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sistema de alcantarillado sanitario
Tipo: Apuntes
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Unidad 2: Especificaciones para el proyecto de alcantarillado
2.1. Generalidades 2.2. Gastos de diseño 2.3. Variables Hidráulicas 2.4. Obras accesorias 2.5. Pozos de visita 2.6. Conexiones 2.7. Estructuras de descargas. 2.8. Fórmulas de diseño hidráulico.
Una vez que se ha decidido elaborar un Proyecto de Alcantarillado, es conveniente recabar la información siguiente:
Estado actual de la red de alcantarillado
Descripción de las partes componentes del sistema, estado de conservación y grado de aprovechamiento de las mismas.
Red existente
Plano actualizado de la red de alcantarillado indicando:
Los pozos de visita, se localizan en las intersecciones de calles y en los cambios de
pendiente fuertes, y se utilizan para varias acciones tales como inspeccionar, desazolvar y
reparar los tramos de tuberías. La figura siguiente indica un croquis general de un pozo de
visita en una red de alcantarillado.
Estructuras y obras accesorias existentes
Planos actualizados de las obras, tales como:
Estructuras y obras accesorias
Planos topográficos detallados de probables sitios para estaciones de bombeo, sifones invertidos, obras de vertido, etc.
Datos básicos para diseñar una red de alcantarillado
a) Periodo de retorno años b) Área por drenar Ha c) Sistema aguas pluviales d) Coeficiente de escurrimiento adimensional e) Intensidad de la lluvia mm/h f) Método de diseño Racional, gráfico alemán, RRL, hidrograma unitario g) Fórmulas usadas Manning, continuidad y las propias empleadas para cada método h) Gasto de diseño (^) m^3 /s i) Velocidad mínima m/s j) Velocidad máxima m/s k) Sistema de eliminación gravedad/bombeo l) Tipo de tubería concreto, asbesto, polietileno, etc
Para el cálculo de los gastos de diseño en las redes de alcantarillado, se puede consultar el libro Datos Básicos del MAPAS. Se establece el criterio de valorar el gasto de dotación de drenaje sanitario como un porcentaje del gasto de consumo de agua potable.
Para los fraccionamientos Industriales y comerciales, el desarrollador deberá de analizar el porcentaje de la dotación que se verterá al drenaje sanitario, considerando que parte del agua de consumo debe de emplearse en el reúso del proceso industrial y áreas verdes. Los gastos de diseño que se emplean en los proyectos de alcantarillado sanitario son:
Los tres últimos se determinan a partir del primero. El sistema de alcantarillado sanitario, debe construirse herméticamente por lo que no se adicionará al caudal de aguas residuales el volumen por infiltraciones.
2.2.1.- Gasto medio
El gasto medio es el valor del caudal de aguas residuales en un día de aportación promedio al año. Para calcular el gasto medio de aguas residuales, se requiere definir la aportación de aguas residuales de las diferentes zonas identificadas en los planos de uso de suelo. La aportación es el volumen diario de agua residual entregado a la red de alcantarillado, la cual es un porcentaje del valor de la dotación de agua potable. En zonas habitacionales, se adopta como aportación de aguas residuales el 75% de la dotación de agua potable, considerando que el 25 % restante se consume antes de llegar a las atarjeas. En función de la población y de la aportación, el gasto medio de aguas residuales en cada tramo de la red se calcula con:
Dónde: Es el gasto medio de aguas residuales en l/s Es la aportación en litros por habitante al día. Es la población en número de habitantes. 86 400 Son el número de segundos al día.
2.2.3.- Gasto máximo instantáneo
El gasto máximo instantáneo es el valor máximo de escurrimiento que se puede presentar en un instante dado. Su valor, es el producto de multiplicar el gasto medio de aguas residuales por un coeficiente M, que en el caso de la zona habitacional es el coeficiente de Harmon.
En el caso de zonas habitacionales el coeficiente M está dado por la siguiente fórmula:
Tabla 3.1.-Gasto mínimo de aguas residuales con inodoros de 6 litros para distintos diámetros. Diám. (cm)
Nº de descargas simultaneas
Aportación por descarga (l/s)
Gasto mín. (l/s) 10 - 25 1 1.0 1 30 - 40 2 1.0 2 45 - 46 3 1.0 3 50 - 55 4 1.0 4 60 - 63 5 1.0 5 65 6 1.0 6 70 7 1.0 7 75 - 76 8 1.0 8 80 9 1.0 9 85 10 1.0 10 90 - 91 12 1.0 12 100 15 1.0 15 107 - 110 17 1.0 17 120 - 122 23 1.0 23 130 25 1.0 25 140 28 1.0 28 150 - 152 30 1.0 30 160 32 1.0 32 170 35 1.0 35 180 - 183 38 1.0 38 190 41 1.0 41 200 44 1.0 44 213 47 1.0 47 244 57 1.0 57 305 74 1.0 74
Dónde:
Es la población servida acumulada hasta el punto final (aguas abajo) del tramo de tubería considerada, en miles de habitantes.
En tramos con una población acumulada menor de 1 000 habitantes, el coeficiente M es constante e igual a 3.8. Para una población acumulada mayor que 63,454 habitantes, el coeficiente M se considera constante e igual a 2.17, es decir, se acepta que su valor a partir de ésta cantidad, no sigue la ley de variación establecida por Harmon. El coeficiente M en zonas industriales, comerciales o públicas presenta otra ley de variación. Siempre que sea posible, debe hacerse un aforo del caudal de agua residual en las tuberías existentes para determinar sus variaciones reales. De no disponer de ésta información, el coeficiente M podrá ser de 1.5 en zonas comerciales e industriales.
2.2.4.- Gasto máximo extraordinario El gasto máximo extraordinario es el caudal de aguas residuales que considera aportaciones de agua que no forman parte de las descargas normales, como bajadas de aguas pluviales de azoteas, patios, o las provocadas por un crecimiento demográfico explosivo no considerado.
En función de éste gasto se determina el diámetro adecuado de las tuberías, ya que se tiene un margen de seguridad para prever los caudales adicionales en las aportaciones que pueda recibir la red. Para el cálculo del gasto máximo extraordinario se tiene:
Dónde:
: es el coeficiente de seguridad adoptado. : es el gasto máximo instantáneo.
En el caso de aportaciones normales el coeficiente Cs será de 1.0; para condiciones diferentes, éste Cs puede definirse mayor a 1 y como máximo 1.5 bajo aprobación de la autoridad local del agua y dependiendo de las condiciones particulares de la localidad.
Las obras o estructuras complementarias en una red de alcantarillado son estructuras que no siempre forman parte de una red, pero que permiten un funcionamiento adecuado de la misma. Entre ellas se encuentran las plantas de bombeo, vertedores, sifones invertidos, cruces elevados, alcantarillas pluviales y puentes.
2.4.1.- Estaciones de bombeo Una estación de bombeo se compone de un cárcamo de bombeo o tanque donde las aguas son descargadas por el sistema de alcantarillado y a su vez son extraídas por un conjunto de bombas cuya función es elevar el agua hasta cierto punto para vencer desniveles y continuar la conducción hasta el vertido final. Se utilizan cuando:
Las plantas de bombeo son instalaciones especializadas de ingeniería, cuyo diseño es un proyecto en sí.
2.4.2.- Vertedores Un vertedor es una estructura hidráulica que tiene como función la derivación hacia otro cauce del agua que rebasa la capacidad de una estructura de conducción o de almacenamiento. Su uso en los sistemas de alcantarillado se combina con otras estructuras tales como canales o cajas de conexión, y es propiamente lo que se denomina como una estructura de control. Por ejemplo, cuando se conduce cierto gasto de aguas pluviales o residuales hacia una planta de tratamiento con cierta capacidad y ésta es rebasada debido a la magnitud de una tormenta, el exceso es controlado por medio de un vertedor que descarga hacia un conducto especial (usado solamente en estos casos), que lleva el agua en exceso hacia su descarga a una corriente.
2.4.3.- Descarga domiciliaria La descarga domiciliaria o “albañal exterior”, es una tubería que permite el desalojo de las aguas servidas, del registro domiciliario a la atarjea. El diámetro del albañal en la mayoría de los casos es de 15 cm., siendo éste el mínimo recomendable, sin embargo, esta dimensión puede variar en función de las disposiciones de las autoridades locales. La conexión entre albañal y atarjea debe ser hermética y la tubería de interconexión debe de tener una pendiente mínima del 1%.
En caso de que el diámetro del albañal sea de 10 cm., se debe considerar una pendiente de 2%. Se debe garantizar que la conexión del albañal a la atarjea, sea hermética. Dependiendo del tipo de material de la atarjea o colector, se debe de seleccionar de preferencia el mismo material en la tubería de albañal y en las piezas especiales, así como el procedimiento de conexión correspondiente. A continuación se describen los procedimientos de instalación y las piezas usadas en las diferentes conexiones domiciliarias según el tipo de material.
2.4.4.- Estructuras de caída Por razones de carácter topográfico o por tenerse elevaciones obligadas para las plantillas de algunas tuberías, suele presentarse la necesidad de construir estructuras que permitan efectuar en su interior los cambios bruscos de nivel.
Las estructuras de caída que se utilizan son:
2.4.5.- Sifones invertidos
Es una estructura de cruce que permite durante la construcción de un colector o emisor salvar obstrucciones tales como arroyos, ríos, otras tuberías, túneles, vías de comunicación (pasos vehiculares a desnivel), etc., por debajo del obstáculo. Cuando se tienen cruces con alguna corriente de agua, depresión del terreno, estructura, tubería o viaductos subterráneos, que se encuentren al mismo nivel en que debe instalarse la tubería, generalmente se utilizan sifones invertidos. Se basa en conducir el agua a presión por debajo de los obstáculos por medio de dos pozos, uno de caída y otro de ascenso, los cuales están conectados en su parte inferior por
Fig.: Sifón con ramales verticales
Fig.: Sifón con cámara de limpieza
2.4.6.- Cruces elevados Cuando un trazo tiene que cruzar una depresión profunda, se utilizan estructuras ligeras como son puentes de acero, concreto o madera, los cuales soportan la tubería que conduce el agua pluvial (Figura 2.6). En ocasiones, se utilizan puentes carreteros existentes donde se coloca la tubería anclándola por debajo o a un lado de la estructura.
2.4.7.- Alcantarillas pluviales y puentes.
Este tipo de estructuras de cruce son regularmente empleadas en carreteras, caminos e incluso en ciertas calles en localidades donde se ha respetado el paso de las corrientes naturales (Figura 2.7). Son tramos de tubería o conductos que se incorporan en el cuerpo
del terraplén de un camino para facilitar el paso de las aguas de las corrientes naturales, o de aquellas conducidas por canales o cunetas, a través del terraplén. Cuando las dimensiones de los conductos son excesivas, es más conveniente el diseño de un puente.
Los pozos de visita son estructuras construidas entre las tuberías, a cuyo interior se tiene acceso por la superficie de la calle. Su forma es cilíndrica en la parte inferior y troncocónica en la parte superior, son suficientemente amplias para darle paso a una persona y permitirle maniobrar en su interior. El piso es una plataforma en la cual se han hecho canales que prolongan los conductos y encausan sus corrientes. Una escalera de peldaños de fierro fundido empotrados en las paredes del pozo permite el descenso y ascenso al personal encargado de la operación y mantenimiento del sistema de alcantarillado.
Un brocal de fierro fundido o de concreto protege su desembocadura a la superficie y una tapa perforada, también de fierro fundido o de concreto, cubre la boca. Ver planos V.C. 1993 y 1994.
A profundidades de 1.50 m o menores los pozos de visita tienen forma de botella y a mayores de 1.50 m se construirá la parte cilíndrica con el diámetro interior necesario de acuerdo con los diámetros de las tuberías que a el concurren (ver subincisos 2.1.1, 2.1.2, 2.1.3.) y la parte troncocónica con paredes inclinadas a 60° que rematará con otra cilíndrica de 0.60 m de diámetro interior y 0.25 m de altura aproximada la cual recibirá al brocal y su tapa.
Atendiendo al diámetro interior de su base los pozos de visita se clasifican en comunes y especiales.
Por razones de carácter topográfico o por tenerse determinadas elevaciones fijas para las plantillas de algunas tuberías, suele presentarse la necesidad de construir estructuras que permitan efectuar en su interior los cambios bruscos de nivel. Esto se hará en las siguientes formas: por medio de una caída ya sea libre o entubada utilizando en este caso, una caja adosada a un pozo de visita o a un pozo caja; construyendo un pozo con caída y la otra constituida por una estructura de caída escalonada.
2.5.3.- Pozos con caja de caída adosada. Son pozos de visita comunes, especiales o pozos caja, a los cuales lateralmente se les construye una estructura menor y permiten la caída en tuberías de 20 y 25 cm de diámetro con un desnivel de hasta 2.00 m. Ver plano V.C.
2.5.4.- Pozos con caída. Son pozos constituidos también por una caja y una chimenea a los cuales en el interior de la caja se les construye una pantalla que funciona como deflector del caudal que cae del tubo más elevado disminuyendo además la velocidad del agua. Se construyen para tuberías de 30 a 76 cm de diámetro y con un desnivel hasta de 1.50 m. (Ver plano V.C. 1991)
2.5.5.- Estructuras de caída escalonada. Son pozos caja con caída escalonada cuya variación es de 50 en 50 cm hasta llegar a 2.50 m como máximo; están provistos de una chimenea a la entrada de la tubería con mayor elevación de plantilla y otra a la salida con menor elevación de plantilla. Se emplea en tuberías con diámetros de 0.91 a 2.44 m (Plano V.C. 1992)
El empleo de los pozos de visita con caída adosada, de los pozos con caída y de las estructuras con caída escalonada se hará atendiendo a las siguientes consideraciones:
Cuando en el pozo las uniones de las tuberías se hagan eje con eje, o clave con clave, no se requiere emplear ninguna de las estructuras mencionadas en el inciso anterior, uniéndose las plantillas de las tuberías mediante una rápida.
Si la elevación de proyecto de la plantilla del tubo del cual cae el agua es mayor que la requerida para hacer la conexión clave con clave y la diferencia entre ellas no excede el valor de 40 cm, se hará la caída libre dentro del pozo, uniéndose las plantillas de las tuberías mediante una rápida, sin utilizar por lo tanto ninguna de las estructuras mencionadas; pero en el caso de que ésta diferencia sea mayor de 40 cm, para salvar la caída, se emplea una estructura de alguno de los tipos que para las tuberías de distintos diámetros se indican en los planos V.C. 1990, 1991 Y 1992.
Si la diferencia de nivel entre las plantillas de tuberías es mayor que las especificadas para los pozos con caída y caja de caída adosada, se construirá el número de pozos que sea necesario para ajustarse a esas recomendaciones.
2.6.1.-En tubería de concreto En tubería de concreto para efectuar la conexión del albañal con la atarjea existe la norma mexicana NMX-C-417-ONNCCE vigente que establece las especificaciones que deben cumplir los elementos que componen a las descargas domiciliarias prefabricadas de concreto simple que cuentan con junta hermética y que se destinen a los sistemas de alcantarillado sanitario. Contando con dos piezas principales que son: el codo hermético y la descarga domiciliaria
Estas piezas prefabricadas permiten la descarga del albañal a la atarjea manteniendo la hermeticidad, ya que no hay necesidad de romper la tubería como se usaba anteriormente
2.6.2.-En tubería de fibrocemento Para la conexión domiciliaria en tubería de fibrocemento, se emplean: el “slant” a 5 grados con campana (para unir con anillo) y extremo de apoyo para unir a la atarjea o colector con pasta epóxica; y el codo de 45 grados con espiga y campana para su acoplamiento al albañal con anillo de hule
Descarga domiciliaria tee en yee
2.6.5.- En tuberia de poliester reforzado con fibra de vidrio (PRFV) YEE PRFV 45° Este accesorio realiza la conexión a la línea de drenaje mediante el sistema de cople y junta tipo REKA. Con este sistema se garantiza una conexión segura y planificada de los sistemas de alcantarillado, además permite tener una descarga construida con materiales homogéneos (Tubería y accesorios de PRFV) en toda la estructura de descarga sanitaria.
YEE PRFV 45° para descarga sanitaria
2.6.6.- Descargas domiciliarias conectadas a diferentes materiales
En los programas de desarrollo social y de mejoramiento de imagen urbana es común la unión de descargas domiciliarias plásticas (nuevas) a atarjeas existentes de concreto; o la reconstrucción de atarjeas y descargas domiciliarias (con materiales plásticos), y su conexión a las descargas domiciliarias existentes de concreto o barro (al nivel de la guarnición de la banqueta o al paramento del predio). Para estos casos, existen conexiones de poliuretano rígido (PUR) que permiten realizar estas uniones herméticas a través de un procedimiento. Unión de albañal plástico (nuevo) al albañal existente (concreto o barro).
Este caso se presenta cuando la unión se realiza antes o al llegar al paramento del predio. Se utiliza un accesorio conocido como interconexión de PUR, de 10 o 15 cm según el diámetro de la descarga. La campana de este accesorio, que es de PUR, recibe a la espiga del albañal existente; el sello se logra utilizando mezcla de cemento-arena en proporción 1:1 y aditivos para aumentar la adherencia y la impermeabilidad.
Interconexión de PUR (tubería de plástico y concreto)
Unión de albañal plástico (nuevo) a la atarjea existente (concreto).
En este caso el accesorio que se emplea es el slant de PUR. La ceja de material plástico y la cubierta de PUR permiten que a través de un procedimiento sistematizado y supervisable se realice la unión como un entronque ramificado a 45 o a 90°. El sello se logra utilizando mezcla de cemento-arena en proporción 1:1 y aditivos para aumentar la adherencia e impermeabilidad.
