EPM - Normas diseño acueducto

Normas de Diseño de Sistemas de Acueducto de las Empresas Públicas de Medellín E. S. P. Empresas Públicas de Medellín E. S. P. Normas de Diseño de Sistemas de Acueducto de las Empresas Públicas de Medellín E. S. P. Copyright © 2013, Empresas Públicas de Medellín E. S. P. Todos los derechos reservados. Queda prohibida la reproducción o transmisión total o parcial del contenido de la presente obra en cualquier forma, sea electrónica o mecánica, sin el consentimiento previo y por escrito de las Empresas Públicas de Medellín E. S. P. Impreso en Colombia Printed in Colombia

Segunda Edición: 2013

Normas de Diseño de Sistemas de Acueducto TABLA DE CONTENIDO PREFACIO .................................................................................................................. 1-12

PARTICIPANTES ........................................................................................................ 1-13

Capítulo 1 REFERENCIACIÓN GENERAL ............................................................. 1-14 1.1 SISTEMA DE UNIDADES ............................................................................................................. 1-14 1.2 VARIABLES ................................................................................................................................... 1-15 1.3 ABREVIATURAS ........................................................................................................................... 1-17 1.4 NORMAS TÉCNICAS REFERENCIADAS .................................................................................... 1-17 1.4.1 Normas técnicas colombianas .............................................................................................. 1-17 1.4.2 Normas técnicas internacionales .......................................................................................... 1-19 1.4.3 Otras normas y/o guías técnicas .......................................................................................... 1-22 1.4.4 Normas y manuales de EPM ................................................................................................ 1-22 1.5 LEYES, DECRETOS Y LEGISLACIÓN PERTINENTE ................................................................. 1-22 1.5.1 Leyes y Decretos Nacionales ............................................................................................... 1-22

1.5.2 Decretos internos de EPM .................................................................................................... 1-23 1.6 DEFINICIONES ............................................................................................................................. 1-23 Capítulo 2 ASPECTOS GENERALES DE LOS SISTEMAS DE ACUEDUCTO ..... 2-36 2.1 ALCANCE ...................................................................................................................................... 2-36 2.2 PROCEDIMIENTO GENERAL DE DISEÑO DE LOS SISTEMAS DE ACUEDUCTO ................. 2-36 2.2.1 PASO 1 - Definición del tamaño del sistema ........................................................................ 2-36 2.2.2 PASO 2 - Conocimiento del marco institucional ................................................................... 2-37 2.2.3 PASO 3 - Aspectos legales.................................................................................................. 2-37 2.2.4 PASO 4 - Aspectos ambientales relacionados con el sistema de acueducto ...................... 2-38 2.2.5 PASO 5 - Ubicación dentro de los planes de ordenamiento territorial y desarrollo urbano previstos para los municipios atendidos por EPM. ............................................................................. 2-38 2.2.6 PASO 6 – Evaluación socioeconómica ................................................................................ 2-38 2.2.7 PASO 7 - Definición del alcance del Proyecto ...................................................................... 2-39 2.2.8 PASO 8 - Estudios previos ................................................................................................... 2-39 2.2.9 PASO 9 – Generación de alternativas y optimización .......................................................... 2-39 2.2.10 PASO 10 – Diseño y requerimientos técnicos ...................................................................... 2-39 2.2.11 PASO 11 - Construcción e interventoría ............................................................................... 2-39 2.2.12 PASO 12 - Puesta en marcha, operación y mantenimiento del sistema de acueducto ....... 2-40 2.3 TECNOLOGÍA DE INFORMACIÓN PARA LOS SISTEMAS DE ACUEDUCTO .......................... 2-40

2.3.1 Sistemas de Información Geográfica .................................................................................... 2-40 2.3.2 Programas de diseño de redes de acueducto ...................................................................... 2-40 2.4 PLANOS Y MEMORIAS DE CÁLCULO ........................................................................................ 2-40 2.4.1 Planos ................................................................................................................................... 2-40 2.4.2 Memorias de cálculo ............................................................................................................. 2-40 2.5 CALIDADES Y REQUISITOS DE LOS PROFESIONALES .......................................................... 2-41 2.5.1 Aspectos Generales .............................................................................................................. 2-41 2.5.2 Calidad de los diseñadores y de los interventores o revisores de diseño ............................ 2-41 2.5.3 Personal auxiliar profesional y no profesional ...................................................................... 2-42 2.6 COMITÉ ASESOR DE LAS NORMAS .......................................................................................... 2-42 2.6.1 Propósito ............................................................................................................................... 2-42 2.6.2 Integración ............................................................................................................................ 2-42 2.6.3 Funciones.............................................................................................................................. 2-42 2.7 TIPOS DE SUELO Y OBRAS ........................................................................................................ 2-43 2.7.1 Tipos de suelo para obras de sistemas de acueducto ......................................................... 2-43 2.7.2 Tipo de obras de acueducto ................................................................................................. 2-43

ANEXO 2.1 EVALUACIÓN SOCIOECONÓMICA ....................................................... 2-44

Tabla de contenido 1-3 Normas de Diseño de Sistemas de Acueducto Capítulo 3 POBLACIÓN, DOTACIÓN Y DEMANDA .............................................. 3-45 3.1 ALCANCE ...................................................................................................................................... 3-45 3.2 ESTIMACIÓN DE LOS USUARIOS DEL SISTEMA ..................................................................... 3-45 3.2.1 Proyección de clientes al período de diseño del proyecto ................................................... 3-45

3.2.2 Censos de Medellín y municipios atendidos por EPM ......................................................... 3-46 3.2.3 Censos de vivienda ............................................................................................................... 3-46 3.2.4 Densidades actuales y futuras .............................................................................................. 3-46 3.2.5 Métodos de cálculo ............................................................................................................... 3-46 3.2.6 Ajuste por población flotante y población migratoria ............................................................ 3-47 3.3 USOS DEL AGUA ......................................................................................................................... 3-47 3.3.1 Uso residencial ..................................................................................................................... 3-47 3.3.2 Uso comercial ....................................................................................................................... 3-47 3.3.3 Uso industrial ........................................................................................................................ 3-47 3.3.4 Uso Oficial ............................................................................................................................. 3-47 3.3.5 Uso Especial ......................................................................................................................... 3-47 3.4 DOTACIÓN NETA ......................................................................................................................... 3-48 3.4.1 Dotación neta mínima ........................................................................................................... 3-48 3.4.2 Estimación de la dotación neta por comparación con barrios, circuitos o municipios similares . .............................................................................................................................................. 3-48 3.5 PÉRDIDAS .................................................................................................................................... 3-48 3.5.1 Pérdidas técnicas en la conducción y en los tanques de almacenamiento y/o compensación.. 3-48 3.5.2 Pérdidas técnicas en la red de distribución .......................................................................... 3-48 3.5.3 Pérdidas técnicas .................................................................................................................. 3-49 3.5.4 Pérdidas comerciales en la red de distribución .................................................................... 3-49 3.6 DOTACIÓN BRUTA ....................................................................................................................... 3-49 3.7 DEMANDA DE AGUA.................................................................................................................... 3-50

3.7.1 Caudal Medio Diario ............................................................................................................. 3-50 3.7.2 Caudal Máximo Diario ........................................................................................................... 3-50 3.7.3 Caudal Máximo Horario ........................................................................................................ 3-50 3.7.4 Coeficiente de Caudal Máximo Diario k ............................................................................. 3-50 1 3.7.5 Coeficiente de Caudal Máximo Horario con relación al Caudal Máximo Diario k .............. 3-50 2 3.7.6 Gran Consumidor .................................................................................................................. 3-50 3.7.7 Curva de demanda para los municipios atendidos por EPM ................................................ 3-51 3.8 CAUDAL DE INCENDIOS ............................................................................................................. 3-51 Capítulo 4 CONDUCCIONES .................................................................................... 4-52 4.1 ALCANCE ...................................................................................................................................... 4-52 4.2 ESTUDIOS PREVIOS ................................................................................................................... 4-52 4.2.1 Concepción del proyecto ..................................................................................................... 4-52 4.2.2 Diagnóstico de la Infraestructura existente ........................................................................... 4-52 4.2.3 Estudio de la demanda ......................................................................................................... 4-53 4.2.4 Aspectos generales de la zona de la conducción ................................................................ 4-53 4.2.5 Estudios topográficos ............................................................................................................ 4-53 4.2.6 Condiciones geológicas ........................................................................................................ 4-53 4.2.7 Calidad de agua .................................................................................................................... 4-54 4.2.8 Cuerpos receptores de aguas de lavado de la red ............................................................... 4-54 4.2.9 Estudio de suelos .................................................................................................................. 4-54 4.2.10 Interferencia con otras redes y corrientes eléctricas ............................................................ 4-56

4.2.11 Aspectos ambientales ........................................................................................................... 4-56 4.3 CONDICIONES GENERALES ...................................................................................................... 4-56 4.3.1 Recomendaciones de trazado .............................................................................................. 4-57 4.3.2 Tipos de conducción ............................................................................................................. 4-58 4.3.3 Facilidad de acceso a cajas de válvulas y accesorios ......................................................... 4-58 4.3.4 Protección contra la contaminación ...................................................................................... 4-58 4.3.5 Vulnerabilidad y confiabilidad de la línea de conducción ..................................................... 4-58 4.3.6 Control de crecimiento y desprendimiento de biopelículas .................................................. 4-60 4.3.7 Lavado para remoción de biopelículas ................................................................................. 4-60 Tabla de contenido 1-4 Normas de Diseño de Sistemas de Acueducto 4.3.8 Retiros (anchos de servidumbres) ........................................................................................ 4-60 4.4 PARÁMETROS DE DISEÑO ......................................................................................................... 4-60 4.4.1 Período de diseño ................................................................................................................. 4-60 4.4.2 Caudal de diseño .................................................................................................................. 4-60 4.4.3 Pérdidas de agua en conducciones ...................................................................................... 4-61 4.4.4 Calidad de agua en la red de conducción ............................................................................ 4-61 4.4.5 Requisitos de tuberías .......................................................................................................... 4-61 4.4.6 Materiales para las tuberías de conducción ......................................................................... 4-62 4.4.7 Especificaciones y control de calidad de tuberías para conducciones ................................ 4-64 4.4.8 Presiones en la red de conducciones ................................................................................... 4-65

4.4.9 Diámetros de tuberías en la red de conducciones ............................................................... 4-66 4.4.10 Velocidades en las tuberías de conducción ......................................................................... 4-67 4.4.11 Velocidades para control de biopelículas ............................................................................. 4-67 4.4.12 Velocidades para remoción de biopelículas ......................................................................... 4-67 4.4.13 Pendientes de las tuberías de conducción ........................................................................... 4-67 4.4.14 Profundidad de instalación de las tuberías a cota clave ...................................................... 4-68 4.4.15 Generación de alternativas ................................................................................................... 4-69 4.5 DISEÑO DE LAS CONDUCCIONES ............................................................................................ 4-69 4.5.1 Diseño hidráulico de conducciones en redes ....................................................................... 4-69 4.5.2 Modelo hidráulico de la red y estructuración ........................................................................ 4-70 4.5.3 Cálculo hidráulico de tuberías simples ................................................................................. 4-71 4.5.4 Calidad del agua ................................................................................................................... 4-75 4.5.5 Corrosión en tuberías ........................................................................................................... 4-76 4.5.6 Recubrimientos y protección de Tuberías ............................................................................ 4-76 4.5.7 Accesorios y estructuras para las tuberías de conducción .................................................. 4-77 4.5.8 Estructuras complementarias para conducciones ................................................................ 4-83 4.5.9 Golpe de ariete en conducciones ......................................................................................... 4-85 4.5.10 Análisis de puntos muertos en las conducciones ................................................................. 4-85 4.5.11 Estructuras para el lavado de las conducciones .................................................................. 4-86

4.5.12 Comprobación del diseño de las conducciones bajo diferentes condiciones de operación. 4-89 4.5.13 Protocolo de pruebas dado por el diseñador ........................................................................ 4-90 4.5.14 Uso de tecnologías de información para el diseño de conducciones .................................. 4-90 4.6 OTRAS CONSIDERACIONES DE DISEÑO ................................................................................. 4-91 4.6.1 Macromedición ...................................................................................................................... 4-91 4.6.2 Dimensionamiento estructural de las tuberías ...................................................................... 4-92 4.6.3 Colocación y nivelación de las tuberías de conducciones ................................................... 4-95 4.6.4 Análisis de interferencias ...................................................................................................... 4-95 4.6.5 Instalación de las tuberías .................................................................................................... 4-95 4.6.6 Distancias mínimas a otras redes de servicios públicos ...................................................... 4-96 4.7 REFERENCIACIÓN DE COMPONENTES DEL SISTEMA DE CONDUCCIONES ..................... 4-96 4.7.1 Catastro de la red ................................................................................................................. 4-96 4.7.2 Referenciación ...................................................................................................................... 4-96 4.7.3 Sistemas de información geográfica ..................................................................................... 4-97 4.7.4 Uso de la referenciación en conjunto con las herramientas de tecnología de información . 4-97 4.8 ASPECTOS DE LA PUESTA EN MARCHA DE LA CONDUCCIÓN ............................................ 4-97 4.8.1 Pruebas hidrostáticas ........................................................................................................... 4-97 4.8.2 Medición de caudales ........................................................................................................... 4-98 4.8.3 Línea piezométrica de la conducción ................................................................................... 4-98 4.8.4 Desinfección de la conducción ............................................................................................. 4-98

4.8.5 Golpe de Ariete ..................................................................................................................... 4-99 4.8.6 Accesorios y Válvulas ........................................................................................................... 4-99 4.8.7 Válvulas de lavado y purga ................................................................................................... 4-99 4.8.8 Ventosas ............................................................................................................................. 4-100 4.9 ASPECTOS DE LA OPERACIÓN DE LA CONDUCCIÓN .......................................................... 4-100 4.9.1 Mediciones de caudal ......................................................................................................... 4-100 4.9.2 Golpe de Ariete ................................................................................................................... 4-100 Tabla de contenido 1-5 Normas de Diseño de Sistemas de Acueducto 4.9.3 Línea Piezométrica ............................................................................................................. 4-100 4.9.4 Instrumentación y telemetría en las conducciones ............................................................. 4-101 4.9.5 Reglas de operación para evitar desprendimientos de biopelículas y resuspensión de depósitos inorgánicos ........................................................................................................................ 4-101 4.9.6 Lavado de las tuberías de conducción ............................................................................... 4-101 4.9.7 Calidad de agua en las conducciones ................................................................................ 4-102 4.9.8 Uso de tecnologías de información para la operación de conducciones ........................... 4-102 4.10 ASPECTOS DEL MANTENIMIENTO DE LAS CONDUCCIONES ......................................... 4-103 4.10.1 Mantenimiento correctivo y preventivo ............................................................................... 4-103 4.10.2 Suspensión del servicio por mantenimiento ....................................................................... 4-103 4.10.3 Registro de mantenimientos ............................................................................................... 4-103 4.10.4 Disponibilidad de repuestos ................................................................................................ 4-103

4.10.5 Válvulas de purga ............................................................................................................... 4-104 4.10.6 Verificación de asentamientos en los anclajes ................................................................... 4-104 4.10.7 Limpieza de tuberías y desprendimiento de biopelículas y/o depósitos inorgánicos ......... 4-104 4.10.8 Limpieza de canales de descarga y estructuras de disipación de energía ........................ 4-104 4.10.9 Mantenimiento de accesorios ............................................................................................. 4-104 4.10.10 Uso de tecnologías de información para labores de mantenimiento ............................. 4-104 4.10.11 Aspectos ambientales en la Operación y Mantenimiento .............................................. 4-105

Anexo 4.1 GOLPE DE ARIETE EN CONDUCCIONES ............................................ 4-106

Capítulo 5 REDES DE DISTRIBUCIÓN ................................................................ 5-111 5.1 ALCANCE .................................................................................................................................... 5-111 5.2 ESTUDIOS PREVIOS ................................................................................................................. 5-111 5.2.1 Concepción del proyecto .................................................................................................... 5-111 5.2.2 Diagnóstico de la Infraestructura existente ......................................................................... 5-112 5.2.3 Estudio de la demanda ....................................................................................................... 5-112 5.2.4 Distribución espacial de la demanda .................................................................................. 5-112 5.2.5 Aspectos generales de la zona de la red de distribución ................................................... 5-113 5.2.6 Estudios topográficos .......................................................................................................... 5-114 5.2.7 Condiciones geológicas ...................................................................................................... 5-114 5.2.8 Calidad de agua .................................................................................................................. 5-115

5.2.9 Estudio de suelos ................................................................................................................ 5-115 5.2.10 Interferencia con otras redes y corrientes eléctricas .......................................................... 5-115 5.2.11 Aspectos ambientales en la etapa de Planeación y Diseño ............................................... 5-116 5.3 CONDICIONES GENERALES PARA LAS REDES DE DISTRIBUCIÓN ................................... 5-116 5.3.1 Recomendaciones sobre el trazado de la red de distribución ............................................ 5-116 5.3.2 Capacidad de la red ............................................................................................................ 5-118 5.3.3 Delimitación de sectores hidráulicos .................................................................................. 5-119 5.3.4 Sectorización del servicio ................................................................................................... 5-120 5.3.5 Topología de la red de distribución ..................................................................................... 5-120 5.3.6 Facilidad de acceso ............................................................................................................ 5-121 5.3.7 Protección contra la contaminación .................................................................................... 5-121 5.3.8 Vulnerabilidad de deformación la red de distribución ......................................................... 5-121 5.3.9 Control de crecimiento y desprendimiento de biopelículas ................................................ 5-121 5.3.10 Lavado para remoción de biopelículas ............................................................................... 5-122 5.4 PARÁMETROS DE DISEÑO ....................................................................................................... 5-122 5.4.1 Período de diseño ............................................................................................................... 5-122 5.4.2 Caudal de diseño ................................................................................................................ 5-122 5.4.3 Pérdidas de agua en la red de distribución ........................................................................ 5-122 5.4.4 Calidad de agua en la red de distribución .......................................................................... 5-123 5.4.5 Deflexión de las tuberías de la red de distribución ............................................................. 5-123

5.4.6 Materiales para las tuberías de la red de distribución ........................................................ 5-124 5.4.7 Presiones en la red de distribución ..................................................................................... 5-125 5.4.8 Diámetros de las tuberías en la red de distribución ........................................................... 5-126 5.4.9 Velocidades en las tuberías de la red de distribución ........................................................ 5-126 5.4.10 Velocidades para remoción de biopelículas ....................................................................... 5-127 Tabla de contenido 1-6 Normas de Diseño de Sistemas de Acueducto 5.4.11 Pendientes en las tuberías de la red de distribución .......................................................... 5-127 5.4.12 Profundidad de instalación de las tuberías a cota clave .................................................... 5-127 5.4.13 Generación de alternativas ................................................................................................. 5-128 5.5 DISEÑO DE LAS REDES DE DISTRIBUCIÓN ........................................................................... 5-129 5.5.1 Diseño hidráulico de las redes de distribución ................................................................... 5-129 5.5.2 Modelo hidráulico de la red y estructuración ...................................................................... 5-129 5.5.3 Cálculo de caudales por nudo ............................................................................................ 5-130 5.5.4 Cálculo hidráulico de tuberías simples ............................................................