ALCANTARILLADO SANITARIO Unidad 3 Importancia del Control de

ALCANTARILLADO SANITARIO Unidad 3

Importancia del Control de las Aguas Residuales • Evita la Transmisión de enfermedades • Evita el deterioro físico, químico y biológico de abastecimiento de agua y balnearios • Las aguas residuales afectan la vista y el olfato. • Porque destruyen la vida acuática • Controlar para darle utilidad al agua después de tratada

Tipos de saneamiento Existen varias formas de realizar un saneamiento de un núcleo urbano, dependiendo de algunos aspectos, como son: • Características del núcleo urbano • Forma de recogida de las aguas blancas o residuales • Forma de almacenar y transportar las aguas • Formas de mejorar la calidad de las aguas captadas

Tipos de saneamiento Un saneamiento correcto deberá tender hacia los siguientes objetivos • Integración del saneamiento • Fiabilidad de las redes de saneamiento y la correspondiente depuradora • El saneamiento no debe olvidar su incorporación al medio ambiente, debiéndose eliminar cualquier tipo de impacto que pudiera producirse

Tipos de saneamiento De las consideraciones anteriores clasificarse los tipos de saneamiento en: • Saneamientos individuales o autónomos • Saneamientos colectivos pueden

Sistemas individuales Aguas Residuales Son de aplicación a pequeñas concentraciones de población, o a instalaciones con vertidos equivalentes. En estos casos el saneamiento consiste en una fosa séptica o una pequeña depuradora, recibiendo de forma directa los vertidos, seguido de un elemento de nitrificación, como pueden ser: Aplicación al suelo, lecho filtrante, etc. En este caso el alcantarillado y colectores se reducen a la mínima expresión, siendo unos sistemas útiles en zonas de baja densidad de población, donde el costo de una red de saneamiento puede ser muy elevado.

Sistemas de Evacuación • Con independencia del trazado adoptado y teniendo en cuenta la procedencia de las aguas domesticas, de lluvia, servicios públicos y aguas industriales, puede establecerse una clasificación en sistema separado y sistema combinado.

Sistemas de Evacuación • En el sistema combinado se vierten todas las aguas en una única canalización • En el sistema separado se recogen las aguas residuales en dos canalizaciones independientes. La red de aguas residuales transportará los vertidos domésticos, los vertidos de los establecimientos comerciales y los vertidos industriales. La red de aguas blancas conducirá las aguas de escorrentía superficial generados por precitaciones, por riego o de calles, las aguas de drenaje y los desagües de la red de distribución y depósitos

Factores que rigen el modelo a utilizar: • El tipo de sistema • La línea de la calle o derecho de vía • La topografía, la hidrología y geología del área de drenaje • Los límites políticos • Localización y naturaleza de las obras de tratamiento y evacuación

Comparación entre Ambos Sistemas • El sistema separado exige doble red de alcantarilla en casi todas las calles y doble acometida en cada casa. Desde El punto de vista de economía de construcción y gastos de inversión iniciales, existe indudable ventaja para el sistema combinado, pues el costo de las dos tuberías, equivalentes hidráulicamente en su conjunto a una única, es 1. 5 a 2 veces mayor, como término medio, habida cuenta de la imposibilidad práctica de utilizar diámetros de tubos inferiores a 20 cm, que en muchos pueblos y calles cortas de ciudades, con pendientes más bien fuertes, son suficientes para el caudal total. A esto ha de añadirse el doble costo de las acometidas, pues, aunque éstas no sean abonadas por las administraciones que ejecutan y explotan una red de alcantarillas, no por ello dejan de gravar al vecindario y, por tanto, a la economía local y nacional.

Comparación entre Ambos Sistemas • Los gastos de levantamiento y reposición de pavimentos, que tienen importancia en el presupuesto general de la red, son de 2 a 1. 5 veces mayores en el sistema separado. • La conservación y explotación de una red separada exige gastos bastantes mayores que en el caso de red combinada, siendo superiores en un 30% ó 50% • Sin embargo, los gastos de limpieza son menores en el alcantarillado separado, por ser menores las variaciones del caudal que circula por las alcantarillas de aguas residuales, y menor, por tanto, la variación de la velocidad, lo que reduce las sedimentaciones.

Configuración de los Sistemas a. Modelo Transversal Con zonas perpendiculares al río, desaguando directamente en el mismo. Es económico, pero no puede emplearse más que en caso de ríos de gran caudal que admitan el vertido directo, con gran dilución b. Modelo de Interceptores Suprime aquel inconveniente, pero presenta otro, difícilmente evitable, que consiste en tener que construir este emisario con pequeña pendiente (la del río) y por tanto, gran sección; y generalmente en terrenos sometidos a las filtraciones del río

Configuración de los Sistemas c. Modelo de Zona Se obtiene mediante colectores paralelos al cauce, con pendientes pequeñas pero escasas zonas de vertido. El emisario puede tener ya pendiente normal y construirse en terreno mejor d. Modelo de Abanico Se realiza a base de colectores ramificados hacia diferentes zonas, reunidos en el punto que mejor convenga para su desagüe. Es el sistema, quizá, más indicado para poblaciones o sectores de población sumamente llanas

Configuración de los Sistemas e. Modelo Radial Se obtiene dividiendo el sector urbano a sanear en varias zonas con canalizaciones independientes, cuyas aguas se reúnen después aisladamente en uno o más puntos. Este último sistema es apto para poblaciones en que hayan ensanches de importancia, pues permite construir las alcantarillas con la capacidad necesaria del momento. En cambio, los otros cuatro, exigen que dichas alcantarillas principales tengan, desde el principio, la sección precisa para los caudales actuales y los que en el futuro puedan recibir de los ensanches. En muchas poblaciones habrá que adoptar sistemas mixtos de acuerdo con las condiciones

Los Métodos más usuales para la estimación de la población a futuro o de Proyecto son: • Método Aritmético. • Método del Porcentaje Uniforme. • Método Prolongación de la Curva a ojo. • Método Logístico. • Método de Crecimiento Declinante. • Método de la Proporción.

Método Aritmético

• Su Hipótesis se basa en el hecho de que la tasa de crecimiento es constante. La validez de este método se puede verificar examinando el crecimiento de la comunidad para determinar si se han producido incrementos aproximadamente iguales entre los Censos Recientes.

En términos Matemáticos, la Hipótesis puede ser expresada como: dp = K dt En donde dp/dt es la tasa de cambio de la población y K es una constante. K se puede determinar gráficamente, o a partir de las poblaciones en censos sucesivos, como: K=ΔP Δt La Población futura es luego estimada a partir de Pt = Po + Kt Pt = Población en algún tiempo futuro. Po= Población Actual. t = Periodo de la Proyección.

población actual y futura Población actual Ø Ø Ø Ø Ø Ejem. : Una urbanización de 300 viviendas. 6 habitantes por viviendas. Pac= 300 x 6=1800 personas Población futura Pf=Pac(1+R)^n R=tasa de crecimiento anual(2. 5%). N=período de diseño( 20 @ 40 ). Pf=1800( 1+2. 5/100)^20=2, 950 personas

Método del Porcentaje Uniforme

Se sustenta en la hipótesis de un porcentaje de crecimiento Geométrico o Uniforme donde se supone que la tasa de incremento es proporcional a la Población: dp = K’P dt De la integración de esta Ecuación resulta Ln P = Ln Po + K’Δt

Método Prolongación Curva de Ojo

• Esta técnica consiste en la Proyección Grafica de las curvas de crecimiento de la Población en el pasado, manteniendo cualquier tendencia o inclinación que la información Histórica indique.

Método Logístico

• La Curva Logística usada en el modelo de crecimiento de Población tiene forma de S; se combina una tasa geométrica de crecimiento para baja población con una tasa decreciente a medida que la ciudad se aproxima a algún limite de población. La Hipótesis de crecimiento Logístico puede ser verificada representando los datos del censo en Papel Logístico, en el cual aparecerá una línea recta si la Hipótesis es valida. P = Psat 1+ ea+b Δt Psat = 2 P 0 P 1 P 2 – P 12 (P 0 + P 2) P 0 P 2 -P 12

a = Ln Psat – P 2 b = 1 Ln P 0(Psat - P 1) n P 1(Psat – P 0)

Ingeniaría Sanitaria DISEÑO DE SISTEMAS DE ALCANTARILLADO SANITARIO

DISEÑO DE SISTEMAS DE ALCANTARILLADO SANITARIO Levantamiento Topográfico • En ciudades, se obtienen datos de: intersección de las calles, puntos altos y puntos bajos en los cambios de rasantes, cotas de arroyos, canales y alcantarillas que crucen la calle y cualquier otro obstáculo que pueda presentarse en el área del proyecto. • En caso de proyectos nuevos donde se pretende construir un proyecto deben definirse primero las rasantes de las calles para luego obtener las cotas de mencionadas en el punto anterior.

ALCANTARILLADO SANITARIO • Periodo de Proyecto Las alcantarillas de 20 a 40 años Las obras de tratamiento de 15 a 25 años, como promedio 20 años • Datos de Población Censos y estimaciones futuras por métodos analíticos y gráficos

RED DE ALCANTARILLADO • • • Descarga domiciliaria o albañal. [6”] Atarjeas [8”] Colectores Interceptores Emisores

Colector: recoge las aguas residuales de las atarjeas. Se puede conectar a un interceptor, un emisor o la PTAR. No se permite la conexión de un albañal a un colector. Interceptor: recibe aguas residuales exclusivamente de colectores y termina en un emisor o PTAR. Emisor: conducto que recibe aguas residuales de un colector o un interceptor. No recibe ninguna aportación durante su trayecto y su función se limita a conducir las aguas residuales hacia la PTAR.

Atarjeas Los tramos de las atarjeas se unen mediante registros o pozos de visita. Deben construirse pozos de visita en todos los cruceros, cambios de dirección, pendiente y diámetro. Tramos largos. El trazado depende de la topografía, ya que deben conducir el agua por gravedad, preferiblemente.

Caudales de diseño: El caudal total está formado por las aguas residuales domésticas, por las subterráneas que se infiltran en las alcantarillas y las que provienen de las industrias y centros comerciales. Caudal medio: 70 -80% del caudal de agua potable promedio. Caudal mínimo: la mitad del caudal medio. O bien, en los tramos iniciales de la red y para tramos con pendientes pequeñas o muy grandes, se usa el caudal mínimo probable de aguas negras. Esto asegura cumplir con la velocidad mínima para pendientes pequeñas y con el tirante mínimo para pendientes muy grandes. Caudal máximo: caudal medio multiplicado por el coeficiente de Harmon. H = 1+ 14 4+√p

P: población en miles. Para poblaciones > 182, 250 habitantes, H = 1. 80 En tramos que presenten una población acumulada < 1, 000 habitantes H = 3. 80 Caudal de infiltración: En caso de no utilizar tuberías con junta hermética, el caudal de infiltración se calcula con: Q inf. = 0. 614 lt/ seg/ km.

Cálculo hidráulico Con el plano topográfico de la localidad, se establece la red de alcantarillado. Se obtiene caudal medio en cada tramo. Dependiendo de su número de habitantes, puede utilizarse densidad de población por área o lineal. Considerar las descargas industriales, comerciales, institucionales y otros en el tramo correspondiente. Se usa la fórmula de Manning. El cálculo hidráulico consiste en la determinación de: • Diámetro • Pendiente • Profundidad de plantilla • Chequeo velocidades, máx. y min. • Accesorios.

Determinación del diámetro: Tabla 14. 1 Ø min. 8” Determinación de la pendiente: • Para Qmin. Se acepta como pendiente mínima aquella que produce una velocidad de 0. 60 m/seg a tubo lleno. • Para Qmáx. Se acepta como pendiente máxima aquella que produce una velocidad máxima de 3 m/seg a tubo lleno.

1 -Ubicar los registros o pozos de visita numerarlos o identificarlos. Tomar en cuenta separaciones máximas permitidas para diferentes diámetros y condiciones topográficas.

2 - Establecer las direcciones de flujo de agua, atendiendo a la topografía y puntos obligados, indicar cuales son laterales y el paso del agua por los registros.

3 -Acumular áreas o longitudes.

4 -Como se conocen la población actual y la de proyecto calcular el caudal de tránsito en función de la dotación y el % que retorna al alcantarillado. Fórmulas: Densidad Población DL actual = Población actual (Hab/Ml) Long. Total calles DL futuro = Población futura (Hab/Ml) Long. Total calles Población Tramo Población tramo = Long. Tramo x DL a, f (Habit. )

Caudales medios aguas residuales Qmed. A. N act. = población actual x dotación x % (LPS) 86, 400 Qmed. A. N. fut. = población futura x dotación x % (LPS) 86, 400 Población a, f = usar el acumulado

5 - Se obtiene caudal mínimo de proyecto Q mín = Q med. Presente 2 Si Q mín < 1. 5 LPS, usar 1. 5

6 -Se obtiene el caudal máximo de proyecto Q máx. = HQmed futuro H: coeficiente de Harmon H = 1+ 14 4+ √p P: Población en miles. S: población < 1, 000 habit, usar M = 3. 8 S: población > 182, 250 habit, usar M = 1. 8

• 7. Se obtienen los caudales de infiltración (Si no se utilizan tubos con junta hermética). PVC, GRP, Qinf. =0 • Qinf= 0. 614 lps x longitud acumulada en KM

8 -Se obtienen dos caudales de diseño. Qmin. Diseño = Q min. ó 1. 5 LPS Qmáx. Diseño = Q máx. + Qi

9 - Se calcula la pendiente del terreno (SE) St = cota ant – cota post long. tramo

10 -Se determina el diámetro requerido para conducir el caudal máximo de diseño. Para ello, se usa tabla 14. 1 que da el caudal y la velocidad a tubo lleno utilizando la fórmula de Manning. ( ver nota al pie de la tabla) Se calcula S 1/2 N (valor) (Valor) se multiplica por factores que da la tabla en función del diámetro, para obtener Q lleno y V lleno. Diámetro se selecciona comparando Q lleno con Q diseño. S: Q lleno > Q diseño es el diámetro adecuado S: Q lleno < Q diseño se selecciona otro diámetro

Tomar en cuenta que iniciamos selección con la pendiente del terreno. Deben cumplirse condiciones de S min. para cada diámetro. Recordar que la tubería debe colocarse de preferencia paralela a la superficie del terreno.

11 - Se verifican las velocidades mínimas y máximas, a tubo parcialmente lleno. Para ello, se utiliza el grafico 14. 2 y se opera así: con Q parcial m lleno, min. , máx. Q lleno Se obtienen las relaciones de v para caudales mínimo y máximo. Como se conoce V lleno = V, se pueden deducir las v min. y V máx. Si se cumplen las especificaciones de velocidad, se pasa a revisar el siguiente tramo.

12 - se establecen las cotas de plantilla de la zanja, tomando en cuenta el colchón mínimo en función del diámetro.

13 - se obtienen los volúmenes de excavación.

Ver Grafico

DENSIDAD POBLACIONAL DLa = PA/LC DLf = Pf/LC u u u DLa= DENSIDAD LINEAL ACTUAL DLf= DENSIDAD LINEAL FUTURA LC= LONGITUD DE CALLES PA= POBLACION ACTUAL Pf= POBLACION FUTURA (Campos, 1994)

POBLACION POR TRAMO ACTUAL POBLACION= LOGITUD ACUMULADA X Dla.

POBLACION POR TRAMO FUTURA POBLACION= LOGITUD ACUMULADA X Dlf.

CAUDALES

CAUDAL MINIMO DEL TRAMO CAUDAL MAXIMO TRAMO

COEFICIENTE H H=1+14/(4+(P)^. 5) P=POBLACION MILES 1. 8 <= H <= 3. 8

CAUDAL DE INFILTRACION POR TRAMO TUBERIA DE HORMIGON ( H. S. ) Qinf= 0. 614 lps x longitud acumulada en KM PARA PVC Qinf=0

CAUDALES DE DISEÑO POR TRAMO CAUDAL GENERADO POR POBLACION

FUNCIONES HIDRAULICAS CAPACIDAD TUBERIA

PENDIENTE TERRENO (St)

PENDIENTE TERRENO (St)

PENDIENTE TUBERIA (S)

PENDIENTE TUBERIA (S)

FUNCIONES HIDRAULICAS CAPACIDAD TUBERIA CAUDAL GENERADO POR TUBERIA

CAUDAL A TUBO LLENO(Qlleno) S=PENDIENTE TUBERIA N=COEFICIENTE DE RUGOSIDAD TUBERIA(TABLA 1. 4) CON β POR VALOR DEL CAUDAL DE LA TABLA 14. 1 COL. 5 Q(LPS) PARA UN DIAMETRO(φ)ESCOGIDO Qlleno= β X QCOL. 5(LPS) Vlleno= β x Vcol. 5(m/s)

CHEQUEO DE VELOCIDADES Y DE PENDIENTES CON α IR A LA TABLA II Y OBTENER vmin/Vlleno Hallar Vmin=α. min x Vlleno CON α IR A LA TABLA II Y OBTENER vmax/Vlleno Hallar Vmax=α. max. x Vlleno

VELOCIDADES MINIMAS Vmin Tubo lleno=0. 60 m/s Vmin Tubo parcialmente lleno=0. 30 m/s

EJEMPLO DISEÑO URBANIZACION

EJEMPLO N 01 PARA LA SIGIENTE URBANIZACION DISEÑAR EL SISTEME DE REDES DE AGUA POTABLE. DATOS: 1. DOTACION 300 LITS/HAB. /DIAS 2. TASA DE CRECIMIENTO ANUAL 3 % 3. PERIODO DE DISEÑO 20 AÑOS 4. USAR 5 PERSONAS POR SOLAR 5. DOTACION AREA COMERCIAL 6 LITS/M 2 6. DOTACION AREA VERDE 2 LITS/M 2 7. PROFUNDIDAD REG. EXIST. C/24, H=2. 00 MTS 8. TUBERIA EXIST, 8” H. S. 9. COEFICIENTE DE RUGOSIDAD N= 0. 013

lotificacion

PLANO CURVA DE NIVEL

CONFIGURACION DEL SISTEMA

CONFIGURACION DEL SISTEMA

• Calculo de la longitud total de la red: • • L 1 -2=66. 42 mts. L 2 -3=99. 51 mts. L 3 -4=99. 51 mts. Ltotal calles=265. 44 MTS

CALCULO DE LA POBLACION ACTUAL Y FUTURA Población actual CANTIDAD DE SOLARES= 27 CANTIDAD DE PERSONAS POR VIVIENDA= 5 Pact= 27 x 5=135 personas Población futura Pf=Pact(1+R)^n R=tasa de crecimiento anual(3%). N=período de diseño( 20). Pf=135( 1+3/100)^20= 243. 82 = 244 personas

• Calculo de la densidad poblacional lineal actual: • Dl(actual)= poblacion actual/ longitud total calles • Dl(actual)= 135/265. 44=0. 51 p/ml

• Calculo de la densidad poblacional lineal futura: • Dl(futura)= población futura/ longitud total calles • Dl(futura)= 244/265. 44=0. 92 p/ml

Tramo 4 -3 Longitud Tramo: L 4 -3=99. 51 mts. Longitud tributaria en cruces: Lt=0 Longitud Acumulada Lacum. = L 4 -3+Lt Lacum=99. 51+0=99. 51

Tramo 4 -3 Longitud tributaria: Lt=0

Población actual tramo 4 -3 Pact. = Dl(actual)*Lacum tramo 4 -3 Pact. =0. 51*99, 51=51 personas

Población futura tramo 4 -3 Pf. = Dl(futura)*Lacum tramo 4 -3 Pf. =0. 92*99, 51=92 personas

CAUDAL MEDIO DE AGUAS RESIDUALES ACTUAL tramo 4 -3 Qmed A. R. =( Dotación * Población actual) x C. R 86, 400 Qma = (300 lits/personas/días * 51 personas)x 0. 75 86, 400 Qma=0. 13 Lits/seg

CAUDAL MEDIO DE AGUAS RESIDUALES FUTURO tramo 4 -3 Qmed A. F. =( Dotación * Población futuro) x C. R 86, 400 Qmf = (300 lits/personas/días * 92 personas)x 0. 75 86, 400 Qmf=0. 24 Lits/seg

Caudal mínimo tramo 4 -3 Qmin=Qmed. A. R. actual/2 Qmin=0. 13/2=0. 06<1. 5, usar Qmin=1. 5 l/s

Caudal máximo tramo 4 -3 Qmax. = H*Qmed. A. R. futuro

COEFICIENTE H H=1+14/(4+(P)^. 5) H=1+14/(4+(92/1000)^. 5) H=4. 25, usar 3. 8 P=POBLACION MILES 1. 8 <= H <= 3. 8

Caudal máximo tramo 4 -3 Qmax. = H*Qmed. A. R. futuro Qmax= 3. 8*0. 24=0. 91 < 1. 5, usar 1. 5 l/s Qmax=1. 5 l/s

CAUDAL DE INFILTRACION TRAMO 4 -3 TUBERIA DE HORMIGON ( H. S. tramo 4 -3) Qinf= 0. 614 lps x longitud acumulada en KM tramo 4 -3 Qinf. = 0. 614*(99. 51/1000)=0. 06

CAUDALES DE DISEÑO TRAMO 4 -3 CAUDAL GENERADO POR POBLACION

CAUDALES DE DISEÑO TRAMO 4 -3 CAUDAL GENERADO POR POBLACION TRAMO 4 -3

FUNCIONES HIDRAULICAS CAPACIDAD TUBERIA CAUDAL GENERADO POR TUBERIA

PENDIENTE TERRENO (Str) TRAMO 4 -3 USAR PENDIENTE DE LA TUBERIA IGUAL QUE LA DEL TERRENO ST=0. 070

COTA DE FONDO RG. INICIAL HMIN. =1. 20

CAUDAL A TUBO LLENO(Qlleno)tramo 4 -3 Stb=PENDIENTE TUBERIA N=COEFICIENTE DE RUGOSIDAD TUBERIA(TABLA 1. 4) CON β POR VALOR DEL CAUDAL DE LA TABLA 14. 1 COL. 5 Q(LPS) PARA UN DIAMETRO(φ)ESCOGIDO EN ESTE CASO 8”H. S Qlleno= β X QCOL. 5(LPS) Vlleno= β x Vcol. 5(m/s)

Qlleno= β X QCOL. 5(LPS) Vlleno= β x Vcol. 5(m/s) Qlleno= 20. 35 X 4. 45=90. 58 L/S, 70%X 90. 58>Qdis. max(1. 56 l/s), OK Vlleno= 20. 35 x 0. 113=2. 29 M/S> 0. 60 y <3 M/S, OK

CHEQUEO DE VELOCIDADES Y DE PENDIENTES CON αmin IR A LA TABLA II Y OBTENER vmin/Vlleno=0. 29 Hallar Vmin= 0. 29 x 2. 29=0. 66 m/s >0. 30 0 k Hallar Vmax=α. max. x Vlleno

CHEQUEO DE VELOCIDADES Y DE PENDIENTES CON α IR A LA TABLA II Y OBTENER vmax/Vlleno =0. 29 Hallar Vmax=0. 29 x 2. 29 m/s=0. 66 m/s >0. 30 ok

VELOCIDADES MINIMAS Vmin Tubo lleno=0. 60 m/s Vmin Tubo parcialmente lleno=0. 30 m/s