APUNTES DE SISTEMA DE ALCANTARILLADO

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA.

UNIDAD ZACATENCO

APUNTES DEL SEMESTRE DE CLASES DE LA ASIGNATURA DE ALCANTARILLADO

ALUMNO:

DOMINGUEZ BECERRIL CARLOS MAURICIO

ÍNDICETEMA PÁGINA.METODOLOGÍA________________________________________________________ 3PROYECTO __________________________________________________________ 4UNIDAD. CONCEPTOS GENERALES ________________________________________ 51.1 DEFINICIÓN DE UN SISTEMA DE ALCANTARILLADO_____________________ 51.2 TIPOS DE SISTEMAS DE ALCANTARILLADO ____________________________ 51.3 ELEMENTOS QUE INTEGRAN UN SISTEMA DE ALCANTARILLADO __________ 5PROBLEMA____________________________________________________________13PROBLEMA____________________________________________________ _______ 151.6 TIPOS DE TUBERÍAS EMPLEADAS Y PRUEBAS A QUE DEBEN SOMETERSE.______ 17VELOCIDADES PARA UN SISTEMA DE ALCANTARILLADO________________________ 32SEPARACIÓN MÁXIMA ENTRE POZOS DE VISITA ______________________________ 33OBRAS COMPLEMENTARIAS ______________________________________________ 331.4 REQUISITOS QUE DEBE CUMPLIR UN SISTEMA DE ALCANTARILLADO___________ 37ECUACIÓN PARA GASTOS DE AGUAS NEGRAS________________________________ 38ECUACIÓN PARA GASTOS PLUVIAL_________________________________________ 39PROBLEMA____________________________________________________________ 40PROBLEMA____________________________________________________________ 41RESISTENCIA NECESARIA_________________________________________________ 43PROBLEMA ___________________________________________________________ 45PROBLEMA ___________________________________________________________ 461.5 CONFIGURACIÓN DE LA RED DE ALCANTARILLADO _________________________ 47TRAZO DE RED SECUNDARIA______________________________________________ 49CAPITULO 2. ESTUDIOS ESPECÍFICOS PARA UN SISTEMA DE ALCANTARILLADO______ 522.1 ESTUDIOS TOPOGRÁFICOS ____________________________________________ 522.2 ESTUDIOS DE POBLACIÓN ____________________________________________ 522.3 OTROS ESTUDIOS ____________________________________________ 52CAPITULO 3. DATOS BÁSICOS DE UN SISTEMA SEPARADO ______________________ 533.1 PERIODO ECONÓMICO DE PROYECTO ___________________________________ 533.4 OBTENCIÓN DE GASTOS AGUAS NEGRAS_________________________________ 53PROBLEMA____________________________________________________________ 533.3 DOTACIÓN Y APORTACIÓN ____________________________________________ 56PLANO DE PENDIENTES _________________________________________________ 573.6 INTENSIDAD DE LLUVIA MÉTODO GUMBEL ______________________________ 583.8 COEFICIENTE DE ESCURRIMIENTO______________________________________ 613.9 DETERMINACIÓN DEL ÁREA DE INFLUENCIA______________________________ 623.10 CALCULAR EL GASTO PLUVIAL EJERCICIO ______________________________ 65APARATOS PARA MEDIR LA INTENSIDAD DE LLUVIA __________________________ 68CALCULO DEL GASTO PLUVIAL POR EL MÉTODO RACIONAL AMERICANO__________ 68PROBLEMA __________________________________________________________ 70MÉTODO GRAFICO ALEMÁN _____________________________________________ 73PROBLEMA ___________________________________________________________ 73PROBLEMA____________________________________________________________ 79PROBLEMA____________________________________________________________ 81CAPITULO 4. DISEÑO DE TUBERÍAS _________________________________________ 844.1 PLANO Y CONFIGURACIÓN (PLANO DE TRAZO Y NOMENCLATURA)____________ 844.3 ELABORACIÓN DE MEMORIAS DE TRAMOS ________________________________ 84DISEÑO DE COLECTOR____________________________________________________ 85DISEÑO DE RED SECUNDARIA ______________________________________________ 9

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Proyecto:

1) Memoria descriptivaa) Ubicaciónb) Climac) Servicios hidráulicosd) Hidrologíae) Orografíaf) Actividades económicasg) Antecedentes de la poblaciónh) Vías de comunicacióni) Servicios (si esta pavimentado o no)

2) Memoria de calculoa) Población actualb) Población de proyectoc) Obras complementarias

i) Plantas de bombeoii) Presas de regulación

d) Dotación (por seis métodos distintos)e) Calculo de gastos

i) Aguas residuales (método de Harmon)ii) Aguas pluviales (métodos Racional americano, Burkli-Ziegler, Gráfico alemán)

3) Planosa) Planimetríab) Topográficoc) Pendientesd) Trazo y nomenclaturae) Áreasf) Ejecutivo

UNIDAD 1: Conceptos generales

1.1. Definición de un sistema de alcantarillado.Es un conjunto de conductos (tuberías) que tienen como finalidad captar y desalojar en forma segura y eficiente las aguas residuales de una población, generadas por el uso domestico, comercial e industrial. Además se sumara el gasto pluvial que se genere en temporadas de lluvia el cual se tiene que disponer en forma segura en un punto llamado vertido (planta de tratamiento).

1.2. Tipos de sistemas de alcantarillado.En un sistema de alcantarillado se cuenta con dos sistemas que son los siguientes:

1) Sistema separado: En este sistema se cuenta con dos redes de alcantarillado.a) Red para aguas negras: Este tipo de sistema se proyecta para captar las aguas negras que

produce una población.b) Red para aguas pluviales: En este sistema la red conduce y desaloja las aguas pluviales,

estas aguas pluviales son generadas de acuerdo a la precipitación pluvial de la zona que ocurre en un área de captación.

2) Sistema combinado: En este sistema se juntan las aguas negras que produce la población y las aguas pluviales generadas por la precipitación pluvial de la zona.

1.3. Elementos que integran un sistema de alcantarillado.Lo podemos clasificar en dos grupos que son los siguientes:

a) Conductos o tuberías que reciben diferentes nombres a lo largo de un sistema de alcantarillado los cuales se clasifican de acuerdo a su diámetro.

1. Albañales: Son las tuberías que recolectan las aportaciones de aguas residuales de cualquier tipo de edificación y las cuales están conectadas a la red municipal. Diámetro comercial: 10, 15, 20, 25 cm.

4

AlbañalInterior

AlbañalExterior

e

RedMunicipal

2. Atarjeas: son las tuberías de menor diámetro de la red municipal las cuales reciben directamente las aguas negras de cada lote. Diámetro comercial: 30,38, 45 cm.

3. Subcolector: Estas tuberías captan las aguas recolectadas por las atarjeas por lo tanto tienen un mayor diámetro, también sirven como líneas auxiliares de los colectores. Diámetro comercial: 61, 76 cm.

4. Colector: Estas tuberías se ubican en la parte más baja de la población, también se le denomina red primaria las cuales captan tanto el gasto de aguas negras y pluviales de las atarjeas y subcolectores hasta llegar a un punto final llamado vertido (Planta de tratamiento). Diámetro comercial: 0.91, 1.07, 1.22, 1.52, 1.83, 2.13, 2.44 y 3.05* m (es tubería especial).

5. Interceptor: Drenaje profundo son túneles construidos con un escudo de frente presurizado, el cual tiene un diámetro del túnel de 6 m y tiene un revestimiento definitivo de 5m de diámetro.

a. Interceptor orienteb. Interceptor ponientec. Interceptor central

6. Emisor central: Su función principal es desalojar la totalidad de las aguas captadas en la zona urbana. Diámetro comercial: 6.5 m.

b) Estructuras y accesorios de un sistema de alcantarillado.1. Pozo de visita: Este accesorio cuya función principal es facilitar la inspección y limpieza

de los conductos (desazolve), y evitar la acumulación de gases generados por las aguas residuales.

5

2. Pozo de caída: Se diseñan de acuerdo a la topografía del terreno, cuya función principal es absorber la unión y disminuir las velocidades y el desnivel entre dos tuberías.

6

20cm

Escalonesde

Fo.fo.

Colchon de10 o 20 cmde agua

Aplanado

Brocal:*Concreto*Fo.fo.*PEADØ=60cm

3. Pozo de caja. Colectores.

7

4. Rejillas o bocas de tormenta.

5. Coladeras de banqueta.

8

6. Rejillas transversales.

SimbologíaTramo cabeza o tramo de inicio.

Pozo de visita.

Caja de concreto.

Sentido de escurrimiento.

Cota de terreno.Cota de plantilla.

Longitud (m)/ Diámetro (m)/ Pendiente (m).

Rejilla transversal.

Bocas de tormenta.

9

L/Ø/S

Partes de la tubería

Tipos de conexiones

1) Clave con clave2) Eje con eje3) Plantilla con plantilla

10

Cotade

Clave

Cotade

Lomo

Cotade

Base Cotade

Plantilla

Espesor= 10% ØCC

CL

e

CP

CB

CotadeEjeCE

ProblemaCalcular el colchón en el punto de la conexión de un albañal de acuerdo a la siguiente figura. Así mismo calcular en diámetro del albañal y su gasto, velocidad a tubo lleno, considerando un gasto de 20 lt/s.

Calculo

CL1= CT1-C= 100.20-0.40=99.80

CC1= CL1-e

e=10% Ø=0.10 * ?

SH=CC1−CC2

L1−2=99.80−98.50

15=0.087

CC2=CP2*Ø=98.20+0.30=98.50

Q=AV

V=1n∗¿

V=1n∗( D4 )

2 /3

∗(S)1/2

RH= APm

12

Ø=1

NPT=100.20

C=0.40 m

n=0.013

Ø=30 cm

C=

C/C

100.0098.20

L=7 mL=15 m

A=π D2

4

Pm= πD

∴RH= D4

Q=

π D2

4∗1

n∗(D4 )

2/3

∗( S )1 /2

Q= π∗D 2∗D2 /3∗S1/2

4∗n∗42 /3

Q∗4∗n∗42/3

π∗S1 /2=D 8/3

D=( 3.21∗Q∗nS1 /2 )

3 /8 D

¿( 3.21∗0.02∗0.0130.0871 /2 )3 /8

D=0.11m=11cm

V=1n∗( Dcomercial

4 )2/3

∗(S )1 /2=1n∗( 0.104 )

2/3

∗(0.087)1/2=1.94m /s

Q=AV

Q= π D2

4∗V=

π (0.10)2

4∗(1.94)=15.24

Como este gasto es menor al que se tiene se propondrá un diámetro más grande el que sigue es de 15 cm. Y con este diámetro se tiene un Q=44.80, y una V=2.54 m/s.

CL2=CC2+e=98.50 + 0.015=98.51

e=10% Ø=0.10*.15 m= 0.015 cm

C2= CT2-CL2=100-98.51=1.49 m

Colchón: Es el relleno que sirve para proteger la tubería de acuerdo a la carga vertical viva generada por el tránsito vehicular. El colchón mínimo para un sistema de alcantarillado utilizando tuberías de concreto es de 90 cm.

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Problema1. Calcular la cota de claro y la cota de plantilla en el punto de conexión del albañal

(considerando la conexión plantilla con plantilla).2. Calcular la pendiente hidráulica del albañal.3. Calcular el gasto del albañal a tubo lleno.4. Calcular la cota de claro y de plantilla hasta el paramento de fachada del albañal.

Calculo

SG=CP1−CP3

L1−3=2438.70−2438.10

100=0.006

CP2=CP3+ (SG*(L2-3))=2438.10 + (0.006*(40))=2438.34

CP2=CP1-(SG*(L1-2))=2438.70 – (0.006*(60))=2438.34

CC2=CP2+∅= 2438.34 + 0.38= 2438.72

CLA=CTA-C= 2440.20-0.50= 2439.70

e=10%(Ø)=0.10*0.10=0.01

CCA=CLA-e=2439.70 – 0.01=2439.69

14

1

Ø=38 cm

2438.70 2438.10

2

3

NPT=2440.20

L=18 m

L=6m

A

B

C=50cm

Ø=10 cm

L=40 m

L=100 m

CPA=CCA-Ø=2439.69-0.10=2439.59

SG=CPA - CP2LA- 2

=2439.59-2438 .3424

= 0.052

CC2= CP2+ØA=2438.34+0.10=2438.44

SH=CCA−CC2

LA−2=2439.69−2438.44

24=0.052

n=0.013

V TLL=1n∗¿

A=π D2

4=3.14159 (0.10)2

4=0.0078m2

Q=A*V=0.0078*1.5=0.01178=0.12 lps

CPB=CPA-(SG*LA-B)=2439.59-(0.052*18)=2438.65

CCB=CPB+Ø=2438.65+0.10=2438.75

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1.6. Tipos de tuberías empleadas y pruebas a que deben someterse

Tubería para Sistemas de Alcantarillado

La tubería de alcantarillado se compone de dos o más tubos acoplados mediante un sistema de unión, el cual permite la conducción de las aguas negras. En la selección del material de la tubería de alcantarillado, intervienen diversas características tales como: hermeticidad, resistencia, mecánica, durabilidad, resistencia a la corrosión, capacidad de conducción, economía, facilidad de manejo e instalación, flexibilidad y facilidad de mantenimiento y reparación.

Las tuberías para alcantarillado sanitario se fabrican de diversos materiales, siendo los más utilizados: concreto simple (CS), concreto reforzado (CR), fibrocemento (FC), plástico poli (cloruro de vinilo) (PVC) y polietileno de alta densidad (PEAD) así corno acero. En los sistemas de alcantarillado sanitario a presión se pueden utilizar diversos tipos de tuberías para conducción de agua potable, siempre y cuando reúnan las características para conducir aguas negras.

A continuación, se detallan las características de las tuberías de alcantarillado mencionadas y de los sistemas de unión entre tuberías de los diversos materiales utilizados.

1.6.1 Tuberías de concreto simple (CS) y reforzado (CR) con junta hermética

Las tuberías de concreto simple con junta hermética, se fabrican de acuerdo con las especificaciones de las norma mexicana NMX-C-401-1996-0NNCCE, en donde se detalla la calidad de los materiales.

Las tuberías de concreto reforzado con junta hermética, se fabrican de acuerdo a la norma mexicana NMX-C-402-1,996-0NNCCE. Para su fabricación, a diferencia del tubo de concreto simple, su núcleo contiene acero de refuerzo longitudinal y transversal.

Las características principales de estos tipos de tuberías son las siguientes:

a) Los tubos de concreto simple se fabrican en diámetros de 10,15, 20, 25, 30, 38, 45 y 60 cm, con campana y espiga y tienen una longitud útil variable de acuerdo al diámetro.

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Las uniones usadas en las tuberías de concreto simple son del tipo espiga campana con junta hermética. En la junta se deben de utilizar anillos de hule de acuerdo a la norma mexicana NMX-C-401 (ver Figura 1.0).

b) Los tubos de concreto reforzado se fabrican en diámetros de 30, 38, 45, 61, 76, 91, 107, 122, 152, 183, 213, 244 y 305 cm. La longitud útil de un tubo de concreto reforzado es variable de acuerdo a su diámetro. Los tubos de concreto armado se fabrican en cuatro tipos de grados y cada uno de ellos con tres espesores de pared (ver Tablas 1.1, 1.2, 1.3, 1.4, y 1.5).

Las uniones usadas en las tuberías de concreto reforzado son del tipo espiga campana con junta hermética para diámetros hasta 61 cm. En diámetros de 45 a 305 cm se utilizan juntas espiga - caja con junta hermética (ver Figura 1.0a). En las juntas se deben de utilizar anillos de hule de acuerdo a la norma mexicana NMX-C-402 (ver Figura 1.0b).

Las ventajas de los tubos de concreto incluyen: Economía.- Bajo costo de adquisición y mantenimiento. Hermeticidad.- El empleo de la junta hermética con anillo de hule impide

infiltraciones de agua y contaminación debido a exfiltraciones. Diversidad en diámetros mayores.- Se suministran diámetros hasta de 3.05 m. Durabilidad.- Larga vida útil de las tuberías. Alta resistencia mecánica. Resistencia especialmente a cargas externas.

Entre sus desventajas se tienen: Fragilidad.- Los tubos requieren cuidados adicionales durante su transporte e

instalación. Capacidad de conducción.- La tubería de concreto presenta un coeficiente de

rugosidad alto, lo que la hace menos eficiente hidráulicamente. Corrosión cuando se encuentra en condiciones ácidas ó alcalinas.

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a) Unión campana – espiga

b) Unión caja - espiga

Figura 1.0 Tipos de uniones en tuberías de concreto

1.6.2 Tuberías de fibrocemento (FC)

La tubería de fibrocemento se fabrica de acuerdo a la norma Mexicana NMX-C-039- 1981. Se fabrica en clases B-6, B-7.5, B-9 y B-12.5 (ver Tabla 1.6) y cada una de ellas para dos diferentes tipos de anillos de hule según el diámetro del tubo. Los anillos utilizados deben de cumplir con la norma NMX-T-021. En tuberías de 150 mm a 900 mm se usan anillos de hule circulares que se acoplan a un tipo de copie especial; en tuberías de 1000 mm a 2000 mm se usan anillos de hule rascados acoplados a un copie igualmente rascado (ver Figuras 1.1 a y b).

Entre las ventajas de estas tuberías se encuentran: Ligereza.- Debido a su bajo peso y su longitud de 5 m por tramo, su manejo e

instalación es sencilla y rápida. Resistencia y durabilidad.- La tubería de fibrocemento presenta alta resistencia al

aplastamiento, garantizando los valores mínimos de ruptura que para cada diámetro y clase exige la norma NMX-C-039-81. Esta resistencia (en kg/m) se obtiene multiplicando la clase por el diámetro en mm.

Hermeticidad.- Garantizada por el empleo de anillo de hule en las juntas.

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Resistencia a los sulfatos. Capacidad de conducción. - Debido a su bajo coeficiente de fricción, es posible

instalar tubos de menor diámetro.Entre sus desventajas:

Mayor costo de adquisición de la tubería. Fragilidad.- Los tubos requieren cuidados en su transporte e instalación. Número de coples.- A menor longitud de tubo se requiere mayor número de

coples.

a) Unión tipo samplex

b) Unión tipo reka

Figura 1.1 Tipos de uniones en tuberías de fibrocemento

1.6.3 Tuberías de poli (cloruro de vinilo) (PVC)

Las tuberías de PVC se fabrican en diámetros de 10 a 60 cm, en dos tipos de serie y cada serie con tres tipos de tubería de acuerdo a su espesor: la serie métrica se fabrica de acuerdo a las normas NMX-E-215/1-1993 (tuberías) y NMX-E-215-/2-1993 (conexiones) en los tipos 16.5, 20 y 25 ; por su parte la serie inglesa se fabrica de acuerdo a las normas NMX-E-211/1-1993 (tuberías) y NMX-E-211-/2-1993 (conexiones) en los tipos 35, 41 Y 51. Estos valores con que se clasifica a las tuberías representan la relación entre su diámetro exterior y su espesor de pared. En la tabla 1.7 y 1.8 se muestran las características principales de los tipos de tuberías mencionados.

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Además de estos tipos de tuberías, existe la tubería de PVC de pared estructurada con celdas longitudinales (ver Figura 1.3), que actualmente se fabrica en diámetros de 16 a 31.5 cm de acuerdo a la norma mexicana NMXE-222/1-1995.

Entre las ventajas de las tuberías de PVC se tienen: Hermeticidad.- Este tipo de tuberías son impermeables y herméticas, debido, por

un lado, a la naturaleza intrínseca impermeable del material, y por otro lado, a las juntas herméticas que se logran en el acoplamiento de los tubos, por el uso en las juntas de anillos de material elastomérico.

Ligereza.- Esta característica de los tubos de PVC se traduce en facilidad de manejo, estiba, transporte e instalación, lo que se manifiesta aún más en la tubería de pared estructurada que es más ligera que la tubería plástica de pared sólida tradicional.

Durabilidad. Resistencia a la corrosión.- Las tuberías de PVC son inmunes a los tipos de

corrosión que normalmente afectan a los sistemas de tubería enterradas, ya sea corrosión química o electroquímica. Puesto que el PVC se comporta como un dieléctrico, no se producen efectos electroquímicos ó galvánicos en los sistemas integrados por estas tuberías, ni éstas son afectadas por suelos corrosivos. En consecuencia, no requieren de recubrimientos, forros ó protección catódica.

Capacidad de conducción.- Las paredes de estas tuberías son poco rugosas, lo que se traduce en una alta eficiencia hidráulica.

Flexibilidad.- El bajo módulo de elasticidad de las tuberías las hace flexibles, y por lo tanto adaptables a movimientos o asentamientos diferenciales del terreno ocasionados por sismos o cargas externas y entre sus desventajas:

Fragilidad.- Requieren de cuidados durante su manejo, ya sea en el transporte o en la instalación.

Baja resistencia mecánica. Susceptible al ataque de roedores. Baja resistencia al intemperismo.- La exposición prolongada de la tubería a los

rayos solares reduce su resistencia mecánica.

Figura 1.3 Unión campana espiga en tubería de PVC

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1.6.4 Tubería de polietileno de alta densidad (PEAD)

Las tuberías de polietileno de alta densidad (PEAD) se fabrican con longitud de 12 m, en diámetros nominales que van desde 100 a 900 mm. de acuerdo a las norma mexicana NMX-E-216-1994-SCFI. Se clasifican en cuatro tipos, de acuerdo a sus espesores de pared y resistencia: RD-21, RD-26, RD-32.5 Y RD-41 (véase Tabla 1.9).

Figura 1.4 Tipos de uniones en tuberías de polietileno

Como ventajas de las tuberías de polietileno se destacan: Economía.- Los volúmenes de excavación en zanja son reducidos. Resistencia a la corrosión.- Elevada resistencia contra ataque de fluidos ácidos y

alcalinos. Capacidad de conducción.- Las paredes de este tipo de tuberías son poco rugosas,

lo que se traduce en una alta eficiencia hidráulica en la conducción. Alta flexibilidad.- El bajo módulo de elasticidad de este tipo de tuberías las hace ser

muy flexibles y en consecuencia adaptables a cualquier tipo de terreno y a movimientos ocasionados por sismos y cargas externas.

Rapidez de instalación.- Su bajo peso, aunado a su presentación en tramos hasta de 12 m y a la unión por termofusión sin piezas especiales, agiliza su instalación.

Alta resistencia a la intemperie.- Resistentes por tiempo prolongado al intemperismo.

Hermeticidad.- Son impermeables, herméticas y resistentes al ataque biológico. Ligereza. Considerando su bajo peso, ofrecen manejabilidad en el transporte e

instalación.

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Durabilidad.- Con mantenimiento nulo, tienen una vida útil de 50 años, y 15 años de resistencia a la intemperie.

Y como desventajas: Alto costo de adquisición e instalación

1.6.5 Otras tuberías

Existen otras tuberías fabricadas con otros materiales, como es el caso de la tubería de acero que se utiliza comúnmente en cruzamientos especiales. A continuación se describen en forma general las características principales de estas tuberías.

Existe una norma adicional, la NMX-B-179 “Tubos de acero con o sin costura series dimensionales", la cual define las dimensiones normales en las cuales pueden fabricarse los tubos. De acuerdo al espesor se puede obtener el número de cédula, la cual representa una relación entre el espesor y el diámetro de la tubería.

El sistema de unión empleado en las tuberías de acero puede ser: soldadura bridas, coples o ranuras (moldeadas o talladas) con junta mecánica.

Las ventajas de la tubería de acero incluyen: Alta resistencia mecánica. Resiste cargas de impacto y altas presiones internas. Fácil transporte e instalación.

Y como desventajas: Por ser metálica presenta corrosión, lo que reduce su vida útil y crea altos costos

de mantenimiento para prevenirla.

Tubería de barroEste tipo de tubería se utiliza principalmente en Europa y está confeccionada con arcilla molida mezclada con agua. El tubo de arcilla se fabrica con unión de espiga - campana con junta de aro de goma. El tubo se fabrica en diámetros de 100 y 1070 mm de acuerdo con las normas de la A.S.T.M.

Tabla 1.1 Clasificación de tuberías de concreto simple con junta hermética resistencia del concreto 27.6 MPa (280 kg/cm2)

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DIÁMETROINTERNO ESPESOR DE

PARED

GRADO I GRADO IILONGITUD ÚTIL

PESO

NOMINAL REALCargas mínimas de

rupturaCargas mínimas

de rupturaCm mm mm mm mm kgf /m kgf/m m kg / m

10 101 23 20.8 2100 29.2 2980 0.90 1815 152 27 20.6 2100 29.2 2980 1.00 2620 203 29 21.9 2235 29.2 2980 1.00 4825 254 33 22.7 2310 29.2 2980 1.00 6330 305 47 24.8 2530 32.9 3350 1.00 9438 381 53 28.9 2950 36.5 4100 1.00 12045 457 61 34.1 3480 48.3 4920 1.80 14660 610 75 43.8 4470 58.5 5960 1.80 228

Notas:GRADO I para producir la primera grieta de 0.25 mm – 27.6 N/mm (2.8 kg/m/mm)GRADO II para producir una ruptura: 50 N/m/mm (5.1 kg/m/mm)

Tabla 1.2 Clasificación de tuberías de concreto reforzado con junta hermética grado I resistencia del concreto 27.6 MPa (280 kg/cm2)

DIÁMETROINTERNO

PARED A PARED B PARED CCARGA

(M)CARGA (M1) LONGITUD

ÚTIL

PESO

NOMINAL REAL ESPESORDE PARED

ESPESORDE PARED

ESPESORDE PARED

PARA LAGRIETA MÁXIMA

Cm mm mm mm mm kgf / m kgf / m m kg / m30 305 44 51 1555 2318 1.00 10238 381 47 57 1943 2596 1.80 12545 457 50 63 2330 3473 1.80 15061 610 63 76 3111 4635 2.44 35076 762 70 89 3886 5791 2.44 53591 914 76 101 120.0 4661 6945 2.44 720107 1067 89 114 133.0 5441 8109 2.44 935122 1219 101 127 146.1 8217 9254 2.50 1280152 1524 127 152 171.5 7772 11582 2.50 1840183 1529 152 178 195.9 9328 13900 2.50 2560213 2134 178 203 10883 16218 2.50 3932RESISTENCIA DEL CONCRETO 34.5 MPa (350 kg/cm2)244 2438 203 228 12434 18529 2.04 4902305 3048 279 2.00 7112.5

Notas:Carga M para producir la primera Grieta de 0.25 mm.- 50 N/m/mm (5.1 kg/m/mm)Carga M1 para producir una ruptura: 75 N/m/mm (7.6 kg/m/mm)

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Pared A.- Espesor menor de concreto, con una cantidad mayor de armado con respecto a las paredes B y C.Pared B.- Espesor intermedio de concreto, con una cantidad intermedia de armado con respecto a las paredes A y C.Pared C.- Espesor mayor de concreto, con una cantidad menor de armado con respecto a las paredes A y B.

Tabla. 1.3 Clasificación de tuberías de concreto reforzado conjunta hermética grado 2 resistencia del concreto 27.6 MPa (280 kg/cm2)

DIÁMETROINTERNO


(M)CARGA (M1) LONGITUD

ÚTIL

PESO

NOMINAL REALESPESOR

DE PAREDESPESOR

DE PAREDESPESOR

DE PAREDPARA LAGRIETA

MÁXIMA

Cm mm mm mm mm kgf / m kgf / m m kg /m30 305 44 51 2165 3111 1.00 10238 381 49 57 2705 3886 1.80 12545 457 51 63 3244 4561 1.80 15061 610 63 76 4331 6222 2.44 35076 762 70 89 5410 7772 2.44 53591 914 76 101 120.7 6469 9322 2.44 720107 1067 89 114 133.7 7575 10683 2.44 935122 1219 101 127 146.1 8655 12434 2.50 1280152 1524 127 152 171.5 10820 15545 2.50 1840183 1529 152 178 12986 18655 2.50 2560RESISTENCIA DEL CONCRETO 34.5 MPa (350 kg/cm2)213 2134 178 203 15151 21787 2.50 3932244 2438 203 229 247.7 17310 24368 2.04 4902305 3048 2.00 7112.5

Notas:Carga M para producir la primera Grieta de 0.25 mm.- 70 N/m/mm (7.1 kg/m/mm)Carga M1 para producir una ruptura: 100 N/m/mm (10.2 kg/m/mm)Pared A .- Espesor menor de concreto, con una cantidad mayor de armado con respecto a las paredes B y C.Pared B .- Espesor intermedio de concreto, con una cantidad intermedia de armado con respecto a las paredes A y C.Pared C .- Espesor mayor de concreto, con una cantidad menor de armado con respecto a las paredes A y B.

Tabla 1.4 Clasificación de tuberías de concreto reforzado con junta hermética grado 3 resistencia del concreto 34.5 MPa (350 kg/cm2)

DIÁMETRO PARED A PARED B PARED C CARGA CARGA LONGITUD PESO

24

INTERNO (M) (M1)ÚTIL

NOMINAL AREALESPESOR DE

PAREDESPESOR DE

PAREDESPESOR DE

PAREDPARA LA GRIETA

MÁXIMA

Cm mm mm mm mm kgf / m kgf / m m kg /m30 305 44 51 2959 4483 1.00 10238 381 49 57 3733 5800 1.80 12545 457 51 63 4479 6718 1.80 15061 610 63 76 95 5978 8967 2.44 35076 762 70 89 108 7489 11201 2.44 53591 914 101 120 8957 13436 2.44 720107 1067 114 133 10457 15685 2.44 935122 1219 127 145 11945 17919 2.50 1280152 1524 152 171 14935 22403 2.50 1840183 1529 178 195 17924 26566 2.50 2560

Notas:Carga M para producir la primera Grieta de 0.25 mm.- 95.3 N/m/mm (9.5 kg/m/mm)Carga M1 para producir una ruptura: 144.0 N/m/mm (14.7 kg/m/mm)Pared A.- Espesor menor de concreto, con una cantidad mayor de armado con respecto a las paredes B y C.Pared B.- Espesor intermedio de concreto, con una cantidad intermedia de armado con respecto a las paredes A y C.Pared C.- Espesor mayor de concreto, con una cantidad menor de armado con respecto a las paredes A y B.

Tabla 1.5 Clasificación de tuberías de concreto reforzado con junta hermética grado 4 resistencia del concreto 41.4 MPa (420 kg/cm2)

DIAMETROINTERNO


(M)CARGA (M1)

LONGITUD UTIL

PESO

NOMINAL REAL ESPESOR DE ESPESOR DE ESPESOR DE PARA LA MAXIMA

25

PARED PARED PARED GRIETA

Cm mm mm mm mm kgf / m kgf / m m kg / m

30 305 51 4463 5581 1.00 10238 381 57 5600 6972 1.80 12545 457 63 6717 8383 1.80 15061 610 76 95 8967 11163 2.44 35076 762 89 108 11201 13944 2.44 53591 914 101 126.0 13435 15728 2.44 720107 1067 114 133.0 15685 19526 2.44 935122 1219 127 146 17919 22307 2.50 1280152 1524 171 22403 27889 2.50 1840183 1529 197 26838 33470 2.50 2560

Notas:Carga M para producir la primera Grieta de 0.25 mm. 144 N/m/mm (14.7 kg/m/mm)Carga M1 para producir una ruptura: 180.0 N/m/mm (18.3 kg/m/mm)Pared A.- Espesor menor de concreto, con una cantidad mayor de armado con respecto a las paredes B y C.Pared B.- Espesor intermedio de concreto, con una cantidad intermedia de armado con respecto a las paredes A y C.Pared C.- Espesor mayor de concreto, con una cantidad menor de armado con respecto a las paredes A y B.

Tabla 1.6 Clasificación de tuberías de fibrocemento

26

Tabla 1.7 Clasificación de tuberías de PVC para alcantarillado serie inglesa

DIÁMETROLONGITUD

ÚTIL

T I P O 3 5 T I P O 4 1 T I P O 5 1

NOMINAL EXTERIOR ESPESORDIÁMETROINTERIOR PESO ESPESOR

DIÁMETROINTERIOR PESO ESPESOR

DIÁMETROINTERIOR

PESO

PROMEDIO

cm mm m mm mm kg/m mm mm Kg/m mm mm kg/m

10 107.1 6.00 3.1 100.9 1.40 2.6 101.9 1.18 2.1 102.9 0.96

15 159.4 6.00 4.6 150.2 3.09 3.9 151.6 2.63 3.1 153.2 2.10

20 213.4 6.00 6.1 201.2 5.48 5.2 203.0 4.69 4.2 205.0 3.81

25 266.7 6.00 7.6 251.5 8.54 6.5 253.7 7.33 5.2 256.5 5.90

30 317.5 6.00 9.1 299.3 12.17 7.7 302.1 10.34 6.2 305.1 8.37

37.5 388.6 6.00 11.1 366.4 18.17 9.5 369.6 15.61

45 475.0 6.00 13.6 447.8 27.20

52.5 560.0 6.00 16.0 528.0 37.74

60 630.0 6.00 18.0 594.0 47.76

Tabla 1.8 Clasificación de tuberías de PVC para alcantarillado serie métricaDIÁMETRO LONGITUD S E R I E 1 6 . 5 S E R I E 2 0 S E R I E 2 5

27

ÚTILNOMINAL EXTERIOR ESPESOR DIÁMETRO INTERIOR

PESO ESPESOR DIÁMETRO INTERIOR

PESO ESPESOR DIÁMETROINTERIOR

PESO

PROMEDIO

Cm Mm m mm mm kg/m mm mm kg/m mm mm kg/m

11 110 6.00 3.2 103.6 1.40 3.0 104.0 1.18 3.0 104.0 0.9616 160 6.00 4.7 150.6 3.09 4.0 152.0 2.63 3.2 153.6 2.1020 200 6.00 5.9 188.2 5.48 4.9 190.2 4.69 3.9 192.2 3.8125 250 6.00 7.3 235.4 8.54 6.2 237.6 7.33 4.9 240.2 5.9031.5 315 6.00 9.2 296.6 12.17 7.7 299.6 10.34 6.2 312.6 8.3740 400 6.00 11.7 376.6 18.17 9.8 380.4 15.61 7.8 384.450 500 6.00 14.6 470.8 37.74 12.3 475.4 9.8 480.463 630 6.00 18.4 593.2 47.63 15.4 599.2 12.3 605.4

NOTA: Presión máxima de aplastamiento (5 % de deformación del diámetro) según normaNMX-E-215/1-1996-SCFI.TIPO 35 = 3.00 Kgf / cm2

TIPO 16.5 = 3.00 Kgf / cm2

TIPO 41 = 1.90 Kgf / cm2

TIPO 20 = 1.90 Kgf / cm2

TIPO 51 = 1.00 Kgf / cm2

TIPO 25 = 1.00 Kgf / cm2

Tabla 1.9 Clasificación de tuberías de polietileno de alta densidad (pead) para alcantarillado

28

1.6.6 Pruebas a las que deben someterse las tuberías de concreto.

Al construirse una red de alcantarillado debe verificarse la calidad de sus tuberías, pues cualquier falla puede resultar en agrietamientos o rupturas, lo cual además de ocasionar un funcionamiento deficiente, será un grave peligro de contaminación para el agua conducida por la red del sistema de agua potable de la localidad.

1.6.6.1 Prueba de resistencia al aplastamiento.

Método de apoyo en 3 aristas. El método consiste en colocar el tubo por probar sobre la viga de apoyo inferior a la que previamente se le pone una pasta de yeso entre las dos tiras de madera; esto se hace con el fin de dar un apoyo homogéneo entre las tiras de madera y el tubo.

El tubo se colocará cuando la pasta de yeso aún se encuentre en estado plástico.

El apoyo superior será igualmente una viga de madera de 15 X 15 cm.

Al igual que en la parte inferior, se deberá recibir la tubería con pasta de yeso para que apoye uniformemente contra la viga superior.

En todos los casos, en este tipo de pruebas, la campana deberá quedar fuera del área de compresión, no debiendo recibir ésta carga alguna.

Cuando el yeso haya fraguado, se aplicará la carga al apoyo superior en un punto distante del extremo liso del tubo que sea precisamente la mitad de su longitud con el fin de que la carga se reparta uniformemente.

29

Para realizar estas pruebas de concreto simple, se escogerán al azar 3% de los tubos para formar un lote representativo; de éste se tomará la tercera parte para efectuar las pruebas correspondientes teniendo cuidado de que dichos tubos no presenten fracturas ni grietas que afecten el resultado de las pruebas a que son sometidos. Además, se comprobará que los tubos designados se sujeten a las medidas indicadas para ellos. En estos tipos de tubos se aplicará una carga a razón de 1000kg/ml y por minuto aproximadamente, o por incrementos no mayores de 50 kg representando la condición anterior.

Antes de efectuarse la prueba de resistencia al aplastamiento, deberá verificarse que el manómetro que indica la carga aplicada se encuentre correctamente calibrado y que contenga su aguja de arrastre.

Si la totalidad de los tubos en la prueba llenan los requisitos especificados, el lote será admitido, si uno solo falla se rechazará todo el lote.

Método de apoyo en arena. Este método consiste en colocar el tubo en un cajón de arena que pase por la maya No. 4, quedando apoyado 90° de la circunferencia; en al parte superior se cubre con arena retenida en un marco de madera resistente.

Sobre la arena se coloca una placa de metal para distribuir la carga uniformemente. La carga se aplica en el centro geométrico de la placa superior por medio de un motor, o bien usando un inyector conectado a un gato hidráulico.

Tabla 1.10 Resistencia al aplastamiento en tuberías de concreto simple

Diámetro interior Resistencia mínima (kg/ml)15 163720 193125 208230 223238 260445 2967

30

Tabla 1.11 Resistencia al aplastamiento en tuberías de concreto reforzado

Diámetro interior (cm) Carga que produce una grieta de 0.25 mm (kg/ml)

Carga final (kg/ml)

61 2976 447076 3720 555391 4464 6655

107 5208 7835122 5952 9835152 7440 11130183 8928 13400213 10416 15500244 11904 17870

Velocidades para un sistema de alcantarillado

Velocidad mínima

Las velocidades mínimas se consideran aquellas con las cuales no se permite el depósito de sólidos en las redes de alcantarillado provocando azolvamientos generando taponamientos hidráulicos, para un sistema separados se considera una velocidad mínima de 0.30 m/s y para sistemas combinados la velocidad es de 0.60 m/s.

Velocidad máxima

Es el límite superior de diseño en el cual se trata de evitar la erosión de las paredes del conducto y de las estructuras.

Para las tuberías de atarjeas que son de concreto simple su velocidad máxima es de 3m/S y tuberías de concreto reforzado es de 3.5 a 5 m/s.

Tuberías de polietileno de alta densidad: su velocidad máxima es de 8 a 10 m/s.

Localización de los pozos de visita

1.-Cuando tenemos un cambio de dirección.

31

2.-Cuando hay cambios de pendiente.

3.-Cuando hay cambios de diámetro.

4.- Cuando hay caídas. Cuando se tiene un desnivel topográfico muy pronunciado.

Separación máxima entre pozos de visita

1.- La separación de los pozos de visita para un diámetro de 30 a 61 o 60 cm la longitud máxima es de 125m.

2.-De diámetros de 0.76 a 1.22 su longitud máxima es de 150m.

3.-De diámetros de 1.52m y hasta 2.44m su longitud máxima es de 175m.

Obras complementarias

1.-Planta de tratamiento: Por reglamento cualquier descarga de una red de alcantarillado deberá realizarse por medio de una planta de tratamiento. El tratamiento puede ser primario, secundario o terciario y en cualquiera de los casos se utilizan medios físicos, químicos y biológicos.

El esquema general de una planta de tratamiento es de la siguiente forma:

32

SH= x

SH= y

Ø=A

Ø=B

Influente Cribado Sedimentación

Pre-AeraciónDigestión de LodosAeración

Abono

Filtración Cloración |Efluente

RiegoIndustriaComercio

2.-Plantas de Bombeo: Por cuestiones topográficas la elevación de las tuberías de un sistema de alcantarillado, con respecto al punto de vertido queda a cotas inferiores deberán emplearse equipos de bombeo.

33

Cárcamohumedo

Válvuladepie

(pichacha)

Rejilla

Bombatuberia

desección

Motor

Casetade

operación

100.00

87.00

85.00

VEA

NAME

3.-Sifón: Son estructuras hidráulicas que sirven para salvar un obstáculo natural o artificial que se encuentra en el paso del colector. Su construcción debe evitarse siempre que sea posible ya que se requiere de un mantenimiento permanente, además provoca remansos aguas arriba del colector.

4.-Pozo de absorción: Estas estructuras sirven para captar las aguas de lluvia e infiltrarlas al subsuelo para recargar los mantos acuíferos, regularmente su construcción se desarrolla en donde

prevalece terreno rocoso. Ya que al construir una red de alcantarillado sería muy costosa.

34

Mampara

HVariable

TuberiaRanurada

QPluvial

P.V.

Solidos

Ø

5. Lagunas de Regulación

35

Estas estructuras sirven para almacenar tanto las aguas residuales como las pluviales en una zona en donde la infraestructura de alcantarillado es insuficiente.

1.4 Requisitos que debe cumplir un Sistema de AlcantarilladoPara diseñar un sistema de alcantarillado se realizara de acuerdo a los siguientes conceptos:

a) Localización adecuadab) Capacidad suficientec) Resistencia necesariad) Seguridad en la eliminacióne) Inspección y mantenimiento del sistema

Localización adecuada

1. Se trazara la red de alcantarillado en el centro de las calles.

2. Evitar contrapendientes.

3. En avenidas principales se trazaran dos redes de acuerdo a la siguiente figura.

4. El trazo de los colectores se ubicara en la parte más baja de la población.

36

Capacidad suficiente

Todo sistema de alcantarillado deberá ser capaz de conducir el gasto máximo extraordinario más el gasto de infiltración cuando los gastos se sumen y nos de un gasto de diseño, en las redes de agua pluvial se debe considerar la intensidad de lluvia y un periodo de retorno corto.

Ecuaciones para Gasto Aguas Negras-Gasto Medio

Qmed = (Ap * Pp) / 86400 = X l.p.s.

-Gasto Mínimo

Qmin = Qmed * 0.5

-Gasto Máximo Instantáneo

Qmax inst = Qmed * M

Coeficiente Harmon

M=1+ 144+√P /1000

M = 1000 <P 3.8M = 1000 – M – 63450M = Mayor 63450 habM = 2.17

-Gasto Máximo Extraordinario

Qmax ext = Qmax inst * C.S.

Coeficiente de Seguridad

C.S. = 1.5

Aportación: se refiere a la cantidad de agua que es desalojada por los albañales, considerando el 75% al 85% de la dotación. Esto en virtud que el agua que entra a cada lote hay un desperdicio en fugas, lavando autos, lavando ropa, etc.

Ecuaciones para Gasto Pluvial

37

1) Método Racional Americano

Q = F.C. C I A

Donde:Q = gasto en l.p.s.C = coeficiente de escurrimiento –adimensional- (obtenido de tabla de coeficientes)I = intensidad de lluvia I= mm/hr; cm/hr

La intensidad de lluvia se mide con pluviómetro o fluviógrafo.

A = área en HaF.C. = factor de conversión (2.778 en mm y 27.78 en cm)

2) Método de Burkli Ziegler

Q = 2.778 C I A3/4 S1/4

S = pendiente media del terreno (obtener del plano de pendientes)

3) Método Gráfico Alemán

Q = 2.778 C I A

A = en Ha; área propia de cada tramo

Nos valemos de un artificio gráfico que son los hidrogramas; el hidrograma típico es de acuerdo a la siguiente figura:

Determinar la densidad de población para un sistema de alcantarillado.

38

Dp = Pp¿

Donde:Dp = densidad de poblaciónPp = población de proyectoLT = longitud total de la red de alcantarillado

Problema: calcular el Qmax instantáneo en un tramo de una red de alcantarillado comprendido entre las calles de Madero y Allende, cuya longitud del tramo es de 120 m, teniendo una red total de 19.6 km y una longitud tributaria de 1250 m, cuya población de proyecto es de 24,987 habitantes, considerando una aportación del 75% y la dotación es de 150 lts/hab/día.

Dotación: de acuerdo al clima se le resta el 25% a la dotación porque no toda el agua llega al drenaje.

Datos:Pp = 24,987 habLT = 19.6 kmLTRAMO = 120 mDotación = 150 lts/hab/díaAp = 75%

Longitudes

Calcular:

39

Propia Tributaria Acumulada120 m 1250 m 1370 m

1) Dp = Pp/LT = 24987/19.6 = 1274.85

Población Tramo

Dp * LTRAMO = 1274.85 * 1.37 = 1746.54 hab ≈ 1747 hab

Ap = 150 * 0.75 = 112.5 lts

Densidad de Población

Qmed = (Ap * Dp) / 86400 = (112.5 l.p.s. * 1747 hab) / 86400 = 2.27 l.p.s.

Densidad de Gastos

Qmed = (112.5 l.p.s. * 24987 l.p.s.) / 86400 = 32.54

DG = 32.54 / 19.6 = 1.66

DG * LTRAMO = 1.66 * 1.37 = 2.27 l.p.s.

Coeficiente de Harmon

M=1+ 144+√P /1000

= 1+14

4+√1747 /1000 = 3.63

Qmax inst = Qmed * M = 2.27 * 3.63 = 8.24 l.p.s.

Problema: calcular los gastos medios para la siguiente red de alcantarillado en el tramo 21 tiene una longitud de 100 m, en el tramo 22 tiene una longitud de 80 m, en el tramo 23 una longitud de 120 m, así mismo calcular en el último tramo el Qmax inst y el Qmax ext de acuerdo a los siguientes datos: Pp = 45,594 hab, Dot = 200 lts/hab/día, LTOTAL = 26.8 km, LTRIBU = 14.7 km y una Aportación de 80%.

Datos:LTramo21= 100 mLTramo22= 88 mLTramo23= 120 mPp= 42,594 habDot= 200 lts/hab/díaLT= 26.8 kmAp= 80%LTrib= 14.7 km

Dp = Pp/LT = 42,594/26.8 = 1589.33 hab

40

Tramo 21

Propia Tributaria Acumulada100 m 14.7 km 14800

PxTramo = Dp x LTramo = 1589.33 x 14.8 = 23,522.08 ≈ 23,522

Ap = 80% Dot = 0.800 x 200 = 160

Qmed = (Ap x Pp) / 86,400 seg = (160 x 23,522) / 86,400 = 43.56 l.p.s.

Tramo 22

Propia Tributaria Acumulada80 m 14.7 + 100 14880

PxTramo = Dp x LTramo = 1589.33 x 14.88 = 23,649.23 ≈ 23,649

Ap = 80% Dot = 0.800 x 200 = 160


Tramo 23

Propia Tributaria Acumulada120 m 14.88 15000

PxTramo = Dp x LTramo = 1589.33 x 15 = 23,839.95 ≈ 23,840

Ap = 80% Dot = 0.800 x 200 = 160


Qmax inst = Qmed x M = 44.15 x 2.58 = 113.91 l.p.s.

M=1+ 144+√P /1000

= 1+14

4+√23840 /1000 = 2.58

Qmax ext = Qmax inst x C.S. = 113.91 x 1.5 = 170.87 l.p.s.

C.S. = 1.5

41

-Para agua potable el material de la cama es de arena.

Resistencia necesaria

Las tuberías deben resistir los empujes laterales, subpresiones y carga externa sobre dichas tuberías ocasionada por el tránsito vehicular.

Esfuerzos interiores: generalmente los sistemas de alcantarillado son diseñados para que sus tuberías trabajen por gravedad como canales, sin embargo habrá ocasiones en que se presenten lluvias extraordinarias y obliguen a que las tuberías trabajen a presión.

42

También existen otros factores que influyen en las cargas como son: el ancho de la cepa, la profundidad de la excavación y el material de relleno.

Por lo tanto para el cálculo de la carga vertical sobre las tuberías, aplicaremos la teoría de Marsto.

W = C1 x w x B2

Donde:W = es la carga vertical sobre la tuberíaC1 = es el coeficiente que varia de acuerdo al materialB = ancho de la sepa

Material de Relleno:

Material Peso VolumétricoArena Seca 1600 kg/m3

Arena Húmeda 1920 kg/m3

Arcilla Húmeda 1600 kg/m3

Arcilla Saturada 2080 kg/m3

Tierra Vegetal Húmeda 1440 kg/m3

Tierra Vegetal Saturada 1760 kg/m3

43

Problema: calcular la carga vertical sobre una tubería de 30 cm de diámetro cuya profundidad al lomo del tubo es de 2.10 m, el material de relleno es arcilla saturada (tepetate).

a) Cuál es el ancho de cepa.

Ancho de Cepas

Diámetro Ancho de Cepa (B)0.30 0.850.38 0.950.45 1.100.61 1.200.76 1.500.91 1.701.07 1.901.221.521.832.132.44

2.102.502.803.203.50

b) Cama de tezontle

Diámetro Espesor cama de Tezontle (C)0.30 100.38 100.45 100.61 100.76 200.91 201.07 201.221.521.832.132.44

2020204040

W = C1 x w x B2 = 2.195 x 2080 kg/m3 x (0.85m)2 = 3298.64 kg/m

44

Problema: en una red de alcantarillado calcular la carga vertical sobre un colector de 76 cm de diámetro teniendo el siguiente material de relleno: 50% arcilla saturada, 25% tierra vegetal, 25% arena húmeda, teniendo una profundidad a eje de tubo de 3.50 m.

Datos:Tierra vegetal saturada = 1440Arcilla saturada = 2080Arena húmeda = 1920Coja eje = 3.50 mØ = 76 cmC = 0.20 cmB = 1.50 cm

H= 3.50 + 0.38 + 0.152 + 0.20 = 4.156C1 = H/B = 4.156/1.50 = 2.77

(50%)(2080) = 1040(25%)(1440) = 360(25%)(1920) = 480 Σ = 1800

Arena húmeda o tierra vegetal:2.5 – 1.772.77 – 1.89 x (0.25+0.25) = 0.96 ≈ C1

3.0 – 1.99

Arcilla saturada:2.5 – 1.912.77 – 2.06 x (0.50) = 1.03 ≈ C1

3.0 – 2.19

1.03 + 0.96 = 1.99 ≈ C1

W = C1 x w x B2 = 1.99 x 1880 kg/m3 x (1.50m)2 = 8417.70 kg/m

45

Seguridad en la eliminación

Las aguas negras deberán de evacuarse en conductos cerrados, permeables y a velocidades adecuadas y con ventilación para disipar el gas metano generado dentro de los conductos por la materia inorgánica, se debe considerar la localización del vertido el cual será en lugares despoblados para no ocasionar problemas a la población.

Velocidad mínima 0.6 m/s.

Velocidad máxima 3 a 5 m/s (dependiendo del diámetro y si es de concreto reforzado).

*Concreto simple máximo 3 m/s (porque se erosiona la plantilla).

Inspección y mantenimiento del sistema

Se tendrá que realizar el mantenimiento a la red de alcantarillado (desazolve), se realizara en temporada de estiaje, aun cuando se respeten las normas establecidas tanto en sección y pendiente hidráulica.

La materia en suspensión y los cuerpos grandes que entran en las tuberías azolvaran los conductos reduciendo el área hidráulica lo que provoca que las aguas residuales afloren en la superficie (pozo de visita).

1.5 Configuración de la Red de Alcantarilladoa) Trazo perpendicular al cuerpo de descarga

46

b) Tipo radial

c) Trazo en abanico

47

d) Trazo perpendicular con interceptores

Trazo de la Red Secundaria

El trazo de la red secundaria se inicia desde los límites de la población incluyendo las áreas futuras de acuerdo al crecimiento urbano e cada localidad, este trazo deberá descargar hacia los subcolectores o colectores y puede ser de 3 tipos:

a) Trazo en bayoneta

48

Las ventajas que se tienen con este trazo es que se adquiere un régimen hidráulico establecido gradualmente desde el gasto máximo, evita el uso de muchas cabezas de atarjea y trabaja hidráulicamente al 100%.

b) Trazo en peine

Ventajas: se garantizan aportaciones rápidas y directas de las atarjeas iniciales a los subcolectores o colectores, además tiene una gama más amplia de pendientes.

Desventajas: trabajan por debajo de su capacidad desaprovechando gran parte de la tubería.

Trazo y nomenclatura de los planos

Su numeración se iniciará en el tramo cabeza del colector aguas arriba hacia aguas abajo. Se tomaran primero los lados derechos y posteriormente los tramos izquierdos.

49

Capítulo 2

2.1 Estudios TopográficosEntrega del plano topográfico con curvas de nivel tanto maestras como secundarias.

2.2 Estudios de PoblaciónSe entrego memoria descriptiva:

-Ubicación-Antecedentes históricos-Clima-Servicios urbanos-Hidrología-Orografía-Población económicamente activa

2.3 Otros Estudios-Clasificación del terreno

*En este punto se calculara el coeficiente de escurrimiento que se utilizara para calcular el gasto pluvial.

51

Capítulo 3Datos básicos de un Sistema Separado

3.1 Periodo económico de proyectoSe considera el incremento de la población a través del tiempo, en una red de alcantarillado origina fuertes inversiones, por lo que el periodo económico es aquel sistema proyectado que trabaja eficientemente y además cubrirá la inversión ejecutada en la obra.

3.4 Obtención de gasto Aguas NegrasProblema: calcular el gasto máximo extraordinario para una población de 8,500 habitantes y una dotación de 200 lts/hab/día, la aportación será al 80%.

52

Datos:

Pp=8500 habitantes

Dot=200lts/hab/dia

Aportación=80% de la dotación

Nota: El gasto minimo que se debe tener es 1 lps, por lo tanto en caso de ser menor se cambiara a 1lps.

Para el cálculo del gasto de aguas negras se anotaran las longitudes propias, tributarias y acumuladas por tramo.

Ecuaciones para Gasto Aguas Negras

-Gasto Medio

Qmed = (Ap * Pp) / 86400 = X l.p.s.

-Gasto Mínimo

Qmin = Qmed * 0.5

-Gasto Máximo Instantáneo

Qmax inst = Qmed * M

Coeficiente Harmon

M=1+ 14

4+√P /1000

M = 1000 <P 3.8M = 1000 – M – 63450M = Mayor 63450 habM = 2.17

-Gasto Máximo Extraordinario

Qmax ext = Qmax inst * C.S.

Coeficiente de Seguridad

C.S. = 1.5

53

P= 8500Dp= 1.37096774LT= 6200Dot= 200Ap= 160

TRAMO PROPIA TRIBUTARIA ACUMULADAPOBLACIÓN

TRAMOQmed Qmin M Qinst Qext

1 200 ------- 200 274 1.0000 1.0000 3.8 3.8000 5.70002 200 200 400 548 1.0155 1.0000 3.8 3.8590 5.78853 200 400 600 823 1.5233 1.0000 3.8 5.7885 8.68284 200 600 800 1097 2.0311 1.0155 3.77 7.6648 11.49725 200 800 1000 1371 2.5388 1.2694 3.71 9.4126 14.11896 200 1000 1200 1645 3.0466 1.5233 3.65 11.1207 16.68107 200 1200 1400 1919 3.5544 1.7772 3.60 12.7943 19.19158 200 1400 1600 2194 4.0621 2.0311 3.55 14.4378 21.65679 200 1600 1800 2468 4.5699 2.2849 3.51 16.0543 24.0814

10 200 1800 2000 2742 5.0777 2.5388 3.48 17.6464 26.469611 200 2000 2200 3016 5.5854 2.7927 3.44 19.2162 28.824412 200 2200 2400 3290 6.0932 3.0466 3.41 20.7657 31.148513 200 2400 2600 3565 6.6010 3.3005 3.38 22.2962 33.444314 200 2600 2800 3839 7.1087 3.5544 3.35 23.8091 35.713715 200 2800 3000 4113 7.6165 3.8082 3.32 25.3057 37.958516 200 3000 3200 4387 8.1243 4.0621 3.30 26.7868 40.180217 200 3200 3400 4661 8.6320 4.3160 3.27 28.2534 42.380118 200 3400 3600 4935 9.1398 4.5699 3.25 29.7064 44.559619 200 3600 3800 5210 9.6476 4.8238 3.23 31.1464 46.719620 200 3800 4000 5484 10.1553 5.0777 3.21 32.5741 48.861121 200 4000 4200 5758 10.6631 5.3315 3.19 33.9900 50.985122 200 4200 4400 6032 11.1708 5.5854 3.17 35.3949 53.092323 200 4400 4600 6306 11.6786 5.8393 3.15 36.7890 55.183624 200 4600 4800 6581 12.1864 6.0932 3.13 38.1730 57.259525 200 4800 5000 6855 12.6941 6.3471 3.12 39.5472 59.320826 200 5000 5200 7129 13.2019 6.6010 3.10 40.9120 61.368027 200 5200 5400 7403 13.7097 6.8548 3.08 42.2677 63.401628 200 5400 5600 7677 14.2174 7.1087 3.07 43.6148 65.422229 200 5600 5800 7952 14.7252 7.3626 3.05 44.9535 67.430330 200 5800 6000 8226 15.2330 7.6165 3.04 46.2842 69.426231 200 6000 6200 8500 15.7407 7.8704 3.02 47.6070 71.410532 200 6200 6400 8774 16.2485 8.1243 3.01 48.9223 73.3835

TABLA DE CALCULO DE AGUAS NEGRASLONGITUD (m) GASTOS l.p.s.

Los tramos enfatizados son los del colector.

54

3.3 Dotación y AportaciónDotación: Es la cantidad de agua que se le asigna a cada habitante promedio al día.

Aportación: Se adopta un criterio del 75% al 85% de la dotación considerando que del 15% al 25%se consume antes de llegar a los conductos (fugas, lavado de ropa, etc.).

La Comisión Nacional del Agua a través del IMTA realiza mediciones en todo el país con el objetivo de definir el porcentaje de aportación.

Problema:

Calcular el menor diamet5ro de una tubería y la mínima pendiente que garantice la conducción de un gasto de 328 lts considerando una tubería de concreto.

Q=VA

∴∅= π D2

4V

∴∅=√Q 4πV

∴∅=√ 328∗4πV

S=( Vn

( D4 )

2 /3 )2

55

PLANO DE PENDIENTESPara la obtención del plano de pendientes es necesario conocer las cotas de terreno de cada uno de los cruceros de nuestro proyecto.

La pendiente se obtendrá dividiendo la diferencia entre las cotas de un tramo entre la longitud el mismo, se obtendrá la pendiente en el sentido vertical y en el horizontal y al final se obtendrá la pendiente media del terreno obteniendo las sumas de todas las pendientes horizontales y verticales que de nuevo se sumaran y se dividirán entre el número de tramos.

S=c i−c f

L

Sm=∑ Sv+∑ Sh

Node tramos

Sm=0.0575+0.051031

=0.0035

56

0.0025

0.0030

0.0035

0.0030

0.0035

0.0025

0.0035

0.0045

0.0030

0.0030

0.0035

0.0055

0.0040

0.0040

0.0030

0.0035 0.0045 0.0025 0.0040

0.00350.0035

0.0020 0.0045

0.00450.0025

0.0035

0.0040

0.0025

0.0035

0.0040

0.0040

101.40 100.70 100.00 100.50 101.40

100.80 100.20 99.30 99.70 100.60

100.10 99.60 98.50 99.20 99.90

99.2098.4097.9098.8099.50

3.6 Intensidad de lluvia método de GumbelEs la cantidad de lluvia promedio que cae en una tormenta y se mide al dividir el volumen total de la lluvia entre el tiempo de duración de la tormenta. Este dato se requiere para proyectar un sistema de alcantarillado pluvial por lo cual se requiere la rapidez de la información de acuerdo a la variación de la altura de precipitación con respecto al tiempo el cual se denomina intensidad de lluvia.

Por lo general en la intensidad de lluvia se refiere y se requiere el valor medio de la intensidad de lluvia (método de Gumbel), la cual corresponde de a cuerdo a la siguiente relación.

I=hpt

En donde:

I=Intensidad de lluvia

hp=Altura de precipitación

t=Tiempo en min

Los aparatos que se utilizan para obtener la intensidad de lluvia son: pluviómetro y pluviógrafo.

Nota: Las alturas de precipitación se ordenan en forma decreciente y entre mayor sea el número de años más precisa será la intensidad.

Problema:

Calcular la intensidad de lluvia de a cuerdo a los datos de la estación pluviométrica de la estación Dolores en el Distrito Federal.

Años 5 10 15 20 30 45 60 80 100 1201 211 180 146.4 115.2 86 65.2 50.4 38.7 31.2 26.22 204 150 120 105.9 78.8 58.5 45 35.1 28.2 23.53 180 144 110.4 102 78.4 57.3 44.7 33.9 27.2 22.94 156 103.2 92 87 77 54.9 44.2 33.8 27 22.55 139.2 96 92 84 66 53.3 41.4 31.1 24.8 20.76 132 90 88 68.4 52.4 40 32 24.8 20.3 17.87 120 90 77.2 67.8 48 40 31 24 19.6 16.58 111.6 78 74.4 60 48 33.7 25.8 21.8 19.2 16.59 108 78 60.8 54.3 46 33.3 25.4 19.5 16.4 13.8

10 88.8 64.8 53.6 46.8 33.6 27.9 21.8 16.5 13.8 11.8SUMA 1450.6 1074 914.8 791.4 614.2 464.1 361.7 279.2 227.7 192.2 Ī 145.06 107.4 91.48 79.14 61.42 46.41 36.17 27.92 22.77 19.22

57

Ī=Promedio

Para obtener la desviación estándar (D) se utilizara la siguiente fórmula:

D=√∑(i−Ī )2

n−1

n=Numero de años

A continuación se presentan los valores de (i−Ī )2

Años 5 10 15 20 30 45 60 80 100 1201 4348.0836 5270.76 3016.2064 1300.3236 604.1764 353.0641 202.4929 116.2084 71.0649 48.72042 3473.9236 1814.76 813.3904 716.0976 302.0644 146.1681 77.9689 51.5524 29.4849 18.31843 1220.8036 1339.56 357.9664 522.5796 288.3204 118.5921 72.7609 35.7604 19.6249 13.54244 119.6836 17.64 0.2704 61.7796 242.7364 72.0801 64.4809 34.5744 17.8929 10.75845 34.3396 129.96 0.2704 23.6196 20.9764 47.4721 27.3529 10.1124 4.1209 2.19046 170.5636 302.76 12.1104 115.3476 81.3604 41.0881 17.3889 9.7344 6.1009 2.01647 628.0036 302.76 203.9184 128.5956 180.0964 41.0881 26.7289 15.3664 10.0489 7.39848 1119.5716 864.36 291.7264 366.3396 180.0964 161.5441 107.5369 37.4544 12.7449 7.39849 1373.4436 864.36 941.2624 617.0256 237.7764 171.8721 115.9929 70.8964 40.5769 29.3764

10 3165.1876 1814.76 1434.8944 1045.8756 773.9524 342.6201 206.4969 130.4164 80.4609 55.0564SUMA 15653.604 12721.68 7072.016 4897.584 2911.556 1495.589 919.201 512.076 292.121 194.776

D 41.70478789 37.59681 28.03176 23.32758 17.98628 12.89095 10.10611 7.543032 5.69718 4.65207

Se calcularan las intensidades probables para los diferentes tiempos para un periodo de retorno de 2 años de a cuerdo a la siguiente ecuación.

Tr= Periodo de retorno (2 años)

K=0.45+(0.78∗ln∗ln( TrTr−1 ))

K 0.164119922

Para obtener las intensidades probables se utilizara la siguiente formula:

I=Ī−DK

DK 6.844586534 6.170385 4.6005702 3.8285206 2.951907 2.115661 1.658614 1.237962 0.93502 0.7635

I 138.2154135 101.2296 86.87943 75.311479 58.46809 44.29434 34.51139 26.68204 21.835 18.4565

Finalmente calcularemos la intensidad de lluvia por el método de Gumbel con las siguientes ecuaciones:

I= ab+tc

58

a= 145525

10∗∑ tI−(485∗∑ 1

I )

b=a∗∑ 1

I10

−48.5

Donde:

I=Intensidad de lluvia

tc=Tiempo de concentración en min

Sumat/I 0.036175415 0.098785 0.1726531 0.2655638 0.5131 1.015931 1.738557 2.998272 4.57981 6.50177 17.92061861/I 0.007235083 0.009879 0.0115102 0.0132782 0.017103 0.022576 0.028976 0.037478 0.0458 0.05418 0.24801546

a 2469.929489b 12.75807101

59

3.8 Coeficiente de EscurrimientoNo toda la lluvia que cae escurre por la superficie por ejemplo en lugares donde hay mucha vegetación gran parte de esta lluvia es detenida e infiltrada al subsuelo y la que queda se evapora de a cuerdo a la temperatura ambiente.

Los principales factores que determinan el coeficiente de escurrimiento son los siguientes:

1.-La permeabilidad del terreno

2.-Tipo de vegetación

3.-La distribución no uniforme de la lluvia, para lo cual nos basremos en la tabala de los coeficientes de escurrimiento.

Para ello se calculara de acuerdo a la siguiente ecuación.

Cm=((C1∗A1 )+ (C 2∗A2 )+… (Cn∗An ))

AT

3.9 Determinación del Área de InfluenciaCalculo de Áreas

Se puede considerar un área de influencia de 50 m para pendientes de 0 a 12 milésimas y de 100 a 200 m para pendientes mayores de 12 milésimas y hasta 20 milésimas. Lo anterior se puede modificar de acuerdo al criterio de la persona que realice el trabajo.

60

200.0000 200.0000 200.0000 250.0000

200.0000

200.0000

200.0000

50.0000

50.0000

4 1 2 7

12

21

24 25 31 30

14 18 27

6 9 16

11 5 3 8 15

20

23

13

22

10

19

17

28

26

29

En el ejemplo que hemos estado manejando se tiene una Sm= 0.0035 por lo que el area de influencia será de 50m.

Una vez que tengamos el área de influencia delimitada sacaremos las áreas de todos los tramos; primero la propia y posteriormente la tributaria y la acumulada el área se manejara en hectáreas.

Ejemplo:

A7=200∗100

2+(50∗250)=2.25ha

Y se elaborara la siguiente tabla con las áreas obtenidas.

En la parte inferior no se toma área de influencia porque se hace la descarga.

61

PROPIA TRIBUTARIA ACUMULADA1 2 0 22 2 0 23 2 4 64 2.25 0 2.255 2 2.25 4.256 2 4.25 6.257 2.25 0 2.258 2 2.25 4.259 2 4.25 6.25

10 2 18.5 20.511 2 0 212 2 2 413 2 4 614 2 6 815 2 0 216 2 2 417 2 4 618 2 6 819 2 36.5 38.520 2 0 221 2 2 422 2 4 623 2 0 224 1 2 325 1 9 1026 2 0 227 2 2 428 2 4 629 2 0 230 1 2 331 1 9 1032 0 58.5 58.5

TABLA DE AREAS

TRAMOAREAS (ha)

62

Calcular el coeficiente de escurrimiento medio de a cuerdo al problema anterior.

200.0000 200.0000 200.0000 250.0000

200.0000

200.0000

200.0000

50.0000

50.0000

Área 1= Zona industrial 4ha

Área 2=Zona comercial 4ha

Área 3=Zona de cementerio 4ha

Area4=Zona habitacional (58.5ha-(A1+A2+A3))=46.5ha

No. Min Max1 0.6 0.92 0.75 0.953 0.1 0.254 0.5 0.7

Coeficiente ©

Cm=((C1∗A1 )+ (C 2∗A2 )+… (Cn∗An ))

AT

Cm=((4∗0.90 )+(4∗0.95 )+(4∗0.25 )+ (46.5∗0.70 ))

58.5

Cm=0.70

63

3.10 Calcular el Q PluvialDel ejemplo anterior calcular el gasto pluvial por el método de Burkli-Ziegler. Considerando una intensidad de lluvia de 4cm/hr.

Datos:

Cm=0.70

Sm=3.5 milesimas

I=4cm/hr

F.C.=27.78

Formulas:

Q=F .C .∗C∗I∗S1/4∗A3/4

K=F .C .∗C∗I∗S1/4

Q=K∗A3 /4

Calculamos la constant K

K=F .C .∗C∗I∗S1/4

K=27.78∗0.70∗4∗3.51/4

K=106.39

Y con la tabla antes obtenida de las áreas calculamos el gasto pluvial para cada tramo.

64

TRAMO A PROPIA A TRIBUTARIA A ACUMULADA A¾ K Q1 2 0 2 1.68 106.39 212.782 2 0 2 1.68 106.39 212.783 2 4 6 3.83 106.39 638.344 2.25 0 2.25 1.84 106.39 239.385 2 2.25 4.25 2.96 106.39 452.166 2 4.25 6.25 3.95 106.39 664.947 2.25 0 2.25 1.84 106.39 239.388 2 2.25 4.25 2.96 106.39 452.169 2 4.25 6.25 3.95 106.39 664.94

10 2 18.5 20.5 9.63 106.39 2181.0011 2 0 2 1.68 106.39 212.7812 2 2 4 2.83 106.39 425.5613 2 4 6 3.83 106.39 638.3414 2 6 8 4.76 106.39 851.1215 2 0 2 1.68 106.39 212.7816 2 2 4 2.83 106.39 425.5617 2 4 6 3.83 106.39 638.3418 2 6 8 4.76 106.39 851.1219 2 36.5 38.5 15.46 106.39 4096.0220 2 0 2 1.68 106.39 212.7821 2 2 4 2.83 106.39 425.5622 2 4 6 3.83 106.39 638.3423 2 0 2 1.68 106.39 212.7824 1 2 3 2.28 106.39 319.1725 1 9 10 5.62 106.39 1063.9026 2 0 2 1.68 106.39 212.7827 2 2 4 2.83 106.39 425.5628 2 4 6 3.83 106.39 638.3429 2 0 2 1.68 106.39 212.7830 1 2 3 2.28 106.39 319.1731 1 9 10 5.62 106.39 1063.9032 0 58.5 58.5 21.15 106.39 6223.82

GASTO PLUVIAL (BURKLI-ZIEGLER)

65

Ejercicio:

Calcular el Q y V para un tirante de 70 cm de un colecto de 91 cm de Ø, con una pendiente de 30 milesimas.

θ= 2 cos-1 [1- (2*t/D)] = 2 cos-1 [1- (2*70/91)] = 247.50°

rh’ = 0.25 – 14.3239 * senθ/θ = 0.25 – 14.3239 * sen 247.50/ 247.50 = 0.3035

v / V = [4(0.3035)2/3 * 0.013/0.013] = 1.138

V = 1 / 0.013 * (0.91/4)2/3 * (0.03)1/2 = 4.96

v = 1.138(4.96) = 5.6504 m/s

A = π D2/4 = π (0.91)2/4 = 0.6504 m2

a = D2/4 * (πθ/360 – senθ/2) = (0.91)2/4 * (π 247.50/360 – sen 247.50/2) = 0.5428 m2

q = a/A * v/V * Q = (0.5428/0.6504) * (5.6504/4.96) * (3.23) = 3.07

Q = πD2/4 * V = π (0.91)2/4 * 4.96 = 3.23

Con tabla III.S

t/D = 70/91 = 0.7692

q/Q = 3.07/3.23 = 0.95

q = (0.94)(3.23) = 3.04 m3/s = 3040 l.p.s.

tabla

66

Aparatos para medir la intensidad de lluvia.

1.-Pluviometro.- Es un recipiente cilíndrico de lamina de 20cm de diámetro y 60cm de altura, en la tapa cilíndrica se localiza un embudo receptor el cual se comunica con una probeta graduada de sección 10 veces menor que el de la tapa, este permite medir la altura de lluvia en la probeta con una aproximación de decimas de mm ya que cada cm de medido en la probeta nos representa 1mm de altura de lluvia y estas lecturas se toman cada 24 horas.

2.-Pluviografo.-Es un instrumento que lleva registro de la altura de lluvia entre el tiempo y está compuesto por un embudo que está ligado a un sistema de flotadores que originan un movimiento de una aguja sobre un papel registrador y que está montado en un sistema de reloj.

Calculo del gasto pluvial por el método Racional Americano.

Para el gasto pluvial se aplicara la siguiente ecuación.

Q=F .C .∗C∗I∗A

Este método es analítico y hay que determinar los tiempos de concentración de cada tramo de la red.

Tiempos de concentración: Tc-Para determinar el tiempo de concentración el cual se considera que es el tiempo que teóricamente tardaría la gota más alejada que cae en el área de aportación en llegar al punto de concentración.

En todo sistema de alcantarillado el tiempo de concentración está formado por dos tiempos el primero llamado tiempo de ingreso (ti) y el segundo tiempo de escurrimiento (te).

∴tc=ti+te

Tiempo de ingreso: ti-Es el tiempo que tarda teóricamente en escurrir una gota desde el punto más alejado del área de captación hasta entrar a la primera coladera pluvial del sistema de alcantarillado. Este tiempo depende de la rugosidad del terreno, de la capacidad de infiltración del mismo terreno y del tamaño de las calles entre otros factores.

Por lo anterior Kerby aplico la siguiente ecuación considerando el coeficiente de rugosidad del terreno y la pendiente del mismo, así como la longitud de las calles.

ti=[ 23∗L∗( n

√s )]0.467

En donde:

L=Longitud de las calles

n=Coeficiente de rugosidad

67

Como es imposible conocer el tiempo de ingreso con exactitud se acostumbra a tomarlo con una duración de 5 a 30 minutos, sin embargo suelen tomarse los siguientes valores prácticos del tiempo de ingreso.

a) En poblaciones pavimentadas el tiempo de ingreso es de 5 a 7 minutos.

b) En zonas comerciales con pendientes suaves y distancias grandes entre coladeras pluviales el tiempo de ingreso va de 10 a 15 minutos.

c) En zonas residenciales con terreno plano el tiempo de ingreso es de 20 a 30 minutos.

d) En lotes medianos con pendientes de 4 a 7 milésimas se considera un tiempo de ingreso de 7 minutos.

e) En lotes grandes o calles grandes se toma un tiempo de ingreso de 12 minutos.

Tiempo de escurrimiento: Es el tiempo que tarda en escurrir la gota de agua en las tuberías y generalmente se considera el tiempo entre dos pozos de visita.

Por lo tanto el tiempo de escurrimiento lo determinaremos de la siguiente manera.

te= LV

Donde la velocidad será igual a 1m/s y la longitud será la propia del tramo en cuestión.

Nota:

En tramos interiores el tiempo de concentración es el tiempo de escurrimiento, y en tramos cabeza se suma el tiempo de escurrimiento y el tiempo de ingreso para sacar el tiempo de concentración.

Cuando se unen dos tramos cabeza en un tramo intermedio se toma el tiempo de concentración más grande.

68

Calcular los tiempos de concentración de la siguiente red.

Ejemplo:

Datos:

F.C.=2.778

C=0.70

a=2469.93

b=12.76

Para el primer tramo tomamos en cuenta las siguientes consideraciones.

a) En poblaciones pavimentadas el tiempo de ingreso es de 5 a 7 minutos.

d) En lotes medianos con pendientes de 4 a 7 milésimas se considera un tiempo de ingreso de 7 minutos.

Por lo cual tomaremos un tiempo de ingreso de 7 minutos (cada tramo se debe analizar para determinar el tiempo de ingreso).

El tiempo de escurrimiento se calculara con la siguiente ecuación.

te= 2001m /s

69

te=200 seg

Convertimos el tiempo de ingreso a minutos y este valor será el miso para todos los tramos ya que la longitud es la misma en todos.

te=200 seg60 seg

te=3.33min

tc=ti+te

tc=7+3.33=10.33min

I= ab+tc

Q=F .C .∗C∗I∗A

70

Tc I Q

PROPIA TRIBUTARIA ACUMULADA min mm/hr lps

1 2 0 2 10.33 106.98 416.062 2 0 2 10.33 106.98 416.063 2 4 6 13.66 93.49 1090.854 2.25 0 2.25 10.33 106.98 468.075 2 2.25 4.25 13.66 93.49 772.696 2 4.25 6.25 16.99 83.03 1009.107 2.25 0 2.25 10.33 106.98 468.078 2 2.25 4.25 13.66 93.49 772.699 2 4.25 6.25 16.99 83.03 1009.10

10 2 18.5 20.5 20.32 74.67 2976.6611 2 0 2 10.33 106.98 416.0612 2 2 4 13.66 93.49 727.2313 2 4 6 16.99 83.03 968.7414 2 6 8 20.32 74.67 1161.6215 2 0 2 10.33 106.98 416.0616 2 2 4 13.66 93.49 727.2317 2 4 6 16.99 83.03 968.7418 2 6 8 20.32 74.67 1161.6219 2 36.5 38.5 23.65 67.84 5079.0020 2 0 2 10.33 106.98 416.0621 2 2 4 13.66 93.49 727.2322 2 4 6 16.99 83.03 968.7423 2 0 2 10.33 106.98 416.0624 1 2 3 13.33 94.68 552.3225 1 9 10 20.32 74.67 1452.0326 2 0 2 10.33 106.98 416.0627 2 2 4 13.66 93.49 727.2328 2 4 6 16.99 83.03 968.7429 2 0 2 10.33 106.98 416.0630 1 2 3 13.66 93.49 545.4231 1 9 10 20.32 74.67 1452.0332 0 58.5 58.5 23.65 67.84 7717.44

TRAMOAREAS (ha)Gasto Pluvial Racional Americano

71

Método Gráfico AlemánEste método consiste fundamentalmente en hidrogramas y para el cálculo de su gasto aplicaremos la siguiente ecuación:

Q = 2.2778 C I A

Nota-.El área es propia en hectáreas

La diferencia entre el método racional americano y el método gráfico alemán, es que el primero es un método analítico y el segundo es un método gráfico, ya que nos valemos de un artificio gráfico (hidrograma).

La representación gráfica de los gastos que pasan por el punto de salida, o sea hidrogramas de los escurrimientos y se pueden tener de dos tipos que son los siguientes:

1.- Cuando el ti es igual al tiempo de duración de la lluvia(fig.1).

72

2.- Cuando el tiempo de concentración es diferente al tiempo de duración(fig. 2).

La figura (1) nos indica que al empezar la lluvia, empieza con un cierto gasto de escurrimiento y que va aumentando hasta convertirse en el gasto total y esto nos indica que el tc es igual al td de la lluvia.

La figura (2) nos indica que el tiempo de duración es mayor que el tiempo de concentración, por lo tanto el gasto max se mantendrá durante un tiempo y que será igual a la diferencia del tiempo de duración y el tiempo de concentración, cuando la lluvia termina, el caudal empieza a disminuir hasta llegar a cero y esto sucede cuando transcurre el tc después de que termine la lluvia.

La figura típica de un hidrograma está formada de la siguiente manera:

1.- En un sistema de coordenadas en el eje de las abscisas se llevan los tiempos y en el eje de las ordenadas se coloca los gastos que pueden ser en l.ps. o en m3/seg.

2.- El Q se calcula empleando la ecuación antes mencionada, considerando la intensidad de lluvia constante y las áreas son las propias de cada tramo.

3.- Se tendrán que determinar tc y td (visto en el método racional americano).

4.- El trapecio está formado por 4 puntos, el primero empieza en el eje de las coordenadas, el punto dos se indica el tiempo de concentración y el gasto, en el punto tres se indica el tiempo de

73

duración y el gasto, y por último en el punto 4, se indica la suma del tiempo de duración más el tiempo de concentración con un gasto igual a cero.

En

todo sistema de alcantarillado, se tienen dos situaciones muy comunes que son las siguientes:

A) Tramos consecutivos

Nota.- Los hidrogramas se empezaran desde aguas abajo hacia aguas arriba de la red de alcantarillado.

74

B) Tramos concurrentes

Problema: Realizar los hidrogramas de la siguiente red de alcantarillado.

75

A continuación se muestra la obtención del hidrograma, de la red antes propuesta, siguiendo los pasos de igual forma antes mecionados.

76

77

HIDROGRAMA DE LA RED PROPUESTA.

1) Tramo cabeza

Método Gráfico Alemán

Q = 2.778 C I A Q = (2.778) (0.70) (67.31) (2) = 261.78 l.p.s.

c = 0.70

I = (a / b + c )= (2467 / 13 + 23.65) = 67.31 mm/hr

tc = 23.65 del vertido

A = propia en Ha

tc = 10.33 min

td = 23.65 min

2) Tramo intermedio

78

Q = 2.778 C I A = (2.778) (0.70) (67.31) (2) = 261.78 l.p.s.

I = 67.31

c = 0.70

tc = 3.33 min

td = 23.65 min

Problema: Realizar los hidrogramas de la siguiente red de alcantarillado (clase).

79

1. Se realizara el cálculo de gastos, tiempos de concentración y tiempo de duración.

MÉTODO GRÁFICO ALEMAN

TRAM ÁREA (Ha) I (mm/hr) C Q (lps) te ti tc td

80

O PROPIA

TRIBUTARIA

ACUMULADA

1 2.25 0 2.25 105.74 0.7 294.5 7 3.33 10.33 23.652 2.25 0 2.25 105.74 0.7 294.5 7 3.33 10.33 23.653 2 4 6 92.54 0.7 261.78 0 3.33 3.33 23.654 2.25 0 2.25 105.74 0.7 294.5 7 3.33 10.33 23.655 2 2.25 4.25 92.54 0.7 261.78 0 3.33 3.33 23.656 2 4.25 6.25 82.26 0.7 261.78 0 3.33 3.33 23.657 2.25 0 2.25 105.74 0.7 294.5 7 3.33 10.33 23.658 2 2.25 4.25 92.54 0.7 261.78 0 3.33 3.33 23.659 2 4.25 6.25 82.26 0.7 261.78 0 3.33 3.33 23.65

10 2 18.5 20.5 74.04 0.7 261.78 0 3.33 3.33 23.6511 2 0 2 105.74 0.7 261.78 7 3.33 10.33 23.6512 2 2 4 92.54 0.7 261.78 0 3.33 3.33 23.6513 2 4 6 82.26 0.7 261.78 0 3.33 3.33 23.6514 2 6 8 74.04 0.7 261.78 0 3.33 3.33 23.6515 2 0 2 105.74 0.7 261.78 7 3.33 10.33 23.6516 2 2 4 92.54 0.7 261.78 0 3.33 3.33 23.6517 2 4 6 82.26 0.7 261.78 0 3.33 3.33 23.6518 2 6 8 74.04 0.7 261.78 0 3.33 3.33 23.6519 2 0 2 67.31 0.7 261.78 7 3.33 10.33 23.6520 2 36.5 38.5 105.74 0.7 261.78 0 3.33 3.33 23.6521 2 2 4 92.54 0.7 261.78 0 3.33 3.33 23.6522 2 4 6 82.26 0.7 261.78 0 3.33 3.33 23.6523 2 0 2 105.74 0.7 261.78 7 3.33 10.33 23.6524 1 2 3 92.54 0.7 130.89 0 3.33 3.33 23.6525 1 9 10 74.04 0.7 130.89 0 3.33 3.33 23.6526 2 0 2 105.74 0.7 261.78 7 3.33 10.33 23.6527 2 2 4 92.54 0.7 261.78 0 3.33 3.33 23.6528 2 4 6 82.26 0.7 261.78 0 3.33 3.33 23.6529 2 0 2 105.74 0.7 261.78 7 3.33 10.33 23.6530 1 2 3 92.54 0.7 130.89 0 3.33 3.33 23.6531 1 9 10 74.04 0.7 130.89 0 3.33 3.33 23.6532 58.5 58.5 67.31 0.7 0 0 3.33 3.33 23.65

81

Capítulo 4

4.1 Plano y configuración del sistema (plano de trazo y nomenclatura)

4.3 Elaboración de memorias y tramos *Memoria descriptiva *Población de proyecto *Cálculo de aguas negras

Cálculo y Diseño geométrico del Sistema

-Diseño de tuberías

Pendiente hidráulica: es la pendiente que sigue la superficie libre del agua dentro de la tubería, esta definida por la siguiente ecuación:

SH = (NP1 – NP2) / L1-2

En donde:

NP1 = nivel piezométrico en el nivel 1NP2 = nivel piezométrico en el nivel 2L1-2 = longitud entre punto 1 y 2

La pendiente hidráulica dependerá de los niveles en el punto de la descarga, los cuales pueden ser controlados si dicho punto es una planta de tratamiento o una planta de bombeo.

En caso que el punto de la descarga sea un cauce natural con variaciones en sus niveles, la SH se tiene que considerar y determinar en el nivel más alto de la S.L.A.

En el cauce es muy común que la SH se determine partiendo de la cota de clave de las tuberías, ya que un sistema de alcantarillado debe trabajar como canal y por lo tanto el tirante max dentro de las tuberías alcanzara hasta la C.C. por lo tanto la SH se determina con la siguiente ecuación:

SH = (CC1 – CC2) / L1-2

La pendiente geométrica es la que se usa o se emplea en el proceso constructivo del sistema de alcantarillado y por lo tanto también se le conoce como pendiente de construcción y se obtiene a partir de las cotas de plantilla, por lo tanto tenemos:

SG = (CP1 – CP2) / L1-2

82

Diseño del Colector

1.- Determinar longitud.

2.- Obtener gastos del sistema combinado.

Gasto Aguas Negras + Gasto Pluvial (Método Racional Americano)

Tramo 1: 5.7 + 411.24 = 416.490 – 0.416

Tramo 3: 8.71 + 1079.72 = 1088.490 – 1.088

Tramo 10: 28.85 + 2951.55 = 2980.400 – 2.98

Tramo 19: 46.76 + 5039.30 = 5086.060 – 5.086

Tramo 32: 71.30 + 7657.13 = 7728.430 – 7.728

3.- Pendiente por tramo, del plano de pendientes

4.- Diámetros Q=[3.21 Q n / S1/2 ] 3/8 Se pone diámetro comercial

S= promedio de las pendientes del colector = 0.0035

Ø 1 = 0.632 m = 0.76

Ø 3 = 0.914 m = 0.91

Ø 10 = 1.32 m = 1.52

Ø 19 = 1.615 m = 1.83

Ø 32 = 1.889 = 2.13

CC1 = CT1 (c + e) = 100.70 – (0.90 +0.76) = 99.72CC2 = CC1 – (S * L1-2) = 99.72 – (0.0035 * 803) = 96.91CP1 = CC1 – Ø = 99.72 – 0.76 = 98.96CP2 = CC2 – Ø = 96.91 – 2.13 = 94.78

SH = 99.72 – 96.91 / 863 = 0.0035 Ajusta CP2 y CC2

SG = 98.96 – 94.78 / 803 = 0.0052

83

CP2 = CP1 – (SG x L1-2) = 98.96 – (0.0052 x 803) = 94.78CC2 = CP2 + Ø = 94.78 + 2.13 = 96.91

Nota: no es obligatorio que CP2 y CC2 coincidan.

5.- Desnivel hidráulico y geométrico

DH = SH x LTRAMO

6.- Gasto a tubo lleno y velocidad a tubo lleno

QTLL = A V

QTLL 1 = π (0.76)2/4 x 1.50 x1000 = 680.47 l.p.s

QTLL 3 = π (0.91)2/4 x 1.70 x1000 = 1105.66 l.p.s

QTLL 10 = π (1.52)2/4 x 2.39 x1000 = 4336.66 l.p.s

QTLL 19 = π (1.83)2/4 x 2.70 x1000 = 7101.56 l.p.s

QTLL 32 = π (2.13)2/4 x 2.99 x1000 = 10654.19 l.p.s

VTLL = 1/n * (D/4)2/3 * (SH)1/2

VTLL 1 = 1/0.013 * (0.76/4)2/3 * (0.0035)1/2 = 1.50 m3/seg

VTLL 3 = 1/0.013 * (0.91/4)2/3 * (0.0035)1/2 = 1.70 m3/seg

VTLL 10 = 1/0.013 * (1.52/4)2/3 * (0.0035)1/2 = 2.39 m3/seg

VTLL 19 = 1/0.013 * (1.83/4)2/3 * (0.0035)1/2 = 2.70 m3/seg

VTLL 32 = 1/0.013 * (2.13/4)2/3 * (0.0035)1/2 = 2.990 m3/seg

7.- Q Diseño / Q TLL

Tramo 1 = 416.94/680.47 = 0.61

Tramo 3 = 1088.49/1105.66 = 0.98

Tramo 10 = 2980.40/4336.66 = 0.69

Tramo 19 = 5086.06/7101.56 = 0.72

Tramo 32 = 7728.43/10654.19 = 0.72

84

8.- V/VTLL = (Q Diseño/QTLL)0.312 * 1.26

Tramo 1 = 0.61 0.312 * 1.26 = 1.08

Tramo 3 = 0.98 0.312 * 1.26 = 1.25

Tramo 10 = 0.69 0.312 * 1.26 = 1.12

Tramo 19 = 0.72 0.312 * 1.26 = 1.14

Tramo 32 = 0.72 0.312 * 1.26 = 1.14

9.- V real (QDD/QTLL) 0.312 * 1.26 * VTLL

Tramo 1 = 1.08 * 1.50 = 1.62 m3/seg

Tramo 3 = 1.25 * 1.70 = 2.13 m3/seg

Tramo 10 = 1.12 * 2.39 = 2.68 m3/seg

Tramo 19 = 1.14 * 2.70 = 3.08 m3/seg

Tramo 32 = 1.14 * 2.99 = 3.41 m3/seg

Para que pase:

C1 = 1.20 m

CC1 = CT1 – (c+e) = 100.70 – (1.20 + 0.76) = 99.42CC2 = CC1 – (S * L1-2) = 99.42 – (0.0035 * 803) = 96.61CP1 = CC1 – Ø = 99.42 – 0.76 = 98.66CP2 = CC2 – Ø = 96.61 – 2.13 = 94.48CL2 = CC2 + e = 96.61 + 0.21C2 = CT1 – CL2 = 97.90 – 96.82 =

85

Diseño del Colector

100.7 100 99.3 98.5 97.9 97.9

98.66 97.62 96.58 95.54 94.50 94.4997.19 96.30 95.24

1 3 10 19 32

l (m) 200 200 200 200 3Q (lps) 416.94 1086.49 2989.40 5086.06 7728.43Ø formula 0.63 0.91 1.32 1.62 1.80

Ø (m) 0.76 0.91 1.52 1.83 1.83SH 3.5 3.5 3.5 3.5 4.5SG 5.2 5.2 5.2 5.2 5.2DH 0.70 0.70 0.70 0.70 0.014DG 1.04 1.04 1.04 1.04 0.016

QTLL (lps) 681.03 1100.96 4324.25 7093.56 8058.40VTLL 1.50 1.69 2.38 2.70 3.06R. Q 0.61 0.99 0.69 0.72 0.96R. V 1.08 1.25 1.12 1.14 1.24

Vreal 1.62 2.12 2.68 3.06 3.81Cta Plantilla 98.66 97.62 97.62 96.58 96.58 95.54 95.54 94.50 94.50 94.49

Cta Clave 99.42 98.38 98.53 97.49 98.10 97.06 97.37 96.33 96.33 96.32Colchon 1.2 1.54 1.38 1.72 1.04 1.28 0.94 1.38 1.38 1.40

86

Colchon 1.2 m

.= 0.63

.= 0.0035

Cc1 = CT1 - (C + e) .= 99.42Cc2 = Cc1 -(SH*L) 96.62

0.0035

Cp1= Cc1 - Ø = 98.66Cp2= Cc2 - Ø = 94.79

0.0052

Cp1 = Cp2 + (SG*L) = 98.97Cc1= Cp1 + Ø = 99.73

87

Ø=(3.21QnS1/2 )

3 /8

ST=CT 1−CT 2L

SH=Cc1−Cc2L

¿

SG=Cp1−Cp2L

¿ Cp1−Cp2L

=

SH=Cc1−Cc2L

Diseño Red Secundaria Tramos 11 a 14

101.4 100.8 100.2 99.6 98.599.64 98.73 97.98 97.06 95.54

98.88 97.22 96.30

11 12 13 14

l (m) 200 200 200 200Q (lps) 414.13 725.6 968.38 1163.33Ø formula 0.62 0.77 0.85 0.91Ø (m) 0.76 0.91 0.91 1.07SH 3.8 3.8 3.8 3.8SG 4.2 4.2 4.2 4.2DH 0.76 0.76 0.76 0.76DG 0.83 0.83 0.83 0.83QTLL (lps) 709.77 1147.43 1147.43 1767.28VTLL 1.56 1.76 1.76 1.97R. Q 0.58 0.63 0.84 0.66R. V 1.07 1.09 1.20 1.11Vreal 1.67 1.93 2.11 2.17Cta Plantilla 99.64 98.88 98.73 97.98 97.98 97.22 97.06 96.30Cta Clave 100.40 99.64 99.64 98.89 98.89 98.13 98.13 97.37Colchon 0.92 1.08 1.07 1.22 1.22 1.38 1.37 1.02

88

Colchon 1 m

Cc1 = CT1 - (C + e) .= 100.40Cc2 = .= 97.37 cota clave del colector tramo 19

0.0038

.= 0.62

Cp1= Cc1 - Ø = 99.64Cp2= Cc2 - Ø = 96.30

.= 0.0042

AjustarCp1 = Cp2 + (SG*L) = 99.64Cc1= Cp1 + Ø = 100.40

0.0038

89

Ø=(3.21QnS1/2 )

3 /8

SH=Cc1−Cc2L

SG=Cp1−Cp2L

SH=Cc1−Cc2L

Diseño Red Secundaria Tramos 20 a 22 y 25

100.8 100.1 99.6 98.8 97.699.19 98.17 97.15 96.11 95.24

94.50

20 21 22 25


90

Colchon 1 m


0.0044

.= 0.61

Cp1= Cc1 - Ø = 99.19Cp2= Cc2 - Ø = 95.24

.= 0.0049


0.0044

91

Ø=(3.21QnS1/2 )

3 /8

SH=Cc1−Cc2L

SG=Cp1−Cp2L

SH=Cc1−Cc2L

Diseño Red Secundaria Tramos 15 a 18

101.4 100.6 99.7 99.2 98.5

99.6498.732

5 97.97597.057

5 95.5496.30

15 16 17 18


92

Colchon 1 m


0.0038

.= 0.62

Cp1= Cc1 - Ø = 99.64Cp2= Cc2 - Ø = 96.30

.= 0.0042


0.0038

93

Ø=(3.21QnS1/2 )

3 /8

SH=Cc1−Cc2L

SG=Cp1−Cp2L

SH=Cc1−Cc2L

Diseño de Red Secundaria Tramos 23 a 24

100.1 99.3 98.898.49 97.38 96.42

97.53

23 24

l (m) 200 200Q (lps) 416.62 545.54Ø formula 0.60 0.66Ø (m) 0.61 0.76SH 4.8 4.8SG 3.3 3.3DH 0.96 0.96DG 0.65 0.65QTLL (lps) 444.57 799.03VTLL 1.52 1.76R. Q 0.94 0.68R. V 1.23 1.12Vreal 1.88 1.97Cta Plantilla 98.49 97.53 97.38 96.42Cta Clave 99.10 98.14 98.14 97.18Colchon 0.9 1.10 1.08 1.54

94

Colchon 1 m

Cc1 = CT1 - (C + e) .= 99.10Cc2 = .= 97.18

cota clave del colector tramo 250.0048

.= 0.60

Cp1= Cc1 - Ø = 98.49Cp2= Cc2 - Ø = 97.18

.= 0.0033


0.0048

95

Ø=(3.21QnS1/2 )

3 /8

SH=Cc1−Cc2L

SG=Cp1−Cp2L

SH=Cc1−Cc2L

Diseño de Red Secundaria Tramos 4 a 6

101.4 100.7 100.2 99.3

99.6498.723

397.956

7 97.1996.58

4 5 6

l (m) 200 200 200Q (lps) 467.95 776.57 1008.42Ø formula 0.65 0.78 0.87Ø (m) 0.76 0.91 0.91SH 3.8 3.8 3.8SG 4.1 4.1 4.1DH 0.77 0.77 0.77DG 0.82 0.82 0.82QTLL (lps) 714.05 1154.35 1154.35VTLL 1.57 1.77 1.77R. Q 0.66 0.67 0.87R. V 1.10 1.11 1.21Vreal 1.74 1.98 2.14Cta Plantilla 99.64 98.87 98.72 97.96 97.96 97.19Cta Clave 100.40 99.63 99.63 98.87 98.87 98.10Colchon 0.92 0.99 0.98 1.24 1.24 1.11

96

Colchon 1 m

Cc1 = CT1 - (C + e) .= 100.40Cc2 = .= 98.10

cota clave del colector tramo 100.0038

.= 0.65

Cp1= Cc1 - Ø = 99.64Cp2= Cc2 - Ø = 97.19

.= 0.0041


0.0038

97

Ø=(3.21QnS1/2 )

3 /8

SH=Cc1−Cc2L

SG=Cp1−Cp2L

SH=Cc1−Cc2L

DISEÑO DE RED DE ALCANTARILLADO TRAMOS 26,27,28,31

100.6 99.9 99.2 98.4 97.998.84 97.87 97.06 96.08 95.54

98.02 96.24 95.26

26 27 28 31


98

Colchon 1 m


0.0041

.= 0.61

Cp1= Cc1 - Ø = 98.84Cp2= Cc2 - Ø = 95.26

.= 0.0045


0.0041

99

Ø=(3.21𝑄𝑛/𝑆^(1/2) )^(3/8)

𝑆𝐻= (𝐶𝑐1−𝐶𝑐2)/𝐿

𝑆𝐺= (𝐶𝑝1−𝐶𝑝2)/𝐿

𝑆𝐻= (𝐶𝑐1−𝐶𝑐2)/𝐿

APUNTES DE SISTEMA DE ALCANTARILLADO

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