Diseo de un sistema de alcantarilladoAbastecimiento de agua y
alcantarillado
Introduccion
La historia de la recoleccin, transporte y disposicin final de
las aguas negras, empieza con el crecimiento de las grandes
metrpolis, este crecimiento dio origen a condiciones cada vez ms
graves de insalubridad, que llegaron a rebasar los recursos
purificados del medio ambiente.
El aumento de las viviendas urbanas trajo consigo una serie de
problemas con respecto a la recoleccin de las aguas negras, la
salud de los habitantes decay debido a la contaminacin causada por
el mal manejo de las aguas residuales, lo que implico en la creacin
de un sistema pblico de recoleccin de aguas servidas, constituyendo
as el primero, de los servicios de infraestructura destinada a la
conduccin de dichas aguas.
Por lo anterior se deduce la necesidad de disear sistemas de
alcantarillado sanitario, que cumplan eficientemente con la funcin
para la cual han sido creados, para satisfacer las demandas de las
nuevas ciudades y de esta forma proteger y mantener la vida de las
personas.
Estos sistemas deben de disearse tomando en cuenta los datos de
manera que la obra sea lo ms econmica posible, ya que de no ser as,
los costos del proyecto son muy elevados, los afectados sern los
usuarios ya que se incrementan las tarifas.
En el presente trabajo se desarrollan los procedimientos a
seguir para el diseo de un sistema de alcantarillado sanitario,
tomando en cuenta las normas tcnicas de ANDA propuestas, y con ello
se garantiza un buen diseo del proyecto con las dimensiones de los
diferentes elementos que lo conforman.
ObjetivosObjetivo General:
Que los estudiantes de la materia de abastecimiento de agua y
alcantarillados, realicen un diseo de alcantarillados de aguas
negras para una lotificacion, tomando en cuenta las normas
establecidas por ANDA.
Objetivos Especficos:
Conocer los componentes que conforman un sistema de
alcantarillados de aguas negras.
Calcular los elementos hidrulicos del sistema de alcantarillado
sanitario, tomando en cuenta las normas de diseo de ANDA
(Administracin nacional de Acueductos y Alcantarillados) para
obtener resultados confiables.
Disear los tramos de conduccin de agua negras tomando en cuenta
la altimetra y planimetra del terreno, as como todos los accesorios
necesarios para su funcionamiento optim.
Alcances y limitaciones
El propsito de este trabajo, es para que los estudiantes de la
carrera de ingeniera civil comprendan acerca del diseo de un
sistema de alcantarillados de siguiendo las normas establecidas por
ANDAEn el presente proyecto se pretende evacuar las aguas negras,
desechadas por la poblacin de la lotificacion El Milagro en San
Rafael Oriente, San Miguel., contribuyendo as a mejorar el
saneamiento de la comunidad y reduciendo as los focos de
contaminacin, y que servir a las poblaciones futuras sin sobre
saturar el sistema.Se tomo en cuenta el crecimiento de la poblacin
en la lotificacion a partir de los censos, el cual nos sirve para
determinar la poblacin futura al final del periodo de diseo y la
cual nos sirve como base para llevar a cabo nuestro estudio.El
sistema de alcantarillado sanitario proyectado, est basado para un
periodo de diseo de 20 aos y las tuberas de la red alcantarillado
sern nica y exclusivamente para evacuar las aguas negras de la
comunidad.
Alcantarillados de aguas negrasGeneralidadesEl drenaje sanitario
es el abastecimiento de agua desechada por la comunidad; el drenaje
domstico es el agua residual procedente de cocinas, baos,
sanitarios y lavandera.Con la construccin del alcantarillado
sanitario en una comunidad, se busca alcanzar los siguientes
objetivos. Mejoramiento de condiciones sanitarias locales. (Bajar
mortalidad, subir la productividad de la poblacin, etc.)
Conservacin del medio ambiente. Recogida y alejamiento seguro de
las aguas servidas. Disposicin adecuada de los residuos. Eliminacin
de los focos de infeccin as como los aspectos estticos (Por ejemplo
olores desagradables).
El sistema de alcantarillado de aguas negras en El Salvador
comenz a inicios de 1900 con la construccin en San Salvador de los
primeros colectores de aguas residuales, posteriormente en 1950 se
crea la Direccin General de Obras Hidrulicas, dependencia del MOP,
institucin a la que se delega la construccin de alcantarillados,
labor que desarroll durante 11 aos.
En cuanto a los sistemas de captacin de aguas negras, en las
ciudades, de El Salvador, segn el ltimo censo, cubran el 78.1% de
la poblacin urbana, disminuyendo este porcentaje en los municipios
ms alejados de los centros de desarrollo.
Conceptos bsicos
Aguas residualesSon las provenientes de las poblaciones, los
cuales han sido contaminados por diversos usos de las viviendas
instituciones pblicas y privadas, establecimientos pblicos e
industriales.Estn compuestos principalmente por agua de desechos
domsticos y en forma secundaria por aguas provenientes, de
industrias u otros fines similares, esto hay que agregarles las
aguas producidas por la infiltracin Aguas residuales
domesticasEstos se producen por diferentes usos del agua en las
viviendas instituciones pblicas y privadas establecimientos pblicos
y privados. Las aguas Residuales domesticas son normalmente
conocido como aguas negras.
Aguas residuales industrialesSe debe a las aguas empleadas en
los procesos industriales, como por ejemplo en fbricas de
diferentes ndoles, ingenios, beneficios, lavanderas, etc.
Aguas de infiltracionSon las aguas que penetran a la tubera, ya
sea por el material de los mismos en las uniones entre cada tubo o
debido a las grietas que se pueden producir en los mismos por
diversos factores.
Alcantarillado sanitarioa) Mejoramiento de las condiciones
sanitarias locales.b) Conservacin de medio ambiente.c) Recogido y
alejamiento rpido y seguro de las aguas servidas.d) Disposicin
adecuada de los residuos.e) Eliminacin de focos de contaminacin as
como estticos.
Sistema de alcantarilladoPara la recogida de las aguas pluviales
y residuales de las ciudades, son adoptados los siguientes sistemas
de alcantarillado: Sistema Combinado Sistema Semi combinado Sistema
Separado
En el primer caso, la red sanitaria es construida para recoger y
conducir las aguas servidas, junto con las aguas pluviales y el
sistema es conocido bajo la denominacin de combinado.Es obvio que
las dimensiones de los conductos resultan relativamente grandes y
las inversiones iniciales frecuentemente muy altas.Durante algn
tiempo se trato de reducir el volumen de la descarga de aguas
pluviales mediante la adopcin de sistemas semi combinados,
administrando en la red de alcantarillas solamente una parte de las
aguas de lluvia proveniente de los domicilios.Posteriormente fue
introducido el sistema separado de alcantarillas, concebido para
recibir exclusivamente las aguas residuales de la actividad urbana,
hacindole el alcantarillado de las aguas pluviales en sistemas
propios e independientes.El sistema de alcantarillado sanitario
comprende:1) Tuberas.2) Equipo complementario accesorios. 3)
Plantas de bombeo.4) Plantas de tratamiento o Estaciones de
tratamiento.5) Obras de disposicin final.
Criterios y parmetros de un proyecto
rea Hidrulica de los Conductos.En las tuberas siempre se conoce
la direccin del flujo del liquido al contrario de una red de agua
potable.Los colectores son proyectados para trabajar como mximo a
la media seccin destinndose la mitad superior de los conductos a la
ventilacin del sistema y a las imprevisiones y oscilaciones al
final del nivel. Dimetro Mnimo.El dimetro mnimo de los colectores
sanitarios es establecido de acuerdo a las condiciones locales
rea exclusivamente residencial
rea de ocupaciones indiscriminadas e industriales ProfundidadSe
establece como profundidad mnima tolerada 1.50 mt (en relacin a la
generatriz inferior de los tubos). Para posibilitar las conexiones
domiciliares y proteger los tubos contra cargas externas.Su
profundidad mxima se relaciona con la economa del sistema que tiene
en cuenta las condiciones y ejecucin y mantenimiento de la red
pblica y los colectores domiciliarios (conexiones).
Materiales.Materiales comnmente empleados son tubos de concreto, de
asbesto cemento, de hierro fundido, fibra de vidrio, de PVC,
etc.Los materiales a base de cemento son menos son menos
resistentes a las evacuaciones desagradables (residuos
industriales). Los tubos de hierro fundido son aplicados solamente
en situaciones especiales (tramos de pequeos recubrimientos, tramos
de velocidad excesiva).
Procedimiento para la elaboracin de un proyectos de
alcantarillados sanitarios
1. Levantamiento Preliminar:Confeccin del mapa, de localizacin
del rea para ser desaguada.
2. Recoleccin de datos bsicos disponibles referentes al rea que
debe ser desaguada, necesario para la elaboracin de los estudios.
Elementos topogrficos (mapas). Elementos geolgicos (reconocimiento
geolgico de la superficie). Elementos hidrolgicos (datos referentes
al nivel fretico: profundidad media). Elemento sanitario
(legislacin vigente de proteccin de la calidad de las aguas). Datos
referentes a los aspectos tcnicos. Datos referentes a los aspectos
urbansticos y de servicios de infra-estructura. Datos referentes a
los aspectos socio-econmicos. Datos referentes a los aspectos
sanitarios.
3. Anlisis de los Datos Recolectadosa. Ordenamiento y tabulacin
de los datos recolectadosb. Anlisis de los datos existentes
disponibles para el proyecto en cuestin, c. Programacin para la
obtencin de nuevos datos indispensables para la elaboracin del
proyecto.4. Fijacin de criterios y Parmetros del proyecto. Fijacin
del proyecto de alcance de las obras abarcadas por el proyecto.
Determinacin de las etapas de construccin de las obras. Verificacin
de dotacin media de agua distribuida en el rea del proyecto. Y
otros elementos se tornan de las normas tcnicas de ANDA.
Componentes del sistema de aguas negras
Se define como el sistema de alcantarillado, el conjunto de
obras e instalaciones destinadas a propiciar la recogida, evacuacin
(depuracin cuando se necesaria) y disposicin final desde el punto
de vista sanitario de la aguas servidas de una comunidades.
Componentes principales de los sistemas de alcantarillas.Los
sistemas bsicamente estn compuestos por los siguientes elementos:a)
Alcantarillas o colectores.b) Pozos de registros o de inspeccin.c)
Cajas de Registro.
a) Alcantarilla o Colectores: Son conductos generalmente
cerrados, los cuales conforman la red y evacan las Aguas Negras,
vertiendo su contenido a algn sistema de depuracin o tratamiento de
las mismas; o hacia un cuerpo receptor, al hablar de alcantarillas
generalmente nos referimos a las tuberas.
Secciones Transversales da las AlcantarillasGeneralmente las
secciones transversales de las alcantarillas de pequeas dimensiones
(generalmente en el orden de 1.50 m como mximo de dimetro) son
prefabricadas y de forma circular debido a que proporcionan
cualidades hidrulicas excelentes y los materiales a utilizar en su
fabricacin pueden ser PVC, arena-cemento, concreto reforzado o
hierro fundido dctil. Anteriormente se utilizaban secciones
transversales de forma oval, por la ventaja de proporcionar una
velocidad adecuada de circulacin de las aguas con caudales bajos
velocidades que son ligeramente mayores que para los tubos de
seccin circular de igual capacidad. La desventaja de las
alcantarillas ovaladas se debe a la inestabilidad que pueden
presentar, debido a que el extremo ms estrecho del ovalo queda en
la parte inferior.
Las alcantarillas de acuerdo a su importancia pueden ser
clasificadas de la siguiente manera
Alcantarilla o colector domiciliar: Son las tuberas que conducen
las aguas residuales desde el interior las edificaciones hacia otro
colector(que en algunas ocasiones suele ser el secundario)
Alcantarilla o colector secundario colector de alcantarilla: Son
las tuberas que reciben les afluentes de los colectores
secundarios.Alcantarilla o colector principal o troncal: Tuberas de
grandes dimensiones que reciben los afluentes de los colectores
secundarios.Las alcantarillas de aguas negras van ubicadas al sur
en las calles; y al poniente en las avenidas.b) Pozos de registro
de inspeccin: Denominados en nuestro medio como pozos de visita,
estos elementos se colocan en puntos convenientes de la
alcantarilla, donde se tengan cambios de planimetra o altimetra,
cambios de dimetros, etc. Su importancia se debe a que permiten el
control de las conducciones, y el anlisis de las aguas residuales
(inspeccin), reparaciones y limpiezas.Cuando las alcantarillas son
grandes, de 1.50 m. o ms, puede entrarse directamente a ellas, por
lo que se emplean pocos pozos de registro.Estos pozos se construyen
sobre las tuberas, a cuyo interior (del pozo) se tiene acceso por
la parte superior en la calle. Su forma es cilndrica en la parte
inferior y troncocnica en la parte superior lo suficientemente
amplias cara permitir si acceso y la maniobra de un hombre en su
interior. En el interior de estos se colocan peldaos de hierro que
son empotrados en sus paredes para permitir el descenso y el
ascenso al personal encargado de las operaciones y el mantenimiento
del sistema de alcantarillado.Los materiales con los cuales se
puede construir la cimentacin del pozo puede ser mampostera de
piedra o concreto.Si la diferencia de nivel entre las plantillas de
la tubera de entrada y la tubera de salida es mayor de 1.0 mt.,
debe incluirse en el pozo un dispositivo de cada como se muestra en
la figura 1.; dicho dispositivo en nuestra medio recibe el nombre
de Caja de Sostn. El objetivo de esta estructura es proteger al
personal que entra al pozo.
Figura 1: pozo de visita con caja de sostnc) Cajas de registro:
Son estructuras que conectan las tuberas que evacan a las Aguas
Negras del interior ce las edificaciones y los colectores
secundarios o laterales de la red.
Diseo de elementos de un sistema: Diseo de alcantarillas llenas
y parcialmente llenas.
El flujo del lquido en una tubera puede ser con superficie libre
o bajo presin, lo que depende de si la conduccin fluye llena o no.
Para un flujo con superficie libre en tubera deber existir una
superficie del lquido sometida a presin atmosfrica.En trminos
generales, las alcantarillas se proyectan esperando que fluyan
llenas.
Por tanto, debe destacarse que la condicin normal del flujo en
la alcantarilla es la de un canal con una superficie de agua libre
en contacto con el aire. Cuando las alcantarillas van llenas lo
hacen generalmente a poca presin, excepto en el caso de tuberas
forzadas y sifones invertidos.
Los principales factores que afectan al flujo de aguas
residuales son:1. Pendiente2. rea de la seccin transversal3.
Rugosidad de la superficie interior del conducto4. Condiciones del
flujo, por ejemplo lleno, parcialmente lleno, permanente,
variado.5. Presencia o ausencia de obstrucciones, curvas, etc.6.
Naturaleza, peso especfico, y viscosidad del lquido
Para elaborar el diseo de las alcantarillas (tuberas) debe
tomarse en cuenta el perfil de las mismas, ya que este coincidir
con la superficie del agua, por lo que se considera que el perfil
de la superficie del agua sea paralelo a la solera de la
alcantarilla. La pendiente o gradiente de la tubera es la cada de
la misma por unidad de longitud y se expresa en termines de
porcentajes.
De acuerdo a la pendiente de la tubera as se afectara la
velocidad del flujo en la misma. El numeral 8 de las normas de ANDA
parte segunda, establece que la pendiente mnima al inicio del tramo
no debe ser menor del 1% En casos que se justifiquen adecuadamente
se aceptan pendientes mnimas del 0.5 % siempre y cuando el material
de la tubera empleada sea PVC y el tramo no sea inicial.Otro
aspecto de suma importancia es la velocidad con la que el flujo
correr per la alcantarilla, ya que recordemos que esta lo hace por
medio de la gravedad. Lo que se pretende obtener en el diseo con
una velocidad adecuada es evitar que los desechos slidos se
sedimenten ya que esto modificara el perfil hidrulico. La pendiente
mnima debe ser capaz de generar en el flujo la velocidad mnima que
evite la sedimentacin, s la topografa del terreno lo permite se
pueden aumentar las pendientes. Algunos textos recomiendan utilizar
velocidades no menores de 0.60m/seg y no mayores de 2.40 m/seg.; en
nuestro pas el numeral seis de las normas de ANDA establece que la
velocidad mnima real en los colectores primarios y secundarios ser
de 0.50 m/seg., a caudal de diseo durante el primer ao de
funcionamiento.'En el caso de la velocidad mxima esta vara de
acuerdo al material del tubo de la siguiente manera mostrada en el
cuadro siguiente:
TUBERIAVELOCIDAD MAXIMA(m/seg)
PVC5.0
HIERRO4.0
TUBERIA DE CONCRETO3.0
Datos tomados de las normas tcnicas de ANDA numeral cuatro parte
segunda.
La norma deja abierta la posibilidad de trabajar con velocidades
mayores al disear a caudal real, utilizando PVC, o materiales
similares.