definicindel nivel de complejidad del sistema.....................................................................27

4.1.2 Periodo de planeamiento y diseo conceptual ......................................................284.1.3 Zonas de desarrollo y reas de drenaje actuales y futuras .................................284.1.4 Capacidad del sistema de drenaje actual .............................................................294.1.5 Trazado preliminar de los colectores requeridos .................................................294.1.6 Estimacin de caudales de escorrenta pluvial (caudales de diseo).....................304.1.7 Dimetros mnimos por tipos de tuberas colectoras ..........................................364.1.8 Fuentes receptoras de las aguas lluvias ..............................................................374.1.9 Zonas de pondaje y amortiguacin .....................................................................374.1.10Diseo hidrulico ................................................................................................384.2 PARMETROS PARA EL DISEO DETALLADO......................................................414.2.1 Replanteo topogrfico del eje del trazado

y anlisis de interferencias ..................................................................................41

4.2.2 Diseo geomtrico ..............................................................................................414.2.3 Diseo hidrulico ................................................................................................444.2.4 Sumideros ...........................................................................................................454.2.5 Canales ...............................................................................................................454.2.6 Diseo geotcnico y estructural .........................................................................47

Captulo 5PARMETROS PARA EL PLANEAMIENTO Y DISEO CONCEPTUALY DETALLADO DE SISTEMAS DE ALCANTARILLADO COMBINADO................. 49

5.1 GENERALIDADES DE DISEO CONCEPTUAL Y DETALLADO ..............................49

5.2 ALIVIADEROS......................................................................................................50

Captulo 6EJEMPLO DE APLICACIN......................................................................................55

6.1 IDENTIFICACIN Y JUSTIFICACIN DEL PROYECTO .........................................556.2 ESTUDIO DE FACTIBILIDAD Y DISEO CONCEPTUAL........................................566.2.1 Recopilacin y anlisis de informacin existente

e infraestructura de drenaje disponible ...............................................................576.2.2 Definicin de criterios y parmetros bsicos de diseo conceptual .....................616.2.3 Planteamiento, evaluacin y seleccin de alternativas ........................................64

6.3 DISEO DETALLADO DE LAS ALTERNATIVAS SELECCIONADAS ........................756.3.1 Alternativa de sistema pluvial separado .............................................................756.3.2 Alternativa de sistema combinado ........................................................................836.4 CONCLUSIONES .................................................................................................92

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PRESENTACIN

El gobierno nacional, dentro del marco del plan nacional de desarrollo Hacia un Estadocomunitario, busca la participacin ciudadana en la consecucin de fines sociales, el ma-nejo eficiente y austero de la inversin pblica y la autonoma regional, para la creacin deun Estado comunitario en el cual se den las condiciones de erradicacin de la miseria y laconstruccin de equidad y seguridad social.

Uno de los objetivos del sector est orientado a modernizar la gestin de las empresasprestadoras de los servicios para que, por medio de la eficiencia y asignacin eficiente derecursos, se logre atender un mayor nmero de usuarios y se disminuyan los rezagos encoberturas de acueducto y saneamiento bsico entre las regiones y las zonas urbana y

rural. Por tal razn, es necesario dar prioridad a las inversiones con el propsito de llegara la poblacin ms pobre del pas y, de este modo, focalizar las acciones que garanticen lafinalidad social del Estado.

El Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial, a travs de la Direccin deAgua Potable, Saneamiento Bsico y Ambiental ha elaborado estas guas con el fin de faci-litar el uso y la aplicacin del Reglamento Tcnico del Sector de Agua Potable y Saneamien-to Bsico RAS en sus diferentes ttulos. Se espera que con estas nuevas herramientas semejore la capacidad tcnica y de planeacin de las distintas entidades encargadas del desa-rrollo del sector.

La elaboracin de estas guas RAS, permite al sector contar con documentos que ayuden aponer en prctica lo establecido en el reglamento en mencin, para mejorar los procesosde planeacin, diseo, construccin, operacin, mantenimiento, evaluacin y monitoreode los distintos proyectos desarrollados para cubrir las necesidades de agua potable ysaneamiento bsico en los municipios de Colombia.

Las guas RAS estn dirigidas a las autoridades de planeacin municipal, las entidades deregulacin y vigilancia, los consultores, los diseadores, los constructores y los operado-

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res de los diferentes sistemas involucrados. Sin embargo, se hace especial nfasis en losmunicipios pequeos de Colombia, los cuales usualmente cuentan con menos recursostcnicos y econmicos para el desarrollo de proyectos de infraestructura.

Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo TerritorialDirector de Agua Potable, Saneamiento Bsico y Ambiental

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INTRODUCCIN

Esta Gua tiene como objetivo mostrar el uso del Reglamento Tcnico del sector AguaPotable y Saneamiento Bsico (RAS-2000) para el Planeamiento y Diseo de Sistemas deRecoleccin y Evacuacin de Aguas Pluviales. En la Gua se hace un recuento de los princi-pales elementos contemplados por el RAS en cuanto al diseo de estos sistemas, tanto en elcaptulo XIV de la resolucin 1096 del 27 de noviembre de 2000, mediante la cual se adop-ta el Reglamento, como en el Ttulo D de la seccin II, "Prctica de buena ingeniera sugeri-da por el RAS". Igualmente, con el fin de mostrar su aplicacin, se desarrolla un ejemplodonde se estudian los problemas de drenaje de las aguas lluvias de la localidad de Santanaen el departamento del Putumayo, se disean y costean tres alternativas de solucin, y se

hace una recomendacin final.Es importante mencionar que el ejemplo desarrollado en esta Gua es un caso particularque pretende facilitar el uso de las normas y los conceptos presentados en el RAS-2000.Conforme a esto, no se debe esperar que los criterios aplicados para el caso del planeamientoy diseo del sistema de aguas pluviales de Santana sean exactamente aplicables a la gene-ralidad de los casos de otros municipios colombianos.

La Gua se encuentra dividida en seis captulos que agrupan los elementos bsicos necesa-rios para estudiar un sistema de recoleccin y evacuacin de aguas lluvias. En el captuloprimero se describe el procedimiento general que se debe usar para la identificacin, jus-

tificacin y elaboracin de proyectos de alcantarillado pluvial y combinado. El captulosegundo trata sobre las actividades principales que se deben seguir durante los estudiosde factibilidad y diseo de este tipo de sistemas. El captulo tercero presenta los tipos desistemas ms usados en la recoleccin y evacuacin de las aguas pluviales, y da algunasrecomendaciones sobre la aplicacin de cada uno de ellos. El captulo cuarto analiza ydiscute los criterios y parmetros para el planeamiento y diseo conceptual y detallado desistemas de alcantarillado pluvial separado. El captulo quinto se dedica a discutir el mis-

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mo tema para los alcantarillados combinados. Por ltimo, el captulo sexto muestra enforma detallada un ejemplo de aplicacin donde se analizan tres tipos de solucin para unproblema especfico de una poblacin colombiana.

En esta Gua se hace referencia constantemente al Reglamento Tcnico del sector de AguaPotable y Saneamiento Bsico RAS-2000, a las cuatro Guas de aplicacin de varios temasdel RAS, y a la Gua RAS-005, que trata sobre el diseo de sistemas de recoleccin y eva-cuacin de aguas servidas, y que se ha desarrollado en paralelo con este trabajo. Por tanto,en algunos apartes de esta Gua se hace mencin de dichos documentos, por lo que seconsidera til conocerlos para tener una adecuada interpretacin.

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Captulo 1PROCEDIMIENTO GENERAL

PARA LA IDENTIFICACIN, JUSTIFICACINY PRIORIZACIN DE UN PROYECTODE ALCANTARILLADO PLUVIAL O COMBINADO

Un municipio debe pensar en contar con un alcantarillado pluvial o combinado cuando lascondiciones de drenaje de la localidad requieren una solucin especfica a la evacuacin dela escorrenta pluvial.

Por consideraciones econmicas, slo debe construirse un alcantarillado de este tipo cuan-do el drenaje superficial a travs de calles y cunetas es insuficiente.

El seguimiento de unos pasos bsicos y procedimientos establecidos en el RAS es la garan-ta para que el proyecto se conciba adecuadamente y pueda ser llevado a feliz trmino.

En su parte obligatoria, el procedimiento general para la identificacin, justificacin yelaboracin de proyectos de alcantarillado pluvial y combinado est establecido en los ca-

ptulos del Ttulo A del RAS. Adicionalmente, en diferentes numerales del Ttulo D se pre-sentan los principales conceptos de buena ingeniera que permiten llevar a cabo un diseoadecuado.

A continuacin se resumen y comentan las etapas o fases ms importantes que debecubrir un proyecto bien concebido.

1.1 FASE 1JUSTIFICACIN DEL PROYECTO,DEFINICIN DEL ALCANCE Y PRIORIZACIN

No toda poblacin requiere un sistema pluvial. Un proyecto de recoleccin y evacuacinde las aguas lluvias de una poblacin, ya sea mediante un alcantarillado de tipo separadoo por medio de un sistema combinado (drenaje conjunto con las aguas residuales), nacecomo una solucin a la necesidad de:

Proteger la vida de la poblacin asentada en zonas donde hay problemas de falta dedrenaje pluvial, ya sea por afectacin directa de las aguas, o por falta de estabilidadde taludes o laderas por la carencia de los drenajes adecuados.

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Evitar daos por inundacin de propiedades pblicas o privadas.

Evitar la acumulacin de agua en vas de mucho trfico vehicular y peatonal, locual genera traumas al transporte e incomodidades y prdidas de tiempo a la ciu-

dadana.

Evitar las conexiones erradas y, por ende, el deterioro de un sistema de alcantarilla-do sanitario existente o proyectado.

El proyecto se justifica cuando las caractersticas topogrficas de la poblacin, los altos yfrecuentes volmenes de escorrenta superficial o la capacidad de drenaje de vas y cune-tas, hace imposible que se tenga un drenaje superficial. Adems, el sistema de drenajepluvial no necesariamente debe cubrir toda la localidad, ya que slo debe ser implementadoen las zonas o sectores donde se tengan los problemas de inundacin arriba descritos.

Adicionalmente, la justificacin de un proyecto de recoleccin y evacuacin de aguas llu-vias requiere de un detallado anlisis econmico donde se evalen, por un lado, los costosde las tuberas y dems estructuras que conforman este sistema, y por otro, los benefi-cios que se logren como producto de no tener problemas de prdidas de vidas, inundacio-nes, alteraciones del trfico o deterioro del sistema sanitario por efecto de instalar co-nexiones erradas de aguas lluvias. Dentro de la justificacin se debe dar especial importanciaa la forma como se pretenden recuperar los costos iniciales de construccin, y los futurosde operacin y mantenimiento, que garanticen la sostenibilidad del sistema en el tiempo.

El alcance del proyecto se debe plantear a partir de un anlisis de la demanda del servicio

(volmenes econmicos de escorrenta que se van a drenar en un determinado tiempo),comparada con la oferta de la infraestructura actual de drenaje (capacidad de evacuacinde escorrenta superficial que tienen las vas, cunetas y dems elementos existentes). Sehabla de un volumen "econmico" de escorrenta a drenar ya que la eleccin del periodo deretorno (frecuencia) que se adopte en el proyecto deber ser realizada en funcin de laprobabilidad de ocurrencia de lluvias, empleando un factor de riesgo tcnica y econmica-mente admisible.

Por ltimo, una adecuada priorizacin del proyecto de drenaje de aguas lluvias dentro delas necesidades de una municipalidad, es la garanta de que ste nazca bien concebido y notenga mayores contratiempos durante las fases posteriores, como por ejemplo la finan-ciacin, fase en la cual el municipio debe demostrar a las entidades prestatarias de recur-sos que su proyecto est justificado y priorizado dentro de los marcos establecidos por elMinisterio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial, y dems entidades del sector.

El RAS, en sus captulos A-4 (Identificacin y justificacin de proyectos), A-5 (Priorizacinde proyectos), y en la Gua RAS-002 (Identificacin, justificacin y priorizacin de proyec-tos) presenta todas las herramientas, los procedimientos obligatorios y sugeridos, y ejem-

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plos de aplicacin para llevar a cabo este paso, que para las entidades planificadoras delEstado es fundamental y dentro de la concepcin de un proyecto de agua potable y sanea-miento bsico.

1.2 FASE 2ESTUDIOS PREVIOS Y DE FACTIBILIDAD

Despus de haber sido identificado, justificado y cuantificado en forma global, el proyectode recoleccin y transporte de aguas lluvias debe ser objeto de estudios de planeamiento ydiseo conceptual (factibilidad), donde se planteen y evalen diferentes alternativas tcni-cas y ambientales para dar solucin al problema de drenaje de la escorrenta pluvial, yasea con un sistema separado (alcantarillado pluvial), o con un sistema conjunto con eldrenaje sanitario (alcantarillado combinado). Estas alternativas deben ser evaluadas en

sus beneficios y en sus costos con el fin de elegir la ms favorable para la municipalidad,verificando que los costos de inversin inicial, y de operacin y mantenimiento futuros,sean posibles de asumir por sta y por los usuarios del sistema. Cuando el proyecto pro-puesto deba ser implementado por etapas, el cronograma de ejecucin de obras y el tama-o de cada elemento del sistema propuesto en cada etapa debe cumplir con los criterios delcosto mnimo.

Dentro de la ejecucin de los estudios de factibilidad es necesario realizar los anlisis pre-vios establecidos por el RAS como de obligatorio cumplimiento (captulo A-7), y cumplircon las actividades para el planeamiento y diseo de un sistema de recoleccin y evacua-

cin de aguas residuales y pluviales (artculo 123).Adems de estos estudios se recomienda hacer nfasis en los siguientes temas:

Marco institucional y legal en que se desarrolla el proyecto

En atencin a que en la mayora de los municipios los proyectos de recoleccin y evacua-cin de las aguas lluvias usualmente no son responsabilidad de las empresas prestadorasde los servicios de acueducto y alcantarillado sanitario, y con frecuencia su responsabili-dad recae sobre el municipio, es necesario desde el inicio de los estudios de factibilidadtener claridad sobre la entidad responsable de la prestacin de este servicio, y sobre qu

otras entidades pueden tener responsabilidades asociadas; dentro de ellas se involucranlas autoridades ambientales competentes en la zona del proyecto. Este tema es de funda-mental importancia cuando se plantee la recuperacin de costos del proyecto y la admi-nistracin de este servicio.

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Ubicacin dentro de los planes de ordenamiento territorial y desarrollourbano

Las alternativas de proyecto deben estar enmarcadas dentro de los planes de desarrollo y

de ordenamiento territorial (Ley 388 de 1997), pues deben contemplar la dinmica deldesarrollo urbano y la distribucin territorial de las reas proyectadas de desarrollo en elcorto, mediano y largo plazo, teniendo en cuenta los usos previstos del suelo, el plan vial ylas zonas de conservacin y proteccin de los recursos naturales y ambientales, especial-mente cauces y cuerpos receptores de las aguas lluvias.

Evaluacin de los mapas o niveles de riesgo

Dentro del planeamiento de alternativas de drenaje de aguas lluvias es importante exami-nar junto con las autoridades municipales los estudios y mapas de riesgos derivados delos fenmenos asociados con la escorrenta pluvial. A partir de esta informacin -que usual-mente manejan las oficinas locales o regionales de atencin y prevencin de desastres-, sepodr tener una idea clara del panorama de riesgos que amenaza una determinada loca-lidad.

1.3 FASE 3DISEOS DETALLADOS Y DOCUMENTOSPARA LICITACIN, CONSTRUCCIN Y OPERACIN DE OBRAS

Como el objetivo final de un proyecto es llevar a cabo las obras y hacer sostenible su

operacin en el tiempo, la fase final de un proyecto de drenaje pluvial debe ser la realiza-cin de los diseos detallados para la construccin y la elaboracin de documentos quepermitan licitar, construir, poner en marcha, operar y mantener los sistemas de drenajede aguas lluvias o sistemas de alcantarillado combinados propuestos. Lo anterior incluye:planos de construccin, especificaciones tcnicas, formularios de cantidades de obra, pre-supuestos, pliegos de condiciones para contratacin, estudios y licencias ambientales, ymanuales de puesta en marcha, operacin y mantenimiento de los diferentes elementosde los sistemas de drenaje propuestos.

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Captulo 2ACTIVIDADES ESPECFICAS PARA LOS ESTUDIOS

DE FACTIBILIDAD Y DISEO DE SISTEMASDE RECOLECCIN Y EVACUACIN DE AGUASPLUVIALES

Las principales actividades que se deben realizar dentro de los diseos conceptuales(factibilidad) y los diseos detallados de un proyecto de recoleccin y evacuacin de aguaslluvias, se pueden reunir en los siguientes grandes grupos:

2.1 RECOLECCIN Y ANLISIS DE LA INFORMACIN BSICA,ESTUDIOS EXISTENTES E INFRAESTRUCTURA DE DRENAJEDISPONIBLE

Se refiere a la consecucin y anlisis de toda la informacin que exista sobre las caracte-

rsticas fsicas y socioeconmicas de la localidad donde se desarrollar el proyecto, y sobrelos sistemas de agua potable y saneamiento bsico que all se encuentren construidos oplanificados; por tanto, es indispensable la revisin de todos los estudios existentes sobrelos temas mencionados.

Para el estudio de solucin a los problemas de drenaje de la escorrenta pluvial es necesariohacer nfasis en los siguientes puntos:

Descripcin y diagnstico de la operacin de los sistemas existentesde recoleccin y evacuacin de las aguas residuales y pluviales

Para tratar de una manera adecuada este tema se debe conocer: La entidad responsable del servicio.

La descripcin fsica de los componentes de cada sistema, sus caractersticas tcni-cas y sus condiciones de operacin y mantenimiento.

Las deficiencias en el sistema de alcantarillado sanitario, obtenidas a partir de laexperiencia de los operadores del mismo.

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Las deficiencias del sistema de drenaje superficial o alcantarillado pluvial o combi-nado (si existen).

Los planos de las redes de alcantarillado pluvial existente, as como del planeamiento

del desarrollo actual y futuro del sistema vial y de drenaje superficial.

La percepcin de las autoridades y de la comunidad sobre problemas de inundacio-nes e incomodidades al trfico vehicular y peatonal originadas por la falta de unaadecuada evacuacin de las aguas lluvias. Igualmente, los registros de fenmenoscatastrficos o importantes referentes a las inundaciones. En general, se debe hacerun diagnstico completo del problema e inferir la aceptacin del nuevo proyecto dedrenaje pluvial.

Mapas de riesgos ocasionados por fenmenos de origen hdrico, o definicin porparte de las autoridades de los niveles de riesgo a que est expuesta la poblacin.

Planes de ordenamiento territorial y de desarrollo urbano

A partir de lo definido en estos estudios se deben establecer algunos parmetros bsicospara el planeamiento de los sistemas de drenaje pluvial, como son: los lmites del perme-tro urbano que se va a desarrollar, las reas habitadas y los usos del suelo actuales yfuturos, los sistemas naturales de drenaje (fuentes receptoras), los estimativos de reasde desarrollo y poblacin actual y futura, las zonas con necesidades de adecuacin dedrenajes, las zonas de riesgo por inundaciones y estabilidad geotcnica, etc.

2.2 DEFINICIN DE CRITERIOS Y PARMETROS BSICOSDE PLANEAMIENTO Y DISEO CONCEPTUAL

En este numeral se describen los parmetros bsicos que se deben tener en cuenta en eldiseo conceptual; posteriormente, en el captulo 4 se discuten los valores de estosparmetros.

Periodo de anlisis

Consiste en establecer el periodo de planeamiento del sistema que se est analizando, elao inicial y el ao horizonte de diseo. Para este periodo de anlisis se hace el dimen-sionamiento de las obras y el planeamiento de su desarrollo por etapas en el tiempo, para

ir aumentando la oferta del servicio con las previsiones de crecimiento de la demanda.Adicionalmente, ste es el periodo de evaluacin que se usa cuando se requiere hacer unanlisis econmico de alternativas.

reas de desarrollo del proyecto

A partir de la identificacin y el diagnstico del problema de drenaje pluvial, es necesariodefinir el rea de afectacin actual y futura sobre la cual se desarrollar el proyecto;

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adicionalmente, los estudios de drenaje requieren, para efectos de calcular la escorrentasuperficial, la definicin de los usos de los suelos actuales y futuros, la ubicacin de lasreas actualmente urbanizadas y las de futura expansin, y una informacin concreta

del desarrollo vial y de los programas de pavimentacin. Esta informacin se obtiene de losplanes de ordenamiento territorial y, en lo posible, debe ser validada por la Oficina dePlaneacin Municipal.

Estimacin de volmenes de escorrenta pluvial

Corresponde a los caudales que se generan por la accin de las precipitaciones o lluvias, yque deben ser manejados por los sistemas de drenaje existentes y propuestos. Su estimacinrequiere del conocimiento de la intensidad, la duracin y las frecuencias con que se pro-ducen las lluvias sobre las zonas que se van a drenar, as como la definicin del tamao (rea)de stas y el conocimiento de sus condiciones topogrficas y de escorrenta (usos del suelo).

En atencin a que segn las caractersticas de las lluvias se pueden producir diferentescaudales de escorrenta que deben ser drenados, es necesario definir "la lluvia de diseo", lacual corresponde a un evento que crea problemas de inundacin inaceptables para la co-munidad, ya sea porque se superan los niveles de riesgos de afectacin de vidas humanasy bienes fsicos definidos por las autoridades municipales, o porque se crean problemas altrfico y la movilidad por cuya eliminacin la comunidad estara dispuesta a pagar.

Para encontrar cul es la magnitud de esta "lluvia de diseo" es necesario realizar unproceso iterativo que consiste inicialmente en calcular el volumen de escorrenta superfi-cial para lluvias de diferente periodo de retorno o probabilidad de ocurrencia; posterior-mente, se debe analizar la capacidad hidrulica de drenaje del rea en estudio, ya sea atravs de sus calles o de sistemas existentes, para poder definir la probable afectacin decada tipo de lluvia y cuantificar los daos e incomodidades que produce a la comunidad. Elproceso termina cuando se logra definir qu tipo de lluvia (lluvia de diseo) produce ni-veles de inundacin o volmenes de escorrenta que no son admisibles por considerarsepeligrosos para las vidas y actividades humanas, u onerosos por los daos que causan.Idealmente, esta definicin debe darse en trminos econmicos comparando los daos queproduce la lluvia con los costos de implementacin o ampliacin de un sistema de drenaje.Cuando estn de por medio vidas humanas se entiende que esta justificacin econmica

no es indispensable, y el sistema de drenaje debe garantizar que se tenga un nivel de riesgoque no implique afectacin hacia la poblacin.

Investigacin de fuentes receptoras de las aguas lluvias

Se deben investigar y conocer en detalle las caractersticas fsicas, hidrulicas y ambienta-les de la red de drenaje natural (ros, quebradas, etc.) que conformarn las fuentes recep-toras propuestas de los sistemas de recoleccin y evacuacin de aguas lluvias.

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En lo posible se debe tratar de que los sistemas de drenaje propuestos descarguen porgravedad y a flujo libre sobre los cauces o cuerpos receptores. Las caractersticas hidru-licas de estos ltimos (caudales y niveles) deben ser analizadas para periodos de retorno o

de ocurrencia muy superiores a los de la lluvia de diseo utilizados en el dimensionamientodel sistema de drenaje objeto de evaluacin. Lo anterior es de fundamental importanciacuando por variacin de los niveles de la fuente receptora (creciente, mareas, etc.) no sepuede garantizar que el cien por ciento del tiempo se tenga una descarga libre del sistemade alcantarillado pluvial.

Un sistema de drenaje pluvial que est sometido a remansos o reflujos originados poroscilaciones del nivel de la fuente receptora, puede agudizar los problemas de drenaje deun rea determinada al ingresar a ella volmenes de agua adicionales, originados en dichafuente.

2.3 PLANEAMIENTO, EVALUACIN Y SELECCIN DE ALTERNATIVAS

Utilizando los criterios y parmetros propuestos para el diseo conceptual, y teniendo encuenta la evaluacin y el diagnstico del estado actual del sistema de drenaje, se deberealizar la etapa de generacin y evaluacin de diferentes alternativas de solucin, la cualincluye la generacin de alternativas de solucin tcnica para diferentes lluvias de diseo.Estas alternativas deben predisearse geomtrica e hidrulicamente, y costearse en for-ma aproximada. El costeo incluye, por un lado, el valor de la implementacin de las obrasy los costos anuales de operacin y mantenimiento; y, por otro, una cuantificacin de los

daos producidos por dicha lluvia, en el caso de no contarse con el sistema de drenaje. Dentro del anlisis anterior es necesario incluir el mximo aprovechamiento de los

sistemas de drenaje existentes; los niveles de proteccin deben ser compatibles conlos mapas de riesgo definidos para la poblacin o rea en estudio.

Para cada alternativa de solucin es necesario el anlisis de los sitios de descarga enlos cauces y cuerpos receptores, y de sus capacidades y condiciones sanitarias yambientales, para estudiar y cuantificar los efectos de las descargas adicionalesgeneradas por las alternativas propuestas de nuevos drenajes.

Se debe realizar la determinacin de las etapas de construccin para cada alternati-va y de sus costos asociados de construccin, operacin y mantenimiento.

A partir de los elementos anteriores se debe realizar una evaluacin integral (tcni-ca, econmica y ambiental) de las diferentes alternativas de solucin, en donde secomparen los beneficios que involucra la implementacin de cada una de ellas (va-lor de los daos que dejan de ocurrir) con los costos de su construccin y posterioroperacin. Este anlisis debe hacerse para el periodo de anlisis del proyecto.

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Adicionalmente, debe analizarse cmo se recuperarn los costos iniciales de inver-sin y los posteriores de operacin y mantenimiento.

El proceso concluye con la seleccin de la alternativa ms favorable de acuerdo con

la evaluacin del tem anterior, la definicin de todos los componentes del sistema,su predimensionamiento, las etapas de construccin, los requerimientos de pre-dios y de estudios ambientales, el presupuesto estimado, los costos de operacin ymantenimiento, y la forma de financiacin.

2.4 DISEO DETALLADO CON FINES DE CONSTRUCCIN

La alternativa seleccionada debe ser diseada en detalle y se deben definir sus costos deconstruccin dentro de un programa preciso de construccin de obras. Slo se recomien-da la realizacin de diseos detallados para obras que deban ser implementadas en losprximos diez aos, a partir del momento de ejecucin de los diseos; si existen etapasposteriores, stas quedarn predimensionadas y sus diseos detallados se realizarn cuandose acerque su momento de construccin, lo cual permitir tener en cuenta la experienciaobtenida durante la operacin de las primeras etapas.

El diseo detallado debe contener planos y especificaciones tcnicas detalladas de cons-truccin y otros documentos especficos como estudios hidrolgicos e hidrulicos, levan-tamientos topogrficos y de interferencias, estudios geotcnicos y estructurales, estudiosprediales y de servidumbre, estudios y plan de manejo ambiental y de impacto urbano.Adems, para efectos de la licitacin de construccin se requieren pliegos de condiciones

generales y particulares, formularios de cantidades de obra, anlisis de precios unitariosy presupuestos.

Para la etapa de puesta en marcha, operacin y mantenimiento se deben generar manua-les y procedimientos que garanticen la efectividad y sostenibilidad de los elementos delsistema durante su vida til. En estos aspectos se debe hacer especial nfasis en elementosmecnicos como estaciones de bombeo y/o elevadoras de flujo, estructuras de alivio oseparacin, sifones invertidos y dems estructuras especiales.

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Captulo 3SISTEMAS DE RECOLECCIN Y EVACUACIN

DE AGUAS PLUVIALES

3.1 TIPOS DE SISTEMAS

Para el manejo de las aguas lluvias de una poblacin o de una zona de proyecto se debeutilizar preferencialmente el drenaje a superficie libre usando las pendientes de las calles yadecuando su seccin transversal con cunetas laterales que permiten la concentracin yel drenaje de los caudales recolectados. En forma complementaria, y en caso de insuficien-cia de los anteriores, se utilizarn los sistemas de alcantarillados, en donde los flujos deagua provenientes de la escorrenta pluvial son recolectados y transportados a travs detuberas o conductos enterradas bajo las calles, andenes o separadores, o a travs de cana-

les abiertos.El drenaje superficial usando las vas es el sistema ms simple y econmico para unapoblacin; sin embargo stas, de acuerdo con el ancho de su seccin transversal y supendiente tienen una capacidad lmite de transporte de caudal, despus de la cual se em-piezan a causar problemas de inundacin en las calles y los andenes, que pueden afectar eltrfico vehicular y peatonal, o se corre el riesgo de deterioro de las viviendas y propiedadescercanas. Cuando esto sucede, ya sea por tener que drenarse grandes reas, por pendien-tes insuficientes o por condiciones de lluvias extremas, se debe pensar en una solucinusando elementos de drenaje adicionales como tuberas, que se instalan enterradas para mi-nimizar su interferencia con los usos de las vas, o canales descubiertos, que son obstculosriesgosos pero que constituyen la nica solucin cuando se trata de manejar grandescaudales que no resultara prctico conducir por tuberas. Todos estos elementos de dre-naje adicionales a los cauces naturales se denominan sistemas de alcantarillado de aguaslluvias.

Los tipos de sistemas de alcantarillado utilizados para la recoleccin y el drenaje de lasaguas lluvias son:

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El alcantarillado pluvial

Es un sistema de tuberas, conductos y canales para recoleccin y evacuacin de las aguaslluvias que funcionan en forma separada o independiente de las aguas residuales. sta es

la forma convencional y ms recomendable de manejar los sistemas de alcantarillado, so-bre todo cuando se piensa en el tratamiento de las aguas residuales, ya que stas se mane-jan en forma separada facilitando su transporte y tratamiento; adicionalmente, al existirlos dos sistemas, en teora, se minimiza el fenmeno de las conexiones erradas.

Sin embargo, el hecho de tener sistemas separados implica inversiones iniciales considera-bles y altos costos de operacin y mantenimiento, los cuales a veces superan las posibili-dades de los municipios, cuyo nivel de complejidad es bajo o medio, y adems tienen unabaja capacidad econmica.

El alcantarillado combinadoEs un sistema de recoleccin y drenaje donde las aguas residuales y lluvias se transportana travs del mismo conducto o tubera enterrada. Por consideraciones ambientales no esusual que en sistemas combinados se usen canales abiertos como si se encuentra en lossistemas pluviales separados.

3.2 SELECCIN DE LOS SISTEMAS DE RECOLECCIN Y DRENAJEPLUVIAL MS ADECUADOS

GeneralidadesSe reitera que no toda poblacin requiere de un sistema de drenaje pluvial, y que ste slose justifica cuando no es posible que las aguas de escorrenta pluvial sean manejadascompletamente por las calles. Es por ello que el proceso de planeamiento y seleccin dealternativas para la solucin de un problema de recoleccin y evacuacin de aguas lluviasdebe partir de un estudio tcnico del sistema de drenaje actual donde se analicen: la red dedrenajes naturales existentes compuesta por ros, quebradas y caos, las reas de drenajeconformadas por las zonas desarrolladas actuales y futuras, los caudales originados porlluvias de diferentes frecuencias de ocurrencia, y las posibilidades de drenaje que ofrecen

las vas (sistema recolector) y los cauces naturales (sistema de evacuacin). Slo despusde justificada la necesidad de tener un sistema de drenaje adicional se debe pensar en unalcantarillado pluvial separado o combinado, y ste no necesariamente debe cubrir toda lapoblacin, sino nicamente aquellas reas donde exista la justificacin tcnica. Cuando sellega a este punto, ya se tendrn los elementos necesarios para el planteamiento y laseleccin de las alternativas de solucin que complementan el drenaje superficial. La utili-zacin de uno u otro sistema de drenaje pluvial se trata en los prximos apartes.

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Alcantarillado pluvial separado

Tambin denominado alcantarillado de aguas lluvias, es el sistema convencional o tradi-cional para el manejo independiente de las aguas residuales y pluviales. Sus fortalezas o

ventajas se centran en los siguientes puntos: Las aguas residuales se mantienen separadas, lo cual es particularmente til en

sistemas donde se prev o se tiene un tratamiento para las aguas residuales y setienen volmenes apreciables de escorrenta pluvial que, de mezclarse con las aguasresiduales, provocaran diluciones que restaran eficiencia y complicaran el proce-so de tratamiento.

Al caer aguaceros excepcionales los contraflujos originados por insuficiencia delsistema de aguas lluvia pueden causar inundaciones temporales, pero estos vol-menes de aguas no se encontrarn contaminados de aguas residuales.

En sistemas separados que slo requieren bombeo de las aguas residuales, hay unaeconoma apreciable en los costos de construccin y operacin de las estaciones debombeo, ya que en el dimensionamiento de stas no se involucra la escorrentapluvial, que usualmente representa volmenes de drenaje mucho ms grandes quelos producidos por las aguas residuales.

Cuando existen muchos cuerpos receptores en el rea de drenaje el sistema separa-do es ideal ya que slo requiere de cortos tramos de alcantarillas que adems pue-den ser instaladas en forma superficial.

Sin embargo, los alcantarillados pluviales separados tienen algunas desventajas: En su inversin inicial es ms costosa ya que por cada calle debe instalarse dos

tramos de tuberas; adicionalmente, este hecho dificulta su construccin en callesestrechas.

Los desechos slidos que se generan en las calles, con los primeros flujos despus deperiodos secos, son transportados al cauce receptor.

En pocas de estiaje o poca lluvia se tiene una baja velocidad del agua dentro de losconductos pluviales, lo cual genera una baja capacidad de arrastre (fuerza tractiva)y una propensin a la sedimentacin.

Su operacin y mantenimiento son ms costosas pues se deben operar y limpiardos conductos.

Para la situacin actual y futura de los municipios colombianos, y teniendo en cuenta lareglamentacin ambiental cada vez ms estricta que requiere la implementacin del tra-tamiento de las aguas residuales, se sugiere que la alternativa bsica para el manejo de losproblemas de drenaje de la escorrenta pluvial sea el alcantarillado pluvial separado, una

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vez se hayan agotado las posibilidades del drenaje superficial, usando las vas o calles de lapoblacin.

Sin embargo, la implementacin de sistemas separados est supeditada a la posibilidad de

cubrir los costos iniciales de construccin y los futuros de operacin y mantenimiento porparte de la entidad prestadora del servicio y los usuarios de sta. Lo anterior requiereanalizar las posibilidades tarifarias que la entidad prestadora tiene para cobrar este nuevoservicio, y la capacidad de pago y aceptacin que se tenga entre los usuarios.

Alcantarillado combinado

El anlisis de un sistema de alcantarillado combinado como una solucin para el manejo deproblemas de drenaje de las aguas lluvias es una alternativa que debe considerarse cuan-do se presenta alguna de las siguientes condiciones:

Se tiene ya una condicin de hecho en donde las aguas residuales estn mezcladascon los drenajes de aguas lluvias y las obras que se deberan hacer para separar lossistemas implican unos costos inalcanzables o, sencillamente, su realizacin no esfactible ni tcnica ni econmicamente por desconocimiento de los sitios en donde seproducen las conexiones erradas.

Cuando, analizada la solucin de alcantarillado pluvial separado, sta no es factibleeconmicamente.

Las principales ventajas asociadas a un sistema de alcantarillado combinado son las si-guientes:

Son ms econmicos en costos de inversin inicial y operacin y mantenimientoque los correspondientes a sistemas separados.

Son la nica solucin cuando se tienen condiciones de hecho que imposibilitan laseparacin de las aguas en las zonas ya desarrolladas.

Se tienen mejores condiciones hidrulicas para la autolimpieza de los colectores,por tener mayor continuidad en los flujos, aun en pocas secas.

En sitios de calles estrechas, trazado sinuoso y fuertes pendientes, el hecho de tenerque instalar una sola tubera es menos problemtico, ms econmico y causa un

menor impacto urbano. Las aguas residuales se diluyen con las aguas lluvias minimizando la agresividad

hacia los materiales de las tuberas y dems estructuras del sistema de drenaje.

Entre las principales desventajas de los sistemas combinado se encuentran:

La combinacin de las aguas residuales y lluvias dificulta y, por ende, hace mscostosos los sistemas de tratamientos de aguas servidas. De la misma manera, si el

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sistema requiere de bombeos para su evacuacin final, el costo de stos seincrementa al tener que manejar volmenes adicionales de agua en los periodos delluvia.

Los reboses por insuficiencias en la capacidad de las tuberas de recoleccin y eva-cuacin pueden tener algn grado de contaminacin y producir consecuencias so-bre la salud de la poblacin cercana. Estos problemas sern ms notorios en la me-dida en que exista una red de corrientes naturales muy escasa.

En zonas con una red de drenaje abundante y sometida a condiciones de lluvia deapreciable intensidad y frecuencia, un sistema de alcantarillado combinado puedeser optimizado en su dimensionamiento apelando a reboses o alivios de caudalesdiluidos a los cauces naturales, durante las condiciones de las lluvias ms extre-mas, que son las que usualmente gobiernan el diseo de los colectores finales de

estos sistemas de alcantarillado. De esta manera se eliminan los eventos que pro-ducen altos caudales y que se presentan en forma espordica, pero que conllevan lainstalacin de un tamao de tubera que pocas veces se usa a plena capacidad.

La determinacin de los caudales de alivio o rebose debe hacerse analizando las ca-ractersticas ambientales de las corrientes receptoras y cumpliendo unos requisi-tos mnimos de calidad y dilucin para los flujos aliviados tales que no alteren losusos previstos del agua de dicha corriente, aguas abajo de los sitios de descarga.Aqu debe tenerse en cuenta que el funcionamiento de estos alivios es espordico yque usualmente se realiza en pocas de lluvias y, por ende, de aguas altas en lascorrientes receptoras, periodos donde stas pueden asimilar ms fcilmente la con-taminacin descargada.

Antes de llevar el efluente de un sistema de alcantarillado combinado a un sistema detratamiento de aguas residuales, y con el propsito de tener un caudal de entrada a estesistema lo ms uniforme posible y que la calidad de las aguas sea lo ms concentrada, sedeben implementar varias medidas:

Planear estructuras de separacin una vez se junten todas las tuberas recolectorasque drenan el casco urbano o zona desarrollada de la localidad. Esto con el fin de queel emisario final que lleva el efluente del alcantarillado al sistema de tratamiento

slo permita la llegada de un caudal definido y, en lo posible, de una calidad deseada.Lo anterior permite una optimizacin econmica de este tramo de tubera (emisa-rio) que usualmente es de apreciable longitud, teniendo en cuenta la necesidad deubicar los sistemas de tratamiento alejados de las reas de desarrollo actuales yfuturas, en prevencin de malos olores y otros efectos ambientales.

Las estructuras de separacin o alivios deben estar orientadas a concentrar en losemisarios finales los flujos de aguas residuales que no presentan apreciables varia-

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ciones durante los diferentes periodos del ao. Adicionalmente, se acostumbra de-jar un pequeo espacio dentro del emisario final para que pueda llegar al sistemade tratamiento el "primer flujo" de la escorrenta pluvial que lava las calles despus

de una sequa prolongada, y que arrastra hacia el sistema combinado, y dentro delos sumideros y dems estructuras de recoleccin, todos los desechos. Los caudalesadicionales asociados con la magnitud de las lluvias idealmente deben ser maneja-dos por alivio a las corrientes naturales teniendo en cuenta conceptos ambientalesy sanitarios, como se explic.

En poblaciones con sistemas de nivel de complejidad bajo y medio, con problemas de drena-je de aguas lluvias pero con imposibilidad econmica de solucionarlos en el corto plazo, esposible admitir en forma temporal la descarga de una porcin de las aguas lluvias a travsdel sistema de alcantarillado sanitario, asimilndolo a un sistema combinado, mientras sepuede construir el sistema pluvial. De esta manera se mitiga, as sea en forma parcial, elefecto de la falta de drenaje pluvial.

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Captulo 4PARMETROS PARA EL PLANEAMIENTO Y DISEO

CONCEPTUAL Y DETALLADO DEL SISTEMADE ALCANTARILLADO PLUVIAL

Dentro de este captulo se proponen y discuten los parmetros necesarios para elplaneamiento, diseo conceptual, evaluacin de alternativas y diseo detallado de siste-mas de alcantarillado pluvial del tipo separado.

Con la ayuda de estos parmetros, siguiendo las fases del procedimiento general para laidentificacin, justificacin y priorizacin de un proyecto descritas en el captulo 1 de estaGua, y realizando posteriormente las actividades especficas para la ejecucin de los estu-dios de factibilidad y diseo descritas en el captulo 2, se llega a tener un proyecto dealcantarillado de aguas lluvias suficientemente soportado tcnica y econmicamente, yque cumple con todos los requerimientos del RAS, lo que le permitir un trnsito seguro

y exitoso durante la fase de consecucin de recursos para su ejecucin.

4.1 PARMETROS PARA EL DISEO CONCEPTUAL

Dentro de las etapas de planeamiento y diseo conceptual de sistemas de alcantarillado deaguas lluvias se debe trabajar intensamente en el dimensionamiento hidrulico de los co-lectores primarios y secundarios, con el objeto de determinar los dimetros mnimos questos pueden tener para cumplir con los requerimientos de capacidad de transporte gene-rados por las descargas de escorrenta pluvial que es necesario drenar. Los principales

parmetros de diseo durante la fase de diseo conceptual son los siguientes:

4.1.1 Anlisis de poblacin y definicindel nivel de complejidad del sistema

La definicin de los parmetros de diseo exige conocer el nivel de complejidad del sistema,la cual a su vez es funcin de la poblacin proyectada para el ao horizonte de diseo.

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El alcance que deben tener los estudios de poblacin est definido por el RAS en el numeralB.2.2, "Estimacin de la poblacin"; el desarrollo metodolgico detallado y su aplicacinprctica se presentan en la Gua RAS-001, "Definicin del nivel de complejidad y evalua-

cin de la poblacin, la dotacin y la demanda de agua". Debe estimarse la poblacin actualy futura del proyecto, con base en informacin oficial censal y los censos disponibles desuscriptores del acueducto y otros servicios -en particular energa elctrica- de la locali-dad analizada.

4.1.2 Periodo de planeamiento y diseo conceptual

El periodo de planeamiento o de anlisis del diseo conceptual es el principal parmetropara fijar las condiciones bsicas del proyecto, como son: la capacidad de los diferenteselementos que debe tener el sistema para atender los requerimientos actuales y futuros

de drenaje de escorrenta pluvial. Del periodo de planeamiento tambin depende el anlisiseconmico de alternativas y la programacin de inversiones por etapas. Como mnimo,los sistemas de recoleccin y evacuacin de aguas pluviales deben proyectarse para losperiodos de planeamiento que se presentan en la tabla D.2.1 del RAS. La vida til para lacual deben ser previstos los componentes de los sistemas de recoleccin y evacuacin deaguas pluviales se define en el literal A.4.9, tambin del RAS.

TABLA D.2.1PERIODODEPLANEAMIENTODEREDESDERECOLECCIN

YEVACUACINDEAGUASRESIDUALESYLLUVIASNivel de complejidad del sistema Periodo de diseo (aos)

Bajo 15 aos

Medio 15 aos

Medio alto 20 aos

Alto 25 aos

4.1.3 Zonas de desarrollo y reas de drenaje actuales y futuras

El rea por drenar debe contener, adems de la zona actualmente desarrollada y los usosdel suelo, la prevista como rea de expansin residencial al ao horizonte de diseo y losusos del suelo complementarios, como reas industriales, comerciales, institucionales,recreativas, entre otras. Cuando no existan planes de desarrollo o de ordenamiento terri-torial, se deben realizar estudios urbansticos para detectar las reas de ms probabledesarrollo y los posibles usos del suelo que all se puedan esperar. La definicin de estosusos del suelo es de fundamental importancia ya que de ellos depende la estimacin de los

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parmetros de escorrenta superficial, que indican qu porcentaje de las aguas lluviasdebe ser drenado y cul se infiltra.

Para cada tramo de tuberas del sistema por disear se deben determinar la extensin y el

tipo de reas tributarias. El rea aferente debe incluir el rea tributaria propia del tramoen consideracin. Las reas de drenaje deben ser determinadas por medicin directa enplanos, y su delimitacin debe ser consistente con las redes de drenaje natural y las pro-yectadas.

4.1.4 Capacidad del sistema de drenaje actual

Definidas las reas de drenaje se debe proceder inicialmente a estimar los volmenes deagua que pueden ser transportados por los sistemas de drenaje existente, esto es, deter-

minar la capacidad hidrulica mxima que stos poseen.Si el nico sistema de drenaje son las vas o calles se debe analizar la capacidad de staspara transportar caudal a travs de sus cunetas y aun usando todo el ancho de calzada ypermitiendo una lmina de agua que sea permisible (usualmente unos 0,10 m). Para faci-litar su evaluacin, en el anexo 1 se presentan los nomogramas de Izzard para el clculode cunetas y de capacidad de flujo de calles y avenidas. Este anlisis usualmente deberealizarse desde los puntos topogrficos ms bajos, donde se tiene la mayor concentracinde caudales, hasta los puntos ubicados aguas ms arriba.

Cuando se tiene un sistema de tuberas colectoras, su capacidad hidrulica se calcular a

partir del tramo final, estimando para cada tubera su capacidad a tubo lleno, teniendo encuenta sus condiciones de pendiente y rugosidad reales.

Si se estima que los sistemas existentes son insuficientes, se debe hacer un trazado preli-minar del sistema adicional de drenaje requerido y un estimativo de las reas de drenajeaferentes a l.

4.1.5 Trazado preliminar de los colectores requeridos

El trazado planimtrico inicial se puede realizar sobre una base cartogrfica del municipio

o del rea de drenaje en una escala 1:2.000 1:1.000. El trazado en general se hace si-guiendo el recorrido de las calles existentes, de las vas previstas hacia el futuro y de latopografa de la zona. Para la estimacin altimtrica (curvas de nivel) se requiere de unanivelacin aproximada de los corredores escogidos para el trazado de las tuberas, a fin delograr que las pendientes que se asuman en este prediseo se ajusten a la topografa realdel terreno. Se sugiere contar con planos con curvas de nivel esparcidos mximo 0,25 m o,en su defecto, realizar nivelaciones para los corredores previstos.

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4.1.6 Estimacin de caudales de escorrenta pluvial(caudales de diseo)

En el captulo D.4 del RAS, que se refiere al diseo de redes de alcantarillados pluviales, sepresenta con mucho detalle la forma de estimacin de los caudales de diseo para este tipode sistemas. All se recomienda la utilizacin del mtodo racional, el cual calcula el caudalmximo de aguas lluvias (Q en l/s) a partir de la intensidad media del evento de precipita-cin (i en l/s.ha) con una duracin igual al tiempo de concentracin del rea de drenaje (Aen ha) y un coeficiente de escorrenta (C, adimensional), que es funcin del tipo de super-ficie sobre el cual debe rodar el agua hasta ingresar el sistema de drenaje. La ecuacin delmtodo racional es:

Q = C . i . A

El mtodo racional es adecuado para reas de drenaje pequeas, hasta de 700 ha. Cuandolas reas son relativamente grandes, puede ser ms apropiado estimar los caudales me-diante otros modelos de lluvia escorrenta que representen mejor los hietogramas de pre-cipitacin e hidrogramas de respuesta de las reas de drenaje y que eventualmente ten-gan en cuenta la capacidad de amortiguamiento de las ondas dentro de la red de colectores.

Coeficiente de escorrenta (C)

El coeficiente de escorrenta (C) es funcin del tipo de suelo, del grado de permeabilidad dela zona, de la pendiente del terreno y otros factores que determinan la fraccin de la pre-cipitacin que se convierte en escorrenta superficial y que no se infiltra. En su determina-

cin deben considerarse las prdidas por infiltracin en el suelo y otros efectos retardadoresde la escorrenta.

El valor del coeficiente C debe ser estimado tanto para la situacin inicial como para el aohorizonte de diseo. La estimacin de este parmetro se realiza superponiendo las reasde drenaje sobre los planos de usos de suelo actuales y futuros, los cuales usualmente seencuentran en los planes de ordenamiento urbano o de desarrollo territorial que manejanlas oficinas de planeacin de cada localidad.

Para grandes reas de drenaje que incluyan subreas (A) con coeficientes de escorrentadiferentes, el valor de C representativo del rea debe calcularse como el promedio ponde-

rado con las respectivas reas.

(D.4.2) del RAS

Para la estimacin de C existen tablas de valores y frmulas, algunas de las cuales sepresentan en el RAS como gua para su seleccin. La adopcin de determinados valoresdebe estar justificada con los planos de usos del suelo de la zona del proyecto.

( )C

C A

A=

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TABLA D.4.5- RASCOEFICIENTEDEESCORRENTAOIMPERMEABILIDAD

Tipo de superficie C

Cubiertas 0,75-0,95

Pavimentos asflticos y superficies de concreto 0,70-0,95

Vas adoquinadas 0,70-0,85

Zonas comerciales o industriales 0,60-0,95

Residencial, con casas contiguas, predominio de zonas duras 0,75

Residencial multifamiliar, con bloques contiguos y zonas duras entre stos 0,60-0,75

Residencial unifamiliar, con casas contiguas y predominio de jardines 0,40-0,60

Residencial, con casas rodeadas de jardines o multifamiliares apreciablemente separados 0,45

Residencial, con predominio de zonas verdes y parques-cementerios 0,30

Laderas sin vegetacin 0,60Laderas con vegetacin 0,30

Parques recreacionales-zonas verdes 0,20-0,35

Intensidad de precipitacin (i)

La intensidad de precipitacin que debe usarse en la estimacin del caudal mximo o picode aguas lluvias corresponde a la intensidad media de precipitacin dada por las curvas deintensidad-duracin-frecuencia (IDF) de las lluvias en la localidad, para un periodo de re-torno de diseo definido con base en consideraciones tcnicas y econmicas, y una dura-

cin equivalente al tiempo de concentracin de la escorrenta dentro del rea de drenaje.Estos parmetros se definen a continuacin:

Curvas de intensidad-duracin-frecuencia

Las curvas de intensidad-duracin-frecuencia (IDF) constituyen la base climatol-gica para la estimacin de los caudales de diseo de los alcantarillados pluviales.Estas curvas resumen las caractersticas de los eventos extremos mximos de pre-cipitacin de una determinada zona, y definen la intensidad media de lluvia paradiferentes duraciones de lluvias con periodos de retorno especficos.

Inicialmente, es necesario verificar la existencia de curvas IDF para la localidad. Siexisten, stas deben ser analizadas para establecer su validez y confiabilidad parasu aplicacin al proyecto. Si no existen, es necesario obtenerlas a partir de informa-cin sobre precipitaciones. La obtencin de las curvas IDF debe realizarse con infor-macin pluviogrfica de estaciones ubicadas en la localidad, derivando las curvas defrecuencia correspondientes mediante anlisis puntuales de frecuencia de eventosextremos mximos. Si no existe informacin en la poblacin, debe recurrirse a es-

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taciones localizadas en la zona lo ms cercanas a la poblacin. Si esto no permitederivar curvas IDF aceptables para el proyecto, deben ajustarse curvas IDF pormtodos sintticos, preferencialmente derivados de informacin pluviogrfica del

pas.En algunas ciudades colombianas las entidades competentes han desarrolladoecuaciones IDF para la descripcin de los fenmenos pluviales que all se presentan;estas ecuaciones tienen la siguiente forma generalizada:

I = C F/ Ddonde:

I: intensidad de la lluvia

F: frecuencia de la precipitacin (es el tiempo en aos en que una lluvia de cierta in-tensidad y duracin se repite con las mismas caractersticas)

D: tiempo de duracin de la precipitacin, desde el momento en que inicia la lluviahasta el que todo el rea est contribuyendo (tiempo de concentracin: Tc)

C, a, o: valores suministrados por la entidad y que corresponden a las caractersticas re-gionales de la poblacin.

De acuerdo con el nivel de complejidad del sistema, la manera mnima permitida de obten-cin de las curvas IDF est definida por el RAS en la tabla D.4.1

TABLA D.4.1- RASCURVAS IDF

Nivel de complejidad del sistema Obtencin mnima de curvas IDF

Bajo y medio Sinttica

Medio alto Informacin pluviogrfica regional

Alto Informacin pluviogrfica local

En el caso de sistemas con nivel de complejidad bajo y medio, donde no existe infor-macin pluviogrfica, se recomienda analizar la informacin pluviomtrica paradeterminar la intensidad mxima diaria para el periodo de retorno analizado (usual-mente 2 3 aos). Para definir la intensidad mxima horaria se puede tomar el 60%de lluvia mxima diaria, y con este valor ingresar a curvas estndares de IDF dondees posible, a partir de la Intensidad Mxima, en una hora, definir las intensidadespara duraciones diferentes. En el anexo 1 se presenta un ejemplo de curva IDFestndar.

Los valores de intensidad dados por las curvas IDF corresponden a valores puntuales re-presentativos de reas relativamente pequeas. En la medida en que las reas de drenaje

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consideradas se hacen ms grandes, la intensidad media de la lluvia sobre stas se reduceen razn de la variabilidad espacial del fenmeno de precipitacin. En consecuencia, resul-ta conveniente considerar factores de reduccin de la intensidad media de la precipitacin

en la medida en que el rea de drenaje se incremente. El RAS propone unos factores dereduccin para convertir la intensidad puntual en intensidad media espacial.

TABLA D.4.4-RASFACTORDEREDUCCINDEINTENSIDADDELLUVIAs

reas de drenaje (ha) Factor de reduccin

50 - 100 0,99

100 - 200 0,95

200 - 400 0,93

400 - 800 0,90800 - 1600 0,88

Periodo de retorno de diseo

El periodo de retorno de diseo, es decir, la frecuencia con que se presenta un determinadoaguacero -parmetro necesario para ingresar a las curvas IDF-, debe determinarse deacuerdo con los niveles de riesgo admisible, y por los daos, perjuicios o molestias que lasinundaciones peridicas, por falta o insuficiencia del sistema de drenaje pluvial, puedanocasionar a los habitantes, propiedades, trfico vehicular y peatonal, comercio, industria,

entre otros. A mayor grado de proteccin se tendr un mayor periodo de retorno y, porende, una mayor intensidad de lluvias y un mayor caudal a drenar.

Como la seleccin de un periodo de retorno muy seguro puede llevar a un costo de obrasque no haga realizable el proyecto, es importante realizar el dimensionamiento de lasobras para diferentes caudales originados en diferentes intensidades de lluvia correspon-dientes a varios periodos de retorno. Se escoger aquel valor que muestre estar dentro delos niveles de riesgo definidos por el municipio, y en el cual los beneficios obtenidos por laconstruccin de las obras sean mayores que el costo de stas.

Aunque los niveles de riesgo, el periodo de retorno y la intensidad de las lluvias que se

genera, as como el costo del posible efecto de las inundaciones y molestias al trnsito, sonpropios de cada comunidad, y no se puede generalizar, el RAS sugiere unos valores quepueden tomarse como seguros y con los cuales es posible hacer los anlisis iniciales y, deacuerdo con la evaluacin costo-beneficio, stos se irn adecuando hasta encontrar unvalor econmicamente viable.

El periodo de retorno que se asuma debe ser homogneo para todos los componentes delsistema de recoleccin, con el fin de que ninguno de ellos quede sobredimensionado res-

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pecto a los dems. Se exceptan los canales abiertos que operen como colectores o emisa-rios finales de grandes reas de drenaje (ms de 1000 ha), o los cauces y cuerpos recepto-res en cuyas orillas exista poblacin asentada que pueda ser objeto de inundaciones; en

estos casos, deben aumentarse los periodos de retorno, de acuerdo con los mapas de ries-go definidos para la poblacin y las condiciones topogrficas (alta pendiente o zonas pla-nas), segn se recomienda en la siguiente tabla.

TABLA D.4.2-RASPERIODOSDERETORNOOGRADODEPROTECCIN

Mnimo Aceptable RecomendadoCaractersticas del rea de drenaje (aos) (aos) (aos)

Tramos iniciales en zonas residenciales con reas tributariasmenores de 2 ha 2 2 3

Tramos iniciales en zonas comerciales o industriales, con reastributarias menores de 2 ha 2 3 5

Tramos de alcantarillado con reas tributarias entre 2 y 10 ha 2 3 5

Tramos de alcantarillado con reas tributarias mayores de 10 ha 5 5 10

Canales abiertos, cauces y cuerpos receptores en zonas planas 10 10 10y que drenan reas mayores de 1000 ha* borde libre borde libre

100 aos 100 aos

Canales abiertos, cauce y cuerpos receptores en zonas 10 10 10montaosas (alta velocidad) o a media ladera, que drenan reas borde libre borde libremayores a 1.000 ha 25 aos 25 aos

* Parte revestida a 10 aos

TABLA 4.3-RASGRADODEPROTECCINSEGNELNIVELDECOMPLEJIDADDELSISTEMA

Nivel de complejidad Grado de proteccindel sistema igual o mayor al:

Bajo Mnimo

Medio Mnimo

Medio alto Aceptable

Alto Recomendado

Dependiendo del nivel de complejidad del sistema, y de las condiciones fsicas y socioe-conmicas de cada municipio, las autoridades locales deben definir el grado de proteccin:mnimo, aceptable o recomendado. Sin embargo, en casos especiales en los cuales los an-lisis muestren que se ponen en peligro vidas humanas, las autoridades locales puedenincrementar el grado de proteccin.

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En los casos en los cuales el caudal que exceda aquel que se proyect en el diseo tenga laposibilidad de verter por una ladera o escarpe con potencialidad de desestabilizacin delterreno y deslizamientos, debe considerarse el aumento del periodo de retorno.

Tiempo de concentracin

El tiempo de concentracin (Tc) est compuesto por el tiempo de entrada (Te) y el tiempo derecorrido en el colector (Tt). El tiempo de entrada corresponde al tiempo requerido paraque la escorrenta llegue al sumidero del colector, mientras que el tiempo de recorrido seasocia con el tiempo de viaje o trnsito del agua dentro del colector:

Tiempo de entrada, Te

Existen varias frmulas para estimar el tiempo de entrada (vase el numeral D.4.3.7 delRAS).

El Soil Conservation Service (SCS) propone estimar Te con base en la velocidad media deescorrenta superficial (Vs) sobre el rea de drenaje y la distancia de recorrido (L).

teC TTT +=

( )SV60L

=Vs puede aproximarse por:

a es una constante que depende del tipo de superficie y S es la pendiente media del rea de

drenaje. La constante a se puede estimar a partir de la siguiente tabla:

TABLA D.4.7-RASCONSTANTE a DEVELOCIDADSUPERFICIAL

Tipo de superficie a

Bosque con sotobosque denso 0,70

Pastos y patios 2,00

reas cultivadas en surcos 2,70

Suelos desnudos 3,15

reas pavimentadas y tramos iniciales de quebradas 6,50

Tiempo de recorrido, Tt

El tiempo de recorrido en un colector se puede calcular como

V a S

S=

12

( )T

L

Vt

C

=

60

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donde:

Lc: longitud del colector

V: velocidad media del flujo dentro de l.

Dado que Tt debe corresponder a la velocidad real del flujo en el colector, el tiempo deconcentracin puede determinarse mediante un proceso iterativo, tal como se describe enel numeral D.4.3.7.2 del RAS.

Para efectos prcticos el tiempo de concentracin mnimo en pozos iniciales de sistemaspluviales est entre 10 y 20 minutos. El tiempo de entrada mnimo es 5 minutos. Cuandodos o ms colectores confluyen a la misma estructura de conexin, debe considerarsecomo tiempo de concentracin en ese punto el mayor de los tiempos de concentracin delos respectivos colectores.

4.1.7 Dimetros mnimos por tipos de tuberas colectorasDe acuerdo con su funcin dentro del sistema de recoleccin se distinguen diferentes tiposde tuberas o redes colectoras de aguas lluvias; cada una de ellas, por norma, tiene unosdimetros nominales mnimos que se deben cumplir. El dimetro nominal se define como"un nmero simple que sirve para clasificar, en dimensiones, los elementos de tuberas,conexiones, aparatos, etc. El dimetro nominal no debe ser utilizado para fines de clculo".El clculo hidrulico se debe realizar con los dimetros internos reales.

Conexin domiciliaria

Es la tubera que transporta las aguas lluvias desde la caja domiciliar hasta un colector

secundario o terciario. Su dimetro interno mnimo debe ser 100 mm (4 pulgadas), en lossistemas de complejidad bajo y medio, y hasta 150 mm en sistemas de complejidad medioalto y alto. Las tuberas de conexin de los sumideros al sistema de colectores deben tenerun dimetro nominal mnimo de 200 mm (8 pulgadas); si las tuberas tienen una pen-diente apreciable, se puede justificar el uso de 150 mm (6 pulgadas).

Red de colectores secundarios y terciarios

Es el conjunto de colectores que recibe contribuciones de aguas domiciliarias y de sumide-ros en cualquier punto a lo largo de su longitud; tambin se denomina red local. El dime-tro nominal mnimo es de 200 mm (8 pulgadas); en sistemas de complejidad bajo y medio

y en zonas de alta pendiente se acepta una reduccin a 150 mm (6 pulgadas), previajustificacin de su capacidad hidrulica.

Colectores principales o matrices

Son los conductos cerrados, sin conexiones domiciliarias directas, que reciben los caudalesde los tramos o colectores secundarios y terciarios, y de los sumideros de la va por la cualdiscurren. Su dimetro ser funcin del tamao de la red secundaria de drenaje que reciban.

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Emisarios finales

Son los conductos cerrados que reciben las afluencias de los colectores principales y queson los encargados de llevar las aguas lluvias recogidas a las corrientes o fuentes recepto-

ras finales. Su tamao ser funcin de los caudales que reciba a partir de los colectoresprincipales que le sean conectados.

4.1.8 Fuentes receptoras de las aguas lluvias

Durante la etapa de planeamiento y diseo conceptual se deben investigar las condicionestopogrficas, hidrolgicas e hidrulicas de las fuentes receptoras del sistema de alcantari-llado pluvial previsto para verificar la capacidad hidrulica que tienen stas de aceptar ytransitar sin ningn peligro los caudales mximos de diseo del emisario final del alcanta-rillado de aguas lluvias.

En lo posible se debe garantizar que el emisario final del sistema de alcantarillado pluvialdescargue a flujo libre el 100% del tiempo. De no ser esto posible, debe analizarse en detallela magnitud y la frecuencia de los reflujos o flujos inversos en el sistema de alcantarillado,y los efectos nocivos que stos pueden ocasionar. Lo anterior es de gran importancia enzonas planas, donde los reflujos pueden alcanzar las conexiones domiciliarias ocasionan-do inundaciones en reas cerradas, que normalmente no estn expuestas a la escorrentapluvial.

Se deben respetar las zonas de ronda y de preservacin ambiental de los cauces o cuerposreceptores; adicionalmente, las reas ubicadas en estas zonas no se deben tratar de drenar.

4.1.9 Zonas de pondaje y amortiguacin

Cuando el drenaje a flujo libre no es posible durante todo el tiempo, o cuando se requierabombear el efluente del emisario final para llevarlo a la fuente receptora, se recomienda lautilizacin de pondajes o lagunas de amortiguacin de los caudales pico. Cuando se tienenproblemas de drenaje temporal al cuerpo receptor, un pondaje puede almacenar el volu-men de escorrenta requerido hasta que el cuerpo receptor alcance niveles que permitandrenar hacia l por gravedad. De otro lado, en un sistema que requiere bombeo para

drenar al cuerpo receptor, el pondaje o almacenamiento permite suavizar los altos picosde caudales que por cortos tiempos se presentan en el emisario final del sistema de alcan-tarillado logrando, de acuerdo con el volumen de almacenamiento, reducir los caudales dediseo y, por ende, el tamao y nmero de equipos de la estacin de bombeo.

Las investigaciones que se desarrollan en la actualidad tienden a considerar dentro delsistema de alcantarillado pluvial elementos que permiten la amortiguacin de los picos decaudales que generan las aguas lluvias; por tanto, se espera que en un futuro cercano

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estas metodologas se puedan empezar a aplicar en el pas, con el propsito de disminuirlos caudales de diseo, los dimetros y los costos de la red de colectores de drenaje, logran-do proyectos econmicamente ms asequibles a los municipios de bajos recursos.

4.1.10 Diseo hidrulico

El tamao y la pendiente de un colector deben ser adecuados para conducir el caudal dediseo, evitar la sedimentacin de slidos para las condiciones iniciales de servicio y garan-tizar su adecuada operacin y funcionalidad. Los clculos hidrulicos deben hacerse usandoel dimetro interno real de los colectores.

En general, los colectores de aguas lluvias deben disearse como conducciones a flujo librepor gravedad. El flujo de aguas pluviales en una red de alcantarillado para su recolecciny evacuacin no es permanente. Sin embargo, el dimensionamiento hidrulico de la sec-cin de un colector puede hacerse suponiendo que el flujo en ste es uniforme. Esto esvlido en particular para colectores de dimetro pequeo

Frmulas de flujo uniforme

Existen varias frmulas de flujo uniforme apropiadas para este propsito, dentrode las cuales estn la de Chzy y la de Manning. La ecuacin de Chzy constituye la repre-sentacin de la ecuacin de Darcy para flujo en conductos abiertos, mientras que la fr-mula de Manning es la ms utilizada en la prctica.

(Chzy)

(Manning)

Los estudios ms recientes de la hidrulica de los alcantarillados indican que la frmula deChzy es la que mejor describe el flujo uniforme dentro de los colectores, por lo cual debe-ra ser la frmula utilizada para optimizar los dimetros de stos. Sin embargo, el hechode que el clculo de su coeficiente de friccin sea ms elaborado, que este valor sea variabley que en los catlogos de las tuberas ofrecidas en el pas no aparezcan los valores de lasrugosidades absolutas de las paredes, ha impedido que se popularice su utilizacin. Apesar de lo anterior, la optimizacin y el detallamiento del diseo hidrulico de los colecto-

res de alcantarillados, especialmente los sanitarios donde se manejan pequeos dime-tros, exigen su utilizacin y a eso se llegar en corto tiempo.

Coeficientes de rugosidad en el diseo de alcantarillados pluviales.

El coeficiente C de resistencia al flujo de Chzy puede estimarse a partir del coeficiente defriccin f de la frmula de Darcy-Weisbach, el cual se evala con la frmula de Colebrook-White. Tericamente esta frmula se considera la ms completa, pues es aplicable a todos

( ) 21SRCV = ( )V n R S= 1

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los regmenes de flujo, y depende del dimetro, del nmero de Reynolds y del coeficiente derugosidad absoluta k propio de la superficie friccional. El coeficiente C puede estimarsetambin con frmulas ms empricas como las de Ganguillet-Kutter y Bazin.

El coeficiente de rugosidad de Manning se estima a partir de mediciones de laboratorio y decampo, y depende en general del tipo de material del conducto. La frmula de Manning,por su facilidad de clculo, es la ms usada en nuestro medio.

En el diseo de redes de recoleccin y evacuacin de aguas pluviales deben usarse valoresde coeficientes de rugosidad que representen adecuadamente el efecto friccional en lascondiciones de servicio que el colector experimentar durante su vida til. Estas condicio-nes de servicio dependen de varios factores:

Material del conducto.

Forma y tamao del conducto y su posible deformacin. Profundidad hidrulica de flujo.

Tipo de uniones y nmero por unidad de longitud.

Desalineamientos horizontal y vertical del conducto por efecto de las uniones.

Sedimentacin de material en el conducto.

Entrada de flujos laterales puntuales al conducto.

Segn el RAS, para los niveles de complejidad de sistema medio alto y alto, el valor delcoeficiente n de rugosidad de Manning en tuberas de pared lisa debe definirse entre 0.010

y 0.014, previa aprobacin de la entidad prestadora del servicio de recoleccin y evacua-cin de aguas pluviales. El menor valor corresponde a una tubera nueva, con una muybuena instalacin (sin desalineamientos), con pocas uniones, con unas condiciones de ve-locidad y pendiente que impidan la sedimentacin y colocada en un sistema de alcantari-llado donde se esperan buenas condiciones de mantenimiento y limpieza).

Para los niveles de complejidad de sistema bajo y medio, donde las condiciones de manteni-miento preventivo se hacen en forma ocasional, el coeficiente n de rugosidad de Manningse debe establecer con base en la tabla de la pgina siguiente.

Los menores valores corresponden a sistemas bien alineados, con pocas uniones, poco

propensos a la sedimentacin y con algn tipo de mantenimiento. En condiciones adver-sas deben usarse valores cercanos al tope mximo.

En todos los casos el diseador deber sustentar adecuadamente el valor del "n" que utiliceen su diseo, asumiendo la responsabilidad por sus anlisis y recomendaciones.

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TABLA 33-RASVALORESDELCOEFICIENTEDERUGOSIDADDE MANNINGPARAVARIOSMATERIALES

Material N

Conductos cerrados

Asbesto - cemento 0,011 - 0,015

Concreto prefabricado interior liso 0,011 - 0,015

Concreto prefabricado interior rugoso 0,015 - 0,017

Concreto fundido en sitio, formas lisas 0,012 - 0,015

Concreto fundido en sitio, formas rugosas 0,015 - 0,017

Gres vitrificado 0,011 - 0,015

Hierro dctil revestido interiormente con cemento 0,011 - 0,015

PVC, polietileno y fibra de vidrio con interior liso 0,010 - 0,015Metal corrugado 0,022 - 0,026

Colectores de ladrillo 0,013 - 0,017

Pendientes

Las pendientes de los colectores deben seleccionarse de tal forma que se ajusten a la topo-grafa del terreno y que no generen velocidades que estn por fuera de las especificadas.En tramos donde la pendiente natural del terreno sea muy baja, debe verificarse detallada-mente la fuerza tractiva para garantizar las condiciones de autolimpieza; por otro lado, sista es demasiado pronunciada, es necesario establecer un nmero apropiado de estruc-

turas de cada para que los tramos cortos resultantes tengan la pendiente adecuada.

Velocidad y pendiente mnima

Las aguas lluvias transportan slidos que pueden depositarse en los colectores pluvialessi el flujo tiene velocidades reducidas. Por tanto, debe disponerse de una velocidad suficien-te para lavar los slidos depositados durante periodos de caudal bajo. Para esto se estable-ce la velocidad mnima como criterio de diseo. La velocidad mnima real permitida en elcolector es 0,75 m/s para el caudal de diseo.

En cada tramo debe verificarse el comportamiento de autolimpieza del flujo, para lo cual es

necesario utilizar el criterio de esfuerzo cortante medio. Se establece, por tanto, que el valordel esfuerzo cortante medio sea mayor o igual a 3,0 N/m2 (0,3 kg/m2) para el caudal dediseo, y mayor o igual a 1,5 N/m2 (0,15 kg/m2) para el 10% de la capacidad a tubo lleno.

Velocidad y pendiente mxima

Los valores mximos permitidos para la velocidad media en los colectores dependen delmaterial, en funcin de su sensibilidad a la abrasin. Los valores adoptados deben estar

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plenamente justificados por el diseador en trminos de la resistencia a la abrasin delmaterial, de las caractersticas de sedimentos y abrasivas de las aguas lluvias, de la turbu-lencia del flujo y de los empotramientos de los colectores. El valor de velocidad mxima

permitido no ser mayor a los 5 m/s. Valores superiores requieren una justificacin tc-nica y aprobacin de la empresa prestadora del servicio.

Profundidad hidrulica mxima

La profundidad hidrulica mxima en colectores de aguas lluvias puede ser la correspon-diente a tubo lleno. En colectores de concreto de seccin rectangular o cuadrada (box-culverts) se recomienda dejar un 10% de la altura como espacio libre para evitar supresurizacin.

4.2 PARMETROS PARA EL DISEO DETALLADO

Si el diseo conceptual se ha realizado de acuerdo con lo recomendado en esta Gua, eldiseo detallado se reduce a las siguientes actividades:

4.2.1 Replanteo topogrfico del eje del trazadoy anlisis de interferencias

Se realizan el replanteo y el levantamiento altimtrico y planimtrico del eje de la tuberapropuesto dentro del diseo conceptual. Durante este levantamiento se deben identificar,localizar y levantar las redes de servicios paralelas o perpendiculares que puedan repre-

sentar interferencia durante el proceso de excavacin de la zanja y la instalacin de latubera.

Con la informacin topogrfica se deben producir planos de localizacin detallados en plantay perfil de terreno por el eje de la tubera proyectada, dentro de los cuales se muestrealtimtrica y planimtricamente la ubicacin de las interferencias encontradas.

La actividad de campo termina con la materializacin o amojonamiento de puntos de refe-rencia que permitan el posterior replanteo del trazado durante el momento de la cons-truccin.

4.2.2 Diseo geomtrico

Corresponde al trazado en planta y perfil de las tuberas que conforman el sistema dedrenaje. Los planos de diseo y construccin deben ser del tipo planta-perfil, con unasescalas sugeridas de 1:500 en la horizontal y 1:50 en la vertical. En dichos planos se debedar gran importancia a la ubicacin de las interferencias que son atravesadas por el eje dela tubera propuesta.

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En la ubicacin en planta es necesario mostrar el abscisado, los cambios de direccin, lasinterferencias y los sitios de encuentro con otras tuberas (pozos de inspeccin); en elperfil se debe indicar el abscisado, la pendiente de la instalacin, el dimetro, la clase y el

material de la tubera, la cota del terreno (por el eje de la tubera), la cota recomendada dela excavacin, la cota batea interior de la tubera instalada, el tipo de terreno o superficiebajo el cual se instalar la tubera (pavimento, zona verde), la seccin recomendada deinstalacin (diseo estructural) y el tipo de entibado sugerido (diseo geotcnico).

En general, para sistemas separados el colector de aguas lluvias debe localizarse en ocerca del eje de la va, mientras que el colector de aguas residuales debe ubicarse hacia unode los costados, a una distancia aproximada de un cuarto del ancho de la calzada (semieje)y no menor de 0,5 m del sardinel. El colector de aguas residuales no debe localizarse en elmismo costado de ubicacin de la red de acueducto. Los colectores de sistemas combina-

dos deben ubicarse en el eje de la calzada.En el diseo geomtrico, adems, se deben tener en cuenta los siguientes aspectos:

Distancias mnimas a otras redes

Las distancias mnimas libres entre los colectores que conforman la red de recoleccin yevacuacin de aguas lluvias, y las tuberas de otras redes de servicios pblicos, deben sersuficientes para permitir su construccin y su posterior mantenimiento y reparacin; sesugiere, en lo posible, cumplir los requerimientos mnimos del ttulo D, numeral D.2.3.6del RAS. En los planos del proyecto debe indicarse la posicin relativa de las redes de acue-

ducto, alcantarillado de aguas residuales, energa y comunicaciones.

Unin de colectores

La unin o conexin de dos o ms tramos de colectores debe hacerse con estructurashidrulicas apropiadas, denominadas estructuras de conexin. Usualmente, stas estruc-turas son pozos de unin o conexin o estructuras-pozo, comunicadas con la superficiemediante pozos de inspeccin.

En general, la distancia mxima entre estructuras de conexin de colectores est determi-nada por la malla urbana y los equipos de limpieza disponibles para el mantenimiento. En

caso de que ni la malla urbana ni el comportamiento del flujo limiten la distancia mxima,sta debe ser de 100 a 120 m si la limpieza de los colectores es manual, y puede llegar a200 m si es mecnica o hidrulica. En emisarios finales y colectores principales, donde lasentradas son muy restringidas o inexistentes, la distancia mxima entre estructuras deinspeccin puede incrementarse en funcin del tipo de mantenimiento, pudindose llegara distancias entre 300 a 500 m, todo esto debido a la alta incidencia que estas estructurastienen dentro de los costos de un pro

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