Clase Calculo de Sistemas de Aguas Servidas

Luis Ramos R

Universidad CentroccidentalLisandro Alvarado

Decanato de Ingeniería Civil

ACUEDUCTOS Y CLOACAS

Ing. Luis E. Ramos Rojo

[email protected]

Barquisimeto, 2005

Luis Ramos R

Universidad CentroccidentalLisandro Alvarado

Decanato de Ingeniería Civil

CAPITULO IV

Ing. Luis E. Ramos Rojo

[email protected]

Barquisimeto, 2005

SISTEMAS DE DISPOSICION DE AGUAS SERVIDAS

CLOACAS

Luis Ramos R

SISTEMAS DE RECOLECCION Y DISPOSICION DE AGUAS SERVIDAS

Sistemas de tuberías que tienen la finalidad de recolectar y transportar las aguas residuales de carácter domestico, industrial, comercial e institucional generadas en zonas urbanas ó rurales hasta los sitios de disposición final, de manera que las mismas no causen problemas sanitarios.

Las normas empleadas para el diseño de estos sistemas son:

“Normas e instructivos para el proyecto de alcantarillados 1989” INOS.

“Normas sanitarias para proyecto, construcción, reparación y reforma de edificios”

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Características generales de las aguas residuales

Componentes

Aguas residuales domésticas

Aguas residuales industriales.

Aguas pluviales

Infiltración y conexiones incontroladas

Aguas residuales domésticas

Provienen de las actividades netamente domésticas, tales como: Lavado de ropa, pisos, higiene personal, limpieza de alimentos, usos sanitarios, etc.

Las agua de origen institucional y comercial se pueden considerar domésticas. Estas constituyen la mayor parte de las aguas servidas

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Características típicas de aguas residuales domésticas en mg/l

Contribuyentes Valores medios

Sólidos totales 500

Sólidos volátiles 350

Sólidos fijos 150

Sólidos suspendidos totales 300

Sólidos sedimentables 20


Sólidos fijos 50

Sólidos disueltos 200


Sólidos fijos 100

DBO 5 días a 20°C 180 – 200

Oxigeno disuelto 0

Nitrógeno Total 50

PH 6.5 – 7.5

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La materia orgánica contenida en las aguas residuales de origen doméstico tienen la siguiente composición global.

40% Compuestos nitrogenados.

50% Hidratos de carbono.

10% Grasas

La materia orgánica contenida en las aguas servidas altera la calidad del agua de abastecimiento transformándola en nociva para la salud y en transporte de enfermedades de origen hídrico tales como: hepatitis, gastroenteritis, amebiasis, etc

De ahí la importancia para recolectarla y transportarlas a sitios donde se pueda tratar adecuadamente

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Aguas residuales industriales

La composición química de las mismas es muy variable y depende exclusivamente del tipo de proceso industrial involucrado.

De acuerdo a las normas venezolanas las industrias pueden descargar directamente al sistema de cloacas si cumplen lo especificado en la ley orgánica del ambiente, capitulo III.

En general las industrias deben tratar sus efluentes antes de ser vertidos al sistema de cloacas ó a cualquier cauce.

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Sulfuro de hidrogeno

Una vez que las aguas residuales son descargadas al sistema de cloacas se inicia un proceso de degradación de la materia orgánica, el cual genera metano y sulfuro de hidrógeno.

Altamente corrosivo

Produce olores desagradables

En altas concentraciones causan ambientes altamente peligrosos para la salud.

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Para evitar altas concentraciones se requiere diseñar sistemas con velocidades de flujo mayores ó iguales a 0.9 m/seg y periodos de retención no mayores de 15 minutos, especialmente en tramos largos.

Deben evitarse zonas de alta turbulencia puesto que las misma contribuyen para que el sulfuro de hidrógeno se volatilice y se concentre en las bocas de visitas.

Cuando la diferencia de rasantes en una boca de visita sea superior a 60 cms debe proyectarse una caída, que contribuya a minimizar la turbulencia.

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COMPONENTES DEL SISTEMA

Las normas establecen que la red de cloacas será independiente del sistema de drenaje es decir sistemas separados.

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Tanquilla de Empotramiento: Estructuras encargadas de captar el agua proveniente de la edificación usualmente se ubica frente a la parcela y debajo de la acera.

Diámetro mínimo de la tanquilla de empotramiento 250 mm (10 plg).

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Diámetro mínimos de las tuberías y tanquillas de empotramiento según las dotaciones de agua.

Dotación asignada parcelalt/día

Diámetro mínimo tubería de

empotramientomm plg

Diámetro mínimo tanquilla de

empotramientomm plg

Hasta 15.000 150 6 250 10

15.001 – 45.000 200 8 300 12

45.001 – 100.000 250 10 380 15

100.001 – 200.000 300 12 457 18

200.001 – 400.000 380 15 610 24

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Ramal de empotramiento: Tramo de tubería que conecta la tanquilla de empotramiento con el colector ubicado en la calle.

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Ramal de empotramiento

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Características que debe cumplir los ramales de empotramiento1.- No se pueden realizar dos empotramientos en el mismo sitio de tubería (colector).

2.- El empotramiento se debe realizar con una Ye de 45° en la dirección del flujo.

3.- La pendiente del ramal de empotramiento estará comprendida entre 1 y 10 %.

4.- La profundidad del tubo de empotramiento en la acera estará entre 0.8 y 2 mts.

5.- El tubo empotrado nunca debe sobresalir dentro del colector al cual se empotra.

6.- El diámetro mínimo del ramal de empotramiento será de 150 mm

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Bocas de visita: Estructuras utilizadas para mantenimiento y funcionamiento del sistema, a través de estas, se puede tener acceso directo al colector ó tubería, básicamente son tanquillas de inspección

Boca de visita: Tipo Ia.

Se utiliza entre 1.15 y 5 metros de profundidad.

Elementos que la forman:

.- Cono excéntrico.

.- Cilindro.

.- Base.

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Boca de visita: Tipo Ib

Se utiliza para prof. mayores de 5 mts.

Elementos que la forman:.- 2 tipos de conos excéntricos..- 2 tipos de cilindro..- Base.

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Bases para bocas de visita: usualmente se construyen en el sitio y mediante estas se direcciona el flujo de las aguas residuales

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Según las normas sanitarias las bocas de visita deben proyectarse en los siguientes puntos:

1. En toda intersección de colectores.

2. En el comienzo de todo colector

3. En todo cambio de dirección, diámetro, pendiente, y material empleado en los colectores.

4. En tramos rectos a una distancia no mayor de 150 m.

5. En los colectores alineados en curva, al comienzo y fin de la misma y a una distancia no mayor de 30 metros en el interior de la curva

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Disposiciones interiores típicas de bases para bocas de visitas

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Caída típica para controlar las emisiones de Sulfuro de hidrógeno dentro de una boca de visita.

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Colectores: Tuberías encargadas de transportar las aguas residuales hasta su sitio de disposición final.

El tipo de material de la tubería mas utilizado es el concreto construidas según la norma INOS- CL-C-65. En la actualidad se esta empleando con frecuencia Tubería PVC con junta automática, es más costosa pero tiene un mayor rendimiento

Características de los colectores más empleados.

Material Coef Rugosidad Manning

Concreto > 24 plg

Concreto < 21 plg

PVCAcero

PEAD

0.0130.0150.0120.012

0.012

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Ubicación de colectores

Se deben ubicar en el centro de la vía ó calle y en los canales de servicio en caso de avenidas con isla central.

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Información Básica necesaria.

Dependiendo del tipo de proyecto a realizar, la información puede variar, estos pueden ser:

1. Proyectos para futuros urbanismos.

2. Proyectos para localidades ya existentes.

En general la información requerida tiene que ver con los siguientes aspectos:

1. Topografía de la zona.

2. Demografía y dotaciones de agua

3. Sitios de disposición de las aguas residuales

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Proyectos para futuros urbanismos.

Información requerida

Planos de urbanismo: Deben incluir trazado de vías, uso y área de las parcelas, zonificación, ubicación en el contexto urbano y conexión con la vialidad de la zona.

Planos de vialidad: Que indiquen pendientes longitudinales y transversales de las vías, cotas de las parcelas, secciones y perfiles de las vías. Topografía modificada.

Sitios de disposición final: estos pueden ser:

1. Descargas a la red de cloacas de la localidad a través de bocas de visita.

2. Descargas a través de plantas de tratamiento

3. Descargas directas a cuerpos de agua, si lo permite la autoridad competente

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Ubicación de sitios de disposición

Topográfica: enlazar el punto de descarga con la topografía del futuro urbanismo referida a cartografía nacional.

Cuando la descarga se realice en una boca de visita, deberá determinarse: profundidad de la misma, diámetro y capacidad del colector.

Solicitar autorización a la autoridad competente para realizar la descarga en el sitio previsto

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Proyectos para localidades ya existentes.


Topografía

1. Levantamiento plani-altimétrico de la localidad, con referencia a cartografía nacional.

2. Nivelación detallada de la zona en referencia, esta se realiza siguiendo el eje de la vía

3. enlazar el punto de descarga con la topografía de la localidad referida a cartografía nacional.

4. Levantamiento de puntos notables de las rasantes de las vías (puntos altos y bajos, fondo de alcantarillas, drenajes , puentes)

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Topografía

5. Levantamiento de zonas donde se ubiquen las servidumbres de paso en caso de necesidad.

6. Indicar el ancho de las parcelas en cada cuadra. Así como la cota de terreno donde se ubica si la misma está por debajo de la rasante de la vía, también deberá señalarse si esta construida.

7. Deben dejarse en el terreno, puntos de referencia (BM) en número suficiente.

8. Ubicación política de la localidad

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Demografía y características de la población.

1. Recopilación de censos y catastro de la localidad.

2. Zonificación actual y futura de las zonas a servir.

3. En caso de existir planos de desarrollo urbano local, señalar su influencia respecto al proyecto que se propone.

4. Usos previsto de las áreas donde se desarrollará el proyecto

5. Servicios públicos existentes y futuros

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Demografía y características de la población.

1. Recopilación de censos y catastro de la localidad.

2. Zonificación actual y futura de las zonas a servir.

3. En caso de existir planos de desarrollo urbano local, señalar su influencia respecto al proyecto que se propone.

4. Usos previsto de las áreas donde se desarrollará el proyecto

5. Servicios públicos existentes y futuros

6. Inspección en sitio de posibles sitios de descarga

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Red de Colectores Urbanos

En Ciudades y poblaciones en general se tiene un sistema principal de colectores, el cual puede estar constituido por uno o varios colectores de gran diámetro cuyo objetivo principal es recoger todas las aguas residuales de la población a través de una red secundaria formada por tuberías de pequeños diámetros y transportarla al ó los sitios de disposición final.

Colectores Principales: Formados por tuberías de gran diámetro, usualmente se ubican en las márgenes de los río y quebradas que atraviesan la población ó en las zonas mas bajas. Es común que los mismos recorran toda la ciudad.

Colectores Secundarios: Formados por tuberías de pequeño diámetro, descargan las aguas residuales provenientes de pequeñas zonas urbanas y urbanizaciones a la red principal.

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Red Principal de la ciudad de Barquisimeto

En algunas ocasiones a los colectores principales suelen llamarlos emisarios.

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Red de Colectores Urbanos

Es común clasificar como colectores principales y secundarios la red correspondiente a un urbanismo ó a una zona urbana en particular.

Colectores Principales: Serán las tuberías que recogen todas las aguas residuales de la zona en consideración y la transportan a la red principal de colectores de la ciudad. ciudad.

Colectores Secundarios: Recogen las aguas provenientes de las diferentes edificaciones y las transportan hacia los colectores principales de la zona en consideración.

En este caso:

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Configuración de las redes de servicio.

El trazado de la red de cloacas

• Topografía de la zona a servir

• Sitio de descarga

Es función

No existe un procedimiento rígido para el trazado

Sólo Recomendaciones

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Trazado de colectores

Recomendaciones generales

1. Ubicar en el plano de planta, un empotramiento frente a cada parcela.

2. Determinar el sentido de flujo en las diferentes vías que conforman el proyecto, esto se debe realizar con la topografía modificada en el plano de vialidad y las pendientes longitudinales.

3. Delimitar las posible micro cuencas existentes en el parcelamiento. Esto se realiza trazando las divisorias de agua ó parte aguas.

4. Trazado de colectores principales.

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4.1. Los colectores principales se inician partiendo del punto de descarga y recorriendo el parcelamiento por las vías de menor pendiente hasta llegar a los puntos mas altos del urbanismo o ha divisorias de agua.



5. Una vez definidos los colectores principales se trazan los secundarios, los cuales no tendrán problemas de descarga puesto que siempre estarán ubicados en calles de mayor pendiente.

6. Se deben evitar los colectores en contra pendiente.

7. Se recomienda trazar todo el sistema de colectores siguiendo la pendiente natural propuesta en la topografía modificada

8. Estudiar varias alternativas para la red.

Luis Ramos R

4.1. Los colectores principales se inician partiendo del punto de descarga y recorriendo el parcelamiento por las vías de menor pendiente hasta llegar a los puntos mas altos del urbanismo o ha divisorias de agua.

5. Estudio de varias alternativas en base a los colectores principales.



5. Una vez definidos los colectores principales se trazan los secundarios, los cuales no tendrán problemas de descarga puesto que siempre estarán ubicados en calles de mayor pendiente.

6. Se deben evitar los colectores en contra pendiente.

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Planta de un futuro urbanismo

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Colectores principales propuestos.

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Urbanismo incluyendo topografía modificada

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Sistema definitivo propuesto

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Gastos de Diseño.

Los gastos de aguas residuales están íntimamente ligados a lo gastos provenientes del acueducto, puesto que las mismas se producen al utilizar las aguas blancas.

Por lo tanto:

QAN función Qm

Donde:

QAN= Gasto máximo de aguas residuales

Qm = Gasto medio del acueducto.

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Gastos de Diseño.

Las normas establecen que los gastos de aguas residuales se deben estimar a partir de los siguientes aportes:

QAN = Qdom + Qcom + Qinst + Qind + Qinf

donde:

Qdom = aporte residencial ó doméstico

Qcom = aporte comercial.

Qinst = aporte institucional.

Qind = aporte industrial.

Qinf = gastos de infiltración

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Estimación de las aguas residuales de origen residencial.

Qdom = K R Qm

Donde:

Qdom = gasto de agua residual de origen domético.

Qm= Gasto medio del acueducto en lps.

K = Coeficiente función de la población a servir.

R = Coeficiente de reingreso, igual a 80%.

pK

4

141

P = población en miles

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Estimación de las aguas residuales de origen comercial.

Qcom = R Qm

Donde:

Qcom = gasto de agua residual de origen comercial.

Qm= Gasto medio del área comercial en lps.


El gasto medio del área comercial se estima en base a las dotaciones de agua establecidas en la gaceta oficial para las zonas comerciales.

En muchas ocasiones se incluyen dentro del gasto doméstico puesto que su composición es netamente doméstica en la mayoría de los casos

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Estimación de las aguas residuales de origen institucional.

Qinst = R Qm

Donde:

Qcom = Gasto de agua residual de origen institucional.

Qm= Gasto medio de las zonas institucionales en lps.


Esta agua son de naturaleza doméstica por tanto se pueden incluir dentro del gasto doméstico.

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Estimación de las aguas residuales de origen industrial.

La determinación de los aportes industriales son muy variables y dependen fundamentalmente del proceso industrial y de la composición de los desechos.

La descarga de las aguas industriales a los sistemas de disposición urbana están regidos por lo expuesto en la ley orgánica del ambiente.

Cuando no se dispone de suficiente información de la zona industrial a desarrollar se pueden tomar los siguientes valores para su estimación inicial

Qind = (0.5 – 3) lt/s/hasbruta

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Estimación de las aguas de infiltración.

La norma establece , que deben considerarse un gasto equivalente a 20.000 lt/día/km de sistema.

En la longitud se considera la longitud del colector y de los ramales de empotramiento.

En la actualidad con los nuevos materiales que se utilizan los gastos por infiltración son cada vez menores

Provienen de la infiltración de agua potable, subterráneas, entre otras, sistema de colectores a través de las tuberías, juntas defectuosas, etc.

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Diseño hidráulico de colectores.

Las aguas residuales desde el punto de vista hidráulico se comportan de manera similar a las aguas blancas.

Para el diseño se emplean los mismos principios hidráulicos utilizados para dimensionar estructuras a través de las cuales fluyen líquidos.

Los colectores cloacales se diseñan como canales

Flujo a superficie libre

Por tanto

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Existen condiciones especiales donde los colectores de cloacas no se diseñan como canales, tal es el caso:

•Estaciones de bombeo de aguas residuales

• Sifones invertidos

Conductos a presión

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Diseño hidráulico de colectores a superficie libre.

•El Flujo en los colectores se supone Permanente y uniforme

0t

v

Al aplicar la ecuación de la energía y la de continuidad

Cota 1 – Cota 2 = Hf12

V1A1 = V2A2

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Para el flujo permanente y uniforme, se tiene:

• Velocidad media es constante en toda la sección del conducto.

• La pendiente del conducto es paralela a la superficie del agua.

• Las pérdidas de energía por fricción son iguales a la diferencia de cotas entre las secciones consideradas (energía potencial).

Para el diseño hidráulico de conductos funcionando a superficie libre en régimen permanente y uniforme se emplea la ecuación de Manning deducida a partir de la ecuación de Chezy

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Ecuación de Manning:

2/13/21sr

nV

Donde:

V = Velocidad media en la sección.

r = Radio hidráulico de la sección.

S = Pendiente del canal

n = Coeficiente de rugosidad de Manning

A = Area de la sección.

Pm = Perímetro mojado.

Pm

Ar

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Para el caso de conductos circulares a sección plena se tiene:

H = Altura de agua en conducto.

D = Diámetro de la sección.

4

2DA

DPm

Donde:

44

2 D

D

Dr

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Sustituyendo en la ecuación de Manning

2/13/2

4

1s

D

nV

En términos de caudal:

44

1 22/1

3/2D

sD

nQ

Material Coef Rugosidad Manning

Concreto > 24 plg

Concreto < 21 plg

PVCAcero

PEAD

0.0130.0150.0120.012

0.012

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Para conductos circulares parcialmente llenos, se tiene:

En este caso:

),( HPmf

No puede estimarse en forma directa a través de la Ecuación de Manning.

Relacionando la sección plena (D), con diferentes alturas (H), se pueden obtener relaciones

c

r

c

r

V

V

Q

Q

D

H,,

En Función de

Mediante relaciones adimensionales

Luis Ramos R

Luis Ramos R

En base a la tabla de relaciones hidráulicas es posible relacionar la condición a sección plena con secciones parcialmente llenas.

Ejemplo: Determinar la velocidad y el gasto que circula por un colector de concreto de 15 plg, cuya pendiente es del 8 °/oo, si la altura del tirante de agua es de 18 cms.

Solución

A sección plena se tiene: S = 8 °/oo

D= 375 mm

n = 0.015

H = 18 cms

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s

mQc

322/1

3/2

136.04

375.0008.0

4

375.0

015.0

1

s

mVc 23.1008.0

4

375.0

015.0

1 2/13/2

Como se pide el caudal que circula para un tirante de 18 cms, se relaciona a través de la grafica adimensional de relaciones hidráulicas, a partir de:

48.05.37

18

cms

cms

D

H

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48.0cQ

Q

s

m

s

mxQQ c

33

065.0136.048.048.0

1.1cV

V

s

m

s

mxVV c 35.123.11.11.1

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Velocidades de flujo en colectores cloacales.

Las normas fijan valores mínimos y máximos para las velocidades en los colectores funcionando a sección plena.

Vmínima = 0.60 m/seg

Esta velocidad debe garantizar el arrastre de sedimentos en los colectores.

De acuerdo a investigaciones realizadas (Guzmán) se ha determinado que el sedimento presente en las aguas residuales corresponde a una grava media, la cual requiere una velocidad de arrastre de 0.30 m/seg.

Luis Ramos R

En muchas ocasiones especialmente al comienzo de los tramos la velocidad real del flujo es muy baja, incluso menor a velocidades de arrastre recomendada, aunque se cumpla la velocidad mínima exigida por las normas a sección plena.

En este caso se recomienda mantener velocidades reales iguales o superiores a 0.30 m/s, para evitar la sedimentación.

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Ejemplo: Determinar la velocidad y el gasto que circula por un colector de concreto de 300 mm plg, cuya pendiente es del 3 °/oo, si la altura del tirante de agua es de 5 cms.

V=?

D = 300 mm

n = 0.015

H = 5 cms

S = 3 °/oo

A sección plena se tiene:

s

mVc 60.0003.0

4

300.0

015.0

1 2/13/2

Relacionando H con D, se tiene:

16.030

5

cms

cms

D

H

s

mQc

322/1

3/2

045.04

300.0003.0

4

300.0

015.0

1

Luis Ramos R

s

m

s

mxVV c 28.06.046.046.0

lpss

mxQQ c 9.0045.002.002.0

3

Luis Ramos R

Velocidades máximas: vienen fijadas por el tipo de material empleado, para el caso de colectores de concreto no deben ser mayores de 5 m/s

Pendiente mínima de colectores

La fija la velocidad mínima establecida en función de los gastos de tránsito.

Se recomienda seguir la pendiente del terreno, con esto se logran diseños económicos.

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Pendiente mínima de colectores

Diámetro (mm) Pendiente (°/oo)

200 4

250 3.5

300 2.5

375 2

450 1.5

Luis Ramos R

Pendientes mínimas de colectores

Diámetro Pendiente Qlleno Qreal min

(mm) (°/oo) lps lps

200 4 17.98 8.99

250 3.5 30 49 15.25

300 2.5 41.90 20.95

375 2 67.95 33.98

450 1.5 110.42 55.21

Luis Ramos R

Profundidades de colectores

La norma fija como profundidad mínima medida hasta el lomo del colector 1.15 mt.

Profundidad mínima

Diámetro (mm) Hmin (mts)

200 1.35

250 1.40

300 1.45

350 1.50

400 1.55

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Colector principal: BVexist – P1 – P2 - P3 – P4 – P5.

Colector Secundario: P2 – P21 –P22

Trazado del sistema de colectores en función a la topografía modificada y al sitio de descarga.

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TRAZADO DE PERFILES


Luis Ramos R

¿Diseñar el sistema de disposición de aguas residuales?

Sea el siguiente urbanismo

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Características de las parcelas que conforman el parcelamiento

40% supermercados.

40% locales mercancía seca5% circulación.

10% restaurantes5% áreas de

diversión

40% areas verdes y

estacionamiento, 60%

construcción

23.000CComercial

4 apto por piso, tres habitaciones

3 edif de 6 pisos,17.000A y BMultifamiliar

2809 - 24Unifamiliar

5001 - 8Unifamiliar

DistribuciónCaracterísticasArea de parcela

M2

Identificación de parcela

Tipo parcela

Luis Ramos R



Trazado del sistema de colectores en función a la topografía modificada y al sitio de descarga.

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516720Total

93200680086400

17002804Lote A

P21 – P22

93200680086400

17002804Lote B

P2 – P21

1520084006800

21001700

500280

44

P4 –P5

1520084006800

21001700

500280

44

P3 –P4

29992023.000Lote CP2 –P3

00000P1 – P2

Gasto medio en el tramo

totalLts/día

Gasto medio en el

tramoLts/día

Dotación Asignada

Lts/día

Area de parcela

M2

No parcelasTramo

Dotaciones de agua

Luis Ramos R

Lote A y BDotación Total = 3 Edif x 6 pisos x 4 apto x 1200 lts/apto/día = 86400 lts/día

Lote C

Dotaciones de agua

299920Total

184002920040 del área total

Äreas verdes y estacionamiento

414066905áreas de oficinas

5520040138010restaurantes

138026905circulación

11040020552040mercancía seca

11040020552040supermercados

Gasto medioLts/seg

Dotación AsignadaLts/seg

ÄreaM2

%Caracteríticas de áreas

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Parte I: Estimación de gastos de diseño de aguas negras

Método 1: Utilizando el concepto de caudal unitario

Determinar gastos totales de aguas blancas:

lpsdías

díaltQm 98.5

/86400

/516720

En este caso se incluye en la dotación total el área comercial e institucional

Adoptando una dotación promedio de 250lt/per/día, la población del urbanismo es de aproximadamente 2000 personas, este dato es calculado para estimar el factor K

Luis Ramos R

59.324

141

K

QAN = Qdom + Qinf

Qdom = K R Qm

Número de empotramientos: 27

Longitud promedio 3 mts para vías de 6 mts

Longitud total de colectores: 695 m

Linf = 27 x 3 + 695 =776 m

lpsdías

kmdíakmltQ 18.0

/86400

776.0//20000inf

lpslpsxxQDom 921.1689.58.059.3

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QAN = 16.91 lps + 0.18 lps = 17.10 lps

Para el gasto unitario se estima la longitud de colectores sobre los cuales se realizan empotramientos:

Lcolectores = 695 – 115 = 580 mts

colectores

ANunitario L

Qq

Gasto unitario de aguas residuales

mlpsm

lpsqunitario /02946.0

580

09.17

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Gasto de aguas negras por tramo (Método I)

17.08017.080.02946115P1 - BVexit

17.082.6514.430.0294690P2 – P1

5.892.653.240.0294690P21 – P2

3.243.2400.02946110P22 – P21

8.542.655.890.0294690P3 – P2

5.892.653.240.0294690P4 – P3

3.243.2400.02946110P5 – P4

Gasto de tránsito

Lps

Gasto en tramoLps

Gasto arriba Lps

Gasto unitarioLps/m

LongitudM

Tramo

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Gasto de aguas negras por tramo (Método II)

En este caso se determina el gasto de aguas negras por cada tramo, partiendo de la dotación de aguas blancas y la estimación de la infiltración correspondiente.

Este método permite tener una distribución mucho más real de los gasto de transito de aguas negras generados en cada tramo, mas aun cuando el uso de las diferentes áreas no es uniforme.

En el problema que se analiza, las aguas de origen comercial e institucional se incluyen como aguas de origen doméstico. Por tanto:

QAN = Qdom + Qinf

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17.200.1417.065.98Totales

0.020.0202.870115P1 - BVexit

0.020.0202.87090P2 – P1

3.090.023.072.871.0890P21 – P2

3.090.023.072.871.08110P22 – P21

9.980.029.962.873.4790P3 – P2

0.500.020.482.870.1790P4 – P3

0.500.020.482.870.17110P5 – P4

Gasto de aguas negras

Lps

Gasto de infiltración

Lps

Gasto aguas negras

domesticas Lps

K x R

3.59x0.8

Gasto medioLps/m

LongitudM

Tramo

Gasto de aguas negras por tramo (Método II)

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17.200.0217.18P1 - BVexit

17.180.0217.16P2 – P1

6.183.093.09P21 – P2

3.093.090P22 – P21

10.989.981.00P3 – P2

1.000.500.50P4 – P3

0.500.500P5 – P4

Gasto de tránsito

Lps

Gasto en tramoLps

Gasto arriba Lps

Tramo

Gastos de transito en los distintos tramos

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Datos de la Boca de Visita Existente obtenidos en el campo.

Cota terreno: 100 msnm.

Profundidad: 2.50 mts.

Cota rasante: 97.50 msnm

Diámetro tubería existente: 250 mm

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TRAZADO DE PERFILES

Para el trazado longitudinal de los perfiles deben tomarse en cuenta las siguientes recomendaciones generales:

• Usualmente se dibujan en sentido opuesto a la dirección del flujo del colector y de izquierda a derecha.

• Para las escalas tomar: Horizontal 1:1000 y vertical 1:10

• Dibujar perfiles correspondientes a colectores principales y señalar en estos las bocas de visita donde descargan los colectores secundarios.

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TRAZADO DE PERFILES


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DISEÑO DEL COLECTOR PRINCIPAL.

BVexist – P1 – P2 - P3 – P4 – P5.

El diseño se realizara partiendo de la BV P5 y siguiendo el flujo del colector hasta llegar a la boca de visita existente.

1. Determinar la pendiente de las vías.

Tramo L Svía Qtransito

m °/oo lps

P5 – P4 110 0 0.50

P4 - P3 90 5.6 1.00

P3 - P2 90 5.6 10.98

P2 - P1 90 5.6 17.18

P1 – BVexist 115 4.3 17.20

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Tramo P5 – P4

Q = 0.5 lps.

L = 110 m

Svía = 0

Para un diseño económico, se recomienda seguir la pendiente de la vía.

Como la Svía = 0 y el gasto en el tramo muy pequeño, se debe seleccionar una pendiente mínima que garantice una Vr= 0.30 m/seg, ya que al seleccionar: So = 4 °/oo, el gasto mínimo debería ser 8.99 lpsDeterminar la capacidad a sección llena para el diámetro y la pendiente seleccionada

lpsQc 42.2510004

200.0008.0

4

20.0

015.0

1 22/1

3/2

Sc = 8°/oo; D=200 mm

Luis Ramos R

s

mVc 81.0008.0

4

200.0

015.0

1 2/13/2

Chequear, velocidad real con el grafico de relaciones hidráulicas:

02.042.25

5.0

cQ

Q

De grafico se obtiene:

36.0cV

V

s

m

s

mxVV c 30.081.036.036.0 Ok

Determinar las cotas rasantes del tramo:

Se adopta una profundidad de 1.15 m hasta el lomo del colector mínima al inicio del colector, en este caso en la BV P5.

ProfP5 = 1.15 + D = 1.15 + 0.2= 1.35

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Cota rasante P5 = 102 – 1.35 = 100.65 msnm

Cota rasante P4 = Cota rasante P5 – S x Ltramo 54

Donde:

S = Pendiente del colector.

Ltramo = Longitud del tramo sen consideración en mts

Cota rasante P4 = 100.65 – (8/1000) x 110 = 99.77 msnm

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Tramo P4 – P3

Q= 1 lps

L= 90 mts

Svía = 5.6°/oo

Como la Svía = 5.60 °/oo y el gasto igual a 1 lps, se seleccionará una pendiente igual a la que tiene la vía para optimizar costos de movimiento de tierra, manteniéndose el diámetro en 200 mm

Determinar la capacidad a sección llena para el diámetro y la pendiente seleccionada

Sc = 5.6°/oo; D=200 mm

lpsQc 27.2110004

200.00056.0

4

20.0

015.0

1 22/1

3/2

Luis Ramos R

Chequear, velocidad real con el grafico de relaciones hidráulicas:

De grafico se obtiene:


s

mVc 68.00056.0

4

200.0

015.0

1 2/13/2

04.027.21

1

cQ

Q

Ok50.0cV

V

s

m

s

mxVV c 34.068.050.050.0


Cota rasante P3 = 99.77 – (5.6/1000) x 90 = 99.27msnm

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Tramo P3 – P2

Q= 10.98 lps

L= 90 mts

Svía = 5.6°/oo

Como la Svía = 5.60 °/oo y el gasto igual a 10.98 lps, se seleccionará una pendiente igual a la que tiene la vía, de diámetro en 200 mm


Sc = 5.6°/oo; D=200 mm

lpsQc 27.2110004

200.00056.0

4

20.0

015.0

1 22/1

3/2

Luis Ramos R

Como el gasto que transita es superior al mínimo establecido para la pendiente mínima no es necesario calcular la velocidad real puesto que debe cumplir.


s

mVc 68.00056.0

4

200.0

015.0

1 2/13/2



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Tramo P2 – P1

Q= 17.18 lps

L= 90 mts

Svía = 5.6°/oo

Manteniendo Sc = 5.6°/oo; D=200 mm.

Qc > Q; Vc > 0.6 m/s…..OK



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Tramo P1 – BV exist

Q= 17.20 lps

L= 115 mts

Svía = 4.3°/oo

Determinar la capacidad a sección llena

Manteniendo la pendiente de vía Sc = 4.3°/oo; D = 200 mm.

lpsQc 64.1810004

200.00043.0

4

20.0

015.0

1 22/1

3/2

s

mVc 60.00043.0

4

200.0

015.0

1 2/13/2

Qc > Q; Vc > 0.6 m/s…..OK

Cota rasante BVexit = 98.27 – (4.3/1000) x 115 = 97.78 msnm

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Tramo P22 – P21

Q= 3.24 lps

L= 90 mts

Svía = 5.6°/oo

Como la Svía = 5.60 °/oo y el gasto igual a 3.24 lps, se seleccionará una pendiente igual a la que tiene la vía para optimizar costos de movimiento de tierra, manteniéndose el diámetro en 200 mm


Sc = 5.6°/oo; D=200 mm

lpsQc 27.2110004

200.00056.0

4

20.0

015.0

1 22/1

3/2

Luis Ramos R


s

mVc 68.00056.0

4

200.0

015.0

1 2/13/2

Cota rasante P21 = Cota rasante P22 – S x Ltramo

Cota rasante P21 =100.65 – (5.6/1000) x100 = 100.09msnm

Se adopta una profundidad inicial 1.15 m

Cota rasante P22 = 102 – 1.35= 100.65 msnm

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Tramo P21 – P2

Q= 5.89 lps

L= 90 mts

Svía = 5.6°/oo

Manteniendo Sc = 5.6°/oo; D=200 mm.Qc > Q; Vc > 0.6 m/s…..OK

Cota rasante P2 =100.09 – (5.6/1000) x90 = 99.59msnm

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Diseño Estructural de Colectores

El diseño tiene como objetivo la determinación del tipo de tubería (material y espesor) en base a las cargas externas a que estará sometida durante su vida útil.

Cargas que actúan sobre los colectores:

1. Fuerzas debidas al terraplén.

2. Fuerzas debidas a cargas móviles.

Una vez establecida la profundidad del colector en función del diseño hidráulico, se debe seleccionar una tubería capaz de soportar las cargas que actuaran sobre estos.

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En el diseño de colectores enterrados, los parámetros a considerar son:

Tipo, dirección y magnitud de las cargas

Propiedades del material del colector

Tipo de apoyo sobre el cual esta colocado el colector

Cargas móviles.

Terraplén.

Teoría de Marton para determinar magnitud de cargas actuante

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La Teoría de Marton establece:

“La carga vertical que actúa sobre un tubo enterrado será igual al peso del prima de material situado sobre el colector, mas ó menos los esfuerzos cortantes de fricción transferidos a dicho prisma por los prismas adyacentes”

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Las cargas están influenciadas por:

• Asentamiento del terraplén sobre el conducto y del material adyacente.

• Ancho de zanja.

• Relación H/B; relleno/zanja

• Material del lecho.

• Grado de compactación

• Flexibilidad del la tubería.

• Tipo de apoyo de la tubería sobre el lecho

La Teoría de Marton

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La Teoría de Marton

2BCW Donde:

W = Carga vertical por unidad de longitud que actúa sobre el colector debido al peso del materia (Kg/m3)

= Peso unitario del material de relleno (kg/m3).

B= Ancho de zanja (m).

C = Coeficiente adimensional que relaciona:

Relación H/B; altura del relleno/ancho zanja.

Fuerzas cortantes entre prismas.

Dirección y cantidad de asentamiento relativo

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La teoría de Marton fue aplicada a numerosos ensayo realizados para diferentes condiciones de carga, altura de terraplén, diferentes condiciones de colocación de tubería, tipo de apoyo. Determinándose diferentes valores del coeficiente C, los resultados de estos ensayos fueron presentados en forma grafica.

Carga por Mlineal

Altura relleno en mts

Luis Ramos R

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Condiciones de Cargas sobre colectores.

Caso I, II Caso IV Caso III

Cuando la zanja es muy profunda ó el terreno muy inestable se soportan las paredes de la misma colocando un tablestacado (entibar). Esto altera el coeficiente C en la ecuación de Marton. Esto está incluido en las gráficas.

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Diámetro (mm) Ancho sin Ancho con entibar entibado (cm) (cm) 150 60 100 200 80 100 250 80 100 300 80 100 350 100 120 400 100 120 450 100 120 500 110 130

Profundidad mínima

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Tipos de apoyo para colectores

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Tipos de Tuberías

En Venezuela la tubería mas empleada para la construcción de sistemas cloacales es la de concreto construida bajo la norma INOS- CL-C-65.

Se clasifican en función de su resistencia estructural en clases que van desde la 1 hasta la 7

Tuberías sin armadura de la clase 1 hasta la 3.

Tuberías con refuerzo metálico de la 4 hasta la 7.

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Ejemplo: Se desea determinar la clase y apoyo de una tubería de concreto, la cual se colocará a una profundidad 2 mts, colocación en una zona de relleno.

Como la zona es de relleno se colocará en proyección negativa, se utilizara el grafico para tubos en zanja y proyección negativa.

Se utilizara la clase mas inferior puesto que esta es la más económica.

Luis Ramos R

Luis Ramos R

Del grafico se obtiene que la clase 1 se puede utilizar desde una profundidad de 0.5 hasta 4.05 metros. Por tanto se empleará la clase 1.

Para el tipo de apoyo: Utilizando clase 1 apoyo c, se puede emplear desde 1 hasta 2 metros, como las profundidad es 2.5 dicho apoyo no resulta.

Utilizando Clase 1 apoyo B, se puede emplear desde 0.5 hasta 2.7 metros, por tanto esa la solución.

Tubería de concreto clase 1, apoyo B

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