Memorias de calculo

EMPRESA DE OBRAS SANITARIAS DE CALDAS
EMPOCALDAS S.A. E.S.P

MEMORIAS DE
MEMORIAS DECÁLCULO
CÁLCULO

OPTIMIZACIÓN DE LA ADUCCIÓN SAN JUAN
MUNICIPIO DE NEIRA

DISEÑO
SISTEMA DE ALCANTARILLADO
COMBINADO
MUNICIPIO DE NEIRA

TABLA DE CONTENIDO

TABLA DE CONTENIDO ................................................................................ 2
CONTENIDO ................................................................................
................................
................................................................
........................................................
LISTA DE TABLAS ........................................................................................ 4
LISTA DE ILUSTRACIONES ............................................................................ 5
............................................................................
................................
INTRODUCCIÓN ................................................................
..........................................................
INTRODUCCIÓN .......................................................................................... 6
MEMORIAS DE DISEÑO DE L SISTEMA DE ALCANTARILLADO COMBINADO DEL
................................................................
...................................................
MUNICIPIO DE NEIRA ................................................................................... 7
Residuales
Planta de Tratamiento de Aguas Residuales ........................................................ 10

3.

ESTIMACIÓN DE LA POBLACIÓN FUTURA .............................................. 21
..............................................
3.1
3.2

Introducción ............................................................................................. 21

3.3

Colombia....................................................... 22
Crecimiento poblacional en Colombia

3.4

4.

Justificación.............................................................................................. 21
Justificación

Métodos Matemáticos Para la Estimación de la Población Futura ............... 25
Futura

PARÁMETROS DE DISEÑO DEL SISTEMA DE ALCANTARILLADO COMBINADO
33
4.1

Complejidad................................................................................ 33
Nivel de Complejidad

4.2

Período de Diseño .................................................................................... 33

4.3

Neta........................................................................................... 34
Dotación Neta

4.4

residuales............................................................ 35
Caudal medio de aguas residuales

4.5

Factor de Mayoración de Harmon ............................................................. 35

4.6

residuales............................................. 36
Caudal máximo horario de aguas residuales

4.7

Densidad Poblacional ............................................................................... 36

4.8

infiltración............................................................................. 37
Aportes por infiltración

4.9

Caudal de Diseño de Aguas Residuales ..................................................... 38

4.10

Método Racional ....................................................................................... 38

5.12

retorno.................................................................................... 39
Periodo de retorno

7.13

(Intensidad
Frecuencia)............................................. 40
Curvas IDF (Intensidad Duración Frecuencia)

5.14

Coeficiente de impermeabilidad ............................................................... 41

5.15

Áreas de drenaje ...................................................................................... 42

5.16

Tiempo de concentración ......................................................................... 42

5.17

Tiempo de entrada ................................................................................... 43

5.18

(Tt)........................................................................... 43
Tiempo de recorrido (Tt)

Memorias de Cálculo. Optimización Sistema Alcantarillado. Municipio de Neira

2

5.19
5.20

Caudal de Diseño total ............................................................................. 48

5.21

mínimo................................................................... 49
Diámetro interno real mínimo

5.22

Velocidad mínima ..................................................................................... 50

5.23

Velocidad máxima .................................................................................... 50

5.24

Pendiente mínima y máxima ..................................................................... 50

5.25

Profundidad hidráulica máxima ................................................................ 51

5.26

clave........................................................... 52
Profundidad mínima a la cota clave

5.27

clave.......................................................... 52
Profundidad máxima a la cota clave

5.28

6.

Cálculo de Áreas Aferentes ....................................................................... 45

Coeficiente de Rugosidad ......................................................................... 52

PROYECTADAS...............
ANÁLISIS DE LAS REDES DE ALCANTARILLADO PROYECTADAS............... 53

ANEXO No. 1. CÁLCULO DEL CAUDAL DE DISEÑO DEL SISTEMA DE
ALCANTARILLADO .................................................................................... 60
....................................................................................
................................


3

LISTA
LISTA DE TABLAS

TABLA 1: REDES DE RECOLECCIÓN ...............................................................................................8
TABLA 2: UBICACIÓN DE VERTIMIENTOS MUNICIPIO DE NEIRA...................................................10
TABLA 3: CHEQUEO RED DE ALCANTARILLADO COMBINADO – SECTOR: CRA 9 ENTRE CLLE 5 11 ......................................................................................................................................20
TABLA 4. CENSOS DANE ..........................................................................................................30
TABLA 5. PROYECCIÓN DE LA POBLACIÓN MUNICIPIO DE NEIRA .............................................31
TABLA 6. PROYECCIÓN DE LA POBLACIÓN MUNICIPIO DE NEIRA .............................................32
TABLA 7. NIVELES DE COMPLEJIDAD DEL SISTEMA .....................................................................33
TABLA 8. PERIODO DE PLANEAMIENTO DE REDES DE RECOLECCIÓN Y EVACUACIÓN DE AGUAS
RESIDUALES Y LLUVIAS.........................................................................................................34

TABLA 9. CÁLCULO DE LA DOTACIÓN NETA ...............................................................................34
TABLA 10. COEFICIENTE DE RETORNO ......................................................................................35
TABLA 11. APORTES POR INFILTRACIÓN ....................................................................................37
TABLA 12. PERIODO DE RETORNO .............................................................................................40
TABLA 13. COEFICIENTE DE ESCORRENTÍA. ...............................................................................42
TABLA 14. ÁREAS TRIBUTARIAS DE CADA TRAMO DE TUBERÍA ...................................................48
TABLA 15. PENDIENTE MÍNIMA VS. DIÁMETROS.........................................................................51
TABLA 16. PROFUNDIDAD A COTA CLAVE DEL COLECTOR ........................................................52
TABLA 17. TUBERÍAS DEL SISTEMA ACTUAL QUE NO CUMPLEN CON EL CHEQUEO HIDRÁULICO ..55
TABLA 18. TUBERÍAS A OPTIMIZAR EN EL PRESENTE PROYECTO .................................................58


4

LISTA DE ILUSTRACIONES

ILUSTRACIÓN 1: TRAZADO DEL COLECTOR EN SU PARTE INICIAL................................................12
ILUSTRACIÓN 2: TRAZADO DEL COLECTOR EN SU PARTE INICIAL................................................12
ILUSTRACIÓN 3: ALINEAMIENTO DEL COLECTOR SOBRE LA VARIANTE ........................................13
ILUSTRACIÓN 4: LUGAR POR DONDE CRUZA EL COLECTOR DEBAJO DEL CEMENTERIO ................14
ILUSTRACIÓN 5: VÍA EN DONDE INICIA EL COLECTOR LA CASTELLANA.......................................15
ILUSTRACIÓN 6: PASTIZAL POR DONDE SE CONDUCE EL COLECTOR ANTES DE HACER EL CRUCE
EN VIADUCTO .....................................................................................................................16
ILUSTRACIÓN 7: SITIO PROPUESTO PARA LA CONSTRUCCIÓN DE LA PTAR ................................18
ILUSTRACIÓN 8: SECTOR DEL SISTEMA DE ALCANTARILLADO EVALUADO INICIALMENTE............19
ILUSTRACIÓN 9. ÁREAS AFERENTES DE CADA UNO DE LOS DESCOLES EVALUADOS EN EL DISEÑO
...........................................................................................................................................45

ILUSTRACIÓN 10. ESTADO ACTUAL DE LAS TUBERÍAS EVALUADAS EN EL DISEÑO.......................53
ILUSTRACIÓN 11. TUBERÍAS A OPTIMIZAR EN EL PRESENTE PROYECTO .......................................56


5

INTRODUCCIÓN

La Gobernación de Caldas en su afán por mejorar la calidad de vida de la comunidad
que habita en el departamento, solicito a la Empresa de Obras Sanitarias de Caldas
EMPOCALDAS S.A. E.S.P. la realización de diseños de redes de acueducto y
alcantarillado de varios municipios del departamento de Caldas con el fin de ser
presentados y aprobados por el MAVDT y así obtener las diferentes partidas
económicas para su ejecución; dentro de este proceso los diseños son previamente
entregados al Plan Departamental de Aguas de Caldas, entidad encargada de realizar
la revisión y viabilidad de los mismos.
En el presente informe se encuentran contenidos los parámetros para el diseño
concerniente a un tramo del sistema de alcantarillado del Municipio de Neira,
específicamente en el sector comprendido entre la Carrera 9 entre Calles 4 y 11. Los
lineamientos a los que se rige cada uno de los parámetros de diseño se encuentran
contenidos y establecidos por el Reglamento Técnico del Sector de Agua Potable y
Saneamiento Básico, RAS 2000, emitido por el ministerio de Desarrollo Económico.
Igualmente se presentan las memorias de diseño hidráulico de los componentes
relacionados con el sistema de alcantarillado, incluyendo las tablas que contienen
los resultados de la aplicación de diferentes fórmulas de cálculo estipuladas por el
RAS 2000 para el diseño de sistemas de recolección de agua residuales.


6

MEMORIAS DE DISEÑO DE L SISTEMA DE ALCANTARILLADO COMBINADO DEL
MUNICIPIO DE NEIRA
1

DIAGNOSTICO DEL SISTEMA DE ALCANTARILLADO DEL MUNICIPIO DE NEIRA

Descripción del Sistema de Alcantarillado

El casco urbano del municipio de Neira se encuentra construido en laderas con
pendientes que varían de medias a fuertes, el sistema de alcantarillado es de tipo
convencional y funciona por gravedad en una retícula que vierte sus aguas
perpendicularmente a la quebrada Matadero, la cual se encuentra canalizada por
medio de un box Coulvert, y sobre la cual se realizó un lleno con el fin de construir
el terminal de transporte del municipio. Este box Coulvert en el inicio, ubicado en la
salida hacia Manizales, se encuentra a una profundidad de 10 metros, su dirección
es de oriente occidente y recibe los vertimientos de 90 % del perímetro sanitario

El 10% de la población restante se encuentra ubicada al otro extremo de la quebrada,
constituido por los barrios Los Robles, Carlos Parra, la Castellana, los vertimiento se
dividen en dos ramales, uno que toma la dirección de la variante que lleva a
Aránzazu, y que entrega sus aguas al Box Coulvert, en su parte inicial, y el segundo
vierte sus aguas en la parte baja del barrio La Castellana, y es conducido a el cauce
de la quebrada el Matadero.

La red de alcantarillado tiene una extensión de 15.197 metros lineales, de los cuales
el 90% lo constituye tubería de concreto simple y un 10% en tubería de PVC, en
diámetros comprendidos entre

6” y 36”. Tiene 553 cámaras de inspección y 9

puntos de vertimiento de aguas residuales.

El sistema de alcantarillado no cuenta con planta de tratamiento de aguas residuales.
Se tiene el Plan de Saneamiento y Manejo de Vertimientos para el municipio de Neira
aprobado según resolución número 250 de septiembre 19 de 2008 por la
Corporación Autónoma Regional CORPOCALDAS.

7

Redes de recolección

El alcantarillado urbano de la cabecera del municipio está construido de la siguiente
manera:
Longitud

Diámetro

Material

6”

AC

39

8”

AC

6.472

10”

PVC

799

10”

AC

3.846

12”

PVC

231

12”

AC

1.443

14”

PVC

54

14”

AC

210

15”

AC

208

16"

AC

79

18"

PVC

248

18"

AC

548

20"

AC

90

24"

AC

86

28"

AC

77

30"

PVC

96

36"

PVC

75

36"

AC

86

Box

Concreto reforzado

Coulvert

(0.8x0.8)

Longitud
Longitud Total Red

m

510
15.197

Tabla 1: Redes de recolección

El sistema se encuentra en general en regular estado, debido a el 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.


8

Conexiones Domiciliarias
En Neira se tienen 2.794 conexiones domiciliarias de alcantarillado y cuenta con una
cobertura del 100% de la población.

Emisario Final
La población cuenta con 11 vertimientos colectivos, de los cuales 9 de ellos están
canalizados en la quebrada el Matadero por medio de un box Coulvert, el cual cruza
a lo largo de la población, paralelo a la variante que conduce al municipio de
Aránzazu, los restantes dos vierten sus aguas a la quebrada en una zona donde la
quebrada se encuentra a cielo abierto. En la tabla que se presenta a continuación se
especifica su ubicación:
NUMERO DE

UBICACIÓN

FUENTE RECEPTORA

1

Variante con Calle 6A

Quebrada El Matadero

2

Instituto Neira


3

Variante con Calle 6


4



5



6



7



8

Barrio Las Ferias


9

Cementerio


10

Cantadelicia


VERTIMIENTO


9

NUMERO DE
VERTIMIENTO
11

UBICACIÓN
La Castellana

FUENTE RECEPTORA

Tabla 2: Ubicación de vertimientos Municipio de Neira

Residuales
Planta de Tratamiento de Aguas Residuales

El sistema de tratamiento del Alcantarillado Sanitario del municipio de Neira carece
de planta de tratamiento de aguas residuales.

PSMV
Actualmente el municipio cuenta con el PSMV, el cual tiene como objetivos
propuestos:
•

Avanzar en forma realista y concreta en el saneamiento y tratamiento de los
vertimientos de las aguas residuales domesticas e industriales; contribuyendo
así a la descontaminación de las fuentes de agua receptoras, de manera que
cumplan con los objetivos de calidad definidos por la autoridad ambiental.

•

Establecer las acciones necesarias para avanzar en el saneamiento y
tratamiento de los vertimientos para prevenir, mitigar, controlar, compensar y
corregir los posibles efectos o impactos ambientales negativos generados por
los materiales descargados al sistema público de alcantarillado en el
municipio de Neira – Caldas.

•

Construir y poner en marcha los elementos complementarios para la
recolección, concentración y transporte de las aguas servidas.

Para el logro de los objetivos propuestos se definen dos programas:


10

PROGRAMA 1:
Construcción de colectores – interceptores de aguas residuales: Los colectores de
aguas residuales se proyectan con el objeto de captar las aguas servidas antes de su
entrega a las fuentes superficiales. Una vez captadas estas aguas, el colector las
transporta hasta el sistema de tratamiento de aguas residuales.
La población realiza la totalidad de vertimientos de la aguas residuales a la quebrada
el Matadero, la cual se encuentra canalizada en un box Coulvert a una profundidad
De 10 metros sobre el cual se construyo un gran terraplén para la adecuación de la
nueva terminal de transporte del municipio, por ello la dificultad de interceptarlos
cerca a su vertimiento, por ellos se hizo necesario recibir los vertimientos a la altura
de la variante que conduce al municipio de Aránzazu y los colectores son
conducidos en dirección de la misma ya que hacia esta zona drenas las aguas del
casco urbano.

Colector La Variante
Este colector inicia recibiendo los vertimientos de el barrio Carlos Parra, cuyo
alcantarillado es conducido por la variante que viene de Manizales y conduce al
Municipio de Aránzazu, la cámara de inicio del Colector se ubica la frente del
Instituto Neira, se segundo vertimiento lo recibe a 74 metros de su inicio, en la
intercepción de la vía que conduce al barrio la Castellana, el tercer descole es
recibido en la intercepción de la calle 6ª con la variante, donde el colector pasa del
lado derecho, al izquierdo de la variante.
El trazado continua una cuadra mas donde recibe los vertimientos que provienen de
la calle 7ª, continua el colector por la variante hasta la calle 8ª, donde recibe los
vertimiento de aproximadamente 2 manzanas, después recibe el descole 7, que
trasporta los vertimientos de las manzanas aledañas a la calle 9ª, continua el
recorrido el colector una cuadra más adelante donde se reciben las aguas residuales
del alcantarillado en tubería en concreto de 12”, que es conducido por la calle 10ª.


11

En cada uno de los sitios de recolección de agua residual, se hace necesaria la
construcción de aliviaderos.

Ilustración 1: Trazado del colector en su parte inicial

Ilustración 2: Trazado del colector en su parte inicial


12

Sitios de intercepción de alcantarillado existente por parte del colector sobre la
variante.
El colector continua por la margen izquierda de la variante hasta llegar a la
intercepción con la carrera 8ª, donde recibe el alcantarillado que viene del
cementerio, de la carrera 9ª y 8ª, el punto de recepción de estos vertimientos se
encuentra en la parte inferior de una obra de estabilidad con gaviones revestidos en
la ladera donde se encuentra el cementerio de la población.

Ilustración 3: Alineamiento del colector sobre la variante


13

Ilustración 4: Lugar por donde cruza el colector debajo del Cementerio

Este colector después de recibir el descole 9, continua hasta llegar a una curva
donde se encuentra una estatua de una virgen, al costado derecho de esta el
colector cruza la vía y se conduce por un pastizal donde se intercepta con el colector
proveniente del barrio la Castellana, y continúan en una sola tubería hasta el sitio de
la planta. El colector en la abscisa K1+280, debe cruzar un nacimiento, por ello se
hace necesario construir un viaducto de 30 metros.
El colector pasa por la parte inferior de una finca de recreación, continua por unos
pastizales, pasa cerca a una pista de bicicrós, en el tramo final cruza una cancha de
futbol y se encamina al lote escogido para la construcción

de la planta de

tratamiento.
Colector La Castellana
Inicia en la calle 12 con Carrera 4, al final del barrio la Castellana, donde recibe el
vertimiento de las viviendas de los barrios la Castellana y la mitad de la urbanización
los Robles. Sigue en dirección de la carrera, por una vía sin pavimentar, al lado de la

14

cual se encuentran viviendas que no cuentan con alcantarillado, continúa al final de
las mismas, a un predio empleado para el pastoreo, donde desciende por una ladera
de pendiente alta. Posteriormente cruza la quebrada el Matadero, por medio de un
viaducto de 75 metros de longitud, hacia una obra de estabilización de una ladera
por medio de gradería y canaletas, cruza esta obra, por una de las graderías,
continua a media ladera y cruza un canal con pantallas deflectoras por donde se
conducen las aguas del descole numero 2, rodea el filo de una cuchilla que forma el
suelo en búsqueda del Colector la Variante que proviene de la vía que está en la
parte superior.
En este sitio se unen ambos colectores para continuar hacia el predio para la
construcción de la PTAR.

Ilustración 5: Vía en donde inicia el colector la Castellana


15

Ilustración 6: Pastizal por donde se conduce el colector antes de hacer el cruce en Viaducto

Dentro del casco urbano de Neira el único gran vertimiento de agua residual es el
Matadero, el cual se encuentra ubicado hacia la parte norte del municipio, en la calle
13 hacia la salida a Aránzazu, en el barrio Las Ferias, es una gran fuente
contaminante de residuos líquidos y malos olores, tiene un consumo de 450
m3/mes, realiza sacrificios tres veces por semana, con una duración diaria de 6
horas. En el proyecto de colectores este vertimiento es interceptado en el descole No
8 y conducido al sistema de tratamiento de aguas residuales.

PROGRAMA 2:
Construcción de sistemas de tratamiento de aguas residuales: Para el tratamiento de
aguas residuales en el municipio de Neira se plantean dos alternativas, la primera
un filtro percolador y la segunda tratamiento primario avanzado.


16

Para ambas se plantea un pre tratamiento ya que las aguas residuales arrastran
sólidos grandes que se deben remover antes de su entrada a cualquier tipo de
tratamiento posterior. Esto se logra con estaciones de cribado.
El agua residual se conduce a un canal donde está instalada una rejilla donde se
retienen estas

partículas más grandes. Esta rejilla es del tipo autolimpiante

(mecánica) que remueve de manera constante y continua los sólidos retenidos.
Como elemento de segundad se proyecta una rejilla simple a través de la cual se
desvía el flujo cuando la rejilla autolimpiante esta en mantenimiento.
Posteriormente el agua residual pasa a un desarenador donde se retiran las arenas y
otros sólidos rápidamente sedimentables que vienen en el agua.

ANÁLISIS DE UBICACIÓN
El aérea suburbana del municipio de Neira, cuenta con una topografía muy quebrada
con numerosas laderas de fuerte pendiente y grandes problemas de estabilidad. No
fue fácil encontrar un predio donde sea posible recoger casi en su totalidad el agua
residual generada por el casco urbano y que tenga unas condiciones topográficas y
geotécnicas adecuadas. El lote identificado se encuentra ubicado a media ladera en
un sitio cercano a la urbanización Cantadelicia, ubicada hacia la salida a Aránzazu. El
predio está ubicado en la ladera sobre la cual se construyo una cancha de futbol.
Fue necesario escoger este lote, ya que no existe otro predio con mejores
características topográficas, y al cual fuese factible llegar con el colector por
gravedad. El lote cuenta con vía de acceso y en la pata de la ladera corre la quebrada
El Matadero, la cual se puede emplear como fuente receptoras del efluente de la
PTAR.


17

Ilustración 7: Sitio propuesto para la construcción de la PTAR

2

DEL
NEIRA
EVALUACION DEL SISTEMA DE ALCANTARILLADO DEL MUNICIPIO DE NEIRA

Con el fin de definir los sectores a evaluar para el mejoramiento del sistema de
alcantarillado del municipio de Neira , la empresa EMPOCALDAS S.A. ESP, suministro
la información recopilada por ellos, de los lugares que en la actualidad se tienen
identificados

con

problemas

en

el

buen

funcionamiento

del

sistema

de

alcantarillado. Con dicha información se realizo una valoración inicial de los tramos
comprendidos entre la Carrera 9 entre Calles 5 y 11 (sector Parque Principal),
encontrándose algunos sectores con problemas de colmatación, tuberías de inicio
que no cumplen con el diámetro mínimo establecido por el RAS 2000 para
alcantarillados tipo combinados y daños de redes debido al mal estado de las
tuberías, entre otros.


18

Ilustración 8: Sector del Sistema de Alcantarillado evaluado inicialmente

La tabla que se presentan a continuación contienen los resultados de dicha
evaluación:


19

Tabla 3: Chequeo Red de Alcantarillado Combinado – Sector: Cra 9 entre Clle 5 -11

Ingresados los datos de diámetros, pendientes, longitudes a la tabla de evaluación y
diseño se concluyo que estas tuberías no cumplen principalmente con los siguientes
criterios:
a. El diámetro de los tramos de colectores evaluados son menores al valor
mínimo actualmente estipulado por el RAS 2000 en el punto

D. 4.3.8.

b. La relación Q/QII en los colectores evaluados está por encima de lo
permitido (0,75).
Unido a lo anterior el material de estos tramos es concreto simple con un tiempo de
operación que se encuentra próximo a cumplir su vida útil, ocasionando un mal
desempeño de estas redes de recolección en el transporte y evacuación de las aguas
residuales.


20

Teniendo en cuenta lo mencionado anteriormente y después de analizar los
resultados de la tabla de cálculo expuesta anteriormente, se concluyó que el colector
en estudio no cuenta con la capacidad hidráulica para transportar el caudal
requerido para el periodo de diseño establecido, por lo que se propone su
mejoramiento. Con el fin de realizar un diseño integral, la modelación hidráulico del
sistema se hizo teniendo en cuenta todos los tramos de tuberías posteriores a este
sector inicialmente evaluado.

3. ESTIMACIÓN DE LA POBLACIÓN FUTURA

3.1 Justificación
La determinación de la población beneficiada es el punto base para la realización de
cualquier tipo de diseño.

Específicamente para proyectos de acueducto y

alcantarillado, es el dato de población el que permite establecer el caudal de diseño,
parámetro base para el desarrollo de los diferentes componentes del diseño.
Toda población constituye un ente dinámico, esto significa que presenta una
variación poblacional conforme al paso del tiempo, determinado por el crecimiento
natural o vegetativo y por los efectos migratorios: el número de pobladores asciende
por nacimientos e inmigraciones y desciende por muertes y emigraciones.
Debido a que cada comunidad presenta un comportamiento particular, se tiene la
necesidad de recurrir a métodos matemáticos que permitan proyectar el crecimiento
de la población con base en el conocimiento histórico de su crecimiento, esto es en
otras palabras, recurrir a modelos estadísticos.
3.2 Introducción
Como bien se mencionó anteriormente, la variación de la población se ve
influenciada principalmente por dos factores. En primer lugar está determinada por
el crecimiento natural o vegetativo, el cual depende directamente de las tasas de
natalidad y mortalidad propias de cada comunidad.
ascendente

en

condiciones

normales,

ya

que

Este comportamiento es
los

nacimientos


superan
21

ostensiblemente a las muertes, en términos cuantitativos. Tanto la tasa de natalidad
como la de mortalidad dependen a su vez de factores intrínsecos a cada grupo
estudiado; factores como ubicación, cultura, educación, recursos económicos,
juegan un papel fundamental en el número de nacimientos por mujer en edad fértil,
observándose mayores tasas de natalidad en grupos sociales de menores recursos
económicos, en aquellos donde el nivel de escolaridad es bajo y aun en aquellos
grupos humanos establecidos en zonas rurales. Por otra parte, la tasa de mortalidad
depende directamente de factores como el acceso de la población al agua potable,
evacuación de excretas y saneamiento básico, cubrimiento hospitalario y del sistema
de salud, entre otros.
De forma paralela, el efecto de las migraciones es uno de los elementos que
determinan la distribución espacial de la población de un país. El destino de los
flujos migratorios está ampliamente relacionado con las características de las
ciudades y de los centros urbanos, con las condiciones de seguridad existentes en el
territorio, y con las expectativas económicas de la población. Un claro ejemplo de lo
anteriormente enunciado, es lo ocurrido en algunas regiones del país durante
épocas de violencia, en las que los habitantes principalmente de zonas rurales
fueron obligados a dejar sus predios y desplazarse a centros poblados mayores.
Como conclusión, áreas y periodos en los que se observa que la población aumenta
corresponden a áreas y periodos de progreso en cuanto a la capacidad de ofrecer
calidad de vida a la población, e inversamente, áreas y periodos en los que la
población disminuye deberían estar relacionados con una pérdida relativa con
respecto a la capacidad para proporcionar calidad de vida y seguridad a los
habitantes.

De esta forma, la movilidad de la población entre diferentes puntos

geográficos ha contribuido en un alto porcentaje al crecimiento demográfico en las
áreas urbanas de gran parte de los países en desarrollo.

3.3 Crecimiento poblacional en Colombia
Pueden señalarse dos etapas en el crecimiento de la población colombiana: una de
fuerte ritmo, que dura hasta mediados de los años sesenta (cuando alcanza el 3%


22

anual), y otra referida al continuo descenso de tal crecimiento desde entonces (se
estima que en 1990 el crecimiento anual no alcanzaba al 2%).
Este cambio en el crecimiento poblacional se manifestó en todos los grupos etários y
en ambos sexos. Cuando dicho crecimiento comenzó a descender (a mediados de
los sesenta), esa caída se reflejó mucho más en los grupos etarios jóvenes que en
los adultos y mayores. Ello se traduce en un cambio en la composición etaria y da
cuenta del avance de la transición demográfica que sufre el país.
El momento de cambio más brusco tuvo lugar en la segunda mitad de los años
sesenta, cuando la caída de la fecundidad provocó a continuación, en la primera
mitad de los setenta, un crecimiento negativo en los menores de cinco años. Estas
oscilaciones se han producido tanto en hombres como en mujeres, con diferencias
poco pronunciadas
Por otra parte, las características geográficas y físicas de Colombia han generado
una gran diferenciación entre las diversas zonas o regiones establecidas, lo que
propicia que todas las zonas tengan comportamientos diferentes en cuanto a
crecimiento de población se refiere, diferencias que existen y se hacen notables
incluso dentro de una misma región, a pesar de que se espera que si se tienen
características similares, esa similitud se vea reflejada en el crecimiento poblacional.
Según Nardinelli y Simón (1996), entre las explicaciones frecuentes para el
crecimiento de las ciudades se encuentran factores como la localización, la
composición de la producción, la existencia de economías internas a escala y de
economías externas, las mejoras en el transporte, entre otras:
•

Localización: El crecimiento de un centro urbano depende directamente del
crecimiento de las localidades relacionadas con éste. Por ejemplo, los centros
ubicados en cercanías a otros que son productivos y tienen importantes redes
de comercio, tenderán a crecer relativamente más rápido que aquellos que no
tengan dicha ubicación.

Igualmente, aquellos ubicados en cercanías a

grandes fuentes de trabajo o a zonas de gran incidencia económica tenderán
a albergar migraciones que buscan mejorar su capacidad adquisitiva.


23

Igualmente tienden a crecer más las poblaciones cercanas a recursos hídricos
que favorezcan su abastecimiento.
•

Composición de la producción: El efecto del comercio y de la producción
influye definitivamente sobre las migraciones. Centros productivos, puertos,
grandes industrias convocan capital humano. Terrenos aptos para la
agricultura, la ganadería y la urbanización favorecerán el sedentarismo de los
individuos.

•

Mejoras en el transporte: Con las mejoras en medios y vías de transporte, los
costos de traslación tanto de personas, como de bienes y consumos se
reducen. Aquellos centros urbanos constituidos en los puertos, o que son
atravesados por importantes carreteras o vías férreas tienden a crecer con
más rapidez que aquellas que se no cuentan con buenas vías de
comunicación.

•

Calidad de los servicios públicos: Se espera que entre mejor sea la calidad de
los servicios públicos (suministro de agua, saneamiento básico que ofrezca un
ente poblado o asentamiento, mayor será la tasa de crecimiento poblacional
que allí se desarrolle, en cuando a que los individuos se establecerán donde
puedan conseguir mejor calidad de vida.

Mediante estudios realizados entre los años 1951 y 1993, se encontró una serie de
incidencias sobre el crecimiento poblacional en los municipios de Colombia, que se
nombrarán a continuación:
•

A lo largo del siglo pasado se presentó un descenso del 68,7% al 56% de la
población Colombiana que vive en municipios por encima de 1.000 m.s.n.m.

•

La distancia de los diversos centros urbanos a los principales ríos como a las
principales ciudades, tenía una incidencia significativa en el crecimiento de la
población.

•

La proporción de la población que sabe leer y escribir incide directamente en
el crecimiento demográfico.

Los municipios con una desviación estándar

mayor en la proporción que sabe leer y escribir (0,15 puntos porcentuales)
tienen una tasa de crecimiento 0,136 puntos porcentuales mayor.


24

•

La cobertura en servicios públicos es altamente significativa, los estudios
demuestran que municipios con una desviación estándar mayor en la
proporción de las viviendas sin energía eléctrica (0.16 puntos porcentuales)
presentan una tasa de crecimiento 0,169 puntos porcentuales menor.

Como se puede observar, existe un sinnúmero de factores propios de cada
población que inciden de manera diferente en el crecimiento que esta tenga, razón
por la cual sería aunque práctico, ineficiente e impreciso, manejar tasas promedio de
todo un departamento para generalizar el comportamiento demográfico de sus
municipios, tomando las partes como un todo. Se recomienda entonces realizar una
proyección de población para cada uno de los casos a estudiar, tomando como base
datos históricos oficiales suministrados por el Departamento Administrativo
Nacional de Estadística.

3.4 Métodos Matemáticos Para la Estimación de la Población Futura
En Colombia el ente de realizar los censos de población es el Departamento
Administrativo Nacional de Estadística DANE, el cual cuenta con información para los
años 1938, 1951, 1964, 1973, 1985, 1993 y finalmente, 2005.
El comportamiento demográfico de una región además de depender de una serie de
variables mencionadas anteriormente, también cambia a lo largo del tiempo, según
el modelo de establecimiento y consolidación del municipio en sí mismo. De esta
manera, la aceleración de crecimiento en las primeras décadas de un centro urbano,
tiempo en que se instauran sus instituciones, su jerarquía no sólo social, sino
también política y económica; se diferencia significativamente (en gran parte de los
casos) de la presentada en la madurez del centro estudiado, donde existe
desaceleración de la expansión demográfica.

Vale aclarar que pueden existir

efectos externos que modifiquen este comportamiento y causen un crecimiento
inesperado de la población.
Teniendo en cuenta lo anteriormente anunciado, se decidió hacer uso de la
información más actualizada, esto es, los censos de 2007 y 2005, y eventualmente
1993.


25

Existen varias metodologías ampliamente utilizadas para estimar poblaciones
futuras, entre ellas tenemos:
•

Método Aritmético

•

Método Geométrico

•

Método Exponencial

3.1.1 Método Aritmético
El método aritmético supone un crecimiento vegetativo de la población, balanceado
por la mortalidad y la emigración. Se rige por la siguiente fórmula:

En donde:
Pf =

Población en habitantes correspondiente al año para el que se
quiere proyectar la población.

Puc=

Es la población en habitantes correspondiente al último año censado
con información.

Pci=

Es la población en habitantes correspondiente al censo inicial con
información.

Tuc=

Es el año correspondiente al último año censado con información.

Tci.=

Es el año correspondiente al censo inicial con información

Tf=

Es el año al cual se quiere proyectar la información.

(Tf,Pf)
Pf

Puc
Pci

Tci

Tuc

Tf


26

Como se puede observar, la formula descrita hace uso de una constante
determinada por los dos últimos censos o fuentes de información, desde donde
realiza una proyección lineal hasta el año buscado.

El segundo término de la

ecuación corresponde al valor de la pendiente de la recta trazada entre los dos
puntos base [sea (x1,y1)=(año del censo inicial, población censo inicial); y
(x2,y2)=(año del censo final, población censo final)]

3.1.2 Método Geométrico
Este método de cálculo es útil en poblaciones que muestran una importante
actividad económica, que generan un apreciable desarrollo y

que

poseen

importantes áreas de expansión las cuales pueden ser dotadas de servicios públicos
sin mayores dificultades. La ecuación que se emplea es:

De donde se obtiene para el cálculo de la tasa de crecimiento de tipo geométrico, la
siguiente expresión:

Donde:
Pf =

Población en habitantes correspondiente al año para el que se
quiere proyectar la población.

Puc=

Es la población en habitantes correspondiente al último año censado
con información.

Pci=

Es la población en habitantes correspondiente al censo inicial con
información.

Tuc=

Es el año correspondiente al último año censado con información.

Tci.=

Es el año correspondiente al censo inicial con información

27

Tf=

Es el año al cual se quiere proyectar la información.

r=

Es la tasa de crecimiento anual en forma decimal.

(Tf,Pf)
Pf

Puc

Tuc

Tf

En este caso vemos que el crecimiento de la población es variable. Esto significa que
aunque se tenga una tasa de crecimiento constante, la pendiente de la curva es
diferente en todo momento, aumentando con el tiempo, y por ende generando
mayores resultados por lo general que el cálculo desarrollado por medio del método
aritmético. Este comportamiento se asemeja al del interés compuesto en términos
financieros.

3.1.3 Método Exponencial
La utilización de este método requiere conocer por lo menos tres censos para poder
determinar el promedio de la tasa de crecimiento de la población. Se recomienda su
aplicación a poblaciones que muestren apreciable desarrollo y posean abundantes
áreas de expansión. La ecuación empleada por este método es la siguiente:

Donde k es la tasa de crecimiento de la población, la cual se calcula como el
promedio de las tasas calculadas para cada par de censos, así:


28

En donde:
K=

Es la tasa de crecimiento de la población la cual se calcula como el
promedio de las tasas calculadas para cada par de censos.

Pcp=

Es la población del censo posterior

Pca=

Es la población del censo anterior.

Tcp=

Es el año correspondiente al censo posterior.

Tca=

Es el año correspondiente al censo anterior.

Ln =

El logaritmo natural.

En este caso también se puede observar la variabilidad en el incremento de la
población. Esto significa que aunque se tenga una tasa de crecimiento constante, la
pendiente de la curva es diferente en todo momento, aumentando con el tiempo, y
por ende generando mayores resultados por lo general que el cálculo desarrollado
por medio del método aritmético; igualmente al presentar una mayor velocidad de
crecimiento, arroja resultados mayores a los de la proyección geométrica.

(Tf,Pf)
Pf

Puc

Tuc

Tf

Para la estimación de la población de diseño se hizo uso de los censos de los años
1993 y

los valores del CENSO DANE 2005 y oficial DANE 2007, actualizados y

reportados hasta el mes de marzo del año 2009:


29

AÑO

POBLACIÓN

2005

13.967

2006

14.226

2007

14.458

Tabla 4. Censos DANE

La proyección se realizó mediante los métodos aritmético, geométrico y exponencial.
Obteniendo los siguientes resultados para la cabecera municipal de NEIRA:

MUNICIPIO DE NEIRA
M. ARITMÉTICO
AÑO
POBLACIÓN

TASA DE
CREC.

M. GEOMÉTRICO

M. EXPONENCIAL

TASA
POBLACIÓN

DE

POBLACIÓN

CREC.

TASA DE
CREC.

2005

13.967

1.30%

13.967

1.56%

13.967

1.58%

2007

14.458

1.30%

14.458

1.56%

14.458

1.58%

2010

15.154

1.30%

15.144

1.56%

15.155

1.58%

2011

15.386

1.30%

15.379

1.56%

15.396

1.58%

2012

15.618

1.30%

15.619

1.56%

15.642

1.58%

2013

15.850

1.30%

15.862

1.56%

15.891

1.58%

2014

16.082

1.30%

16.108

1.56%

16.144

1.58%

2015

16.314

1.30%

16.359

1.56%

16.401

1.58%

2016

16.546

1.30%

16.614

1.56%

16.663

1.58%

2017

16.778

1.30%

16.872

1.56%

16.928

1.58%

2018

17.010

1.30%

17.135

1.56%

17.198

1.58%

2019

17.242

1.30%

17.402

1.56%

17.472

1.58%

2020

17.474

1.30%

17.672

1.56%

17.750

1.58%

2021

17.706

1.30%

17.947

1.56%

18.033

1.58%

2022

17.938

1.30%

18.227

1.56%

18.321

1.58%

2023

18.170

1.30%

18.510

1.56%

18.613

1.58%

2024

18.402

1.30%

18.798

1.56%

18.909

1.58%

2025

18.634

1.30%

19.091

1.56%

19.210

1.58%


30

MUNICIPIO DE NEIRA
M. ARITMÉTICO
AÑO
POBLACIÓN

TASA DE
CREC.

M. GEOMÉTRICO

M. EXPONENCIAL

TASA
POBLACIÓN

DE

POBLACIÓN

CREC.

TASA DE
CREC.

2026

18.866

1.30%

19.388

1.56%

19.517

1.58%

2027

19.098

1.30%

19.690

1.56%

19.828

1.58%

2028

19.330

1.30%

19.996

1.56%

20.143

1.58%

2029

19.562

1.30%

20.307

1.56%

20.464

1.58%

2030

19.794

1.30%

20.623

1.56%

20.791

1.58%

2031

20.026

1.30%

20.944

1.56%

21.122

1.58%

2032

20.258

1.30%

21.270

1.56%

21.458

1.58%

2033

20.490

1.30%

21.601

1.56%

21.800

1.58%

2034

20.722

1.30%

21.937

1.56%

22.148

1.58%

2035

20.974

1.30%

22.279

1.56%

22.501

1.58%

Tabla 5. Proyección de la Población Municipio de NEIRA

Después de realizar la proyección de la población hasta el año horizonte del
proyecto para el Municipio de Neira utilizando las tasas de crecimiento establecidas
por el DANE 2005 según los métodos Aritmético, Geométrico y Exponencial, se opto
por seguir las recomendaciones del MAVDT, el cual indica que el resultado del
comportamiento en el crecimiento poblacional más ajustado es el Método
Geométrico.
Por lo tanto se trabajó con los datos arrojados por la proyección correspondiente al
método geométrico, con una tasa de crecimiento de 1,56% para el periodo de
diseño.


31

MUNICIPIO DE NEIRA
M. GEOMÉTRICO
AÑO
POBLACIÓN

TASA DE
CREC.

2007

14.458

1.56%

2009

14.912

1.56%

2010

15.144

1.56%

2011

15.379

1.56%

2012

15.619

1.56%

2013

15.862

1.56%

2014

16.108

1.56%

2015

16.359

1.56%

2016

16.614

1.56%

2017

16.872

1.56%

2018

17.135

1.56%

2019

17.402

1.56%

2020

17.672

1.56%

2021

17.947

1.56%

2022

18.227

1.56%

2023

18.510

1.56%

2024

18.798

1.56%

2025

19.091

1.56%

2026

19.388

1.56%

2027

19.690

1.56%

2028

19.996

1.56%

2029

20.307

1.56%

2030

20.623

1.56%

2031

20.944

1.56%

2032

21.270

1.56%

2033

21.601

1.56%

2034

21.937

1.56%

2035

22.279

1.56%

Tabla 6. Proyección de la Población Municipio de NEIRA

32

Como la población proyectada se encuentra en un rango comprendido entre los
12.500 habitantes y los 60.000 habitantes, al municipio de Neira le corresponde el
nivel de complejidad Medio Alto.

4.

PARÁMETROS DE DISEÑO DEL SISTEMA DE ALCANTARILLADO COMBINADO

Complejidad
4.1 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 NEIRA se ubica
en el Nivel de Complejidad Medio Alto.

Nivel de

Población en la

Capacidad
Capacidad económica

Complejidad

zona urbana

de los usuarios

Bajo

< 2500

Baja

Medio

2501 a 12500

Baja

Medio Alto

12501 a 60000

Media

Alto

> 60000

Alta

Tabla 7. Niveles de complejidad del sistema

4.2 Período de Diseño
El sistema de alcantarillado del Municipio de NEIRA, de acuerdo a sus
características económicas y demográficas futuras, se encuentra clasificado en el
nivel Medio Alto de Complejidad, por lo cual el periodo de diseño de la red
matriz es de 20 años según lo establecido en los numerales D.2.2.3. de la Norma
RAS 2000, sin embargo, el diseño contempla la reposición de un colector
principal por lo que según la misma Norma el periodo de diseño debe ser de 25
años para cualquier nivel de complejidad. Teniendo en cuenta lo anterior, se


33

trabajó con este último dato para el cálculo de los caudales y el respectivo
diseño.
Nivel de complejidad del sistema

Periodo de Diseño

Bajo, Medio

15

Medio Alto

20

Alto

25

Tabla 8. Periodo de planeamiento de redes de recolección y evacuación de aguas residuales
y lluvias

Nota: Para colectores principales o emisarios finales el periodo de diseño mínimo
debe ser 25 años, para cualquier nivel de complejidad.

4.3 Dotación Neta
Se calcula un valor para la dotación neta de 125 lts/hab./día, lo anterior teniendo
en cuenta que el municipio de Neira y su zona rural se encuentra sobre los 1000
msnm por lo tanto es considerado con clima frio o templado.

Dotación neta
Nivel de
Complejidad

máxima
Clima Frio o
Templado
(lts/hab/día)

neta
Dotación neta
máxima Clima
Cálido
(lts/hab/día)

Bajo

90

100

Medio

115

125

Medio Alto

125

135

Alto

140

150

Tabla 9. Cálculo de la dotación neta

Obteniendo, para el periodo de diseño establecido:


34

Dotación neta = 125 l/hab/día

4.4 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 =

C⋅P⋅R
86400

Siendo,

C= dotación neta corregida
P=población
R=coeficiente de retorno, 0,8 el cual se determinó de la siguiente tabla
Nivel de
Complejidad

Coeficiente de retorno

Bajo y medio

0,7-0,8

Medio Alto y alto

0,80,8-0,85

Tabla 10. Coeficiente de retorno

Obteniendo para el periodo de diseño:

QD =

C ⋅ P ⋅ R 125 ⋅ 22279 ⋅ 0,85
=
= 27,41 l/s
86400
86400

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

4.5 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:

35

F = 1+

14
(4 + P 0,5 )

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

F =1+

14
= 2,61
(4 + 22279 0,5 )

Este valor corresponde al Factor de Mayoración para el periodo de diseño.
En el Anexo No.1 se presenta el cálculo para cada año, durante el periodo de
diseño.

4.6 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 = F .QMD = 27,41 × 2,61 = 71,53 l/s
En el Anexo No.1 se presenta el cálculo para cada año, durante el periodo de
diseño.
Densidad
4.7 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

36

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=

Habi tan te
Areatotal

El área total futura del municipio de Neira es de 58.5 Has.
Por lo tanto:

D=

22287 Hab
= 380.97 Hab / Ha
58.5 Has

4.8 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 NEIRA, se obtiene un valor de 0,20 L/s-ha,

Nivel de Complejidad

Infiltración

Infiltración

(L/s(L/salta (L/s-ha) media (L/s-ha)

Infiltración
(L/sbaja (L/s-ha)

Bajo y medio

0,15-0,4

0,1-0,3

0,05-0,2

Medio Alto y alto

0,15-0,4

0,10,1-0,3

0,05-0,2

Tabla 11. Aportes por infiltración

Para el periodo de diseño se tiene como caudal de infiltración:

QINF = (58.5 × 0,2) = 11.70 l/s
En el Anexo No.1 se presenta el cálculo para cada año, durante el periodo de diseño.


37

4.9

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.

Q DT = Q MH + Q INF
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

Q DT = 71,53 + 11 .70 = 83,23 l/s
En el Anexo No.1 se presenta el cálculo para cada año, durante el periodo de diseño.

4.10 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.


38

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:
2,78
,78*
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)

5.12

Periodo de retorno

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

39

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
Mínimo
Características del área de drenaje
(años)
Tramos iníciales en zonas residenciales con áreas tributarias menores
2
de 2 Ha

Aceptable
(años)

Recomendado
(años)

2

3

Tramos iníciales en zonas comerciales o industriales con áreas
tributarias menores de 2 Has

2

3

5

Tramos de alcantarillado con áreas tributarias entre 2 y 10 Has

2

3

5

Tramos de alcantarillado con áreas tributarias mayores a 10 Has.

5

5

10

Canales abiertos en zonas planas y que drenan áreas mayores a 1000
Has

10

25

25

Canales abiertos en zonas montañosas o a media ladera que drenan
áreas mayores a 1000 Has.

25

25

50

Tabla 12. Periodo de retorno

7.13 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 Neira las curvas de intensidad duración frecuencia tienen la
siguiente forma matemática (Estudio Hidrológico de caldas: Juan Fernando pareja-

Jorge Iván Osorio. Universidad Nacional-Manizales 1997):







 538 + − Ln− Ln1 − 1  − 0.52 * 127.79 



 T 



r 
 1.04 





 * 2.778
i=
0.67
t +5

(

)


40

Donde:
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 Neira obtenida del estudio hidrológico de
Caldas de los ingenieros Juan Fernando Pareja e Iván Osorio. Se tomo 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.

5.14 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

RAS D.4.3.6

legales locales sobre uso del suelo.

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=

∑ (C * A )
∑A
i

i


41

Donde:
C=

Coeficiente de impermeabilidad

Ci=

Coeficiente de impermeabilidad de cada subarea

Ai=

Subarea

Has

A=

Área total

Has

El valor de Ci se calculo 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 13. Coeficiente de escorrentía.

5.15

Áreas de drenaje

El valor del Área tributaria

es medido según los planos urbanísticos y de

levantamientos topográficos del terreno.

5.16 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


42

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)

5.17 Tiempo de entrada
Es el tiempo que toma el flujo superficial para viajar de la parte más alejada de la
subcuenca 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:

Te =

0.707(1.1 − C ) L
S

1
3

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)

5.18 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

43

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
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.


44

5.19 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:

Ilustración 9. Áreas Aferentes de cada uno de los descoles evaluados en el diseño


45

CAMARAS

DE

A

ÁREA TRIBUTARIA (Ha)

Atrás

Tramo

Total

0,280

2,370

0,200

4,530

TRAMO 1
1

2

2

3

2,090
4,330

3

4

4,530

0,080

4,610

4

5

6,420

0,040

6,460

5

7

6,460

0,270

6,730

6

7

0,000

0,140

0,140

7

8

8,690

0,140

8,830

8

9

8,830

0,150

8,980

9

10

11,020

0,020

11,040

10

11

11,040

0,020

11,060

11

O-1

11,060

0,080

11,140

2

12

TRAMO 1-A
0,000

0,130

0,130

12

14

0,130

0,110

0,240

13

14

0,000

0,280

0,280

14

16

4,260

0,280

4,540

15

16

0,000

0,280

0,280

16

6

4,820

0,230

5,050

17

6

0,000

0,330

0,330

6

18

5,380

0,100

5,480

18

19

5,480

0,140

5,620

19

O-1

5,620

0,080

5,700

15
17
20
21
33
24

TRAMO 2
2,65
2,93
3,21
3,34
3,47
0

0,28
0,28
0,13
0,13
0,1
0,28

2,93
3,21
3,34
3,47
3,57
0,28

13
15
17
20
21
13


46

CAMARAS


DE

A

Atrás

Tramo

Total

23
24
25
15
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36

24
25
27
27
27
28
29
33
31
32
33
34
35
36
0-2

0,28
0,08
0,2
0,28
0,28
0,2
0,04
0,02
0,18
0,05
0,03
0,08
0,04
0,011
0,02

0,28
3,23
3,43
0,28
0,28
4,19
4,23
4,25
0,18
0,23
0,26
8,16
8,2
8,211
8,231

23
26
30
37
38
39
40
41
V4a
V5
V6
V7

26
30
37
38
39
40
41
V5
V5
V6
V7
62

0
3,15
3,23
0
0
3,99
4,19
4,23
0
0,18
0,23
8,08
8,16
8,2
8,211
TRAMO 3
0,000
0,280
0,560
0,710
0,790
0,930
0,990
1,030
0,000
1,110
1,240
1,320

0,280
0,280
0,150
0,080
0,040
0,060
0,040
0,040
0,040
0,130
0,08
0,03

0,280
0,560
0,710
0,790
0,830
0,990
1,030
1,070
0,040
1,240
1,320
1,350

43
44
23
44

TRAMO 4
0,000
0,960
4,060
4,340

0,280
0,280
0,280
0,280

0,280
1,240
4,340
4,620

42
43
42
23


47

CAMARAS


DE

A

Atrás

Tramo

Total

44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63

45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
DESCOLE

5,860
5,940
6,040
7,500
8,140
8,800
9,140
9,220
9,260
9,310
10,160
10,180
10,200
10,220
10,380
11,050
11,260
11,600
13,200
13,290

0,080
0,100
0,900
0,080
0,100
0,100
0,080
0,040
0,050
0,050
0,020
0,020
0,020
0,040
0,170
0,210
0,340
0,250
0,090
0

5,940
6,040
6,940
7,580
8,240
8,900
9,220
9,260
9,310
9,360
10,180
10,200
10,220
10,260
10,550
11,260
11,600
11,850
13,290
13,29

Tabla 14. Áreas tributarias de cada tramo de tubería

5.20 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.


48

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.

5.21 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.


49

Teniendo en cuenta lo expuesto en el párrafo anterior, se realizó el diseño de las
redes de recolección del Municipio de NEIRA con un diámetro mínimo de 8” que
cumpliera con los requisitos de esfuerzo cortante, pendiente y velocidad mínima del
tramo.

5.22 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 0,45 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 1,2 kg/m2 mediante la siguiente ecuación:

τ = γ ⋅R⋅S
γ =

peso específico del agua (1 ton /m3)

R=

radio hidráulico de la tubería

S=

pendiente de la tubería

5.23 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.

5.24 Pendiente mínima y máxima
Según lo establecido en el RAS en el numeral D.3.2.9 y D.3.2.10, el valor 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.

50

Diámetro en pulg.

Pendiente mínima
%

8

0,40

10

0,28

12

0,22

14

0,17

16

0,14

18

0,12

20

0,11

24

0,08

Tabla 15. Pendiente mínima vs. Diámetros

En el diseño de las redes de recolección del Municipio de NEIRA 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”, sin embargo
en muchos de estos casos no se cumplía con el concepto de velocidad mínima,
dando paso al chequeo del Esfuerzo Cortante en el tramo implicado.
Paralelamente al 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.

5.25

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.


51

5.26

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

Profundidad a la clave
del colector (m)

Vías peatonales o zonas verdes

0,75

Vías vehiculares

1,2

Tabla 16. Profundidad a cota clave del colector

5.27 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.

5.28 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.


52

6.

ANÁLISIS DE LAS REDES DE ALCANTARILLADO PROYECTADAS

Para la proyección de las redes que se deben mejorar, se tuvieron en cuenta las que
están ubicadas sobre las líneas colectoras de los descoles O-1, O-2, V8 y V9. Hacia
cada uno de estos descoles se dirigen las aguas de la gran mayoría de las aferentes
del municipio planteadas por el PSMV, y es por esto que se calculan diámetros
considerables, ya que son los descoles mas representativo del municipio.
El esquema que se presenta a continuación presenta el estado actual de las tuberías
del sistema de alcantarillado que fueron evaluadas, en él se identifican

las que

presentaron algún problema en el chequeo realizado a través de la tabla de cálculo
dispuesta para dicho fin:

Ilustración 10. Estado Actual de las tuberías evaluadas en el diseño

La tabla que se presenta a continuación contiene las tuberías que no cumplieron con
los parámetros de chequeo:


53

CÁMARAS
CÁMARAS
DIRECCION

IDENTIFICACION EN EL DISEÑO

DE

A

42A

43

CRA 10 CLL 10-11

P-36

43

47

CLL 11 CRA 10-8

P-37, P-78, P-79, P-80

47

50

CRA 8 CLL 11-12

P-81, P-82, P-83

50

54

CLL12 CRA 8-7

P-84, P-85, P-86, P-87

54

58

CRA 7 CLL 12-13

P-88, P-89, P-90, P-91

58

59

CLL12A CRA 7-7B

P-92

59

V8

CLL 13 CRA 7 - 5

P-93, P-94, P-95

26

V5

CLL 10 CRA 8-5

P-65, P-66, P-67, P-68, P-69, P-70, P-71

V4a

O-4

CRA 5 CLL 10-13

P-77, P-72, P-73, P-74, P-75, P-76

42

23

CLL 10 CRA 9-10

P-35

23

24

CRA 9 CLL 9-10

P-25

13A

24

CRA 9 CLL 8-9

P-16

14

13

CRA 9 CLL 7-8

P-15

12

14

CRA 9 7-6

P-9

13

15

CLL 8 CRA 9-7

P-38

15

17

CLL 8 CRA 8-7

P-39

27

26

CRA 8 CLL 9-10

P-96

27

15

CRA 8 CLL 9-8

P-43

15

16

CRA 8 CLL 8-7

P-58


54

CÁMARAS
CÁMARAS
DIRECCION

IDENTIFICACION EN EL DISEÑO

DE

A

31

32

CRA7 CLL 10-9

P-62

6

17

CRA 7 CLL 7-8

P-59

6

0-2

CLL 7 CRA 7-6

P-12, P-13, P-14

Tabla 17. Tuberías del sistema actual que no cumplen con el chequeo hidráulico

Conocidas las tuberías con problemas se procedió a realizar los ajustes necesarios
con el fin de mejorar el sistema de alcantarillado del Municipio de Neira, es preciso
aclarar que para la mayoría de los tramos diseñados se replantearon las pendientes
que actualmente tienen con el fin de obtener velocidades de flujo admisibles.
Para la optimización del colector principal de la red de alcantarillado del municipio
de Neira, se propone:
•

Ampliación del diámetro de las tuberías de los tramos que presentan
diámetros de 8”; es de aclarar que en el chequeo realizado a la red actual
algunos tramos existentes en dicho diámetro cumplieron con el chequeo de la
tabla de cálculo, sin embargo se propone su cambio por tuberías de diámetro
10” para dar así cumplimiento a lo establecido en el RAS 2000 para el diseño
de alcantarillados combinados

•

Aumento del diámetro de los colectores de los descoles V8 y V9 de la red de
alcantarillado, debido a que están transportando los residuos a tubo lleno y
por ende no cumplen con la relación Q/Qo.

•

Optimización de tuberías que se encuentran en mal estado debido al desgaste
que ha sufrido el material con el pasar del tiempo y por ende están
provocando continuos problemas de represamiento que han generado el
rebose de las aguas negras por los sifones y sanitarios de los usuarios del

55

sistema de alcantarillado del municipio de Neira, unido a lo anterior esta
situación ha provocado socavación en el material de base y sub-base de la vía
provocando hundimiento y deterioro en diferentes losas de pavimentos.
Para realizar el mejoramiento del sistema de alcantarillado del municipio de Neira se
propone la ejecución de una primera fase en la cual se incluirán las tuberías con alto
estado de deterioro y/o no tienen la capacidad para transportar los residuos:

Ilustración 11. Tuberías a optimizar en el presente proyecto

CÁMARA
DE
A

DIAMETRO A
INSTALAR

LONG
(mts)

12 Aumento de diámetro existente (8”) P-51

10”

44,85

12


10”

29,50

13


10”

74,50

13


10”

75,00

23


12”

75,00

42

43

10”

74,00

2

REQUERIMIENTO

Optimización de la tubería existente y
aumento de diámetro (8”) P-36


56

CÁMARA
DE
A

REQUERIMIENTO

DIAMETRO A
INSTALAR

LONG
(mts)

43


12”

75,00

42


12”

74,40

26


12”

75,00

30


12”

44,00

37


12”

15,27

38


12”

15,00

39


12”

13,95

40


12”

13,95

41

V5 Aumento de diámetro existente (8”) P-71

12”

15,70

23

26

10”

72,00

13


10”

73,20

12”

75,20

10”

75,30

10”

75,00

10”

74,10

12”

20,17

12”

73,75

Aumento de diámetro existente (8”) P-64 y
mejoramiento de la tubería existente

15

17 Aumento de diámetro existente (8”) P- 39

26

27

15

27

15

16

31


17

6

Aumento de diámetro existente (8”) P- 59

6


20”

36,35

18


20”

57,00

19

O2 Aumento de diámetro existente (18”) P-14

24”

33,00

44


16”

24,90

45


16”

24,90

46


16”

24,90

47


24,40

48


49


50


18”
18”
20”
20”


24,40
24,40
23,30
57

CÁMARA
DE
A

REQUERIMIENTO

DIAMETRO A
INSTALAR

LONG
(mts)
11,45

51


52


53


54


20”
20”
24”
24”

55


24”

11,00

56


27”

11,00

57


24”

19,20

58


24”

34,80

59


24”

35,00

60


24”

35,00

61

V8 Aumento de diámetro existente (12”) P-95

24”

35,60

11,45
11,45
11,00

Tabla 18. Tuberías a optimizar en el presente proyecto

•

En el presupuesto se presenta la instalación de 1703 ml de tubería de 6” para
las domiciliarias ya que para las viviendas conectadas en los tramos de la
tabla N°18, es necesario construirles de nuevo las domiciliarias que entregan a
la red de alcantarillado. El número de domiciliarias a reconstruir es de 345.
Es de vital importancia construir estas domiciliarias porque de nada serviría
optimizar la tubería de la red principal y no conectar las viviendas
nuevamente a la red.

FIRMAS RESPONSABLES:

EUGENIA ZULUAGA LARGO
INGENIERA DE DISEÑO
MP.17202136072 CDS

SERGIO HUMBERTO LOPERA PROAÑOS
DIRECTOR PLANEACION Y PROYECTOS
EMPOCALDAS S.A. ESP


58


59

ANEXO
ALCANTARILLADO
ANEXO No. 1. CÁLCULO DEL CAUDAL DE DISEÑO DEL SISTEMA DE ALCANTARILLADO

Memorias de Cálculo. Optimización Sistema Alcantarillado. Municipio 60Neira
de

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