Download - TEORIA INSTALACION SANITARIA
PROYECTO ACADEMICO ING. SANITARIA II
Diseño y Cálculo del alcantarillado sanitario, pluvial, prueba de carga en las tuberías y estaciones de bombeo para la ciudad de El Alto (Ciudad Satélite)
5 DE ENERO DE 2015 FACULTAD NACIONAL DE INGENIERIA – INGENIERIA CIVIL
Univ. Jaime Choque Cuellar
UNIV. JAIME CHOQUE CUELLAR 5-1-15
PROYECTO ACADEMICO ING. SANITARIA II
1
Contenido CARACTERISTICAS ECONOMICAS Y CULTURALES .................................................................................................. 6
DE LA CIUDAD DE EL ALTO ................................................................................................................................... 6
1. OBJETIVO GENERAL. ..................................................................................................................................... 8
2. OBJETICO ESPECÍFICO .................................................................................................................................. 8
3. RED DE ALCANTARILLADO SANITARIO .......................................................................................................... 9
3.1. MARCO TEORICO. ................................................................................................................................. 9
3.2. TIPOS DE SISTEMAS. ............................................................................................................................. 9
3.3. IMPORTANCIA DEL SISTEMA SEPARADO. ............................................................................................ 10
3.4. DESARROLLO GENERAL DEL DISEÑO DE UNA RED DE ALCANTARILLADO. ............................................ 10
3.5. DELIMITACION DEL AREA ACTUAL Y FUTURA (PLANO). ....................................................................... 11
3.6. DELIMITACIONES DE AREAS TRIBUTARIAS (PLANO) ............................................................................ 11
3.7. TRAZADO DE COLECTORES (PLANO). .................................................................................................. 11
3.8. UBICACIÓN DE POZOS DE VISITA (PLANO). ......................................................................................... 11
3.9. NUMERACION DE POZOS DE VISITA (PLANO). ..................................................................................... 11
3.10. DETERMINACION DE AREAS DE APORTE (PLANO) Y PLANILLA DE CÁLCULO. .................................... 11
3.11. ANOTACIONES EN DEL PLANO DE DISEÑO (PLANO). ....................................................................... 11
3.12. SIMBOLOGIA EN EL DISEÑO DE REDES. ........................................................................................... 11
4. NORMAS BASICAS EN EL DISEÑO DE LAS REDES DE ALCANTARILLADO ....................................................... 12
4.1. PERIODO DE DISEÑO.- ........................................................................................................................ 12
4.2. DOTACION.- ....................................................................................................................................... 12
4.3. DIAMETROS MINIMOS.- La NB 688 recomienda: ................................................................................. 12
4.4. VELOCIDADES MINIMAS.- ................................................................................................................... 13
4.5. VELOCIDADES MAXIMAS.- .................................................................................................................. 13
4.6. PENDIENTES MAXIMAS Y MINIMAS.- .................................................................................................. 13
4.7. COEFICIENTE DE RUGOSIDAD.- ........................................................................................................... 14
4.8. SECCIONES DE ESCURRIMIENTO EN ALCANTARILLADO SANITARIO.- ................................................... 14
4.9. PROFUNDIDAD DE LAS ALCANTARILLAS.- ............................................................................................ 14
4.10. LOCALIZACION DE LAS ALCANTARILLAS.- ........................................................................................ 15
4.11. OPTIMIZACION DEL TRAZADO DE REDES DE ALCANTARILLADO.- ..................................................... 15
5. PARAMETROS DE DISEÑO DE LOS SISTEMAS DE ALCANTARILLADO SANITARIO. .......................................... 15
UNIV. JAIME CHOQUE CUELLAR 5-1-15
PROYECTO ACADEMICO ING. SANITARIA II
2
5.1. COEFICIENTES DE APORTE.- ................................................................................................................ 15
5.2. COEFICIENTES DE DISEÑO.-................................................................................................................. 15
5.3. COEFICIENTE DE MALAS CONEXIONES.- .............................................................................................. 16
5.4. AGUAS DE INFILTRACION.- ................................................................................................................. 17
5.5. CAUDALES DE APORTE.- ..................................................................................................................... 17
5.6. CAUDAL DE DISEÑO.- ......................................................................................................................... 18
5.7. CRITERIOS PARA DETERMINAR LOS CAUDALES MEDIO Y MAXIMO EN LAS REDES DE ALCANTARILLADO
SANITARIO.- ................................................................................................................................................... 18
6. RUTINA PARA EL CÁLCULO DE LAS REDES DE ALCANTARILLADO SANITARIO. .............................................. 18
6.1. GENERALIDADES.- .............................................................................................................................. 18
6.2. METODOLOGIA.- ................................................................................................................................ 18
7. PARAMETROS DE DISEÑO EN SISTEMAS DE ALCANTARILLADO PLUVIAL. .................................................... 19
7.1. MARCO TEORICO ................................................................................................................................ 19
7.2. INTENSIDAD DE PRECIPITACIONES ...................................................................................................... 20
7.3. TIMEPO DE DURACION DE LAS PRECIPITACIONES EN AREAS CODIFICADAS ......................................... 20
7.4. TIEMPO DE DURACION DE LAS PRECIPITACIONES EN AREAS NO EDIFICADAS ...................................... 21
7.5. FRECUENCIA DE LAS PRECIPITACIONES ............................................................................................... 21
7.6. AREAS DE APORTE (PLANO) ................................................................................................................ 22
7.7. COEFICIENTE ESCURRIMIENTO ........................................................................................................... 22
7.7.1. COEFICIENTE DE DISTRIBUCION .................................................................................................. 22
7.7.2. COEFICIENTE DE RETARDO .......................................................................................................... 23
7.7.3. COEFICCIENTE DE IMPERMEABILIDAD ......................................................................................... 23
7.8. COEFICIENTE DE ESCURRIMIENTO EN FUNCION DE LA DURACION DE LA PRECIPITACION ................... 24
8. METODOS DE CALCULO PARA CAUDALES DE APORTE EN SISTEMAS DE ALCANTARILLADO PLUVIAL ........... 25
8.1. METODO RACIONAL ........................................................................................................................... 25
8.2. ANALISIS DE LOS PARAMETROS DEL METODO RACIONAL ................................................................... 25
8.2.1. AREA DE LA CUENCA TRUBUTARIA (PLANO) Y DEFINICION .......................................................... 25
8.2.2. COEFICIENTE DE ESCURRIMIENTO (c) .......................................................................................... 26
8.2.3. INTENSIDAD DE LLUVIA ............................................................................................................... 26
8.3. ESTABLECIMIENTO DE ECUACIONES DE INTENSIDAD PARA LA CIUDAD DE LA PAZ .............................. 26
8.3.1. GENERALIDADES ......................................................................................................................... 26
UNIV. JAIME CHOQUE CUELLAR 5-1-15
PROYECTO ACADEMICO ING. SANITARIA II
3
8.3.2. METODOLOGIA DE CÁLCULO ...................................................................................................... 26
9. RUTINA DE CÁLCULO DE REDES DE ALCANTARILLADO PLUVIAL .................................................................. 27
9.1. GENERALIDADES ................................................................................................................................ 27
9.2. METODOLOGIA PARA EL CÁLCULO DE LA PLANILLA ............................................................................ 27
10. POZOS DE VISITA O CAMARAS DE VISITA ................................................................................................ 27
10.1. GENERALIDADES. ............................................................................................................................ 27
10.2. ASPECTOS CONSTRUCTIVOS DE LOS POZOS DE VISITA .................................................................... 28
10.3. POZOS CON CAIDA .......................................................................................................................... 29
11. SUMIDEROS ........................................................................................................................................... 30
11.1. GENERALIDADES ............................................................................................................................. 30
11.2. UBICACIÓN Y SEPARACION ............................................................................................................. 30
11.3. CARACTERISTICAS DE LOS SUMIDEROS DE CUNETA O CALZADA ...................................................... 31
11.4. CARACTERISTICAS DE LOS SUMIDEROS DE ACERA O BANQUETA ..................................................... 31
11.5. ESCURRIMIENTO EN LAS CUNETAS ................................................................................................. 32
11.6. TUBERIA DE CONEXIÓN .................................................................................................................. 32
12. TUBERIAS EN LAS REDES DE ALCANTARILLADO ....................................................................................... 33
12.1. GENERALIDADES ............................................................................................................................. 33
12.2. TUBERIAS DE CONCRETO ................................................................................................................ 33
12.3. JUNTAS ........................................................................................................................................... 34
12.4. CARACTERISTICAS DE LAS TUBERIAS DE CONCRETO ........................................................................ 34
12.5. TUBERIAS DE ACERA VITRIFICADA ................................................................................................... 34
12.6. JUNTAS ........................................................................................................................................... 35
12.7. CARACTERISTICAS DE LAS TUBERIAS DE ARCILLAS ........................................................................... 35
12.8. TUBERIA DE FIERRO FUNDIDO ........................................................................................................ 35
12.9. TUBERIA DE ASBESTO CEMENTO .................................................................................................... 35
12.10. TUBERIA DE PLASTICO .................................................................................................................... 36
12.11. ENSAYOS EN LAS TUBERIAS ............................................................................................................ 36
12.11.1. ENSAYO DE RESISTENCIA ......................................................................................................... 36
12.11.2. ENSAYO DE ABSORCION .......................................................................................................... 36
12.11.3. ENSAYO HIDROSTATICO .......................................................................................................... 37
13. CARGA EN LAS ALCANTARILLAS .............................................................................................................. 37
UNIV. JAIME CHOQUE CUELLAR 5-1-15
PROYECTO ACADEMICO ING. SANITARIA II
4
13.1. GENERALIDADES ............................................................................................................................. 37
13.2. GRUPOS DE CARGA EN LOS CONDUCTOS SUBTERRANEOS .............................................................. 37
13.3. CALCULO DE CARGAS MUERTAS ..................................................................................................... 38
13.4. CALCULO DE CARGAS VIVAS ........................................................................................................... 39
13.5. RESISTENCIA DE SOPORTE DE LOS CONDUCTOS .............................................................................. 39
13.6. FACTOR DE SEGURIDAD .................................................................................................................. 40
13.7. FACTOR DE CARGA ......................................................................................................................... 40
13.8. TIPO DE APOYO .............................................................................................................................. 40
14. ALIVIADEROS O VERTEDORES ................................................................................................................. 41
14.1. GENERALIDADES ............................................................................................................................. 41
14.2. ALIVIADEROS ORDINARIOS ............................................................................................................. 41
14.3. ALIVIADEROS LATERALES ................................................................................................................ 42
14.4. ALIVIADEROS TRANSVERSALES ....................................................................................................... 42
14.5. ALIVIADEROS DE FONDO ................................................................................................................ 43
15. SIFONES ................................................................................................................................................. 43
15.1. GENERALIDADES ............................................................................................................................. 43
15.2. CONDICIONES DE CÁLCULO ............................................................................................................ 43
16. INSTALACION DE LAS ALCANTARILLAS .................................................................................................... 44
16.1. DISPOSICIONES GENERALES ............................................................................................................ 44
16.2. DESCARGA DE TUBERIAS ................................................................................................................. 44
16.3. TRAZO ............................................................................................................................................ 44
16.4. NIVELES .......................................................................................................................................... 44
16.5. EXCAVACION .................................................................................................................................. 45
16.6. PLANTILLA ...................................................................................................................................... 45
16.7. ADEME ........................................................................................................................................... 45
16.8. JUNTEO DE LAS TUBERIAS ............................................................................................................... 45
16.9. LIMPIEZA ........................................................................................................................................ 46
17. ESTACIONES DE BOMBEO ....................................................................................................................... 46
17.1. GENERALIDADES ............................................................................................................................. 46
17.2. LOCALIZACION ................................................................................................................................ 46
17.3. UNIDADES DE BOMBEO EN LAS ESTACIONES .................................................................................. 47
UNIV. JAIME CHOQUE CUELLAR 5-1-15
PROYECTO ACADEMICO ING. SANITARIA II
5
17.4. CLASES DE UNIDADES DE BOMBEO ................................................................................................. 47
17.5. EYECTORES NEUMATICOS ............................................................................................................... 48
17.6. PARAFUSO HIDRAULICO DE ARQUIMIDES ....................................................................................... 48
17.7. BOMBAS CENTRIFUGAS .................................................................................................................. 49
17.7.1. TIPOS DE BOMBEO ..................................................................................................................... 49
17.8. CAUDALES DE ELEVACION ............................................................................................................... 50
17.9. POTENCIA DE LA ESTACION DE BOMBEO ........................................................................................ 50
17.10. DETERMINACION DE LA CARGA DE IMPULSION .............................................................................. 50
17.11. RENDIMIENTO DEL CONJUNTO DE ELEVACION ............................................................................... 51
17.12. VELOCIDAD ESPECÍFICA .................................................................................................................. 51
17.13. LA CAVITACION ............................................................................................................................... 51
17.14. DETERMINACION DEL VOLUMEN DE POZO DE SUCCION O CAMARA ............................................... 52
18. DISEÑO EMISARIO .................................................................................................................................. 53
19. PERFIL LONGITUDINAL DE TODO EL SISTEMA ......................................................................................... 53
20. ANEXOS.................................................................................................................................................. 53
UNIV. JAIME CHOQUE CUELLAR 5-1-15
PROYECTO ACADEMICO ING. SANITARIA II
6
CARACTERISTICAS ECONOMICAS Y CULTURALES
DE LA CIUDAD DE EL ALTO
El Alto es una ciudad y municipio de Bolivia, ubicado en el departamento de La Paz, (Provincia de Murillo)
situada al oeste de Bolivia en la meseta altiplánica. Forma parte del Área metropolitana de La Paz, con la que
forma la aglomeración urbana más grande del país. Se encuentra a una altitud de 4.070 msnm lo que la hace la
segunda ciudad más alta del mundo. Tiene una población de 848.840 habitantes (2012). En la ciudad se
encuentra el Aeropuerto Internacional El Alto y el
Comando de la Fuerza Aérea Boliviana. Posee una gran actividad comercial minorista. En la ciudad hay 5600
pymes, fábricas y plantas de procesamiento de hidrocarburos, es lugar de exportación de los recursos minerales
del país y materia prima procesada, es sede de la Universidad Pública de El Alto y cuenta con una orquesta
sinfónica además de museos y otras instituciones culturales menores.
El Alto ha sido el lugar establecimiento para inmigrantes del resto del país, en especial recién llegados de las
áreas rurales. La mayoría de los inmigrantes que viven en esta ciudad provienen de los sectores rurales de los
departamentos de La Paz, Oruro y Potosí.
Las zonas más importantes son:
• 1.º de Mayo (habitada originalmente por trabajadores fabriles),
• 16 de julio (zona comercial de El Alto)
• Alto Lima,
• Ballivian
• Complejo
• Convifag
• Ciudad Satélite (habitada originalmente por empleados públicos),
• El Kenko,
• German Bush
• Kollpani
• Mercedario
• Nuevos Horizontes,
• Río Seco
• Senkata,
UNIV. JAIME CHOQUE CUELLAR 5-1-15
PROYECTO ACADEMICO ING. SANITARIA II
7
• Santiago I
• Santiago II
• Villa Adela (habitada originalmente por empleados de las FF.AA.),
• Villa Alemania,
• Villa Exaltación,
• Villa Dolores,
• Villa Ingavi
• Villa Bolivar "E"
• Villa Bolivar "B"
El 6 de marzo de 1985 en el marco de la Ley N° 628, el Congreso de la República creó la Cuarta Sección Municipal
de la Provincia Murillo con su capital El Alto. El 26 de septiembre de 1988 el Congreso promulgó la Ley N°1014
que eleva a El Alto a rango de ciudad. El municipio de El Alto, se encuentra en la cuarta sección de la provincia
Murillo del Departamento de La Paz, con una superficie de 387,56 Km2 que representa el 7,58% de la superficie
total de la Provincia Murillo. Cuenta con 14 distritos, 9 urbanos y 5 rurales, el 40,24%de la superficie territorial
es área urbana y el 59,76% rural.
La población de El Alto está constituida por migrantes que vinieron a poblar sus tierras principalmente durante
los años 1976 y 1986. Una importante población de campesinos del Altiplano norte migraron a éste municipio
debido a las condiciones agrícolas que imperaban en sus tierras, otro fuerte flujo provino de las minas producto
de la relocalización de trabajadores mineros por la caída de precio del estaño en 1982 y 1985. Esta población
migrante, mayoritariamente provenía del campo, de territorios de predominio aymara del departamento de La
Paz, también de los Yungas y de las poblaciones aledañas al lago Titicaca. También s epresenta una importante
migración que proviene de la ciudad de La Paz, se calcula que aproximadamente 2.500 habitantes migran de la
ciudad de La Paz a El Alto por año (Garfias y Mazurek, 2005).La población migrante se caracteriza por
encontrarse en edad de trabajar, por tener pocos hijos y ser joven.
El Alto actualmente cuenta con una población intercultural que se expresa en el origen de múltiples
procedencias de sus vecinos y vecinas. De esta manera, en la cotidianidad alteña se encuentran expresiones
culturales andinas que expresan el sincretismo entre la religiosidad católica y la religiosidad ancestral formando
la religiosidad católica popular. Las entradas festivas patronales que existen prácticamente en todas las zonas
son expresión clara de ello. Otra modalidad de encuentro y simbiosis cultural son las ch´allas, los mercados
populares y las ferias callejeras, donde coexisten en un solo territorio la tradición con la modernidad y la
UNIV. JAIME CHOQUE CUELLAR 5-1-15
PROYECTO ACADEMICO ING. SANITARIA II
8
posmodernidad occidental. Se añade que en las costumbres referidas a la culinaria y la música, son expresiones
donde se hacen más visibles estos sincretismos culturales.
Población según sexo 2001-2010
Año Total Hombres Mujeres
2001 677,412 334,675 342,737
2008 896,773 437,26 459,513
2009 928.851 452.036 476.815
2010 960,767 466,724 494,043
El Alto se ha convertido en una de las ciudades de mayor crecimiento poblacional, de acuerdo al INE su tasa de
crecimiento poblacional intercensal 1992-2001 fue de 5,1% siendo la más alta del país. Para el 2012 se estima
que la población alteña supere el millón de habitantes.
La población según origen migratorio, para el año 2000 provenía de áreas rurales un 56% y un 44% de ciudades,
sobre todo de La Paz. En el año 2002, las condiciones de la población alteña habían variado significativamente
encontrando que 59% de la población estaba compuesta por personas nacidas en El Alto y 41% por inmigrantes,
de los cuales 33% eran antiguos y 8% recientes.
La mayor parte de la población se caracteriza por ser joven representando el 59% la menor a 24 años, y la
población menor a 14 años representa el 39%. Por tanto la niñez y la juventud son dos estratos de la población a
los cuales se debe considerar en las políticas públicas y generar oportunidades para su adecuado desarrollo.
Otro aspecto relevante de El Alto, es la relación productivo - social que tiene con la ciudad de La Paz; debido a
que muchos alteños trabajan en ciudad de La Paz vendiendo sus productos en las ferias paceñas, y que una gran
cantidad de empresas paceñas tienen sus fabricas ubicadas en El Alto, contratando empleados y mano de obra
alteña; este tramado social denota una interdependencia entre ambas ciudades.
1. OBJETIVO GENERAL.
Diseñar y calcular el alcantarillado sanitario, pluvial, prueba de carga en las tuberías y estaciones de
bombeo para la ciudad de El Alto (Ciudad Satélite)
2. OBJETICO ESPECÍFICO
• Determinar las Áreas Actuales y Futuras del Área de emplazamiento.
• Cumplir con las Normas de la NB688 para el diseño de alcantarillad sanitario y pluvial.
UNIV. JAIME CHOQUE CUELLAR 5-1-15
PROYECTO ACADEMICO ING. SANITARIA II
9
• Determinar la Población inicial y Futura
• Determinar el caudal de Diseño
• Determinar los diámetros de alcantarillado.
3. RED DE ALCANTARILLADO SANITARIO 3.1. MARCO TEORICO.
Se denomina redes de alcantarillado a un conjunto adecuado de obras que captan y transportan las
aguas residuales y/o pluviales mediante conductos subterráneos denominados alcantarillas o
colectores.
Aguas residuales, son las provenientes de industrias y habitaciones que contienen sustancias y
residuos potencialmente peligrosos, desagradables a la vista y putrescibles, se incluyen las aguas
negras y las servidas.
Aguas negras, son parte de las aguas residuales que no han sufrido un proceso industrial y pueden
ser o no combinación de aguas servidas y aguas fecales.
Aguas servidas, son las originadas por las acciones de lavado y limpieza, son parte de las aguas
residuales.
Aguas fecales, son las que contienen desechos humanos, son aguas típicas de las zonas
habitacionales.
Aguas pluviales, son las provenientes de precipitaciones, nevadas y deshielos.
3.2. TIPOS DE SISTEMAS.
a) Sistema separado.- Utiliza un sistema exclusivo de red de alcantarillado para aguas residuales y,
un sistema exclusivo de red de alcantarillado para aguas pluviales.
b) Sistema combinado o unitario.- Transporta en el mismo sistema de red de alcantarillado las
aguas residuales y pluviales.
c) Sistema Seudoseparativo.- Consiste en una variante del sistema unitario, donde un sistema
exclusivo de red de alcantarillas recibe las aguas residuales y las pluviales provenientes de
habitaciones, mientras las aguas pluviales de áreas de equipamiento, plazas y vías escurren por
las cunetas a otro sistema de red.
UNIV. JAIME CHOQUE CUELLAR 5-1-15
PROYECTO ACADEMICO ING. SANITARIA II
10
3.3. IMPORTANCIA DEL SISTEMA SEPARADO.
Los aspectos que se anota, determinan la importancia del sistema separado en relación a los otros
sistemas de red.
• La topografía de las ciudades con diferentes cuencas y en zonas de pendiente pronunciadas,
permiten la concentración rápida de las aguas de lluvia. Por tanto se puede botar
directamente las aguas de lluvia en los cauces de ríos y quebradas, reduciendo
considerablemente la extensión de colectores o la necesidad de colectores de dimensiones
importantes.
• La posibilidad de construir un sistema de alcantarillado sanitario prioritariamente y
posteriormente el sistema de alcantarillado pluvial, disminuyendo montos de inversión
inicial.
• Facilidad del tratamiento de aguas residuales y la posibilidad de utilizar equipos de
elevación.
3.4. DESARROLLO GENERAL DEL DISEÑO DE UNA RED DE ALCANTARILLADO.
Delimitación del área actual y futura.- En el plano topográfico se marca con un trazo el límite de
área edificada y existente y con otro los límites de expansión o área de futuro asentamiento
poblacional, de acuerdo a las tendencias de crecimiento, de esta manera se establece: densidades
poblacionales existentes y futuras, así como las diferentes etapas de construcción.
Delimitación de áreas tributarias.- En los sistemas de alcantarillado sanitario, la delimitación de
áreas tributarias sigue las características de los límites de propiedad, las líneas centrales de vías y
calles y las curvas de nivel de manera que incluya toda el área que drena hacia un colector y excluya
áreas que drenan a otro colector.
Trazo de colectores.- El trazo de colectores de una red de alcantarillado debe comprender como
condición natural y económica, seguir estrictamente la pendiente natural de la superficie del suelo a
fin de evitar excavaciones costosas.
Ubicación de pozos de visita.- Estos se obligan en los siguientes lugares:
a) En todos los cruceros o esquinas de vía
b) En todo cambio de dirección o de pendiente
UNIV. JAIME CHOQUE CUELLAR 5-1-15
PROYECTO ACADEMICO ING. SANITARIA II
11
c) En todo cambio de diámetro
d) En toda unión de colectores
e) En todos los puntos intermedios que no mantengan un espaciamiento permitido no mayor a
los 100 metros (En nuestro país espaciamiento entre cámaras de visita de 60 metros para
diámetros iguales y menores a 61 cm y 80 m para diámetros mayores)
3.5. DELIMITACION DEL AREA ACTUAL Y FUTURA (PLANO).
3.6. DELIMITACIONES DE AREAS TRIBUTARIAS (PLANO)
3.7. TRAZADO DE COLECTORES (PLANO).
3.8. UBICACIÓN DE POZOS DE VISITA (PLANO).
3.9. NUMERACION DE POZOS DE VISITA (PLANO).
3.10. DETERMINACION DE AREAS DE APORTE (PLANO) Y PLANILLA DE CÁLCULO.
3.11. ANOTACIONES EN DEL PLANO DE DISEÑO (PLANO).
3.12. SIMBOLOGIA EN EL DISEÑO DE REDES.
Alcantarillado hasta 61 cm (24” Ø)
Alcantarillado mayor a 61 cm (24” Ø)
Alcantarillado no circular
Dirección del escurrimiento
Pozo de visita
Alcantarilla de arranque
Pozo de visita especial
Longitud–pendiente–diámetro (m - % - cm)
Alcantarilla futura hasta 61 cm (24” Ø)
UNIV. JAIME CHOQUE CUELLAR 5-1-15
PROYECTO ACADEMICO ING. SANITARIA II
12
4. NORMAS BASICAS EN EL DISEÑO DE LAS REDES DE ALCANTARILLADO
4.1. PERIODO DE DISEÑO.- Tiene que ver con el ciclo de vida del sistema. El periodo de diseño
indica la magnitud del proyecto, es decir del tamaño.
Estructura Vida útil [años]
Alcantarillados secundarios 20 a 25 años
Alcantarillados principales 25 a 30 años
Emisarios 30 a 50 años
Estructuras (Sifón, aliviaderos, etc.) 25 a 30 años
Equipos (Sistema de Bombeo, etc.) 8 a 10 años
4.2. DOTACION.- Es la cantidad de agua que requiere una persona en un día para satisfacer sus
necesidades de alimentación, de vida, aseo, limpieza, etc. Su valor depende del clima, costumbres,
etc. La Norma Boliviana indica:
t
f od
D D 1100
= +
Df = Dotación futura [lt/hab/día]
Do = Dotación inicial
d = Tasa de crecimiento de la dotación (0,5% a 2 %)
t = Número de años o periodo de diseño
4.3. DIAMETROS MINIMOS.- La NB 688 recomienda:
Corresponde a min 4"∅ = (antes 6”) para tramos de arranque
min 6"∅ = Para tramos intermedios.
Se tienen que garantizar el mantenimiento, es decir la limpieza de la alcantarilla.
UNIV. JAIME CHOQUE CUELLAR 5-1-15
PROYECTO ACADEMICO ING. SANITARIA II
13
4.4. VELOCIDADES MINIMAS.-
Para sección llena mmin segV 0,6 =
Para sección poco llena mmin segV 0,3 =
4.5. VELOCIDADES MAXIMAS.-
mMax segV 4 a 5 = Para evitar la erosión
mMax segV 3 = Para evitar la generación del 2H S en tubos de Hormigón
4.6. PENDIENTES MAXIMAS Y MINIMAS.-
Velocidad como criterio
Diámetro minS
[ ]00
secc. llenaQ
[ ]lt / seg
MaxS
[ ]00 [plg] [mm]
4 100 0,832 4,7 57,8
6 150 0,485 10,6 33,65
8 200 0,330 18,8 22,93
10 250 0,245 29,5 17,03
12 300 0,192 42,4 13,35
14 350 0,157 57,7 10,9
16 400 0,131 75,4 9,1
18 450 0,112 95,4 7,78
20 500 0,097 117,8 6,76
Tensión Tractiva como criterio
UNIV. JAIME CHOQUE CUELLAR 5-1-15
PROYECTO ACADEMICO ING. SANITARIA II
14
Diámetro minS
[ ]00
secc. llenaQ
[ ]lt / seg [plg] [mm]
4 100 0,668 4,22
6 150 0,446 10,17
8 200 0,334 18,96
10 250 0,267 30,75
12 300 0,223 45,65
14 350 0,191 63,75
16 400 0,167 85,13
18 450 0,149 109,88
20 500 0,134 136,06
4.7. COEFICIENTE DE RUGOSIDAD.- En el interior de la alcantarilla se forma una capa biológica y
además las acometidas provocan perturbaciones en el flujo del agua, por ello se emplea el valor de
n = 0,013 para cualquier material de la tubería.
4.8. SECCIONES DE ESCURRIMIENTO EN ALCANTARILLADO SANITARIO.- La posibilidad
de determinar con mayor precisión los caudales máximos futuros y considerando que una sección
inferior a la mitad es suficiente para asegurar la ventilación de las alcantarillas, estas se proyectan
para funcionar a 2/3 o ¾ de la sección lo que permite obtener mejores rendimientos.
4.9. PROFUNDIDAD DE LAS ALCANTARILLAS.- El costo de las redes de alcantarillado varía con
la profundidad de su instalación, a mayor excavación se incrementan los costos de excavación y
relleno, transporte de tierra, entubamiento y de instalación.
Para asegurar un drenaje adecuado de los artefactos provenientes de las industrias y habitaciones
se aconseja profundidades de 1,5 a 2 metros para las alcantarilla sanitarias. No es conveniente la
UNIV. JAIME CHOQUE CUELLAR 5-1-15
PROYECTO ACADEMICO ING. SANITARIA II
15
instalación de alcantarillas a profundidades mayores de 4 metros por los problemas que
presentarían con las conexiones domiciliarias.
4.10. LOCALIZACION DE LAS ALCANTARILLAS.- La localización está gobernada por razones de
un servicio económico a los usuarios de ambos frentes de un manzano, lo que obliga a que las
distancias de conexión sean equidistantes. Por razones anotadas las alcantarillas sanitarias se
localizan en la parte central de las vías. En vías mayores a 16 metros se utilizan dos colectores y en
avenidas con jardineras o camellones se optará por colocar la alcantarilla en los mismos.
4.11. OPTIMIZACION DEL TRAZADO DE REDES DE ALCANTARILLADO.- Los factores que
gobiernan la optimización del trazado de una red de alcantarillado son: a) tipo de sistema elegido, b)
topografía de la zona, c) disposición de las aguas.
Los trazados más utilizados en la redes son: el de bayonetas, perpendicular y el de peine. El trazado
de bayonetas se emplea generalmente en el sistema separado, en zonas relativamente planas y para
una disposición final de las aguas en lo posible en un solo cuerpo receptor.
El trazado en peine y el perpendicular, se utilizan indistintamente en sistemas separado o unitario y
para descargas en uno o varios puntos.
5. PARAMETROS DE DISEÑO DE LOS SISTEMAS DE ALCANTARILLADO SANITARIO.
5.1. COEFICIENTES DE APORTE.- La cantidad de agua residual que llega a los colectores de una
red de alcantarillado sanitario, es menor que la cantidad de agua con que se abastece a una
población. Del total de agua abastecida, parte se emplea en riego de jardines, lavado de calles,
extinción de incendios, generación de vapor, lavado de autos y fuga en la red de distribución. La otra
parte se convierte en agua residual que llega al sistema de alcantarillado. Estudios estadísticos han
estimado el porcentaje de agua abastecida que llega a la red de alcantarillado, lo que genera un
coeficiente de aporte que es la relación entre el volumen de agua abastecida y el volumen de agua
que llega a las alcantarillas o colectores, este coeficiente se estima equivalente entre el 60 y 80 por
ciento de la dotación.
5.2. COEFICIENTES DE DISEÑO.- Estas son:
a) Coeficiente de aporte o de retorno “K”.- Es la relación entre el volumen de agua residual en
el alcantarillado y el agua potable
UNIV. JAIME CHOQUE CUELLAR 5-1-15
PROYECTO ACADEMICO ING. SANITARIA II
16
agua residual
agua potable
VK
V=
K varía de 60 a 80%
b) Coeficiente de Punta “M”.- Es el factor de mayoración que se emplea para determinar el
caudal máximo.
Harwon ( )14M 1 1000 P 100000hab
4 P= + ≤ ≤
+
Babbit ( )0,2
5M 1 P 1000hab
P= ≤ ≤
Gifft ( )0,167
5M 1 P 1000hab
P= ≤ ≤
Flores 0,1
7M
P=
NB688 ( )M K1*K2 K1 1,2 K2 1,5= = − =
Donde P está en miles de habitantes
c) Tasa de Infiltración “Ti”.- Se refiere al valor numérico de agua subterránea que ingresa a las
alcantarillas y cámaras de inspección, es decir la influencia del nivel freático.
Tubo de cemento Tubo de arcilla Tubo PVC
NF bajo 0,5 0,2 0,5 0,1 0,1 0,05
NF alto 0,8 0,2 0,7 0,1 0,15 0,5
Unión cemento goma cemento goma cemento goma
Ti [lt/seg-Km]
5.3. COEFICIENTE DE MALAS CONEXIONES.- En los caudales de aporte de las redes de
alcantarillado sanitario, se deben considerar los caudales pluviales provenientes de malas
UNIV. JAIME CHOQUE CUELLAR 5-1-15
PROYECTO ACADEMICO ING. SANITARIA II
17
conexiones o conexiones clandestinas, lo que determina fijar un coeficiente de seguridad
equivalente al 5 0 10 por ciento del caudal máximo previsto de las aguas residuales.
5.4. AGUAS DE INFILTRACION.- Las redes de alcantarillado permiten la infiltración de aguas
subterráneas principalmente aguas vadosas y freáticas a través de las fisuras en los conductos,
juntas mal realizadas o por los posos de visita no estancos. El potencial de la infiltración varía en
relación a los factores siguientes: a) altura del nivel freático sobre el fondo del colector, b)
Permeabilidad del suelo y cantidad de precipitación anual, c) Dimensiones, estado y tipo de
alcantarillas y construcción de pozos de visita.
Es usual adoptar valores equivalentes o iguales de 0,5 lt/seg/Km a 1,01 lt/seg/Km. Los valores
mayores se aceptan en redes instaladas bajo el nivel freático y de materiales no muy estancos. Los
valores bajos se adoptan en alcantarillas instaladas por encima del nivel freático y en zanjas secas.
5.5. CAUDALES DE APORTE.-
El caudal de las aguas residuales varía de hora en hora, cada día y cada año. En la noche llega a su
caudal mínimo y en la mañana crece hasta llegar al máximo. En la tarde llega a descender.
� Caudal Medio:
( )mPob*Dot
Q *K K 80 60%86400
= ≅ −
� Caudal Máximo:
Max mQ Q *M=
� Caudal mínimo:
mmin
M=
� Caudal de malos empotramientos: Conexiones ilícitas de las agua de lluvia en el
alcantarillado sanitario.
me MaxQ 10 a 20% Q=
� Caudal por Infiltración:
UNIV. JAIME CHOQUE CUELLAR 5-1-15
PROYECTO ACADEMICO ING. SANITARIA II
18
i iQ T *L=
L = Longitud de La tubería
� Caudal concentrado: Aportes de las industrias comerciales y locales públicos.
3
cmQ su unidad es dia =
5.6. CAUDAL DE DISEÑO.- En general las alcantarillas se diseñan con el caudal máximo, aunque en
la mayor parte de los sistemas se presentan caudales adicionales como son: el caudal por infiltración
y el de malas conexiones entre otras.
d Max me i cQ Q Q Q Q= + + +
5.7. CRITERIOS PARA DETERMINAR LOS CAUDALES MEDIO Y MAXIMO EN LAS
REDES DE ALCANTARILLADO SANITARIO.- En el cálculo de las redes de alcantarillado, la
determinación de los caudales de aporte se realiza en base a la densidad poblacional, como función
de la población asentada en relación al área servida. Sin embargo, es práctico establecer como
criterio en la determinación de los caudales de aporte, la densidad poblacional como función de la
población asentada en relación a la longitud de las alcantarillas en lugar del área servida, ello podrá
permitir una estimación mejor del aporte de aguas residuales.
6. RUTINA PARA EL CÁLCULO DE LAS REDES DE ALCANTARILLADO
SANITARIO.
6.1. GENERALIDADES.- La planilla de cálculo para la red de alcantarillado se basará en la aplicación
de la densidad poblacional para las áreas de asentamiento.
6.2. METODOLOGIA.-
a) Se elige una planilla de calculo que identifique los datos básicos obtenidos e incorpore los
cálculos de los caudales de aporte, los regímenes hidráulicos de funcionamiento de las
alcantarillas y las características geométricas de las mismas, finalmente la planilla contendrá
aspectos relativos al terreno y rasante.
UNIV. JAIME CHOQUE CUELLAR 5-1-15
PROYECTO ACADEMICO ING. SANITARIA II
19
b) Los cálculos se inician desde el extremo superior, aguas arriba de la red, hacia el extremo
inferior, aguas abajo y así sucesivamente hasta cubrir toda la red de alcantarillado.
c) Se incluirán en la planilla también los datos obtenidos del diseño geométrico, los datos de la
densidad poblacional relacionada con el área de asentamiento.
d) El caudal promedio, los caudales de aporte máximo y mínimo, además de coeficiente de punta
adoptado.
e) El caudal de infiltración adoptado para la zona.
f) Los caudales totales de aporte.
g) La pendiente que tendrá la alcantarilla, el caudal que conducirá ésta y su profundidad.
h) Se elige el diámetro que tendrá la alcantarilla para permitir conducir el caudal máximo total con
la velocidad adecuada.
i) Se determina el funcionamiento de la alcantarilla a sección parcialmente llena, se obtiene la
relación del caudal máximo con el caudal a sección llena, la relación de la velocidad a sección
llena con la velocidad a sección parcialmente llena.
j) Se controlará la validez del cálculo, se determina la velocidad real del flujo, se obtiene el tirante
de escurrimiento.
k) Se anotará la caída de la carga de energía disponible y se anotará la cota de la plantilla en la que
se ubicará la alcantarilla.
7. PARAMETROS DE DISEÑO EN SISTEMAS DE ALCANTARILLADO
PLUVIAL. 7.1. MARCO TEORICO
Los parámetros determinantes en el diseño de los sistemas de alcantarillado pluvial son.
a) Intensidad, tiempo de duración y frecuencia de las precipitaciones.
b) Tamaño y características de la cuenca o cuencas tributarias, coeficiente de escorrentía.
UNIV. JAIME CHOQUE CUELLAR 5-1-15
PROYECTO ACADEMICO ING. SANITARIA II
20
7.2. INTENSIDAD DE PRECIPITACIONES
En las precipitaciones, la intensidad de lluvia en general no permanece constante durante un
periodo considerable de tiempo. Al contrario la precipitación puede variar desde una luvia ligera
hasta una tormenta.
En general la intensidad de lluvia medida en mm/hr ó cm/hr, se determina dividiendo la altura de
precipitación por la duración de la misma, es decir, la intensidad varía inversamente a la duración de
la precipitación. De lo anterior, se obtiene una intensidad media resultante de la relación entre la
altura total de precipitación H ocurrida en un tiempo T, y una intensidad máxima en un periodo
corto de tiempo, en el cual se acumula una altura de precipitación, que es la intensidad utilizada en
los cálculos de los sistemas de alcantarillado pluvial.
7.3. TIMEPO DE DURACION DE LAS PRECIPITACIONES EN AREAS CODIFICADAS
Cuando se estudia un área tributaria que contribuye con un caudal a una sección considerada,
siempre transcurre un cierto tiempo a contar desde la iniciación de la lluvia hasta que toda el área
esté contribuyendo. Este intervalo de tiempo se denomina tiempo de duración de la lluvia y se
compone de dos partes, un tiempo de entrada (te) o de recorrido y un tiempo de trayecto en la
alcantarilla (tp)
td te tp= +
El tiempo de entrada te es el tiempo empleado para que las aguas precipitadas en el punto más
alejado del área lleguen a una sección considerada. Entonces, en los sistemas de alcantarillado
pluvial para áreas edificadas, se considera el tiempo de entrada empleado para que las aguas
recorran sobre el tejado, las canaletas y calzadas hasta sumideros. De acuerdo a muchos autores,
este tiempo varía entre 3 a 209 minutos, siendo recomendable 5 minutos para zonas con pendientes
pronunciadas y/o donde las alcantarillas se conectan directamente del sistema domiciliario al
público y 10 minutos para zonas planas y/o donde los colectores domiciliarios descargan a las
cunetas antes de ingresar al sistema público.
El tiempo de trayecto en la alcantarilla tp es el tiempo transcurrido desde la entrada del agua pluvial
en una sección considerada hasta otra sección, este tiempo es rigurosamente calculado tomando la
velocidad media de flujo en la alcantarilla.
UNIV. JAIME CHOQUE CUELLAR 5-1-15
PROYECTO ACADEMICO ING. SANITARIA II
21
Ltp
v x 60=
Donde L es la longitud de la alcantarilla en metros, v es la velocidad media de flujo en m/s y tp es el
tiempo de trayecto en minutos.
7.4. TIEMPO DE DURACION DE LAS PRECIPITACIONES EN AREAS NO EDIFICADAS
Existe formulas empíricas para el cálculo del tiempo de duración en áreas no edificadas, de las
cuales las más importantes son: la de California highway and Public Woks, donde el tiempo de
duración t en horas es dado en función de la distancia de recorrido del curso principal desde el
punto más alejado L en Km y el desnivel existente del punto más alejado a la sección considerada H
en metros.
0,38530,87Lt
H
=
El tiempo de duración t en horas según Ventura, se define en función del área A en Km2 y la
pendiente media del curso principal S en porcentaje.
At 0,0127
S=
Según Kerby el tiempo de concentración en minutos, comprende la longitud del curso principal L en
metros, la pendiente media del curso principal S adimensional, la aceleración de la gravedad g en
m/seg2 y el coeficiente de rugosidad del terreno n
0,5Ln
t 4,3g S
=
7.5. FRECUENCIA DE LAS PRECIPITACIONES
Cuando más intensa es una precipitación, menor es su frecuencia y mayor su periodo de retorno. En
general la frecuencia se definirá como el tiempo en años en que una lluvia de cierta intensidad y
duración se repite con las mismas características. Es decir, si una precipitación se presenta una sola
vez cada año tiene una frecuencia 1, en un registro de 20 años la precipitación que se presenta 10
veces tendrá una frecuencia de 2 años.
UNIV. JAIME CHOQUE CUELLAR 5-1-15
PROYECTO ACADEMICO ING. SANITARIA II
22
Siendo la frecuencia un factor determinante de la capacidad de las redes de alcantarillado en su
relación con la prevención de inundaciones en vías, áreas, plazas y por tanto de riesgos y daños con
la propiedad, personales y de interrupción de función de las características de las áreas de estudio.
Frecuencias de 1 a 2 años se utilizan para áreas suburbanas, frecuencias de 2 a 5 años para áreas
urbanas (residenciales) y de 5 años o más para áreas comerciales. Frecuencias mayores, o sea de 15,
20, 50 años se adoptan para el diseño de obras especiales como son: emisarios principales, presas,
sifones.
En general, la elección de la frecuencia de las precipitaciones se balancea entre inversión y riesgo.
Por tanto, los sistemas de alcantarillado pluvial se construyen para frecuencias normales dejando
que los mismos se sobrecarguen en las precipitaciones excepcionales.
7.6. AREAS DE APORTE (PLANO)
Las áreas de aporte son determinadas por mediciones directas y su delimitación debe seguir
verdaderas líneas de drenaje, definidas por los puntos de máxima pendiente correspondientes a las
líneas de la divorsia aquarum, cuidando que el agua proveniente de la precipitación pueda llegar al
mismo punto de captación. Los límites también están fijos por las pendientes de los prados,
jardines, vías y otras alteraciones de drenaje natural.
7.7. COEFICIENTE ESCURRIMIENTO
La relación entre el volumen del agua que llega a captarse en un sistema de alcantarillado pluvial y
el volumen de agua que se precipita en el área tributaria se denomina coeficiente de escurrimiento,
siendo su valor menor que la unidad, porque del volumen de agua se precipita, una parte se infiltra,
otra es retenida en la superficie y otra se evapora.
El coeficiente de escurrimiento se compone de tres factores: un coeficiente de distribución, un
coeficiente de retardo y un coeficiente de impermeabilidad. La expresión matemática que reúne a
los tres coeficientes se muestra en la siguiente forma.
C ϕψγ=
7.7.1. COEFICIENTE DE DISTRIBUCION
Considera la desigualdad de distribución de una precipitación en el área de aporte, donde la
intensidades máximas abarcan zonas limitadas y en el área no existe uniformidad.
UNIV. JAIME CHOQUE CUELLAR 5-1-15
PROYECTO ACADEMICO ING. SANITARIA II
23
Los estudios de Marton indican que el coeficiente de distribución es prácticamente la
unidad para áreas del orden de 400 hectáreas, tiene el valor de 0,95 para áreas del orden de
1000 hectáreas, un valor de 0,9 para áreas de 2000 hectáreas y 0,85 para precipitaciones
con duración de 60 minutos. En general se asume para los sistemas de alcantarillado pluvial
un coeficiente de distribución igual a la unidad.
7.7.2. COEFICIENTE DE RETARDO
No todos los sectores de un área de aporte tributan al mismo tiempo a una sección dada,
habrá sectores donde las aguas precipitadas tomarán más tiempo en llegar a la sección, y en
áreas irregulares el aporte máximo se producirá cuando una fracción de dicha área esté
contribuyendo.
La relación que existe entre el área que proporciona el mayor escurrimiento, respecto al
área total de aporte, para una determinada lluvia, se denomina coeficiente de retardo.
El coeficiente de retardo para áreas de drenaje tiene la expresión siguiente:
n
1
Aψ =
A es el área en Hectáreas
n=4 para áreas con pendientes menores de 5/1000
n=5 para áreas con pendientes hasta 1/100
n=6 para áreas con pendientes superior a 1/100
En los sistemas de alcantarillado pluvial, la descarga máxima procede de precipitaciones que tienen la suficiente duración para que toda el área de aporte esté contribuyendo, en otras palabras no se toma en cuenta el coeficiente de retardo.
7.7.3. COEFICCIENTE DE IMPERMEABILIDAD
Es el factor determinante en el coeficiente de escurrimiento, es decir, en los sistemas de
alcantarillado pluvial. Este coeficiente está relacionado con las características de la
naturaleza de la superficie del flujo.
La determinación del coeficiente es compleja, por una parte, por la composición diversa de
las superficies de flujo en un área de aporte y, por otra, por la carencia de información de las
condiciones que prevalecerán en el área de aporte al final del periodo de diseño. Para su
determinación se recurre generalmente a valores establecidos, definidos en función a las
UNIV. JAIME CHOQUE CUELLAR 5-1-15
PROYECTO ACADEMICO ING. SANITARIA II
24
características que predominan en un área de aporte, o en relación a las características de la
superficie que componen el área.
Para su determinación es práctica usual el empleo de coeficientes globales, para ello es
común desarrollar un coeficiente basado en el promedio ponderado de los coeficientes
referidos a diferentes tipos de superficie.
En sistemas de drenaje de aguas pluviales para precipitaciones con frecuencia entre 2 a 10
años se acostumbra adoptar valores entre 0,4 y 0,6, en áreas de fuerte pendiente y suelo
permeable se adoptan valores menores. Cuando una mayor parte de la cuenca corresponde
a áreas densamente urbanizadas, se usan valores mayores para el coeficiente pudiendo
llegar a 0,8 ó 0,95. En todo caso se confirma el acierto de tomar el valor de un coeficiente
global y único para toda un área de aporte, no corresponde proceder a dividir el área en
zonas con diferentes coeficientes de impermeabilidad.
El coeficiente de escurrimiento depende también de las condiciones que anteceden a la
precipitación, siendo mayor cuando la lluvia fue precedida de prolongadas precipitaciones,
existiendo algunas fórmulas adecuadas a este razonamiento.
7.8. COEFICIENTE DE ESCURRIMIENTO EN FUNCION DE LA DURACION DE LA PRECIPITACION
Investigaciones realizadas determinan que el coeficiente de escurrimiento puede ser obtenido en
función del tiempo de duración de la lluvia, siendo las expresiones más utilizadas la de Horner y la
de Hoad.
a) Según Horner:
C 0,364 log t 0,0042 0,145γ= + −
Donde t es la duración de la lluvia en minutos, y γ es el porcentaje de impermeabilidad.
b) Según Hoad
atC
b t=
+
UNIV. JAIME CHOQUE CUELLAR 5-1-15
PROYECTO ACADEMICO ING. SANITARIA II
25
Donde t es el tiempo de duración de la lluvia en minutos y los valores de a y b son: a=1, b=8 para
áreas impermeables, a=0,5 y b=15 para áreas semi impermeables, a=0,3 y b=20 para áreas
permeables arenosas.
8. METODOS DE CALCULO PARA CAUDALES DE APORTE EN SISTEMAS DE ALCANTARILLADO PLUVIAL
8.1. METODO RACIONAL
Cuando en una determinada área no se dispone de datos pluviométricos y la importancia del
problema no justifica la determinación de un hidrograma unitario, se aplica el método racional que
da resultados satisfactorios para el diseño de sistemas de drenaje pluvial en áreas pequeñas y su
empleo está generalizado para este objetivo.
El concepto básico del método racional consiste en asumir que el gasto en una sección considerada
de una red de alcantarillado, es resultado de la suma de las diferentes áreas parciales del área
tributaria, ( )aΣ multiplicada por la intensidad de precipitación (I) y por un coeficiente de
escurrimiento o de impermeabilidad. (C)
Q C aI= Σ
Normalmente la expresión anterior, se expresa para una descarga máxima Q en l/s de un área
tributaria de superficie total A, en Ha, para una precipitación de intensidad I en mm/h y un
coeficiente de escorrentía C adimensional, siendo la expresión resultante la siguiente:
Q 2,78CAI=
8.2. ANALISIS DE LOS PARAMETROS DEL METODO RACIONAL
8.2.1. AREA DE LA CUENCA TRUBUTARIA (PLANO) Y DEFINICION
La determinación del área total de la cuenca tributaria (A) o la determinación de las áreas parciales
(∑a), se realiza directamente por medida del área total tributaria o de las áreas parciales, a través de
la medición por planímetro o mediante figuras geométricas regulares, esta medición se expresa en
Ha.
En la determinación de las áreas tributarias es importante delimitar las áreas de drenaje, siendo el
área de drenaje el área en la cual toda la precipitación que cae dentro de la misma pueda entrar en
el mismo sumidero o recogerse por el mismo colector y el agua que cae en cualquier punto fuera de
sus límites penetra por otro sumidero y se reúne en otro colector. Por lo anterior, la delimitación de
UNIV. JAIME CHOQUE CUELLAR 5-1-15
PROYECTO ACADEMICO ING. SANITARIA II
26
las áreas de drenaje debe seguir verdaderas líneas de drenaje y no líneas de división artificial del
terreno. Los límites de las áreas de drenaje están definidas por los puntos de máxima pendiente de
una línea denominada línea divisoria aquarum o divisoria de agua, la localización de zonas bajas, las
pendientes de prados y jardines y toda alteración del drenaje natural que se presente.
8.2.2. COEFICIENTE DE ESCURRIMIENTO (c)
Para los sistemas de alcantarillado pluvial, es práctica común utilizar un coeficiente basado en la
media ponderada de los coeficientes referidos al tipo de superficie y también a la característica del
área. Por otra parte, se confirma el acierto de tomar un coeficiente global y único para toda el área
de tributación y no proceder a la división de varias áreas de aporte con coeficientes de escorrentía
variables.
8.2.3. INTENSIDAD DE LLUVIA
Para la intensidad de lluvia se debe disponer de los estudios pluviométricos correspondientes, o en
su lugar obtener de los centros de información meteorológica locales o regionales las alturas de
precipitación para diferentes periodos de tiempo de duración. Para sistemas de alcantarillado
pluvial o de drenaje pluvial los tiempos de duración de lluvia responden a dos prácticas, la
americana que toma los valores siguientes en minutos:
5, 10, 15, 20, 30, 45, 60, 80, 100,120
8.3. ESTABLECIMIENTO DE ECUACIONES DE INTENSIDAD PARA LA CIUDAD DE LA PAZ
8.3.1. GENERALIDADES
Los estudios de precipitación pluvial en las ciudades de La Paz, Sucre y Oruro, se iniciaron con la
recopilación y análisis de los registros del Observatorio de San Calixto, La Paz; AASANA del
Aeropuerto de Sucre y AASANA del Aeropuerto de Oruro. Los periodos observados fueron: para La
Paz, 53 años (1981-1969), para Sucre 29 años (1946-1975) y para Oruro 30 años (1945-1975)
8.3.2. METODOLOGIA DE CÁLCULO
La ecuación resultante del estudio de las intensidades de lluvia que se registra en la ciudad de La Paz
(El Alto) es:
0.66435
0.83884
115.5842*fi
t=
UNIV. JAIME CHOQUE CUELLAR 5-1-15
PROYECTO ACADEMICO ING. SANITARIA II
27
9. RUTINA DE CÁLCULO DE REDES DE ALCANTARILLADO PLUVIAL 9.1. GENERALIDADES
La planilla de cálculo para las redes de alcantarillado pluvial, se basa en la aplicación del método
racional para la determinación de los gastos.
9.2. METODOLOGIA PARA EL CÁLCULO DE LA PLANILLA
1. Se elige una planilla de cálculo, que identifique los datos básicos, incorpore los cálculos
hidráulicos, e incluya los regímenes de funcionamiento y las características geométricas de las
alcantarillas.
2. Los cálculos se inician desde el extremo superior aguas arribas, hasta la primera conexión y así
sucesivamente aguas abajo hasta cubrir todo el sistema, cada línea de la tabla deberá llenar
completamente antes de pasar a la línea siguiente.
3. En la primera línea de la tabla, las anotaciones de la columna 1 a 5 se explican por sí solas y
corresponden a los datos obtenidos. El tiempo de entrada se define en relación a las
características topográficas y tipo de sistema elegido de conformidad a lo determinado en
anteriores puntos. La columna siguiente corresponderá a intensidad que se obtiene aplicando la
ecuación de precipitación máxima obtenida para el área, la frecuencia incorporada en la
ecuación responderá al tipo de área, sea esta comercial, residencial o industrial; para el sistema
se ha elegido una frecuencia de 2 años. Finalmente, el coeficiente de escorrentía se elige en
conocimiento de las características de la superficie o componentes de esta superficie.
4. El caudal de escurrimiento, se obtiene aplicando la ecuación racional y responderá a la
multiplicación de los valores afectados por el cociente 2,78 para obtener el caudal en [lt/s].
Determinada la pendiente de la tubería que resulta de la diferencia de cotas entre la longitud del
tramo, se elige el diámetro de la tubería que debe permitir transportar el caudal de escurrimiento
con la velocidad permisible.
10. POZOS DE VISITA O CAMARAS DE VISITA 10.1. GENERALIDADES.
Los posos de visita ó cámaras de inspección forman parte de los sistemas de alcantarillado sanitario
y/o pluvial y combinado, se utilizan para acceder a las alcantarillas con el objeto de realizar
operaciones de inspección y limpieza.
UNIV. JAIME CHOQUE CUELLAR 5-1-15
PROYECTO ACADEMICO ING. SANITARIA II
28
Los pozos de visita son obras relativamente caras, debiendo tomarse en cuenta el diseño de los
sistemas de alcantarillado los conceptos básicos siguientes a) disminución del número de pozos de
visita b) reducción de los costos de construcción c) optimización del uso de materiales prefabricados
d) utilización de métodos de limpieza mecanizados.
El uso de pozos de visita está actualmente reglamentado, siendo obligatoria su instalación en: los
cruceros, cambios de dirección, cambios de diámetro y pendiente, en toda intersección de
alcantarillas, en todo tramo recto a distancia no mayor de 100 metros para alcantarillas menores o
iguales a 60 cm y distancia no mayor de 150 metros para alcantarillas mayores a 60 cm. En Bolivia
estas distancias varían considerablemente por razones técnicas de operación y equipos de
tecnología menor en el mantenimiento. En general están situados en el eje de calzadas.
Separación entre pozos de visita:
Mínima Máxima
Tuberías desde 20 cm a 60 cm 15 m 60 m
Tuberías mayores a 60 cm 15 m 80 m
10.2. ASPECTOS CONSTRUCTIVOS DE LOS POZOS DE VISITA
Los pozos de visita se construyen de concreto, mampostería de piedra y mampostería de ladrillo.
Pueden ser de sección circular y cuadrada.
Los de sección circular tienen 1,20 metros de ancho en su base inferior, actualmente se acepta hasta
1,00 metros, la base superior o entrada al pozo de visita tiene dimensión mínima de 0,60 metros.
Los pozos de sección cuadrada empleados ocasionalmente como colectores de agua pluvial,
presentan una sección común en la base inferior de 1,00 a 1,20 metros, para el acceso utilizan una
reducción a sección circular de 0,60 metros.
Los pozos suelen tener la forma de botella o de tronco cono, para dimensiones mayores a 3,00
metros las paredes se inician en forma cilíndrica, luego prosigue en forma de tronco cono y remata
en una parte nuevamente cilíndrica. Los pozos de visita se instalaran en conductos hasta de 91 cm.
Para diámetros mayores se construirá una caja de concreto reforzada en su parte inferior y una
chimenea de tubo de 91 cm de diámetro en la parte superior.
UNIV. JAIME CHOQUE CUELLAR 5-1-15
PROYECTO ACADEMICO ING. SANITARIA II
29
La base de los pozos puede ser de concreto o de mampostería, en todo caso tiene una altura mayos
o igual a 20 cm; la base se apoya en terreno compacto, sobre capa de hormigón pobre o sobre
gravilla en ambos casos con espesor de 5 cm. Los canales de enlace construidos en la base permiten
el flujo de agua y diferentes tipos de conexión, tiene sección semicircular, con pendiente uniforme
desde la entrada de flujo hasta la salida. La superficie de fondo del pozo debe tener una pendiente
hacia los canales de enlace no menor al 2% para evitar acumulación de depósitos orgánicos, y no
mayor al 10% para efectos de seguridad.
Para paredes de mampostería el espesor mínimo será de 20 a 25 cm, las juntas entre los elementos
se hará con mortero cemento-arena en proporción 1:3 ó 1:4, las paredes internas se deben enlucir
con una capa de 2 cm de espesor en mortero de cemento-arena de proporción 1:2 ó 1:3.
Las paredes de concreto en sitio, o prefabricados mediante anillos modulares tendrían un espesor
mínimo de 15 cm la parte interna, llevará enlucido de cemento-arena en proporción 1:2, hasta una
altura de 40 cm a partir de la solera. Por razones de seguridad está prohibido el uso de peldaños de
hierro empotrados, se recomienda escaleras portátiles de metal inoxidable.
Las tapas de los pozos de visita son en general de fundición, en algunos casos son de concreto,
siendo el diámetro libre de 0,6 metros, existen diversos tipos de tapas de fundición e incluyen
variaciones con o sin articulación, su elección depende de la carga a que estarán sometidas lo que se
relaciona con la clase de vía, calle ó lugar en la que se instalará.
10.3. POZOS CON CAIDA
En los pozos de visita, pueden existir desniveles en la entrada y salida de las alcantarillas de 30 cm ó
excepcionalmente hasta 100 cm para caudales pequeños, estos desniveles se absorben en los
canales semicirculares de enlace mediante pendiente uniforme. Para mayores desniveles que
provocan velocidades elevadas, se procede a utilizar los pozos con caída don elementos de enlace.
Los pozos con caída son estructuras muy frecuentes en terrenos con pendientes pronunciadas,
como los de La Paz y Potosí, para evitar en los tramos de alcantarilla velocidades de flujo por encima
de las máximas previstas que son erosivas al material empleado.
En diámetros iguales o menores a 30 cm y alturas de desnivel menores a 100 cm, la caída puede ser
libre y no se requiere enlace. Para alturas mayores a 100 cm es preciso crear un enlace. Cuando el
desnivel es menor a 200 cm, y el diámetro de entrada es de 20 a 45 cm, el enlace se efectúa con un
UNIV. JAIME CHOQUE CUELLAR 5-1-15
PROYECTO ACADEMICO ING. SANITARIA II
30
tubo vertical del mismo diámetro y la conexión se realiza por medio de una “T” o una “Y”, toda la
conexión es envuelta en un dado de concreto para evitar fracturas en las piezas. Si el desnivel es
mayor a los 200 cm, hasta los 400 cm, el tubo descendente debe ser preferentemente oblicuo “Y”
El enlace ideal se conseguirá con un perfil parabólico. Sin embargo, la dificultad para su
construcción, obliga a sustituir por dos arcos de círculo enlazados con pendiente uniforme,
utilizándose diámetros iguales o mayores a 45 cm.
11. SUMIDEROS 11.1. GENERALIDADES
Los sumideros son estructuras, de los sistemas de alcantarillado pluvial, que captan el agua que
fluye por las cunetas de las vías con el mínimo de interferencia para el tráfico vehicular y peatonal,
evitando se introduzca a los colectores materiales de arrastre.
Los sumideros se clasifican en: a) cuneta o calzada, b) acera o banqueta y c) combinado de cuneta y
acera, la selección de uno de ellos, es función de la pendiente longitudinal de las vías y del caudal a
interferir. Los de acera o banqueta se instalan en vías con pendientes longitudinales menores a 2%,
para pendientes entre 2% y 5% se instalan los de cuneta o acera, para pendientes mayores a 5%, se
instalan sólo de cuneta.
Para incrementar la capacidad de captación de agua cuando las pendientes de las vías son
pronunciadas >3%, se deprimen las superficies de entrada, esta depresión se admite en zonas donde
el tránsito debe moverse con lentitud.
11.2. UBICACIÓN Y SEPARACION
Los sumideros se ubican próximos a las esquinas de las vías; en vías de longitud considerable y
cuando el escurrimiento puede sobrepasar la capacidad de la cuneta se instala un sumidero
intermedio. La ubicación en las esquinas de las vías tiene costo mínimo pero además de ser
perjudicial para el cruce de peatones deterioran fácilmente los sumideros por defecto de los
vehículos, por esta razón actualmente los sumideros se colocan próximos a los cruceros permitiendo
el paso peatonal sin problemas.
La separación entre sumideros se determina en función de la intensidad de la precipitación del tipo
de calzada y del área de aporte. Sin embargo, en general se mantienen distancias fijas; 25 metros
para zonas comerciales y centrales con pavimento de concreto 15 m para vías de anchura de 30 m,
UNIV. JAIME CHOQUE CUELLAR 5-1-15
PROYECTO ACADEMICO ING. SANITARIA II
31
en pavimento de macadam o adoquín o en zonas de baja velocidad de tránsito se permite una
separación de 50 m. En todo caso, los sumideros se instalarán cerca a los cruces de vías, en los
puntos bajos de las mismas, en los accesos a los puentes, en las entradas de rampas de
estacionamientos, etc.
11.3. CARACTERISTICAS DE LOS SUMIDEROS DE CUNETA O CALZADA
Los sumideros de cuneta o calzada son más eficientes en la intercepción de agua que los de acera,
pero presenta problemas de obstrucción por la basura. En el cálculo del flujo se utiliza la expresión
siguiente:
Q KCA 2gh=
Donde “Q” es el caudal de ingreso en m3/s, “K” es un coeficiente de reducción por obstrucción de la
rejilla (hojas de árbol, papeles, etc.) varía de 0,5 a 0,6; “A” es el área de los orificios de la rejilla en
m2, “g” es la aceleración de la gravedad en m/s2 y “h” es la carga sobre la rejilla en m.
La estructura de la fórmula nos muestra que el caudal de captación depende del área de los orificios,
es decir, del tipo de rejilla que obedece a normas de fabricación. Las rejillas en términos estándar
tienen orificios de apertura de diámetro igual o menor a 5 cm, que evita el paso del material que
puede obstruir la tubería de drenaje, el ancho de las rejillas varía de 30 a 50 cm y las longitudes
entre 50 a 100 cm.
11.4. CARACTERISTICAS DE LOS SUMIDEROS DE ACERA O BANQUETA
En los sumideros de acera, el agua penetra a través de una abertura lateral situada en el pretil de la
acera. El sumidero se encuentra bajo la acera y cubierto por una losa de hormigón. Para el cálculo
del flujo a captarse se utiliza la expresión:
3 12 2Q KLh g=
Donde “Q” es el caudal de ingreso en m3/s, “K” es un coeficiente que varía de 0,2 a 0,25; “L” es la
longitud del sumidero en m, y “h” es la carga sobre el vertedero en m. En general en estos
sumideros el caudal de ingreso depende de la longitud del vertedero, siendo definido el ancho de la
abertura por las características de la altura de flujo permitido en la cuneta. Los sumideros mixtos se
aplican frecuentemente para zonas con intensidades de precipitación apreciable y en vías con
pendientes mayores a 2%.
UNIV. JAIME CHOQUE CUELLAR 5-1-15
PROYECTO ACADEMICO ING. SANITARIA II
32
11.5. ESCURRIMIENTO EN LAS CUNETAS
En el cálculo de los sumideros, se debe considerar el escurrimiento en las cunetas de las vías, para
ello se asume una sección transversal típica con pendiente de 1%. Aplicando Manning y la ecuación
de la continuidad, obtenemos la velocidad y el caudal de escurrimiento en la cuneta para diferentes
valores de la carga de agua “h” o tirante de escurrimiento. Considerando diferentes pendientes
longitudinales tendremos la tabla siguiente:
(h) tirante de escurrimiento (s) pendientes longitudinales
[m] 0,5% 1% 2% 5%
0,02 v=0,163 0,230 0,325 0,515
q=0,003 0,005 0,006 0,010
0,04 v=0,256 0,365 0,531 0,838
q=0,020 0,029 0,029 0,067
0,06 v=0,339 0,481 0,679 1,075
q=0,061 0,086 0,122 0,193
0,08 v=0,410 0,580 0,691 1,297
q=0,131 0,186 0,221 0,414
Un análisis similar permitirá establecer los valores de velocidad y gasto para cunetas con pendiente
transversal de 2%.
Conocidos los caudales de escurrimiento para diferentes tirantes en la cuneta se puede seleccionar
la capacidad de captación del sumidero.
11.6. TUBERIA DE CONEXIÓN
El diámetro de la tubería que conecta el sumidero con la red de alcantarillado pluvial, suele ser de
20 cm, en otros casos puede llegar a diámetros de 25 cm y 30 cm. Una fórmula que puede
aproximar un diámetro es la siguiente:
UNIV. JAIME CHOQUE CUELLAR 5-1-15
PROYECTO ACADEMICO ING. SANITARIA II
33
12
0,5
2ghQ A
0,026L1,43
d
= +
Dónde: “Q” es el caudal interceptado en m3/s, “A” es la sección de la tubería de conexión en m2,
“g” es la aceleración de la gravedad en m/s2, “d” es el diámetro de la tubería de conexión m, “L” es
la longitud de la tubería de conexión m, y “h” es la carga de agua sobre la tubería en m.
12. TUBERIAS EN LAS REDES DE ALCANTARILLADO 12.1. GENERALIDADES
La conducción y disposición final de las aguas residuales y/o pluviales se realiza a través de los
conductos subterráneos denominados alcantarillas, estas son en general de sección circular y se
tipifican como tuberías.
Los materiales en la fabricación de tuberías de alcantarillado sanitario y pluvial deben llenar ciertas
cualidades, siendo las más importantes. A) mecánicas; resistentes a la acción de la abrasión o
erosión producida por las partículas sólidas que arrastra o lleva en suspensión el agua residual y/o
pluvial. B) químicas, resistentes a la presencia de ácidos procedentes de los desagües industriales o
de la descomposición orgánica de los desagües domiciliarios, así como de agentes externos, c)
estáticas, resistentes a las cargas de tierra o cargas móviles y d) económicas, costo bajo para su
adquisición como para su instalación.
12.2. TUBERIAS DE CONCRETO
El concreto es el material más conveniente para la construcción de tuberías, porque además de
cumplir adecuadamente con las cualidades mecánicas y químicas y estáticas, permite fabricar
tuberías de bajo costo y fácil instalación. En general, las tuberías de concreto pueden ser
impermeables, anticorrosivas, anti erosivas y económicas, su coeficiente de escurrimiento hidráulico
es satisfactorio. Sin embargo, estas tuberías son relativamente frágiles.
La fabricación de tuberías de concreto utiliza procedimientos de compresión, vibración y
centrifugación, en todos los casos se utiliza moldes de acero que pueden ser estacionarios o
giratorios. En los moldes el concreto es compactado por medio de prensa o presión o por medio de
vibradores.
UNIV. JAIME CHOQUE CUELLAR 5-1-15
PROYECTO ACADEMICO ING. SANITARIA II
34
El curado de las tuberías se efectúa mediante vapor de cámaras especiales o por medio de agua
aplicada con aspersores.
12.3. JUNTAS
En las tuberías de concreto sin refuerzo de diámetro 100 cm hasta 76 cm las juntas son del tipo
campana y espiga, y suelen designarse por los materiales empleados para su confección, por
ejemplo. Juntas rígidas o de cemento y arena; juntas flexibles de varios tipos ya se emplee alquitrán
asfalto o betún, finalmente, juntas elásticas en las que se emplea anillos o piezas especiales de
goma.
Las juntas de cemento son las más comunes de uso muy extendido y satisfactorio, ofrecen el
inconveniente de posibles fracturas, pueden usarse en zanjas secas. En zanjas húmedas se emplean
juntas flexibles lo que permite mayor impermeabilidad, en terrenos donde se presenta
deslizamientos se emplean juntas elásticas.
12.4. CARACTERISTICAS DE LAS TUBERIAS DE CONCRETO
El tipo de cemento, los agregados y las dimensiones de las tuberías, dependen de las
especificaciones que se adopten. Las principales son las DIN alemanas, las ASTM, americanas, o las
ABTN brasileras. Cada norma determina las dimensiones, y los valores de resistencia obtenidos de
las condiciones más desfavorables.
12.5. TUBERIAS DE ACERA VITRIFICADA
Las tuberías de arcilla vitrificada se fabrican de material de arcilla, mezclada uniformemente con
agua, la pasta se comprime en prensas de 8 Kg/cm2 de presión, para luego introducirlos en un horno
a temperaturas de 550 a 600 ºC a objeto que la materia se oxide y escapen los gases, luego se le
agrega cierta cantidad de cloruro de sodio y se eleva la temperatura a 1100ºC lo que produce una
fusión incipiente de las partículas exteriores, que al estar compuestas de sílice forman una masa
vidriosa continua que da al material más alta resistencia.
La característica especial de las tuberías de arcilla se expresa luego en su resistencia a la corrosión,
sin requerir de un revestimiento contra los ácidos que se forman en las aguas residuales, así como
en su mayor capacidad de escurrimiento. Sin embargo, estas tuberías son costosas y su uso está
restringido a diámetros pequeños y sobre todo a conexiones domiciliarias.
UNIV. JAIME CHOQUE CUELLAR 5-1-15
PROYECTO ACADEMICO ING. SANITARIA II
35
12.6. JUNTAS
Las tuberías de arcilla presentan los siguientes tipos de juntas: a) juntas rígidas, b) juntas flexibles y
c) juntas elásticas. La junta rígida más común es la de mortero de cemento y arena aplicada
solamente en zanjas secas, el mortero se compone de una parte de cemento por dos o tres partes
de arena. La junta flexible tiene la ventaja sobre la rígida porque permite pequeños movimientos
para los tubos y por ser más impermeables, existen varios tipos entre las que se destacan la brea y
arena, o asfalto y arena, las proporciones varían de 40% para la brea o alquitrán a 60% para la arena
fina. Una práctica desconocida en el país pero usada en EE.UU es la de utilizar una mezcla de azufre
y arena en partes iguales y lograda a la temperatura de 120 ºC. La junta elástica, es ejecutada con
anillos o piezas especiales de goma, los resultados dependen de la calidad del tubo, de la
regularidad de su forma y acabado de las paredes, este tipo de junta, no es recomendable.
12.7. CARACTERISTICAS DE LAS TUBERIAS DE ARCILLAS
Los tubos de arcilla vitrificada se presentan en general con uniones de campana espiga, deberán ser
rectas perfectamente circulares y con vidriado uniforme, resistentes a los ácidos y esfuerzos
mecánicos.
12.8. TUBERIA DE FIERRO FUNDIDO
Debido a su precio elevado, su empleo en las redes de alcantarillado está restringido, para obras
especiales en las que se requiere resistencias mecánicas e impermeabilidad. Su mayor utilización
está dirigida al cruce de vías de ferrocarriles, en la construcción de sifones, en las tuberías de
impulsión para elevar aguas residuales y en descargas sub-acuáticas.
12.9. TUBERIA DE ASBESTO CEMENTO
Los conductos de asbesto cemento son elaborados a partir de una mezcla íntima y homogénea de
fibras de asbesto y cemento portland puzolánico, exenta de materia orgánica, con o sin adición de
sílice y agua. Su empleo en las redes de alcantarillado se justifica cuando se plantean exigencias de
alta flexibilidad e impermeabilidad de juntas. Se producen hasta diámetros de 90 cm, con juntas de
espiga y campana. Para las juntas se emplean anillos o piezas especiales de goma o en su caso, se
coloca una cuerda alquitranada en 1/3 de la junta, mastic plástico en el otro tercio y en el tercio final
se coloca un mortero de cemento en proporción 1 de cemento por 2 de arena.
UNIV. JAIME CHOQUE CUELLAR 5-1-15
PROYECTO ACADEMICO ING. SANITARIA II
36
12.10. TUBERIA DE PLASTICO
Las tuberías de plástico son construidas de materiales termoplásticos conocidos como polímeros de
cloruro de vinilo y fabricados por el método de extrusión. Existen diámetros de 20 cm, y en
longitudes variables de 3 a 4 m. Las tuberías de polietileno están construidas con material
termoplástico denominado polietileno y fabricados por el método de extrusión, los tubos se fabrican
hasta diámetros de 15 cm. La unión de las tuberías se efectúa mediante manguitos. En el caso de los
tubos de PVC, se empleara accesorios de soldadura solvente, quedando prohibido el uso de
accesorios a rosca.
12.11. ENSAYOS EN LAS TUBERIAS
Para la compra de tuberías se exigen ensayos a los fabricantes que garanticen la calidad de las
mismas.
Obtención de muestras.- Se consideran lotes de 300 tubos como máximo y se muestrea de la forma
siguiente: Del 3% del lote se verifica dimensiones. El 1% se somete al ensayo de resistencia, de sus
fragmentos se realiza el ensayo de absorción y otro 1% se somete a la prueba hidrostática.
12.11.1. ENSAYO DE RESISTENCIA
Para los tubos simples se aplica la carga a razón de 3 kg por minuto, el ensayo concluye cuando
el tubo presente grietas que atraviesen todo el espesor. La resistencia se mide dividiendo la
carga entre la longitud neta del tubo.
Método de las tres cuchillas (o de los tres puntos de apoyo).- Consiste en colocar el tubo sobre
dos listones de madera, de sección cuadrada de 2,5 x 2,5 cm fijas sobre una viga de madera de
15 x 15 cm de sección, separadas entre si 2,5 cm por cada 30,5 cm de diámetro nominal del
tubo. Este espacio se rellena de mortero de yeso-arena. El apoyo superior es un listón de
madera de 15 x 15 cm colocado a lo largo del tubo y asentado sobre una capa de mortero de
yeso arena. La carga debe ser vertical y se aplica a través de una vigueta de acero.
12.11.2. ENSAYO DE ABSORCION
Muestra de tubería de 100 gramos de peso mínimo de forma aproximadamente cuadrada se
secan en una estufa a 100 ºC hasta que la pérdida de peso no sea mayor de 0,1% en dos pesadas
sucesivas de 2 horas de intervalo, luego se sumerge en agua calentando hasta la ebullición
durante 5 horas, la cantidad de agua absorbida no deberá ser mayos del 8% del peso original.
UNIV. JAIME CHOQUE CUELLAR 5-1-15
PROYECTO ACADEMICO ING. SANITARIA II
37
12.11.3. ENSAYO HIDROSTATICO
Para tubos de concreto que no trabajan a presión, el ensayo hidrostático determina la
impermeabilidad contra filtraciones. El tubo se cierra en sus dos extremos con tapones de
madera o metal cubiertos de hule para tener un sello hermético. A un tapón se conecta un niple
de 19 mm de diámetro con roldana de hule y tuercas al cual se acopla un tubo flexible que
conecta a una bomba por la misma se incorpora agua a presión, controlada con manómetro.
El tiempo total del ensayo es de 30 minutos. Durante el mismo la tunería no debe mostrar
ninguna fisura. Cualquier humedad que aparezca en la superficie como mancha sin que se
formen gotas, no se considera como fuga.
13. CARGA EN LAS ALCANTARILLAS 13.1. GENERALIDADES
El diseño de la estructura de una alcantarilla o conducto subterráneo es básicamente igual al de
cualquier estructura de ingeniería, por lo cual se requiere conocer: a) las cargas máximas probables,
b) la resistencia de la tubería, c) la capacidad del terreno, d) el tipo de apoyo que asegure la
estabilidad de la estructura, e) un factor de seguridad adecuado que se añadirá a la resistencia de la
alcantarilla.
La alcantarilla, soporta al igual que un conducto subterráneo el peso correspondiente al material
que lo cubre, el valor de esta carga (carga muerta), así como de las sobrecargas originadas por
vehículos (carga viva dinámica) ó por acumulación de materiales (carga viva estática)
13.2. GRUPOS DE CARGA EN LOS CONDUCTOS SUBTERRANEOS
Analizaremos las condiciones de instalación que integran los dos grupos más generalizados, los de
ZANJA y los de TERRRAPLEN, los primeros corresponden en general a los conductos de las redes de
alcantarillado sanitario, pluvial y combinado, y los de terraplén a los que son cubiertos por rellenos
de línea férrea, presas, carreteras, se incluyen en este grupo los conductos cuyo ancho excede las
normas para conductos en zanja. Las tuberías en terraplén se subdividen en dos clases a) las de
proyección positiva y b) las de proyección negativa.
Los conductos en terraplén en proyección positiva se presentan cuando la generatriz superior del
conducto está por encima del nivel de terreno natural, y la parte superior o clave del mismo está
cubierto con material de relleno, se incluyen los conductos en zanja cuyo ancho excede al de norma.
UNIV. JAIME CHOQUE CUELLAR 5-1-15
PROYECTO ACADEMICO ING. SANITARIA II
38
El conducto en terraplén en proyección negativa, se presenta cuando se instala en una zanja
relativamente estrecha con profundidad suficiente para permitir que su generatriz quede por debajo
del nivel de terreno natural y cubierta luego con material de relleno cuyo nivel sea en distancia
superior al espacio entre el nivel del terreno natural y la generatriz de la alcantarilla.
13.3. CALCULO DE CARGAS MUERTAS
Si bien muchos investigadores han contribuido al desarrollo de las teorías sobre resistencia y cargas
asociadas en las alcantarillas, la vigente sigue siendo la de Anson Marston.
Conducto en zanjas.- La forma general de la teoría plantea la siguiente expresión.
2Wd Cd*w *Bd=
Dónde: “Wd” es la carga vertical por metro lineal en Kg/m, “Cd” es el coeficiente de carga, cuyos
valores están en función de la relación (H/Bd) y para diferentes clases de relleno, “w” es el peso
unitario del material del relleno en Kg/m3, finalmente “Bd” es el ancho de la zanja a nivel de la parte
superior del conducto.
Se dice que un conducto esta en condición de zanja, cuando el ancho de la excavación en la parte
superior del mismo cumple con la condición siguiente:
Bd 1,5D 0,30= +
Para propósitos de cálculo el ancho de la zanja se considera horizontalmente en la parte superior del
conducto, si la zanja por razones de tipo de material de terreno, tiene paredes inclinadas, la carga se
considera igual al de zanja con paredes verticales.
CONDUCTOS EN TERRAPLÉN EN PROYECCIÓN POSITIVA.- Se presenta cuando la generatriz superior
del conducto está proyectada por encima del nivel del terreno, se incluyen a los conductos en zanja
cuyo ancho excede al de norma.
El prisma de relleno corresponde al comprendido por encima de la alcantarilla limitada por los
planos verticales de ancho indefinido, la carga se expresa por medio de la fórmula de Marston.
2Wc Cc*w *Bc=
UNIV. JAIME CHOQUE CUELLAR 5-1-15
PROYECTO ACADEMICO ING. SANITARIA II
39
Dónde: “Wc” es la carga vertical de relleno en Kg/m, “Cc” es el coeficiente de carga, “w” es el peso
unitario del material de relleno en Kg/m3, y “Bc” es el ancho de zanja igual al diámetro exterior del
conducto en m.
CONDUCTOS EN TERRAPLÉN EN PROYECCIÓN NEGATIVA.- El procedimiento de cálculo para obtener
las cargas en una alcantarilla de proyección negativa es similar a la de conductos en terraplén en
proyección positiva, la ecuación de Marston toma la forma:
2Wn Cn *w *Bn=
Dónde: “Wn” es la carga vertical de relleno en Kg/m, “w” es el peso unitario del material de relleno
en Kg/m3, “Bn” es el ancho de la zanja a nivel de la parte superior del conducto en m, y “Cn” es el
coeficiente de carga y depende de varios factores.
13.4. CALCULO DE CARGAS VIVAS
Las alcantarillas o conductos que se encuentran bajo tierra están sujetos a otras cargas que las
producidas por material de relleno, estas cargas adicionales, concentradas o uniformemente
distribuidas por el peso de los vehículos (cargas dinámicas) o por materiales acumulados (carga
estática), tienen su importancia cuando los conductos se instalan en rellenos de poca altura, el
efecto de su acción disminuye con la profundidad.
Para el cálculo de la transmisión de la carga se considera la fórmula de Marston.
1Wt *Ct *Pv*ItL=
Donde: “Wt” es la carga vertical que actúa sobre el conducto de Kg/m, “L” es la longitud de la
alcantarilla sobre la que se transmite la carga en m, “Ct” es el coeficiente de carga móvil, “It” es el
factor de impacto, “Pv” es la carga máxima en las ruedas del vehículo, se considera camión tipo Lt ó
Ht.
13.5. RESISTENCIA DE SOPORTE DE LOS CONDUCTOS
La resistencia de soporte de las alcantarillas está condicionada a las normas de fabricación o a los
requerimientos del proyectista. Existen diversos tipos o clases de conductos. En las normas ASTM, la
designación C14-710, presentan diferentes valores de resistencia para cada conducto variando la
misma en relación al espesor y al diámetro. La misma norma con designación C-75 se aplica a
UNIV. JAIME CHOQUE CUELLAR 5-1-15
PROYECTO ACADEMICO ING. SANITARIA II
40
conductos con refuerzo. La carga que determina la resistencia de soporte de los conductos se logra
al someter las alcantarillas a la prueba de carga de la “tres cuchillas”
13.6. FACTOR DE SEGURIDAD
En las obras de estructuras de ingeniería se incorpora en el cálculo un factor denominado de
seguridad, consiste en aceptar un margen prudencial que sobredimensiona la estructura
dependiendo de la misma, incrementando o disminuyendo el riesgo previsto en relación al mayor o
menor peligro que implicará la falla de la estructura. En las obras de alcantarillado el grado de riesgo
es mínimo en función a comprometer la seguridad humana, por tanto, se asume un factor de
seguridad de 1,2 a 1,25
13.7. FACTOR DE CARGA
La relación entre la resistencia de soporte del conducto en campo “Rc” y la carga que puede
absorber el conducto o sea la resistencia de soporte determinada por la prueba de las tres cuchillas
“Rs”, permite obtener el factor de carga “Fc” cuya expresión es la siguiente:
Rc*FsFc
Rs=
Dónde: “Fc” es el factor de carga que depende del tipo de apoyo que requiere el conducto, “Rc” es
la resistencia de soporte del conducto en campo en Kg/m, “Fs” el factor de seguridad y “Rs” es la
resistencia de soporte del tubo determinada en el ensayo de las tres cuchillas en Kg/m
13.8. TIPO DE APOYO
El factor de carga “Fc” está directamente relacionado con el tipo de apoyo del conducto y las
características del mismo, siendo sus especificaciones las que se indican a continuación.
APOYO TIPO (A).- La parte inferior del conducto descansa sobre un soporte de concreto de
resistencia igual o mayos a 180 Kg/cm2, con una base inicias 1/4D+10 cm, y un espesor de D/4. El
relleno inicial alrededor de la tubería y hasta una altura de 30 cm, como mínimo sobre su parte
superior será de material libre de piedras y terrones, compactado en capas de 15 cm. Sobre el
relleno se colocará el material ordinario producto de la excavación. Dependiendo del concreto, el
factor de carga varía entre 2 a 3.
APOYO TIPO (B).- Presenta dos alternativas, la primera cuando descansa en una cimentación
cuidadosamente cumbeada de material granular que tenga la forma de la parte inferior de la tubería
UNIV. JAIME CHOQUE CUELLAR 5-1-15
PROYECTO ACADEMICO ING. SANITARIA II
41
en un ancho de por lo menos 60% del diámetro exterior del mismo, la segunda cuando la tubería
apoya en un lecho de material granular de un espesor mínimo de D/4 + 10 cm. El relleno en ambos
casos, se realiza alrededor del tubo y hasta una altura de 30 cm como mínimo sobre su parte
superior, el material será libre de piedras y terrones, compactado en capas de 15 cm. El factor de
carga es 1,9 en ambos casos.
APOYO TIPO (C).- La tubería se coloca con cuidado en el fondo de la zanja, de tal modo que
conforme el diámetro exterior de la misma con una exactitud razonable y en un ancho por lo menos
equivalente al 50% del diámetro exterior. El relleno de los flancos y encima de la tubería será
compactado. El factor de carga será de 1,5.
APOYO (D).- El apoyo se conforma en el fondo de la zanja sin combear ni ajustar a la parte inferior de
conducto, no se presta mayor atención al relleno de los flancos que es de material ordinario
compactado o sin compactar. En este caso el factor de carga es de 1,1.
14. ALIVIADEROS O VERTEDORES 14.1. GENERALIDADES
Los aliviaderos son estructuras del sistema de alcantarillado combinado principalmente y del
sanitario en ciertos casos, empleados para desviar el caudal o caudales parciales que puedas
sobrecargar las plantas de tratamiento o emisarios.
Los aliviaderos son ubicados aguas debajo de las redes, en sitios donde el caudal excedente puede
ser drenado fácilmente. Se clasifican en aliviaderos ordinarios, laterales y de fondo.
14.2. ALIVIADEROS ORDINARIOS
La fórmula general de los aliviaderos toma la expresión.
32
2Q Cd *L* 2g *h
3=
Donde “Q” es el caudal de descarga por el aliviadero en m3/s, “Cd” es un coeficiente de descarga,
“L” es la longitud del aliviadero en m, “g” es la aceleración de la gravedad en m/seg2, “h” es la altura
de carga de agua sobre el aliviadero en m.
En general para los aliviaderos con cresta redonda el valor de 2/3 Cd se asume igual a 0,5,
obteniendo las ecuaciones siguientes:
UNIV. JAIME CHOQUE CUELLAR 5-1-15
PROYECTO ACADEMICO ING. SANITARIA II
42
( )
32Q 2,215*L*h
Q 2,215*L*h * h hl
== −
Expresiones utilizadas para aliviadero libre y aliviadero ahogado respectivamente.
14.3. ALIVIADEROS LATERALES
Se presentan dos tipos de aliviaderos los normales a la dirección de la corriente y los transversales.
Para los primeros la fórmula más conocida es la Forcheimer.
( )32
1Q CdL h1 h2
2 = +
Donde. “Q” es el caudal que excede por el aliviadero en m3/s, “Cd” es el coeficiente de contracción,
varía entre 0,32 a 0,36, “L” es la longitud del aliviadero en m, y (h1 y h2) corresponden a la carga en
el aliviadero aguas arriba y aguas abajo respectivamente en m.
14.4. ALIVIADEROS TRANSVERSALES
Son los más utilizados en los sistemas de alcantarillado, dando origen a dos formas constructivas, la
primera que desvía el colector de llegada hacia la descarga final (planta de tratamiento) y la segunda
cuando el colector de llegada continúa en línea recta hacia la descarga final (Planta de tratamiento)
Además de las expresiones anotadas en aliviaderos normales, como las de Engels, se tiene la
ecuación de Babbit, siendo su expresión la siguiente.
h1L 7,55*V *D*log
h2=
Dónde: “L” es la longitud del aliviadero en m, “V” es la velocidad del agua en el canal de llegada, m/s
“D” es el diámetro del conducto en m, (h1 y h2) son alturas de la carga de agua en el origen y final
del vertedero en m.
La fórmula de Babbit es válida para tubería de 40 a 60 cm de diámetro, estando el aliviadero a una
distancia del fondo mayor que D/4 y menor que D/2. Las cargas no deben exceder de 3/4D.
Coleman y Dampster Smith, planean la fórmula para vertederos laterales con la expresión siguiente:
0,72 1,645Q 2,58*L *h *e=
UNIV. JAIME CHOQUE CUELLAR 5-1-15
PROYECTO ACADEMICO ING. SANITARIA II
43
Dónde: “Q” es el gasto que excede el aliviadero en m3/s, “L” es la longitud del aliviadero en m, “h”
es la carga máxima del agua en m y “e” el ancho medio del canal o conducto de llegada en m.
14.5. ALIVIADEROS DE FONDO
Son estructuras que consisten en una abertura en el fondo del colector de llegada donde las
variaciones de los tirantes por incremento del gasto, hacen que el agua salte la abertura y pueda
dirigirse hacia otro destino.
Por las variaciones indeterminadas del tirante que dificultan el cálculo de una abertura determinada,
se construyen placas móviles susceptibles de variación.
15. SIFONES 15.1. GENERALIDADES
Los sifones son estructuras de los sistemas de alcantarillado, utilizados para cruzar por debajo de
obstáculos como: quebradas, ríos, depresiones; permitiendo de esa manera el paso de las aguas
residuales.
El sifón en general es una o varias tuberías a presión, en material de fierro fundido, asbesto cemento
o concreto reforzado, el diámetro mínimo asignado es de 20 cm determinado por razones de
limpieza y para evitar obstrucciones más que por razones de carácter hidráulico.
Por la experiencia, se ha visto más conveniente utilizar en los sifones varias tuberías que guarden
relación a la variación de caudales, permitiendo en todos los casos velocidades adecuadas. Por ello,
en los proyectos se consideran sifones de dos o tres tubos para los gastos mínimo y máximo y para
el gasto mínimo, medio máximo respectivamente. Luego si el sifón tiene dos tubos uno de ellos se
dimensiona para el gasto mínimo y el otro de manera que tenga un tamaño tal que juntamente con
el otro pueda transportar el gasto máximo. Si se tiene un sifón de tres tubos, uno de ellos llevará el
gasto mínimo y la combinación de los tubos más pequeños arrastrará el gasto medio, el tercer tubo
será dimensionado de manera que entre los tres transporten el gasto máximo.
15.2. CONDICIONES DE CÁLCULO
Para mantener condiciones de limpieza en el sifón, la velocidad mínima debe ser igual o mayor de
0,90 m/s pero no exceder de 3 a 4 m/s, se recomienda utilizar velocidades de 1 a 2 m/s. El cálculo de
los diámetros de las tuberías del sifón se reduce a una simple cuestión de hidráulica que depende de
UNIV. JAIME CHOQUE CUELLAR 5-1-15
PROYECTO ACADEMICO ING. SANITARIA II
44
los gastos y la pendiente hidráulica, la carga total aprovechable corresponderá al desnivel de las
superficies de desplante entre las cámaras de entrada y salida.
La pérdida de carga por entrada y salida en general absorbe entre 10 al 20% de la carga total, lo que
posibilita que la carga restante se emplee en las pérdidas de fricción que se producirá a lo largo de
las tuberías.
La cámara de entrada se diseñará de manera que se pueda dividir los gastos en relación a la
capacidad asignada a cada tubería y la cámara de salida para recolectar los gastos asignados a cada
tubería, en ambas se debe evitar que existan pérdidas de carga de consideración por efecto de flujos
turbulentos.
16. INSTALACION DE LAS ALCANTARILLAS 16.1. DISPOSICIONES GENERALES
En este capítulo se establece los requisitos mínimos para efectuar la instalación de las alcantarillas
sanitarias y /o pluviales. Incluye en estos, el trazo y nivelación de líneas la excavación de las zanjas,
la colocación de las tuberías y el junteo y la limpieza
16.2. DESCARGA DE TUBERIAS
La descarga de tuberías deberá efectuarse empleando elementos adecuados para este trabajo y
efectuando maniobras con el cuidado requerido para evitar fracturas, en las tuberías. Una vez
descargadas las tuberías se apilará en alturas de 1,2 a 1,8 m como máximo, evitando que las
campanas se apoyen unas contra otras.
16.3. TRAZO
El trazo definitivo de la línea de las alcantarillas se hará sobre el terreno marcándolo por medio de
estacas colocadas a distancias convenientes sobre el eje de la línea y con anticipación para no
entorpecer los trabajos. Se deberá cuidar el trazo de la línea durante la ejecución del trabajo,
debiendo reponerse cualquier estaca que sea movida antes de la excavación.
16.4. NIVELES
Los niveles de la línea de alcantarillas, deberá fijarse de conformidad con los planos; para la correcta
determinación de los niveles se colocará a lo largo de la línea, puentes de madera cada 10 m como
máximo, con una sección mínima de 7 x 15 cm, o de 10 x 20 cm empotrados firmemente en el
UNIV. JAIME CHOQUE CUELLAR 5-1-15
PROYECTO ACADEMICO ING. SANITARIA II
45
terreno, sobre ellos se colocará las niveletas, las cuales son de sección mínima de 2x5 cm, las que
servirán para revisar los desniveles que tendrá la línea, una cuerda (hilo) colocada sobre las niveletas
indicará la línea situada sobre el mismo plano vertical que el eje de la alcantarilla. Sobre una regla se
marcan las profundidades a partir del hilo hasta el piso de terreno, plantilla y clave de la alcantarilla.
La tolerancia máxima permisible en diferencia de nivel será menor de 5mm, todos los niveles
deberán estar referidos a un banco de nivel localizado correctamente.
16.5. EXCAVACION
El eje de la excavación deberá quedar alineando y siguiendo el trazo estacado, la excavación deberá
efectuarse con el equipo apropiado: máquina zanjadora, retroexcavadora, draga de arrastre o pico y
pala. Cuando la excavación se realice en roca se permitirá el uso de explosivos. Las raíces que se
encuentran deben ser extraídas y no se podrán mezclar con el material de relleno de la zanja. Antes
de iniciar la excavación, se desconectarán los conductos de fluidos, cables o tuberías que estorben
dicha operación.
En el fondo de la zanja se abrirá una cuneta para drenar el agua freática hasta el lugar de su
eliminación.
16.6. PLANTILLA
La plantilla colocada en el fondo de la excavación podrá ser tipo granular, concreto pobre, mortero o
según lo indique el proyecto, el espesor mínimo de la misma será de 5 cm.
El fondo de la zanja se excavará más debajo de la cota del proyecto a objeto de poder colocar la
plantilla que sirva de asiento o apoyo a la tubería.
16.7. ADEME
En los casos que el proyecto indique se excavaran las paredes laterales son talud, se colocarán los
materiales de ademe necesarios para mantener la zanja abierta.
16.8. JUNTEO DE LAS TUBERIAS
De conformidad al tipo de material empleado a la característica del terreno se emplearán juntas
rígidas semi-flexibles o flexibles, siendo, la más general, para tubería de concreto la junta con
mortero de cemento-arena o con mortero de cemento-arena y cuerda alquitranada, en este caso el
junteo se efectuara en proporción 1:3. La arena deberá ser de una granulometría que permita la
inclusión del mortero en el espacio anular. Luego de aplicar el mortero, el borde exterior de la junta
UNIV. JAIME CHOQUE CUELLAR 5-1-15
PROYECTO ACADEMICO ING. SANITARIA II
46
será enrazado y emboquillado en forma de chaflán a 45º. En caso de utilizarse mortero de cemento,
arena y cuerda alquitranada, la misma se enredará alrededor de la espiga del tubo por enchufar, una
vez hecho esto, se encajará la espiga en la campana hasta el fondo, luego se calafateará la cuerda y
se procederá al llenado de la junta con mortero de cemento-arena con terminado en forma de
chaflán a 45º
16.9. LIMPIEZA
Se deberá rastrear la tubería con el objeto de retirar cualquier material ajeno que se hubiera
introducido. Luego se procederá a una prueba hidrostática, consistente en vaciar en el pozo de visita
aguas arriba del tramo el agua de una cisterna con 5 m3 de capacidad. Efectuada la prueba y
comprobando que no existe fuga, se produce al relleno de la zanja.
17. ESTACIONES DE BOMBEO 17.1. GENERALIDADES
Las estaciones de bombeo de aguas residuales se justifican en varios casos, siendo sus
características las siguientes:
• En terrenos planos y extensos, donde los colectores puedas llegar a profundidades excesivas
mayores a los 4 metros.
• Para elevar las aguas residuales de áreas que tiene cotas más bajas a áreas con elevaciones
mayores.
• Para permitir que se realice la descarga por gravedad de las aguas residuales de los
colectores y emisarios a las plantas de tratamiento o cuerpos receptores.
17.2. LOCALIZACION
Las estaciones de bombeo se localizan en áreas que reúnan características especiales como:
a) Cotas bajas, fácil acceso y a salvo de inundaciones
b) Facilidades para realizar descargas de emergencia a través de la proximidad a canales, ríos,
quebradas, etc.
c) Sin problemas de interferencia con otros servicios de tipo público o privado como cables de alta
tensión, gasoductos, adecuados, y otros.
UNIV. JAIME CHOQUE CUELLAR 5-1-15
PROYECTO ACADEMICO ING. SANITARIA II
47
d) Facilidades a la prestación de servicios como electricidad, teléfono, transporte, etc.
17.3. UNIDADES DE BOMBEO EN LAS ESTACIONES
Si bien la determinación del número de unidades de bombeo en general requiere de análisis
cuidadoso sobre la variación horaria de caudales, se puede considerar en general tres casos.
e) En plantas pequeñas utilizadas para gastos moderados, el numero minimo de unidades de
bombeo será de dos, debiendo cada una de estas cubrir el caudal máximo previsto, una de las
unidades se considera de reserva (stand by).
f) En estaciones de bombeo de porte mediano, el numero de unidades de bombeo será de tres
como mínimo pudiendo ser iguales en capacidad, en este caso dos de ellas deberán cubrir el
caudal máximo previsto, la tercera unidad estará en reserva para cubrir la mitad del gasto
máximo, Cuando son desiguales y estando una de ellas fuera de servicio especialmente la
mayos, las otras dos deben cubrir en funcionamiento simultaneo el caudal máximo previsto.
g) Para estaciones de bombeo de gran tamaño deben preverse varias unidades de bombeo
deberán relacionarse con dichas variaciones.
17.4. CLASES DE UNIDADES DE BOMBEO
Las unidades de bombeo son las clases siguientes:
h) Bombas centrifugadas de tipo radial, de tipo axial o de hélice, y de tipo centrifugo-axial.
i) Eyectores neumáticos
j) Parafuso hidráulico de Arquímedes
Las bombas radiales de una sola entrada en la succión, son las más frecuentes en las instalaciones de
elevación de aguas residuales.
Por las variaciones de rango en caudales y altura de elevación correspondiente, como por las
características del pozo de succión requerido, son ideales desde el punto de costos, las bombas de
tipo axial, sobre todo para recircular aguas residuales sedimentadas y para la elevación de aguas
residuales de baja altura.
Las bombas centrifugo axiales o denominadas centrifugo propulsoras, constituyen un caso
intermedio entre las bombas radiales y las axiales, siendo en general más baratas que las radiales
para caudales mayores a 130 l/s debido a su rotación más elevada.
UNIV. JAIME CHOQUE CUELLAR 5-1-15
PROYECTO ACADEMICO ING. SANITARIA II
48
17.5. EYECTORES NEUMATICOS
Son dispositivos que se utilizan en estaciones de bombeo de pequeña capacidad, para caudales
pequeños y bajas alturas de elevación. Su mayor ventaja se presenta en afluentes con caudales
menores a 1 l/s que no requieren de cámara de bombeo, o sea en la elevación de aguas residuales
provenientes de instalaciones domiciliarias, situadas bajo el nivel de vía.
Un eyector, es esencialmente un tanque cerrado, en el cual el afluente que llega por gravedad
alcanza un nivel determinado, e inmediatamente por la acción de un flotador, es admitido un
volumen de aire, a través de válvulas especiales que conectan a un compresor, en cantidad y presión
suficiente para promover la descarga del líquido.
Es recomendable instalas dos eyectores a objeto de asegurar un servicio continuo.
La expresión que determina el volumen de aire requerido para operar un eyector es la siguiente.
( )Q H 34V
250
+=
Donde “N” es el volumen de aire requerido en pies3/m. “H” es la altura total de elevación en pies,
“Q” es la descarga en galones por minuto. La presión de aire debe ser colocada con un incremento
de 40% sobre la exigida para elevar aguas residuales a la máxima altura considerada.
17.6. PARAFUSO HIDRAULICO DE ARQUIMIDES
Actualmente el uso de estas bombas se ha tornado más común en la elevación de aguas residuales
para grandes caudales bajas alturas de elevación.
Consta de un Parafuso cilíndrico de mayor o menor longitud y diámetro, instalado en el interior de
una caja de concreto inclinada. Los extremos del eje del Parafuso se apoyan en bloques de concreto,
y el motor situado próximo a la extremidad más elevada es empleado para transmitir al eje del
Parafuso un movimiento de rotación. El líquido a ser bombeado llega al extremo inferior del
Parafuso y las aspas del mismo impulsan el caudal a lo largo de la caja de concreto hasta el extremo
superior.
El limite practico de altura de elevación para estas bombas es de 8m, y su rendimiento o eficiencia
es de 60 a 65% para pequeñas unidades y de 75% para grandes elevaciones; como ejemplo una
bomba tipo “Parafuso de Arquímedes” con diámetro de 2 metros puede elevar 1,5 m3/s.
UNIV. JAIME CHOQUE CUELLAR 5-1-15
PROYECTO ACADEMICO ING. SANITARIA II
49
17.7. BOMBAS CENTRIFUGAS
Las bombas centrifugas se utilizan en casi el 90% de los sistemas de aguas residuales, y en general
deben estar protegidas mediante instalación de rejas ubicadas aguas arriba de las bombas para
evitar que solidos de dimensiones considerables obstruyan las mismas, en todo caso se deben
utilizar bombas de tipo “nonclog pump”, para elevación de aguas residuales en general.
En las bombas los impulsores son abiertos o cerrados, o de tipo intermedio semi-abierto o semi-
cerrado, se recomienda los rotores o impulsores de tipo cerrado.
En las bombas centrifugas cuando la altura de elevación es excesivamente grande para una sola
unidad dotada de un solo impulsor, “bomba de simple etapa”, se recomienda utilizar bombas de dos
o más impulsores en serie, conocidas como bombas de etapas múltiples. La altura de elevación
crece de 30 a 45 m, por cada etapa.
Es altamente conveniente que las bombas utilizadas para las aguas residuales sean instaladas en
niveles tales que puedan trabajar ahogadas. Por otro lado conviene que sean de baja rotación para
obtener mayor duración.
17.7.1. TIPOS DE BOMBEO
De acuerdo a su posición se clasifican en bombas de eje horizontal o de eje vertical, las últimas
pueden ser a su vez sub-clasificarse en bombas sumergidas o no sumergidas.
Bombas de eje horizontal.- Se localizan siempre en una estructura denominada casa de bombas y
pueden ser ubicadas a nivel inferior o superior al nivel de aguas de la cámara de almacenamiento,
siendo preferido el primer caso porque trabajan ahogadas, sin embargo ocupan mayor espacio y
mayor áreas de construcción, aunque caso contrario se corre el riesgos de daños y riesgos en el
motor.
Bombas de eje vertical no sumergidas.- Se localizan bajo la cámara de almacenamiento en la
estructura de la casa de bombas y por tanto trabajan ahogadas, los motores se acoplan mediante
ejes más o menos largos, se ubican en niveles superiores de terreno para evitar riesgos de
inundaciones, tienen la desventaja de costos mayores de instalación, operación y mantenimiento.
Las bombas de ejes vertical sumergidas.- A diferencia de las anteriores la modalidad reside en que la
bomba se ubica enteramente sumergida en las aguas residuales dentro la cámara de
almacenamiento, situando el motor en un lugar seguro libre de inundaciones, este sistema no se
UNIV. JAIME CHOQUE CUELLAR 5-1-15
PROYECTO ACADEMICO ING. SANITARIA II
50
utiliza en las estacione de elevación de aguas residuales por las dificultades de acceso para
mantenimiento e inspección.
17.8. CAUDALES DE ELEVACION
En el cálculo de los caudales para las estaciones de bombeo se debe considerar la determinación de
la población de diseño y la dotación futura afecta por el correspondiente coeficiente de aporte
obteniéndose el caudal medio (Qm), luego se determina el coeficiente de carga para el gasto o
caudal máximo previsto.
El caudal de elevación que se define como la cantidad de agua residual elevada en la unidad de
tiempo por el sistema de elevación, comprende además el caudal de infiltración (Qi), obtenido en
relación al área o longitud del colector.
Qb Q max Qi= +
17.9. POTENCIA DE LA ESTACION DE BOMBEO
Las estaciones de bombeo deben vencer la diferencia de altura, entre dos puntos, más las pérdidas
de carga o la carga de la conducción y las pérdidas de carga por piezas especiales.
17.10. DETERMINACION DE LA CARGA DE IMPULSION
Para el cálculo de las pérdidas de carga por conducción se aplica la ecuación de Manning:
163
2
2
hf K *L*Qb
10, 293*nK
D
=
=
Donde.
“hf” es la perdida de carga por conducción en m
“L” es la longitud de la tubería en m
“Qb” es el gasto de bombeo en m3/s
“n” es el coeficiente de fricción que depende del material de la tubería.
“D” es el diámetro de la tubería en m
En general los valores de “k” se obtienen de tablas.
UNIV. JAIME CHOQUE CUELLAR 5-1-15
PROYECTO ACADEMICO ING. SANITARIA II
51
17.11. RENDIMIENTO DEL CONJUNTO DE ELEVACION
El rendimiento o eficiencia de un conjunto de elevación depende de la eficiencia de cada
componente, en virtud de esta situación los conjuntos de elevación en los procesos de fabricación
presentan mayores rendimientos. Los motores eléctricos que con los más usados en las estaciones
de elevación presentan eficiencia de 90% para grandes unidades y 60% para unidades grandes y de
50% para pequeños caudales. Lugo en la practica la potencia del motor destinado al accionamiento
del conjunto de elevación debe ser incrementado en un50% para potencias iguales o menores a 2HP
entre 30% a 15% para potencias entre 5HP y menores a 20HP y 10% para bombas mayores a 20 HP
17.12. VELOCIDAD ESPECÍFICA
Es una de las particularidades más importantes de las bombas, pues permite caracterizar en forma
bien definida un determinado tipo de bomba, y se define como las revoluciones por minuto de una
bomba ideal, geométrica semejante a una bomba capaz de elevar un caudal de un litro por minuto a
una altura de un metro.
La velocidad específica se obtiene conociendo el caudal y las cargas de altura sin necesidad de
conocer las características geométricas.
12
34
QNs 3,65* N *
H=
Donde:
“Ns” es la velocidad especifica en r.p.m.
“Q” es el caudal en m3/s
“H” es la altura en m
“N” es la velocidad de rotación en r.p.m.
La velocidad específica permite analizar el comportamiento de bombas de distintas características
de funcionamiento y definir el perfil o formal del impulsor.
17.13. LA CAVITACION
Cuando en una bomba se tiene una presión igual a la presión de vapor del agua, está en una
condición inadecuada y peligrosa que afecta al impulsor destruyéndolo parcial o totalmente. EL
fenómeno que mecánicamente provoca el agua se llama cavitación y afecta al metal que se fatiga.
UNIV. JAIME CHOQUE CUELLAR 5-1-15
PROYECTO ACADEMICO ING. SANITARIA II
52
Para evitar el fenómeno de la cavitación es necesario definir un valor ligado al mismo, que se
denomina Altura líquida de succión positiva disponible que tiene la siguiente expresión.
( )NPS Hd pa pv hs hf hp= − ± − Σ +
Donde:
“pa” es la presión atmosférica local
“pv” es la presión de vapor
“hs” es la altura estática de succión, tiene valor positivo cuando la superficie del líquido
está encima del eje de la bomba y negativo cuando está por debajo.
( )hf hpΣ + Sumatoria de las pérdidas de carga por conducción y por piezas
especiales.
Por otra parte, cada bomba posee una característica en relación al fenómeno de cavitación que se
denomina Altura Liquida de succión positiva requerida “ NPSHv ”
Luego, si la característica de cada bomba dada por los fabricantes tiene valor menor a la altura
liquida de succión positiva disponible no se produce el fenómeno de cavitación.
NPSHd > NPSHv No se produce cavitación
NPSHd < NPSHv Se produce cavitación
17.14. DETERMINACION DEL VOLUMEN DE POZO DE SUCCION O CAMARA
El dimensionamiento de los pozos de succión o tanques de bombeo varia fundamentalmente en
relación a los aspectos siguientes:
• Tiempo de permanencia del agua residual en el pozo o tanque
• Frecuencia de operación del conjunto de elevación
Para elevaciones que no sean de gran dimensión, una solución bastante satisfactoria consiste en
dimensionar los tanques de modo que para cualquier combinación de caudal afluente y caudal de
bombeo, el ciclo de operación de una bomba no deba tener una duración inferior a 5 minutos y el
máximo tiempo de retención no exceda los 30 minutos.
UNIV. JAIME CHOQUE CUELLAR 5-1-15
PROYECTO ACADEMICO ING. SANITARIA II
53
En general tomando en cuenta los aspectos básicos relativos a número de unidades para tipos de
planta, caudales, intervalos de funcionamiento mínimo y tiempo de retención, las ecuaciones que se
anotan ayudaran a razonar sobre la manera de calcular el volumen adecuado del tanque con la
capacidad de bombeo de las unidades.
( )V Q* t
Qb*f Q t f
== +
Donde:
“v” Volumen del tanque de succión m3
“Q” caudal afluente en m3/s
“Qb” Caudal de bombeo en m3/s
“t” Periodo de interrupción del bombeo en s
“f” periodo de funcionamiento de bombeo en s.
Si bien se acepta para “f” el valor mínimo de 5 minutos parece correcto adoptar un periodo de 15
minutos como mínimo razonable.
Por otra parte, si un tiempo de retención máximo de 30 min se anota como aconsejable y prudente,
algunos autores en determinados casos estiman un límite de a horas
En todo caso los valores de f y t deben ser verificados para las condiciones de caudal mínimo en
relación a las formulas indicadas anteriormente.
Vt
Q
Q*tf
Qb Q
=
=−
18. DISEÑO EMISARIO
19. PERFIL LONGITUDINAL DE TODO EL SISTEMA
20. ANEXOS