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UNIVERSIDAD RAFAEL URDANETA
FACULTAD DE INGENIERIA
ESCUELA DE INGENIERIA CIVIL
OPTIMIZACION DE LOS DRENAJES Y RED DE CLOACAS EN LA URBANIZACIÓN ALTOS DEL PILAR
Br: JORGE L. ROMERO G. C.I: V-16.197.142
MARACAIBO, ABRIL 2008
DERECHOS RESERVADOS
UNIVERSIDAD RAFAEL URDANETA
FACULTAD DE INGENIERIA
ESCUELA DE INGENIERIA CIVIL
OPTIMIZACION DE LOS DRENAJES Y RED DE CLOACAS EN LA URBANIZACIÓN ALTOS DEL PILAR
TRABAJO ESPECIAL DE GRADO PARA OBTAR
POR EL TITULO DE INGENIERO CIVIL
Br: JORGE L. ROMERO G. C.I: V-16.197.142
MARACAIBO, ABRIL 2008
DERECHOS RESERVADOS
.Este jurado aprueba el trabajo especial de grado “OPTIMIZACION DE LOS
DRENAJES Y RED DE CLOACAS EN LA URBANIZACIÓN ALTOS DEL
PILAR”, que el bachiller JORGE L. ROMERO G. Presenta para optar al titulo de
Ingeniero Civil.
JURADO EXAMINADOR. Maracaibo, ABRIL 2008.
___________________________________ TUTOR ACADEMICO
___________________________________ Ing.
JURADO
___________________________________ Ing.
JURADO
___________________________________ Ing. Nancy Urdaneta
C.I: DIRECTOR DE LA ESCUELA DE INGENIERIA CIVIL
___________________________________ Ing. José Bohórquez
DECANO DE LA FACULTAD DE INGENIERIA
DERECHOS RESERVADOS
DEDICATORIA.
A mis padres y hermanas.
DERECHOS RESERVADOS
AGRADECIMIENTOS.
Agradezco principalmente a Dios.
La investigación no se hubiese llevado a cabo sin la ayuda de muchas
personas. Agradezco a:
Mis Padres por brindarme su apoyo incondicional en las dificultades
que se presentaron durante la realización de la tesis.
Mi tutor académico por haberme prestado su colaboración en la
realización de la investigación.
Ing. Ángel Arcaya por su apoyo en la ciudad de Punto Fijo.
DERECHOS RESERVADOS
Romero Gómez, Jorge Luis C.I: 16.197.142. Trabajo Especial de Grado. Título:
Optimización de los drenajes y red de cloacas en la Urbanización Altos del Pilar.
Año: 2008. UNIVERSIDAD RAFAEL URDANETA.
RESUMEN
Esta investigación tuvo como objetivo optimizar los drenajes y red de cloacas en la
Urbanización Altos del Pilar. El tipo de investigación utilizada fue la de carácter
descriptivo, ya que los estudios descriptivos miden de forma independiente la
variable sin la formulación de hipótesis. La información se obtuvo por medio de la
observación directa en el sitio y los análisis realizados a la topografía y secciones
de la vialidad de la Urbanización. Estos revelan que la Urbanización presenta
problemas de drenaje de aguas de lluvia en sus calles y en los sistemas cloacales.
Esto ocurre debido a la adición de aguas provenientes de otras urbanizaciones y
al uso de los sistemas cloacales como conductos recolectores de aguas de lluvias
provenientes de las casas.
DERECHOS RESERVADOS
INDICE GENERAL
ACEPTACIÓN III
DEDICATORIA IV
AGRADECIMIENTO V
RESUMEN VI
ÍNDICE VII
INTROUCCIÓN
1
CAPÍTULO I. El Problema.
11. Planteamiento y Formulación del Problema 3
1.2 Objetivos de la Investigación. 4
1.2.1 Objetivo General 4
1.2.2 Objetivos Específicos 4
1.3 Justificación e Importancia de la Investigación 4
1.4 Delimitación
5
CAPÍTULO II. Marco Teórico. 6
2.1
2.2
Antecedentes de la investigación
Fundamentación Teórica
7
9
2.2.1 Componentes de los sistemas cloacales 9
Sistema urinario 10
Sistema separado 10
Ramal de empotramiento 11
Tanquilla de empotramiento 11
Boca de visita 11
Tramos 12
Red de colectores 13
2.2.2 Determinación del caudal de diseño 13
2.2.3 Aguas servidas provenientes del acueducto 14
2.2.4 Aguas que se infiltran al colector 16
2.2.5 Aguas de lluvias empotradas clandestinamente 16
2.2.6 Periodo de diseño 17
2.2.7 Configuración de redes cloacales 17
2.2.8 Nomenclatura 18
2.2.9 Trazado de colectores 18
2.2.10 Áreas tributarias a cada colector 19
2.2.11 Comportamiento hidráulico del sistema
Tipo de régimen hidráulico de los colectores cloacales
19
19
2.2.12 Velocidad de flujo y velocidad de arrastre 20
2.2.13 Velocidad de arrastre 23
2.2.14 Pendiente de los colectores 24
2.2.15 Tirante o altura de la lámina de agua 24
2.2.16 Elementos hidráulicos de una sección circular
a sección llena 25
2.2.17 Elementos hidráulicos para un tirante H 25
2.2.18 Radio hidráulico 26
2.2.19 Determinación de la velocidad correspondiente
a cualquier tirante de agua 27
2.2.20 Determinación del gasto correspondiente a
cualquier tirante de agua
28
2.2.21 Diámetro y clase de tubería 29
2.2.22 Expresiones para el calculo, ábacos y tablas 29
2.2.23 Modificaciones de las formulas de Manning 30
2.2.24 Colectores cloacales a presión 31
2.2.25 Colectores sobrecargados 32
2.2.26 Clase de tuberías 33
Tuberías de arcilla vitrificada 34
Tubería de asbesto – cemento 34
Tubería plástica 34
DERECHOS RESERVADOS
2.2.27 Sistema de recolección de agua de lluvias 35
2.2.28 Características de la zona 36
2.2.29 Estimación del caudal 36
2.2.30 Drenaje de la carretera 36
2.2.31 Drenaje superficial 37
2.2.32 Métodos de drenaje superficial 37
Canales abiertos 37
Sumideros
Sumideros de ventana
Sumideros de rejillas en cunetas
Sumideros de rejas en calzada
38
39
39
39
Ubicación 39
2.3 Definición de la variable 41
2.4 Sistema de variables e indicadores 43
CAPITULO III: Marco Metodológico. 44
3.1 Nivel de investigación 45
3.2 Población 45
3.3 Muestra 45
3.4 Técnicas e Instrumentos de Recopilación de Información 46
3.5 Fases de la Investigación
46
CAPITULO IV: Análisis de resultados. 47
4.1 Análisis de la situación actual 48
4.2 Análisis de la situación propuesta 49
Conclusiones 50
Recomendaciones 51
Bibliografías 52
Anexos 53
DERECHOS RESERVADOS
INTRODUCCIÓN
La hidráulica es la ciencia que estudia el comportamiento de los fluidos y en
la ingeniería civil, la hidráulica cubre un amplio espacio. Un ingeniero civil estudia
la mecánica de fluidos, la hidrología y otros temas más específicos como lo son
las instalaciones sanitarias, acueductos y cloacas y las obras hidráulicas.
El desarrollo de las ciencias, en general, se ha venido dando por las
necesidades de las personas de poder solventar problemas en la vida cotidiana.
Los problemas de operación en las redes de cloacas y de drenajes de
aguas de lluvias en algunas ciudades se vienen presentando desde hace muchos
años. A medida que una ciudad crece los problemas se hacen presentes con
mayor intensidad y sobre todo los de este tipo.
El propósito de este proyecto es promover la optimización del sistema de
drenaje y aguas servidas de un pequeño sector de la ciudad de Maracaibo como
lo es la Urbanización Altos del Pilar, que año tras año sufre las consecuencias de
un servicio que se encuentra en mal estado.
A medida que se avanza en el proyecto se desarrollaran los conceptos
básicos y/o necesarios que se requieren para lograr el objetivo principal del
proyecto.
Realizando una investigación descriptiva, cualitativa y cuantitativa sobre las
características del sistema de drenaje y la red de cloacas conjunto con la cantidad
de habitantes se puede observar fácilmente que este servicio colapsa sobre todo
en las épocas de lluvia. Para la obtención de mejores resultados en el proyecto se
tomará una muestra de la población para mejorar el servicio de drenajes y red de
cloacas.
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1.1 Planteamiento y Formulación del Problema.
El desarrollo de las zonas urbanas en el mundo implica la dotación de
servicios, esto supone vialidad, servicios sociales, acueductos, cloacas, drenajes,
electrificación, redes telefónicas, etc. Algunos de estos servicios están
interrelacionados de tal manera que la existencia de uno, es consecuencia de la
presencia y/o desarrollo de otro. Esta relación se puede observar entre los
acueductos y cloacas, ya que, si se construye un acueducto para un determinado
sector, es de gran necesidad recoger y dar salida a las aguas servidas (aguas
negras), si es que se pretende a través de estos servicios mejorar las condiciones
de salubridad de la población.
Estas aguas usadas y recolectadas deben ser enviadas a un sitio de
disposición final, donde no tengan efectos ofensivos ni dañinos a la comunidad.
Los colectores cloacales reciben aportes de aguas servidas de todo tipo,
procedentes tanto de uso doméstico como comercial, lo cual hace que en su
cuantificación intervengan algunos criterios similares a los que determinan los
consumos de agua en los sistemas de abastecimiento.
Por otra parte, las aguas provenientes de las lluvias que son también
recolectadas en cada edificación, pueden ser conducidas conjunta o
separadamente de las aguas servidas, dando así origen a un sistema recolector
unitario o combinado, o por el contrario, a un sistema de recolección separado
(utilizado en Venezuela), siendo determinante para el sistema combinado, las
consideraciones de carácter económico para la elección del método más
aconsejable.
En la urbanización “Altos del Pilar”, ubicada en el Municipio Maracaibo del
Estado Zulia, ocurren inundaciones ya que es probable, que el sistema recolector
de agua, se encuentre averiado y/o, que ya haya cumplido su período de diseño.
Cabe destacar que en los últimos años se han realizado algunas construcciones
que han aumentado el caudal de las aguas servidas, llegando a un colector ya
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existente y diseñado para transportar las aguas servidas de la zona, con una
densidad de población relativamente baja.
Todas estas posibles causas de dicho problema, conducen a la siguiente
interrogante: ¿Será posible la optimización de los drenajes y red de cloacas en la
urbanización “Altos del Pilar”?
1.2 Objetivos de la Investigación
1.2.1 Objetivo General.
Optimizar el sistema de drenajes y red de cloacas en la urbanización “Altos
del Pilar”.
1.2.2 Objetivos Específicos.
Evaluar la magnitud de los caudales de las aguas negras y aguas de lluvia
provenientes de las viviendas.
Verificar si el área requiere estudio para la construcción de un nuevo
colector.
Rediseñar el sistema de recolección de aguas con la finalidad de cumplir
con las solicitudes y normas sanitarias.
1.3 Justificación e Importancia de la Investigación.
En Venezuela y en la región zuliana el problema es relevante debido a
inundaciones producidas por la infiltración de aguas pluviales a los sistemas
colectores de aguas servidas, lo que trae como consecuencia el ascenso de las
aguas servidas a la red vial de los sectores y urbanizaciones. También los
drenajes viales han sido encubiertos por falta de mantenimiento e importancia, lo
que conduce al deterioro prematuro de las carreteras y al desarrollo de
condiciones adversas de seguridad. Estas inundaciones producen en los
habitantes de los sectores enfermedades infecciosas como alergias, erupciones,
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diarrea entre otros. Las calles se tornan intransitables, hay acumulación de basura
y residuos fecales trayendo como consecuencia malos olores.
Con la optimización del sistema de drenajes y red de cloacas, se
beneficiarán los habitantes del sector, ya que se eliminarían los estancamientos e
inundaciones de las aguas negras y de lluvia para que así haya un mejor
desenvolvimiento del tráfico tanto vehicular como peatonal. También se obtendrá
una condición adecuada se salubridad y de seguridad para el medio ambiente y
por consiguiente para los habitantes del sector.
1.4 Delimitación.
La investigación se llevará a cabo en Maracaibo, estado Zulia, en el periodo
de Septiembre del 2.007 y Abril del 2.008. El área a estudiar estará conformada
por las viviendas multifamiliares, unifamiliares y establecimientos comerciales de
la urbanización Altos del Pilar. Se incluye la revisión de los posibles aportes
provenientes de urbanizaciones y sectores vecinos, sin profundizar en la magnitud
de caudales, pero estableciendo la recomendación de redireccionarlos dentro de
sus propias áreas o recomendar otras soluciones.
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2.1 Antecedentes de la Investigación.
Según el trabajo de investigación de Cristóbal Villanueva, estudiante del
INSTITUTO UNIVERSITARIO POLITECNICO “SANTIAGO MARIÑO”, en el año
1998, quien realizó un MODELO MATEMÁTICO PARA EL CÁLCULO DE TIPO,
TAMAÑO Y COSTO DE OBRAS DE DRENAJE URBANO A NIVEL PRELIMINAR,
se puede decir que este constituye una herramienta fundamental para obtener el
cálculo, tamaño y costo de obras de drenajes urbanos en Venezuela,
específicamente en algunos sectores del Estado Zulia de manera rápida y
efectiva, ya que no se cuenta con una forma exacta para determinar estos
parámetros. Al establecer el modelo matemático se busca que las obras aporten
soluciones adecuadas y confiables a cada problema en particular con información
inicial básica. Para la realización de su trabajo de investigación fue necesario
recolectar la información básica existente y el uso de cálculos ya desarrollados por
otros autores, así como también datos, curvas de Intensidad – Frecuencia –
Duración actuales del estado Zulia y tablas establecidas por el INOS. Dando como
resultado la creación de un diagrama de flujo donde el Ingeniero pueda desarrollar
el proyecto que permita predimensionar y estimar costos de las Obras de Drenajes
Urbanos. Dicho trabajo suministra a la optimización de los drenajes y red de
cloacas en la urbanización “Altos del Pilar” los indicadores y estándares desde el
punto de vista de magnitud y costo del proyecto, los cuales se tomarán en cuenta
al momento de diseñar o mejorar el servicio ya descrito.
El trabajo de investigación SOLUCION DEL DRENAJE SUPERFICIAL DE
LA VIALIDAD COMO ALTERNATIVA EN LA POBLACION DE CARRASQUERO,
realizado por Yolmary Cárdenas y Keila Fernández, en abril del 2004 tuvo como
objetivo el determinar una solución de drenaje superficial de la vialidad en la
población de Carrasqueño. La investigación utilizada fue la de carácter
tecnológico, ya que permitió analizar de manera cualitativa el problema. La
información se obtuvo por medio de la observación directa en el sitio, toma de
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fotografías y entrevistas realizadas a las entidades gubernamentales y habitantes
del lugar. Develan que la población de Carrasqueño presenta severos problemas
de drenaje externo e interno de las aguas de lluvias lo que dificulta su conducción
a los puntos de descarga natural (quebradas). El desagüe de la zona es deficiente,
debido entre otras razones, a lo anegadizo del área y al ancho de la vía fijado ya
por las viviendas existentes, los cual permitió construir un sistema de drenaje que
permita conducir las aguas de lluvia a una quebrada existente, a objeto de no
sobrecargas las vías ni las descargas finales, considerando al máximo su
dirección natural. Este trabajo de investigación proporciona para la optimización de
los drenajes y red de cloacas en la urbanización “Altos del Pilar” las herramientas
para determinar de manera cualitativa el deterioro del drenaje vial, así como las
formas para adecuarlo o mejorarlo.
El Trabajo Especial de Grado realizado por Alirio Rodríguez y David
Socorro O, es cual se titula ANÁLISIS DE LAS CAUSAS DE LAS INUNDACIONES
POR LLUVIA EN LA URBANIZACIÓN ALTOS DEL PILAR del Municipio
Maracaibo del Estado Zulia. Esta investigación tuvo como objetivo analizar las
causas de inundaciones por lluvia en la Urbanización altos del Pilar. El tipo de
investigación utilizada fue la de carácter descriptivo cuya información se obtuvo
por medio de la observación directa en el sitio y entrevistas realizadas a los
habitantes de la Urbanización. Estos revelan que su Urbanización presenta
problemas de drenaje de aguas de lluvia en sus calles y en los sistemas cloacales,
esto ocurre debido a la adición de aguas provenientes de otras urbanizaciones y al
uso de los sistemas cloacales como conductos recolectores de aguas de lluvias
provenientes de las casas. Este trabajo de investigación aporta los diferentes
datos y parámetros en los cuales se basarán parte de los cálculos para la
optimización de los drenajes y red de cloacas en la urbanización “Altos del Pilar”.
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2.2 Fundamentación Teórica
En la fundamentación teórica se exponen las conceptualizaciones y
características de los sistemas cloacales, drenajes, y las definiciones de sus
componentes.
2.2.1 Componentes de los Sistemas Cloacales.
Recopilaciones y trabajos realizados por Simón Arocha (basado en las
Normas de proyectos, Construcción, Operación y mantenimiento de los Servicios
de Cloacas I.N.O.S. 1965), permiten saber que la recolección de las aguas
servidas se hace en el interior de las edificaciones a través de las piezas sanitarias
y cañerías internas de la construcción. Estas constituyen las instalaciones de la
edificación, y su diseño atiende a consideraciones de orden práctico que por
razones económicas se basa en las probabilidades de simultaneidad del uso
conjunto de las piezas sanitarias.
Hasta el presente, el método sanitariamente más aconsejable para el
transporte de las aguas servidas es mediante la construcción de tuberías
subterráneas que denominamos cloacas y que conducen dichas aguas a puntos
distantes para su tratamiento y disposición final.
Adicionalmente a la atención a dar a estas aguas usadas, las zonas
urbanizadas modifican la topografía del terreno, alterando así la permeabilidad del
suelo, de forma que es necesario canalizar y conducir las aguas de lluvias con la
finalidad de evitar daños a las edificaciones propias y vecinas.
La recolección de las aguas pluviales puede hacerse en forma separada de
las aguas servidas o combinadas con ellas, siendo determinante consideraciones
de tipo económico para la elección del método más aconsejable.
DERECHOS RESERVADOS
El término de aguas negras se refiere a aquellas aguas que contienen
excretas o han sido contaminadas por ellas y el de aguas servidas generalmente
se emplea para definir aquellas aguas que han sido usadas para fines domésticos
como lavado de ropa, fregado, higiene personal. Sin embargo, todas estas aguas
recolectadas en las viviendas o edificaciones y conducidas hacia el exterior de las
mismas reciben la denominación de aguas negras, toda vez que ellas han sido
contaminadas por excretas.
Por otra parte, las aguas provenientes de las lluvias que también son
recolectadas en cada edificación pueden ser conducidas conjunta o
separadamente de las aguas negras, dando así origen a un sistema de
recolección unitario o combinado, o por el contrario, a un sistema separado.
Sistema Unitario.
Cuando en una zona urbanizada se recogen conjuntamente las aguas
negras y las aguas de lluvia, se diseñan y construyen colectores que
denominamos sistema unitario, mixto o combinado, el cual debe ser capaz de
recibir los aportes de aguas de lluvia y aguas negras, descargadas directamente
desde las edificaciones más retiradas o comienzo de red, hasta el último punto de
recolección.
El sistema unitario debe ser capaz de recibir los empotramientos de las
edificaciones, tanto las negras como las aguas de lluvia, y que contemple además
la incorporación de las aguas de lluvia que se escurren superficialmente por calles,
aceras y áreas públicas a través de obras de captación (sumideros) ubicados
convenientemente.
Sistema Separado.
Un sistema separado contempla una red cloacal para conducir las aguas
negras y otra red de tuberías, que conjuntamente con estructuras especiales de
DERECHOS RESERVADOS
recolección conducirán exclusivamente aguas de lluvia, constituyendo así al
alcantarillado de las aguas pluviales.
Este sistema supone que, también las edificaciones recogen
separadamente sus aguas: descargando a la calle las aguas de lluvias, donde
serán recogidas en sumideros y enviadas por la red de colectores pluviales hasta
el cauce natural, y por otra parte, conduciendo las aguas negras o servidas hasta
la tanquilla de empotramiento de la edificación para incorporarlas al sistema
cloacal.
Ramal de Empotramiento.
Es la tubería, que partiendo de la tanquilla en el borde de la acera, va hasta
el colector cloacal que está enterrado en la calle y pasa más cerca de la vivienda.
Este ramal de empotramiento tendrá un diámetro de acuerdo al gasto
correspondiente de la edificación que sirve, pero en ningún caso dicho
empotramiento debe ser inferior a 150 mm de diámetro siendo 1 por 100 la
pendiente mínima aconsejable.
Para cada parcela deberá instalarse una tubería de empotramiento, cuyo
diámetro mínimo estará de acuerdo a la dotación de agua correspondiente.
Tanquilla de Empotramiento.
La tanquilla de empotramiento normalmente se ubica debajo de la acera,
preferiblemente en el punto más bajo del frente de la parcela. Generalmente se
construye con tubería de concreto, cuyo diámetro mínimo es de 250 mm,
incrementándose este de acuerdo a la dotación.
Boca de Visita.
En los colectores de aguas negras, así como en los de aguas de lluvia,
deben ubicarse convenientemente estructuras que permitan la inspección y
DERECHOS RESERVADOS
faciliten su limpieza. A estas estructuras se les llaman bocas de visita, las cuales
son estructuras generalmente compuestas de un cono excéntrico, cilindro y base
que permiten el acceso a los colectores cloacales y cuya ubicación, tipo y
características están señaladas en el art. 336 de las Normas e instructivos para el
proyecto de alcantarillado, Ministerio del Ambiente y Recursos Naturales (MARN)
que normatiza al los organismos como Hidroven, antes conocido como el Instituto
Nacional de Obras Sanitarias (INOS).
Las bases se proyectan con canales, para conducir los caudales que llegan
a la boca de visita, y generalmente son de concreto armado, o sin armar, vaciado
en sitio.
La parte central de forma cilíndrica se construye generalmente con anillos
prefabricados de aproximadamente 1.50 m de diámetro interior, y en longitudes de
0.30, 0.60 y 0.90 m, con los cuales se logran las variaciones de altura para
diferentes profundidades.
La parte superior consiste en un cono excéntrico, terminando en un
diámetro interior de aproximadamente 60 cm, dimensión mínima recomendable
para hacerla visitable, y en la cual se apoya la tapa, generalmente de hierro
fundido.
De acuerdo al artículo señalado, deberán proyectarse bocas de visita:
En toda intersección de colectores del sistema
En el comienzo de todo colector
En los tramos rectos de los colectores, a una distancia entre ellas de
120 m, para colectores hasta Ø 0.30 m (12“) y 150 m para colectores
mayores de Ø 0.30 m (12“).
En todo cambio de dirección, pendiente, diámetro y material
empleado en los colectores
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.
DERECHOS RESERVADOS
Tramos
Se denomina tramo a la longitud de colector cloacal comprendido entre dos
bocas de visita contiguas. El diámetro y demás característica de cada tramo, están
determinados por el gasto o caudal de diseño correspondiente. El tramo se
identifica por las bocas de visita que lo comprenden.
Red de Colectores.
La red está constituida 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, sirven 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 visita del tramo que recibe aportes
domiciliarios, hasta el sitio de descarga en la planta de tratamiento o en un curso
superficial.
Las Normas del Ministerio de Salud y Desarrollo Social (MSDS), antes
conocido como el Ministerio de Sanidad y Asistencia Social (MSAS), definen al
colector principal como 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.
2.2.2 Determinación del Caudal de Diseño.
Una estimación del caudal de aguas negras como base para el diseño de la
red de colectores cloacales, comprende determinaciones de varios aportes que de
la manera más aproximada o exacta posible, debe hacerse a fin de lograr un
diseño ajustado a condiciones reales. Con frecuencia se observan colectores
trabajando sobrecargados o desbordándose por las bocas de visita, a causa de
imprecisión en los cálculos.
DERECHOS RESERVADOS
Investigaciones realizadas en diversas ciudades han evidenciado que los
colectores de aguas negras reciben los aportes de agua de tres procedencias
diferentes.
Las aguas servidas provenientes del acueducto, las aguas que se infiltran al
colector procedente del subsuelo, y aguas de lluvia que clandestinamente empotra
cierto porcentaje de las viviendas de la localidad.
tan inf( )andQ C Q Q= +
En donde 2=C , según las Normas de Proyectos, Construcción, Operación
y mantenimiento de los Servicios de Cloacas del Instituto Nacional de Obras
Sanitarias. 1965.
2.2.3 Aguas Servidas Provenientes del Acueducto.
Si bien es cierto que no todo el volumen de agua del acueducto que se
consume en una edificación regresa a las cloacas, también es verdad que en una
gran mayoría de ciudades existen fuentes privadas de abastecimiento, ya sea con
fines industriales, comerciales o domésticos que compensan una disminución, y
que como no forman parte del sistema del acueducto, no se contabilizan.
A menos que se tengan ciudades cuyo grado de control sobre la posibilidad
de explotación de fuentes privadas de abastecimiento de agua sea tal que
garantice su no utilización; el considerar un factor de disminución del gasto de
diseño (factor de reingreso), por razones de riesgo, procesos industriales y otros,
puede resultar una temeridad en el diseño.
Cuando no se dispone de una curva tipo, puede asumirse como un
consumo per cápita por día, o bien, basándose en las Normas Sanitarias, utilizar
cifras de consumo de acuerdo al uso de la tierra.
DERECHOS RESERVADOS
Cuando para el diseño de una red cloacal se utilizan los datos de
abastecimiento de agua, obteniendo como mediciones del registrador totalizador,
no hay diferenciación entre las aguas usadas de origen domestico, de las de
origen comercial, industrial o institucional, y se asume, por tanto, que todo el
caudal que entrega el acueducto a la población, lo reciben los colectores cloacales
en forma similar, con cierto desplazamiento en el tiempo. Para fines prácticos, este
desplazamiento no afecta al diseño, pues debe darse capacidad a las
instalaciones para satisfacer el máximo caudal que en forma instantánea pueda
recibirse de toda el área a servir.
Vale la pena señalar nuevamente, que si bien es verdad que no toda el
agua que entrega el acueducto a la población, regresa al sistema cloacal, existen
otras fuentes de abastecimiento privado que no contabiliza el medidor del
acueducto y cuyo aporte compensa las disminuciones del gasto por razones de
perdidas o fugas en las tuberías de abastecimiento, riego, lavado de carros, etc.
Basado en este criterio, en el que se estima que el gasto a considerar como
aporte para el caudal de diseño de los colectores cloacales, proveniente del
acueducto, sea equivalente al del consumo máximo horario.
. .a n d mQ Q K R=
( )( ) ( )( )1 12 218 /1000 / 4 /1000K Pob Pob= + +
( . ) / 86400m diariaQ Pob Dot=
.Pob A D= ∑
andQ : (lts/seg)
K : Coeficiente adimensional.
DERECHOS RESERVADOS
R : Coeficiente de Reingreso ≈ 0,80
Pob : Población (hab).
A : Áreas (ha).
d i a r i aD o t : Dotación diaria.
D : Densidad de Población (hab/ha).
2.2.4 Aguas que se Infiltran al Colector.
Dado a que generalmente los colectores cloacales se diseñan como
canales abiertos, existen muchas posibilidades de que se infiltren aguas del
subsuelo hacia los colectores. Ello dependerá de diversos factores, entre otros del
nivel de la mesa de agua, de la porosidad del material de la tubería, del tipo de
junta, etc.
Los colectores de aguas negras deben diseñarse con capacidad para recibir
este gasto adicional que de manera inevitable penetra a los conductos,
principalmente a través de juntas o uniones. La característica de una buena junta
en colectores cloacales, incluye estanquidad, resistencia a penetración de raíces,
resistencia a corrosión y durabilidad.
Cabe destacar que el diámetro de la tubería es importante, debido a que las
tuberías de grandes diámetros poseen mayores dificultades en su reparación y
construcción de juntas respecto a las tuberías de diámetros pequeños. Además
DERECHOS RESERVADOS
ellos representan las mayores longitudes de la red, y también, a través de los
ramales de empotramiento penetra una cantidad relativamente apreciable de
aguas de infiltración. La Norma del Instituto Nacional de Obras Sanitarias
contemplan en el aparte 3.12 “El gasto máximo de infiltración a considerar en un
sistema de cloacas, será de 20.000 l/Km/día y que al multiplicarlo por la longitud
del colector resulta el Qinf. días
díaKmlLLQ empcol
8640020000*)(
inf
+= ; Donde:
colL : Longitud del colector.
empL : Longitud de empotramiento.
2.2.5 Aguas de Lluvia Empotradas Clandestinamente.
Si bien en un sistema separado de aguas negras y aguas de lluvias, es de
suponer que no se permitirá el empotramiento de aguas provenientes de los
techos y patios interiores al sistema de aguas negras, se sabe que esto no se
logra en un 100 % y que por el contrario existe un porcentaje de viviendas que por
ignorancia, negligencia o pequeñas ventajas económicas en la construcción de las
instalaciones internas, empotran sus aguas de lluvia conjuntamente con las aguas
servidas, incrementando por tanto los caudales de escurrimiento en los colectores
cloacales.
2.2.6 Periodo de Diseño.
Es el tiempo para el cual el sistema es eficiente 100%, ya sea por
capacidad en la conducción del gasto deseado o por la resistencia física de las
instalaciones. En el caso de colectores cloacales, este debe ser cuidadosamente
seleccionado, ya que la impresión en la determinación de los aportes, aunados a
periodos de diseño inadecuado para resultar en limitaciones de desarrollo para
nuevas áreas u nuevas zonificaciones, o bien un gran incremento de costos por
amortización de colectores.
DERECHOS RESERVADOS
En el caso de colectores principales, un periodo de diseño entre 40 y 50
años se puede considerar aconsejable, en virtud de los inconvenientes y costos de
aplicaciones para recibir caudales mayores.
Las tuberías secundarias hasta 15 pulgadas (38 cm.) de diámetro, pueden
estimarse para periodos de diseño de 25 años o más.
Los emisarios de descarga, al igual que colectores principales, deben
considerarse con periodos de diseño suficientemente largos para evitar
inconvenientes y costos mayores.
2.2.7 Configuración de Redes Cloacales.
Un área cualquiera podrá presentar varias alternativas de trazado de
colectores principales y secundarios atendiendo a su topografía. Evidentemente
habrá una que logre la máxima economía y aproveche al máximo aconsejable su
capacidad, a fin de obtener el mejor funcionamiento hidráulico del sistema.
También deberán contemplarse las extensiones futuras, incluyendo las
posibles áreas que por condiciones topográficas se verán obligadas a drenar a
través del sector en estudio.
2.2.8 Nomenclatura.
La utilización de los ejes de las calles para dar una identificación a los
colectores, usando letras en un sentido y números en otro, resulta práctico y de
fácil ubicación para cualquier revisión.
2.2.9 Trazado de Colectores.
Partiendo del punto de descarga, el cual puede ser un cuerpo de agua
(previa aprobación), un colector existente o una planta de tratamiento (existente o
a diseñar) se trata de definir el posible trazado del colector principal siguiendo
hacia arriba por las calles de menor pendiente, procurando que este cubra toda el
DERECHOS RESERVADOS
área a ser servida. Durante este recorrido podemos visualizar varias tentativas de
trazado, seleccionando y realizando los varios embozos posibles, tomando el que
a la postre resulte más conveniente.
En ocasiones podemos configurar sistemas en abanico, cuando las
facilidades de concentración a un punto, más que un eje, nos resulte ventajoso
para el mejor aprovechamiento de los diámetros mínimos de colectores.
Generalmente, el la elaboración del trazado de colectores, un factor
determinante para el diseño es la diferencia de elevación entre el punto de
descarga y el punto del extremo superior. Es aconsejable para el diseño tener bien
definida esta condición antes de proceder a proyectar colectores secundarios y
laterales, ya que ello puede evitar tener que diseñar totalmente el sistema.
2.2.10 Áreas Tributarias a cada Colector.
La forma más practica de determinar los gastos o caudales para el diseño
de cada tramo y cada colector es haciendo una repartición del gasto total del
parcelamiento en función de su área. Al delimitar el área a servir por cada tramo
podemos obtener el caudal de diseño correspondiente.
2.2.11 Comportamiento Hidráulico del Sistema.
Tipo de Régimen Hidráulico de los Colectores Cloacales.
Las aguas negras, constituidas principalmente por aguas y un pequeño
porcentaje de sólidos, tienen un comportamiento bajo el punto de vista hidráulico
DERECHOS RESERVADOS
similar al de las aguas puras, de modo que sobre esa premisa se desarrollan los
cálculos hidráulicos en los colectores cloacales.
Esta consideración nos conduce a conclusiones similares a las
determinadas para flujo en canales abiertos, y a la aplicación de las leyes que
rigen para esta condición, ya que la mayoría de los colectores se diseñaran como
canales. Excepciones a esta se tendrá:
A.- cuando los colectores trabajan sobrecargados;
B.- cuando se trate de colectores en zonas bajas que precisen un bombeo; y
C.- en el caso particular de sifones invertidos.
En tales casos el diseño se considera como conductos a presión.
En términos generales, se puede decir entonces que la superficie del agua
cloacal será igual a la que tomaría si fuera agua pura.
Asimismo, para efectos de diseño el régimen es permanente, lo cual se
mantiene cuando la descarga es constante y uniforme. Esto requiere que la
velocidad media sea constante en secciones sucesivas a lo largo de un tramo.
2.2.12 Velocidad de Flujo y Velocidad de Arrastre.
Roberto Manning, en 1890 propuso una expresión para el cálculo de la velocidad
de flujo en colectores trabajando como canales abiertos, partiendo de la
expresión de Chezy ( )1/ 2.HV C R S= ; y basado en sus propias experiencias
estableció una modificación de la constante C como función del radio hidráulico y
del coeficiente de rugosidad.
DERECHOS RESERVADOS
1 / 6
1( ) HH
RC F n Rn
= =
Que sustituido en la expresión original de CHEZY, concluye en:
2 / 3 1 / 21HV R S
N=
Donde:
N : Coeficiente de rugosidad.
V : Velocidad de escurrimiento (mts/seg).
HR : Radio hidráulico (mts).
S : Pendiente hidráulica (unitaria).
El gradiente o pendiente hidráulica coincide con la superficie en flujos de
canales, y generalmente la pendiente hidráulica la expresamos como la pendiente
de la rasante del colector, lo cual supone flujo uniforme.
La velocidad determinada se refiere a la velocidad media para un caudal Q
que fluye bajo condiciones de canal. Esta velocidad media es aproximadamente el
85 por 100 de la máxima y ocurre a 0,20 y 0,80 de la profundidad.
Esta velocidad reviste especial importancia, toda vez que debe producir el
arrastre o acarreo de los sólidos, es decir, no debe producirse la sedimentación de
los sólidos a lo largo de los colectores.
Es por tanto conveniente la velocidad mínima a mantener en el colector, a
fin de que produzca el arrastre de los sólidos presentes. Se han hecho estudios
para determinar la capacidad de arrastre para diversos materiales. De acuerdo a
estudios realizados por Du Buat (citado por Simón Arocha), se estableció
DERECHOS RESERVADOS
similitud con las velocidades requeridas para el arrastre de material granular como
arena, grava, piedra, etc.
El ingeniero Anastasio Guzmán (citado por Simón Arocha) considera que
los sólidos de las aguas negras requieren una velocidad similar a la grava media,
por lo cual ellas pueden tomarse como base para la fijación de la velocidad
mínima en los colectores cloacales.
En éste sentido “una buena practica seria el considerar la capacidad del
colector como cuatro veces el gasto diario medio anual y el caudal mínimo de flujo
del orden de 0,5 el gasto diario medio anual.”
Una reserva moderada y suficiente, se logra diseñando el colector con una
capacidad comprendida entre 0,50 y 0,67 del gasto de diseño, considerando todos
los factores señalados como aportes para el diseño. Asimismo, que el caudal
mínimo a considerar debe proveer un tirante de agua no menor de 5 cm.
También puede estimarse que en caso de colectores mayores de 60cm
(24 “) un borde libre de 30 cm, puede ser suficiente para prever incremento de
gasto, acción de olas, etc.
Si con estos criterios satisfacemos condiciones de velocidad de arrastre,
pocos problemas de sedimentación han de tenerse en los colectores cloacales:
Las normas del MARN establecen la velocidad mínima en 0, 60 m/seg, para
colectores de aguas negras trabajando a sección plena, así:
“art. 3.23. Velocidad mínima:
La velocidad mínima a sección plena, en colectores de alcantarillado de
aguas servidas será de 0, 60 m/seg. La velocidad mínima a sección plena, en
colectores de alcantarillado de aguas pluviales y único, será de 0,75m / seg “
DERECHOS RESERVADOS
Sin embargo, al no establecer condición para la del gasto real de flujo,
pudieran presentarse situaciones de colectores que satisfaciendo una condición
teórica a sección llena, no provoquen velocidades de arrastre para el gasto real de
funcionamiento o viceversa. Por ello el autor estima conveniente determinar la
velocidad de flujo para el caudal de diseño y el valor del tirante de agua por el
mismo caudal.
En el manual n. 9 de la Water Pollution Control Federation (citado por
Simón Arocha), establece al respecto “muchos proyectistas prevén un factor de
seguridad en el diseño de cloacas sanitarias tales que en los colectores pequeños,
hasta 12 o 15 en diámetro, el caudal no fluye a más de la mitad lleno para el
gasto máximo de diseños. Colectores de mayor diámetro pueden ser diseñados de
modo que el gasto máximo de diseño fluya entre medio lleno y 7 /10 del diámetro
para colectores de 30 pulgadas y más.
El grado de conservación con el cual se estableció el caudal máximo puede
afectar la selección de la profundidad de flujo. Es deseable evitar la condición de
colectores cloacales fluyendo a sección llena por razones de ventilación “.
Esta apreciación concuerda con la nuestra, en el sentido de dejar suficiente
capacidad de reserva, dada la impresión que se tiene en la determinación de los
gastos de diseño, y más aun, ante la realidad de gastos pluviales incorporados
clandestinamente a colectores cloacales.
Admitida esta condición para el diseño, será conveniente determinar la
velocidad correspondiente y verificar si es igual o superior que la de arrastre, con
lo cual tendremos un colector atendiendo a criterios más que una normativa que,
aunque satisfecha, no cumple el objetivo para la cual fue concebida más adelante
veremos el cálculo correspondiente a velocidades, para distintos tirantes de agua
en un colector.
2.2.13 Velocidad de Arrastre.
DERECHOS RESERVADOS
El desplazamiento de una masa de agua en un canal puede asemejarse al
de un sólido deslizándose sobre un plano inclinado, y el arrastre que el agua hace
de los sedimentos en aguas negras es análogo a la fricción que se ejerce sobre
este plano.
La fuerza Fi de desplazamiento se opondrá la resistencia FR en las cuales
intervienen ciertos factores, fácilmente identificables unos, poco controlados otros.
Por tanto interesa determinar el valor de la fuerza cortante para arrastrar el
material sólido, así como la velocidad requerida para vencer la fricción del
conducto.
Asumiendo flujo permanente y uniforme, la superficie de contacto de un
cierto volumen de agua desplazándose sobre un canal estará dada por el
perímetro mojado correspondiente. Se supone que el agua no tiene fricción
interior.
Pero al considerar el área transversal o sección, resulta evidente que
cuanto mayor sea el caudal, mayor será el área mojada y menor la resistencia.
R HF R Sγ=
Donde:
RF : Intensidad de la fuerza de arrastre
HR : Radio hidráulico
S : Pendiente del fondo
γ : Peso especifico del agua
2.2.14 Pendiente de los Colectores.
DERECHOS RESERVADOS
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. Esto conduce a tratar de lograr diseños que se adapten en lo posible
a la superficie 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 deberá 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., son ejemplos típicos de esta
consideración.
Al fijar las pendientes deben considerarse 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.
2.2.15 Tirante o Altura de la Lámina de Agua.
La variación del gasto en los colectores es una condición inevitable, ya que
por una parte el colector es diseñado para un determinado periodo, al principio del
cual el colector recibe una porción pequeña del gasto de diseño, y por otra, existen
variaciones horarias en las descargas que también alteran la condición de flujo en
el conducto. Por razones de facilidad de limpieza y de mantenimiento que impidan
la obstrucción de colectores, se ha fijado un diámetro mínimo permisible, lo cual
también hace que en la mayoría de los casos estos no trabajen a sección plena, si
no que normalmente fluyan parcialmente llenos.
DERECHOS RESERVADOS
2.2.16 Elementos Hidráulicos de una Sección Circular a Sección Llena.
Tirante de agua: ( H ) será igual al diámetro del colector, H D=
Perímetro mojado: .P Dπ=
Área mojada: 2.
4DA π
=
Radio hidráulico: 1/ 2.
. 4HD DRD
ππ
= =
Velocidad: 2 / 3 1 / 21HV R S
N=
Gasto o caudal: .Q V A=
4 / 3 1/ 2HQ R S
Nπ
=
2.2.17 Elementos Hidráulicos para un Tirante H.
a) Perímetro mojado AJB=
360ºP Dπθ
=
360 º
DP π θ=
b) Área mojada = Área de casquete CAJBC
DERECHOS RESERVADOS
Segmento CAJBC = sector OAJBO – triangulo OAB
Sector OAJBO ( )12
D A JB= /2
Sector OAJBO ( )[ ]1 (1 / 2) ( / 360º )2
D Dθ π= /2
( )2 2 sin 2AB AC R θ= =
cos 2CO R θ=
Triángulo ( ) ( ) ( )( )21 sin cos sin cos2 2 2 22 4
DOAB Rθ θ θ θ⎛ ⎞= = ⎜ ⎟
⎝ ⎠
Pero:
( ) ( ) ( )sin cos sin2 2 2θ θ θ=
Triangulo 2 2
sin sin24 8D DOAB θ θ= =
Área mojada: ( )2( /8) /180º sinmA D π θ θ= −⎡ ⎤⎣ ⎦ (Ver anexo 1)
2.2.18 Radio Hidráulico
( )2( / 8) /180º sin
360º
H
DAR DPπ θ θ
π θ−⎡ ⎤⎣ ⎦= =
( )1 180º sin /4HDR θ πθ= −⎡ ⎤⎣ ⎦
Relación entre el ángulo θ y el tirante de agua H:
DERECHOS RESERVADOS
cos cos /2 2OC R OC Rθ θ= → = ; pero OC R H= −
Luego:
cos ( ) / 1 ( / ) 1 ( / 2)2 R H R H R H Dθ = − = − = −
Relación de Áreas
( )[ ]2 2/ ; / 8 ( /180) sin ; ( / 4)r c r cA A A D A Dπ θ θ π= − =
2.2.19 Determinación de la Velocidad Correspondiente a cualquier
Tirante de Agua
Aplicando la expresión de Manning, para canales abiertos, se tendrá que la
velocidad a sección llena es:
2 / 3 1 / 21
c cV R SN
=
Y para un tirante cualquiera:
2 / 3 1 / 21R rV R S
N=
N y S constantes:
2 / 32 / 3 1/ 2 2 / 3 1/ 2
2 / 3
1 1/r rr c
c c
V RR S R SV N N R
⎡ ⎤⎛ ⎞ ⎛ ⎞= =⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎢ ⎥⎝ ⎠ ⎝ ⎠⎣ ⎦
Pero:
4cDR =
DERECHOS RESERVADOS
2 / 3 2 / 3 2 / 32 / 3
2 / 3
4( / 4)
r cr R
c
R RV RV D D2/3= =
2.2.20 Determinación del Gasto Correspondiente a Cualquier Tirante
de Agua.
Mediante la aplicación de la ecuación de continuidad Q = V x A, conocidas
las velocidades de flujo y el área mojada para cualquier tirante se puede encontrar
el gasto o caudal correspondiente y su relación a sección plena. Esto permite
múltiple usos y determinaciones gráficas, así: llamando Qc la capacidad de un
colector cualquiera, se tiene:
c c cQ V A=
siendo:
cV : Velocidad a sección plena.
cA : Área del colector
y llamando Qr al gasto de un tirante de agua cualquiera:
r r rQ V A=
relación
( ) ( ) ( )/ /r c r r c cQ Q V A V A=
Con las relaciones de áreas y de velocidades ya calculadas podemos
obtener las relaciones de gasto para las diferentes relaciones de tirantes de agua.
DERECHOS RESERVADOS
2.2.21 Diámetro y Clase de Tuberías.
Para la selección de diámetros es necesario considerar dos aspectos en el
comportamiento del flujo y tuberías:
Conductos trabajando como canales abiertos
Como conductos a presión.
2.2.22 Expresiones para el Cálculo, Ábacos y Tablas.
La expresión más generalizada para el diseño de colectores trabajando
como canales abiertos es la ecuación de Manning.
2 / 3 1 / 21
c cV R SN
=
La cual tiene su origen en la fuerza de fricción que se genera al fluir agua a través
de un conducto
( , , , , ) ( / ) ( / )u tRF f n A p L V C p A L n= =
Cuya estimación por Chezy conduce a expresión de velocidad media
z x
rP C S=
Por razones de orden práctico y a fin de facilitar el diseño, se trabaja con la
fórmula de Manning usando ábacos preparados para diferentes valores de n,
trabajando a sección plena.
Los coeficientes de rugosidad N dependen del material de conducto, de la
sección, de las irregularidades del colector, y su cuantificación es difícil e
imprecisa, habiendo sido determinado experimentalmente por diversos
investigadores con resultados que ofrecen variaciones unos de los otros.
DERECHOS RESERVADOS
En casos donde se utilizan tuberías de concreto se aplican valores de n =
0.015 para tuberías hasta 21” (53 cm.) de diámetro y 0,013 para diámetro de 21”.
En el anexo 2, se presenta el ábaco que representan los cálculos para la
ecuación de Manning en colectores fluyendo a sección plena, para los valores de
n mencionados anteriormente.
Los ábacos permiten preseleccionar diámetros en función de gasto y
pendiente para valores de n = 0,009; 0,010; 0,011; 0,012; 0,013; 0,015 en aquellos
casos en que la superficie interna de la tubería permite tales coeficientes de
fricción. (Ver Anexos 2 al 8)
2.2.23 Modificaciones de las Formulas de Manning.
Mohan y Kanna presentaron una expresión que intenta corregir las
limitaciones que la formula de Manning tiene. Este error se debe al uso de un solo
valor para n, independientemente del diámetro, de la velocidad del flujo y de la
velocidad del líquido y al uso de una ecuación dimensionalmente no homogénea,
son motivos de consideración de dicho análisis. Mohan y Kanna plantean un error
comprendido entre 100 y 150 % en la fórmula de Manning. Para cubrir flujos
turbulentos se ha derivado una fórmula dimensionalmente homogénea y exacta
similar a la de Hazen-Williams basada en la ecuación de Colebrooks.
0,6575 0,5525
0,105
(3,83. . ( . )RC D g SVμ
=
Que para agua a 20ºC se convierte en:
0,6575 0,5525143,534. .RV C R S=
Y ( ) ( ) ( ) ( )0,5 0,1052(2) / 3,83. log / 3, 7 1, 78 /R R RC R K D R⎡ ⎤= − +⎡ ⎤⎣ ⎦⎣ ⎦
DERECHOS RESERVADOS
D : Diámetro.
g : Aceleración de Gravedad.
S : Pendiente hidráulica.
μ : Viscosidad Absoluta.
RC : Coeficiente de rugosidad
( ). /RR D g D S υ= .
υ : Viscosidad cinemática.
En su trabajo, Mohan y Kanna presentan un ábaco, elaborado para CR = 1,
que con el auxilio de tablas para diferentes valores de CR, obtenidos de
experiencias realizadas en tuberías de varios diámetros y clases, permite la
determinación exacta de los gastos y velocidades para condiciones de flujo
variables.
2.2.24 Colectores Cloacales a Presión.
Si bien generalmente se procura diseñar los sistemas de recolección de
aguas servidas, para trabajar como canales abiertos, en ciertas circunstancias se
hace necesario el diseño de algunos tramos o colectores para trabajar como
conductos a presión. Estas condiciones pueden presentarse en varias situaciones
distintas:
Cuando se tiene necesidad de bombear las negras de una zona baja.
Cuando se hace necesario para depresiones mediante sifones
invertidos.
Cuando se tengan zonas donde, ante la imposibilidad de aumentar
los diámetros, los colectores deban actuar sobrecargados.
DERECHOS RESERVADOS
En tales situaciones el diseño debe atender a diseños de conductos a
presión, por lo cual deben tomarse en cuenta aquellos parámetros que puedan
afectar la operación del sistema, entre ellos, se considera de fundamental
importancia el gasto mínimo y la velocidad mínima para el arrastre de sedimentos.
Según Mc Pherson, Ticket y Hobbe la velocidad mínima de arrastre puede
estimarse mediante la siguiente expresión:
1, 35V D 1/2=
V : Velocidad (m/s)
D : Diámetro (m)
La selección de la clase de tubería a utilizar dependerá de la presión de
trabajo; así como el tipo de material en su fabricación dependerá de las
condiciones de trabajo y de los costos en la región, que garanticen los
requerimientos técnicos y logren un diseño económico.
El diámetro se seleccionara en base a un análisis económico, que tome en
cuenta la variable que determinan las dimensiones del costo.
2.2.25 Colectores sobre Cargados.
Cuando por alguna razón (incremento de densidad de población, sedimento
en tuberías, aporte de lluvias, etc.) un colector con una determinada capacidad,
diseñado como canal abierto recibe un caudal superior, se produce un remanso en
una cierta longitud a veces hasta la boca de visita. Sobre el tramo afectado se
ejercerá una presión hidrostática cuyo valor máximo lo definirá el nivel en la boca
de visita, donde la presión ejercida levantara la tapa y provocará un
desbordamiento.
Si bien, generalmente, la magnitud de la presión no es lo suficientemente
grande como para afectar la tubería, mayor inconveniente es el desbordamiento
DERECHOS RESERVADOS
por las bocas de visita o hacia las viviendas y el retorno hacia los puntos más
bajos.
Para el cálculo de estos tramos a presión, se recomienda la utilización de la
expresión de Hazen-Williams nJ LQα= o la de Darcy-Weisbach
2( / ( / 2 )h f L D V g= )
En la primera hacemos J h= (carga hidrostática tolerable) y en la segunda
determinamos v para la h permisible.
2.2.26 Clases de Tuberías.
La generalidad de los sistemas cloacales se diseñan para trabajar como
canales abiertos, por lo cual los conductos utilizados no atienden a factores de
presión interna, sino más bien a que ofrezcan buenas características para el flujo
(rugosidad) y resistencia para resistir erosión, agresividad por ácidos y gases, y
resistencia estructural a las cargas exteriores.
Las tuberías más comúnmente usadas son las fabricadas de concreto,
arcilla vitrificada, asbesto cemento y las tuberías a base de polímeros.
Tuberías de Concreto: (C1, C2, C3, C4, C5, C6, C7)
Es la tubería más utilizada en Venezuela, fabricándose sin armadura de
acero o armados. Los tubos fabricados de acuerdo con estas normas atienden a
una denominación de acuerdo a su resistencia estructural, así se tiene:
Tuberías sin armaduras de acero, clases 1, 2 y 3.
Tuberías armadas (con alambres de alta resistencia, con malla de alambre
o con barras de acero) clases 4, 5, 6 y 7.
DERECHOS RESERVADOS
El coeficiente de rugosidad para tuberías hasta diámetros de 21” (23cm)
inclusive se utiliza con coeficiente de rugosidad n = 0.015 y para diámetros
mayores a 21” se usa n = 0.013 en las formulas de Manning.
Tuberías de Arcilla Vitrificada.
Esta tubería cuya materia prima, la arcilla, es sometida a un proceso de
vitrificación mediante la aplicación de tres diferentes ciclos a una máxima
temperatura de 2000 a 2400º F, logrando la fusión de los granos de arcilla entre si
y complementándose con un barnizado, al aplicar sal común en la fase de
temperatura máxima.
El coeficiente de rugosidad es mucho menor que para tuberías de concreto
n = 0.011.
Tuberías de Asbesto-Cemento.
Son tuberías fabricadas por el enrollado a presión de una mezcla de
asbesto y cemento en capas múltiples y sometidas al fraguado mediante procesos
especiales. Pueden estimarse un valor de n = 0.011 a 0.012.
Tuberías Plásticas.
Las tuberías plásticas de cloruro de polivinilo (PVC) o de copolímero de
Acrilonitrilo-Butano-Estreno (ABS) que se fabrican de acuerdo a normas
específicas de la ASTM, presentan algunas ventajas en la utilización de
conducción de aguas con características agresivas por su alta resistencia a ácidos
y sustancias agresivas.
Estas tuberías tienen paredes internas no absorbentes y las juntas se
hacen por soldadura química, lo cual representa una ventaja por que elimina el
DERECHOS RESERVADOS
aporte de infiltraciones y ello adicionalmente significa eliminación de obstrucción
por crecimiento de raíces.
Presenta menor resistencia fraccional, pudiendo estimarse un valor de n =
0.009 a 0.010; o si se aplica la ecuación de Hazen-William un valor de C = 140.
2.2.27 Sistema de Recolección de Aguas de Lluvias.
La recolección de aguas servidas en un sistema separado supone también
la existencia de una red de alcantarillado para recolectar las aguas de lluvias y
conducirlas hasta los cauces de quebradas existentes en la zona, sin provocar
daños a propiedades vecinas o de las zonas mismas. Por ello, las viviendas y
edificaciones del sector deben proyectar y construir sus instalaciones sanitarias de
forma tal que permitan conducir sus aguas servidas a las tanquillas de
empotramiento cloacal, y sus aguas de lluvias, proveniente de techos y patios
interiores para ser descargados libremente a las calles, donde serán recolectadas
en sumideros convenientemente ubicados.
Para trabajar en un buen diseño deben tomarse en cuenta todas las
variables que pueden intervenir en la determinación de un gasto de aguas de lluvia
acumulándose, y que puede crear inconvenientes a la comunidad. En general,
podemos considerar cinco factores importantes, para efectos de diseño de un
sistema de recolección de aguas de lluvia.
2.2.28 Características de la Zona.
El tipo de superficie y sus pendientes, así como los porcentajes de construcción,
son factores que influyen sobre el grado de impermeabilidad que facilita o retarda
el escurrimiento de las aguas de lluvia que puedan concretarse en un punto. Por
ello, al considerar la zona a proyectarse debemos medir las áreas
correspondientes a cada característica.
DERECHOS RESERVADOS
La superficie total a considerar en el proyecto estará constituida por el área
propia, más el área natural de la hoya que drena a través de ella.
2.2.29 Estimación del Caudal.
La determinación del gasto de diseño para un sistema de recolección de
aguas de lluvias en zonas pobladas atiende generalmente al método racional.
El método racional asume que el caudal máximo que se acumula en un
determinado punto, como consecuencia de la escorrentía de aguas pluviales, esta
expresado por la ecuación:
Q C iA=
Q : Caudal (lts/seg).
C : Coeficiente de escorrentía.
i : Intensidad de lluvia (lts/seg/ha).
A : Área (ha).
El método considera la intensidad de lluvias, para una duración igual al
tiempo de concentración, ya que se estima que habrá un incremento de caudal a
medida que se incrementa el área, puesto que la disminución en intensidad con el
tiempo es compensado con el mayor incremento de área. Cuando toda el área ha
contribuido, ésta permanece constante pero habrá disminución de intensidad a
mayor tiempo, y por tanto el gasto disminuirá.
2.2.30 Drenaje de la Carretera.
DERECHOS RESERVADOS
El drenaje apropiado, según Frederick S. Merritt, es una consideración
importante en el diseño de una carretera. Las instalaciones inadecuadas para
drenaje pueden conducir al deterioro prematuro de la carretera y al desarrollo de
condiciones adversas de seguridad, como el hidroplaneo. Por lo tanto, es común
que se designe una parte apreciable del presupuesto de construcción de la
carretera a las instalaciones de drenaje.
En esencia, la función general del sistema de drenaje de una carretera es
extraer agua de lluvia del camino, así como el agua del derecho de vía de la
propia carretera.
2.2.31 Drenaje Superficial.
Deben tomarse medidas para la extracción de agua, proveniente de la lluvia
o de la fusión de la nieve, o de ambas, que cae directamente sobre un camino o
viene del terreno adyacente. Al camino se le debe dar la inclinación adecuada
para que drene el agua, alejándola de los carriles de circulación y de los
acotamientos y, a continuación, dirigirla hacia los canales de drenaje del sistema,
como son bajíos de tierra natural, canales de concreto y cunetas, para descargarla
hacia una masa adyacente de agua. Los canales deben ubicarse y conformarse
para minimizar el potencial de riesgos para el tráfico y tener capacidad para los
flujos anticipados de agua de tormentas. Deben colocarse bocas de alcantarillas
para el drenaje, según necesite, para prevenir el encharcamiento y limitar la
diseminación del agua hacia los carriles de tráfico.
2.2.32 Métodos de Drenaje Superficial.
En los ambientes urbanos y en las zonas en desarrollo, el uso de canales
de drenaje en las orillas puede verse severamente limitado por los usos de los
terrenos circundantes. En la mayor parte de los casos, el costo para adquirir el
derecho de vía necesario para implementar esas instalaciones de drenaje es
DERECHOS RESERVADOS
prohibitivo. En las zonas urbanas es posible que sea necesario construir
colectores de agua de lluvia de longitud considerable para llegar hasta la masa de
agua más cercana, con el fin de descargar el escurrimiento.
Canales Abiertos.
Se pueden usar cunetas laterales para captar el escurrimiento de una
carretera ubicada en un corte. Las cunetas pueden ser trapezoidales o con forma
de V. La cuneta trapezoidal tiene mayor capacidad para una profundidad dada. Sin
embargo, en la mayor parte de las secciones transversales de carreteras se
incluye alguna forma de canal V, como parte de la configuración geométrica de
esa sección. En la mayor parte de los casos, no resulta económico variar el
tamaño de estos canales. Como resultado, este tipo de canal en general tiene
capacidad para economizar, ya que debe mantenerse una profundidad normal
para drenar las capas de la subbase del pavimento.
A los canales en la orilla a menudo se les da dimensiones para el
escurrimiento anticipado y para el flujo de canal abierto calculado a partir de la
ecuación de Manning. En esta ecuación se incluye un coeficiente de rugosidad, N,
que puede ser tan bajo como 0,02, para el concreto y legar hasta 0.10 para el
césped grueso. Es probable que el flujo hacia debajo de pendientes suaves sea
subcrítico, en tanto que el flujo hacia debajo de pendientes pronunciadas puede
ser supercrítico. Cuando la profundidad del agua es mayor que la crítica, se tiene
flujo subcrítico. En consecuencia, cuando la profundidad del agua es menor que la
crítica se tiene flujo supercrítico. La brusca transición de flujo subcrítico a
supercrítico toma la forma de un salto hidráulico.
Los canales abiertos se deben diseñar para evitar el flujo supercrítico. La
razón para esto es que el agua que se mueve por un canal a altas velocidades
puede generar olas y hacer que esa agua sobresalga de los lados del canal y
formar causes en la salida corriente abajo. Para limitar los efectos de las
formación de causes en la salida, se pueden incorporar disipadores de energía en
el canal. Un disipador de energía puede ser un salto que altere la pendiente del
DERECHOS RESERVADOS
canal de pronunciada a suave. De modo alterativo, pueden colocarse elementos
ásperos, como bloques largueros, en el canal para incrementar la resistencia al
flujo y disminuir la probabilidad de que ocurra el salto hidráulico.
Sumideros.
Los sumideros son obras de captación sugeridas por Simón Arocha. Los
sumideros son dispositivos de captación pueden ser de varios tipos y su selección
esta determinada por las características topográficas, grado de eficiencia del
sumidero, importancia de la vía y por la posibilidad de arrastre y acumulación de
sedimentos en el sector.
Determinado el caudal para las condiciones de riesgo en determinado
punto, y definidos los puntos de recolección de esas aguas de lluvia, conviene
seleccionar el tipo de sumidero que logre la mayor eficiencia de captación y
proceder a su dimensionado.
Los principales tipos de sumideros que se emplean para ello son:
Sumideros de ventana.
Consiste en una tanquilla de recolección, ubicada directamente debajo de la
acera, con ventana lateral coincidiendo con el borde de la misma que permita la
captación del agua que escurre en la cuneta o borde de acera.
Sumideros de Rejillas en Cunetas.
Consiste en una tanquilla colocada en la cuneta, la cual se cubre con una
rejilla, preferiblemente con barras en sentido a la corriente; sin embargo, a fin de
lograr mayor resistencia estructural con frecuencia se colocan inclinadas, esto
también favorece al transito de bicicletas. Presentan inconvenientes frecuentes por
el deterioro de las rejillas, ocasionado por el transito y estacionamiento de
vehículos, Sin embargo, su mayor ventaja radica en su mayor capacidad de
captación para pendientes pronunciadas en las calles.
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Sumideros de Rejas en Calzada.
Consiste en un tanquilla transversal a la vía y a todo lo ancho de ella,
cubierta con rejas, con barras diagonales. Generalmente el ancho es de 0,90 m.
Se usan pletinas de 75 x 12 mm y un espaciamiento entre ellas no mayor de 6 cm,
centro a centro.
Ubicación.
En general puede decirse que la ubicación y espaciamiento entre sumideros
estará definida por la magnitud del caudal de aguas de lluvia que para
determinadas características se concentre en un punto, creando situaciones de
incomodidad a peatones y al tráfico.
En ciertos casos, la ubicación del sumidero esta determinada por las
siguientes consideraciones:
Puntos Bajos y depresiones de las calzadas.
Aguas arriba de las intersecciones, especialmente de los cruces para
peatones, en - avenidas y calle.
En los cambios de pendiente longitudinal y transversal de las calzadas.
En accesos a los puentes y terraplenes sobre quebradas.
En calles donde la acumulación de agua moleste el tránsito, en sectores
comerciales y zonas residenciales de importancia.
En todos aquellos sitios, donde el proyectista lo considere necesario, previa
justificación correspondiente.
El proyectista mediante la observación del plano de topografía modificado y
de pendientes longitudinales de calles, podrá ubicar tentativamente un cierto
número de sumideros, el cual será posteriormente incrementado o disminuido,
mediante la determinación de caudales, que justifiquen su decisión.
Conociendo la pendiente transversal y longitudinal de la calle, puede
determinarse el ancho mojado en la calzada que provea un determinado caudal,
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mediante la ecuación de Manning, así como la altura que dicho gasto alcanza en
el borde de la acera o en la cuneta.
Generalmente se toma 2 por 100 como pendiente transversal de calle;
pudiendo en algunos casos incrementarse la depresión en el borde, creado la
cuneta que aumenta la capacidad de escurrimiento.
Considerando la condición de calle con pendiente trasversal de 2 por 100,
pero sin cuneta, se tiene:
Área mojada21 1 50
2 2o oW Y Y= =
Perímetro Mojado ( )1/ 222 50 51o o o oY Y Y Y⎡ ⎤= + + =⎣ ⎦
Radio hidráulico2 55 1 o
A YP
⎛ ⎞= =⎜ ⎟⎝ ⎠
y considerando el coeficiente de Manning n = 0.016, el doctor J. A. Ayala (citado
por Simón Arocha), elaboró un ábaco en función de las pendientes longitudinales
de la calle (para pendientes transversales St = 2 %) el cual permite estimar la
magnitud de ancho mojado en la calzada y altura en el borde de la acera.
Ayala en su estudio señala la inconveniencia de permitir el libre
escurrimiento de las aguas de lluvia en la calzada (a cada lado) con gasto superior
a 100 lt/seg.
Por su parte las normas del MARN establecen la condición de ancho
mojado en la calle que establece en 1.5 m para ciertas zonas y permite a la
totalidad de la calzada como zona inundable en otros casos. Esto puede en
algunos casos representar caudales de circulación superiores a los 100 lt/seg, lo
cual puede ser similarmente estimado mediante el ábaco del doctor Ayala.
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2.3 Definición de la variable.
Definición conceptual
Se define como sistema de drenajes al conjunto de los drenajes viales que
contiene una zona para mantenerla libre de inundaciones, siendo este sistema
conformado por las cunetas (canales abiertos) y alcantarillas (drenaje
subterráneo).
Por otra parte la red de cloacas es la interconexión de tuberías
subterráneas capaz de recibir aportes de aguas negras descargadas directamente
desde las edificaciones más retiradas o comienzo de la red hasta el último punto
de recolección, conduciéndolas a puntos distantes de la zona urbana para su
tratamiento o disposición final. Estas tuberías también son denominadas
colectores, los cuales reciben aportes de otras redes que sirven a diversos
sectores urbanos.
Definición operacional:
Se entiende por sistema de drenaje al conjunto de acciones, materiales o
no, destinadas a evitar, en la medida de lo posible, que las aguas pluviales causen
daños a las personas o propiedades en las ciudades u obstaculicen el normal
desenvolvimiento de la vida urbana; es decir, dirigidas al logro de los objetivos
planteados para un determinado proyecto.
La red de cloacas se encarga de remover las aguas de desecho en flujo
libre, como si se desplazasen a través de una corriente tributaria hacia el canal
troncal principal de un sistema pluvial subterráneo. El caudal en estos sistemas
fluye continuamente cuesta abajo, excepto cuando se intercalan estaciones de
bombeo o tuberías de impulsión para elevar los flujos a conductos situados a una
cota superior, evitando la costosa construcción de conductos profundos en un
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terreno plano y transfiriendo aguas residuales de áreas bajas subayacentes a la
tubería principal de dicho sistema. Hidráulicamente estos sistemas están
diseñados como canales abiertos, fluyendo parcialmente llenos o cuando mucho
exactamente llenos.
2.4 Sistema de Variables e Indicadores.
Objetivos Variable Dimensiones Indicadores Evaluar la magnitud de los caudales de aguas negras y aguas de lluvia provinientes de las viviendas.
Magnitud de los caudales de las aguas negras y de lluvia.
lts/seg
Verificar si el área requiere estudio para la construcción de un nuevo colector.
Solicitades de un colector.
Capacidad (Ø), pendiente,
banqueo, cotas rasantes.
Rediseñar el sistema de recolección de aguas con la finalidad de cumplir con las solicitudes y normas sanitarias. S
iste
mas
de
dren
ajes
y re
d de
cl
oaca
s.
Sistema de recolección propuesto.
Redirección del flujo.
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3.1 Nivel de Investigación.
El nivel la de investigación es descriptiva, la cual consiste en el análisis e
interpretación de los datos que han sido reunidos con un propósito definido, el de
la comprensión y solución el problema. La investigación descriptiva puede ser
utilizada para identificar metas u objetivos y a su vez señalar los caminos por los
que pueden ser alcanzados.
Los estudios descriptivos miden de forma independiente la variable y aún
cuando no se formulen hipótesis, las primeras aparecerán enunciadas en los
objetivos de la investigación.
3.2 Población.
La población se refiere al conjunto para el cual serán válidas las
conclusiones que se obtengan: a los elementos o unidades (personas,
instituciones y cosas) involucradas en la investigación. (Arias Fidias G, 1999, p.51)
La población a estudiar será la urbanización Altos del Pilar, ubicada en la
parroquia Olegario Villalobos del Municipio Maracaibo.
3.3 Muestra.
La muestra es un “sub-conjunto representativo de un universo o porción”,
sendo el tipo de muestreo en este caso intencional u opinático (Arias Fidias G,
1999, p. 51; p.53). Las calles 57, 57-A, 58 y las avenidas 14 - B, C, D, E, F y G
son la muestra de la población en estudio.
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3.4 Técnicas e Instrumentos de Recopilación de Información.
El instrumento para la recolección de información a utilizar fue la
observación directa, lectura evaluativa y el análisis de documentos. Los
instrumentos que se utilizaron fueron los planos de parcelamiento y cotas de la
zona en estudio, tesis anteriores, ya que estos aportarán los datos que se
utilizarán en la parte de cálculo.
3.5 Fases de la Investigación.
La investigación consta de varias etapas:
En primer lugar se revisó el plano de la zona en estudio con las cotas del
terreno para trazar las posibles rutas de los colectores. Una vez trazada la ruta de
los colectores se procedió al parcelamiento de la zona en áreas que aportan
caudales al sistema de colectores y por consiguiente el área total, el caudal
unitario y de cada tramo.
Tomando en cuenta los caudales que se puedan infiltrar al colector de una
manera u otra, o ya sea porque los habitantes conectan la tubería de aguas de
lluvia al colector de aguas servidas.
Basado en los resultados obtenidos anteriormente y considerando el caudal
de aguas negras que aporta la cuenca situada aguas arriba de la zona en estudio,
se procedió al calculo de los nuevos diámetros, cotas de rasante de salida y
llegada de cada tramo entre la bocas de visita, teniendo presente los parámetros
de velocidad, pendiente para cada colector y el banqueo mínimo.
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4.1 Análisis de la situación actual.
La hoya hidrográfica que recoge las aguas que se dirigen a esta
urbanización, tiene un área de 18,48 hectáreas. La intensidad de lluvia de esta
zona fue tomada de las curvas de Intensidad-Duración-Frecuencia construidas por
el Ministerio de Obras Públicas para la región VII, que comprende fragmentos de
los Estados Zulia y Falcón. La ciudad de Maracaibo pertenece a la región VII. La
Curva de frecuencia utilizada fue la de 15 años y se obtuvieron los valores de
intensidad siguientes, 340 lps/ha para 15 min. y 260 lps/ha para 30 min.
Tomando en cuenta un coeficiente de escurrimiento de 0,85, se obtuvieron
dos valores de gastos de la hoya hidrográfica. (Ver anexo 11)
La Calle 57, es la que sufre mayores problemas. Las dimensiones de la
sección transversal de la calzada son de 10,55 mts de ancho con 0,15 mts. de
altura en los brocales. La calzada está dividida por dos pendientes casi
despreciables de 0,372 %. (Ver anexo 12)
Tomando en cuenta la sección de la calzada como canal, los caudales
obtenidos de la hoya hidrográfica, y utilizando la ecuación de Manning con un
coeficiente de rugosidad igual a 0,016, los tirantes obtenidos con los dos caudales
de aguas de lluvia han sido de 0,31 mts. y 0,27 mts., mayores a 0,15 mts. Esto
trae como consecuencia inundaciones dentro de las viviendas. (Ver anexo 12)
Las áreas individuales por parcela arrojan una sumatoria total igual a 4,02
ha. Los sistemas de aguas negras en la urbanización están compuestos por tubos
de concreto de 0,20 mts. de diámetro con pendientes de 4% de principio a fin.
Tomando en cuenta una densidad de población de 150 hab/ha, se obtiene un
caudal de aguas negras igual a 10.96 lts/seg. Utilizando la ecuación de Manning y
un coeficiente de rugosidad de 0,015, se obtiene un tirante igual a 0,1662 mts, lo
que significa que la tubería del último tramo del sistema normalmente trabaja a
sección plena, además de que los habitantes de la zona han empotrado el
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desagüe de lluvias al colector de aguas servidas, por esta razón el sistema
colapsa en épocas de lluvias. Ya que con la sumatoria del gasto de aguas de lluvia
y el gasto de aguas servidas, se calcula un tirante de agua para el último tramo del
colector principal, resulta este mayor al diámetro del tubo de dicho tramo. (Ver
anexo 14)
4.2 Análisis de la situación propuesta.
Eliminar los desagües de los patios de las viviendas de la urbanización y
dirigir el escurrimiento de las aguas de lluvia a las calles y avenidas, con el fin de
evitar el colapso del sistema en la red de aguas negras.
La construcción de un sistema de cloacas el cual posea tuberías de mayor
diámetro a los existentes, ya que así los colectores serían capaces de soportar las
cargas tanto de las aguas servidas como una parte provenientes de las lluvias,
que se puedan infiltrar de alguna u otra manera al colector. Así mismo dándoles a
estas aguas servidas unas nuevas rutas dentro del sistema, se podría aligerar la
carga que soporta el colector principal, dejando éste solo para los caudales
provenientes de aguas arriba.
Cabe destacar que en algunos tramos del sistema de cloacas poseen
pendientes elevadas en relación con el caudal que pasa por ellos, esto se debe a
que si se disminuye la pendiente aumenta el tirante de agua en la tubería pero a
su vez desminuye la velocidad, resultando esta menor que el valor mínimo de
velocidad. De igual manera sucede con respecto al banqueo, ya que si se
disminuye la pendiente del colector, resulta un valor de banqueo menor al mínimo.
DERECHOS RESERVADOS
CONCLUSIÓN
Con los resultados obtenidos se observa que se presenta un problema de
colapso de los colectores de aguas negras ya que emergen por las bocas de visita
hacia la superficie debido a que el sistema está trabajando en estos momentos a
sección plena, además que tiene inclusión de aguas de lluvia a sus colectores.
Mediante la verificación de las áreas, se determinó un nuevo caudal de
aguas negras para el sistema de cloacas así como un nuevo diseño del mismo, el
cual evitaría el desbordamiento de las aguas negras por las bocas de visita debido
a que se aumenta la sección del colector, disminuyendo la posibilidad de que los
colectores trabajen a sección plena en épocas de lluvia.
La escarificación y repavimentación de las calles de la urbanización para
aumentar la profundidad, mantener la misma altura en los brocales y así poder
alcanzar unos 30-35 cms de profundidad, de esta forma la calle servirá como
canal para drenar las aguas de lluvia sin afectar las viviendas de las zonas más
bajas.
DERECHOS RESERVADOS
RECOMENDACIONES
Aumentar la sección del colector principal y en algunos tramos de los
colectores secundarios ya que así disminuye la posibilidad de que los colectores
trabajen a sección plena en épocas de lluvia.
Eliminar los empotramientos de aguas de lluvia a los colectores de aguas
negras, dirigiéndolas hacia el drenaje de las calles con el fin de evitar el colapso
del sistema en la red de aguas negras.
Al momento de realizar la repavimentación se recomienda recurrir al uso de
cunetas en los bodes de la vía, para un mejor funcionamiento del sistema de
drenaje de lluvias en la urbanización, de este modo las aguas de lluvia seguirían
su camino por las calles, sin estancamientos.
DERECHOS RESERVADOS
BIBLIOGRAFÍA
• MERRITT, F; LOFTIN, M; RICKETTS, J. Manual del Ingeniero Civil. Ediciones McGraw - Hill, cuarta Edición, México, D.F. 1999.
• MONSALVE, Germán. Hidrología en la Ingeniería. Editorial Escuela Colombiana de Ingeniería, 1995. • AROCHA R., Simón. Cloacas y Drenajes. Ediciones Vega, S.R.L., 1983. • CARCIENTE., Jacob. Carreteras: Estudio y Proyecto. Ediciones Vega, S.R.L., 1980. • ARIAS, Fidias G. El Proyecto de Investigación. Editorial Episteme, 1999. • TAMAYO Y TAMAYO, Mario. Diccionario de la Investigación Científica. Editorial Limusa, 1993.
• I.N.O.S. Normas de Proyectos, Construcción, Operación y mantenimiento de los Servicios de Cloacas. Instituto Nacional de Obras Sanitarias. 1965.
• Bolinaga I, Juan J. Drenaje Urbano. Ministerio del Ambiente y de los Recursos Naturales Renovables, Instituto Nacional de Obras Sanitarias. Caracas 1979.
DERECHOS RESERVADOS
Anexo 1. Altura de agua (H) en conducto circular.
Relaciones hidráulicas.
R R
A B
O
θ C
J
H
D
DERECHOS RESERVADOS
Anexo 2.
Ábaco el cálculo de los conductos circulares trabajando a sección plena.
DERECHOS RESERVADOS
Anexo 3.
Ábaco para el cálculo de las características de un conducto circular.
DERECHOS RESERVADOS
Anexo 4.
Ábaco para el cálculo de las características de un conducto circular.
DERECHOS RESERVADOS
Anexo 5.
Ábaco para el cálculo de las características de un conducto circular.
DERECHOS RESERVADOS
Anexo 6.
Ábaco para el cálculo de las características de un conducto circular.
DERECHOS RESERVADOS
Anexo 7.
Ábaco para el cálculo de las características de un conducto circular.
DERECHOS RESERVADOS
Anexo 8.
Ábaco para el cálculo de las características de un conducto circular.
DERECHOS RESERVADOS
Anexo 9 Curva de intensidad – duración y frecuencia de la región
VII.
DERECHOS RESERVADOS
Anexo 10.
Dirección de las Aguas de Lluvia, calle 57 Colector de Diámetro de 0.20 mts.
Plano de la Urb. Altos del Pilar.
Ф8”
DERECHOS RESERVADOS
Hoya Hidrográfica
Curva IDF = 15 (años)
Intensidad (lps/ha)
Área de la cuenca
(ha)
C. de escurrimiento(ponderado)
Gasto pico (l/s)
t =15 min 340 18.48 0.85 5340.72 t =30 min 260 18.48 0.85 4004.88
Anexo 11.
Cuadro de cálculo del caudal pico de la hoya hidrográfica.
DERECHOS RESERVADOS
Gasto pico
(m3/s) N RH
(m) S A (m2)
H (m)
5.3472 0.016 (10.55H-0.15825) (2(H+5.2708)) 0.00372 (10.55Y-
0.15825) 0.31
4.00488 0.016 (10.55H-0.15825) (2(H+5.2708)) 0.00372 (10.55Y-
0.15825) 0.27
Anexo 12.
Cuadro de cálculo del tirante en la sección transversal de la calzada.
Sección transversal de la Calle 57
Pendiente de la calle.
DERECHOS RESERVADOS
Anexo 13.
División del parcelamiento en la Urb. Altos del Pilar. Área total = 4.02 ha
Cálculo del caudal total de Aguas Negras
Curva IDF = 15 (años)
Intensidad (lps/ha)
Área de la cuenca
(ha)
C. de escurrimiento(ponderado)
Gasto pico (l/s)
t = 15 min 340 4.02 0.40 546.72 t = 30 min 260 4.02 0.40 418.08
Anexo 14. Cuadro de cálculo del caudal de aguas de lluvia en la Urbanización Altos del Pilar.
Densidad (Hab/ha)
Población (Hab)
Qm (l/s) K Qand
(l/s) C Qtan (l/s)
150 630 1.744 3.93 5.48 2 10.96
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
16 15 14
13 11
12
DERECHOS RESERVADOS
Gasto pico m.3/seg N RH
mts. S A mts.2
H mts.
0.01096 0.015 H/4 0.004 (3.14H2)/4 0.1662 0.41808+0.01096 0.015 H/4 0.004 (3.14H2)/4 0.6573 0.54672+0.01096 0.015 H/4 0.004 (3.14H2)/4 0.7252
Anexo 15. Cálculo del tirante de aguas negras más el agua de lluvia.
Pendiente y Diámetro del último tramo de tubería existente de Aguas
Negras de la Urbanización
DERECHOS RESERVADOS
Anexo 16. Ruta de colectores y nomenclatura del sistema.
Área externa A1 B1
A2
A3 C3 D3
D3’ F3
Salida
F2’
F2
F1
E2 D2 C2 B2
C1 D1 E1
DERECHOS RESERVADOS
Calculo de Áreas Áreas Internas (urbanización) (ha)= 4,02
Áreas Externas (cuenca) (ha)= 18,48 Áreas total (ha)= 22,5
Calculo de Caudal Total de Aguas Negras Qm (l/seg)= 9,77 K= 2,90
R= 0,8
QAN (l/s)= 22,64 Long Colec= 1,585 Km
Long. Colector Nuevo= 4,5 Km Long. Empotramiento = 3,15 Km
Qinfil (l/seg)= 2,14
R.G (l/seg/ha)= 2,20 QTAN (l/seg)= 49,56
Anexo 17. Cálculo del caudal total y unitario de aguas negras.
DERECHOS RESERVADOS
TRAMO AREA (ha)
ARRIBA ABAJO
Long (m)
DIRECTA ARRIBA TOTAL
qunitario (l/s/ha)
Qtramo (l/s)
A1 A2 114 0,26 0,00 0,26 2,20 0,57 A2 B2 60 0,15 0,26 0,41 2,20 0,90
B1 B2 108 0,52 0,00 0,52 2,20 1,15 B2 C2 60 0,15 0,93 1,08 2,20 2,38
C1 C2 105 0,52 0,00 0,52 2,20 1,15 C2 D2 60 0,15 1,6 1,75 2,20 3,85
D1 D2 103 0,52 0,00 0,52 2,20 1,15 D2 D3 63 0,1 2,27 2,37 2,20 5,22
A3 C3 93 0,23 0,00 0,23 2,20 0,50 C3 D3 85 0,23 0,23 0,45 2,20 0,99 D3 D3' 74 0,15 2,82 2,97 2,20 6,54 D3' F3 57 0,10 2,97 3,07 2,20 6,76
A1 B1 60 0,00 18,48 18,48 2,20 41,26 B1 C1 60 0,00 18,48 18,48 2,20 41,26 C1 D1 60 0,00 18,48 18,48 2,20 41,26 D1 E1 62 0,00 18,48 18,48 2,20 41,26
E2 E1 100 0,56 0,00 0,56 2,20 1,78 E1 F1 67 0,00 19,04 19,04 2,20 42,49 F1 F2 73 0,15 19,04 19,19 2,20 42,82 F2 F2' 58 0,15 19,19 19,34 2,20 43,15 F2' F3 63 0,09 19,34 19,43 2,20 43,35 F3 SAL - 0,00 22,50 22,50 2,20 50,11
Anexo 18. Cálculo del caudal para cada tramo del sistema cloacal.
DERECHOS RESERVADOS
Tramo Elevación (m) Rasante (m) Banqueo (m)
Arriba Abajo Long (m)
R.G (l/s/ha)
Qtramo (l/s) D (m) I (0/00)
Qc (l/s)
V (m/s) Arriba Abajo Arriba Abajo Arriba Abajo
A1 A2 114 2,20 0,57 0,20 6,00 22,00 0,70 23,3 23,1 22,0 21,3 1,35 1,83 A2 B2 60 2,20 0,90 0,20 7,00 23,76 0,76 23,1 22,3 21,3 20,8 1,83 1,45
B1 B2 108 2,20 1,15 0,20 7,00 23,76 0,76 22,7 22,3 21,4 20,6 1,35 1,71 B2 C2 60 2,20 2,38 0,20 6,00 22,00 0,70 22,3 21,6 20,6 20,2 1,71 1,37
C1 C2 105 2,20 1,15 0,20 4,40 18,84 0,60 21,7 21,6 20,4 19,9 1,35 1,71 C2 D2 60 2,20 3,85 0,20 4,40 18,84 0,60 21,6 21,3 19,9 19,6 1,71 1,68
D1 D2 103 2,20 1,15 0,20 5,00 20,08 0,64 21,5 21,3 20,2 19,6 1,35 1,67 D2 D3 63 2,20 5,22 0,20 5,00 20,08 0,64 21,3 20,7 19,6 19,3 1,67 1,38
A3 C3 93 2,20 0,50 0,20 18,50 38,63 1,23 23,1 21,4 21,8 20,0 1,35 1,37 C3 D3 85 2,20 0,99 0,20 10,00 28,40 0,90 21,4 20,7 20,0 19,2 1,37 1,52 D3 D3' 74 2,20 6,54 0,20 4,40 18,84 0,60 20,7 20,6 19,2 18,9 1,52 1,75 D3' F3 57 2,20 6,76 0,20 4,40 18,84 0,60 20,6 20,2 18,9 18,6 1,75 1,60
Anexo 19. Cálculo las pendientes, diámetros y banqueo para el sistema cloacal.
DERECHOS RESERVADOS
Continuación de anexo 19. Cálculo las pendientes, diámetros y banqueo para el sistema cloacal.
Tramo Elevación (m) Rasante (m) Banqueo (m)
Arriba Abajo Long (m)
R.G (l/s/ha)
Qtramo (l/s) D (m) I (0/00)
Qc (l/s)
V (m/s) Arriba Abajo Arriba Abajo Arriba Abajo
A1 B1 60 2,20 41,26 0,38 15,00 192,77 1,70 23,3 22,7 21,6 20,7 1,73 2,03 B1 C1 60 2,20 41,26 0,38 15,00 192,77 1,70 22,7 21,7 20,7 19,8 2,03 1,93 C1 D1 60 2,20 41,26 0,38 8,00 140,78 1,24 21,7 21,5 19,8 19,3 1,93 2,21 D1 E1 62 2,20 41,26 0,38 6,00 121,92 1,08 21,5 20,9 19,3 18,9 2,21 1,98
E2 E1 100 2,20 1,78 0,20 12,00 31,11 0,99 21,4 20,9 20,1 18,9 1,35 2,05 E1 F1 67 2,20 42,49 0,38 12,00 172,42 1,52 20,9 20,5 18,9 18,0 2,05 2,45 F1 F2 73 2,20 42,82 0,38 4,00 99,55 0,88 20,5 20,4 18,0 17,8 2,45 2,65 F2 F2' 58 2,20 43,15 0,38 4,00 99,55 0,88 20,4 20,2 17,8 17,5 2,65 2,68 F2' F3 63 2,20 43,35 0,38 4,00 99,55 0,88 20,2 20,2 17,5 17,3 2,68 2,93 F3 SAL - 2,20 50,11 0,38 - - - 20,2 - 17,3 - 2,93 -
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73
TRAMO Q(l/s) Q(m3/s) n S H(m) D (m) A1 A2 0,57271 0,00057 0,015 0,006 0,051 0,2 A2 B2 0,90312 0,0009 0,015 0,007 0,059 0,2
B1 B2 1,15 0,00115 0,015 0,007 0,064 0,20 B2 C2 2,38 0,00238 0,015 0,006 0,087 0,20
C1 C2 1,15 0,00115 0,015 0,0044 0,070 0,20 C2 D2 3,85 0,00385 0,015 0,0044 0,110 0,20
D1 D2 1,15 0,00115 0,015 0,005 0,068 0,20 D2 D3 5,22 0,00522 0,015 0,005 0,121 0,20
A3 C3 0,50 0,00050 0,015 0,0185 0,039 0,20 C3 D3 0,99 0,00099 0,015 0,01 0,057 0,20 D3 D3' 6,54 0,00654 0,015 0,0044 0,134 0,20 D3' F3 6,76 0,00676 0,015 0,0044 0,136 0,20
A1 B1 41,26 0,04126 0,015 0,015 0,213 0,38 B1 C1 41,26 0,04126 0,015 0,015 0,213 0,38 C1 D1 41,26 0,04126 0,015 0,008 0,240 0,38 D1 E1 41,26 0,04126 0,015 0,006 0,253 0,38
E2 E1 1,78 0,00178 0,015 0,012 0,068 0,20 E1 F1 42,49 0,04249 0,015 0,012 0,225 0,38 F1 F2 42,82 0,04282 0,015 0,004 0,277 0,38 F2 F2' 43,15 0,04315 0,015 0,004 0,278 0,38 F2' F3 43,35 0,04335 0,015 0,004 0,278 0,38 F3 SAL 50,11 0,05011 0,015 0,38
Anexo 20. Cálculo del caudal para cada tramo del sistema cloacal
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