REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA

MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA EDUCACIÓN UNIVERSITARIA CIENCIA Y TECNOLOGIA

UNIVERSIDAD POLITÈCNICA TERRITORIAL DEL ESTADO TRUJILLO

“MARIO BRICEÑO IRAGORRY”

PROGRAMA NACIONAL DE FORMACIÒN EN CONSTRUCCIÒN CIVIL

C L O A C A S

Johender Garcia

C.I: 20.400.074

Raul Delgado

C.I 14.309.561

Profesor: Oswaldo Peña

Valera, Marzo 2015

RED DE COLECTORES

Están constituidos por todo el conjunto de tramos; y en ella podemos definir a un

colector principal, el cual recibe los aportes de una serie de colectores secundarios

que de acuerdo a la topografía, sirve a diversos sectores de la zona urbanizada. El

colector principal toma la denominación de colector de descarga o emisario a partir

de la última boca de visitas del tramo que recibe aportes domiciliarios, hasta el

sitio de descarga en la planta de tratamiento o en un uso superficial.

Las normas del ministerio de sanidad y asistencia social, definen al colector

principal una sucesión de tramos de cloacas, que partiendo de la boca de visita de

comienzo del emisario y , en sentido contrario al flujo, sigue la ruta de los gastos

mayores,

Cada colector secundario, define una hoya secundaria y el colector principal

abarca toda la zona en estudio. Se denomina colectores secundarios a aquellos

colectores que reciben los aportes de aguas negras de pequeñas áreas, pudiendo

recibir las aguas negras de varios tramos laterales y descargando en el colector

principal.

QUE SON BOCAS DE INSPECCIÓN Y DISTANCIAS ENTRE ELLAS

Es un espacio hueco que presenta las siguientes características:

a) Forma prismática

b) Limitada por paredes que pueden ser distintos materiales

c) Dotadas de abertura con tapa removible que permite el paso de un hombre

d) De dimensiones tales que permiten que un hombre realice operaciones de

limpieza y de mantenimiento.

Según Arocha son estructuras generalmente compuestas de un cono excéntrico,

cilindro y base que permiten el acceso a los colectores.

Deberán proyectarse bocas de visitas:

a) En toda intersección de colector.

b) En los tramos rectos de los colectores, a una distancia entre ellas de 120m,

para colectores hasta ᴓ 0,30 m (12”) y 150m para colectores mayores de ᴓ

0,30 m (ᴓ 12”).

c) En todo cambio de dirección, pendiente, diámetro y material empleado en

los colectores.

d) En los colectores alineados en curva, al comienzo y fin de la misma y en la

curva a una distancia de 30 m entre ellas, cuando corresponda.

TIPOS DE BOCAS DE INSPECCIÓN

Existen diferentes tipos de bocas de inspección según la profundidad de la misma,

de la profundidad del colector menos enterrado que descargue en ella y del

diámetro de INOS y sus campos de usos se resumen en la siguiente tabla:

UBICACIÓN DE LAS BOCAS DE INSPECCIÓN

En toda intersección de colectores del sistema

En el comienzo de todo colector

En los tramos rectos con distancias máximas de 120 m entre B.I

Consecutivas

En todo cambio de dirección, pendiente, diámetro y material empleado

en los colectores

En los colectores alineados en curva, al comienzo y al final de la misma,

y en la curva a una distancia no mayor de 30 m entre ellas.

PROFUNDIDAD DE EMPOTRAMIENTO DE LOS COLECTORES CLOACALES

La profundidad a la cual se colocaran va a estar determinada por dos aspectos: en

primer lugar debe existir una separación mínima con respecto a los conductos de

agua potable y en segundo lugar condiciones obligantes del sistema cloacal, tales

como puntos de descarga o intersección con otros colectores.

Los colectores cloacales se proyectaran siguiendo en lo posible el eje de las

calles, salvo en aquellos casos en que las edificaciones a servir requieran de un

trazado particular.

En lo posible, debe mantenerse una separación máxima en proyección horizontal

entre las tuberías de cloacas y las tuberías de la red de acueducto,

recomendándose una separación mínima horizontal de 2 m y de 0,20 m de luz

libre vertical. Las tuberías de cloacas deben ubicarse por debajo de las tuberías

de acueductos, dejando como mínimo una luz libre vertical entre el fondo de la

tubería de acueducto y el lomo de la tubería de cloacas no menor de 20 cm,

incluyendo el ramal de empotramiento.

Esta condición nos fija la profundidad mínima a que debe enterrarse el colector de

aguas servidas. Tomando como referencia las profundidades mínimas a que debe

colocarse la tubería del acueducto podríamos determinar la profundidad mínima

de los colectores cloacales. Esta profundidad es un poco mayor en donde el

acueducto disponga de llaves de paso.

Es conveniente dejar preestablecido cuáles son las profundidades de las tuberías

de acueductos y cuál debe ser la separación entre estas y los colectores

cloacales. A tales efectos las normas del ministerio de sanidad y asistencia social

establecen: “ art. 52: cuando se instalen tuberías para la conducción de agua

potable, paralelamente a colectores cloacales de aguas servidas, de

empotramiento , y / o de aguas de lluvia, se dejara una de otra , la mayor distancia

libre minina horizontal exterior entre las tuberías para la conducción de agua

potable y los colectores cloacales será de 2.00 metros y la cresta a una distancia

vertical no menor de 0,20 m por debajo de la parte inferior de la tubería de agua

potable”.

Luego en el artículo 56 de la misma norma se establece: la profundidad mínima a

la que debe instalarse las tuberías y llaves de paso, medidas desde la rasante

definitiva del pavimento de la calle, al eje de la tubería serán las siguientes:

ᴓ 75 mm (3”)……………………...65cm

ᴓ 100 mm (4”)…………………….70cm

ᴓ 150 mm (6”)…………………… 80cm

ᴓ 200 mm (8”)…………………… 90cm

ᴓ 250 mm (10”)………………….105cm

ᴓ 300 mm (12”)………………….120cm

Por su parte, las normas del instituto nacional de obras sanitarias, establecen las

profundidades mínimas de los colectores cloacales, en el artículo 3.14: “el lomo de

los colectores estará a una profundidad mínima de 1, 15 metros, determinada por

la ubicación de la tubería del acueducto de la localidad. E casos muy especiales,

debidamente justificado, podrá admitirse una profundidad menor a la indicada,

debiéndose tomar las previsiones necesarias a fin de asegurar la integridad de los

colectores.

Tomando en consideración las normas sanitarias y las dimensiones de las

tuberías de acueducto se procedió al diseño.

PENDIENTE DEL CONDUCTO

La selección de la pendiente de los colectores cloacales es principalmente función

de la topografía de la zona a desarrollar, procurando el menor costo en la

excavación. Tanto los colectores como las uniones domiciliarias deben

proyectarse con cierta pendiente para permitir el flujo de las aguas por gravedad,

pero nunca extrema, para evitar velocidades excesivas y riesgo de erosión.

Esto conduce a tratar de lograr diseños que se adapten en lo posible a la

superficie del terreno, manteniendo pendientes aproximadamente similares a la de

las vías bajo las cuales se les coloque.

Sin embargo, condiciones de velocidad mínima que permitan el arrastre de

sedimentos obliga, en ocasiones a considerar pendientes mayores a las del

terreno. En otras condiciones pueden resultar inconveniencias, en razón de altas

velocidades que ocasionen erosión en los conductos.

En este caso, dos son los factores primordiales que privan en la selección de una

pendiente de un colector cloacal: por una parte, razones de economía en la

excavación, y por la otra la velocidad de flujo por limitaciones tanto inferior como

superior.

Al concebir el trazado de colectores deber también preverse condiciones muy

particulares en cuanto a pendiente, que pueden obligar a los colectores a

profundidades tales que modifiquen las pendientes de algunos tramos:

intersecciones, puntos obligados de descarga, etc.

Al fijar la pendiente deben determinarse las cotas de los extremos y las

profundidades de rasante, a fin de preparar el diseño de la tubería bajo el punto de

vista de su resistencia estructural.

VELOCIDAD

A través de la ecuación de Chezy-Manning se puede calcular la velocidad del

agua dentro de un conducto circular, en este caso un colector.

V=1n∗R

23∗S

12

Dónde:

V = velocidad media (m/seg).

n = coeficiente de rugosidad

R = radio hidráulico (m)

S = pendiente unitaria determinada por la rasante del colector (m/m).

Cuando la velocidad se calcula a sección llena la ecuación empleada es, pero el

radio hidráulico se calcula a través de la siguiente expresión:

Rc=D4

Dónde:

D = diámetro interno de la tubería (m)

La norma establece velocidades mínimas a sección plena de 0,60 m/seg y las

velocidades máximas dependerán del material de la tubería de los colectores.

PASOS A SEGUIR PARA LA CONFIGURACIÓN DE UNA RED DE CLOACAS

Con la utilización de los planos topográficos se comienzan a realizar las siguientes

actividades:

1. Buscar las alternativas posibles para el trazado del colector (es) principal

(es), tratando de seguir la menor pendiente, cubriendo la totalidad del área

a servir.

2. Trazar colectores secundarios de acuerdo a la topografía.

3. Los colectores se proyectarán para ser construidos siguiendo el eje de las

calles.

4. Se evitará en lo posible tener colectores con pendientes contrarias a la de

las calles.

5. Es importante tener en cuenta la diferencia de cotas entre el sitio de

descarga y el punto más alejado de la red, para determinar si es posible

descargar por gravedad.

PERIODO DE DISEÑO

Es el tiempo para el cual el sistema es eficiente 100% ya sea por capacidad de los

componentes o por la vida útil del material utilizado. Se recomiendan los

siguientes períodos de diseño:

• Colectores principales y emisarios: 40 a 50 años.

• Colectores secundarios: mínimo 25 años.

• Plantas de tratamiento: Se debe desarrollar por etapas, cada una para 10 a

25 años.

• Estaciones de bombeo: 10 a 15 años.

TANQUILLA DE EMPOTRAMIENTO

Su función es la de conectar la descarga proveniente de la parcela con la tubería

que va al colector, también sirve para realizar alguna inspección.

Debe ir ubicada debajo de la acera, preferiblemente en el punto más bajo de la

parcela. Se construye generalmente de un tubo de concreto cuyo diámetro mínimo

es de 250 mm (10”).

RAMAL DE EMPOTRAMIENTO

Es la tubería que parte desde la tanquilla del borde de la acera hasta el colector de

cloaca, situándose debajo de las tuberías de acueducto. Este debe tener un

diámetro mínimo de 150 mm (6”), pendiente mínima de 1% y una longitud máxima

de 30 cm.

ANCHO DE ZANJA

El ancho máximo de zanjas admisible se debe mantener hasta 30 cm. por encima

de la parte superior del tubo. En algunos casos donde el terreno es inestable, y/o

desmoronable la profundidad de la zanja puede provocar derrumbes en las

paredes laterales, por lo tanto resulta conveniente colocar entibado.

En la tabla se presentan los anchos máximos según las normas INOS de

alcantarillado de 1976.

GASTO MÁXIMO DE INFILTRACIÓN

Según el artículo 138° de la Gaceta Oficial de la República Bolivariana de

Venezuela Nº 4.103, de las Normas Sanitarias para el Proyecto, Construcción,

Ampliación, Reforma y Mantenimiento de las Instalaciones Sanitarias para

Desarrollos Urbanísticos, el gasto máximo de infiltración se podrá calcular en base

a 20.000 litros por día y por kilómetro de longitud del colector de aguas residuales

o cualquier otro método aceptable. Se considerará la longitud total de los

colectores del sistema e incluirá la longitud de las tuberías de empotramiento

medida entre el eje del colector y el límite del frente de las parcelas.

Qinf=20000lts /dia/ km∗(∑ long del colector+∑ long deempotramiento )

86400segdia

La longitud del colector y de empotramiento para el cálculo del gasto máximo de

infiltración fue trabajado en metros es por ello que se realiza la conversión de los

20000 litros/día/km.

COEFICIENTE DE POBLACIÓN “ K ”

Hasta 20.000 habitantes………………………………………………………..3,00

De 20.001 a 75.000 habitante………………………………………………….2,25

De 75.001 a 200.000 habitante…………………………………………………………..

………….…..2,00

De 200.001 a 500.000

habitante…………………………………………………………………….……1,60

Mayor a 500.000 habitantes………………………………………………………..

……………….1,50

DATOS:

Todas las parcelas son de 201 @ 300 m2.

Según gaceta le corresponde 1700 lts/día

n= 0.015 concreto

k= 3

R= 80%

Qinf .=20000 x0.83086400

=0.192 ltsseg

→Qinf .=0.19245

=0.004 ltsseg

x parcela

CALCULO DEL GASTO DE AGUAS SERVIDAS:

Tramo C1 – C2:

Qm=1700

ltsdia

x2 parc .

86400=0.098

ltsseg

Qn=(k x Rx (Qm+Qinf . ) ) x2

Qn=(3 x 0.80x (0.098+0.004 . ) )x 2=0.490 ltsseg

Este procedimiento se realiza para cada uno de los tramos, los resultados los podemos observar en la tabla siguiente:

Tramo Q infilt Qm Qn N° Parcelas

C1 C2 0.004 0.098 0.490 2C2 C3 0.004 0.098 0.490 2C3 C4 0.004 0.148 0.730 3

C4-1 C4 0.004 0.148 0.970 4C4 C5 0.004 0.198 0.970 4

C5-1 C5 0.004 0.198 0.970 4C5 C6 0.004 0.148 0.730 3

C6-1 C6 0.004 0.148 0.130 3C6 C7 0.004 0.148 0.130 3

C7-1 C7 0.004 0.098 0.490 2C7 C8 0.004 0.198 0.970 4

C8-1 C8 0.004 0.148 0.730 3C8 C9 0.004 0.098 0.490 2

C9-2 C9-1 0.004 0.098 0.970 4C9-1 C9 0.004 0.246 0.490 2

CALCULO DE PENDIENTES DEL TERRENO

P= cota A−cotaBL .tramo

∗100

Tramo C1 - C2

P=848.000−843.50039.50mts

∗100=11.39%

Este procedimiento se realiza para cada uno de los tramos, los resultados los podemos observar en la tabla siguiente:

Tramo Longitud Cotas Pendiente%

PendienteRasante

C1 848.000C1 C2 39.50 C2 843.500 11.39 8

C2 C3 44.00 C3 845.900 - 5.45 4C3 C4 71.30 C4 841.000 6.87 4

C4-1 C4 23.40 C4-1 482.400 5.98 5.98C4 C5 51.30 C5 838.900 4.09 4.09

C5-1 C5 45.90 C5-1 841.800 6.32 6.32C5 C6 39.30 C6 836.900 5.09 5.09

C6-1 C6 42.50 C6-1 841.000 9.65 9.65C6 C7 42.50 C7 830.000 16.24 10

C7-1 C7 23.50 C7-1 835.500 16.42 16.42C7 C8 48.50 C8 831.000 -2.06 4

C8-1 C8 38.50 C8-1 835.000 10.39 10.39C8 C9 34.90 C9 828.900 6.02 6.02

C9-2 C9-1 27.00 C9-2 833.500 14.81 14.81C9-1 C9 32.60 C9-1 829.500 1.84 4

CALCULO DEL DIÁMETRO:

Asumimos una tubería de 8”; y entramos en la tabla V-1 con la pendiente de cada

tramo. Interpolamos, para conseguir el valor real de Qc; caudal a capacidad llena.Para luego realizar la relación caudal real, caudal a capacidad llena y de esta

forma obtener el tirante (HD

).

TIRANTE EN TRAMOS

Tramo C1- C2

QrQc

=0.49026.60

=0.02=K

HD

=0.20

H=D∗0.20=20∗0.20=4.06cm

Este procedimiento se realiza para cada uno de los tramos, los resultados los podemos observar en la tabla siguiente:

TramoHD

D(cm)

H(cm)

C1 C2 0.20 2 4.06

0

C2 C3 0.30 6.10C3 C4 0.40 8.13

C4-1 C4 0.13 2.60C4 C5 0.16 3.20

C5-1 C5 0.14 2.80C5 C6 0.13 2.60

C6-1 C6 0.13 2.60C6 C7 0.02 0.40

C7-1 C7 0.09 1.80C7 C8 0.60 12.19

C8-1 C8 0.13 2.60C8 C9 0.13 2.60

C9-2 C9-1 0.13 2.60C9-1 C9 0.13 2.60

Las velocidades de todos los tramos cumplen con la norma como se puede observar a continuación en la tabla.

Tramo Pendiente Velocidad

C1 C2 8 0.82C2 C3 4 0.58C3 C4 4 0.58

C4-1 C4 5.98 0.71C4 C5 4.09 0.71

C5-1 C5 6.32 0.70C5 C6 5.09 0.66

C6-1 C6 9.65 0.90C6 C7 10 0.92

C7-1 C7 16.42 1.17C7 C8 4 0.58

C8-1 C8 10.39 0.94C8 C9 6.02 0.71

C9-2 C9-1 14.81 1.11C9-1 C9 4 0.58

Tubería PVC 8”Tramo C1 – C2

Qn=0.490 l /sA=0.032m2

Pm=0.427mP=8%

n=0.012

R= APm

R=0.0320.427

=¿ 0.074

Chequeo la velocidad

V=1n

¿R2/3∗S1 /2

V= 10.012

¿0.0742 /3∗0.081/2=4.04

Tramo C2 – C3

Qn=0.490 l /sA=0.032m2

Pm=0.427mP=4%

n=0.012

R=0.0320.427

=¿ 0.074

Chequeo la velocidad

V= 10.012

¿0.0742 /3∗0.041 /2=2.86

Tramo C2 – C3 Mediante HCanales

Tramo C3 – C4 Mediante HCanales