Diseño De Alcantarillado Carrera 5.docx

Charlie Montaño Ruiz Ingeniero Civil

CÁLCULOS HIDRÁULICOS Y SANITARIOS

CARRERA 5

Ing. CHARLIE MONTAÑO RUIZ M.P. 25202-096604 CND Propietario: ALCALDIA MUNICIPAL

San Vicente del Caguán, Caquetá 2015

Memorias Diseño Sanitario CARRERA 5 Abril de 2016 URBANIZACIÓN BRISAS DE MARSELLA AFILIADOS COMFACA

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TABLA DE CONTENIDO

INTRODUCCIÓN .................................................................................................... 5 1.

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ............................................................. 6

2.

OBJETIVOS..................................................................................................... 7

3.

SISTEMA DE ALCANTARILLADO COMBINADO .......................................... 8 3.1. ESTUDIOS DE FACTIBILIDAD Y ESTUDIOS PREVIOS .......................... 8 3.1.1.

ALCANCE .................................................................................................... 8

3.1.2.

CONSIDERACIONES GENERALES ............................................................ 9

3.1.3.

PARÁMETROS DE DISEÑO ........................................................................ 9

3.1.3.1. Nivel de Complejidad. ................................................................... 9 3.1.3.2. Período de Diseño ...................................................................... 10 3.1.3.3. Dotación Neta: ............................................................................ 10 3.1.3.4. Caudal medio de aguas residuales ............................................. 11 3.1.3.5. Factor de Mayoración de Harmon ............................................... 11 3.1.3.6. Caudal máximo horario de aguas residuales. ............................. 12 3.1.3.7. Densidad Poblacional. ................................................................ 12 3.1.3.8. Aportes por infiltración. ............................................................... 12 3.1.3.9. Caudal de Diseño de Aguas Residuales ..................................... 12 3.1.3.10. Método Racional........................................................................ 12 3.1.3.11. Periodo de retorno ..................................................................... 13 3.1.3.12. Curvas IDF (Intensidad Duración Frecuencia). ......................... 14 3.1.3.13. Coeficiente de impermeabilidad. ............................................... 15 3.1.3.14. Áreas de drenaje. ...................................................................... 15 3.1.3.15. Tiempo de concentración .......................................................... 16 3.1.3.16. Tiempo de entrada .................................................................... 16 3.1.3.17. Tiempo de recorrido (Tt) ............................................................ 16 3.1.3.18. Cálculo de Áreas Aferentes ....................................................... 17 3.1.3.19. Caudal de Diseño total .............................................................. 18 3.1.3.20. Diámetro interno real mínimo. ................................................... 19 3.1.3.21. Velocidad mínima. ..................................................................... 20 3.1.3.22. Velocidad máxima ..................................................................... 21 3.1.3.23. Pendiente mínima y máxima ..................................................... 21

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Memorias Diseño Sanitario CARRERA 5 Abril de 2016 3.1.3.24. Profundidad hidráulica máxima ................................................. 21 3.1.3.25. Profundidad mínima a la cota clave........................................... 22 3.1.3.26. Profundidad máxima a la cota clave .......................................... 23 3.1.3.27. Coeficiente de Rugosidad ......................................................... 23

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Memorias Diseño Sanitario CARRERA 5 Abril de 2016 INTRODUCCIÓN El Municipio de San Vicente del Caguán, viene experimentando un acelerado crecimiento demográfico, en el que se experimentan invasiones desde el año 2002, como Ciudad Bolívar con más de 500 familias, El Paraíso con más de 180 familias, La Libertad, El Mirador y Villa del Prado con más de 600 familias, como muestra general de la necesidad de vivienda; sin embargo, el Municipio cuenta con una población aproximada de 43.150 habitantes en el área urbana. Las redes de alcantarillado existentes necesitan de reposición y en algunos el cambio completo de las tuberías por desgaste o ampliación de diámetro por la mayor cantidad de agua lluvias en épocas de invierno. Es así que el desarrollo del proyecto Alcantarillado en la Carrera 5 con una población aproximada de 1500 habitantes, lo cual hace necesario que se presente un diseño de redes de alcantarillado para la Carrera 5 que se realiza en la zona urbana del Municipio de San Vicente del Caguán, Caquetá, el cual consta de la red principal de tubería de alimentación y el descole final en un punto a red principal de alcantarillado. Así las cosas; el sistema de alcantarillado beneficiara a 300 hogares, entre instituciones educativas, e instituciones religiosas de los que se beneficiara para el desecho de residuos sólidos, aguas negras de baño, fregaderos y agua lluvias.

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1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA La comunidad perteneciente a la Carrera 5-Calle 5ª-calle 5b como producto de la necesidad de contar con un óptimo y eficiente sistema de alcantarillado y buscando solucionar entonces, necesidades relacionadas con los servicios públicos básicos en cumplimiento del Decreto 1469 de 2010, el cual reglamenta los requisitos para la obtención de la respectiva de Licencia de Urbanismo, como requisito básico para la construcción de las redes de acueducto, alcantarillado, energía eléctrica y la construcción de vías y andenes; así las cosas el diseño de las redes de alcantarillado es uno de los servicios públicos básicos necesarios tanto para el cumplimiento de la norma como la su construcción y la subsistencia de la comunidad objeto del presente estudio. Aunque la ubicación del proyecto está a aproximadamente 435 metros de distancia de la red principal de alcantarillado, su construcción es factible dado que las condiciones topográficas lo permiten.

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OBJETIVOS

1.1. GENERAL Realizar el estudio y diseño de la red de agua potable y alcantarillado sanitario para la Carrera 5, a fin de constituirlo en la herramienta principal para dar solución a la necesidad de la prestación de unos de los servicios públicos existenciales.

1.2. ESPECÍFICOS       

Determinar los diámetros, velocidades, caudales de la red verificando que cumpla con los requisitos mínimos establecidos por norma. Realizar el diseño siguiendo los parámetros que establece el RAS 2000 para el diseño de redes de distribución de saneamiento básico. Dar cumplimiento a uno de los requisitos establecidos en el Decreto 1469 de 2010. Garantizar la construcción de unos de los servicios públicos existenciales para los habitantes de la Carrera 5-Calle 5ª-Calle 5b, según lo establece la Ley 142 de 1994 y la Ley 1506 de 2012. Permitir la cuantificación de las obras y la formulación del respectivo proyecto de alcantarillado sanitario. Diseñar obras que permitan el menor impacto ambiental negativo posible. Garantizar la obtención de recursos para su respectiva construcción.

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Memorias Diseño Sanitario CARRERA 5 Abril de 2016 2. SISTEMA DE ALCANTARILLADO COMBINADO 2.1.

ESTUDIOS DE FACTIBILIDAD Y ESTUDIOS PREVIOS

2.1.1. ALCANCE En este capítulo se presentan los aspectos más importantes que deben tenerse en cuenta en los sistemas de alcantarillado combinado. Los parámetros para el desarrollo del diseño de los mismos han sido definidos en los capítulos anteriores. 2.1.2. CONSIDERACIONES GENERALES Descripción del Sistema de Alcantarillado El casco urbano del municipio de San Vicente del Caguán se encuentra construido en laderas con pendientes que varían de bajas a medias, el sistema de alcantarillado es de tipo convencional y funciona por gravedad en una retícula que vierte sus aguas perpendicularmente al Río Caguán, la cual se encuentra canalizada por medio de varios box Coulvert y alcantarillados, y sobre los cuales se han realizado vías, parques y centros comerciales. Este alcantarillado en el inicio, ubicado en la zona centro, se encuentra a una profundidad de 1.5 metros, su dirección es de oriente occidente y recibe los vertimientos del 30% del perímetro sanitario El 70% de la población restante se encuentra ubicada otros sectores conocidos como zona 2, 3 y 4, constituido por los barrios El Coliseo, El Bosquesito, Bella Vista, El Mirador, Villa del Prado, La Paz, La Libertad, La Pradera, Villa Norte, José María Camargo, Ciudad Jardín, Ciudad Bolívar, Ciudadela El Laguito, Primero de Marzo, Oliverio Castillo, Luis Augusto Castro Quiroga, La Orquídea, La Floresta, Cooviproc, Nueva Colombia, La Reforma, Las Veraneras, Brisas de Marsella, El Paraíso, Villa Falla, Las Villas, Villa Falla III, Colinas del Lago, La Primavera, La Victoria y El Portal. Los Robles. La red de alcantarillado tiene una extensión de aproximadamente 37.500 metros lineales, de los cuales el 10% lo constituye tubería de concreto simple y un 90% en tubería de PVC, en diámetros comprendidos entre 8”, 10”, 12”, 16”, 18”, 24” y 36”. El sistema de alcantarillado cuenta con 9 plantas de tratamiento de aguas residuales. No se cuenta co Plan de Saneamiento y Manejo de Vertimientos para el municipio de San Vicente del Caguán. El sistema se encuentra en general en regular estado, debido al tiempo de funcionamiento de las mismas, lo que ha causado algunas fugas del sistema, por ello se están realizando labores de mantenimiento de las redes de todo el municipio con el fin de mejorar la capacidad del sistema de alcantarillado. En San Vicente del Caguán se tienen 3.894 conexiones domiciliarias de alcantarillado y cuenta con una cobertura del 70% de la población.

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Este sistema puede ser adoptado en aquellas localidades donde existan situaciones de hecho que limiten el uso de otro tipo de sistemas o cuando resulte ser la mejor alternativa, teniendo en cuenta los costos de disposición de las aguas residuales. Localidades con una densidad de drenaje natural alta pueden ser apropiadas para este tipo de sistemas. Su adopción requiere una justificación sustentada de tipo técnico, económico, financiero y ambiental que garantice que representa mejor alternativa de saneamiento, incluidos los costos asociados con la disposición final y eventual tratamiento. Un sistema combinado puede tener ventajas en lo que a costos se refiere. Sin embargo, esto no debe ser analizado considerando el sistema de recolección y evacuación independientemente, sino en conjunto con los requerimientos de tratamiento de las aguas residuales diluidas, para cumplir con la legislación vigente sobre vertimientos a cuerpos de agua receptores. Esto, por consiguiente, está asociado con consideraciones de tipo ambiental debido a que en las aguas combinadas se genera necesariamente dilución de las aguas residuales, las cuales no podrían estar sujetas a un tratamiento apropiado todo el tiempo por el alivio que en ocasiones se requiere hacer. Por otro lado, en épocas de verano las velocidades del flujo debido sólo a los aportes de aguas residuales pueden llegar a ser inferiores a las de autolimpieza, lo cual puede causar la acumulación de materia orgánica, cuya descomposición puede generar olores ofensivos y gases. Por estas razones, su selección requiere un juicioso análisis técnico, económico, financiero y ambiental que permita recomendarlo por encima de sistemas de recolección y evacuación separados. 2.1.3. PARÁMETROS DE DISEÑO 2.1.3.1.

Nivel de Complejidad.

De acuerdo al RAS, Numeral A.3.1, Niveles de Complejidad del Sistema, se establece que según con la población proyectada, el municipio de San Vicente del Caguán se ubica en el Nivel de Complejidad Bajo. Nivel de Complejidad Bajo Medio Medio Alto Alto

Población en la zona Capacidad económica de urbana los usuarios < 2500 Baja 2501 a 12500 Baja 12501 a 60000 Media > 60000 Alta Tabla 1.0 Niveles de complejidad del sistema

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Memorias Diseño Sanitario CARRERA 5 Abril de 2016 2.1.3.2.

Período de Diseño

El sistema de alcantarillado de la Carrera 5 del Municipio de San Vicente del Caguán, Caquetá, de acuerdo a sus características económicas y demográficas futuras, se encuentra clasificado en el nivel Bajo de Complejidad, por lo cual el periodo de diseño de la red matriz es de 15 años según lo establecido en los numerales D.2.2.3. de la Norma RAS 2000. Teniendo en cuenta lo anterior, se trabajó con este último dato para el cálculo de los caudales y el respectivo diseño. Nivel de complejidad del sistema Bajo, Medio Medio, Alto Alto

Periodo de Diseño 15 20 25

Tabla 2.0 Periodo de planeamiento de redes de recolección y evacuación de aguas residuales y lluvias

2.1.3.3.

Dotación Neta:

La dotación neta del sistema de alcantarillado combinado que se propone a partir de la siguiente información: NIVEL DE COMPLEJIDAD DEL DOTACIÓN NETA MÍNIMA DOTACIÓN NETA MÁXIMA SISTEMA (Lt/Hab*día) (Lt/Hab*día) Bajo 100 150 Medio 120 175 Medio alto 130 Alto 150 Tabla No. 3.0 Dotación neta según el Nivel de Complejidad del Sistema

Para el nivel de complejidad bajo previamente determinado se toma una dotación neta de 150 Lt/Hab*día. Debido a que en el municipio de San Vicente del Caguán se presentan temperaturas altas 28°C promedio y humedad relativa del 97%; se realiza una corrección a la dotación neta del 10%; la cual se justifica en la tabla No. 5 tomada del apartado B.2.4.4. (Correcciones a la dotación neta). Nivel de complejidad Clima cálido (Mas de Clima templado (Entre Clima frío (Menos de del sistema 28°C) 20°C y 28°C 20°C) Bajo +15% +10% No se admite corrección Medio +15% +10% por clima Medio alto +20% +15% Alto +20% +15% Tabla No. 4.0 Variación a la dotación neta según el clima y el Nivel de Complejidad del Sistema

Siendo así, la dotación neta para el diseño de redes de distribución de agua potable es 165Lt/Hab*día.

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Memorias Diseño Sanitario CARRERA 5 Abril de 2016 2.1.3.4.

Caudal medio de aguas residuales

Con base en lo afirmado en el RAS, numeral D.3.2.2.1., se calculó el caudal medio de aguas residuales con la siguiente fórmula, para los habitantes de diseño: 𝑄𝐷 = Siendo,

C .P .R 86400

C= dotación neta corregida P=población R=coeficiente de retorno, 0,8 el cual se determinó de la siguiente tabla: Nivel de Nivel de Complejidad Bajo y medio Medio Alto y alto

Coeficiente de retorno 0,7-0,8 0,8-0,85

Tabla 5.0 Coeficiente de retorno

Obteniendo para el periodo de diseño:

𝑄𝐷 =

C .P .R 165 ∗ 1500 ∗ 0.70 = 𝑄𝐷 = = 𝑄𝐷 = 49,87 𝑙𝑡/𝑠 86400 86400

En el Anexo No.1 se presenta el cálculo de caudales para cada año durante el periodo de diseño. 2.1.3.5.

Factor de Mayoración de Harmon

Con base en lo afirmado en el RAS, numeral D.3.2.4., se calculó el caudal factor de Harmon con la siguiente fórmula: 𝐹 =1+

14 (4 + 𝑃0.5 )

F=Factor de Mayoración de Harmon P=población/1000. 14

𝐹 = 1 + (4+0.8160.5) =3.86

Este valor corresponde al Factor de Mayoración para el periodo de diseño.

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Memorias Diseño Sanitario CARRERA 5 Abril de 2016 En el Anexo No.1 se presenta el cálculo para cada año, durante el periodo de diseño. 2.1.3.6.

Caudal máximo horario de aguas residuales.

Con base en lo afirmado en el RAS, numeral D.3.2.3., se calculó el caudal máximo horario, a partir del caudal final medio diario y el factor de Mayoración F. 𝑄𝑀𝐻 = 𝐹 ∗ 𝑄𝑀𝐷 QMH = Caudal máximo horario. F = Factor de Mayoración de Harmon QMDf = Caudal medio de aguas residuales. 𝑄𝑀𝐻 = 49,87 ∗ 0.38=192,997 lt/s En el Anexo No.1 se presenta el cálculo para cada año, durante el periodo de diseño. 2.1.3.7.

Densidad Poblacional.

Los sistemas de recolección y evacuación de aguas residuales y pluviales deben diseñarse para la máxima densidad de población futura o densidad de saturación, la cual depende de la estratificación socioeconómica, el uso de la tierra y el ordenamiento urbano. La densidad poblacional futura está determinada de acuerdo con la siguiente ecuación: 𝐷=

Habitante Área total

El área total futura correspondiente a la urbanización Brisas de Marsella Afiliados Comfaca del Municipio de San Vicente del Caguán, Caquetá es de 2.0 Has. Por lo tanto: 1500

𝐷 = 2.73 Ha= 548Hab/Ha

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Memorias Diseño Sanitario CARRERA 5 Abril de 2016 2.1.3.8.

Aportes por infiltración.

Con base en lo afirmado en el RAS, numeral D.3.2.2.7. y tomando el nivel de complejidad correspondiente a San Vicente del Caguán, se obtiene un valor de 0,20 L/s-ha, Nivel de Complejidad Bajo y medio Medio Alto y alto

Infiltración alta (L/s-ha) 0,15-0,4 0,15-0,4

Infiltración media (L/s-ha) 0,1-0,3 0,1-0,3

Infiltración baja (L/s-ha) 0,05-0,2 0,05-0,2

Tabla 6.0 Aportes por infiltración

Para el periodo de diseño se tiene como caudal de infiltración: 𝑄𝐼𝑁𝐹 = (1 𝑋 0.20)=0.20 l/s En el Anexo No.1 se presenta el cálculo para cada año, durante el periodo de diseño. 2.1.3.9.

Caudal de Diseño de Aguas Residuales

El caudal de diseño de cada tramo de la red de colectores se obtiene sumando al caudal máximo horario del día máximo, QMH y los aportes por infiltraciones. 𝑄𝐷𝑇 = 𝑄𝑀𝐻 + 𝑄𝐼𝑁𝐹 Este caudal es el correspondiente a las contribuciones acumuladas que llegan al tramo hasta el pozo de inspección inicial, cuando el caudal de diseño calculado en el tramo sea inferior a 1,5 L/s, se toma este valor como caudal de diseño. QMH= caudal máximo horario QINF= caudal de infiltración 𝑄𝐷𝑇 = 178,07 + 0,20=178.27 En el Anexo No.1 se presenta el cálculo para cada año, durante el periodo de diseño.

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Memorias Diseño Sanitario CARRERA 5 Abril de 2016 2.1.3.10. Método Racional Es un modelo empírico simple utilizado en el diseño de sistemas de drenaje urbano con áreas relativamente pequeñas. Se calcula el caudal pico de aguas lluvias utilizando la intensidad media del evento de precipitación, con una duración igual al tiempo de concentración del área de drenaje y un coeficiente de impermeabilidad. El caudal pico ocurre cuando toda el área de drenaje está contribuyendo, para lo cual dicho caudal es una fracción de la precipitación media bajo las siguientes suposiciones: 1. El caudal pico de escorrentía en cualquier punto es función directa del área tributaria de drenaje y de la intensidad de precipitación promedio durante el tiempo de concentración en ese punto. 2. El periodo de retorno del caudal pico es igual al periodo de retorno de la intensidad promedio de precipitación o evento de precipitación. 3. La lluvia se distribuye uniformemente sobre el área de drenaje. 4. La intensidad de la lluvia permanece constante durante un periodo de tiempo igual al tiempo de concentración. 5. El tiempo de concentración puede ocurrir en cualquier momento durante la lluvia, en el comienzo, en la mitad o en el final de esta. 6. El método racional supone que la relación entre la lluvia y la escorrentía es lineal. 7. El coeficiente de impermeabilidad es constante para lluvias de cualquier duración o frecuencia sobre el área de drenaje. Para determinar el caudal pico se utiliza la siguiente ecuación: Qall= 2,78* (C*I*A) Donde: Qall: Caudal Pico de aguas lluvias (l/s) C: Coeficiente de escorrentía o impermeabilidad (l/s) I: Intensidad de la precipitación (l/s/Ha) A: Área Tributaria (Ha)

2.1.3.11. Periodo de retorno

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Memorias Diseño Sanitario CARRERA 5 Abril de 2016 El periodo de retorno de diseño debe determinarse de acuerdo con la importancia de las áreas y con los daños, perjuicios o molestias que las inundaciones periódicas puedan ocasionar a los habitantes, tráfico vehicular, comercio, industria, etc. La selección del periodo de retorno está asociada entonces con las características de protección e importancia del área de estudio y, por lo tanto, el valor adoptado debe estar justificado. En la tabla D.4.2 se establecen valores de periodos de retorno o grado de protección.RAS D.4.3.4 Periodos de retorno o grado de protección Características del área de drenaje Mínimo (años) Tramos iníciales en zonas residenciales con áreas tributarias 2 menores de 2 Ha Tramos iníciales en zonas comerciales o industriales con 2 áreas tributarias menores de 2 Has Tramos de alcantarillado con áreas tributarias entre 2 y 10 2 Has Tramos de alcantarillado con áreas tributarias mayores a 5 10 Has. Canales abiertos en zonas planas y que drenan áreas 10 mayores a 1000 Ha Canales abiertos en zonas montañosas o a media ladera que 25 drenan áreas mayores a 1000 Has

Aceptable (años)

Recomendado (años)

2

3

3

5

3

5

5

10

25

25

25

50

Tabla 7.0 Periodo de retorno

2.1.3.12. Curvas IDF (Intensidad Duración Frecuencia).

Las curvas IDF sintetizan las características de los eventos de precipitación externos en una zona determinada y establecen la intensidad media de lluvia para diferentes duraciones de eventos de precipitación con periodos de retorno específicos. Las curvas de intensidad duración frecuencia se generan utilizando ecuaciones que relacionan la intensidad de lluvia y su duración: Para el municipio de San Vicente del Caguán las curvas de intensidad duración frecuencia tienen la siguiente forma matemática (Estación Metereológica Aeropuerto Eduardo Falla Solano 1993): .

127.79 (538 + [−𝐿𝑛{−𝐿𝑛(1 − 𝑇1 ) } − 0.52 ] ∗ 1.04 ) 𝑟 𝑖= ∗ 2.778 (𝑡 + 50.67 )

Donde:

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Memorias Diseño Sanitario CARRERA 5 Abril de 2016 i= Intensidad de precipitación (l/s/Ha) Tr= Periodo de retorno (Años) t= Tiempo de concentración total (Minutos) Para la intensidad de la precipitación se trabajó con la curva de Intensidad Frecuencia - Duración del municipio San Vicente del Caguán, Caquetá obtenida de la estación meteorológica del aeropuerto Regional Eduardo Falla Solano. Se tomó un periodo de retorno de 10 años como lo indica el RAS. Con los parámetros anteriores se calcula la intensidad por iteraciones sucesivas y posteriormente el caudal de diseño por medio del método racional. 2.1.3.13. Coeficiente de impermeabilidad. El coeficiente de escorrentía, C, es función del tipo de suelo, del grado de permeabilidad de la zona, de la pendiente del terreno y otros factores que determinan la fracción de la precipitación que se convierte en escorrentía. En su determinación deben considerarse las pérdidas por infiltración en el suelo y otros efectos retardadores de la escorrentía. De igual manera, debe incluir consideraciones sobre el desarrollo urbano, los planes de ordenamiento territorial y las disposiciones legales locales sobre uso del suelo. RAS D.4.3.6 Para áreas de drenaje que incluyen subáreas con coeficientes de escorrentía diferentes, el valor de C representativo del área se calcula como el promedio ponderado con las respectivas áreas. El coeficiente de impermeabilidad para cada área de drenaje está establecido por la siguiente ecuación: 𝐶=

∑(𝐶𝑖 ∗ 𝐴𝑖 ) ∑𝐴

Donde: C= Coeficiente de impermeabilidad Ci= Coeficiente de impermeabilidad de cada subarea Ai= Subarea Has A= Área total Has

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El valor de Ci se calculó siguiendo los siguientes parámetros: Coeficiente de escorrentía o impermeabilidad Tipo de superficie C Cubiertas Pavimentos asfálticos y superficies de concreto. Vías adoquinadas. Zonas comerciales o industriales Residencial, con casas contiguas, predominio de zonas duras. Residencial multifamiliar, con bloques contiguos y zonas duras entre éstos. Residencial unifamiliar, con casas contiguas y predominio de jardines. Residencial, con casas rodeadas de jardines o multifamiliares apreciablemente separados. Residencial, con predominio de zonas verdes y parques-cementerios. Laderas sin vegetación. Laderas con vegetación. Parques recreacionales.

C 0,75-0,95 0,7-0,95 0,7-0,85 0,6-0,95 0,75 0,6-0,75 0,4-0,6 0,45 0,3 0,6 0,3 0,2-0,35

Tabla 8.0 Coeficiente de escorrentía.

2.1.3.14. Áreas de drenaje. El valor del Área tributaria es medido según los planos urbanísticos y de levantamientos topográficos del terreno.

2.1.3.15. Tiempo de concentración El tiempo de concentración está compuesto por el tiempo de entrada y el tiempo de recorrido en la tubería. El tiempo de entrada corresponde al tiempo requerido para que la escorrentía llegue al sumidero del tubo, mientras que el tiempo de recorrido se asocia con el tiempo de viaje o tránsito del agua dentro de la tubería. RAS D.4.4. El tiempo de concentración está establecido mediante la siguiente ecuación: 𝑇𝑐 = 𝑇𝑒 + 𝑇𝑡 Donde: Tc= Tiempo de concentración (Minutos) Te= Tiempo de entrada (Minutos) Tt= Tiempo de recorrido (Minutos) 2.1.3.16. Tiempo de entrada Es el tiempo que toma el flujo superficial para viajar de la parte más alejada de la sub-cuenca hasta el punto de entrada a la red. RAS D.4.4. El tiempo de entrada se establece mediante la fórmula de la FAA de los estados unidos:

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𝑇𝑒 =

0.707(1.1 − 𝐶)√𝐿 1

𝑆3 Donde: Te= Tiempo de entrada (Minutos) C= Coeficiente de impermeabilidad (Minutos) L= Longitud máxima de flujo de escorrentía superficial (m) S= Pendiente promedio entre el punto más alejado y el punto de entrada a la red (m/m). 2.1.3.17. Tiempo de recorrido (Tt) Es el que tarda el agua en recorrer la red de tuberías desde el punto de entrada hasta el punto de salida de la red. RAS D.4.3.7.2 El tiempo de recorrido en un colector se puede calcular como: 𝑇𝑡 =

𝐿𝑐 60 ∗ 𝑉𝑟

RAS D.4.8 Donde: Te= Tiempo de recorrido (Minutos) Lc= Longitud del colector (m) Vr= Velocidad real de flujo (m/s) El tiempo de recorrido se calcula para cada tramo de colector. Dado que Tt debe corresponder a la velocidad real del flujo en el colector, el tiempo de concentración se determina mediante un proceso iterativo, tal como se describe a continuación: 1. Se supone un valor de la velocidad real en el colector. 2. Se calcula Tt. 3. Se calcula Te. 4. Se Obtiene Tc. 5. Se obtiene i para este valor de Tc y el periodo de retorno adoptado. 6. Se estima Q con el método racional. 7. Con este valor de Q, se estima Tt real; si el valor de Tt estimado en el paso 2 difiere en más de 10% por defecto o exceso con respecto al valor calculado en el

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Memorias Diseño Sanitario CARRERA 5 Abril de 2016 paso 7, es necesario volver a repetir el proceso. En el presente diseño se calcula este parámetro por medio de un cálculo iterativo en hoja de Excel. Con los valores del tiempo de concentración y periodo de retorno se obtiene el valor de i para cada tramo en las curvas de intensidad duración frecuencia. 2.1.3.18. Cálculo de Áreas Aferentes Con el objeto de determinar el caudal propio de cada tubería se procedió a calcular el área tributaria (At) a cada tramo de tubería utilizando el software Autocad. La ilustración N°23 contiene las áreas aferentes de cada colector evaluado y las tablas continúas a esta los datos de cada una:

Figura No. 1: Área aferente de descole

CÁMARAS DE

A

1

2

2

3

3

4

ÁREA TRIBUTARIA (HA) Atrás Tramo Total TRAMO 1 0.00 0.29 0.29 TRAMO 2 0.00 0.29 0.29 TRAMO 3 0.29 0.29 TRAMO 4

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Memorias Diseño Sanitario CARRERA 5 Abril de 2016 4

5

5

6

6

7

0.00

0.76

0.76

0.00

2.1

2.1

0.00

0.46

0.46

0.00

0.45

0.45

TRAMO 6 TRAMO 7 TRAMO 8 7

8

Tabla 9.0 Áreas tributarias de cada tramo de tubería

2.1.3.19. Caudal de Diseño total Una vez identificado el recorrido de las aguas y con los datos de las áreas aferentes se realizó la asignación de las mismas a cada una de las cámaras en el sistema de alcantarillado, terminado este proceso y con la información de altitudes, longitudes, densidad poblacional, entre otras, se realizó el cálculo de los caudales de diseño para cada área aferente y por consiguiente para cada tubería. El caudal de diseño total para el alcantarillado combinado es igual a la suma de el caudal mayorado de aguas residuales, el caudal debido a la infiltración y el caudal de aguas lluvias. (La tabla de cálculo de Caudal de diseño se encuentra como tabla adjunto al presente proyecto). Como ya se sabe el caudal propio a cada tramo (Qt) está compuesto de tres valores que representan el caudal total. 

El caudal máximo diario se asocia al área aferente calculada por medio de la densidad poblacional, ya que a cada área calculada le corresponde un número de habitantes determinado. De allí aplicando la dotación bruta y el coeficiente de retorno se calcula un caudal domestico unitario para cada cámara de inspección.



El caudal por infiltración se asocia al área aferente calculada por medio del factor de infiltración determinado, así para cada área aferente calculada se aplica el factor de caudal por infiltración (l/s/Ha) y se determina un caudal por infiltración unitario correspondiente a cada una de las cámaras de inspección.



El caudal por aguas lluvias se asocia al área aferente calculada por medio de las curvas de intensidad duración frecuencia, así para cada área aferente calculada se aplican los parámetros utilizados para el cálculo del caudal de agua lluvia correspondiente.

La suma de estos tres caudales representa el caudal total para cada cámara de inspección.

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2.1.3.20. Diámetro interno real mínimo. El RAS 2000 en su numeral D.3.2.6 establece que el diámetro interno real mínimo para redes de recolección y evacuación de aguas residuales tipo alcantarillado sanitario convencional debe ser 200 mm (8 plg) con el fin de evitar obstrucciones de los conductos por objetos relativamente grandes introducidos al sistema. Teniendo en cuenta lo expuesto en el párrafo anterior, se realizó el diseño de las redes de recolección del Municipio de San Vicente del Caguán con un diámetro mínimo de 8” que cumpliera con los requisitos de esfuerzo cortante, pendiente y velocidad mínima del tramo. 2.1.3.21. Velocidad mínima. El RAS 2000 en su numeral D.3.2.7., establece que debe cumplirse con una velocidad suficiente para lavar los sólidos depositados durante períodos de caudal bajo, estableciendo una velocidad mínima en los colectores de 0,50 m/s. En aquellos casos en los cuales, por las condiciones topográficas presentes, no sea posible alcanzar la velocidad mínima, debe verificarse que el esfuerzo cortante sea mayor que 1,3 kg/m2 mediante la siguiente ecuación:

R× S  = peso específico del agua (1 ton /m3) R= radio hidráulico de la tubería S= pendiente de la tubería 2.1.3.22. Velocidad máxima El RAS 2000 en su numeral D.3.2.8., en general establece que la velocidad máxima recomendada no sobrepase los 5 m/s. no obstante la velocidad media en los colectores por gravedad depende del material, en su función de sensibilidad de abrasión. 2.1.3.23. Pendiente mínima y máxima Según lo establecido en el RAS en el numeral D.3.2.9 y D.3.2.10, los valores de las pendientes en los colectores deben ser aquellas que permitan tener condiciones de auto limpieza y de control de gases adecuados de acuerdo con los criterios tomados para velocidad máxima y mínima.

21

Memorias Diseño Sanitario CARRERA 5 Abril de 2016

Diámetro en pulg. 8 10 12 14 16 18 20 24

Pendiente mínima % 0,40 0,28 0,22 0,17 0,14 0,12 0,11 0,08

Tabla 10. Pendiente mínima vs. Diámetros

En el diseño de las redes de recolección del Municipio de San Vicente del Caguán, Caquetá se evaluó inicialmente la velocidad de cada uno de los tramos, especialmente los tramos iniciales que deben cumplir con la condición de diámetro mínimo de 8”, donde en todos los casos se cumple con el concepto de velocidad mínima, sin que haya lugar al chequeo del Esfuerzo Cortante en el tramo implicado. Paralelamente a los chequeos de esfuerzo cortante y velocidades mínimas, se aplicó el concepto de pendiente mínima para cada uno de los diámetros, que permite alcanzar la condición de auto limpieza en la red. Los resultados de la simulación se pueden observar en las tablas anexas al presente documento. 2.1.3.24. Profundidad hidráulica máxima El RAS en su numeral D.3.2.12 establece: Para permitir una aireación adecuada del flujo de aguas residuales, el valor máximo permisible de la profundidad hidráulica máxima para el caudal de diseño de un colector debe estar entre 70 y 85% del diámetro real de este; para el proyecto se estimará el 0.85 cumpliendo con este numeral. 2.1.3.25. Profundidad mínima a la cota clave Las redes de recolección y evacuación de aguas residuales se encuentran a la profundidad mínima establecida en el RAS en el numeral D.3.2.12, tanto para vías peatonales como vehiculares, como se muestra en la siguiente tabla: Servidumbre Vías peatonales o zonas verdes Vías vehiculares

Profundidad a la clave del colector (m) 0,75 1,0

22

Memorias Diseño Sanitario CARRERA 5 Abril de 2016 Tabla 11 Profundidad a cota clave del colector

2.1.3.26. Profundidad máxima a la cota clave Según lo establecido en el RAS en el numeral D.3.2.13, la profundidad máxima para redes de recolección y evacuación de aguas residuales debe ser de 5 metros, aunque puede ser mayor siempre y cuando se garanticen los requerimientos geotécnicos de las cimentaciones y estructurales de los materiales y colectores durante y después de su construcción. En el proyecto se cuenta con dos cámaras con alturas mayores a 5 m. de profundidad las cuales hacen parte del colector principal. 2.1.3.27. Coeficiente de Rugosidad De acuerdo con el numeral D.2.3.3. del RAS 2000, el coeficiente de Manning que se ha elegido en el diseño es 0.013, para tuberías existentes en materiales diferentes a PVC y 0.010 para tuberías de PVC.

Ing. CHARLIE MONTAÑO RUIZ M.P. 25202-096604 CND

23

Memorias Diseño Sanitario CARRERA 5 Abril de 2016 ANEXO 1 CÁLCULO DE POBLACIÓN Y CAUDALES MUNICIPIO DE SAN VICENTE DEL CAGUÁN - CAQUETÁ CÁLCULO DE LA POBLACIÓN FUTURA Y CAUDALES MEDIO Y MÁXIMO HORARIO DE LAS AGUAS RESIDUALES, CAUDALES DE INFILTRACIÓN Y CONEXIONES ERRADAS Densidad Poblacional: 2,28 Hab/km2 Área futura: 1 ha

AÑO

2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022 2023 2024 2025 2026 2027 2028 2029 2030 2031

POBLACIÓN DISEÑO (Hab.)

DOTACIÓN NETA (dneta) (L-H-D)

CAUDAL MEDIO AGUAS RESIDUALES (LPS)

FACTOR DE MAYORACIÓN (HARMON)

204 206 208 210 212 214 216 218 220 222 224 226 228 230 232 235

110 110 110 110 110 110 110 110 110 110 110 110 110 110 110 110

0,208 0,210 0,212 0,214 0,216 0,218 0,220 0,222 0,224 0,226 0,228 0,230 0,232 0,234 0,236 0,239

1,77 1,76 1,76 1,76 1,75 1,75 1,75 1,75 1,74 1,74 1,74 1,74 1,73 1,73 1,73 1,72

CAUDAL MÁXIMO HORARIO AGUAS RESIDUALES (LPS) 0,37 0,37 0,37 0,38 0,38 0,38 0,39 0,39 0,39 0,39 0,40 0,40 0,40 0,40 0,41 0,41

APORTE POR INFILTRACIÓN (LPS/HA)

APORTE POR INFILTRACIÓN (LPS)

CAUDAL DE DISEÑO REDES RECOLECCIÓN (LPS)

0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2

0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2

0,57 0,57 0,57 0,58 0,58 0,58 0,59 0,59 0,59 0,59 0,60 0,60 0,60 0,60 0,61 0,61

Tabla 12. Cálculo de poblaciones y caudales

24

Charlie Montaño Ruiz Ingeniero Civil ANEXO 2 MEMORIA DE CALCULO DE ALCANTARILLADO POR TRAMOS CONSTRUCCIÓN DE ALCANTARILLADO EN LA CARRERA 5 DEL MUNICIPIO DE SAN VICENTE DEL CAGUÁN-CAQUETA MEMORIA CANTIDADES RELACIONADAS CON LOS TRAMOS Tramos

Tuberia

Excavación

Rellenos

Entibado

Cajas

Sillas Yee

Acometidas

Rellenos Acometidas

Tramo Cota Cota Cota Cota Prof. Prof. Prof. Diametro Diametro Ancho Longitud Volumen Volumen Volumen Volumen Volumen Relleno Relleno Relleno Relleno Retiro Entibado caja VOLUMEN Número Longitud Excava. Relleno Relleno Retiro # terreno batea terreno batea pozo pozo promedio Exterior Exterior zanja (m) de la excava. h excava. excava. Total Tipo I Tipo V Tipo III Total material inspec. EXCAVACIÓN Sillas Total Acom. Tipo I Tipo III material inicial inicial final final inicial final (m) (mm) (m) (m) tubería < 1.5 1.53 Excava. Arena Zahorra Mat (m3) Colector 0.8 m CAJAS Yee Acom. Arena Material Acom. (m3) (m3) Sitio x0.8m Tramo del Sitio

T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 BOX

TOTAL

279,000 274,000 273,000 270,500 269,500 267,000 264,000 263,000

277,750 272,500 271,500 311,718 312,295 307,600 304,000 300,583

274,000 273,000 272,000 308,800 312,800 305,600 301,600 263,000

272,500 271,500 270,500 307,854 311,740 304,625 306,310 261,500

2,00 1,50 1,50 1,50 1,50 1,50 1,50 1,50

1,50 1,50 1,50 1,50 1,50 1,50 1,50 1,50

1,75 1,5 1,5 1,5 1,50 1,5 1,5 1,5

600 600 600 600 600 600 600 600

0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6

0,90 0,90 0,90 0,90 0,90 0,90 0,90 0,90

50,00 45,00 19,00 82,00 62,00 66,00 56,00 55,00

14,137167 12,72345 5,3721234 23,184954 17,530087 18,66106 15,833627 15,550884

67,5 60,75 25,65 110,7 83,7 89,1 75,6 74,25

11,25 0 0 0 0 0 0 0

0 0 0 0 0 0 0 0

78,75 60,75 25,65 110,7 83,7 89,1 75,6 74,25

40,08783 38,10405 12,58288 54,30505 41,05991 43,70894 37,08637 36,42412

9 8,1 3,42 14,76 11,16 11,88 10,08 9,9

22,5 10,125 4,275 18,45 13,95 14,85 12,6 12,375

71,58783 56,32905 20,27788 87,51505 66,16991 70,43894 59,76637 58,69912

56,25 50,625 21,375 92,25 69,75 74,25 63 61,875

0 0 0 0 0 0 0 0

0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00

0 0 0 0 0 0 0 0

0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00

0 0 0 0 0 0 0 0

0 0 0 0 0 0 0 0

0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000

0 0 0 0 0 0 0 0

0 0 0 0 0 0 0 0

435,000

122,993

587,250

11,250

0,000

598,500

303,359

78,300

109,125

490,784

489,375

0,000

0,000

0,000

0,000

0,000

0,000

0,000

0,000

0,000

Tabla 13. Memoria de cálculo Alcantarillado por tramos

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ANEXO 3

CONSTRUCCIÓN DE ALCANTARILLADO EN LA CARRERA 5 MUNICIPIO DE SAN VICENTE DEL CAGUÁN-CAQUETA

MEMORIAS CANTIDADES RELACIONADAS CON LAS CAMARAS Camara #

Profun. Camara (m)

P1 P2 P3 P4 P5 P6 P7 P8

2,00 1,50 1,50 1,50 1,50 1,50 1,50 1,50

1,56

Cantidad de pozos por prof. Rellenos deRetiro las Cámaras Material Volumen Manhole Manhole Manhole Relleno Retiro de cámaras (m3) h< 1.5m 1.53m Tipo III mateial (m3) Mat Sitio (m3) 5,120 0 1 0 1,10 4,022 3,840 1 0 0 0,82 3,016 3,840 1 0 0 0,82 3,016 3,840 1 0 0 0,82 3,016 3,840 1 0 0 0,82 3,016 3,840 1 0 0 0,82 3,016 3,840 1 0 0 0,82 3,016 3,840 1 0 0 0,82 3,016

32,00

7,00

1,00

0,00

6,87

25,14

Camara de Caida

0 0 0 0 0 0 0 0

0,00

Tabla 14. Memoria de cálculo de Cámaras/pozos de inspección

26

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ANEXO 4 CONSTRUCCIÓN DE ALCANTARILLADO EN URBANIZACIÓN BRISAS DE MARSELLA AFILIADOS COMFACA DEL MUNICIPIO DE SAN VICENTE DEL RESUMEN CUADRO DE CANTIDADES DEL PROYECTO ITEM DESCRIPCION 1 OBRAS PRELIMINARES 1.1 LOCALIZACION Y REPLANTEO 2.0 SUMINISTRO DE TUBERIA PARA RED PRINCIPAL Suministro E Instalación de Tubería NOVAFORT 8" D=200mm 2.1 Suministro E Instalación de Tubería NOVAFORT 10" D=250mm 2.2 3.0 SUMINISTRO DE TUBERIA PARA RED DOMICILIARIA 2,2 Suministro E Instalación de Tubería PVC 6" D=152 mm 2,3 SUMINISTRO E INSTALACIÓN SILLA YEE NOVAF 6""X12"" 4.0 EXCAVACIONES 4.1 EXCAVACION MAQUINA ALCANTARILLADO Excavación para prof. <= 1.5m, Red Principal 4.1.2 4.1.3 5 5.1.1 5.1.2 5.1.3 5.1.4 5.2 5.1 6.0

Excavación para 1.5 < prof.<=3.0m, red Principal Excavación para 3,0 <=3.5m, red Principal RELLENOS Relleno Tipo I - Arena Red Principal Relleno Tipo V - Mat. Seleccionado Red Principal Retiro de Material Sobrante Red Principal Entibado Madera

6,1 Entibado en Madera 7.0 Construcción de Estructuras en Concreto 7.1.1 Cámaras h <= 1.5m 7.1.2 Cámaras 1.5 < h <= 3.0m 7.1.3 Cámaras >=3.0m

UNIDAD CANTIDAD ML

675,70

ML

466,20

ML

209,50

ML UND

0,00 0,00

M3

840,35

M3

289,35

M3

37,18

M3

392,74

M3

121,63

M3

640,549

M2

1261,880

UND UND UND

6 6 1

Tabla 15. Resumen de cantidades de obra alcantarillado

27

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ANEXO 5 CÁLCULO HIDRAULICO DE ALCANTARILLADO SANITARIO COMBINADO Da t o s No. Crucero

del

Cota inicial (m)

Cota final (m)

terreno Desni vel Pend (m) (%)

1

P1- P2

279,00

274,00

5

10,00

2

P2- P3

274,00

273,00

1

2,22

3

P3- P4

273,00

272,00

1

5,26

4

P4- P5

272,00

270,50

1,5

1,83

5

P5- P6

270,50

269,50

1

1,61

6

P6- P7

269,50

267,00

2,5

3,79

7

P7- P8

267,00

264,00

3

5,36

8

P8-BOX

264,00

263,00

1

1,82

Longitud del tramo

Datos

Cota Propia Acumulada inicial (m) (m) (m)

50,00 45,00 19,00 82,00 62,00 66,00 56,00 55,00

C a l c u l o de a g u a s n e g p l a n Coefici Q de r a s (l.p.s) ente Q de A.N A.N de MEDIO Cota Desni Max acumula M e d i o Min Max inst final vel pend Harmon (individual) extra da (m) (m) (mm) M de tiIla

Q de Gasto D i a m e t r o infiltra de Velocidad Q' Comerc cion diseño Diseño Comercial Comercial ial (l.p.s) (l.p.s) (cm) (cm)

Analisis de gastos maximo

Q/Q'

V/V'

T/T'

Analisis a gastos minimos

Velocidad Tirante Gasto efectiva efectivo

Gasto minimo Qmin/Q' V/V'

T/T'

Velocidad Tirante efectiva efectivo (m/s) (cm)

(m/s)

(cm) minimo acumulado

50,0

278,30

277,8

0,50

10

3,86

64,67

64,67

64,67 32,3

249,62

312

0,03 312,06 46,55

61

3,172

927,009

0,337

0,898

0,400

2,85

24,40

7,50

7,50

0,010

0,320

0,078

1,02

4,76

95,0

277,8

277,35

0,45

10

3,86

64,67

64,67

64,67 32,3

249,62

312

0,03 312,06 46,55

61

3,172

927,009

0,337

0,898

0,400

2,85

24,40

7,50

15,00

0,020

0,390

0,104

1,24

6,34

114,0

277,35 277,06

0,29

15

3,86

76,25

76,25

76,25 38,1

294,34

368

0,01 367,94 45,89

61

3,884

1135,089

0,324

0,891

0,393

3,46

23,97

7,50

22,50

0,020

0,390

0,104

1,52

6,34

196,0

277,06 275,26

1,80

22

3,86

100,79

100,79

100,79 50,4

389,05

486

0,05 486,36 47,42

61

4,704

1374,731

0,354

0,910

0,411

4,28

25,07

7,50

30,00

0,020

0,390

0,104

1,84

6,34

258,0

275,26 273,77

1,49

24

3,86

94,14

94,14

94,14 47,1

363,39

454

0,04 454,28 45,48

61

4,913

1435,811

0,316

0,882

0,388

4,33

23,67

7,50

37,50

0,030

0,450

0,123

2,21

7,50

324,0

273,77 270,14

3,63

55

3,86

178,07

178,07

178,07

89

687,35

859

0,04 859,23 49,44

61

7,438

2173,736

0,395

0,935

0,435

6,96

26,54

7,50

45,00

0,020

0,390

0,104

2,90

6,34

380,0

270,14 268,35

1,79

32

3,86

178,07

178,07

178,07

89

687,35

859

0,03 859,22 54,72

61

5,673

1657,919

0,518

1,004

0,508

5,70

30,99

7,50

52,50

0,030

0,450

0,123

2,55

7,50

435,0

268,35 266,92

1,43

26

3,86

178,07

178,07

178,07

89

687,35

859

0,03 859,22 56,89

61

5,114

1494,553

0,575

1,031

0,541

5,27

33,00

7,50

60,00

0,040

0,500

0,140

2,56

8,54

Tabla 16. Calculo Hidráulico alcantarillado

28