diseÑo del sistema de alcantarillado nueva esperanza

7/31/2019 DISEO DEL SISTEMA DE ALCANTARILLADO NUEVA ESPERANZA

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DISEO DEL SISTEMA DE ALCANTARILLADO SANITARIO

Para el sistema de alcantarillado sanitario del AA.HH Nueva

Esperanza, del distrito de Pueblo Nuevo, Chepen, La Libertad, se tomaroncomo base los siguientes parmetros:

Perodo de diseo:

20 aos

Poblacin actual:

170 habitantes

Poblacin de diseo:

5 hab / vivienda

Tipo de Tubera:

PVC para alcantarillado sanitario, norma ASTM F-949

Relacin de velocidades:

0.60 v 3 m/seg

Dimetro mnimo:

8 pulgadas

Dotacin de agua:

Se adopt una dotacin de 50 lts/hab/da, por ser zona rural.

Factor de retorno:

Se consider un factor de retorno de 0.80


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1.1 PARTES DE UN SISTEMA DE ALCANTARILLADO

1.1.1Alcantarillas

Son los conductos por donde corren las aguas negras, pluviales o ambas,que provienen de las calles, casas, industrias, comercios, etc.

Se tienen tres tipos de sistema de alcantarillado, cuya eleccin dependerde los estudios que se realicen y las condiciones que se presenten, tantoeconmicas, como fsicas y funcionales; son alcantarillado sanitario, elpluvial y el combinado, aunque este ltimo no es muy recomendable.

1.1.2Sistema de alcantarillado sanitario

Es el que conduce las aguas que llevan los residuos provenientes de lasviviendas; se pueden recolectar algunos desechos industriales, pero no est

diseado para las aguas provenientes de lluvias. En el proyecto en estudio,es este tipo de alcantarillado el que se disear tomando en cuenta lasnecesidades y aspectos socioeconmicos de los beneficiarios.

1.1.3Buzones

Son estructuras de concreto de forma cilndrica, de dimetro mnimo de1.20m, que permite realizar las inspecciones de revisin y mantenimientode los colectores.

Existen varios tipos de buzones que pueden ser instalados en las

alcantarillas rurales:

Buzn de inspeccinSe ubica al inicio y todo cambio de direccin de la re d de tuberas. Ladistancia entre buzones vara segn el dimetro y la pendiente del terreno,generalmente es de 80 y 100 metros para 6y 8respectivamente. Eldimetro mnimo es de 1.20m, los muros, fondo y techo, son de concretoarmado y la tapa de inspeccin removible.

Cuando los buzones son profundos, se deben colocar ramales decada para minimizar el impacto de la descarga en el buzn.


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Registro de inspeccinEs una alternativa utilizada para reemplazar buzones intermedios, enaquellos tramos largos, cuyo terreno tienen una pendiente uniforme.

BuzoneteAltura mxima de 1m, dimetro interior 0.60m.

1.1.4Conexin domiciliar

Acceso exterior a la vivienda de los usuarios , est compuesta por:

a) Caja de registro: son estructuras de concreto simple o mampostera querecibe los desages de los predios.

b) Tuberas de PVC o concreto de 4: instalada entre la caja de registro y el

punto de empalme con el colector de la va pblica. Permite la d escarga encada libre sobre la clave de la tubera colectora.


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1.2 DEL SISTEMA DE ALCANTARILLADO

Durante el funcionamiento del sistema de alcantarillado, se debe cumplir la

condicin de auto limpieza para limi tar en los colectores, la sedimentacinde arena y otras sustancias sedimentables (heces y otros productos dedesecho).

En el caso de flujo en canales abier tos la condicin de auto limpieza estdeterminada por la pendien te del conducto. Para tuberas de alcantarillado,la pendiente mnima puede ser calculada u tilizando el criterio de velocidadmnima o el criterio de la tensin tractiva. A continuacin se realiza un anlisiscomparativo de ambos criterios.

1.3 FRMULA PARA DISEO

La frmula emprica de Manning es la ms prctica para el diseo de canalesabiertos, actualmente se utiliza para conductos cerrados y tiene la siguienteexpresin:

V=1 x R2/3 x S1/2 . . . ( 1 )n

Donde:V = Velocidad (m/s)n = Coeficiente de rugosidad (adimensional)R= Radio hidrulico (m)S = Pendiente (m/m)

El Radio hidrulico se define como: R = Am . . . (2)Pm

Donde: Am = rea de la seccin Mojada (m2)Pm = Permetro de la seccin Mojada (m)

1.3.1 Para tu ber as con seccin l lena:

El radio hidrulico es: R = D . . . ( 3 )4

Donde: D = Dimetro (m)

Sustituyendo el valor de (R), la frmula de Manning para tuberas a seccin llenaes:

V = 0.397 x D2/3 x S1/2 . . . ( 4 )n


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En funcin del caudal, con: Q = VA . . . (5)

Donde: Q = Caudal (m3/s)A = rea de la seccin circular (m2)

Q = 0.312 x D8/3 x S1/2 . . . ( 6 )n

1.3.2 Para tub eras con seccin parcialment e l lena:

El ngulo central (en grado sexagesimal):

= 2 ar cos 1 2h . . . ( 7 )D

Radio hidrulico:

R = D x 1 - 360xsen . . . ( 8 )4 2xPIx

Sustituyendo el valor de (R), la frmula de Manning para tuberas conseccin parcialmente llena es:

V = 0.397D2/3 1 360xsen 2/3 x S1/2 . . . ( 9 )n 2xPIx

En funcin del caudal:

Q = D8/3 x (2xPIx - 360xsen)5/3 S1/2 . . . ( 10 )7257.15n(2xPIx)2/3


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1 .4 CRITERIO DE VELOCIDAD MNIMA

La prctica usual, es calcular la pendiente mnima, con el criterio de lavelocidad mnima y para condiciones de flujo a seccin llena. Bajo este criteriolas tuberas de alcantarillado se proyectan con pendientes que aseguren unavelocidad mnima de 0.6 m/s. De la frmula de Manning, la pendiente tiene lasiguiente expresin:

S(m/m)= V x n 2 . . . ( 11 )0.397xD2/3

En el Cuadro N 01, se presenta los valores de la pendien te mnima calculada conla ecuacin (1), basado en el cri terio de la velocidad mnima, cuando el flujopromedio est a 100% de la capacidad del colector (seccin llena) y la

velocidad mnima requerida para es tas condiciones es V = 0.6 m/s, para uncoeficiente de rugosidad n =0.013, ambos constantes.

Cuadro N 01Pendientes Mnimas Criterio de Velocidad

Dimetro( m )

PendienteMnima( o/ oo)

Velocidad aSeccin Llena

(m / s)

Caudal a SeccinLlena

(m 3/ s)

0.10 8.32 0.60 0.00470.15 4.85 0.60 0.01060.20 3.30 0.60 0.01890.25 2.45 0.60 0.0295

0.30 1.92 0.60 0.04240.35 1.57 0.60 0.05780.40 1.31 0.60 0.07540.45 1.12 0.60 0.09550.50 0.97 0.60 0.1179

1.5 CRITERIO DE LA TENSIN TRACTIVA

La tensin tractiva o tensin de arrastre (t) es el esfuerzo tangencial unitarioejercido por el lquido sobre el colector y en consecuencia sobre el material

depositado. Tiene la siguiente expresin:t = r g RS . . . ( 12 )

Donde: t = Tensin tractiva en pascal (Pa)r = Densidad del agua (1000 kg/m3)g = Aceleracin de la gravedad (9.81 m/s2)R= Radio Hidrulico (m)S = Pendiente de la Tubera (m/m)


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El objetivo es calcular la pendiente mnima del tramo, capaz de provocar latensin suficiente para arrastrar el material que se deposita en el fondo.

La pendiente mnima de la tubera, puede ser calculada con el criterio de latensin tractiva, considerando que el transporte de sedimentos esproporcional a la tensin tractiva. De la ecuacin (2), obtenemos la pendientede la tubera a seccin llena:

S = t . . . ( 13 )R g r

Sustituyendo la ecuacin (8) en (13), obtenemos la pendiente para tuberaspara seccin parcialmente llena:

S = t . . . ( 14 )r xgx Dx 1 - 360 xsen

4 2x PIx

En el Cuadro N 02, se presenta los valores de la pendiente mnima calculadacon la ecuacin (13), basado en el criterio de la tensin tractiva, cuando elflujo promedio est a 100% de la capacidad del colector (seccin llena). Parafines de comparacin con el criterio de velocidad, previamente se calcul latensin tractiva = 2.04 Pa, con la pendiente de 8.32 o/oo, el radio hidrulicoR = D/4 y para el dimetro de 0.10 m (ecuacin 12). Luego la velocidad

fue obtenida con la frmula de Manning con un coeficiente de rugosidad n =0.013.

Cuadro N 02Pendientes Mnimas Criterio de la Tensin Tractiva

Dimetro( m )

PendienteMnima( o/ oo)

Velocidad aSeccin

Llena (m / s)

Caudal a SeccinLlena

(m 3/ s)

0.10 8.32 0.60 0.00470.15 5.55 0.64 0.01140.20 4.16 0.67 0.02120.25 3.33 0.70 0.0343

0.30 2.77 0.72 0.05100.35 2.38 0.74 0.07120.40 2.08 0.76 0.09510.45 1.85 0.77 0.12270.50 1.66 0.78 0.1542


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1.6 COMPARACIN DE CRITERIOS DE DISEO

Comparando los valores de los Cuadros N 01 y 02, se observa que el diseo

basado en el Criterio de la Tensin Tractiva permite para un mismo dimetro,mayor caudal, velocidad y pendiente que el diseo basado en el Criterio de laVelocidad Mnima. La diferencia es impor tante conforme se incremen ta eldimetro. Si bien la prctica usual de diseo es determinar pendientesmnimas sobre la base de la velocidad mnima cons tante, quedademostrado que el diseo se debe basar en una tensin tractiva mnimaconstante. La condicin de autolimpieza de la tubera es creada por la tensinTractiva del flujo.


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1.7 ESPECIFICACIONES TCNICAS

1.7.1 Ubicacin y recubrimiento de tuberas

Los colectores se proyectaran a una profundidad tal, que asegure satisfacer a lams desfavorable de las siguientes condiciones:

a) La profundidad requerida para prever el drenaje de las reas vecinas.

b) La profundidad necesaria para no interferir con otros servicios pblicosexistentes y/o proyectados, ubicados principalmente en las calles transversales ala Inea del colector. Asimismo su cota de tapa debern disearse y ejecutarseen funcin a la rasante definitiva de las pistas y veredas aprobadas por laEntidad competente(Municipios de la jurisdiccin)

c) Un recubrimiento mnimo de 1,00 m sobre la clave del colector enrelacin con el nivel de la calzada; salvo vas peaton ales en que elrecubrimiento podr ser menor.

d) Asegurar el drenaje de todos los lotes que den frente a la calle enla que estar ubicado el colector, considerando que por lo menos las dosterceras (2/3) partes de cada lote en profundid ad, puedan descargar porgravedad, partiendo la instalacin interior con 0,30 m por debajo del nivel delterreno y con una pendiente mnima de quince por mil (15%).

e) El proyectista deber detallar en los planos y en la Memoria Descriptiva losaspectos constructivosque no estn contemplados en las especificaciones tcnicas de la Empresa(napa fretica superficial, zonas pantanosas, zonas inestables(arena, desmonte,relleno de basura, etc.)

1.7.2 Cmaras de inspeccin

Se proyectarn cmaras de inspeccin en:

El inicio de los tramos de arranque Empalmes de colectores Cambios de direccin Cambios de pendientes Cambios de dimetro Cambios de material Lugares donde sea necesario por razones de inspeccin y limpieza.


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Nota: Deber preveerse que la unin de los caudales deber disearse de en talforma que en ningn caso deber generar problemas hidrulicos especialmenteel fenmeno del remanso y/o interferencia de flujos.

Es decir deber disearse adecuada y tcnicamente las canal etas,debiendo presentar los clculos hidrulicos pertinentes.

La separacin mxima entre cmaras de inspeccin ser para tuberas de:

150 mm (6") de dimetro 60m 200 mm (8") de dimetro 80m 250 mm (10") a 300 mm (12 ) de dimetro 100 m Dimetros mayores 150 m

Las cmaras de inspeccin podrn ser:

a) Buzonetas, que se utilizarn slo en vas peatonales, cuando laprofundidad sea tal, que no permita recubrimiento de 1,00 m sobre la clavedel tubo. Se proyectarn slo para colector es de 200 mm (8 ) de dimetro y enlos casos excepcionales de colectores de 150 mm (6") de dimetro. y/o dimetrosmenores que afectan su participacin tcnica.

b) Buzn tipo I, II y III, cuando la profundidad sea tal, que permitarecubrimiento mnimo de 1,00 m sobre la clave del tubo.

c) Cmaras especiales de desage, cuando la magnitud de las tuberas y/ocambios de direccin, no permitan proyectar buzones.Para buzonetas y buzones.

En los puntos de cambio de dimetro de las tuberas, debido a vari aciones dependiente o aumentos de caudal, las cmaras de inspeccin se proyectarnde manera que las tuberas coincidan: en la clave, cuando el cambio sea demenor a mayor dimetro y, en el fondo, cuando el cambio sea de mayor a menordimetro.

Para tuberas menores de 400 mm (16") de dimetro; si el dimetro inmediatoaguas abajo, por mayor pendiente puede llevar el mismo caudal en menordimetro, no se usar este menor dimetro; debiendo emplearse el mismo del

tramo de aguas arriba.

En terrenosinestables debern plantear las estructuras civiles y soportesnecesarios que garanticen la estabilidad del terreno para que las tuberas yconexiones no sean afectadas por el trnsito peatonal y/o vehicular durante sufuncionamiento y/o procesos constructivos.


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En las cmaras de inspeccin en que las tuberas no lleguen a un mismonivel, se debern proyectar cadas especiales cuando la descarga o altura decada, con respecto al fondo de la cmara, sea mayor de 1,00 m, en tal formaque la unin de los caudales de descarga no afecte el flujo normal,(fenmeno

del Remanso ).

1.7.3 Conexin predial

1.7.3.1 Diseo

Cada unidad de uso debe contar con un elemento de inspeccin de fcil acceso ala empresa prestadora del servicio.

1.7.3.2 Elementos de la conexin

Deber considerar:Elemento de reunin: cmara de inspeccinElemento de conduccin: tubera con una pendiente mnima de 15 por mil.Elementos de empalme o empotramiento: accesorios de empalme que permita ladescarga en cada libre sobre la clave de la tubera.

1.7.3.3 Ubicacin

La conexin predial de redes de aguas residuales, se ubicar a una distanciamnima de 1.20 del lmite izquierdo o derecho de la propiedad. En otros casosdeber justificarse adecuadamente.

1.7.3.4 DimetroEl dimetro mnimo de la conexin ser de 100mm.

Qsanitario = 0.49 lts/seg


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TANQUE SEPTICO

Estructura cuyo objetivo es crear dentro de ella una situacin de estabilidadhidrulica, permitiendo la sedimentacin de las partculas pesadas. El materialsedimentado forma una capa de lodo, que debe extraerse peridicamente enforma manual o mecnica.

Generalmente este tipo de tratamiento puede darse para pequeaslocalidades donde las viviendas se encuentran concentradas o medianamentedispersas o cuando algunas viviendas son parte de un proyecto dealcantarillado de una localidad y por razones topogrficas no puedendescargar a la red principal de colectores.

Estos tipos de sistemas de tratamiento estn compuestos por:

o Cmara de rejaso Tanque spticoo Pozos de infiltracino Lecho de secado.

Consideraciones:o Periodo mnimo de retencin de lquidos es de 24 horas.o Volumen del tanque sptico: segn condiciones de diseoo El dimetro de tubera de entrada y salida: segn diseoo Las bocas de inspeccin sern de : 0.60x0.60m como mnimoo

La entrada y salida de los lquidos se realizan mediante dispositivosespeciales.

Componentes:

o Tanque sptico: es una estructura de concreto armado omampostera, de forma rectangular, las dimensiones determinadas enfuncin de los caudales producidos en el sistema de alcantarillado.Pueden ser de una o dos cmaras. Poseen buzones de inspeccin alingreso y salida del tanque.

o Dispositivo de ingreso: la tubera PVC del emisor ingresa al tanque

mediante una Tee, alargada en la parte inferior que permite verterlos desages debajo del nivel de agua del tanque sptico.

o Dispositivo de salida: est constituida por una Tee de PVC de igualdimetro que el de entrada y ubicada en un nivel ms bajo que eldispositivo de entrada.

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