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7/21/2019 Memoria de Calculo Alcantarillado

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[Escriba texto]

ALCANTARILLADO SANITARIOMEMORIA DE CALCULO

HIDRAULICO DE UN SISTEMA DEALCANTARILLADO

Introducción:

El diseño de redes de alcantarillado sanitario en localidades urbanas, es una tarea que implica larealización de diversos cálculos hidráulicos que, aunque sencillos, son laboriosos y repetitivos.

Este trabajo presenta un modelo por medio de fórmulas, que permite la determinación de los

diámetros, la revisión del tramo apegado a normas (!"!#$ y la estimación de las cotas de

proyecto.

El inadecuado dimensionamiento de las tuber%as en las redes de drenaje sanitario de las

comunidades acarrea problemas, como son la falta de eficiencia hidráulica y particularmente &l

depósito de sedimentos en las atarjeas que implican altos costos de conservación.

! fin de evitar el problema anteriormente mencionado, se requiere una atención especial en la

selección de los diámetros de las tuber%as y una revisión de las caracter%sticas hidráulicas de

cada tramo con el propósito de garantizar el funcionamiento hidráulico tomando en cuenta las

'ormas de !lcantarillado #anitario de ocalidades )rbanas de la *ep+blica eicana.

• Datos Necesarios:

"ara dimensionar las tuber%as y poder efectuar la revisión del flujo que pasa por ellas se

considera que ya se cuenta con la planeación integral del sistema de alcantarillado.

En s%ntesis es necesario contar con los siguientes datos-

[Escriba texto]



[Escriba texto]

"lano de topográfico que tenga las cotas de crucero y de puntos de inter&s referidos al

'.

"lano de pendientes que muestre el sentido del escurrimiento en cada tramo

"lano de traza y nomenclatura que represente la planeación definitiva de la red.

/astos de diseño para cada tramo obtenidos a partir de la población de proyecto y del

gasto unitario del proyecto.

• Consideraciones Hidráulicas:

El flujo en las redes de alcantarillado sanitario se considera permanente y uniforme.

El flujo en las alcantarillas para su estudio se considera como un escurrimiento a superficie

libre, donde el escurrimiento se realiza por la fuerza de la gravedad.

"ara el dimensionamiento de las tuber%as de un sistema de alcantarillado, tradicionalmente se

utilizan epresiones de tipo emp%rico como son la fórmula de anning, 0hezy, 1azen y

2illiams, entre otras.

Este trabajo se apoya en la fórmula de *oberto anning, en la cual en primer lugar se parte de

los requerimientos del proyecto y de datos de campo como es el gasto de diseño, la pendiente

del terreno en el tramo por analizar y el coeficiente rugosidad de anning.

• Canal Circular:

[Escriba texto]



[Escriba texto]

• Forulas !ásicas utili"adas #ara el dise$o %idráulico:

–

nal$(adimensio hidráulica pendiente #

(m$ hidáulico radio*

nal$(adimensio anning de rugosidad de coef.n

3seg.$m(4.5 emp%rica constante0m

(m3seg.$ flujo del media velocidad6

-donde

#* n

0m6

74

8478

====

=

=

Forula de

Mannin&:

[Escriba texto]



[Escriba texto]

–

$(m hidráulica área! .$3(m caudal o gasto9

-

8

7

8478

==

=⇒=

seg

donde

S ARn

CmQVAQ

'rinci#io de continuidad:

Diensionaiento de tu!er(as:

738

834 AR

CmS

Qn =

"artiendo de la epresión de anning, pasando al primer miembro los

datos conocidos se tiene-

:ónde-

• El segundo miembro se le conoce como factor de sección

•

;

;

;

8

8 φ

πφ

πφ πφ

==== P

A R y A

"ero, tambi&n se sabe que para un canal circular-

[Escriba texto]



[Escriba texto]

•

73<

73=

738

73887388

834 ;;;;;

πφ φ πφ φ πφ ==

=

xCmS

Qn

#ustituyendo en el factor de sección-

•

=3773<

834

;

=π

φ CmS

Qn

:espejando el diámetro se tiene-

Tirante #arcial o noral )*+:

( )7388

834

738

834

4

;=

−

−=

=

θ

ϑ φ θ θ

φ sen sen

CmS

Qn

ARCmS

Qn

"ara determinar el tirante parcial o normal que se

presentará en la tuber%a, se parte de la epresión que relaciona al factor de sección-

[Escriba texto]



[Escriba texto]

( )

8

=

8cos4

88

θφ

θ θ φ

θ φ

=

−=

−=

P

sen A

y

#ustituyendo los elementos geom&tricos del canal circular para un tirante y

área parcial-

,elocidad #arcial ),+:

834738 S Rn

CmV parcial Velocidad

parcial perimetro

parcial área

P

A R

=

==

"ara obtener la velocidad parcial se utiliza la fórmula de

anning conociendo el radio hidráulico a tubo parcialmente lleno-

,elocidad a tu!o lleno ),-+:

834738

;

S Rn

CmV llenotuboaVelocidad

llenotuboa perimetro

llenotuboaárea

P

A R

=

=== φ

!qu% se considera que el caudal ocupara toda el área

hidráulica que corresponde al área total del tubo y para determinar la velocidad se aplica el

principio de continuidad-

[Escriba texto]



[Escriba texto]

Calculo de Cotas de Dise$o:

"ara efectos de proyecto es indispensable conocer las cotas de plantilla, las cotas de lomo y los

niveles piezom&tricos, todas ellas referidas a las cotas de terreno de cada uno de los tramos. as

cotas de plantilla se obtienen proponiendo un colchón en cualquiera de los etremos del tramo-

Ni.eles de 'ro*ecto:

[Escriba texto]



[Escriba texto]

T/rinos

en Ni.eles:

• CPi = Cota de plantilla al inicio

• CPf = Cota de plantilla al final

• CLi = Cota de lomo al inicio

• CLf = Cota del lomo al final

• NPi = Nivel piezomtricos al inicio

• NPf = Nivel piezomtricos al final

• Ci = Colc!"n al inicio

• Cf = Colc!"n al final

• e = espesor de la tuber#a

• f = diámetro de la tuber#a

• y pt $ tirante parcial del propio

tramo

• ytp $ tirante parcial del tramo

siguiente

[Escriba texto]



[Escriba texto]

•

•

•

•

[Escriba texto]



[Escriba texto]

• E0#resiones #ara Ni.eles:

•

$8(

$(

$8(

eCPf C%f Cf

&Sg CPiCPf

eCiC%iCPi

++−=−=

++−=

φ

φ

0otas de plantilla-

•

•

•

• 0otas de lomo-

•

eCPf C&f

CiC%iC&i

8++=−=

φ

•

•

• 'iveles piezom&tricos

•

ts

tp

yeCPf NPf

yeCPi NPi

++=

++=

•

•

• Consideraciones #ara el cálculo %idráulico: "endiente m%nima debe ser igual a 5.557

"endientes /eom&tricas se multiplican por valores entre 5.5575 a 4.8

0olchón m%nimo igual a 5.>5 m

[Escriba texto]



[Escriba texto]

6elocidad m%nima igual a 5.75 m3seg

6elocidad máima igual a <.55 m3seg

?irante m%nimo igual a 4.4> m

Calculo %idráulico de colectores

• Trao A

Colector A1

• :atos-

•

=3773<

834

;

=π

φ CmSg

Qn=37

73<

834

;

$4>@7.5(4

$547.5(>78>.<

=π

Lon&itud #arcial )L#+2

34564

Lon&itud acuulada )La+2 17895

;asto )<+2 =597 Lts>se&

Cota de Terreno )Ct1+2 631544


'endiente de Terreno )St+ 2 (0t4 A 0t8$ 3 p B (@C4.55D@>4.55$ 3 C5.@5 B 451814

'endiente ;eo/trica )S&+ 2 (#t$ (4.8$ B (5.4;45$ (4.8$ B 45169

Diáetro Teórico )φ

+2

• B 4544?

2 4544? 0 144 c 2 54?

• Diáetro Coercial )φ

+ 2 74 c

• #i el

φ

teórico es menor que 85 cm, el diámetro comercial que se utiliza es de 85 cm.

• Es#esor )e+ 2 7564 c #araφ

coercial de 74 c

•

• An&ulo[Escriba texto]



[Escriba texto]

• #e proponen valores de ángulos hasta que tu factor de sección

738 AR se iguale con

tu constante

834S

Qn

.

•

θ B ?353 &rados 2 15=94=3 rad

•

( )7388

4;=

−

−

θ

ϑ φ θ θ

φ sen sen

Factor de Sección )738 AR + 2

•

( )

7388

<75><C.4

$<75><C.4(4;

455385$<75><C.4(<75><C.4=

455385

−

−

sen sen

B

• 2 4544413? m8/3

• Constante )834S

Qn

+ 2

834

Sg

Qn

B

834$4>@7.5(

$547.5$(45553>78>.<(

2 4544413?

m8/ 3

•

( )$<75><C.4(<75><C.4=

455385 8

sen−= ( )θ θ φ

sen A −==

8

@rea 'arcial:

• 2 45447 m2

•

;

$455385(4;4>.78

=;

E8πφ

= A

@rea a tu!o lleno:

• 2 4549187 m2

•

8

$<75><C.4(455385=

8

θφ = P

'er(etro 'arcial:

[Escriba texto]



[Escriba texto]

• 2 451=

•

πφ = P $455385(4;4>.7='er(etro a tu!o lleno:

• 2 459

•

4<.5

558>>.5==

P

A R

Radio 'arcial:

•

= 0.017 m

•

=

>7.5

574;8>.5==

P

A R

Radio a tu!o lleno:

• 0.05 m

•

558>>.5

45553>78>.<=

A

Q=6

,elocidad 'arcial:

•

2 7517 >se&

•

834738$4>@7.5($5<.5(

547.5

55.4= 834738 S R

n

CmV =

,elocidad a tu!o lleno:

• 2 8594 >se&

•

$574;8.5$(75.;(= VAQ =;asto a tu!o lleno:

•

2 4519868 m

3

/seg

•

−=

8

<75><C.4cos4

8

85

−=

8cos4

8

θ φ y


• 2 7536 c

[Escriba texto]



[Escriba texto]

•

Es#esores * Cotas de 'ro*ecto

•

$4(>5.54 Sg C += $4>@7.54(>5.5 +=

Colc%ón 1:

• 2 4534

•

[email protected](8455385C5.5(55.@C4 ++−= $8( eCiC%iCPi ++−= φ

Cota

de 'lantilla 1 )C#1+:

• 2634548

•

[email protected](4>@7.55;.@C5 −= $( &Sg CPiCPf −=

Cota de 'lantilla 7 )C#7+:

• 2 6=?548

•

$8( eCPf C%f ++−= φ $8( eCPf C%f Cf ++−= φ

Colc%ón 7:

•

[email protected](84553855;.@<=(@>4 ++−=

2 7534

•

[email protected];.@C5 ++= eCPiC& ++= φ 4

Cota de Cla.e 1 )CL1+:

• 2 634573

•

[email protected];.@<= ++= eCPf C& ++= φ 8


• 2 6=?573

[Escriba texto]



[Escriba texto]

•

C5.555.@C4 −= CiC%i &i −=Cota de Loo )L1+:

• 2 634594

•

•

•

[email protected](84553855;.@<= ++= eCPf C&f 8++= φ Cota de Loo )L7+:

• 2 6=?594

•

[email protected]@5.85;.@C5 ++= yeCPi Np ++=−4Ni.el de 'ie"oetrico 1

)N#1+:

• 2 634514

•

[email protected]@5.85;.@<= ++= yeCPf Np ++=− 8Ni.el 'ie"oetrico 7

)N#7+:

• 2 6=?514

Cantidades de O!ra

•

CpiC%id −=−4 5;.@C555.@C4 −='roBundidad 1 )d1+:

• 2 456

•

Cpf C%f d −=− 8 5;.@<=55.@>4 −='roBundidad 7 )d7+:

• 2 756

•

$$>5.5(@@.474(= $$>5.5((F>5 % ' =− $$(@<.5$(83$(( 84 &pd d % −− +=

[email protected]$(@<.5$(83$@>.8@>.5(( +=Trao deE0ca.ación:

[Escriba texto]



[Escriba texto]

• 2 191566 9

• E0ca.ación clase A:

• 2 36516 9

•

$$85.5((F85 % '' =− $$85.5(@@.474(=E0ca.ación clase :

• 2 7584 9

•

$$85.5((F85 % ''' =− $$85.5(@@.474(=E0ca.ación clase C:

• 2 7584 9

•

•

•

•

•

$$(E( &p AV% = [email protected](G574;8>.5(=,oluen Tu!o:

• 2 7579 9

•

$( V% % VR −= $87.8@@.474( −=,oluen Relleno:

• 2 17653 9

•

$7.4$($(@<.5$(7.5$(( &pVC() += φ ,oluen Co#actado Material de anco:

•

$7.4$(@5.C5$(@<.5$(7.5$455385(( +=

• 28953? 9

[Escriba texto]



[Escriba texto]

•

VC()VRVC(P* −= $$7.4((,oluen Co#actado Material 'roducto de

E0ca.ación en ca#as de 74 c:

•

C=.;7$$7.4(C>.48@(( −=

• 2178564 9

•

$>.5$(4.5$(( &pVCA = $>.5$(4.5$(@5.C5(=,oluen Caa de Arena:

• 2 857= 9

•$7.4$(C=.;7@@.474( −= $7.4$(( VC()% VAC −= ,oluen Acarreos:

• 2 11853 9

•

$>3>C.44;(= $7>3( mVAC NCA =No5 De Caiones de Acarreos:

• 2 16 Caiones de 9

•

[email protected](= $8.43( &p N% =No5 De Tu!os:

• 2 =6 'ie"as de Tu!os

•

•

•

•

•

Calculo %idráulico de colectores

[Escriba texto]



[Escriba texto]

• Trao A

Colector A7

• :atos-

•

=3773<

834

;

=π

φ CmSg

Qn=3773<

834

;

$4;;8.5(4

$547.5(C5<<.<

=π

Lon&itud #arcial )L#+2

5=

Lon&itud acuulada )La+2 1914577

;asto )<+2 =534== Lts>se&


Cota de Terreno )Ct7+2 6=9544

'endiente de Terreno )St+ 2 (0t4 A 0t8$ 3 p B (@>4.55D@<7.55$ 3 >>.<> B 451747

'endiente ;eo/trica )S&+ 2 (#t$ (4.8$ B (5.4858$ (4.8$ B 451887

Diáetro Teórico )φ

+2

• B 45476

2 45476 0 144 c 2 576

• Diáetro Coercial )φ

+ 2 74 c

• #i elφ

teórico es menor que 85 cm, el diámetro comercial que se utiliza es de 85 cm.

• Es#esor )e+ 2 7564 c #araφ

coercial de 74 c

• An&ulo

• #e proponen valores de ángulos hasta que tu factor de sección

738 AR se iguale con

tu constante

834S

Qn

.

[Escriba texto]



[Escriba texto]

•

θ B ?653 &rados 2 15===8rad

•

•

•

( )7388

4;=

−

−

θ

ϑ φ θ θ

φ sen sen

Factor de Sección )738 AR + 2

•

( )7388

<><<>;.4

$<><<>;.4(4

;

455385$<><<>;.4(<><<>;.4

=

455385

−

−

sen sen

B

• 2 4544416= m8/3

• Constante )834S

Qn

+ 2

834Sg

Qn

B

834

$4;;8.5(

$547.5$(45553C5<<.<(

2 4544416=

m8/ 3

•

( )$<><<>;.4(<><<>;.4

=

455385 8

sen−= ( )θ θ φ

sen A −==

8

@rea 'arcial:

• 2 45447?9 m2

•

;

$455385(4;4>.7 8

=;

E8πφ

= A

@rea a tu!o lleno:

• 2 4549187 m2

•

8

$<><<>;.4(455385=

8

θφ = P

'er(etro 'arcial:

• 2 451

•

πφ = P $455385(4;4>.7='er(etro a tu!o lleno:

[Escriba texto]



[Escriba texto]

• 2 459

•

4>.5

558=7.5==

P

A R

Radio 'arcial:

•

= 0.018 m

•

=

>7.5

574;8>.5==

P

A R

Radio a tu!o lleno:

• 0.05 m

•

558=7.5

45553C5<<.<=

A

Q=6

,elocidad 'arcial:

• 2 7547 >se&

•

834738$4;;8.5($5<.5(

547.5

55.4= 834738 S R

n

CmV =

,elocidad a tu!o lleno:

• 2 956 >se&

•

•

•

•

$574;8.5$(@>.7(= VAQ =;asto a tu!o lleno:

• 2 45178= m3

/seg

•

−=

8

<><<>;.4cos4

8

85

−=

8cos4

8

θ φ y


[Escriba texto]



[Escriba texto]

• 2 7561 c

•

Es#esores * Cotas de 'ro*ecto

•

$4(>5.54 Sg C += $4;;8.54(>5.5 +=

Colc%ón 1:

• 2 456

•

[email protected](8455385>@.5(55.@>4 ++−= $8( eCiC%iCPi ++−= φ

Cota de

'lantilla 1 )C#1+:

• 26454

•

$<>.>>(4;;8.55>.@>5 −= $( &Sg CPiCPf −=

Cota de 'lantilla 7 )C#7+:

• 2 6=458

•

$8( eCPf C%f ++−= φ $8( eCPf C%f Cf ++−= φ Colc%ón 7:

•

[email protected](8455385;>.@<5(@<7 ++−=

2 7576

•

[email protected]>.@>5 ++= eCPiC& ++= φ 4


• 2 6457?

•

[email protected];>.@<5 ++= eCPf C& ++= φ 8


• 2 6=45?

[Escriba texto]



[Escriba texto]

•

C5.555.@>44 −= CiC%i &i −=Cota de Loo )L1+:

• 2 64591

•

•

•

•

[email protected](8455385;>.@<5 ++= eCPf C&f 8++= φ Cota de Loo )L7+:

• 2 6=4531

•

[email protected]@5.85>.@>5 ++= yeCPi Np ++=−4Ni.el de 'ie"oetrico 1

)N#1+:

• 2 64511

•

[email protected]@5.85;.@C5 ++= yeCPf Np ++=− 8Ni.el 'ie"oetrico 7

)N#7+:

• 2 6=45=1

Cantidades de O!ra

•

CpiC%id −=−4 5>.@>555.@>4 −='roBundidad 1 )d1+:

• 2 4568

•

Cpf C%f d −=− 8 5;.@C555.@<7 −= 'roBundidad 7 )d7+:

• 2 75=8

[Escriba texto]



[Escriba texto]

•

$$>5.5(74.445(= $$>5.5((F>5 % ' =− $$(@<.5$(83$(( 84 &pd d % −− +=

$<>.>>$(@<.5$(83$<;.8@;.5(( +=Trao deE0ca.ación:

• 2 114591 9

• E0ca.ación clase A:

• 2 516 9

•

$$85.5((F85 % '' =− $$85.5(74.445(=E0ca.ación clase :

• 2 7754 9

•

$$85.5((F85 % ''' =− $$85.5(74.445(=E0ca.ación clase C:

• 2 7754 9

•

•

•

•

•

$$(E( &p AV% = $$<>.>>(G574;8>.5(=,oluen Tu!o:

• 2 7546 9

•

$( V% % VR −= [email protected]( −=

,oluen Relleno:

• 2 14?577 9

•

$7.4$($(@<.5$(7.5$(( &pVC() += φ ,oluen Co#actado Material de anco:

[Escriba texto]



[Escriba texto]

•

$7.4$(<>.>>$(@<.5$(7.5$455385(( +=

• 281514 9

•

VC()VRVC(P* −= $$7.4((,oluen Co#actado Material 'roducto de

E0ca.ación en ca#as de 74 c:

•

45.;4$$7.4(88.45=(( −=

• 2665=? 9

•

$>.5$(4.5$(( &pVCA = $>.5$(4.5$(<>.>>(=,oluen Caa de Arena:

• 2 9566 9

•

$7.4$(45.;474.445( −= $7.4$(( VC()% VAC −=,oluen Acarreos:

• 2 ?6563 9

•

$>3@C.=@(= $7>3( mVAC NCA =No5 De Caiones de Acarreos:

• 2 1= Caiones de 9

•

$8.43<>.>>(= $8.43( &p N% =No5 De Tu!os:

• 2 == 'ie"as de Tu!os

•

•

•

•

[Escriba texto]



[Escriba texto]

•

i!lio&raB(aManual de A&ua 'ota!le * Alcantarillado Sanitario ,ersión 7418 )MA'AS+

• Alcantarillado Sanitario Criterios * lineaientos T/cnicos #ara

Bacti!ilidades:

%tt#:>>5sia#a5&o!50>sites>deBault>Biles>ca#itulo95alcantarilladosanita

rio5#dB

[Escriba texto]

http://www.siapa.gob.mx/sites/default/files/capitulo_3._alcantarillado_sanitario.pdf


