EPM - Normas diseño alcantarillado

Normas de Diseño de Sistemas de Alcantarillado de las Empresas Públicas de Medellín. E. S. P. Empresas Públicas de Medellín. E. S. P. epnj~ Normas de Diseño de Sistemas de Alcantarillado de las Empresas Públicas de Medellín. E. S. P.

Título: Normas de Diseño de Sistemas de Alcantarillado 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.

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Printed in Colombia Edición: 2013 epnj~ Normas de Diseño de Sistemas de Alcantarillado de las Empresas Públicas de Medellín. E. S. P.

TABLA DE CONTROL DE CAMBIOS Se modifica numeral

2019-09-04 1 CBV RHOT LFAG

5.2.8 Fecha Revisión Naturaleza del cambio Elaboró Revisó Aprobó Tabla de Contenido 1-3 epnj~ Normas de Diseño de Sistemas de Alcantarillado de las Empresas Públicas de Medellín. E. S. P. TABLA DE CONTENIDO PREFACIO .................................................................................................................................. 1-11 PARTICIPANTES........................................................................................................................... 1-12 Capítulo 1 REFERENCIACIÓN GENERAL ..................................................................................... 1-13 1.1 SISTEMA DE UNIDADES ................................................................................................. 1-13

1.2 ABREVIATURAS ............................................................................................................... 1-14 1.3 NORMAS TÉCNICAS REFERENCIADAS ........................................................................ 1-14 1.3.1 Normas técnicas colombianas .................................................................................. 1-14 1.3.2 Normas técnicas internacionales .............................................................................. 1-16 1.3.3 Otras normas y/o guías técnicas .............................................................................. 1-19 1.3.4 Normas y manuales de EPM .................................................................................... 1-19 1.4 LEYES, DECRETOS Y LEGISLACIÓN PERTINENTE .................................................... 1-19 1.5 DEFINICIONES ................................................................................................................. 1-20 Capítulo 2 ASPECTOS GENERALES DE LOS SISTEMAS DE RECOLECCIÓN Y TRANSPORTE DE AGUAS RESIDUALES Y/O LLUVIAS .................................................................................... 2-28 2.1 ALCANCE.......................................................................................................................... 2-28 2.2 INTEGRALIDAD DEL DRENAJE URBANO ..................................................................... 2-28 2.3 SISTEMAS DE RECOLECCIÓN Y TRANSPORTE DE AGUAS RESIDUALES Y/O LLUVIAS ..................................................................................................................................... 2-28 2.3.1 Tipos de sistemas de alcantarillado ......................................................................... 2-28 2.3.2 Selección del tipo de sistema de recolección y transporte de aguas residuales y/o lluvias .................................................................................................................................. 2-29 2.4 PROCEDIMIENTO GENERAL DE DISEÑO DE LOS SISTEMAS DE RECOLECCIÓN Y TRANSPORTE DE AGUAS RESIDUALES Y/O LLUVIAS ........................................................ 2-30 2.4.1 PASO 1 - Definición del tamaño del sistema ........................................................... 2-30 2.4.2 PASO 2 - Conocimiento del marco institucional ....................................................... 2-31

2.4.3 PASO 3 - Aspectos legales ..................................................................................... 2-31 2.4.4 PASO 4 - Aspectos ambientales relacionados con los sistemas de recolección y transporte de aguas residuales y/o lluvias. ............................................................................. 2-31 2.4.5 PASO 5 - Ubicación dentro de los Planes de Ordenamiento Territorial y Desarrollo Urbano previstos para los municipios atendidos por EPM. .................................................... 2-32 2.4.6 PASO 6 – Evaluación socioeconómica .................................................................... 2-32 2.4.7 PASO 7 - Definición del alcance del Proyecto ......................................................... 2-32 2.4.8 PASO 8 - Estudios previos ....................................................................................... 2-32 2.4.9 PASO 9 – Generación de alternativas y optimización .............................................. 2-33 2.4.10 PASO 10 - Diseño y requerimientos técnicos .......................................................... 2-33 2.4.11 PASO 11 - Construcción e Interventoría .................................................................. 2-33 2.4.12 PASO 12 - Puesta en marcha, operación y mantenimiento del sistema de recolección y transporte de aguas residuales y/o lluvias ........................................................................... 2-33 2.5 TECNOLOGÍA DE INFORMACIÓN PARA LOS SISTEMAS DE ALCANTARILLADO .... 2-33 2.5.1 Sistemas de Información Geográfica ....................................................................... 2-33 2.5.2 Programas de diseño de redes de alcantarillado ..................................................... 2-33 2.5.3 Calidad de agua en sistemas de alcantarillado ........................................................ 2-34 2.5.4 Sistemas de monitoreo y tipo SCADA ...................................................................... 2-34

2.6 PLANOS Y MEMORIAS DE CÁLCULO ............................................................................ 2-34 2.6.1 Planos ....................................................................................................................... 2-34 2.6.2 Memorias de cálculo ................................................................................................. 2-35 2.7 CALIDADES Y REQUISITOS DE LOS PROFESIONALES ............................................. 2-35 2.7.1 Aspectos Generales ................................................................................................. 2-35 2.7.2 Calidad de los diseñadores y de los interventores o revisores de diseño ............... 2-35 2.7.3 Personal auxiliar profesional y no profesional .......................................................... 2-36 Tabla de Contenido 1-4 epnj~ Normas de Diseño de Sistemas de Alcantarillado de las Empresas Públicas de Medellín. E. S. P. 2.8 COMITÉ ASESOR DE LAS NORMAS .............................................................................. 2-36 2.8.1 Propósito ................................................................................................................... 2-36 2.8.2 Integración ................................................................................................................ 2-36 2.8.3 Funciones ................................................................................................................. 2-36

ANEXO 2 EVALUACIÓN SOCIOECONÓMICA ............................................................................ 2-37

A.2.1 Análisis Costo Eficiencia ............................................................................................... 2-37 A.2.2 Análisis de costo mínimo de expansión de capacidad ................................................. 2-37 Capítulo 3 ASPECTOS ESPECÍFICOS PARA EL DISEÑO DE SISTEMAS DE ALCANTARILLADO .................................................................................................................................. 3-40 3.1 ALCANCE.......................................................................................................................... 3-40 3.2 ESTUDIOS PREVIOS ....................................................................................................... 3-40 3.2.1 Estudio de la demanda del servicio .......................................................................... 3-40 3.2.2 Descripción de la zona del proyecto......................................................................... 3-40

3.2.3 Descripción de los sistemas e infraestructura existentes ......................................... 3-41 3.3 PROCEDIMIENTO PARA GENERACIÓN DE ALTERNATIVAS Y DISEÑO DE ALTERNATIVA SELECCIONADA .............................................................................................. 3-44 3.3.1 Delimitación del área del proyecto y las cuencas de drenaje .................................. 3-44 3.3.2 Definición del período de diseño .............................................................................. 3-45 3.3.3 Cálculo de la población y/o clientes objeto del proyecto .......................................... 3-45 3.3.4 Generación y comparación de alternativas .............................................................. 3-45 3.3.5 Selección y diseño de la mejor alternativa ............................................................... 3-45 3.3.6 Protocolo de pruebas de diseño y recomendaciones especiales ............................ 3-46 3.4 REFERENCIACIÓN DE COMPONENTES Y DISPOSICIÓN GENERAL DE LAS TUBERÍAS DE ALCANTARILLADO ........................................................................................... 3-46 3.4.1 Referenciación de componentes .............................................................................. 3-46 3.4.2 Ubicación .................................................................................................................. 3-46 3.4.3 Distancias mínimas a otras redes de servicio público. ............................................. 3-47 3.4.4 Distancia mínima horizontal a paramentos .............................................................. 3-47 Capítulo 4 HIDRÁULICA DE SISTEMAS DE ALCANTARILLADO .................................................... 4-48 4.1 Alcance .............................................................................................................................. 4-48 4.2 Diseño hidráulico de tuberías parcialmente llenas............................................................ 4-48 4.2.1 Tipos de flujo para el diseño ..................................................................................... 4-48 4.2.2 Caudal de diseño ...................................................................................................... 4-48

4.2.3 Diámetros ................................................................................................................. 4-48 4.2.4 Pendientes de las tuberías ....................................................................................... 4-48 4.2.5 Propiedades geométricas de ductos en sistemas de alcantarillados ....................... 4-49 4.2.6 Materiales para ductos en sistemas de alcantarillado .............................................. 4-51 4.2.7 Ecuaciones de flujo uniforme para el diseño de tuberías fluyendo parcialmente llenas. .................................................................................................................................. 4-54 4.2.8 Ecuación para el cálculo del esfuerzo cortante ........................................................ 4-55 4.2.9 Coeficientes de rugosidad y rugosidad absoluta ...................................................... 4-55 4.2.10 Régimen de flujo ....................................................................................................... 4-56 4.3 Diseño hidráulico de redes de alcantarillado .................................................................... 4-57 4.3.1 Topología de la red de alcantarillado ....................................................................... 4-57 4.3.2 Caudales para el diseño hidráulico .......................................................................... 4-57 4.3.3 Pérdidas menores en accesorios ............................................................................. 4-57 4.3.4 Cálculo de la línea piezométrica y la línea de energía total ..................................... 4-57 4.3.5 Flujo no permanente en sistemas de alcantarillado ................................................. 4-60 4.4 Calidad de agua en la red de alcantarillado ...................................................................... 4-62 4.5 Protocolos de prueba ........................................................................................................ 4-62 Capítulo 5 REDES DE ALCANTARILLADO DE AGUAS RESIDUALES ...................................... 5-64 5.1 Alcance .............................................................................................................................. 5-64 5.2 Parámetros de diseño. ...................................................................................................... 5-64

5.2.1 Período de diseño ..................................................................................................... 5-64 5.2.2 Clientes y Población ................................................................................................. 5-64 5.2.3 Contribuciones de aguas residuales ........................................................................ 5-66 Tabla de Contenido 1-5 epnj~ Normas de Diseño de Sistemas de Alcantarillado de las Empresas Públicas de Medellín. E. S. P. 5.2.4 Caudal medio diario de aguas residuales ................................................................ 5-69 5.2.5 Caudal máximo horario final (Q ) .......................................................................... 5-69 MHf 5.2.6 Factor de mayoración (F) ......................................................................................... 5-69 5.2.7 Caudal de diseño ...................................................................................................... 5-70 5.2.8 Diámetro interno mínimo .......................................................................................... 5-71 5.2.9 Velocidad mínima ..................................................................................................... 5-71 5.2.10 Velocidad máxima en las tuberías ............................................................................ 5-72 5.2.11 Pendiente mínima de las tuberías ............................................................................ 5-72 5.2.12 Pendiente máxima de las tuberías ........................................................................... 5-72 5.2.13 Anclajes en tuberías de alcantarillado ...................................................................... 5-72 5.2.14 Profundidad máxima ................................................................................................. 5-72 5.2.15 Profundidad mínima a la cota clave de las tuberías ................................................. 5-73 5.2.16 Profundidad máxima a la cota clave......................................................................... 5-73 5.2.17 Materiales susceptibles a corrosión por sulfuros ..................................................... 5-73 5.2.18 Generación de alternativas ....................................................................................... 5-74 5.3 Operación, control y seguimiento ...................................................................................... 5-74

5.3.1 Uso de tecnologías de información. ......................................................................... 5-75 5.3.2 Calibración de la red de alcantarillado ..................................................................... 5-75

ANEXO 5. DISEÑO ESTRUCTURAL Y CIMENTACIONES DE TUBERÍAS ............................... 5-76

A.5.1 TIPOS DE CARGA EXTERNAS A UNA TUBERÍA ENTERRADA ............................... 5-76

A.5.2 CÁLCULO DE CARGAS EXTERNAS .......................................................................... 5-76

A.5.2.1 Tuberías flexibles ................................................................................................. 5-76 A.5.2.2 Tuberías rígidas ................................................................................................... 5-80

A.5.3 TIPOS DE CIMENTACIÓN ........................................................................................... 5-82

A.5.3.1 Capa de cimentación ............................................................................................ 5-83 A.5.3.2 Zona de atraque ................................................................................................... 5-83 A.5.3.3 Relleno inicial ....................................................................................................... 5-83 A.5.3.4 Relleno final .......................................................................................................... 5-83 A.5.3.5 Cimentación Clase C ............................................................................................ 5-85 A.5.3.6 Cimentación Clase B .................................................................................................. 5-85 A.5.3.7 Cimentación con relleno de densidad controlada ..................................................... 5-85 A.5.3.8 Cimentación con atraque con piedra triturada ........................................................... 5-86 A.5.3.9 Cimentación Clase A Cuna de Concreto .................................................................... 5-86 A.5.3.10 Cimentación Clase A Arco de Concreto ................................................................... 5-87

Capítulo 6 REDES DE ALCANTARILLADO DE AGUAS LLUVIAS .............................................. 6-88

6.1 Alcance .............................................................................................................................. 6-88 6.2 Parámetros de diseño. ...................................................................................................... 6-88 6.2.1 Período de diseño ..................................................................................................... 6-88 6.2.2 Período de retorno de diseño ................................................................................... 6-88 6.2.3 Áreas de drenaje ...................................................................................................... 6-89 6.2.4 Caudal de diseño ...................................................................................................... 6-89 6.2.5 Distancia mínima a quebradas ................................................................................. 6-89 6.2.6 Aporte de caudal por abatimiento del nivel freático ................................................. 6-89 6.2.7 Diámetro interno mínimo .......................................................................................... 6-90 6.2.8 Velocidad mínima ..................................................................................................... 6-90 6.2.9 Velocidad máxima .................................................................................................... 6-90 6.2.10 Pendiente mínima de las tuberías ............................................................................ 6-90 6.2.11 Pendiente máxima de las tuberías ........................................................................... 6-91 6.2.12 Anclajes en tuberías de alcantarillado ...................................................................... 6-91 6.2.13 Profundidad máxima ................................................................................................. 6-91 6.2.14 Profundidad mínima a la cota clave de las tuberías ................................................. 6-91 6.2.15 Profundidad máxima a la cota clave......................................................................... 6-92 6.2.16 Generación de alternativas ....................................................................................... 6-92 6.3 MÉTODO RACIONAL ....................................................................................................... 6-92 6.3.1 Curvas de Intensidad-Duración-Frecuencia ............................................................. 6-93 6.3.2 Intensidad de precipitación ....................................................................................... 6-94 Tabla de Contenido 1-6 epnj~ Normas de Diseño de Sistemas de Alcantarillado de las Empresas Públicas de Medellín. E. S. P.

6.3.3 Coeficiente de escorrentía ........................................................................................ 6-94 6.3.4 Tiempo de concentración ......................................................................................... 6-95 6.4 Método de cálculo de caudal basado en el programa EPASWMM .................................. 6-97 6.5 Otros métodos de cálculo de caudal ................................................................................. 6-99 6.5.1 Método del Hidrograma Unitario ............................................................................... 6-99 6.5.2 Método del Hidrograma Unitario Sintético .............................................................. 6-101

ANEXO 6.1 CURVAS DE INTENSIDAD, FRECUENCIA Y DURACIÓN.................................... 6-104

ANEXO 6.2 MÉTODOS DE INFILTRACIÓN ............................................................................... 6-105

A.6.2.1 Modelo de infiltración de Horton .................................................................................. 6-105 A.6.2.2 Modelo de infiltración propuesto por el SCS ................................................................ 6-105 A.6.2.3 Modelo de infiltración propuesto Green y Ampt ........................................................... 6-107 Capítulo 7 REDES DE ALCANTARILLADOS COMBINADOS .................................................... 7-110 7.1 Alcance ............................................................................................................................ 7-110 7.2 Consideraciones generales ............................................................................................. 7-110 7.3 Caudal de diseño ............................................................................................................ 7-110 7.4 Parámetros de diseño ..................................................................................................... 7-111 Capítulo 8 ESTRUCTURAS COMPLEMENTARIAS ......................................................................... 8-112 8.1 ALCANCE........................................................................................................................ 8-112 8.2 CONSIDERACIONES GENERALES .............................................................................. 8-112 8.3 ESTRUCTURAS DE CONEXIÓN y/o inspección DE TUBERÍAS .................................. 8-112 8.3.1 Consideraciones para su proyección ..................................................................... 8-113 8.3.2 Parámetros de diseño............................................................................................. 8-113

8.3.3 Profundidad a cota clave ........................................................................................ 8-116 8.3.4 Diámetro del orificio de acceso .............................................................................. 8-116 8.3.5 Distancia máxima entre estructuras de conexión y/o inspección ........................... 8-116 8.3.6 Pérdidas de energía en estructuras de conexión y/o inspección ........................... 8-117 8.4 CÁMARAS DE CAÍDA ..................................................................................................... 8-123 8.4.1 Consideraciones para su proyección ..................................................................... 8-123 8.4.2 Parámetros de diseño............................................................................................. 8-123 8.4.3 Cámaras de caída bajo régimen supercrítico ......................................................... 8-124 8.5 SUMIDEROS ................................................................................................................... 8-126 8.5.1 Consideraciones para su diseño ............................................................................ 8-126 8.5.2 Tipos de sumideros ................................................................................................ 8-127 8.5.3 Parámetros de diseño............................................................................................. 8-128 8.5.4 Métodos de cálculo ................................................................................................. 8-129 8.6 ALIVIOS EN ALCANTARILLADOS COMBINADOS (AAC) ............................................ 8-131 8.6.1 Consideraciones generales .................................................................................... 8-132 8.6.2 Consideraciones de Diseño .................................................................................... 8-133 8.6.3 Control de la contaminación de los AAC. Cálculo del caudal de vertimiento ........ 8-134 8.6.4 Estudios previos ..................................................................................................... 8-134 8.6.5 Diseño de AAC de Vertedero Lateral o tipo cañuela .............................................. 8-134 8.6.6 Diseño de AAC de Vertedero Transversal ............................................................. 8-138 8.6.7 AAC de Orificio ....................................................................................................... 8-139

8.6.8 Almacenamiento ..................................................................................................... 8-140 8.7 CANALES EN SISTEMAS DE DRENAJE ...................................................................... 8-141 8.7.1 Consideraciones para su proyección ..................................................................... 8-141 8.7.2 Estudios previos ..................................................................................................... 8-142 8.7.3 Parámetros de diseño y Métodos de cálculo ......................................................... 8-142 8.8 TRANSICIONES ............................................................................................................. 8-144 8.8.1 Consideraciones para su proyección ..................................................................... 8-144 8.8.2 Parámetros de diseño y métodos de cálculo ......................................................... 8-144 8.9 SIFONES INVERTIDOS .................................................................................................. 8-144 8.10 ESTRUCTURAS DE DISIPACIÓN DE ENERGÍA Y DESCARGA ............................. 8-146 8.10.1 Estructuras de entrega con canales rugosos ......................................................... 8-146 8.10.2 Estructuras de caída libre y resalto hidráulico ........................................................ 8-149 8.10.3 Canales escalonados ............................................................................................. 8-151 Tabla de Contenido 1-7 epnj~ Normas de Diseño de Sistemas de Alcantarillado de las Empresas Públicas de Medellín. E. S. P. 8.11 Drenaje urbano. .......................................................................................................... 8-153 8.11.1 Medidas no estructurales ....................................................................................... 8-153 8.11.2 Medidas estructurales............................................................................................. 8-153 Capítulo 9 ESTACIONES ELEVADORAS Y/O DE BOMBEO ...................................................... 9-155 9.1 ALCANCE........................................................................................................................ 9-155 9.2 ESTUDIOS PREVIOS ..................................................................................................... 9-155 9.2.1 Concepción del proyecto ........................................................................................ 9-155

9.2.2 Infraestructura existente ......................................................................................... 9-155 9.2.3 Estudio de la cantidad de agua a ser bombeada ................................................... 9-156 9.2.4 Aspectos generales de la zona .............................................................................. 9-156 9.2.5 Estudios topográficos ............................................................................................. 9-156 9.2.6 Condiciones geológicas .......................................................................................... 9-157 9.2.7 Disponibilidad de energía ....................................................................................... 9-157 9.2.8 Calidad del agua a ser bombeada .......................................................................... 9-157 9.2.9 Estudio de suelos ................................................................................................... 9-157 9.3 CONDICIONES GENERALES ........................................................................................ 9-157 9.3.1 Recomendaciones para ubicación, seguridad y protección ................................... 9-157 9.3.2 Vulnerabilidad y amenaza sísmica ......................................................................... 9-158 9.3.3 Facilidad de acceso y retiros .................................................................................. 9-158 9.4 PARÁMETROS DE DISEÑO .................................................