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UNIVERSIDAD DE SAN CARLOS DE GUATEMALA FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE INGENIERÍA CIVIL
DISEÑO DE ALCANTARILLADO SANITARIO PARA LA ALDEA EL SUBINAL, GUASTATOYA, EL PROGRESO
Carlos Ramiro Ortega Lima.
Asesorado por: Ing. Manuel Alfredo Arrivillaga Ochaeta
Guatemala, septiembre de 2004
UNIVERSIDAD DE SAN CARLOS DE GUATEMALA
FACULTAD DE INGENIERÍA
DISEÑO DE ALCANTARILLADO SANITARIO PARA LA ALDEA EL SUBINAL, GUASTATOYA, EL PROGRESO
TRABAJO DE GRADUACIÓN
PRESENTADO A JUNTA DIRECTIVA DE LA FACULTAD DE INGENIERÍA
POR
CARLOS RAMIRO ORTEGA LIMA
ASESORADO POR ING. MANUEL ALFREDO ARRIVILLAGA OCHAETA
AL CONFERÍRSELE EL TÍTULO DE INGENIERO CIVIL
GUATEMALA, SEPTIEMBRE DE 2004
UNIVERSIDAD DE SAN CARLOS DE GUATEMALA FACULTAD DE INGENIERÍA
NÓMINA DE JUNTA DIRECTIVA
DECANO Ing. Sydney Alexander Samuels Milson
VOCAL I Ing. Murphy Olympo Paiz Recinos
VOCAL II Ing. Amahán Sánchez Álvarado
VOCAL III Ing. Julio David Galicia Celada
VOCAL IV Ing. Kenneth Issur Estrada Ruiz
VOCAL V Br. Elisa Yazminda Vides Leiva
SECRETARIO Ing. Pedro Antonio Aguilar Polanco
TRIBUNAL QUE PRACTICÓ EL EXAMEN GENERAL PRIVADO
DECANO Ing. Sydney Alexander Samuels Milson
EXAMINADOR Ing. Carlos Salvador Gordillo García
EXAMINADOR Ing. Christa Classon de Pinto
EXAMINADOR Ing. Angel Roberto Sic García
SECRETARIO Ing. Pedro Antonio Aguilar Polanco
HONORABLE TRIBUNAL EXAMINADOR
Cumpliendo con los preceptos que establece la ley de la Universidad de San
Carlos de Guatemala, presento a su consideración mi trabajo de graduación
titulado:
DISEÑO DE ALCANTARILLADO SANITARIO PARA LA ALDEA EL SUBINAL, GUASTATOYA, EL PROGRESO
Tema que me fuera asignado por la dirección de Escuela de Ingeniería Civil,
con fecha 21 de abril de 2004.
Carlos Ramiro Ortega Lima
AGRADECIMIENTOS
Dios Por haber estado en cada momento de mi vida,
bendiciéndome en todo el trayecto de mi carrera.
A mis padres Por el amor, confianza y apoyo incondicional que me
manifestaron siempre.
A mis hermanos Harold Daniel y Yesenia Beatriz.
Mi novia Lorena Judith Archila Marroquín.
A mi familia A mi asesor Ing. Manuel Alfredo Arrivillaga Ochaeta, por su
valiosa colaboración en este trabajo.
A mis compañeros
y amigos Por el apoyo y cariño que siempre me brindaron. Municipalidad de Guastatoya, El Progreso La Universidad de San Carlos de Guatemala La Facultad de Ingeniería de la Universidad de San Carlos de Guatemala
ACTO QUE DEDICO
Dios Mis padres Ramiro Ortega Agustín
Olimpia Concepción Lima Carranza de Ortega.
A mis hermanos Harold Daniel Ortega Lima
Yesenia Beatriz Ortega Lima de Marroquín.
Mis cuñados Zulia Sarmiento de Ortega y Américo Marroquín.
Mis sobrinos Ramiro Antonio, Daniel Benjamín y Américo Josué.
Mi abuela Paula Carranza viuda de Lima.
Mi novia Lorena Judith Archila Marroquín.
Mi familia Mi casa de estudios Universidad de San Carlos de Guatemala
Facultad de Ingeniería.
I
ÍNDICE GENERAL
ÍNDICE DE ILUSTRACIONES.............................................................................V GLOSARIO .......................................................................................................VII RESUMEN..........................................................................................................IX OBJETIVOS .......................................................................................................XI INTRODUCCIÓN .............................................................................................XIII
1. INVESTIGACIÓN
1.1 Monografía de la aldea El Subinal............................................................1
1.1.1 Ubicación ........................................................................................1
1.1.2 Límites y colindancias......................................................... ..........1
1.1.3 Clima...............................................................................................2
1.1.4 Topografía.......................................................................................2
1.1.5 Suelo...............................................................................................2
1.1.6 Vías de acceso, comunicación y transporte...................................3
1.1.7 Idioma ...........................................................................................3
1.1.8 Servicios públicos..........................................................................3
1.1.9 Actividad económica......................................................................3
1.2 Encuesta sanitaria....................................................................................4
1.2.1. Datos de la población......................................................................4
1.2.2. Datos de viviendas..........................................................................5
1.2.3. Datos sobre el uso del agua...........................................................6
1.2.4. Canalización de las aguas servidas................................................6
1.3. Investigaciones diagnósticas sobre las necesidades de servicio.............7
1.3.1. Descripción de las necesidades......................................................7
II
1.3.2. Justificación social..........................................................................7
1.3.3. Justificación económica..................................................................8
1.3.4. Priorización de las necesidades......................................................8
2. SERVICIO TÉCNICO PROFESIONAL
2.1 Método estadístico para estimar población futura..................................9
2.1.1 Método de incremento aritmético..............................................9
2.1.2 Método de incremento geométrico..........................................10
2.2 Cálculo de la población futura de la aldea............................................10
3. DESARRLLO DEL PROYECTO DE DRENAJE SANITARIO PARA LA ALDEA EL SUBINAL
4.1 Levantamiento topográfico....................................................................13
3..1 Levantamiento planimétrico.....................................................13
3..2 Levantamiento altimétrico........................................................14
4.1 Características del subsuelo.................................................................14
4.1 Tipo de sistema que se va a usar........................................................15
4.1 Período de diseño.................................................................................15
4.1 Estimación de la población de diseño...................................................16
4.1 Determinación del caudal de las aguas servidas..................................16
3..1 Población tributaria..................................................................16
3..2 Dotación ..................................................................................17
3..3 Factor de retorno al sistema....................................................17
3..4 Factor de flujo instantáneo......................................................18
3..5 Relación de diámetros y caudales...........................................18
3..6 Caudal domiciliar ....................................................................19
3..7 Caudal de infiltración...............................................................19
III
3..8 Caudal por conexiones ilícitas.................................................20
3..9 Factor de caudal medio...........................................................22
3..10 Caudal de diseño.....................................................................22
3..11 Diseño de secciones y pendientes..........................................23
3..12 Obras accesorias.....................................................................26
3..13 Diseño de la red de alcantarillado sanitario.............................30
4. ESTUDIO DE ANTEPROYECTO PARA EL TRATAMIENTO DE LAS AGUAS SERVIDAS
4.1 Importancia del tratamiento de las aguas servidas...............................43
4.2 Proceso de tratamiento de las aguas servidas.....................................44
4.3 Selección del tipo de tratamiento..........................................................48
4.4 Propuesta de las unidades de tratamiento............................................48
5. PRESUPUESTO DEL DRENAJE SANITARIO DE LA ALDEA EL SUBINAL
5.1 Presupuesto de materiales...................................................................51
5.2 Presupuesto de mano de obra..............................................................53
5.3 Resumen del presupuesto final.............................................................54
IV
6. ASPECTOS DE VULNERABILIDAD 6.1 Cómo identificarlas................................................................................55 6.2 Qué hacer en caso que ocurran ...........................................................60
CONCLUSIONES...............................................................................................63 RECOMENDACIONES......................................................................................65 BIBLIOGRAFÍA..................................................................................................67 ANEXOS.............................................................................................................69
V
ÍNDICE DE ILUSTRACIONES
FIGURAS
1. Ubicación de la aldea El Subinal 1
2. Pozo de visita simple 27
3. Pozo de visita con caída 28
4. Conexión domiciliar 29
5. Densidad de vivienda 71
6. Planta general del sistema 73
7. Planta-Perfil 75
8. Detalles de pozos de visita 89
9. Detalle de conexión domiciliar 95
10. Detalle de conexión domiciliar e instalación de tubería 97
11. Detalle de muro conductor 99
TABLAS
I. Edad de los habitantes 4
II. Sexo de los habitantes 4
III. Alfabetismo de los habitantes 4
IV. Tipo de piso de las casas 5
V. Tipo de muros de las casas 5
VI
VI. Tipo de techos en las casas 5
VII. Tipo de cielo en las casas 6
VIII. Usos del agua 6
IX. Canalización de las aguas servidas 6
X. Profundidad mínima en milímetros, según el diámetro de tubería 24
XI. Ancho mínimo de zanja, según el diámetro y profundidad de tubería 25
XII. Cuadro hidráulico de población actual 36
XIII. Cuadro hidráulico de población futura 39
XIV. Presupuesto de materiales 51
XV. Presupuesto de mano de obra 53
XVI. Resumen del presupuesto final 54
VII
GLOSARIO
Aguas servidas Son aquellas provenientes de casa, comercio,
industrias, etc., después de haber sido utilizadas por
el hombre para alguna labor determinada.
Alcantarilla Es el conducto subterráneo que sirve para recoger
las aguas servidas o pluviales.
Caudal Es el flujo de agua que se mide en litros por
segundo.
Diámetro Es la longitud más grande que existe en la sección
transversal de una tubería.
Pendiente Es la diferencia entre dos niveles de altura de un
terreno dividido la longitud, que se encuentran entre
ellas.
Topografía Es el conjunto de particularidades que presenta la
superficie del terreno.
Velocidad Es la rapidez con se mueve el fluido dentro de la
tubería de un punto a otro.
VIII
Vulnerabilidad Son los puntos por donde puede ser atacado un
cuerpo.
IX
RESUMEN
El siguiente trabajo está basado en la necesidad manifestada por los
pobladores de la aldea El Subinal, municipio de Guastatoya, El Progreso; es
necesario eliminar el problema de las aguas residuales provenientes de las
viviendas, que se están vertiendo directamente a las calles y patios de dicha
comunidad.
Con lo anteriormente mencionado, se dispuso solucionar el problema con
el diseño de un alcantarillado sanitario, el cual tendrá como función de
transportar las aguas servidas de las viviendas por medio de las fuerza
gravitacional a través de un conducto circular de pvc. Dicho conducto también
cuenta con obras accesorias como pozos de visita, registros domiciliares y un
muro conductor de concreto ciclópeo, que tendrán como finalidad ayudar al
sistema a que pueda funcionar adecuadamente.
Básicamente este diseño se realizó bajo los principios de un canal abierto,
en donde la forma y tamaño del conducto están relacionados directamente con
la pendiente, a la cual se colocará el dispositivo de conducción.
X
XI
OBJETIVOS
Generales
• Desarrollar este diseño de alcantarillado sanitario, para el
beneficio de la infraestructura de la aldea El Subinal.
• Entregar a la municipalidad la solución del problema de las aguas
servidas de la aldea El Subinal.
Específicos
• Diseñar un sistema de alcantarillado sanitario para la aldea El
Subinal, el cual no cuenta con este servicio
• Educar a los pobladores sobre la importancia de los benéficos que
ofrece un sistema de alcantarillado
• Aplicar plenamente los conocimientos adquiridos en la Facultad de
Ingeniería, para el beneficio de la población de El Subinal.
XII
XIII
INTRODUCCIÓN
El sistema de alcantarillado sanitario se define básicamente como un
conjunto de conductos y estructuras, cuya finalidad es trasportar las aguas
residuales de una vivienda, negocio, industria, etc., que puedan presentar
peligro a la comunidad.
Dado que el ingeniero en el responsable del diseño, construcción y
mantenimiento de los alcantarillados, debe de tomar esta labor muy en cuenta,
para un estudio eficiente de cómo resolver este problema cuando se le solicite.
Cuando se diseña en alcantarillado sanitario, también se presenta el costo
que podrá tener el proyecto, los cuales muchas veces no son rentables, ya que
el costo de la construcción es demasiado alto. Sin embargo, esta obra tiene un
valor incalculable, en lo que se refiere a la salud de los pobladores. Por el costo
de estos proyectos, se debe de realizar un diseño óptimo, tanto en servio como
también económico, ya que es indispensable su implementación en las áreas
poblacionales.
El siguiente proyecto consta del diseño del alcantarillado del sanitario de la
aldea El Subinal del municipio de El Progreso, el cual consta del diseño,
presupuesto y los planos del mismo.
XIV
1
1. INVESTIGACIÓN
1.1 Monografía de la aldea El Subinal
1.1.1 Ubicación La aldea El Subinal pertenece al municipio de Guastatoya, departamento
de El Progreso, a una distancia aproximada de 16 kilómetros de la cabecera
municipal.
Figura I. Ubicación de la aldea El Subinal
1.1.2 Límites y colindancias
AL NORTE: Río Motagua
AL SUR: Ruta al Atlántico
AL ESTE: aldea Las Morales
AL OESTE: finca El Modelo
2
1.1.3 Clima
Por la posición en que se encuentra ubicado el municipio, se tienen
diferenciado dos tipos, a pesar de no estar bien marcadas las diferencias entre
templado y cálido, su temperatura oscila entre 20.8° centígrados a 35.4°
centígrados. La precipitación pluvial media anual es de 451.3 milímetros, con
un máximo de 78 días de lluvia irregular, presentada de los meses de mayo a
noviembre, con una humedad relativa de 65%.
La aldea posee un clima cálido, con ciertas características homogéneas a
lo largo de todo el año y se mantiene en los parámetros establecidos en el
párrafo anterior.
1.1.4 Topografía
La topografía de la aldea El Subinal es predominantemente quebrada, la
cual presenta desniveles considerablemente pronunciados.
1.1.5 Suelo El suelo superficial de la aldea se caracteriza por tener un relieve
escarpado, entre 10 al 30% de declive, con un buen drenaje interno; su
superficie es de suelo arcilloso friable de un espesor aproximado de 10 a 25
cm., y es de color café muy oscuro a negro; el subsuelo se caracteriza por ser
de una capa de roca caliza. La erosión es abundante en algunas partes.
3
1.1.6 Vías de acceso, comunicación y trasporte
La aldea El Subinal se encuentra aproximadamente a unos 16 kilómetros
de la cabecera departamental.
El transporte mas utilizado por los habitantes de la aldea; son buses que
se movilizan desde la aldea hasta la cabecera municipal.
1.1.7 Idioma
El idioma que se habla en la aldea es el español.
1.1.8 Servicios públicos
Esta aldea tiene los siguientes servicios públicos:
• Agua potable
• Energía eléctrica
• Puesto de salud
1.1.9 Actividad económica
La actividad económica de la aldea El Subinal es predominantemente
agrícola, aunque es de importancia mencionar, que dadas las condiciones de
vocación del suelo, dicha actividad no es muy rentable, salvo en aquellas
parcelas de tierra, que se ubican a inmediaciones del río Guastatoya.
La actividad agrícola se presenta especialmente en el cultivo de la sábila y
granos básicos, como el maíz y frijol.
4
1.2 Encuesta sanitaria
1.2.1 Datos de la población
Tabla I. Edad de los habitantes
EDAD TOTAL HAB
Menores de 15 años 172
Adultos 207
TOTAL 379
Tabla II. Sexo de los habitantes
SEXO TOTAL HAB
Masculino 202
Femenino 177
TOTAL 379
Tabla III. Alfabetismo de los habitantes
ALFABETISMO TOTAL HAB
Leen y escriben 251
No leen y escriben 128
TOTAL 379
5
1.2.2 Datos de viviendas
Tabla IV. Tipo de piso de las casas
PISO PORCENTAJE (%)
Tierra 16
Torta de cemento 63
Ladrillo de cemento 21
TOTAL 100
Tabla V. Tipo de muros de las casas
MURO PORCENTAJE (%)
Block 50
Block – madera 5
Madera 45
TOTAL 100
Tabla VI. Tipo de techo en las casas
TECHO PORCENTAJE (%)
Lámina 68
Teja 13
Terraza 11
Lámina y teja 8
TOTAL 100
6
Tabla VII. Tipo de cielo en las casas
CIELO PORCENTAJE (%)
Madera 13
No hay 87
TOTAL 100
1.2.3 Datos sobre el uso del agua
Tabla VIII. Usos del agua
FORMA PORCENTAJE (%)
Tiene pila 100
Tiene baño 37
Tiene letrina 63
1.2.4 Canalización de las aguas servidas
Tabla IX. Canalización de las aguas negras
FORMA PORCENTAJE (%)
Pozo ciego 11
A la calle 66
Al terreno 24
7
1.3 Investigaciones diagnósticas sobre las necesidades de servicio
1.3.1 Descripción de las necesidades
Para la descripción de las necesidades, se consultó a los vecinos de la
aldea El Subinal, quienes manifestaron las necesidades que se requieren para
seguirse desarrollando sanamente:
• Sistema de alcantarillado sanitario
• El salón comunal de usos múltiples
1.3.2 Justificación social
• Construcción del alcantarillado sanitario: este proyecto es
esencialmente un beneficio a la comunidad, porque ayudará a que
los pobladores se puedan desarrollar, en un área libre de
alteración de los sistemas ambientales (edáfico, lítico, hídrico y
audiovisual); Esto hace que la población viva libre de muchos
organismos patógenos, que proliferan en las aguas residuales.
• Construcción de un salón comunal de usos múltiples: se analizó
que es indispensable para las actividades sociales y culturales de
la comunidad, ya que los únicos lugares que tiene es una cancha
de básquetbol y una escuela primaria, que han utilizado como
salón comunal, y no llenan las necesidades que podría brindarles
un salón.
8
1.3.3 Justificación económica
Al analizar los proyectos, se justificó de la siguiente manera:
• El proyecto de alcantarillado sanitario, será un proyecto benéfico a
la comunidad, ya que es una obra que beneficiará a todos los
vecinos de la misma al proveerles un incremento a la plusvalía de
sus propiedades.
• El salón comunal es también otra obra, de la cual se beneficiará la
comunidad, pues se podrán realizar actividades sociales que les
permitan la obtención de ganancias.
1.3.4 Priorización de las necesidades
Analizadas las necesidades y visto sus justificaciones, se debe tomar una
decisión de cuál de los proyectos debe tomarse como prioridad uno, es decir,
que se dará un grado de importancia a los proyectos para su construcción. La
priorización de estos proyectos fue muy fácil de analizar, ya que se tomó muy
en cuenta, que una prioridad, que se debe de cubrir en una sociedad, es la
salud, y el proyecto de alcantarillado sanitario presenta esta importancia.
En la aldea El Subinal, se priorizaron las necesidades de la siguiente
manera:
• Sistema de alcantarillado sanitario
• El salón comunal de usos múltiples
9
2. SERVICIO TÉCNICO PROFESIONAL
2.1 Método estadístico para estimar población futura
En Ingeniería Sanitaria, los métodos estadísticos más usados para la
estimación de poblaciones futuras se pueden clasificar en analíticos y gráficos.
En este proyecto, se tratarán únicamente los analíticos, los cuales son:
• Incremento aritmético
• Incremento geométrico
2.1.1 Método de incremento aritmético
Es un método que proporciona un buen criterio para comparación; se
caracteriza en que para períodos iguales, el incremento es constante y
gráficamente se comporta como una recta. Como cualquier método, tiene
desventajas; en el caso de este método, se necesita mucha información para
poder tener un resultado, de acuerdo con el aumento poblacional real.
Su fórmula se describe a continuación:
( ) ⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛−
−−+=
e
mem TT
TTYYYY
1
111
En donde:
Ym = Población futura
10
Y1 = Población del último censo
Ye = Población del penúltimo censo
Tm = Fecha de diseño
T1 = Fecha del último censo
Te = Fecha del penúltimo censo
2.1.2 Método de incremento geométrico
Este método es apropiado para poblaciones pequeñas con poca
probabilidad de crecimiento, cuya gráfica se comporta como una curva. Tiene la
ventaja de que no necesita muchos datos de información, pero su desventaja es
que se puede estimar demasía la población.
Su fórmula se describe a continuación:
( ) 111TT
mmrYY −+=
En esta, la notación es la misma al método anterior; salvo la razón
geométrica (r), que se calcula de la siguiente fórmula:
)( 11 1eTT
eYY
r − −⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛=
2.2 Cálculo de la población futura de la aldea
Según los datos obtenidos, se cuenta con una población de 99 viviendas y
379 habitantes.
11
Sobre la base de los censos anteriores, la población que tributará
caudales al sistema sanitario de la Aldea El Subinal, será estimada de acuerdo
con el método de incremento geométrico.
( ) 111TT
mmrYY −+=
donde:
Ym = Población futura
Y1 = Población del último censo
r = Tasa de crecimiento
Tm = Fecha de Diseño
T1 = Fecha del último censo
Tm – T1 = n = Período de diseño.
Para el siguiente estudio, se cuenta con la siguiente información:
Población actual (Ym) = 379 Hab.
Tasa de crecimiento (r) = 3.29%
Período de diseño (n) = 22 años
( )HabY
HabY
m
m
7737730329.01379 22
==+=
12
13
3. DESARROLLO DEL PROYECTO DE ALCANTARILLADO SANITARIO PARA LA ALDEA EL SUBINAL
3.1 Levantamiento topográfico
Al realizar el levantamiento topográfico del área que se va a drenar, se
debe tomar en cuenta el área edificada actualmente, el área edificada futura
que puede contribuir al sistema, localización exacta de todas las calles,
alineación municipal, ubicación de carreteras, cementerios, pavimentos, que
indican su clase y estado, parques públicos, campos de deportes y toda aquella
estructura natural o artificial, que puede tener relación con el problema a
resolver y que podrían influir con el diseño. También se debe incluir la posible
localización de la planta de tratamientos de aguas negras y el cuerpo receptor
del desfogue del drenaje.
3.1.1 Levantamiento planimétrico
Por lo general, los métodos más usados para levantamientos
planimétricos son: el método de conservación de azimut, por deflexiones, por
rumbo y distancia.
El método utilizado en levantamiento planimétrico fue realizado por
conservación de azimut.
14
3.1.2 Levantamiento altimétrico
La nivelación debe de realizarse con mucha precisión, sobre el eje de las
calles, en la siguiente forma:
a) En todos los cruces de calles.
b) A distancias no mayores de 20 metros.
c) En todos los puntos que haya cambio de dirección.
d) Todos los puntos que haya cambio de pendiente de terreno.
e) De todos los lechos y quebradas, puntos salientes del terreno y
depresiones.
f) De las alturas máximas y mínimas del agua en el caudal o cuerpo de
aguas, en donde se efectuará la descarga.
3.2 Características del subsuelo
Las características del subsuelo son determinadas por excavaciones o por
medio de la experiencia de los pobladores que tiene pozos artesanales, la cual,
a su vez, servirá para poder obtener la información el nivel freático del agua
subterránea. De la realización de estas excavaciones, se obtiene información
sobre la sección del terreno, donde se describe la constitución del mismo, e
incluso la profundidad en que se colocará la tubería y estructuras.
En esta aldea, el tipo de suelo es básicamente arcilla-arenosa; en su parte
superior, y a mayor profundidad se encontró material calizo, el cual es
abundante en la región.
15
3.3 Tipo del sistema que se va a usar
Para el diseño de un alcantarillado, existen tres tipos, los cuales se deben
de analizar cada uno de ellos según los factores de la comunidad en estudio
que necesita satisfacer, para así lograr una funcionalidad adecuada; sin
embargo un factor muy importante que debe de tomarse en cuenta es el
económico, para que pueda ser factible.
a) Alcantarillado sanitario: es el que recoge las aguas servidas domiciliares
como: baños, cocina, lavamanos y servicios; residuos comerciales
como: restaurantes y garages; residuos industriales e infiltración.
b) Alcantarillado pluvial: como su nombre lo indica, se encarga de recoger
las aguas de lluvia u otro que concurra al sistema.
c) Alcantarillado combinado: éste es un sistema que posee los dos
alcantarillados antes mencionados.
Para la aldea El Subinal, se priorizó la necesidad de realizar un drenaje
sanitario, ya que las calles no se encuentran en su totalidad pavimentadas, así
como el alto costo de los otros dos sistemas de alcantarillados, por lo que se
puede dictaminar la factibilidad del diseño sanitario.
3.4 Período de diseño
Es el período de funcionamiento eficiente del sistema; una vez pasado
este período, es necesario rehabilitar el mismo.
16
El sistema de alcantarillado, sanitario para esta población, será proyectado
para que llene adecuadamente su función durante un período de 20 años, a
partir de la fecha de construcción.
3.5 Estimación de la población de diseño
Para estimar la población de diseño, se utilizó el método geométrico.
Para el diseño del sistema de alcantarillado de la Aldea El Subinal, se
tiene una población actual de 379 habitantes y una población futura a 20 años,
de 773 habitantes. Es importante mencionar que se tomó un período adicional
de dos años en el cálculo, ya que muchas veces la ejecución de la obra no se
realiza inmediatamente después del diseño.
3.6 Determinación del caudal de las aguas servidas
En el sistema de alcantarillado sanitario, el caudal de diseño se
determinará con base en los siguientes parámetros, que a continuación se
describen.
3.6.1 Población tributaria
En este diseño, se obtuvo la población que tributa al sistema. Teniendo
esta información, se localizan las casas por cada tramo de alcantarillado, para
luego multiplicarse por el número de habitantes por vivienda.
Para la aldea El Subinal, se obtuvo la densidad de habitantes por
vivienda, de la siguiente forma:
17
Habitantes por vivienda = Número de habitantes / Número de casas
Habitantes por vivienda = 373 / 99 = 3.768 habitantes / vivienda
3.6.2 Dotación
La dotación no es mas que la cantidad de agua asignada a cada usuario,
por el tiempo de un día. Sus dimensionales son litros por habitantes por día
(lts/hab/día).
Para poder determinar la dotación por habitante, se toman varios
factores que son: clima, servicios comunales o públicos, etc.
Para la aldea El Subinal, se asumió una dotación de 100 lts/hab/día, por
ser una población de clima cálido y las propiedades de los habitantes no
poseen espacio para actividades agrícolas, es decir, que el consumo de agua
tiene un uso domestico.
3.6.3 Factor de retorno al sistema
El factor de retorno es un número que oscila entre 70% al 90%. Sirve para
determinar el consumo de agua que retornará al alcantarillado, es decir, que
una población tiene una dotación diaria de agua por cada habitante y una parte
de ella regresará al alcantarillado después de haber sido usada.
Para dicha comunidad, se tomó un factor retorno al sistema de 70%.
18
3.6.4 Factor de flujo instantáneo (FH)
Es un factor que está en función del número de habitantes, localizados en
el área de influencia. Regula un valor máximo de las aportaciones por uso
doméstico. Se calcula por medio de la fórmula de Harmon:
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛
+
+=
21
21
4
18/
/
p
pFH
donde:
FH = Factor de Harmon
p = Población en miles de habitantes.
3.6.5 Relación de diámetros y caudales
Estas relaciones son necesarias, para poder determinar con seguridad
que el sistema funcionará adecuadamente y sus parámetros son los siguientes:
- Relación de diámetros: d/D deberá ser mayor o igual a 0.10 y menor
o igual a 0.75.
- Relación de caudales: q/Q deberá ser menor o igual a 0.75.
Donde:
d = altura del caudal a sección de la tubería parcialmente llena
D = diámetro de la tubería a sección llena
q = caudal de la tubería parcialmente llena
Q = caudal de la tubería a sección completamente llena.
19
3.6.6 Caudal domiciliar
Es el agua evacuada por las viviendas, una vez utilizada por los humanos
para la limpieza o producción de alimentos, la cual debe ser conducida a una
red de alcantarillado, es decir, que la dotación de agua retornará entre un 70%
a un 90% a una red de alcantarillado sanitario, después de haber sido usada
por los habitantes en funciones domésticas, comerciales, agrícolas, etc.
Para esta aldea, dicho caudal quedaría integrado de la siguiente forma:
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛=
400,86* factoreso.habitantDotación*N
Qdom
seglhabitantesdíaHabl
Qdom 3071.0400,86
70.0*379*//100=⎟⎟
⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛=
3.6.7 Caudal de infiltración
Son las aguas que se introducen a la tubería por medio de filtración, las
cuales provienen de la humedad de los nacimientos, aguas pluviales, fugas del
abastecimiento de agua potable y por las tapaderas de los pozos de visita.
Dicho caudal de infiltración se puede considerar en un rango de 12,000 a
18,000 litros por kilómetro de tubería. En el caso de la aldea el Subinal, no se
contemplará dicho caudal, ya que la mayor infiltración proviene de las tuberías
de concreto, la cual no se contempla en dicho diseño, sino una tubería de p.v.c.
N-3034, la cual provee una superficie impermeable.
20
3.6.8 Caudal por conexiones ilícitas
No es más que el caudal de las aguas pluviales que provienen de las
viviendas y se conectan al alcantarillado sanitario. Para el diseño, se puede
estimar que un porcentaje de las viviendas de la localidad, se conectará a la red
ilícitamente, en donde este porcentaje varía entre un 0.5% a 2.5%.
Para el cálculo del caudal por conexiones ilícitas, que circulará en la red
de alcantarillado, se usará el método racional, para lo cual se usa la siguiente
formula:
360/)**(*%)5.25.0( AiCaQci =
donde:
Qci = caudal por conexiones ilícitas (m³/seg)
C = coeficiente de escorrentía
i = intensidad de lluvia (mm/hora)
A = área factible de conectar ilícitamente al sistema (Ha).
En el presente proyecto de alcantarillado, se consideró un área total de
240 m² por casa; 30 m² en área de techos y 210 m² en área de patios; con estos
datos de área, se encuentra el coeficiente de escorrentía, que está en función
de la superficie por donde correrá el agua pluvial, ya sea de techos o patios,
cuyos factores son los siguientes:
• Escorrentía de techos 0.85
• Escorrentía para patios 0.15
Con los datos anteriormente detallados, se proseguirá a encontrar nuestro
coeficiente con la siguiente formula:
21
=C( )∑
∑A
Ac *
A continuación se prosigue a encontrar las áreas totales:
Área de techos = ( 30 m² * 99 casas)*(1 Ha / 10000 m² ) = 0.297 Ha
Área de patios = ( 210 m² * 99 casas)*(1 Ha / 10000 m² ) = 2.079 Ha
2.379
Ha
Usando la fórmula para encontrar el coeficiente de escorrentía,
queda así.
( ) ( )2375.0
079.2297.0079.2*15.0297.0*85.0
=⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡++
=HaHa
HaHaC
La intensidad de lluvia es de 120 mm/hora, entonces nuestro caudal
de conexiones ilícitas es:
( )seg
lseg
mQ
HahmmQ
ci
ci
9417.0³0009417.0
360/379.2*120*2375.0005.0
==
=
22
3.6.9 Factor de caudal medio (fqm)
Una vez obtenido el valor de los caudales anteriormente descritos, se
procede a integrar el caudal medio, que a su vez, al ser distribuido entre el
número de habitantes, se obtiene un factor de caudal medio, el cual varía entre
el rango de 0.002 a 0.005. Si el cálculo del factor está entre esos dos límites, se
utilizará el calculado; de lo contrario, se utilizará el límite más cercano, según el
caso.
Qmedio = Qdom + Qci
nteshabitaNoQQF medio
medio .. =
Dando valores a lo anterior, queda:
segl
segl
seglQmedio 2488.19417.03071.0 =+=
00329.0379
2488.1. =⎟
⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛=
habseg
lQF medio
3.6.10 Caudal de diseño
Este caudal es aquel, en que se diseñará cada tramo del sistema
sanitario; se calcula multiplicando el factor de caudal medio, el factor de
Harmon y el número de habitantes que se va servir; esta fórmula se describe a
continuación:
23
Q dis. Actual = fqm * FH actual * Núm. De hab. actual
Q dis. Futuro = fqm * FH futuro * Núm. De hab. Futuro
donde:
fqm = Factor de caudal medio
F.H. = Factor de Harmon
3.6.11 Diseño de secciones y pendientes
En general, se usarán en el diseño secciones circulares de pvc N-3034,
que funcionan como canales abiertos.
El cálculo del caudal, velocidad, diámetro y pendiente se hará aplicando la
fórmula de Manning, trasformada al sistema métrico para secciones circulares,
la cual se expresa de la siguiente forma:
2/13/2 **1 SRnV =
2/13/2 **03429.0 SDnV =
1000**0005067.0 2 VDQ =
donde:
V = velocidad del flujo a sección llena (m/seg)
Q = caudal del flujo a sección llena (l/seg)
D = diámetro de la sección circular (pulg.)
S = pendiente de la gradiente hidráulica (m/m)
n = coeficiente de Manning, 0.009 para tubo p.v.c. N-3034
24
R = radio hidráulico, que es igual al área del flujo entre el perímetro
mojado.
Dado que el diseño de este proyecto se realizará con tubería p.v.c., las
velocidades recomendadas para un buen funcionamiento del sistema serán de
4.00 m/seg como máxima y 0.41 m/seg. como mínima.
El diámetro mínimo que se va a utilizar en el presente diseño, según la
Dirección General de Obras Publicas será de 6”, el cual podrá aumentar cuando
el criterio del ingeniero diseñador lo crea pertinente. Este cambio de diámetro
tendrá influencia directa de la pendiente, del caudal o de la velocidad del flujo.
En las conexiones domiciliares, el diámetro que se va a utilizar será menor
que el colector general, para evitar que se puedan pasar objetos de gran
tamaño que podrían obstruir el paso en el colector general; este diámetro será
como mínimo de 4”, con un ángulo horizontal respecto a la línea central del
colector general de 45 grados, en el sentido de la corriente, y con una
pendiente mínima de 2% y una máxima de 6%.
La tubería debe colocarse a una profundidad adecuada, para no verse
afectada por la escorrentía y principalmente por las cargas transmitida por el
trafico y así evitar rupturas en la tubería. Los valores de profundidad mínima en
centímetros, a la cual debe de colocarse la tubería, respecto del diámetro de la
misma, se describen a continuación:
Tabla X. Profundidad mínima en milímetros, según el diámetro de tubería Diámetro de tubo 8” 10” 12” 16” 18” 21” 24” 30” 36” 42” 48” 60”Trafico normal 123 128 138 141 150 158 166 184 199 214 225 255Trafico pesado 143 148 158 161 170 178 186 204 219 234 245 275
25
Cuando la altura de coronamiento del colector, respecto a la superficie del
terreno, sea mayor que 3.00 metros, se diseñará una tubería auxiliar sobre la
principal, para recibir las conexiones domiciliares del tramo correspondiente.
El ancho de la zanja es muy importante en cualquier proyecto de
alcantarillado, ya que una zanja óptima que permita trabajar dentro de la misma,
disminuirá los costos. A continuación, se presenta una tabla que regula el
ancho de la zanja óptima dependiendo la tubería que se va a utilizar y la
profundidad a la cual será instalada.
Tabla XI. Ancho mínimo de zanja, según el diámetro y profundidad de tubería
Tubo pulgadas
Menos de 1.86 m.
Menos de 2.86 m.
Menos de 3.86 m.
Menos de 5.36 m.
Menos de 6.36 m.
6 60 cm 65 cm 70 cm 75 cm 80 cm
8 60 65 70 75 80
10 70 70 70 75 80
12 75 75 75 75 80
15 90 90 90 90 90
18 110 110 110 110 110
21 110 110 110 110 110
24 135 135 135 135 135
En este proyecto se utilizará un ancho de zanja variado, según sea
necesario.
26
3.6.12 Obras accesorias a) Pozos de visita
Se diseñarán pozos de visita, los cuales son parte de las obras accesorias
de un alcantarillado, y son empleados como medios de inspección y limpieza,
los cuales se pueden localizar en los siguientes casos:
a) En toda intersección de colectores.
b) Al comienzo de todo colector.
c) En todo cambio de dirección, para diámetros menores a 24”.
d) Cambios de pendiente.
e) Cambio de diámetro.
f) A distancias no mayores de 100 metros en líneas rectas, en
diámetros hasta 24”.
g) A distancias no mayores de 300 metros, en diámetros superiores a
24”.
A continuación, se presenta una figura de pozo de visita simple.
27
Figura 2. Pozo de visita simple
0.80
CALICANTE
CANAL (MEDIO TUBO)
VAR
IABL
E
0.100.25
0.15
TUVO PVCN-3034D. VARIABLE
0.15
0.840.12
BROCAL TAPADERA
0.12
PISO DE CONCRETO3000 PSI CON
AMBOS SENTIDOS
LADRILLO TAYUYOCOLOCADO CON UN
MORTERO DEPROPORCIÓN 1:2
RELLENOCOMPACTADO
AL 95% DEL PROCTORMEJORADO
0.240.10
ENSABIETADO
1.00
0.20
0.25
0.03
PEND. TUBO
ENTRADA
0.240.10
CANAL (MEDIA CAÑA)
1.00
CALICANTE
0.30
0.05
0.010.01
PEND. TUBO
SALIDA
0.10
ENSABIETADO
PISO DE CONCRETO3000 PSI CON
AMBOS SENTIDOS
LADRILLO TAYUYOCOLOCADO CON UN
MORTERO DEPROPORCIÓN 1:2
RELLENOCOMPACTADO
AL 95% DEL PROCTORMEJORADO
28
La diferencia de cotas invert, entre las tuberías que entran y salen de un
pozo de visita, será como mínimo de 0.03 metros, pero cuando el tubo de
entrada de un pozo de visita es menor que el que sale, por lo menos ésta debe
de ser la diferencia de diámetros de las tuberías.
Cuando la diferencia de cotas invert entre la tubería que entra y la que
sale en un pozo de visita, sea mayor de 0.70 metros, deberá diseñarse un
accesorio especial que encauce el caudal con un mínimo de turbulencia, como
se muestra en la figura:
Figura 3. Pozo de visita con caída.
diametro variable
TUBERIA DE LLEGADAdiametro variable
TEE
0.30
0.01
0.05
0.01
ENSABIETADO
A 95% DEL
RELLENO COMPACTADO
PROCTOR MEJORADO
PISO DE CONCRETO3000 PSI CON
REFUERZO [email protected] EN
AMBOS SENTIDOS
LADRLLO TAYUYOCOLOCADO CON
CON UN MORTERO DE PROPORCION 1:2
CANAL CODO 90°
29
En este proyecto, la forma constructiva de los pozos de visita se realizará
de la manera siguiente: se construirá en su parte superior un marco y una
tapadera de concreto reforzado con hierro, la cual estará apoyada en una pared
de ladrillo de barro cocido, que inicia en forma cónica hasta una profundidad de
1.00 metro bajo el nivel del suelo, y se prolonga en forma de cilindro circular a
una profundidad variable, como se muestran en las figuras de pozos de visita.
En el fondo de los pozos de visita, se harán de concreto, dándole en la cara
superior una ligera pendiente hacia el canal abierto o los canales que forman la
continuación de los tubos de la alcantarilla.
b) Conexiones domiciliares
Las conexiones domiciliares están formadas por un tubo que lleva las aguas
servidas, desde una vivienda o edificio a una alcantarilla común o a un punto de
descarga.
Figura 4. Conexión domiciliar
A
A'
BANQUETA
CAJA DEREGISTRO
TUBO DE 4"DE LA CASA
SILLETA YEE
COLECTORGENERALØ VARIABLE
PEND. 2% MIN.
TUBO DE 4"
N-3034
30
Continúa
T.C. Ø16"
TAPADERA
PVC 4"N-3034
ARMADO Ø1/4" @0.13AMBOS SENTIDOS
CAJA DEREGISTRO
0.05
1.08
PISO DE CASA
TUBO DE 4"DE LA CASA
DE LA CASA
CL
CALLE
PEND. 2% MIN.
COLECTORGENERALØ VARIABLE
c) Muros de concreto o mampostería
Estos muros se construyen con el fin de proteger la tubería de alguna
crecida o corriente de un río. También se construyen cuando se necesita
apoyar las tuberías que podrían quedar expuestas; o cuando se necesita llevar
el caudal con una pendiente mínima, a una descarga más alta del nivel del
terreno, en el cual se conduce.
3.6.13 Diseño de la red de alcantarillado sanitario
Se realizará el diseño de drenaje sanitario para la aldea el Subinal, para
un periodo de 20 años, utilizando un diámetro mínimo de 6 pulgadas para la red
principal; 4 pulgadas para las conexiones domiciliares y 16 pulgadas para el
registro domiciliar.
31
A continuación, se presenta un ejemplo de un tramo de alcantarillado
sanitario, que consiste entre los pozos de visita 6 a 7.
PV= Pozo de visita
Cota de inicio del terreno PV-6= 72.664
Cota de final del terreno PV-7= 70.809
Distancia horizontal = 22.64 metros
Factor de caudal medio (fqm) = 0.00329
Período de diseño = 20 años
Material por utilizar = tubería de pvc N-3034
Dada la información anterior, se proseguirá a encontrar la pendiente del
terreno que se define como la diferencia de niveles entre la distancia horizontal
del tramo.
Pendiente del terreno = 8.19%
No. de casas del tramo = 2
No. de casas acumuladas en el tramo = 27
El número de habitantes actuales del tramo se calcula comúnmente
multiplicando la densidad de habitantes por vivienda, por el número de
viviendas de dicho tramo. En este caso, se tienen los habitantes que posee
cada casa en cada tramo, para lo cual se describen a continuación los
habitantes acumulados en el tramo en estudio:
No. de habitantes actual = 133
No. de habitantes futuro = 271
32
El factor de Harmon, tanto actual como futuro, se encontrará con el
número de habitantes que afectan el tramo mencionado.
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛
+
+=
21
21
4
18/
/
p
pFH
donde:
p = población en miles de habitantes
20756.4)133.0(4
)133.0(1821
21
=⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛
+
+=
/
/
actualFH
09688.4)271.0(4
)271.0(1821
21
=⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛
+
+=
/
/
futuroFH
El caudal de diseño es igual al número de habitantes que se va a servir,
multiplicado por el factor de caudal medio y el factor de Harmon, para lo cual se
puede ver en al siguiente fórmula:
Q dis. = fqm * Núm. De hab. actual * FH
Para el caso en estudio tenemos:
Q dis. Actual = 0.00329 * 133 * 4.20756 = 1.8411
Q dis. Actual = 0.00329 * 271 * 4.09688 = 3.6542
Utilizando una tubería de 6 pulgadas de diámetro y una pendiente 6%,
para disminuir la velocidad del flujo dentro de la tubería y poder cumplir con las
relaciones hidráulicas de diámetro y caudal, se tiene lo siguiente:
33
Utilizando la fórmula de Manning, para sección circulare llena, se calculará
la velocidad y el caudal del tubo.
2/13/2 **03429.0 SDnV =
AVQ *=
La velocidad a sección llena queda en la siguiente forma:
V = 0.03429/0.0009 * (10 * 0.1524)2/3 * 0.061/2 = 3.08165 m/s
El caudal a sección llena queda de la siguiente forma:
Q = 3.08165 * π/4 * (0.1524)² * 1000 = 56.2138 lts/s
Con el resultado de caudal a sección llena, se prosigue a encontrar las
relaciones de caudal q/Q, con el caudal de diseño actual y futuro.
q/Q actual = 1.8411/56.2138 = 0.032752
q/Q futuro = 3.6542/56.2138 = 0.065005
La relación d/D se obtiene a partir de la relación q/Q, que debe de oscilar
entre 0.10 y 0.75, donde d es el tirante y D el diámetro del tubo.
d/D actual = 0.12400
d/D futuro = 0.17277
34
Con esto se obtienen las relaciones v/V, las cuales se derivan de la
relación q/Q; se calcula v, que es la velocidad a sección parcialmente llena con
tirante d, y V que es la velocidad a sección llena del tubo.
v/V actual = 0.459284, v actual = 1.415 m/s
v/V futuro = 0.563337 v futuro = 1.736 m/s
Dado los resultados anteriormente descritos, se comprueba que la relación
de diámetros y la velocidad del flujo se encuentran en los parámetros
establecidos, para poder funcionar eficientemente el sistema.
La cota invert inicial, en este tramo, será igual a la profundidad del pozo de
visita (1.727 m), que venía manejando en el tramo anterior.
La cota invert inicial, para los de mas tramos, será como mínimo la cota
final del tramo anterior menos 3 cm. , sólo si los diámetros de la tubería son
iguales. Cuando el tubo de salida sea mayor que el de entrada, tendrá que
dejarse como mínimo la diferencia de diámetros como cota invert inicial.
La cota invert final se obtiene de la cota invert inicial, menos el producto
de la pendiente por la distancia horizontal, de lo cual se tiene:
Cota invert salida = 72.664 – 1.727 = 70.937
Cota invert entrada = 70.937 – (6/100)*22.64 = 69.579
La profundidad del pozo de visita será igual a la diferencia de la altura del
terreno, menos la cota invert de salida en dicho pozo.
35
El ancho de la zanja se toma según la profundidad de los pozos de visitas,
ya que estos están relacionados con la profundidad de la tubería, la cual influye
directamente en el ancho de la zanja.
El volumen de excavación se encontrará por medio del el producto del
ancho de la zanja, por el promedio de la profundidad de los pozos de vista, por
la distancia horizontal del tramo en estudio.
Los demás tramos se diseñan en la misma forma que en el ejemplo
mostrado.
36
37
38
39
40
41
42
43
4. ESTUDIO DE ANTEPROYECTO PARA EL TRATAMIENTO DE
LAS AGUAS SERVIDAS
4.1 Importancia del tratamiento de las aguas servidas
En la actualidad, la salud es un tema que da muchísimo que hablar, ya
que como seres humanos nos preocupamos por las formas en que debemos de
cuidarnos para poder subsistir en este planeta. Años atrás, el tema de la salud
se orientaba al tratamiento de las aguas residuales, pero no se le deba mucha
importancia; fue así como en los proyectos de alcantarillado sanitario, muchas
veces no se tomaba en cuenta el daño que podrían ocasionar al medio
ambiente, y desde luego al ser humano; esto fue porque las poblaciones eran
mucho más pequeñas y el daño que ocasionaban era de poco impacto; en la
actualidad, desde luego, ya no es así. Debido al crecimiento poblacional, que
han sufrido nuestras comunidades, el impacto que ocasionan es de mayor nivel,
y el medio natural que nos rodea ya no es eficiente para disolver la
contaminación por si mismo. Es por eso que profesionales de la Ingeniería
Civil, estudiantes y organizaciones Publicas y privadas se han preocupado por
mantener la salud, realizando proyectos de infraestructura, que permitan un
sano manejo de las aguas servidas, y así procurar el desarrollo de nuestro país,
de una forma adecuada y sana para las generaciones futuras.
44
La importancia del tratamiento de las aguas servidas radica en que se
debe evitar a cualquier costa, que lleguen a una descarga final, como los ríos,
lagos, mantos y acuíferos, sin un tratamiento adecuado, para evitar la
contaminación, ya que estos son indispensables para la vida.
4.2 Proceso de tratamiento de las aguas servidas
Cuando se trata de la disposición de las aguas servidas de origen
doméstico, es necesario realizar un tratamiento que pueda evitar la
contaminación de los cuerpos receptores, para que no interfiera con el uso que
los seres humanos dispongan darles, como por ejemplo, riegos, recreación,
pesca, agua de abastecimiento público o cualquier otro uso de que disponga.
El fin principal, para el cual se realiza un tratamiento a las aguas servidas,
consiste separar de éstas la materia orgánica soluble y la remoción de
patógenos nocivos para los seres humanos, antes de descargarlas al cuerpo
receptor de que se disponga.
Los métodos que se pueden utilizar para dar un tratamiento
adecuado a las aguas servidas son muchos, los cuales pueden incluirse dentro
de los cinco siguientes procesos:
45
a) Tratamiento preliminar
El fin de este proceso es proteger los equipos de bombeo y también el de
facilitar los procesos subsecuentes del tratamiento. Para lograr este fin, se
utilizan dispositivos que puedan separar los sólidos suspendidos, los sólidos
inorgánicos pesados y eliminar cantidades excesivas de aceites o grasas.
Generalmente este proceso físico se lleva a cabo por medio de rejillas y
desarenadores, los cuales se encuentran en el canal de entrada a la planta.
b) Tratamiento primario
En este proceso, su propósito es de eliminar, por medio de un proceso físico, los
sólidos suspendidos en las aguas negras, por medio de un asentamiento que se logra
disminuyendo la velocidad de las aguas negras. En este proceso, se logra eliminar
aproximadamente de 40 a 60% de los sólidos suspendidos. El dispositivo, en el que se
logra dicho asentamiento, se les denomina tanques de sedimentación. Estos tanques
logran la descomposición en una forma anaeróbica de los lodos.
c) Tratamiento secundario
Este proceso del tratamiento se realiza, cuando el agua residual aún
contiene materia orgánica disuelta después de realizar el tratamiento primario.
En este proceso, los agentes, que realizan el trabajo principal, son los
organismos aeróbicos que descomponen los sólidos orgánicos, para
transformarlos en sólidos inorgánicos o en sólidos orgánicos estables.
Los dispositivos utilizados en el tratamiento secundario puede clasificarse
como a continuación se describe:
46
• Filtro goteador con tanques de sedimentación secundarios
• Tanques de sedimentación
• Filtro percolador
• Filtro de arena
• Lecho de contacto
• Lagunas de estabilización
d) Cloración
Este método de tratamiento tiene muchos usos, que pueden utilizarse
según el propósito deseado; ya que se puede utiliza, aun antes de tratamiento
preliminar.
Los propósitos en los que generalmente se utiliza la cloración de las aguas
servidas son los siguientes:
• Desinfección o destrucción de organismos patógenos.
• Prevención de la descomposición de las aguas negras para:
- Controlar el olor
- Protección de las estructuras de la planta.
• Como auxiliar en la operación de la planta para:
- La sedimentación,
- En los filtros goteadores,
- El abultamiento de los lodos activos.
• Ajuste o abatimiento de la demanda bioquímica de oxígeno.
Este tratamiento tiene el inconveniente respecto al cloro que debe de
eliminarse, luego de la desinfección del agua, antes de la disposición final al
cuerpo receptor, debido a que si el cuerpo receptor fuese una fuente de
47
reutilización del liquido, puede provocar en el ser humano enfermedades
cancerígenas.
e) Tratamiento de lodos:
Los lodos de las aguas negras son básicamente los sólidos que se
eliminan en los tratamientos primarios y secundarios, más una porción de agua
que se separa con ellos.
En este tratamiento, se pretenden dos objetivos: eliminar parcialmente o
totalmente el agua que contiene los lodos, para producir una disminución
considerable en el volumen; en segundo lugar, para que se puedan
descomponer todos los sólidos orgánicos putrescibles, que se transformarán en
sólidos minerales o sólidos orgánicos estables. Estos objetivos se logran
cuando se combinan dos o más de los siguientes métodos:
• Espesamiento
• Digestión
• Secado en lechos de arena
• Acondicionamiento con productos químicos
• Filtración al vacío
• Secado con paliación de calor
• Incineración, etc.
48
4.3 Selección del tipo de tratamiento
Para la selección del tipo de tratamiento, que se le dará a las aguas
residuales de la aldea el Subinal, se deben de tomar varios factores que
influyen en la determinación del mismo. Los factores mencionados se asocian
con:
• Eficiencia
• Economía
• Operación y mantenimiento
• Factibilidad
El sistema que se pudo observar, que llena los requisitos de los factores
de selección, anteriormente mencionados, es el proceso de “Lodos Activados”;
este proceso es eficiente, debido a un contacto íntimo que existe entre
organismos aeróbicos con los sólidos orgánicos de las aguas negras, y
procuran la descomposición de dichos sólidos por medio de la oxidación que
realizan estos seres vivos. En este sistema, se puede comprobar que su
construcción es considerablemente económico, comparado con otros sistemas
de tratamiento. La operación y mantenimiento de este sistema no son
complicados, debido a que su equipo no es sofisticado ni necesita un personal
altamente preparado para su funcionamiento.
4.4 Propuesta de las unidades de tratamiento
Se proponen, para el sistema a utilizar, las siguientes unidades de
tratamiento:
• Canal de rejas
49
• Tanques de aireación y clarificación
• Equipo de aireación
• Área de secados de lodos
• Sistema de cloración
• Cabezal de descarga.
Estos tanques de aireación son compartimientos, en donde se suministra
aire, el cual se propaga en el fondo, para que los microorganismos puedan
propagarse, gracias al oxigeno que necesitan para vivir. Los lodos activados
pasan luego al tanque de clarificación, en donde se sedimentarán por gravedad.
Estos lodos son reutilizados en el sistema para alimentarlo; el excedente, una
vez estabilizado, es puesto en el área de secado de lodos. El agua clarificada
es tratada para su desinfección por medio de un sistema de cloración, que
consiste en tabletas de Hipoclorito de Calcio, para luego descargarla al cuerpo
receptor, por medio de un cabezal de mampostería de piedra bola, y así evitar
que se socave el terreno, en el punto donde se realizará la descarga.
50
51
5. PRESUPUESTO DEL DRENAJE SANITARIO DE LA ALDEA EL SUBINAL
5.1 Presupuesto de materiales Tabla XIV: Presupuesto de materiales
52
Continúa
53
5.2 Presupuesto de mano de obra Tabla XV: Presupuesto de mano de obra
54
5.3 Resumen del presupuesto final Tabla XVI: Resumen del presupuesto final
55
6. ASPECTOS DE VULNERABILIDAD
6.1 Cómo identificarlas
Como primer punto que se tratará antes de identificar una vulnerabilidad de
este sistema, se describirá, en una forma general cómo analizar la
vulnerabilidad del mismo. El proceso de análisis parte, por un lado, del
conocimiento del sistema, sus componentes y funcionamiento y, por otra parte,
las características de las amenazas que potencialmente pueden afectarle.
a) Análisis del sistema
Un sistema de alcantarillado es, básicamente un conducto, por el cual se
transportan las aguas residuales de una vivienda, negocio, etc., hacia un punto
de descarga final. Previo a esto, se realiza un tratamiento antes de ser
depositadas en un cuerpo receptor como ríos, lagos, mares, etc. Su análisis, en
el diseño, básicamente depende de la cantidad de usuarios del sistema, ya que
éstos definen el caudal que se transportará dentro de él.
El sistema de alcantarillado funciona básicamente como un canal abierto, en
donde el transporte de las aguas residuales de origen doméstico, es debido a la
fuerza gravitacional de nuestro planeta, las cuales son llevadas hacia un punto
de descarga final, con un previo tratamiento de la misma, para evitar la
contaminación.
56
b) Análisis de los componentes y su funcionamiento
Los componentes básicos de un sistema de alcantarillado sanitario son:
I. Colector general: su función es transportar las aguas servidas por
medio de la gravedad, a través de una sección parcialmente llena, hacia
un lugar de descarga. Su forma puede ser variada, pero por fines
prácticos, normalmente se utilizan tuberías de sección circular, que
podrían ser de concreto o de pvc. En este proyecto, se dispuso el uso de
tuberías de sección circular de pvc.
II. Pozos de visita: sus fines de uso son variados, ya que se pueden
utilizar como:
• Intersección de colectores
• Cambios de pendiente del colector
• Cambios de dirección del flujo
• Para evitar distancias demasiado prolongadas de un tramo del
colector
Estos pozos están construidos de ladrillo de barro cocido, tapadera
de concreto reforzado y un fondo de concreto para el piso. Varían de
tamaño, ya que la profundidad no está normalizada, dado que depende
de la profundidad en que se encuentre el colector.
57
III. Registro domiciliar: también este elemento es importante en el
sistema, pues éste es el elemento que conecta las aguas residuales
domiciliares con el colector. Está compuesto por una tubería que inicia
en un tubo de concreto de 16 pulgadas que sirve de registro, y finaliza en
el colector general.
c) Amenazas potenciales del sistema
I. Sismos: es un fenómeno de la naturaleza, que por el movimiento
brusco de la corteza terrestre, provoca daños considerables en los
proyectos de alcantarillados.
II. Crecidas: en nuestro país, es también una amenaza presente, ya que
las poblaciones han tenido la necesidad de utilizar el agua para
actividades agrícolas y domésticas, por lo que se han ubicado cerca de
los ríos, que muchas veces por presencia de fuerte lluvias, su caudal
crece considerablemente, hasta perder su cauce para luego
introducirse en las comunidades y sus respectivas infraestructuras, y
dañan parcial o totalmente las mismas.
III. Derrumbes: este fenómeno natural está también ligado, muchas
veces, con las fuertes lluvias, dado que este fenómeno consiste en la
saturación de agua en los taludes, que provocan un desprendimiento
del mismo, y ocasiona derrumbes que, en algunas ocasiones, puede
destruir las obras que se encuentran en el, o al pie del mismo.
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IV. Conexiones ilícitas: este es un factor que podría afectar el diseño,
pues comúnmente se contempla únicamente de 2.5 a 5% de la
población, que podría conectarse ilícitamente; sin embargo, se ha
observado que en el interior de la república, el agua pluvial de las
viviendas se conectan al alcantarillado sanitario, debido que muchas de
las construcciones no son dirigidas por un profesional de la materia, ni
las autoridades municipales han puesto cuidado del buen uso del
sistema, e incidien en los porcentajes previstos en el diseño.
d) Vulnerabilidad del sistema
Dado lo anteriormente descrito, se puede concluir que el sistema de
alcantarillado es vulnerable en los siguientes casos:
1. Sismo: este en un fenómeno natural, que en el caso de la aldea El
Subinal, provocará daños considerables, ya que dicha aldea se
encuentra ubicada en la zona de la falla geológica del Motagua. Este
fenómeno natural deteriora los componentes, como pozos de visita,
conexiones domiciliares, colector general, como se describe a
continuación:
• Pozos de visita fracturados por el movimiento sísmico: son de una
estructura de mampostería no diseñadas a los movimientos del
suelo, por lo que llevan fracturas de dichos elementos no dúctiles
y frágiles, en la aplicación de fuerzas de compresión como de
tensión.
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• Las conexiones domiciliares presentan un caso igual a los pozos
de visita; sólo que su vulnerabilidad es menor, pues este elemento
no está fabricado de mampostería, lo que ayuda a que el daño no
sea considerablemente grave en el sistema.
• Los colectores sí se encuentran en una vulnerabilidad alta, ya que
por el tamaño que éstos poseen, la posibilidad de que sea
afectado es grande.
2. Crecidas: este fenómeno natural puede estar presente como un peligro
para este sistema; en vista de las condiciones de diseño de este
proyecto, se dispuso llevar la conducción final de las aguas residuales, a
un costado del río, que ocasionalmente puede manifestar un aumento
brusco de su nivel, y socavar el terreno, y podrían dañar la tubería que
se dispuso llevar a un costado del mismo.
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3. Las conexiones domiciliares ilícitas constituyen por otra parte, un
problema que se manifiesta por un uso inadecuado del sistema del
servicio, que se está prestando a la comunidad, porque en el diseño del
mismo, se espera que los pobladores tengan conciencia de que no
pueden conectar las aguas pluviales al sistema. Sin embargo, muchas
veces los habitantes no atienden esta recomendación, y en momentos de
lluvia, se da un aumento del caudal que circulará dentro del colector, lo
cual hará que no funcione a sección parcialmente llena, sino como una
tubería completamente llena, la cual no está diseñada para soportar
cargas de presión, que tendrán como resultado, un rompimiento de las
mismas. 6.2 Qué hacer en caso que ocurran
De los casos anteriormente descritos, pueden tomarse medidas de
seguridad preventivas, las cuales se pueden describir a continuación:
• Cuando se trate de un sismo, la medida que deberá de tomarse,
como primera instancia, será la inspección visual de los
componentes del sistema, la cual tendrá que realizar un
profesional o un técnico de la materia, quien dictaminará el daño
ocasionado, para una posterior restauración que se debe realizar
inmediatamente; esto es para evitar epidemias producidas por
estancamientos de aguas residuales.
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• En el caso de la crecida del río, se dispuso una protección de un
muro de mampostería de piedra bola, cuya finalidad será proteger
el colector que se dirige hacia el punto, en el cual se tratarán las
aguas servidas de la tubería que se conducirá a un costado del
río.
• Cuando se trate de conexiones domiciliares ilícitas, puede
tomarse una medida de seguridad desde la administración
municipal, la cual tendrá que regular el uso del sistema, y
supervisar a los pobladores, para que éstos puedan regirse a las
normas del uso del mismo.
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CONCLUSIONES
1. La construcción de un alcantarillado sanitario es un beneficio para la
comunidad, por lo cual se le estará brindando dicho servicio
aproximadamente a 99 familias un período de 20 años
2. Este diseño presenta las características necesarias para poder
implementar los conocimientos obtenidos en la Facultad de Ingeniaría.
3. Este proyecto presenta un beneficio importante, en lo que respecta a la
salud de los pobladores, ya que eliminará la contaminación que se está
viviendo en las calles y en el patio de dicha comunidad.
4. En el presente proyecto de alcantarillado sanitario, después de analizar
todos los factores involucrados en él, éste funcionará adecuadamente en
el período de diseño propuesto, salvo que se hiciera algún mal uso de los
componentes del sistema, o no se adopten las recomendaciones
necesarias para el buen funcionamiento.
5. El muro conductor de concreto ciclópeo, propuesto en el tramo que
conducirá las aguas servidas al punto de descarga, mitigará la
vulnerabilidad que presenta la tubería, cuando se dé una crecida del río.
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RECOMENDACIONES
1. La Facultad de Ingeniería debe seguir apoyando las áreas rurales por
medio del Ejercicio Profesional Supervisado (EPS), como lo ha estado
haciendo hasta ahora.
2. Es conveniente que el comité de la comunidad realice gestiones
financieras para este proyecto, a través de organizaciones
gubernamentales, ONGs, o alguna otra entidad que pueda prestársela.
3. En el momento de la ejecución del proyecto, la Municipalidad debe de
garantizar la supervisión del proyecto, para que pueda cumplir las
normas constructivas que especifican los planos.
4. La Municipalidad, con ayuda de los vecinos, deben darle el
mantenimiento adecuado al sistema, para que pueda funcionar
eficientemente el período de diseño.
5. Es necesario actualizar los precios de los materiales cuantificados en
este proyecto, cuando la Municipalidad o institución considere ejecutarlo,
para evitar caer en una subvaluación del mismo.
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BIBLIOGRAFÍA
1. De León Castillo, Cesar René. Diseño de la red de alcantarillado para San José Vicente Pacaya y comentarios. Tesis Ing. Civil. Guatemala, Universidad de San Carlos de Guatemala, Facultad de Ingeniería, 1980. 47 pp.
2. Díaz Monzón, Oscar Alejandro. Manual para diseño y presupuesto de
un proyecto de alcantarillado sanitario en poblaciones del interior de la republica. Tesis Ing. Civil. Guatemala, Universidad de San Carlos de Guatemala, Facultad de Ingeniería, 1977. 36 pp.
3. Rodas Aldana, Walter Estuardo. Estudio y diseño de la red de
recolección de aguas residuales, de la aldea la Guitarra, del departamento de Retahuleu. Tesis Ing. Civil. Guatemala, Universidad de San Carlos de Guatemala, Facultad de Ingeniería, 2003. 82 pp.
4. Simmons, Charles Sheffer. Clasificación de reconocimiento de los
suelos de la república de Guatemala. José de Pineda Ibarra. 1000pp.
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ANEXOS
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