REDES DE ALCANTARILLADO Y AGUA POTABLE

REDES DE ALCANTARILLADO Y AGUA POTABLE

04 de Agosto del 2014

DISEO DE ALCANTARILLADO SANITARIO Y PLUVIAL | CRISTINA ANDINO - VANESSA PEREZ

TEMA:DISEO DE ALCANTARILLADO SANITARIO Y PLUVIALOBJETIVO: GENERAL:Disear la red de alcantarillado sanitario y pluvial, con la ayuda del material acadmico proporcionado por el Ingeniero de la asignatura para aprender el desarrollo del mismo. ESPECFICO:Definir el mejor mtodo de clculo para el caudal y obtener los diferentes dimetros que se necesita para nuestra red.MARCO TERICO:HISTORIAEl ms antiguo alcantarillado de que se tiene referencia es el que fue construido en Nippur (India), alrededor del 3750 AC. Posteriormente en los centros poblados de Asia Menor y de Oriente Prximo utilizaron conductos de alfarera, (Creta, 1700 AC). En Atenas y Corinto, en la Grecia antigua, se construyeron verdaderos sistemas de alcantarillado. Se utilizaron canales rectangulares, cubiertos con losas planas (atarjeas, propiamente dichas), que eventualmente formaban parte del pavimento de las calles; a las atarjeas afluan otros conductos secundarios, formando verdaderas redes de alcantarillado.Existen muchos relatos y descripciones de las alcantarillas de la antigedad, quizs las ms conocidas sean las de la antigua Roma, de Pars y de Londres, estas dos ltimas alcantarillas construidas en Europa y en los Estados Unidos, se dirigan fundamentalmente a la recoleccin de las aguas de lluvia. Las aguas usadas de origen humano solo comenzaran a ser conectadas a las alcantarillas en 1815 en Londres, en Boston a partir de 1833, y en Pars, solo a partir de 1880.

El primer sistema moderno de alcantarillado se dise en Hamburgo en 1842, utilizando las ms modernas teoras de la poca, teniendo en cuenta las condiciones topogrficas y las necesidades reales de la comunidad. Este hecho signific un espectacular avance, considerando que los principios fundamentales en que se bas el proyecto no se generalizaron hasta inicios de los 1900, y siguen vigentes en la actualidad.RED DE ALCANTARILLADOSe denomina alcantarillado al sistema de estructuras y tuberas usado para la recogida y transporte de las aguas residuales y pluviales de una poblacin desde el lugar en que se generan hasta el sitio en que se vierten al medio natural o se tratan.Las redes de alcantarillado son estructuras hidrulicas que funcionan a presin atmosfrica, por gravedad. Slo muy raramente, y por tramos breves, estn constituidos por tuberas que trabajan bajo presin o por vaco. Normalmente estn constituidas por conductos de seccin circular, oval o compuesta, la mayora de las veces enterrados bajo las vas pblicas.

La red de alcantarillado se considera un servicio bsico, sin embargo la cobertura de estas redes en las ciudades de pases en desarrollo es nfima en relacin con la cobertura de las redes de agua potable. Esto genera importantes problemas sanitarios. Durante mucho tiempo, la preocupacin de las autoridades municipales o departamentales estaba ms ocupada en construir redes de agua potable, dejando para un futuro indefinido la construccin de las redes de alcantarillado. Actualmente la existencia de redes de alcantarillado es un requisito para aprobar la construccin de nuevas urbanizaciones en la mayora de las naciones.Componentes de una red de alcantarillado sanitario: Colectores terciarios: Son tuberas de pequeo dimetro (150 a 250 mm de dimetro interno, que pueden estar colocados debajo de las veredas, a los cuales se conectan las acometidas domiciliares Colectores secundarios: Son las tuberas que recogen las aguas de los terciarios y los conducen a los colectores principales. Se sitan enterradas, en las vas pblicas. Colectores principales: Son tuberas de gran dimetro, situadas generalmente en las partes ms bajas de las ciudades, y transportan las aguas servidas hasta su destino final. Pozos de inspeccin: Son cmaras verticales que permiten el acceso a los colectores, para facilitar su mantenimiento. Conexiones domiciliares: Son pequeas cmaras, de hormign, ladrillo o plstico que conectan el alcantarillado privado, interior a la propiedad, con el pblico, en las vas. Estaciones de bombeo: Como la red de alcantarillado trabaja por gravedad, para funcionar correctamente las tuberas deben tener una cierta pendiente, calculada para garantizar al agua una velocidad mnima que no permita la sedimentacin de los materiales slidos transportados. En ciudades con topografa plana, los colectores pueden llegar a tener profundidades superiores a 4 - 6 m, lo que hace difcil y costosa su construccin y complicado su mantenimiento. En estos casos puede ser conveniente intercalar en la red estaciones de bombeo, que permiten elevar el agua servida a una cota prxima a la cota de la va. Lneas de impulsin: Tubera en presin que se inicia en una estacin de bombeo y se concluye en otro colector o en la estacin de tratamiento. Estacin de tratamiento de las aguas usadas o Estacin Depuradora de Aguas Residuales (EDAR): Existen varios tipos de estaciones de tratamiento, que por la calidad del agua a la salida de la misma se clasifican en: estaciones de tratamiento primario, secundario o terciario. Vertido final de las aguas tratadas: el vertido final del agua tratada puede ser: Llevada a un ro o arroyo Vertida al mar en proximidad de la costa Vertida al mar mediante un emisario submarino, llevndola a varias centenas de metros de la costa Reutilizada para riego y otros menesteres apropiados.Componentes de una red de alcantarillado pluvial: Cunetas: Las cunetas recogen y concentran las aguas pluviales de las vas y de los terrenos colindantes. Bocas de tormenta (imbornales o tragantes): Son estructuras verticales que permiten la entrada del agua de lluvia a los colectores, reteniendo parte importante del material slido transportado. Colectores secundarios: Son las tuberas que recogen las aguas de lluvia desde las bocas de tormenta (imbornales o tragantes) y las conducen a los colectores principales. Se sitan enterradas, bajo las vas pblicas. Colectores principales: Son tuberas de gran dimetro, conductos de seccin rectangular o canales abiertos, situados generalmente en las partes ms bajas de las ciudades, y transportan las aguas servidas hasta su destino final. Pozos de inspeccin (de registro, cmaras de inspeccin): Son cmaras verticales que permiten el acceso a los colectores, para facilitar su mantenimiento. Arcas de expansin o pozos de tormentas: Estas estructuras se utilizan en ciertos casos, donde es necesario laminar las avenidas producidas, generalmente, por grandes tormentas, all donde no son raras. Vertido final de las aguas de lluvia: Son estructuras destinadas a evitar la erosin en los puntos en que las aguas de lluvia recogidas se vierten en cauces naturales de ros, arroyos o mares.INTRODUCCIN:Unas de las principales necesidades para la subsistencia de la sociedad es el suministro de agua, debido a que sin este elemento la vida sera imposible, no solamente como recurso vital, sino por el manejo y eliminacin de residuos generados por la poblacin. La ciudad de Sangolqu, ha presentado un importante crecimiento poblacional, lo que ha llevado a un aumento en el consumo de agua potable por parte de sus habitantes, razn por la cual se ha hecho necesario generar propuestas tcnicas que mejoren la entrega de dicho servicio La Direccin de Agua Potable, Alcantarillado y Comercializacin del Cantn Rumiahui en su afn de generar informacin tcnica actualizada de los sistemas de agua potable se encuentra preocupada por evaluar el funcionamiento hidrulico de los sistemas de distribucin de agua potable del Cantn.UBICACIN GEOGRFICA:El Proyecto se encuentra ubicado dentro de la parroquia Sangolqu, al norte hasta la urbanizacin La Colina, limitado al Norte y al Este por el ro Pita, al Oeste con la Escuela Politcnica del Ejercito, el ro Santa Clara, y por la calle Atuntaqui hasta llegar al barrio Dolores Vega I, y al sur por el colibr, Urbanizacin San Ignacio de Cashapamba, hasta llegar al tanque de Cashapamba. Provincia:PichinchaCantn:RumiahuiParroquia:Sangolqu Latitud:-0.333333 Longitud:-78.4333

CONSIDERACIONES BASICAS DE DISEOEn el diseo se debe tener en cuenta que para las alcantarillas, desde los laterales se tiene que adoptar un dimetro mnimo por ms pequeo que sea el caudal, para evitar obstrucciones. En nuestro medio y en muchas ciudades, el dimetro mnimo permisible es de 200 mm (8) y en grandes ciudades y reas metropolitanas es de 250 mm (10).VELOCIDADES MXIMAS Y MNIMASLa velocidad de flujo en las alcantarillas no debe permitirse excedan a un valor mximo, porque los slidos arrastrados por el flujo pueden erosionar el conducto y para evitar tener que disipar la energa en el punto de descarga.ALCANTARILLADOVELOCIDADES MNIMAS(m/seg)VELOCIDADES MXIIMAS(m/seg)

SANITARIO0.63.0

PLUVIAL1.312.0

GRADIENTES MXIMAS Y MNIMASLas pendientes de las tuberas en general deben sobrepasar el mnimo deseable para mantener la velocidad mnima para el flujo de diseo, ya que los flujos reales, especialmente antes que la urbanizacin alcance su tamao final, podran ser menos que el flujo de diseo. Se deben evitar los asentamientos de depsitos y la erosin por la cual, la pendiente debe ser tal que mantenga una velocidad satisfactoria de escurrimiento.DIMTEROPENDIENTEPROFUNDIDAD

200,0751,25

250,0561,30

300,0451,35

380,0381,40

450,0271,50

600,0191,65

760,0141,85

910,0112,00

1,070,0092,15

1,220,0082,35

1,520,0062,65

1,830,0043,00

2,130,0043,30

2,440,0043,60

PROFUNDIDAD MNIMA DE LOS CONDUCTOSDependiendo del dimetro y de la tubera, la profundidad mnima debe ser de 0,80 m.Para la localizacin de los conductos, es conveniente considerar lo siguiente:1. Localizar las tuberas en el eje de las calles.2. Si el terreno es inclinado, ponerlas junto a la acera del lado ms bajo en el eje de la calle3. En calles ms de 20 m. de ancho, y sobre todo con pavimento costoso, es mejor colocar dos atarjeas cercanas a las aceras de los dos lados.INTENSIDAD DURACIN Y FRECUENCIALa ciudad de Sangolqu dispone de informacin pluviogrfica correspondiente a la zona 33 del INAMHI que se resume a continuacin:ECUACIONES DE INTENSIDADES DE LLUVIA - IZOBAMBA

PERIODO DE RETORNOECUACIONESIntensidades, 24 hr mm

5 min < t < 45 min45 min < t < 1440

5I =291,55t-0,4723I =1939,97t-0,92152,40

10I =315,85t-0,4723I =2101,63t-0,92152,60

25I =352,29t-0,4723I =2344,13t-0,92152,90

50I =376,59t-0,4723I =2505,79t-0,92153,10

100I =388,74t-0,4723I =2586,62t-0,92153,20

Ecuaciones de intensidad de lluvia IzobambaFUENTE INAMHI; ELABORACIN INGECONSULT

Hp (mm)

Periodo de Retorno (aos)Duracin (min)

5101530601201803607201440

511,416,420,342,244,647,148,651,354,257,2

1012,317,722,045,848,351,052,755,658,762,0

2513,719,824,551,053,956,958,762,065,569,2

5014,721,226,254,657,660,862,866,370,073,9

10015,121,827,056,359,562,864,868,572,376,3

Perodo de retornoFUENTE INAMHI; ELABORACIN INGECONSULT

Para efectos de los diseos de factibilidad definitivos, se utilizar la ecuacin de la DAPAC-R que guarda relacin con las curvas I D F del INAMHI que tiene la siguiente expresin matemtica:

Dnde: I intensidad en mm/hora t tiempo de concentracin en minutos T Periodo de retornoCondiciones empleadas en los clculos: T = 10 aos para diseo de colectores Tc = 12 minutos A = 1 Ha.El valor de la intensidad calculado con la frmula de la DAPAC-R es = 243.19 mm/Ha.CAUDAL DE DISEOEl componente agua potable del Plan Maestro, ha llegado a determinar que la dotacin para la ciudad de Sangolqui va a tener una variacin o comportamiento variable con el tiempo ya que en la actualidad ao 2014 se tiene un valor que no es una demostracin del consumo sino ms bien de un sistema con problemas por redes antiguas, vlvulas en mal estado y otros factores que inciden en que la dotacin este en un rango muy elevado para el tipo de poblacin, clima y ms factores incidentes. La dotacin presente es de 200 l/hab.da.CAUDALES SANITARIOS El caudal medio de aguas residuales se calcular mediante la siguiente ecuacin: 86400 qm = Cr. P. D.En donde: qm: Caudal medio de aguas residuales (l/s) Cr: Coeficiente de retorno del agua potable (adimensional) P: Poblacin aportante (habitantes) D: Dotacin per-cpita de agua potable, sin prdidas, (l/(hab.da))Caudal mximo horario o caudal instantneo Para redes de alcantarillado, el caudal mximo horario de agua residual se obtendr multiplicando el caudal medio de agua residual por el factor de mayoracin K; ste se calcula con la ecuacin del Ex IEOS, con un valor mximo de 4; se aplica para caudales comprendidos entre 1.5 l/s y 5. 0 l/s. COEFICIENTES DE DISEO Coeficiente de Retorno (Cr) este coeficiente expresa la relacin entre el volumen del agua residual descargado en el alcantarillado y el volumen de agua potable abastecido a la poblacin, se adopta el valor de Cr = 75%. Esto guarda relacin con el nivel de complejidad del sistema ver tabla 4.2.3.1 de las Normas actualizadas IEOS. Coeficiente de Infiltracin (Cinf): El aporte proveniente por la infiltracin es bastante reducido, por cuanto con la adopcin de tubera de PVC para el diseo de las nuevas redes, este caudal se minimiza por cuanto los fabricantes de las tuberas garantizan su estanqueidad, la posibilidad de ingreso se puede dar cuando se tenga un nivel fretico elevado el ingreso se producira en la unin pozo tubo. La incidencia de este caudal es en el tratamiento, ms no en el dimensionamiento de la tubera. Se adopta un coeficiente de infiltracin de 0,03 l/s x km. De acuerdo a la Norma tcnica Ecuatoriana INEN 2059 2010 cuarta revisin los tubos deben ser instalados empleando unin con anillo de caucho, este valor ser empleado nicamente en los diseos de los interceptores sanitarios ya que para cuando se trate del sistema combinado el valor deja de tener un significado de incidencia en el dimensionamiento. Coeficiente de Aguas Ilcitas o por conexiones erradas, este tambin tiene un valor numrico reducido llegando a ser determinado en 1.0 litro por segundo por hectrea (1/sxHa.). Al igual que para el valor de la infiltracin, esto ser empleado solo para los colectores sanitarios. Velocidad mnima es aquella que permita el arrastre de los slidos que existen en las aguas servidas, este parmetro para el caso del proyecto se calcular con el caudal mnimo y debe cumplir con el valor de 0.40 m/s. La velocidad mxima estar en funcin del material de la tubera que se emplee para el clculo, considerando el dimetro interior, este justificativo esta expresado en las Normas Nacionales y tambin recomiendan los fabricantes de los tubos plsticos, PRFV o PVC, la velocidad ser de 6.50 m/s, para el caudal mximo instantneo. Por ser una condicin de flujo momentneo la abrasin que se genere no es considerable. Pendientes mnimas y mximas, Las tuberas se recomienda que sean instaladas con la inclinacin que permita cumplir con las velocidades mnima y mxima, para condiciones especiales se justificar el empleo de otros materiales para que compense y se llegue a tener la vida til programada.Es conocido que cuando se manejan los bacos de caractersticas de las tuberas que si se incrementa el calado la capacidad de transporte disminuye, en los rangos superiores de calado.

Elementos hidrulicos

CAUDALES PLUVIALES DE DISEO Para determinar los caudales pluviales de los sistemas de alcantarillado de la ciudad de Sangolqu, se aplicar el Mtodo Racional que tiene la siguiente expresin: Q = (C x I x A)/0.36En donde: Q lluvias = caudal de aguas lluvias en l/s. C = coeficiente de escorrenta. En funcin del tipo de suelo y de cubierta de casas I = intensidad de la lluvia en mm/h, para nuestro caso se emplear la ecuacin que utiliza para sus clculos la DAPAC-R A = rea drenada en hectreas.TIEMPO DE CONCENTRACIN INICIALSe denomina Tiempo de Concentracin al tiempo en el que se demora una gota de agua cada en el punto ms alejada de la cuenca hasta llegar al punto donde se realiza el anlisis de la estructura de proteccin. Este tiempo depende de la Pendiente del terreno, de la distancia, del tipo de suelo por el cual recorre el agua. Para el presente caso se utilizara la expresin de El tiempo de concentracin se estim con la expresin, conocida como de Kirpich o de California.

Donde: Tc= Tiempo de concentracin, en minutos L = Longitud del cauce principal, en m. H = Desnivel , en mPara el presente caso y a nivel de Plan Maestro se toma el tiempo de concentracin inicial 12 minutos, para la fase de Diseo se calcular usando la frmula de Kirpich.COEFICIENTE DE ESCORRENTA CEste parmetro ha sido estudiado por varios investigadores, y se encuentra en la literatura relacionada con la hidrulica, de igual manera se encuentra marcado en las diferentes Normas de Diseo, presentndose la Tabla VIII.3 de la Norma CO 10.07-601 de la Subsecretara de Agua y Saneamiento. TablaVIII.3 Valores del coeficiente de escurrimientoTIPO DE ZONAVALORES DE C

Zona centrales densamente construdas, con vas y calzadas pavimentadas.0,7 0,9

Zonas adyacentes al centro de menor densidad poblacional con calles pavimentadas0,7

Zonas residenciales medianamente pobladas.0,55 0,65

Zonas residenciales con baja densidad.0,35 0,55

Parques, campos de deportes.0,1 0,2

Cuadro 3.3 Alcantarillado Pluvial Mariana de JessFuente: Norma CO 10.07 - 601 del Ex IEOSDe acuerdo a la ubicacin de los colectores se aplicara los valores de C presentes en la tabla, tanto para la zona consolidada como para el rea de expansin.

SEPARACIN DE CAUDALES

En temporada de lluvias el caudal combinado ser separado tratando de que este retiro sea lo ms ajustado al valor de solo el caudal sanitario, ya que como es conocido, estas no son estructuras que permiten exactitud matemtica sino ms bien relativa por lo que para los clculos el valor a derivar considera que el caudal que continuar dentro del sistema de alcantarillado no sea mayor al equivalente a 4 Q sanitarios o el 5 % del caudal pluvial. Para caudales menores se tiene las estructuras de cortina, que consiste en un obstculo en la mitad del pozo el cual permite que el caudal sanitario se direccione a la salida y cuando hay el exceso pasa por sobre la cresta del vertedero y va a la descarga. DESARROLLO:

http://repositorio.espe.edu.ec/bitstream/21000/5606/1/T-ESPE-033683.pdfhttp://virtual.cocef.org/Estudios_Mexico/MXest3/Cd.Aleman/Cap%204/Alcantarillado/Actual/Analisis%20alcant.pdfhttp://www.ops.org.bo/textocompleto/nac23890.pdfhttp://repository.lasalle.edu.co/bitstream/10185/15470/2/T40.09%20P234d.pdffile:///C:/Users/USER/Documents/Downloads/2_43_1777176032_II_Alcantarillado_Sanitario_2013%20(1).pdf

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