1. No category

1.
MANUAL DE USUARIO HOJA DE CALCULO PARA EL DISEÑO HIDRÁULICO DE
SUMIDEROS. NORMA NS-047. VERSIÓN 4.2
Esta hoja de cálculo corresponde a una herramienta para determinar el espaciamiento de
sumideros de acuerdo a las condiciones de diseño establecidas en las siguientes normas de la
Empresa de Acueducto, Alcantarillado y Aseo de Bogotá (EAB-ESP).
•
•
•
Rejillas y tapas para sumideros. Bogotá: EAB - E.S.P. (NP-023)
Sumideros: EAB - E.S.P. (NS-047)
Criterios de diseño de sistemas de alcantarillado EAB - E.S.P. (NS-085)
A continuación se presentan las recomendaciones generales para el uso de la herramienta de
cálculo y una breve descripción de cada uno de las hojas que componen el libro.
2.
RECOMENDACIONES GENERALES
•
Al descargarse o copiarse y luego ejecutarse la hoja de cálculo en el ordenador, por
seguridad generalmente se inhabilita el uso de las macros; por tanto, se recomienda
habilitar y ajustar el nivel de seguridad al mínimo en el menú herramientas.
•
Las formulas toman valores de varias hojas de cálculo del libro, por lo tanto es no se debe
eliminar ni insertar ninguna fila y/o columna, sin autorización expresa de la EAB-ESP.
3.
PRESENTACIÓN
En la presentación de la hoja de cálculo se encuentra el contenido de cada una las hojas para el
cálculo del espaciamiento de los sumideros y sus respectivos accesos. Las hojas que componen y
contienen la información para este fin son:
1.
2.
3.
4.
Selección de Rejillas.
Espaciamiento de sumideros.
Resultados.
PROCEDIMIENTO PARA EL CÁLCULO HIDRÁULICO DE SUMIDEROS
La metodología para establecer el cálculo hidráulico de los sumideros se basa en lo planteado en
la norma NS-047, la cual tiene como principio la definición del espaciamiento de los sumideros en
una vía en pendiente. Este análisis se realiza teniendo en cuenta parámetros tales como: cantidad
del flujo no captado por el sumidero anterior aguas arriba (teniendo en cuenta que esta
metodología reconoce que en una vía en pendiente, un determinado sumidero no capta el 100%
de la escorrentía superficial), el área de drenaje tributaria entre sumideros y la geometría de la vía.
Formato: M4FD0605F01-02
Por lo anterior, este manual solo presenta el procedimiento del usuario para realizar los cálculos
establecidos en la norma NS-047, ya que el fundamento teórico se presenta en el documento de
la citada norma. Las celdas requeridas se presentan con fondo en color azul, mientras que las
celdas con fondo en color rojo son de procesamiento o dependen de la selección realizada por el
usuario. A continuación se presenta la nomenclatura descrita previamente y los pasos a seguir
para definir el funcionamiento hidráulico de los sumideros.
NOTAS:
INFORMACIÓN REQUERIDA
INFORMACIÓN PROCESADA O DEPENDIENTE
Figura 4.1 Clasificación de las celdas de procesamiento en la hoja de diseño
4.1
PARÁMETROS DE ENTRADA GEOMETRÍA DE LA CALZADA (Paso 1)
En la hoja "ANCHO DE CALZADA Y TIPO DE REJILLA" se debe definir las condiciones de ancho
de calzada en la cual se instalará el sumidero, toda vez que la metodología de cálculo define las
condiciones hidráulicas para un ancho de la mitad de calzada menor a 3 metros, igual a 3 metros
o mayor a 3 metros. El usuario deberá digitar en este espacio el ancho de calzada que aplica para
el proyecto en metros (m) (El valor ingresado deberá ser mayor o igual (≥) a 5 metros, teniendo
presente un ancho mínimo de calzada acorde al listado resumido de anchos de vía según el IDU.)
y el tipo de bombeo de la vía (Bombeo a ambos lados de la vía o Bombeo a un solo lado de la vía)
que correspondan a las condiciones de drenaje propias del proyecto tal cual como se presenta en
la siguiente figura.
Formato: M4FD0605F01-02
Figura 4.2 Parámetros de entrada de geometría de la calzada
4.1
SELECCIÓN DEL TIPO DE REJILLA PARA CÁLCULO DE EFICIENCIA (Paso 2)
En este paso 2 se debe seleccionar el tipo de rejilla teniendo en cuenta la condición de instalación
de acuerdo con las características de vertido del flujo, para esto se presentan tres tipos de rejillas
definidas en la norma de producto NP-023.
Se presenta la posibilidad que el usuario establezca las condiciones geométricas de la rejilla de
una manera personalizada en el caso que por alguna razón no haga usos de las ya normalizadas
por la EAB-ESP.
En la siguiente figura se presenta la hoja en la cual se selecciona las condiciones de la geometría
de la calzada mencionadas en el paso 1. En el paso 2 se debe seleccionar el tipo de rejilla para
poder determinar la eficiencia de la misma.
Formato: M4FD0605F01-02
Figura 4.3 Parámetros de entrada de geometría de la calzada y selección del tipo de rejilla
Una vez selecionada la geometria de la calzada y la rejilla se procede a cliquear el botón
continuar, el cual nos dirigira al los pasos 3 y 4; parametros hidraulicos e hidrologicos y cálculo del
espaciamiento de sumideros, en dado caso que no se completen los parametros requeridos en los
pasos 1 y 2, no se podrá continuar el procedimiento de cálculo.
Si se elige una rejilla personalizada, se deberá introduir sus caracteristicas en las celdas de fondo
azul activadas y asi mismo aplicar los cambios para poder continuar como se presenta en la
siguiente figura.
Formato: M4FD0605F01-02
Figura 4.4 Selección del tipo de rejilla - “Personalizada”
4.1.1
Consideraciones
La hoja de cálculo define las condiciones hidráulicas para un solo ancho de vía y para un solo tipo
de rejilla a instalar, en el caso que en el diseño se modifiquen las condiciones entre sumideros,
estos deberán ser calculados en hojas independientes y con su respetiva justificación de cálculo
según NS-047.
4.2
PARÁMETROS HIDROLÓGICOS E HIDRÁULICOS (PASO 3)
En la hoja “ESPACIAMIENTO DE SUMIDEROS” se prosigue con el paso 3, el cual está dividido
en dos secciones, la primera corresponde al diligenciamiento de las casillas correspondientes a
los criterios de diseño – “PARÁMETROS HIDROLÓGICOS E HIDRÁULICOS”, con el fin de
determinar los coeficientes para los cálculos respectivos. Cada casilla tiene un menú desplegable
con las múltiples opciones que pueden presentarse en un diseño típico. Nuevamente se hace
claridad que las celdas con fondo azul corresponden a la información que debe ser suministrada y
Formato: M4FD0605F01-02
las celdas con fondo rojo corresponden a procesamiento de la información. En la siguiente imagen
se puede visualizar los criterios a definir.
Figura 4.5 Parámetros de entrada hidráulicos
La segunda sección corresponde a las variables hidrológicas que definen las intensidades para el
cálculo de caudales, las cuales serán entregadas por la EAB-ESP en los datos técnicos, de
acuerdo a la localización geográfica del proyecto. El usuario puede tomar un valor de intensidad
de la lluvia promedio, sin embargo todo parámetro adoptado deberá ser justificado y cumplir con
los requisitos de la EAB-ESP.
Formato: M4FD0605F01-02
Figura 4.6 Parámetros de entrada– Valor promedio de intensidad
Figura 4.7 Parámetros de entrada, variables hidrológicas curvas sectorizadas IDF’s – EAB
Formato: M4FD0605F01-02
4.3
CALCULO DE ESPACIAMIENTO DE SUMIDEROS (PASO 4)
El paso 4 se presenta en la hoja “ESPACIAMIENTO DE SUMIDEROS”, en la cual se define el
cálculo del espaciamiento entre sumideros de acuerdo a la metodología presentada en la norma
NS-047. En la citada norma se presenta la filosofía de diseño y la metodología detallada para la
definición de los tipos de sumidero, por esta razón en este manual solo se presenta el
procedimiento de cálculo para obtener los resultados hidráulicos de los sumideros proyectados. A
continuación se presenta columna a columna la identificación de la hoja de cálculo a fin de definir
variables.
Nota: En el caso específico en que se requiera proyectar dos sumideros en una misma
localización, aumentando su capacidad de captación; el área asociada, deberá asignarse al primer
sumidero y el siguiente proyectado tendrá un área aferente de 0 (cero).
Tabla 4.1. Criterios de diseño para el cálculo de espaciamiento de sumideros
Columna
Titulo
Unidad
Descripción
1
Sumidero No
N.A.
Corresponde a la identificación del sumidero a
diseñar, la identificación de cada sumidero
será dada por el diseñador.
2
Deja pasar al
sumidero No
N.A.
Indica cual es el sumidero siguiente en el
sentido del drenaje al cual llegara el flujo no
captado. La identificación de cada sumidero
será dada por el diseñador.
3
Área de drenaje
Ha.
Corresponde al área de drenaje propia de
cada sumidero identificada por el diseñador
N.A.
De acuerdo a un porcentaje del área de
drenaje relacionada y el tipo de suelo se
determina el coeficiente de escorrentía
ponderado, este coeficiente que indica el
porcentaje que se convierte en escorrentía de
una lluvia neta dada. Los valores de
coeficiente se encuentran en función del tipo
de suelo, impermeabilidad y pendiente. El
valor es tomado según lo indicado en la norma
técnica NS–085 Criterios de diseño de
sistemas de alcantarillado.
4, 5, 6, 7 y
8
Cálculo del
coeficiente de
escorrentía
Formato: M4FD0605F01-02
Columna
Titulo
Unidad
9
Periodo de retorno
de diseño TR.
Años
Descripción
Corresponde al tiempo promedio, en que un
determino caudal es superado por lo menos
una vez. El valor es tomado de lo indicado en
la norma técnica NS–085 Criterios de diseño
de sistemas de alcantarillado de acuerdo al
nivel de importancia del área drenada y tipo
de estructura hidráulica.
10
Tiempo de
concentración
Min
Es el tiempo transcurrido desde que una gota
de lluvia que cae en el punto más alejado de
la cuenca objeto de estudio llega a la sección
o punto de control. El tiempo de concentración
mínimo recomendado para el diseño de
sumideros es de 15 minutos, este valor es
adoptado
para
todos
los
sumideros
proyectados. Se puede optar por otro valor
diferente para un conjunto de sumideros
analizados en una hoja de cálculo
independiente siempre que los valores
adoptados sean debidamente justificados ante
la EAB-ESP.
11
Intensidad de la
lluvia
mm/h
La Intensidad de la lluvia se determina a partir
del periodo de retorno seleccionado y los
datos suministrados por la EAB-ESP.
12
Caudal
l/s
Corresponde al valor del caudal calculado
aplicando el método racional
13
Localización del
sumidero
N.A.
Se debe seleccionar la localización del
sumidero en pendiente o batea ya que este
define una metodología de cálculo diferente
de acuerdo a su localización
14
Profundidad de la
cuneta (a)
m
Profundidad de la cuneta en el caso que la vía
cuente con este tipo de estructura longitudinal
15
Depresión en el sitio
del sumidero (a´)
m
Depresión adicional a la entrada del sumidero,
esta se aumenta para mejorar la eficiencia del
sumidero.
Formato: M4FD0605F01-02
Columna
16
17
18
Titulo
Pendiente
longitudinal de la vía
(SL)
Coeficiente de
rugosidad de
Manning
(n)
Pendiente
transversal de la vía
(SX)
Unidad
Descripción
m/m
Pendiente longitudinal de la vía en la cual se
encuentra el sumidero instalado o proyectado
N.A.
Coeficiente de rugosidad de la superficie de
la vía por la cual drena la escorrentía
m/m
Pendiente transversal de la vía en la cual se
proyecta el sumidero
l/s
Corresponde al caudal no captado por el
sumidero anterior en el sentido del drenaje el
cual será captado por el sumidero diseñado
19
Caudal de exceso
previo
(Qe)
20
Caudal total
(Q)
l/s
Es la sumatoria del caudal producido por el
área propia del sumidero y el caudal no
captado por el sumidero anterior en el sentido
de drenaje
21
Profundidad del flujo
junto al sardinel
(y)
m
Corresponde a la profundidad del flujo en el
área de inundable
22
Ancho de la cuneta
(Wc)
m
Es el ancho de la cuneta instalada o
proyectada en la vía
23
Ancho de inundación
(T)
m
Ancho de la inundación producido por la
escorrentía de acuerdo a las condiciones
geométricas de la vía
24
Wc/T
N.A.
Relación del ancho de la cuneta vs el ancho
de inundación de la vía.
25
Verificación ancho
de inundación y
altura sardinel
SI/NO
Casillas de verificación en la que se compara
que el ancho de inundación (T) no sea mayor
que el ancho admisible permitido para el tipo
de vía y que la profundidad (y) no supere la
altura del sardinel de la vía
Formato: M4FD0605F01-02
Columna
Titulo
Unidad
Descripción
26
Depresión Total (a +
a´)
m
Es la sumatoria de la profundidad de la cuneta
y la depresión de la vía en el sector del
sumidero
27
Pendiente
transversal de la
cuneta (SW)
m/m
Corresponde a la pendiente transversal de la
cuneta
28
Fracción del flujo
sobre la cuneta (E0)
%
Fracción en términos del caudal conducido por
la cuneta y el total de escorrentía que drena
en la vía
m/m
Corresponde a la combinación de las
pendientes debido a la profundidad adicional
en la cuneta y la depresión en la entrada del
sumidero.
m/m
Pendiente transversal equivalente calculada
como la pendiente real del tramo en el
sumidero que considera la pendiente
transversal de la vía y de la cuneta
m
Longitud de la ventana de captación del
sumidero
m
Calcula la longitud requerida para que una
ventana lateral capte el total del caudal
presentado en la escorrentía
29
30
31
32
Pendiente
transversal a partir
de la combinación de
las pendientes de la
cuneta y de la caída
adicional. (S'W)
Pendiente
transversal
equivalente entre la
vía y la cuneta (SE)
Longitud de la
abertura
(LA)
Longitud de la
abertura para captar
el 100%
(LT)
33
Eficiencia de la
captación
(EC)
%
Calcula la eficiencia de la captación para la
longitud de la abertura de la ventana
establecida para el sumidero
34
Caudal captado por
la abertura
(Q2)
l/s
Caudal real captado calculado como el caudal
total de escorrentía por la eficiencia de
captación de la abertura lateral
35
Longitud de la rejilla
(LR)
m
Longitud de la rejilla del sumidero paralelo en
el sentido del flujo
36
Eficiencia de la rejilla
(E)
%
Eficiencia de la rejilla de acuerdo a la
metodología expresada en la norma SISTEC
NS-047.
Formato: M4FD0605F01-02
Columna
Titulo
Unidad
Descripción
37
Tipo de rejilla
N/A
Presenta el tipo de rejilla seleccionada para el
diseño de los sumideros
38
Caudal máximo que
puede ser captado
por la rejilla
(QR)
l/s
Corresponde al caudal asociado a una
eficiencia de captación de 100% de acuerdo a
los parámetros escogidos del tipo de rejilla
presentados en los pasos 1 y 2.
39
Caudal captado por
la rejilla
(Q1)
l/s
Caudal real captado calculado como el caudal
total de escorrentía por la eficiencia de la
rejilla
40
Caudal total
interceptado
(QTI )
l/s
Caudal total interceptado por el sumidero
combinado como la sumatoria del caudal de
ventana y rejilla
41
Caudal total que
puede ser Captado
por el sumidero
(QTC)
l/s
42
Caudal de exceso
(QNC)
l/s
Es el caudal total interceptado que puede
captar el sumidero , es decir la sumatoria del
caudal captado por la ventana y el caudal
captado por la rejilla.
Caudal de exceso el cual NO es captado por
el sumidero diseñado y deberá ser captado
por el sumidero siguiente en el sentido de
drenaje
Si este caudal es negativo indica que el
sumidero aún tiene capacidad de captación,
sin embargo también es restringido por el
ancho de inundación y altura sardinel.
A continuación se presenta el proceso de ingreso de información en cada una de las celdas con
fondo azul y su respectiva descripción de cálculo:
Formato: M4FD0605F01-02
Figura 4.8 Proceso de ingreso de información, columna [1] a [12]
Formato: M4FD0605F01-02
Figura 4.9 Proceso de ingreso de información, columna [13] a [34]
Formato: M4FD0605F01-02
Figura 4.10 Proceso de ingreso de información, columna [35] a [42]
Formato: M4FD0605F01-02
Para el paso 38 es necesario que una vez completadas las variables requeridas cliquear el
botón calcular para obtener el caudal máximo que puede ser captado por la rejilla, resaltando
que es necesario que cada vez que se modifique una de las variables se debe realizar este
paso.
Finalmente, se puede resumir los tipos de sumideros usados en la hoja de cálculo, el caudal
que es captado y el tipo de rejilla escogido con sus dimensiones cliqueando en el botón “ver
hoja resumen” como se presenta en la siguiente figura.
Figura 4.11 Generar hoja resumen
HOJA DE RESULTADOS
NOMBRE DEL PROYECTO:
PRUEBA
DESCRIPCIÓN DEL DISEÑO:
PRUEBA
LOCALIZACIÓN:
BOGOTÁ - BARRIO
ENTIDAD:
ACUEDUCTO DE BOGOTA EAB - ESP
DISEÑADOR:
Volver a pasos 1 y 2
DC
CIUDAD:
BOGOTÁ
FECHA:
PRUEBA
Coordenadas
Sumidero
No
Este
[m]
Norte
[m]
SP-101B
SP-102B
SP-103B
SP-104B
SP-105B
SP-112A
SP-106B
SP-107B
SP-115A
Tipo
Sumidero
compuesto (NS047)
Sumidero
compuesto (NS047)
Sumidero
compuesto (NS047)
Sumidero
compuesto (NS047)
Sumidero
compuesto (NS047)
Sumidero
compuesto (NS047)
Sumidero
compuesto (NS047)
Sumidero
compuesto (NS047)
Sumidero
compuesto (NS047)
Localización del
sumidero
Sumidero
Compuesto en
Pendiente
Sumidero
Compuesto en
Pendiente
Sumidero
Compuesto en
Pendiente
Sumidero
Compuesto en
Pendiente
Sumidero
Combinado en
Batea
Sumidero
Compuesto en
Pendiente
Sumidero
Combinado en
Batea
Sumidero
Compuesto en
Pendiente
Sumidero
Combinado en
Batea
Tipo de rejilla
Eficiencia
de la rejilla
Caudal total
interceptado
E
QTI = Q1+Q2
[%]
[l/s]
Volver a pasos 3 y 4
Dimensiones de la rejilla
Ancho
[m]
Longitud
[m]
Ancho sin
borde
c
(cm)
Longitud
sin borde
d
(cm)
Area
Área Total
Hueco Un.
[m²]
[m²]
Numero
Huecos
Número de
barras
transversales
Número de barras Número de barras
longitudinales
diagonales
nl
nd
2
4
0
2
4
0
15
2
4
0
0.0075
15
2
4
0
0.379925
0.0075
15
2
4
0
73.5
0.379925
0.0075
15
2
4
0
35.1
73.5
0.379925
0.0075
15
2
4
0
0.835
35.1
73.5
0.379925
0.0075
15
2
4
0
0.835
35.1
73.5
0.379925
0.0075
15
2
4
0
nt
REJILLA DE FIBROCEMENTO DE 0.45 x
0.835 m - NORMAL
19.80%
3.64
0.455
0.835
35.1
73.5
0.379925
0.0075
15
REJILLA DE FIBROCEMENTO DE 0.45 x
0.835 m - NORMAL
64.22%
10.36
0.455
0.835
35.1
73.5
0.379925
0.0075
15
REJILLA DE FIBROCEMENTO DE 0.45 x
0.835 m - NORMAL
29.00%
9.04
0.455
0.835
35.1
73.5
0.379925
0.0075
REJILLA DE FIBROCEMENTO DE 0.45 x
0.835 m - NORMAL
52.14%
17.44
0.455
0.835
35.1
73.5
0.379925
REJILLA DE FIBROCEMENTO DE 0.45 x
0.835 m - NORMAL
No Aplica
28.35
0.455
0.835
35.1
73.5
REJILLA DE FIBROCEMENTO DE 0.45 x
0.835 m - NORMAL
40.27%
8.62
0.455
0.835
35.1
REJILLA DE FIBROCEMENTO DE 0.45 x
0.835 m - NORMAL
No Aplica
11.78
0.455
0.835
REJILLA DE FIBROCEMENTO DE 0.45 x
0.835 m - NORMAL
100.00%
24.58
0.455
REJILLA DE FIBROCEMENTO DE 0.45 x
0.835 m - NORMAL
No Aplica
30.81
0.455
Observaciones
Figura 4.12 Hoja de resultados
También es posible introducir las coordenadas del sumidero y las observaciones requeridas.
Formato: M4FD0605F01-02