proyecto alcantarillado sanitario ii
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PROYECTO ALCANTARILLADO SANITARIO II
INTRODUCCIÓN
1.-Objetivo.-
Diseñar un sistema de alcantarillado sanitario y pluvial.
2.- Ubicación.-
El sistema de alcantarillado sanitario y pluvial estará situado en la Zona de Villa Cruz en el distrito 3 del Municipio de Sucre.
3.- Criterios de diseño
Durante el funcionamiento del sistema de alcantarillado, se debe cumplir la condición de auto limpieza para limitar la sedimentación de arena y otras sustancias sedimentables (heces y otros productos de desecho) en los colectores. La eliminación continua de sedimentos es costosa y en caso de falta de mantenimiento se pueden generar problemas de obstrucción y taponamiento.En el caso de flujo en canales abiertos la condición de auto limpieza está determinada por la pendiente del conducto. Para tuberías de alcantarillado, la pendiente mínima puede ser calculada utilizando el criterio de velocidad mínima o el criterio de la tensión tractiva. A continuación se realiza un análisis comparativo de ambos criterios.
Criterio de Velocidad Mínima
La práctica usual, es calcular la pendiente mínima, con el criterio de la velocidad mínima y para condiciones de flujo a sección llena. Bajo este criterio las tuberías de alcantarillado se proyectan con pendientes que aseguren una velocidad mínima de 0,6 m/s. De la fórmula de Manning, la pendiente tiene la siguiente expresión:
Se presenta los valores de la pendiente mínima calculada con la ecuación, basado en el criterio de la velocidad mínima, cuando el flujo promedio está a 100% de la capacidad del colector (sección llena) y la velocidad mínima requerida para estas condiciones es V = 0,6 m/s, para un coeficiente de rugosidad n = 0,013, ambos constantes.
Sin embargo, la velocidad cerca del fondo del conducto es la más importante a efectos de la capacidad transportadora del agua. Según algunos autores, se ha comprobado que una velocidad media de 0,3 m/s es suficiente para evitar un depósito importante de sólidos. Por tal motivo, los proyectistas verifican que para condiciones de flujo parcialmente lleno, la velocidad no sea menor a este valor.
Criterio de la Tensión TractivaLa tensión tractiva o tensión de arrastre es el esfuerzo tangencial unitario ejercido por el líquido sobre el colector y en consecuencia sobre el material depositado. Tiene la siguiente expresión:
El objetivo es calcular la pendiente mínima del tramo, capaz de provocar la tensión suficiente para arrastrar el material que se deposita en el fondo.La pendiente mínima de la tubería, puede ser calculada con el criterio de la tensión tractiva, considerando que el transporte de sedimentos es proporcional a la tensión tractiva. De la ecuación, obtenemos la pendiente de la tubería a sección llena:
Sustituyendo la ecuación, obtenemos la pendiente para tuberías para sección parcialmente llena:
En el CUADRO a mostrar, se presenta los valores de la pendiente mínima calculada con la ecuación, basado en el criterio de la tensión tractiva, cuando el flujo promedio está a 100% de la capacidad del colector (sección llena). Para fines de comparación con el criterio de velocidad, previamente se calculó la tensión tractiva = 2,04 Pa, con la pendiente de 8,32 o/oo, el radio hidráulico R = D/4 y para el diámetro de 0,10 m. Luego la velocidad fue obtenida con la fórmula de Manning con un coeficiente de rugosidad n = 0,013.Pendientes Mínimas – Criterio de la Tensión Tractiva
Comparación de Criterios de DiseñoComparando los valores de los CUADROS, se observa que el diseño basado en el Criterio de la Tensión Tractiva permite para un mismo diámetro, mayor caudal, velocidad y pendiente que el diseño basado en el Criterio de la Velocidad Mínima.La diferencia es importante conforme se incrementa el diámetro. Si bien la práctica usual de diseño es determinar pendientes mínimas sobre la base de la velocidad mínima constante, queda demostrado que el diseño se debe basar en una tensión tractiva mínima constante. La condición de auto limpieza de la tubería es creada por la tensión tractiva de flujo.
3.1.- Material.-
Tubos de Hormigón Armado
Los tubos de hormigón armado para alcantarillas deberán obedecer la especificación AASHTO M-170 y el AASHTO T-33 para los ensayos de su resistencia. El tipo de hormigón a utilizarse para el R-280 y cumplirá la ES-14 Hormigones y Morteros, el acero estructural tendrá tensión de fluencia de 4200 Kg/cm2 y responderá a la ES-15 Acero para Hormigón Armado.
Los espesores de las paredes están definidos por el diseño y mostrados en el cuadro a continuación:
Los tubos de hormigón armado serán del tipo de caja y espiga. El recubrimiento de la armadura será de 25 mm.
Con el objeto de proteger los extremos de los tubos, en cada extremo, en los dos últimos anillos, se reducirá el esparcimiento de las armaduras a la mitad de la distancia especificada.
Tubos de Metal Corrugado
Los tubos de metal corrugado deberán obedecer las exigencias de la especificación AASHTO M-36. En caso de que el material hubiera perdido parcialmente el galvanizado, las chapas y pernos serán protegidos y tratados en epoxi.
Alcantarillas Tipo Cajón de Hormigón Armado
Estas estructuras han sido proyectadas según diferentes dimensiones y combinaciones de acuerdo a necesidades del volumen de escurrimiento y alturas de terraplén sobre la obra.
El hormigón a utilizarse será de R210 y para el acero el de limite de fluencia de 4.200 Kg/cm2.
La construcción de estas estructuras deberá cumplir con los dispuesto en el párrafo 2.1 de estas especificaciones.
Materiales de Relleno para Cimentación y Materiales de Asiento para Alcantarillas Tubulares
Los materiales de relleno para cimentación y los materiales de asiento para alcantarillas tubulares, deberán atender lo prescrito en la Especificación ES-03. Excavación para Estructuras
3.2.- Diseño.-
Fórmula para diseñoLa fórmula empírica de Manning es la más práctica para el diseño de canales abiertos, actualmente se utiliza para conductos cerrados y tiene la siguiente expresión:
Para tuberías con sección llena:
Sustituyendo el valor de (R) , la fórmula de Manning para tuberías a sección llena es:
Para tuberías con sección parcialmente llena:
- El ángulo central q(en grado sexagesimal):
Radio hidráulico:
Sustituyendo el valor de (R), la fórmula de Manning para tuberías con sección parcialmente llena es:
En función del caudal:
Propiedades hidráulicas de los Conductos Circulares
Flujo en Tuberías con Sección Llena
En el diseño de conductos circulares, se utilizan tablas, nomogramas o programas de computadora, los mismos están basados en la fórmula de Manning y relacionan la pendiente, diámetro, caudal (capacidad hidráulica) y velocidad, para condiciones de flujo a sección llena.
Flujo en Tuberías con Sección Parcialmente Llena
El flujo a sección llena se presenta en condiciones especiales. Se debe destacar que la condición normal de flujo en conductos circulares de alcantarillado, es a sección parcialmente llena, con una superficie de agua libre y en contacto con el aire.Durante el diseño, es necesario determinar el caudal, velocidad, tirante y radio hidráulico, cuando el conducto fluye a sección parcialmente llena (condiciones reales). Para el cálculo es necesario utilizar las propiedades hidráulicas de la sección circular que relacionan las características de flujo a sección llena y parcialmente llena.
3.3.- Estimación del diámetro.-
De acuerdo a lo establecido en la Norma Boliviana NB – 688, el diámetro de los colectores de alcantarillado sanitario, de acuerdo con las experiencias en Bolivia, puede ser de 100 mm (4”). Este diámetro es suficiente para transportar caudales de los tramos de arranque.
En el caso de colectores pluviales, el diámetro mínimo no será menor a 200 mm (8”), en caso excepcionales justificados en tramos iniciales podrá ser de 150 mm (6”).
4.- Importancia del sistema de alcantarillado.-
Inicialmente la construcción de edificios, casas, calles, estacionamientos y otros modifican el entorno natural en que habita el hombre y tiene como algunas de sus tantas consecuencias, la creación de superficies poco permeables (que favorece a la presencia de una mayor cantidad de agua sobre el terreno) y la eliminación de los cauces naturales (que reduce la capacidad de desalojo de las aguas pluviales y residuales).
En la mayoría de las ciudades se tiene la necesidad de evacuar las aguas de lluvia para evitar
que se inunden las viviendas, los comercios, las industrias y otras áreas de interés.
Desde el punto de vista sanitario, las aguas negras y pluviales son desechos originados por la actividad vital de una población y por la lluvia. En su composición se encuentran sólidos orgánicos disueltos y suspendidos que son sujetos de putrefacción. También contienen organismos vivos como bacterias y otros microorganismos cuyas actividades vitales promueven el proceso de descomposición.
Así, la urbanización incrementa los volúmenes de agua que escurren superficialmente, debido a la impermeabilidad de las superficies de concreto y pavimento. Por ello, las conducciones artificiales para evacuar el agua son diseñadas con mayor capacidad que la que tienen las corrientes naturales existentes.
Una localidad enfrenta 2 necesidades básicas en materia de alcantarillado: el desalojo de las aguas negras producidas tanto por la población como por las actividades industriales y comerciales que en ella se llevan a cabo y el desalojo de las aguas de lluvia.
El alcantarillado tiene como su principal función la conducción de aguas residuales y pluviales en forma unitaria o combinada, hasta sitios donde no provoquen daños e inconvenientes a los habitantes de poblaciones de donde provienen o a las cercanas.
Los sistemas de alcantarillado resuelven en forma muy positiva el problema de alejamiento de aguas negras y pluviales, por medio de conductos o tuberías generalmente subterráneas que se encargan de recolectar las aguas de desecho y las transportan en forma segura y rápida, hasta el lugar de disposición final.
Este lugar, en un proyecto correctamente concebido, deberá ser un sitio donde sea posible someterlas a un proceso de tratamiento.
El tratamiento de las aguas residuales generalmente consiste en la oxidación de la materia biodegradable y tiene como propósito lograr su estabilización, para quitarles el poder nocivo que conllevan y poder disponer de ellas en forma segura sin que causen peligros ni riesgos a la salud humana en caso de ser utilizadas.
Las aguas negras se producen en forma continua y aumentan en cantidad conforme la población crece y diversifica sus actividades socioeconómicas: producen enfermedades infecciosas, afectan la salud y el medio ambiente, y por tanto deben ser tratadas entes de ser descargadas en los ríos, lagos u otros cuerpos de agua, o de ser reutilizadas para la agricultura, riego de jardines u otras actividades.
En contra partida, las aguas de lluvia son transitorias y su frecuencia e intensidad dependen del régimen de lluvia imperante en cada localidad. Sin embargo en todos los casos pueden dirigirse mediante interceptores hacia lugares y usos más racionales sin pasarlas a través de
costosas instalaciones de tratamiento.
La combinación de aguas negras y pluviales encarece las obras necesarias para su manejo y desalojo en una localidad; dificulta los procesos de tratamiento y, en general, impide el uso adecuado y eficaz de los recursos disponibles. Por esto desde el punto de vista social, económico y técnico es recomendable atender los problemas de saneamiento y drenaje de una localidad por medio de sistemas separados de aguas negras. Este método permite un manejo más racional de los costos involucrados, además de otorgar mayor prioridad a la salud y la protección del medio ambiente.
Un sistema de alcantarillado pluvial está constituido por una red de conductos e instalaciones pluviales complementarias que permiten la operación, mantenimiento y reparación del mismo.
Su objetivo es la evacuación de las aguas pluviales y residuales, que escurren sobre las calles, avenidas y las que surgen como residuales, provenientes de las necesidades humanas, evitando con ello su acumulación y propiciando el drenaje de la zona a la que sirven. De este modo se impide la generación de daños materiales y la propagación de enfermedades relacionadas con las aguas contaminadas,
FUNDAMENTO TEÓRICO
1.- Aguas Residuales en Bolivia
El 100 por ciento de las aguas servidas que se generan en el país, 40 por ciento recibe tratamiento en 15 plantas. El resto, el 60 por ciento, continúa contaminada.
Se tiene aproximadamente de 30 hasta 40 por ciento de agua residual total tratada, las aguas residuales son las que provienen de usos domésticos, comerciales, agropecuarios y de procesos industriales o una combinación de varios. Por lo general salen de las alcantarillas.
Si bien estas aguas son tratadas en las plantas, no son aptas para el consumo humano y sólo sirven para el riego.
El propósito de la depuración de aguas residuales es el beneficio para el medio ambiente.
La planta tiene el sentido de eliminar patógenos que es un riesgo para la salud y de mejorar la calidad del medio ambiente. Si no se tratan pueden provocar la muerte de peces y presentar riesgo de enfermedades para los frutos de la tierra (cultivos)
Las plantas más grandes en Bolivia se encuentran en los departamentos de Beni, Santa Cruz, La Paz, Cochabamba, Chuquisaca, Tarija y Oruro.
De acuerdo con datos de expertos, con excepción de la instalación que está en Sucre (Chuquisaca), el resto (de las plantas) son lagunas de estabilización. Solamente Sucre es una planta más técnica (con tanques).
Algunos de estos complejos como el de la ciudad de Trinidad presentan problemas de sobrecarga. Por eso existe la intención de modificar su instalación, como ocurre con la planta de Puchukollo, en El Alto, que está siendo ampliada.
Otro análisis de expertos es que si bien en el país hay 15 plantas que tratan las aguas residuales de las ciudades, La Paz, la principal metrópoli del país, no cuenta con una instalación de este tipo. La sede de gobierno tiene un sistema de canalización que no garantiza una descontaminación. Se tiene un poco de limpieza, pero no purificación, hay una dilución, pero sigue contaminada.
Datos sobre el tratamiento
Lugares
De las 15 plantas de tratamiento de aguas residuales que hay en el país, 11 son grandes: Puchukollo de El Alto; la planta de Trinidad en Beni; Albo Rango de Cochabamba; la de Oruro; las plantas de Sucre, Monteagudo y Hebrón en Chuquisaca; de Villamontes y Tarija en el departamento de Tarija; y Montero y Santa Cruz en el departamento cruceño.
Tratamiento
El 70% de aguas tratadas en la planta de Puchukollo, El Alto, desembocan en el lago Titicaca. Para tratar los residuos contaminantes, el costo de inversión es de 200 mil dólares al año. Sin embargo, el costo de operación podría ascender a medio millón de dólares al año.
Factores
La extensión de las plantas depende de la temperatura del agua. En Bolivia se tiene temperaturas de agua en un rango de 10 grados hasta 20 grados en el año. En Camiri se registra 20 grados y en Puchukollo la mitad, 10 grados.
1.1.- Características de las Aguas Residuales
CARACTERÍSTICAS CUALITATIVAS
Las aguas residuales domésticas están constituidas en un elevado porcentaje (en peso) por agua, cerca de 99,9 % y apenas 0,1 % de sólidos suspendidos, coloidales y disueltos. Esta pequeña fracción de sólidos es la que presenta los mayores problemas en el tratamiento y su disposición. El agua es apenas el medio de transporte de los sólidos.
El agua residual está compuesta de componentes físicos, químicos y biológicos. Es una mezcla de materiales orgánicos e inorgánicos, suspendidos o disueltos en el agua.
La mayor parte de la materia orgánica consiste en residuos alimenticios, heces, material vegetal, sales minerales, materiales orgánicos y materiales diversos como jabones y detergentes sintéticos. Las proteínas son el principal componente del organismo animal, pero también están presentes también en los vegetales. El gas sulfuro de hidrógeno presente en las aguas residuales proviene del Azufre de las proteínas.
Los carbohidratos son las primeras sustancias degradadas por las bacterias, con producción de ácidos orgánicos (por esta razón, las aguas residuales estancadas presentan una mayor acidez). Entre los principales ejemplos se pueden citar los azúcares, el almidón, la celulosa y la lignina (madera).
Los lípidos (aceites y grasas) incluyen gran número de sustancias que tienen, generalmente, como principal característica común la insolubilidad en agua, pero son solubles en ciertos solventes como cloroformo, alcoholes y benceno. Están siempre presentes en las aguas residuales domésticas, debido al uso de manteca, grasas y aceites vegetales en cocinas. Pueden estar presentes también bajo la forma de aceites minerales derivados de petróleo, debido a contribuciones no permitidas (de estaciones de servicio, por ejemplo), y son altamente indeseables, porque se adhieren a las tuberías, provocando su obstrucción.
Las grasas no son deseables, ya que provocan mal olor, forman espuma, inhiben la vida de los microorganismos, provocan problemas de mantenimiento, etc.
La materia inorgánica presente en las aguas residuales está formada principalmente de arena y sustancias minerales disueltas. El agua residual también contiene pequeñas concentraciones de gases disueltos. Entre ellos, el más importante es el oxígeno proveniente del aire que eventualmente entra en contacto con las superficies del agua residual en movimiento. Además, del Oxígeno, el agua residual puede contener otros gases, como dióxido de Carbono, resultante de la descomposición de la materia orgánica, nitrógeno disuelto de la atmósfera, sulfuro de hidrógeno formado por la descomposición de compuestos orgánicos, gas amoníaco y ciertas formas inorgánicas del Azufre. Estos gases, aunque en pequeñas cantidades, se relacionan con la descomposición y el tratamiento de los componentes del agua residual.
CARACTERÍSTICAS CUANTITATIVAS
Contribución per capita. Relación agua – agua residual
Tradicionalmente, los caudales de aguas residuales se estiman en función de los caudales de abastecimiento de agua. El consumo per capita mínimo adoptado para el abastecimiento de agua de pequeñas comunidades es de 80 litros por habitante por día, pudiendo alcanzar un máximo de 150 l/h/d. Campos (1994) cita que los valores generalmente adoptados para el coeficiente de consumo de agua per capita varían de 150 a 350 l/h/d, pudiendo alcanzar los 500 l/h/d. La relación agua residual / agua se denomina coeficiente de retorno “C”. Este coeficiente indica la relación entre el volumen de las aguas residuales recibido en la red de alcantarillado y el volumen de agua efectivamente proporcionado a la población. De modo general, el coeficiente de retorno está en el rango de 0.5 a 0.9, dependiendo de las condiciones locales. El valor comúnmente utilizado en los diseños es de 0.8.
Cargas orgánicas de las plantas de tratamiento de aguas residuales
Las cargas orgánicas de las plantas de tratamiento de aguas residuales se expresan generalmente el kilos de DBO por día o kgs. de sólidos suspendidos por día, y el caudal, en l/s o en metros cúbicos por día, que se calculan de la siguiente manera:
Concentración de aguas residuales
Cuanta más alta sea la cantidad de materia orgánica contenida en un agua residual, mayor será su concentración.
El término materia orgánica se utiliza como indicativo de la cantidad de todas las sustancias orgánicas presentes en un agua residual. Para cuantificar la masa de materia orgánica se utilizan las mediciones de DBO y de DQO. En general estos dos indicadores se expresan en mg/l o g/m3. La concentración del agua residual de una población depende del consumo de agua. En Estados Unidos, donde el consumo es elevado (350 a 400 l/d/h) el agua residual es diluída (la DBO varía de 200 a 250 mg/l), mientras que en países en desarrollo el agua residual es más concentrada (la DBO varía de 400 a 700 mg/l) y el consumo de agua es más bajo (40 a 100 l/h/d). Otro factor que determina la concentración del agua residual doméstica es la DBO (cantidad de residuo orgánico) producida a diario por habitante. Afini (1989) obtuvo valores de las DBO per cápita en el estado de San Pablo, en función de las principales características de las ciudades y presentó los siguientes resultados: 45 g/hab/día para ciudades pequeñas; 60 g/hab/día para ciudades intermedias y 75 g/hab/día para ciudades grandes.
Medición de la concentración de contaminantes en aguas residuales
Los contaminantes en las aguas residuales son normalmente un mezcla completa de compuestos orgánicos e inorgánicos. Según Ramalho (1983), los métodos analíticos para contaminantes orgánicos pueden clasificarse en dos grupos: Grupo 1: Métodos cuyo parámetro es el oxígeno
- Demanda teórica de oxígeno (DTeO) - Demanda química de oxígeno (DQO) - Demanda bioquímica de oxígeno (DBO) - Demanda total de oxígeno (DTO)
Grupo 2: Métodos cuyo parámetro es el Carbono: Carbono orgánico total (COT) Carbono orgánico teórico (COTe)
Demanda teórica de oxígeno Es la que corresponde a la cantidad estequiométrica de Oxígeno necesaria para oxidar completamente un determinado compuesto. Es la cantidad teórica de Oxígeno requerida para transformar completamente la fracción orgánica de aguas residuales en gas carbónico (CO2) y agua (H2O). Así, la ecuación para la oxidación de la glucosa es:
El peso molecular de la glucosa es igual a 6 x 12 + 12 x 1 + 6 x 16 = 180 El peso molecular el oxígeno es 6 x 2 x 16 = 192. Puede estimarse que la DTeO de una solución de 300 mg/l de glucosa corresponde a 320 mg/l, es decir, 192 / 180 + 300 mg/l. La DTeO en la práctica no puede calcularse pero es aproximadamente igual a la DQO.
Demanda Química de Oxígeno La DQO se obtiene por medio de la oxidación del agua residual en una solución ácida de permanganato o dicromato de Potasio (Cr2O7K2). Este proceso oxida casi todos los compuestos orgánicos en gas carbónico (CO2) y en agua. La reacción es completa en más de 95 % de los casos. La ventaja de las mediciones de DQO es que los resultados se obtienen rápidamente (3 horas), pero tienen la desventaja de que no ofrecen ninguna información de la proporción del agua residual que puede ser oxidada por las bacterias ni de la velocidad del proceso de biooxidación. Demanda Bioquímica de Oxígeno La DBO es la cantidad de Oxígeno usada en la oxidación bioquímica de la materia orgánica, bajo condiciones determinadas en tiempo y temperatura. Es la principal prueba utilizada para la evaluación de la naturaleza del agua residual. La DBO se determina generalmente a 20 ºC después de incubación durante 5 días; se mide el oxígeno consumido por las bacterias durante la oxidación de la materia orgánica presente en el agua residual, por cinco días a 20 ºC. La demanda de Oxígeno de las aguas residuales se debe a tres clases de materiales:
Materia orgánica Carbonosa usada como fuente de alimentación por los organismos aerobios.
Nitrógeno oxidable derivado de nitritos, amoníaco y compuestos de nitrógeno orgánico, que sirven de sustrato para bacterias específicas del género Nitrosomas y Nitrobacter, que oxidan el Nitrógeno amoniacal en nitritos y nitratos.
Compuestos reductores químicos, como sulfitos (SO3-2), sulfuros (S-2) y el ión
ferroso (Fe+2) que son oxidados por Oxígeno disuelto.
Para aguas residuales domésticas, prácticamente toda la demanda de oxígeno se debe a la materia orgánica Carbonosa. 1.2.- Fuentes de contaminación
Los contaminantes importantes de interés en el tratamiento de las aguas residuales se presentan en la siguiente tabla:
1.3.- Control de contaminación
Si bien es cierto que la responsabilidad principal del control de la contaminación recae en los gobiernos y empresas que generan la mayor cantidad de contaminación, no es menos relevante la responsabilidad que le cabe a cada ser humano en la preservación del agua y los sistemas acuáticos.
Algunas de las cosas que podemos hacer para no contaminar son:
• Reducir al máximo el consumo detergentes y lavalozas.
Esto no significa no lavar la ropa, sino, por ejemplo, utilizar la misma lavaza para más de un lavado. Así estaríamos reduciendo a la mitad el detergente vertido en el alcantarillado.
• No vertir en la taza del baño o lavaplatos restos de diluyentes, pinturas, combustibles (parafina por ejemplo), remedios, ni ningún tipo de sustancia química.
• No arrojar a la taza del baño papel higiénico, pañales o toallas desechables.
• No botar basura en playas, ríos, lagos, ni en ningún lugar no indicado para esto.
• Reciclar al máximo todo tipo de basura.
• Conversar con nuestros padres, amigos, hermanos menores sobre la importancia de cuidar el agua y todo nuestro entorno familiar. Debatir al respecto buscando nuevas formas de contribuir a la no-contaminación.
2.- Componentes de un sistema de alcantarillado sanitario y pluvial
Dotación
Cantidad de agua promedio diaria por habitante que suministra el sistema de agua potable, expresada en litros por habitante por día.
Recolección
Es una tubería que funcionando como conducto libre, recibe la contribución de aguas residuales en cualquier punto a lo largo de su longitud.
Intensidad de lluvias
La intensidad de lluvia a adoptar en el cálculo del caudal en el proyecto, se determinará con el tc. Los valores de intensidad se obtienen en función al tc de la curva de lluvia calculada para la localidad.
tc = te + tp
El tiempo de concentración tc es la suma de entrada t y el tiempo de trayecto tp.
Cámaras de inspección
Cámara que se instala en los cambios de dirección, diámetro o pendiente en las tuberías de alcantarillado de la red pública, la misma sirve para permitir la inspección y mantenimiento de los colectores. Visitable a través de una abertura existente en su parte superior, destinada a permitir la reunión de dos (2) o más colectores o recibir las tuberías de conexión de las bocas de tormenta. Estructura de mampostería de piedra o ladrillo u hormigón, de forma usualmente cilíndrica, que remata generalmente en su parte superior en forma tronco-cónica y con tapa removible.
Sumideros pluviales
Estructura diseñada y construida para cumplir con el propósito de captar las aguas pluviales de escurrimiento que corren por las cunetas de las calzadas de las vías, para entregarlas a las estructuras de conexión o cámaras de inspección de los alcantarillados combinados o pluviales.
Colector principal
Conducto sin conexiones domiciliarias directas que recibe los caudales de los tramos secundarios, para conducirlos a plantas de tratamiento de aguas residuales o a cuerpos de agua.
2.1.- Periodo de diseño
El período de diseño es el tiempo durante el cual servirán eficientemente las obras del sistema.Los factores que intervienen en la selección del período de diseño son:a) Vida útil de las estructuras y equipos tomando en cuenta la obsolescencia, desgaste y
dañosb) Ampliaciones futuras y planeación de las etapas de construcción del proyectoc) Cambios en el desarrollo social y económico de la poblaciónd) Comportamiento hidráulico de las obras cuando éstas no estén funcionando a su plena
capacidadEl período de diseño debe adoptarse en función de los componentes del sistema y las características de la población, según lo indicado en la tabla.
El período de diseño podrá ser mayor o menor a los valores especificados en la tabla 2.1, siempre que el proyectista lo justifique.43 NB 688 Con el fin de evitar inversiones mayores al inicio del proyecto y/o el sobre-dimensionamiento de los distintos componentes del sistema, referido a los requerimientos del período inicial del proyecto, se deben definir etapas de construcción para los componentes susceptibles de crecimiento.
3.- Conducciones principales y secundarias
Conductor Principal
Tubería que conduce la contribución del curso principal de agua y que queda ubicada en el fondo del valle principal de la cuenca de drenaje.
Conductor Secundario
Tubería que conduce la contribución del curso de agua afluente y queda ubicada en el fondo de un valle secundario de la cuenca de drenaje.
4.- Tratamiento y diseño de cámara séptica
Esta unidad de tratamiento primario conjunciona los procesos de sedimentación, digestión y almacenamiento de sólidos en suspensión que contienen las aguas residuales, puede estar conformada de uno ó más compartimientos.
Dispositivos de ingreso y salida
Mediante conexión en Te, o cortina, la generatriz inferior de la tubería de ingreso deberá estar como mínimo 5 cm por encima de la superficie del líquido en el interior del tanque.En el ingreso la parte inferior de la Te o cortina, deberá estar sumergida a más de 10 cm respecto a la superficie del líquido en el interior del tanque, a la salida la sumergencia de la Te o cortina será 1/3 de la altura de agua del tanque.Volumen del tanque
Las cámaras sépticas deben dimensionarse teniendo en cuenta un volumen destinado a la sedimentación y un volumen para la acumulación del lodo, de acuerdo a la siguiente expresión:
V = 1000 + N ( D T + Lf K)Dónde:
V = Volumen útil (l)N = Número de personas ó unidades de contribución (habitantes ó unidades)T = Tiempo de detenciónLf = Contribución de lodo fresco (l/h/d)K = Tasa de acumulación de lodo (d)D = Dotación per cápita (l/h/d)
Tiempos de detención (T)
Los tiempos de retención van desde las 24 horas para tanques de 1 500 litros hasta las 12 horas para tanques mayores a 9 000 litros de capacidad.
Contribución de lodo (Lf)
Se tomará como contribución de lodo fresco percápita Lf = 1 l/h.día
Tasa de acumulación del lodo (K)
Geometría de los tanques
Pueden ser cilíndricos o prismáticos rectangulares, en caso de tanques cilíndricos considerar un diámetro interno mínimo de 1,10.En rectangulares la relación largo/ancho: mínimo 2:1 y máximo 4:1.
Las profundidades útiles varían de un mínimo de 1,20 m a un máximo de 2,80 m.
Profundidades de los tanques sépticos
La profundidad útil mínima de los tanques sépticos deberá ser 1,20 m y la máxima 2,80 m.
Tanques sépticos de cámaras en serie
Para tanques cilíndricos adoptar tres cámaras en serie, siendo el volumen de la primera cámara igual a V/2 y de las dos cámaras siguientes iguales a V/4.Para tanques prismáticos rectangulares adoptar dos cámaras en serie, siendo el volumen de la primera cámara igual a 2/3 V y de la segunda 1/3V.La intercomunicación entre cámaras será mediante aberturas con un área equivalente al 5% de la sección vertical útil del plano de separación del tanque.Distancia vertical mínima entre el extremo superior de la abertura y la lámina de agua debe ser 30 cm.Distancia vertical mínima entre el extremo inferior de la abertura y el fondo del tanque.• 1/2 de la altura útil del tanque para periodos de limpieza hasta 3 años.• 1/3 de la altura útil del tanque para periodos de limpieza mayores a 3 años.
Registros de inspección
Los registros deben estar ubicados de forma tal que posibiliten la limpieza del tanque séptico, deberán tener aberturas de 0,60 m.
5.- Detalles constructivos en sistemas de alcantarillado
5.1 Excavaciones
Las excavaciones para la cámara de inspección y tuberías se ejecutarán dé acuerdo con el trazado y pendientes determinados en el plano. Deberán realizarse de manera que los respectivos emplantillados o tuberías se apoyen en toda su superficie sobre terreno firme y regular.
Una vez practicadas las pruebas de presión de agua de las instalaciones, se rellenará lo que reste de las excavaciones mediante capas de suelo, de espesor no mayor a 0.20m. El suelo de relleno deberá humedecerse y se compactará mediante procedimientos hidráulico o mecánico, tomando las precauciones necesarias para no dañar la instalación ejecutada.
El material de suelo excedente se retirará de la obra y se trasladará a botaderos autorizados por la I.T.O o lugares que indique el propietario
5.2 Colocación de las tuberías
Se limpiará la ranura de las campanas y el extremo achaflanado del tubo en la zona de inserción, con un trapo limpio o papel absorbente. Se colocarán los anillos de hermeticidad en la ranura de la campana.
Se aplicará lubricante alrededor del extremo de inserción dando un movimiento suave de giro para un buen asentamiento y evitar reviraje del anillo. Se cuidará de dejar la marca de penetración máxima a la vista para dejar margen de la dilatación del material.
La conexión de P.V.C en las entregas a cámaras de inspección o de desagüe, a fin de aumentar la rugosidad exterior del tubo de P.V.C. y permitir su fijación, se usará una aplicación de pegamento o solvente, que entrega el fabricante, cubriendo el extremo del tubo en un largo de 0.20m. , al cual se le espolvoreará arena fina tamizada (sin polvo) en una capa uniforme.
Sus diámetros y pendientes serán los que se indican en los planos.
5.3 Relleno de las zanjas
El material a emplearse en el relleno de la zanja hasta una altura de 20 cm por encima de la clave del tubo será tierra humedecida seleccionada, libre de piedras u otro material que pudiera provocar la rotura del tubo.
Para el relleno del resto de la zanja se utilizará tierra libre de materiales orgánicas, raíces, arcillas, o linos en cantidades detectables, con un contenido de humedad adecuado para satisfacer los requerimientos de compactación indicados más abajo. Para esta segunda estapa de relleno se deberá eliminar toda piedra con una dimensión mayor a 15 cm en su mayor longitud.
Lo anterior no es aplicable si el tubo está colocado en la sub-base de la avenida. En este último caso, se aplicarán las especificaciones correspondientes a la sub-base.
El relleno podrá comenzar después de 12 horas de ejecutadas las juntas hasta una altura de 20 cm. por encima de la clave. Se rellenara a mano con el material especificado y se compactará con pisones manuales metálicos y de base plana con un peso no menor de 10 kg. Esta compactación se realizará en capas no mayores a 20 cm.
El resto del relleno se realizará con el mismo material, que se compactará con rodillos aplanadores, planchas vibradoras u otro equipo ligero adecuado de que disponga el contratista. Esta compactación se ejecutará a humedad optima y en capas no mayores de 30 cm. La densidad del relleno hasta un metro por debajo de la rasante deberá ser igual o mayor al 95% de la máxima obtenida mediante el ensayo indicado, no se recomienda el uso de equipo pesado.
El relleno se efectuará hasta el nivel de sub-base. En cualquier caso los rellenos o reparaciones sucesivas que fuese necesario realizar para acondicionar la superficie de la calzada serán parte de la responsabilidad del contratista.
6.- Diseño de la red
Es el conjunto de tuberías que reciben las aguas residuales de ramales condominiales o conexiones domiciliarias, conforme a la terminología definida en el numeral 3.4.2 – Capítulo II de la Norma Boliviana NB 688.
Para el diseño geométrico de las redes públicas el proyectista debe disponer de:
• Un plano del área del proyecto urbanizada a escala 1:2000, resultado del levantamiento topográfico, con curvas de nivel cada metro y el detalle de manzanos, calles, avenidas, canales, cursos naturales de agua, puentes vehiculares, peatonales, cámaras del sistema de alcantarillado existente, posibles puntos de bombeo, tratamiento y descarga de las aguas residuales.
• Cotas del nivel del terreno en todas las intersecciones de calle (cruceros) y puntos de interés, debidamente referenciados.
• El trazado de las redes públicas se realizará a partir de los puntos de cota más elevada (arranque) hacia el punto de cota más baja (descarga) y siguiendo el drenaje natural del terreno. El proyectista deberá analizar las alternativas de trazado para obtener la menor extensión de red y conectar todos los manzanos.
La red pública podrá ser ubicada en el centro de calle o avenida, pero preferentemente por áreas más protegidas del tránsito vehicular, utilizando siempre que fuera posible las aceras, parques y jardines existentes.
6.1 Estudio de la población
En Bolivia, el organismo estatal encargado de llevar los datos oficiales acerca del crecimiento poblacional es el Instituto Nacional de Estadística (http://www/ine.gov.bo), cuyos datos abarcan a todo el país. Se cuenta con datos censales de 1976, 1992 y 2001 que son los tres últimos censos y datos extrapolados que el INE va mostrando en su página WEB, en forma anual.
El crecimiento demográfico en las poblaciones, se debe a los siguientes factores: La tasa de natalidad, la tasa de mortalidad y las migraciones. Las dos primeras, constituyen el crecimiento vegetativo. Es muy raro encontrar estos factores sobretodo en poblaciones rurales, en caso de utilizar los mismos el método desarrollado se conoce con el nombre de crecimiento poblacional por método de las componentes.
El crecimiento poblacional, está íntimamente ligado al tamaño del proyecto y por tanto, al periodo de diseño que se analice. Debido a factores imprevisibles, una población no puede ser extrapolada con seguridad a más de 20 años, pues durante periodos más largos, podrían
ocurrir fenómenos de crecimiento que distorsionen en alto grado la magnitud del proyecto que se vaya a adoptar.
6.2 Población de Diseño
Es el número de habitantes servidos por el proyecto para el período de diseño, el cual debe ser establecido con base en la población inicial.
Para la estimación de la población de proyecto se deben considerar los siguientes aspectos:
a) Población inicial, referida al número de habitantes dentro el área de proyecto que debe determinarse mediante un censo de población y/o estudio socioeconómico.
Se deben aplicar los datos estadísticos del Instituto Nacional de Estadística para determinar la población de referencia o actual y los índices de crecimiento demográfico respectivos.
Para poblaciones menores, en caso de no contar con índice de crecimiento poblacional, se debe adoptar el índice de crecimiento de la población de la capital o del municipio. Si el índice de crecimiento fuera negativo se debe adoptar como mínimo un índice de crecimiento de 1 %.
b) Población futura, referida al número de habitantes dentro el área del proyecto que debe estimarse con base a la población inicial, el índice de crecimiento poblacional y el período de diseño.
Métodos de cálculo
Para determinar la población futura para el proyecto, es necesario conocer cuál es la posible distribución de la población. Se deben tomar en cuenta los métodos tradicionales como se muestra en la tabla:
6.3 Factores que afectan en el periodo de diseño
El período de diseño, tiene factores que influyen la determinación del mismo, entre los cuales podernos citar:
Durabilidad de los materiales
Todos los materiales empleados en la implementación de un sistema de abastecimiento de agua, tienen diferentes “vidas útiles”, así por ejemplo, las obras de H° A° , se deprecian en 50 años y una bomba tiene una vida útil media de 10 años. Esta disparidad en la vida útil de los diferentes componentes de un sistema de agua potable, hace que la determinación de un periodo de diseño uniforme no sea factible con esta consideración.
Ampliaciones futuras
Como un sistema de agua, puede en algunos casos demandar fuertes inversiones, a veces se propone construir los mismos por etapas. Estas etapas de construcción, dependen de los aspectos financieros y de la factibilidad que se tenga en su implementación. Todo esto, hace que las etapas iniciales, deben tomar en cuenta las etapas posteriores, a fin de fijar un periodo de diseño en conformidad con las futuras.
Rangos de valores
En referencia a la norma NB-689 el periodo económico de diseño recomendado para cada una de las unidades será adoptado de acuerdo a la tabla:
7. –Cálculos
Diseño de alcantarillado sanitario
Cálculo de la poblacion inicial (Po)Nº de lotes= 10Nº de habitantes por lote= 6,5Poblacion inicial Po (hab/lote)= 65
Cálculo de la poblacion futuraIndice de crecimiento= 3,7Periodo de diseño (años)= 25 30~40Poblacion futura (hab)= 161
Calculo de densidad de poblacionArea de cobertura (Ha)= 2,11 Área de Cobertura (ha)Densidad de poblacion (hab/Ha)= 76,42 4876,7462 m2
5674,1825 m25674,1121 m2
Calculo de q 4869,9742 m2
Coeficiente= 0,01 0.01~0.02 21095,015 2,1095015Dotacion per capita (lt/hab/dia)= 60q(lt/hab/dia)= 76,95
Calculo de coeficiente de poblacion (M)Por Gift
M= 6,78
Calculo del caudal maximo (Qmax)Coeficiente de correccion= 0,75 0.70~0.80Qmax (lt/hab)= 0,00453
Caudal de aporte (Qaporte)Qaporte (lt/Ha)= 0,35
Qaporte Tramo Aporte (Ha) q(Lps) q(Lps)(asumido)0,35 1-2 0,568 0,1988 2,00
3-2 0,528 0,1848 2,002-4 0,487 0,17045 4,17
CAMARA SÉPTICA = 4,17
DISEÑO DE SISTEMA DE ALCANTARILLADO PLUVIAL
f = 5 [años] Ha= 0,53 Promedio de Áreas= 5275,44675
Tc = 15 [min.]
coefciente de escurrimiento - ciudad
cubierta teja 0,8 0,9 ce. Techo= 0,157675
calamina o concreto 0,85 0,95 ce. Patios = 0,1159375
Pavimentos Ce. Jardines= 0,0159
Asfaltos 0,7 0,95 Sup. No pav.= 0,0159
concreto 0,8 0,95 C= 0,31
Empedrado 0,4 0,7
Ripiado 0,15 0,3
Sup. No pavimentados 0,1 0,2
I= 45,7 [mm/hr]
Caudal de Aporte Sumideros
b= 3,5 [m] A aport= 0,0322 [ ha ]
L= 92 [m] Ce = 0,55 [empedrado]
Q = 2,2 [Lps] % = 20
Tramo 1-2Q 1-2 22,37
C-2 24,57
Tramo 3-2Q 3-2 20,79
C-2 22,99
Tramo 2-4Q 2-4 19,18
C-4 68,95
Disposición final
C-2 4,914051936
C-2 4,598977856
9,513029792
C-4 13,78905672
8.- Resultados
1. DESCRIPCIÓN DE LA RED DE SANEAMIENTO - Título: COLECTORES PRINCIPALES
- Dirección: VILLA CRUZ
- Población: 161 HABITANTES
- Fecha: 6/12/12
Notas: DISEÑADOR JOSE MANUEL BRACAMONTE JEREZ
La velocidad de la instalación deberá quedar por encima del mínimo establecido, para evitar sedimentación, incrustaciones y estancamiento, y por debajo del máximo, para que no se produzca erosión.
2. DESCRIPCIÓN DE LOS MATERIALES EMPLEADOSLos materiales utilizados para esta instalación son:
TUBO Ho - Coeficiente de Manning: 0.01300Descripción Geometrí
aDimensión Diámetros
mmDN200 Circular Diámetro 200.0
El diámetro a utilizar se calculará de forma que la velocidad en la conducción no exceda la velocidad máxima y supere la velocidad mínima establecidas para el cálculo.
3. DESCRIPCIÓN DE TERRENOSLas características de los terrenos a excavar se detallan a continuación.
Descripción Lechocm
Rellenocm
Ancho mínimo
cm
Distancia lateralcm
Talud
Terrenos cohesivos 5 30 50 15 0/1
4. FORMULACIÓNPara el cálculo de conducciones de saneamiento, se emplea la fórmula de Manning - Strickler.
A·Rh^(2/3)·So^(½) Q
=—————————————————
n
Rh^(2/3)·So^(½) v
=———————————————
n
Dónde:
- Q es el caudal en m3/s
- v es la velocidad del fluido en m/s
- A es la sección de la lámina de fluido (m2).
- Rh es el radio hidráulico de la lámina de fluido (m).
- So es la pendiente de la solera del canal (desnivel por longitud de conducción).
- n es el coeficiente de Manning.
5. COMBINACIONESA continuación se detallan las hipótesis utilizadas en los aportes, y las combinaciones que se han realizado ponderando los valores consignados para cada hipótesis.
Combinación Hipótesis
Fecales
HipótesisPluviales
Fecales 1.00 0.00Fecales+Pluviales
1.00 1.00
6. RESULTADOS6.1 Listado de nudos
Combinación: FecalesNud
oCota
mProf. Pozo
mCaudal sim.
l/sComent.
C1 2955.57 1.20 2.00C2 2950.41 1.20 0.17C3 2952.47 1.20 2.00C4 2946.95 1.20 0.00
SM1 2941.75 1.20 4.17
Combinación: Fecales+PluvialesNud
oCota
mProf. Pozo
mCaudal sim.
l/sComent.
C1 2955.57 1.20 2.00C2 2950.41 1.20 9.68C3 2952.47 1.20 2.00C4 2946.95 1.20 13.79
SM1 2941.75 1.20 27.47
6.2 Listado de tramosValores negativos en caudal o velocidad indican que el sentido de circulación es de nudo final a nudo de inicio.
Combinación: Fecales
Inicio
Final Longitudm
Diámetros
mm
Pendiente%
Caudall/s
Caladomm
Velocidadm/s
Coment.
C1 C2 68.48 DN200 7.54 2.00 20.59 1.17C2 C3 100.04 DN200 2.06 -2.00 28.10 -0.74 Vel.mín.C2 C4 58.54 DN200 5.90 4.17 31.10 1.34C4 SM1 38.98 DN200 13.35 4.17 25.53 1.78 Vel.máx.
Combinación: Fecales+PluvialesInici
oFinal Longitud
mDiámetro
smm
Pendiente%
Caudall/s
Caladomm
Velocidadm/s
Coment.
C1 C2 68.48 DN200 7.54 2.00 20.59 1.17C2 C3 100.04 DN200 2.06 -2.00 28.10 -0.74 Vel.mín.C2 C4 58.54 DN200 5.90 13.68 56.08 1.90C4 SM1 38.98 DN200 13.35 27.47 65.12 3.09 Vel.máx.
7. ENVOLVENTESe indican los máximos de los valores absolutos.
Envolvente de máximosInicio Final Longitu
dm
Diámetrosmm
Pendiente%
Caudall/s
Caladomm
Velocidadm/s
C1 C2 68.48 DN200 7.54 2.00 20.59 1.17C2 C3 100.04 DN200 2.06 2.00 28.10 0.74C2 C4 58.54 DN200 5.90 13.68 56.08 1.90C4 SM1 38.98 DN200 13.35 27.47 65.12 3.09
Se indican los mínimos de los valores absolutos.
Envolvente de mínimosInicio Final Longitu
dm
Diámetrosmm
Pendiente%
Caudall/s
Caladomm
Velocidadm/s
C1 C2 68.48 DN200 7.54 2.00 20.59 1.17C2 C3 100.04 DN200 2.06 2.00 28.10 0.74C2 C4 58.54 DN200 5.90 4.17 31.10 1.34C4 SM1 38.98 DN200 13.35 4.17 25.53 1.78
8. MEDICIÓNA continuación se detallan las longitudes totales de los materiales utilizados en la instalación.
TUBO HoDescripción Longitud
mDN200 266.04
9. MEDICIÓN EXCAVACIÓNLos volúmenes de tierra removidos para la ejecución de la obra son:
Descripción Vol. excavado
m³
Vol. arenasm³
Vol. zahorrasm³
Terrenos cohesivos 199.53 79.43 111.74Total 199.53 79.43 111.74
Volumen de tierras por tramosInici
oFinal Terreno
Iniciom
TerrenoFinal
m
Longitud
m
Prof.Inicio
m
Prof.Final
m
Ancho fondo
cm
Talud Vol. excavado
m³
Vol. arenas
m³
Vol. zahorras
m³
Superficie pavimento
m²
C1 C2 2955.57 2950.41 68.48 1.20 1.20 60.00 0/1 51.36 20.45 28.76 41.09C2 C3 2950.41 2952.47 100.04 1.20 1.20 60.00 0/1 75.03 29.87 42.02 60.02C2 C4 2950.41 2946.95 58.54 1.20 1.20 60.00 0/1 43.91 17.48 24.59 35.13C4 SM
12946.95 2941.75 38.98 1.20 1.20 60.00 0/1 29.23 11.64 16.37 23.39
Número de pozos por profundidadesProfundidad
mNúmero de
pozos1.20 5Total 5
8.- Conclusiones y recomendaciones
- Se tomó en cuenta el diámetro de 8 pulgadas establecido en la Norma Bolivana como mínimo para sistemas de alcantarillados pluviales.
- Se utilizó el programa de CYPECAD para el diseño del sistema de alcantarillado sanitario y pluvial, tomando en cuenta los parámetros especificados previamente.
- Se comprobó con el programa mencionado anteriormente si se cumplía con todos los parámetros para un buen diseño del sistema en base a la Norma Boliviana.
- Se debe tener mucho cuidado al insertar los datos de caudales pluviales y fecales en las distintas cámaras de inspección ya que un error puede ocasionar un mal diseño del sistema.
- Para el cálculo de población futura se tomó en cuenta la ecuación geométrica.
- Para el diseño de alcantarillado sanitario se tomó en cuenta un caudal mínimo de 2Lps.
9.- Plano topográfico, diseño de la red en planta, perfiles longitudinales de todos los colectores, diseño tanque séptico
