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Octubre 1 de 2010

Boletín No.4 CONTENIDO 2

EDITORIAL

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LOS RETOS DEL COMITÉ DE ACUEDUCTO Y ALCANTARILLADO

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LA PARTICIPACIÓN ACTIVA COMO MEDIO EFICAZ DE CONSTRUCCIÓN

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DISEÑO DE ALCANTARILLADOS EN CONDICIÓN DE TUBO LLENO

Ángela Milanés Vega, Directora Ejecutiva - Aprocof

Jorge Arévalo, Helbert y Cia S.A

Ing. Edgar H. Romero G., Edgar H. Romero y Compañia Ltda

Ing. Ramón Duarte Bermúdez, Especialista en Ingeniería de Sistemas Hídricos Urbanos


EDITORIAL Ángela Milanés Vega Directora Ejecutiva - Aprocof

”La plática que no incita a la acción, más que soportarla, resulta un tormento escucharla.” Thomas Carlyle

Estimados Asociados

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esde la Fundación de esta agremiación de la cual ustedes hacen parte, hemos hablado de la importancia de unirnos, de trabajar en conjunto, de actuar verdaderamente como lo que somos, “Una Asociación”. Estas palabras a lo largo de 9 años de trabajo nos han acompañado en cada uno de nuestros discursos y puntos de encuentros, pero solo han sido es, Una compañía. Nos ha faltado apropiarnos de ellas, creerlas y colocarlas en práctica. La mayoría de veces confundimos la palabra “Competencia”, con “Rivalidad”, la competencia sencillamente es la manera como nos hacemos más fuertes, mejores, más capaces de asumir nuevos retos, nos inquieta a pensar en el cambio, ese cambio al que le generamos tanto rechazo, ese cambio que precisamente en un mercado como el de hoy, es lo que realmente necesitamos. Si lo enmarcamos así, la competencia nos hace mejores. Necesitamos creer en la importancia de generar “Comunicaciones Efectivas”, partiendo desde nuestras empresas y lugares de trabajo, hasta el hogar en el que todos descansamos. Desde el pasado 1 de Septiembre del presente año, se llevo a cabo una iniciativa que comenzó dos meses atrás, “Los Comités de Trabajo”, esta iniciativa parte de la necesidad de entablar comunicación con nuestros asociados, de lograr un retroalimentación, y volver a creer en las bases de nuestra Asociación; la investigación, el compartir de ideas y conocimientos para mejorar entre todos nuestro mercado y empezar a creer en la importancia de trabajar el equipo. Estos comités, al que todos están invitados a participar, tienen como objetivo sacar al año de trabajo un documento, que servirá como guía para todos en los diferentes temas que nos competen. Además estarán en constante comunicación con los asociados por medio de este boletín, en donde generarán documentos mensuales de investigación, tecnología, nuevas 2

Si desea Pautar en Nuestro Boletín, escríbanos a aprocof@aprocof.org

Boletín Aprocof Edición #4, Octubre 2010 Directora Ejecutiva: Angela Milanés Vega www.aprocof.org Edición y Coordinación:

adj. Correción de Estilo: Herbert Peñaloza Diseño y Diagramación:

adj. //adjetivo www.adjme.com


prácticas del oficio, etc. Un punto de encuentro de ustedes con su gremio, en donde los escucharemos, y sus aportes, dudas o inquietudes, no solo serán atendidas, además se tomarán acciones inmediatas al respecto. Será un espacio de participación, de unión, de acercamiento, en donde indudablemente mejoraremos en esa “Comunicación Efectiva” que necesitamos con todos ustedes.

Esta es una invitación para que deje de ser un simple discurso el hecho de trabajar como “Asociación”, este es nuestro compromiso, y le hacemos un llamado para que usted sea un motivo para ejercerlo. Esta es una invitación para que creamos en esta iniciativa, ESTA ES UNA INVITACIÓN PARA QUE USTED SEA PARTE ACTIVA DE APROCOF.

LOS RETOS DEL COMITÉ DE ACUEDUCTO Y ALCANTARILLADO Jorge Arévalo Helbert y Cia S.A

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La Asociación de Profesionales para la conducción de fluidos (Aprocof) ha creado el Comité de Acueducto y Alcantarillado con el fin de aprovechar los conocimientos de quienes conforman la asociación y de esta forma poder aportar al tema de los acueductos en Colombia. No han sido pocos los esfuerzos de otras entidades como Acodal, Viceministerio de Agua, Acueductos Públicos y Privados etc, en tratar de definir la mejor modalidad para diseñar y construir sistemas de acueducto y alcantarillado acorde con las regulaciones actuales y sobre todo aprovechando las últimas tecnologías en materiales de construcción, insumos, software especializados, que permitan superar los retos del mundo actual: tener poblaciones con agua apta para consumo humano y fuentes hídricas libres de contaminación. No siendo ajena a esta idea, La Asociación quiere poner su grano de arena al servicio de la comunidad, generando un documento que se convierta en la herramienta practica mas consultada para todo aquel que quiera

diseñar y construir un sistema de Acueducto y Alcantarillado, que se acoja a las normativas existentes consagradas en el RAS, pero que sea de fácil consulta y de pleno entendimiento. Para tal fin se constituyó el Comité de Acueducto y Alcantarillado, tendiendo claro el objetivo final. Desde la primera reunión se dieron las bases y la metodología que se utilizará. Se definieron las responsabilidades de los miembros y sobretodo se logró la unanimidad en el esquema para el desarrollo del proyecto. La labor encomendada, es generar una herramienta práctica de consulta sobre diseño y construcción de acueductos y alcantarillados. Para esta titánica labor se dispone de un año; doce (12) reuniones de dos o tres horas. Muy poco tiempo si se tiene en cuenta que en el solo Caudal de Diseño, que es por donde se empieza la estructura de cualquier Acueducto, no hay un consenso en Colombia y existen acueductos basados en el modelo A, B, C o D. Sin embargo, se tiene la convicción que el reto no es tanto el documento final, como el aporte al sector del Agua en Colombia. Porque se piensa esto? Porque en Colombia es más lo 3


que no hay en Acueductos, que lo que hay; es más la desinformación sobre regulación, que la información; es más el desconocimiento sobre la contaminación, que el conocimiento; es más la inconsciencia sobre la importancia del agua, que la conciencia. Por esta razón el compromiso en sacar adelante un documento serio y concreto sobre como diseñar un acueducto y un alcantarillado. Los miembros del Comité vienen del sector privado. Con

conocimiento sobre las últimas tecnologías en diseño, conducción, accesorios hidráulicos, construcción y todas las variables que implica y sistema de acueducto y alcantarillado. Desprendidos de cualquier interés político o burocrático. Dispuestos aportar experiencias para que en el marco de La Asociación se genere al final de un año de trabajo, una guía práctica que ayude a cualquiera que quiera diseñar o construir un acueducto.

LA PARTICIPACIÓN ACTIVA COMO MEDIO EFICAZ DE CONSTRUCCIÓN Ing. Edgar H. Romero G. Edgar H. Romero y Compañía Ltda.

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onforme a convenios de validez universal todo Estado debe procurar el respeto a la vida y al patrimonio de su población, en la búsqueda para lograrlo procura la consecución de acuerdos programáticos de educación y de construcción colectiva de espacios de interacción con el sector productivo del país, que se traducen en realizaciones compatibles con los anhelos de convivencia y sostenibilidad. En desarrollo de dicho objetivo el gobierno colombiano creó el sistema nacional de seguridad contra incendios, respaldado en una dispersa normativa nacional y distrital que debe ser informada y conocida por los profesionales del sector productivo de la construcción. Es por ello que la decisión de la Asociación de impulsar grupos de estudio sobre diferentes áreas que impactan nuestro quehacer diario, donde los profesionales dedicados al diseño y construcción puedan realizar análisis y propuestas encaminadas a aportar a la actualización periódica en aspectos técnicos y científicos de las reglamentaciones que rigen nuestro ejercicio, son políticas de formación 4

y participación que permiten el cumplimiento de nuestra misión en la sociedad colombiana. Uno de estos grupos, al cual pertenezco, eligió como desarrollo del tema de Protección contra Incendios, estudiar la norma recién expedida, la NSR-10, en todo lo que correspondería cumplir como profesionales responsables del diseño, construcción e instalación de estos sistemas en las obras. Como es importante para nosotros que todos los miembros de la Asociación tomen interés en nuestro trabajo, los invito cordialmente a participar activamente en la construcción de un diagnóstico propositivo, analítico y real sobre los alcances de esta norma. Su conocimiento y experiencia son vitales para que los resultados contribuyan a la toma de decisiones acertadas sobre esta reglamentación. Sus sugerencias, comentarios, estudios previos, análisis se canalizarán a través de los medios institucionales de la Asociación.


DISEÑO DE ALCANTARILLADOS EN CONDICIÓN DE TUBO LLENO Ing. Ramón Duarte Bermúdez Ingeniero Civil, Especialista en Ingeniería de Sistemas Hídricos Urbanos

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El funcionamiento a tubo lleno de manera permanente podría obedecer a condiciones especiales de espacio, niveles, cruces con otras redes o elementos ajenos al sistema propio. En este grupo de redes o sistema se puede incluir a los sifones. En todo caso la energía para mover el agua dentro del conducto es suministrada por la gravedad. 1.DEFINICIÓN DEL CAUDAL DE DISEÑO 1.1 Aguas residuales La definición del caudal de diseño en alcantarillado sanitario es igual a cuando el alcantarillado funcione a flujo libre; bien sea por el proceso de densidad y consumo real1 o, aplicando alguna de las fórmulas existentes o requeridas por la persona o entidad a quien se entrega el diseño2. 1.2 Aguas lluvias En condición de flujo libre, el caudal de diseño es consecuencia entre otros aspectos, de la velocidad real dentro del conducto; por lo anterior y teniendo en cuenta lo que se verá más adelante, el caudal de diseño en conductos con funcionamiento a tubo lleno, debe ser consecuencia de la velocidad a la que se desplace dentro del tramo inmediatamente antes al cual se le realice el respectivo análisis, independiente de si el funcionamiento es libre o a tubo lleno.

que en flujo libre, el “I” se obtiene con base en las ecuaciones de precipitación del sitio en análisis y la acumulación de tiempo con base en el tramo anterior, el cual puede ser otro tramo que también esté funcionando a tubo lleno; este tiempo es diferente en funcionamiento libre que en tubo lleno. Las tuberías hechas para alcantarillados no lo son para trabajos a presión, no obstante los fabricantes determinan una posible presión interna máxima a la cual eventualmente podría estar la tubería. Para el caso de tuberías PVC se tiene como presión de prueba 7.00 mca. En el caso de ductos fundidos en el sitio, es la misma capacidad estructuralmente hablando, que deben soportar las paredes por presión externa debida al suelo. 2.CARACTERISTICAS FÍSICAS DE LA RED Diámetro o dimensiones: Estas características pueden ser las propias del sistema diseñado para funcionar a flujo libre o las definidas dentro de una condición permanente de funcionamiento a tubo lleno. En todo caso serán dimensiones reales internas. Cotas clave y/o batea: Con estas características se define la pendiente de la superficie conductora. Material: Determinada por el diseñador o lo que se encuentre construido. 3. CONDICIÓN HIDRÁULICA 3.1 Radio Hidráulico

Siendo el caudal el producto de “C”, “I” y “A”, el primer y tercer factores serán igual

1. Artículo 151, RAS 2000 2. Ej. Numeral 4.2.2.1, Norma NS-085 de la EAAB 5


Para el caso de ductos redondos será Ø/4; para el caso de tubos cuadrados o rectangulares, será el producto de dividir el área de la sección libre interna por la sumatoria de los cuatro costados también internos.

3.2 Velocidad Basándonos en la Ley de continuidad, es el producto de dividir el caudal de diseño antes descrito en el área total de la sección del ducto que esté funcionando a tubo lleno. En esta condición se espera que el caudal de diseño necesariamente se esté evacuando.

Teniendo en cuenta que independiente de lo ahogada que pueda estar la salida se requiere evacuar el caudal que llega al respectivo tramo en análisis, la velocidad a tubo lleno es menor que la que se pueda presentar como real en un análisis a flujo libre; esto en atención a que el mismo caudal se divide en una mayor área. 3.3 Pendiente Línea de energía o gradiente hidráulico En el flujo libre la línea de energía siempre estará paralela a la línea formada por el fondo del conducto, en flujo a tubo lleno y con la condición de evacuar el caudal de 6

diseño, la línea de energía no puede tener este paralelismo. La pendiente de la línea de energía se puede obtener, entre otras, por las teorías de Manning y Colebrook, White Y Darcy; en estas dos se presentará una mayor pendiente por la teoría de Manning, por lo cual se debe tomar la decisión de cual usar de acuerdo al grado de seguridad y certeza que se quieran tomar. A esta pendiente de energía se debe adicionar las perdidas de entrada y salida al conducto. 3.3.1 Teoría de manning: La ecuación de Manning está conformada por los siguientes elementos: Velocidad, radio hidráulico, pendiente de la línea de energía y coeficiente de rugosidad “n”. De estos cuatro elementos solo se desconoce la pendiente, la cual debe ser la necesaria para que el caudal sea evacuado a través del conducto analizado.

3.3.2 Teorías de Blassius, Colebrook, White y Darcy: Las ecuaciones de Blassius, Colebrook y White tiene los siguientes elementos: Factor de fricción, pérdidas por fricción, diámetro, rugosidad relativa, longitud del tramo la cual para efecto de este análisis se toma como la unidad, velocidad y gravedad. De estos elementos se desconocen los dos primeros, para resolverlos se cuenta con las siguientes ecuaciones:

3.3.3 Pérdidas menores: Las pérdidas menores están dadas por las contracciones o expansiones en los conductos que contienen y trasportan el fluido, también están dados por diferentes accesorios que pudiesen


estar instalados en el tramo o red en análisis; para resolverlos se cuenta con la siguiente ecuación:

Para efecto del análisis en tuberías destinadas a alcantarillado, se considera que no existen accesorios como tees, válvulas, codos, etc; las pérdidas menores estarán dadas por la contracción o expansión que se presenta entre el diámetro del pozo, normalmente 1.20 m y, el diámetro de la tubería, para lo cual se toman valores de km de la siguiente forma: En la Contracción: Se toman los valores del anexo 1 , los cuales son el producto de la comparación de la relación de diámetros con velocidad dentro del tramo de tubería siguiente al pozo respectivo; para el presente efecto se toma como diámetro “d2” el diámetro del tubo y como “d1” 1.20 m que es el ancho máximo que podría tener el pozo, para los box coulvert la relación de “d1/d2” será 1.0 pues el cono del pozo existirá por encima de la tapa del BC y en este se dará una continuidad de ancho o una expansión de relación muy cercana a 1.0. En la Expansión: Se toman los valores del anexo 2 , los cuales son el producto de la comparación de la relación de diámetros con velocidad dentro del pozo; para el presente efecto se toma como diámetro “d2” 1.20 m que es el ancho del pozo y como “d1” el diámetro del tubo, para los box coulvert la relación de “d1/d2” será 1.0. En cuanto a la velocidad: En la Contracción: La velocidad aplicable será la diferencia entre la que se presente en el tubo, que fue analizada en el numeral 3.2 del presente documento y, la velocidad mínima dentro del pozo, esto es, el caudal total de salida de ese pozo dividido en el área formada por el ancho del pozo (1.20 m) y el alto del conducto de salida.

En la Expansión: De manera similar a la contracción, la velocidad que se toma será la diferencia entre la velocidad en el tubo de llegada y la velocidad mínima que se presente en el respectivo pozo. 3.4 Niveles lámina de agua Teniendo en cuenta que el gradiente de energía define una diferencia de altura para que un flujo se desplace dentro de un conducto cerrado, esa diferencia de altura se convierte en la diferencia de nivel de la lámina de agua entre los dos extremos del conducto. Cuando el funcionamiento a tubo lleno es provocado por un remansamiento dentro de un sistema, siempre se tendrá un punto bajo donde se ejerce el control del sistema, en ese punto la línea de energía y la lámina de agua deben coincidir. Para la definición de los niveles de la línea de energía en los diferentes puntos del sistema se debe iniciar del punto más bajo en equilibrio hacia arriba. 3.5 Definicioón de la linea de energía o tabla del agua Las cotas de la línea de energía o lámina de agua en cada una de las estructuras en estudio, se define de abajo hacia arriba. Primero se definen las pérdidas acumuladas por tramo, por contracción y por expansión en cada trayecto analizado; al nivel de la parte inferior, ya sea el de descarga o el obtenido por otro análisis similar al presente, se adicionan las pérdidas acumuladas y se obtendrá el nivel en el punto de control inmediatamente anterior a la descarga. En las entregas o empates por batea, el nivel de energía debe ser el nivel máximo de lámina de agua en la estructura o conducto receptor. 3.6 Fuerza Tractiva En la definición de este elemento de control de hidráulica intervienen la densidad del agua, el radio hidráulico real y la pendiente de la energía. La densidad es la misma en 7


flujo libre que en tubo lleno, el radio hidráulico varia con respecto a los análisis a flujo libre teniendo en cuenta que se presenta la ocupación total del conducto y, la pendiente de la energía será la necesaria para que se desplace el caudal requerido de evacuar, obtenida en el presente análisis a partir de las pérdidas acumuladas. 4. USOS O APLICACIONES PRÁCTICAS 4.1 Empates por batea Cuando es necesario llegar a un conducto de mayor tamaño y se debe empatar por bateas, este análisis es de gran utilidad para revisar aspectos como la fuerza tractiva; sirve para medir la real sedimentación que podría presentarse.

niveles de agua en sitios distantes a la entrega, lo que podría ayudar a la redefinición de rasantes de vía. 4.3 En el diseño de limpiezas de red por “Creciente artificial” Consiste en hacer circular por un conducto, un mayor caudal al que se tenga como capacidad máxima en condiciones de flujo libre, buscando aumentar la fuerza tractiva de tal forma que arrastre la sedimentación presente en el conducto en tratamiento; en esta situación existe el condicionamiento que la lámina de agua en el pozo inicial del tramo en análisis y tratamiento no rebase la rasante o borde superior.

4.2 Remansamiento esporádico: Situación Común en entregas a canales pondaje, también nos puede determinar el grado de sedimentación y de este deducir la periodicidad de mantenimiento. También es útil para definir

Lo invitamos a participar en el curso de “PROTECCIÓN CONTRA INCENDIOS EN EDIFICACIONES, PRINCIPIOS GENERALES Y REQUISITOS NORMATIVOS NSR-10”, que se llevará a cabo los días 16 y 23 de octubre de 2010.

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Boletín Aprocof #4  

LOS RETOS DEL COMITÉ DE ACUEDUCTO Y ALCANTARILLADO La participación activa como medio eficaz de construcción