INSTITUTOTECNOLOGICO DEOAXACA INGENIERIA SANITARIA Y ALCANTARILLADO. ING. PEDRO RODRIGUEZ RUIZ. INGENIERO CIVIL Y ROFESOR DE CARRERA DEL DEPTO DE CIENCIAS DE LA TIERRA, ITO. INGENIERIA SANITARIA Y ALCANTARILLADO ING. PEDRO RODRIGUEZ RUIZ1 Los apuntes de ingeniera sanitaria y alcantarillado estn preparados para la enseanza en la carrera de ingeniera civil apegada al programa de estudios vigentedidctica en la presentacin y contenido de las actividades que se llevan acabo y de la Que debes tomar en cuenta para lograr una adecuada y eficaz disposicin de las aguas negras y disposicin final de los residuos slidos, todo con un objetivo de contribuir a ser conciencia en la conservacin de un ambiente mas sano y buscar un mayor nivel de bienestar para todos los seres humanos que habitan en el planeta tierra. Los temas tratados en estos apuntes estn organizados en tres captulos, en el primer capitulo se describe los tipos y conceptos bsicos que deben conocer y saber los proyectistas de alcantarillado sanitario as como los estudios previos que deben realizar antes de pasar a la formulacin del proyecto, tambin se aborta la aplicacin de la normatividad en el proyecto y construccin de u n sistema de alcantarillado. En el capitulo dos se describen los diferentes mtodos de tratamiento de las aguas residuales y caractersticas de la misma. Y en el capitulo tres se describen las caractersticas de los desechos slidos, as como los mtodos de tratamiento para la disposicin final de los desechos slidos municipales (la basura). Abordando la problemtica desde el punto de vista social, econmica, poltica y cultural. INGENIERIA SANITARIA Y ALCANTARILLADO ING. PEDRO RODRIGUEZ RUIZ2 CAPITULADO Capitulo I ALCANTARILLADO SANITARIO Introduccin. Definiciones. Evolucin 1.1 Elementos para un proyecto de alcantarillado...6 1.1.1 Tipos de alcantarillado6 1.1.2 Requisitos de un sistema de alcantarillado..6 1.1.3 Estudio socioeconmico...7 1.1.4 Estudio topogrfico9 1.1.5 Estudio geotcnico9 1.1.6 Estudio de impacto ambiental..9 1.1.7 Estudio de factibilidad econmica y financiera....10 1.1.8 Calculo de la poblacin....10 1.2 Partes de una red de alcantarillado...10 1.2.1. Partes y accesorios de una red de alcantarillado...10 1.3 Proyecto de una red de alcantarillado21 1.3.1Trazo geomtrico de una red....22 1.3.1.1. Clases de tuberas.25 1.3.1.2 pruebas a las que deben someterse las tuberas de concreto26 1.3.2 Dotacin y aportaciones...30 1.3.3 Clculo de gastos..31 1.3.4 Nomogramas de Manning y Harmon..37 1.3.5 Clculo hidrulico..39 1.3.5.1 Casos para e calculo hidrulico de la red..46 1.3.6 Problemas....64 1.3.7 Instalaciondel novahol.74 1.3.8 Instalacion del novaloc...93 1.3.9 Normas para pruebas a las tuberas..104 1.4 Costos de operacin y construccin de una red de alcantarillado...116 1.4.1 Presupuesto de una red de alcantarillado116 1.4.2Presupuesto de estaciones de bombeo y plantas de tratamiento de aguas residuales. 1.5 Descripcion del proceso constructivo deun sistema de alcantarillado. .. 117 INGENIERIA SANITARIA Y ALCANTARILLADO ING. PEDRO RODRIGUEZ RUIZ3 PRESENTACION Laformulacindeestosapuntesdeingenierasanitariayalcantarilladoestnbasadosenelprograma de estudios de la materia vigente como ayuda a la preparacin de los estudiantes de ingeniera civil y a los profesionistas dedicados al estudio, proyectos y construccin de obras de alcantarilladosanitario,plantasdetratamientodeaguasresidualesylaconstruccindeobras para la disposicin final de los residuos slidos. Jvenes estudiantes pongo en sus manos estos apuntes que he recopilado de varios textos que sobreeltemaexistenotrosadoptadosyalgunostemassonproductodemiexperiencia profesionalenelestudio,proyectoyconstruccinderedesdealcantarilladosanitario,dela supervisin en la construccin de plantas de tratamiento y de los mtodos de construccin para la disposicin final de los residuos slidos urbanos. Enestaocasinpresentanlosapuntesdeingenierasanitariayalcantarilladoenelcualse describentodoslosaspectosrelacionadosconelestudio,proyectoyconstruccinderedesde alcantarillado,platasdetratamientodeaguasresidualesydese4chosslidos,apegadosal programa vigente de estudios. Tengo queagradecer al ingeniero Jos Luis Garca Carrasco por su valida colaboracin y a los alumnos que realizaron la captura de todo el material y sus comentarios. Mianheloesqueestoayudeaelevarelnivelacadmicoenelinstituto,quelosalumnosse motiven a estudiar y a leer este trabajo y desarrolle su conocimiento y razonamiento de manera rpida y fcil. ING. PEDRO RODRIGUEZ RUIZjulio /2005 INGENIERIA SANITARIA Y ALCANTARILLADO ING. PEDRO RODRIGUEZ RUIZ4 INTRUDUCCION Unadelasprincipalespreocupacionesdelostresnivelesdegobiernoeslanecesidadque atraviesan la mayora de las localidades en proceso de desarrollo y es la carenciadel servicio de alcantarillado de aguas negras. El nivel de sanidad de una localidad depende en un 90% de los sistemas con los que cuenta para desalojar sus desechos, por lo que la elaboracin de estos apuntes sobre ingeniera sanitaria y alcantarilladosanitariosonfundamentalesparaaprenderelestudioproyectoyconstruccinde las redes de alcantarillado (drenaje) sanitario urbano. La eliminacin de las aguas negras, es el problema mas comn de todas las ciudades del mundo, por ello el sistema de alcantarillado de aguas negras es una forma de beneficiar en general a una poblacin que carezca de el. Enestaseccinsetrataranlosdiferentessistemasalternativosdetratamientosdelasaguas residualesatratar.Trataranlascaractersticasfsicas,qumicasybiolgicasdelasaguas residuales domesticas o municipales, as como trataran tomando como base la cantidad y calidad de las aguascrudas a tratar y las normas de calidad con las que deben de cumplir el efluente de la planta de tratamiento. El acelerado proceso de urbanizacin, el crecimiento industrial y la modificacin de los patrones de consumo han originado un incremento en la generacin de residuos slidos, aunado a ello se carecedecapacidadfinancierayadministrativaparadartratamientoadecuadoaestos problemas. La generacin per. Capita de residuos slidos, se ha incrementado en las ultima cuatro dcadas hoy en das es del ------------- para Mxico y el ------------ para la ciudad de Oaxaca de Jurez. Sus caractersticas han cambiado, de biodegradables, a elementos de lenta y difcil degradacin, del volumentotalgenerado,el90%nocuentaconalmacenamiento;soloserecolectael90%,con tcnicasyequiposdeficientes,hoyendasedatratamientoal15%yladisposicin finaldeun 85% se realiza en tiraderos a cielo abierto. Los residuos industriales han aumentado exponencialmente, estimndose que solo el 4% de ellos reciben tratamiento medianamente aceptable y una intima porcin es reciclada; problemas graves en las grandes ciudades, zonas tursticas e industriales. Laspoblacionesmedianamentepobladasygrandesestndepositandosusresiduosslidosa tiraderos a cielo abierto, sin ningn tratamiento, las poblaciones pequeas carecen del servicio de recoleccin y disposicin final, por lo que son tirados a cuerpos de agua, orillas de carreteras y en terrenosbaldos.Seabordarantemasdecaracterizacindelabasura,generacion,recoleccin, tratamiento, transporte y disposicin final de los residuos slidos con las tablas del artculo de la ley general de equilibrio ecolgico y apegado a la norma oficial mexicana NOM-083-2003. Aquabordaremoslosmtodosdedisposicinfinaldelosresiduosslidoscomoson:relleno sanitarioseco,rellenosanitariohmedo,incineracincomposteoyplantasdetratamientode residuos slidos. INGENIERIA SANITARIA Y ALCANTARILLADO ING. PEDRO RODRIGUEZ RUIZ5 Introduccin En el desarrollo de las localidades urbanas, sus servicios en general se inician con un precario abastecimiento de aguapotableyvansatisfaciendosusnecesidadesconbaseenobrasescalonadasobiendesueconoma.Como consecuenciasepresentaelproblemadeldesalojodelasaguasservidasoaguasresiduales.Serequiereasla construccindeunsistemadealcantarilladosanitarioparaeliminarlasaguasnegrasqueproduceunapoblacin, incluyendo al comercio y a la industria. Definicin Sistema de alcantarillado: Es una red de conductos y accesorios generalmente subterrneos, extendidos en toda la localidad y a travs de la cual se desalojan las aguas residuales en forma rpida y segura para llevarla a un lugar devertido,eldestinofinaldelasaguasservidaspodrser,previotratamiento,desdeuncuerporeceptorhastael rehso, dependiendo del tratamiento que se realice y de las condiciones particulares de la zona de estudio, con el fin de que no causen daos. Una localidad enfrenta dos necesidades bsicas en materia de alcantarillado: el desalojo de las aguasnegras producidas tanto por la poblacin como por las actividades industriales y comerciales que en ella se llevan acabo y el desalojode las aguas de lluvia. Lasaguasnegrasseproducenenformacontinuayaumentanencantidadconformelapoblacincrecey diversificasusactividadessocioeconmicas;producenenfermedadesinfecciosas,afectanlasaludyelmedio ambiente, y por tanto deben ser tratadas antes de ser descargadas en ros, lagos u otros cuerpos de agua o deser reutilizadas para la agricultura, riego de jardines u otras actividades. Evolucin de lo sistemas de alcantarillado en Mxico. En forma cronolgica, la evolucin de los sistemas de alcantarillado de la ciudad de Mxico pueden observarse en los siguientes datos histricos:1992. Actualmente los sistemas de drenaje profundo y semiprofundo de la ciudad de Mxico constituye la columna vertebraldetodoelsistemadedesage.Constadevariosinterceptoresquefluyehaciaunmismoconductopara evacuarlasaguasnegrasypluviales.Porsuscaractersticasdeconstruccinyporlaprofundidadenquese encuentran, no son afectados por el hundimiento de la ciudad de Mxico y operan por gravedad. La reseahistrica sobre el alcantarillado en generaly sobre el de la ciudad deMxico en particular, ilustra el esfuerzohumanorealizadoparadotarsedeestainfraestructurabsica.Sinembargo,enelcasodeMxico,la magnitud de lo que falta por hacer es todava muy grande y se percibe mejor cuando se toma conciencia de que al terminar el siglo XX, Mxico es un pas constituido por aproximadamente 200 ciudades medianas y grandes y acerca de 100, 000 pequeas localidades. Las primeras, sometidas a un proceso acelerado de crecimiento yconcentracin delapoblacinquedemandanuevosserviciosdedrenajeyalcantarillado,ylassegundaconunacarenciacasi absoluta de ellos que presentan, adems, la casi insalvable dificultad de su dispersin territorial. Conrespectoalosalcantarillados,losavancesmasdestacadospuedenagruparseencuantoaldiseo, construccin, equipos y mantenimiento. a)Relacionadosconeldiseo.Destacaeldesarrollodenuevastcnicasdeclculoenhidrologaurbanayel empleodecomputadorasparaeldiseodealcantarilladosconoptimizacineconmicaempleando programacin dinmica. b)Relacionadoconlaconstruccin. Mtodos modernosparalaprogramacindetiemposdeconstrucciny controldeobras.Mejoresequiposparaexcavacin,perforacin,compactacinytrazodeconductos.Nuevos materiales paralas tuberas. c)Relacionadosconequipos.Sedisponeactualmentedemejoresmaterialesyquiposmseficientesde bombeo.Semencionaelrecienteempleomasivodelosequiposdetornillo.Equiposdemedicinms confiables y de simple operacin. d)Relacionadosconelmantenimiento.Enestesehandesarrolladomltiplesyventajososdispositivospara limpieza,incluyendocircuitoscerradosdetelevisinysistemasmodernosparalaprevencindelataque qumico a las tuberas de concreto por la produccin de cido sulfhdrico. INGENIERIA SANITARIA Y ALCANTARILLADO ING. PEDRO RODRIGUEZ RUIZ6 1.1- Elementos para un proyecto de alcantarillado. 1.1.1- Tipos de alcantarillado. Existen tres tipos de sistemas de alcantarillado que adquieren su denominacin por la naturaleza de las aguas que transportan: a)Sistemaseparadodeaguasnegras.-Esaquelque sediseanicamentepara recibir lasaportacionesde aguas tanto domesticas como industriales, con el fin de alejarlas. b)Sistemaseparadodeaguaspluviales.-Esaquelqueseproyectanicamenteparacaptarlasaguasde lluvia, proyectando conductospor todas las calles para recibir y conducir las aguas de lluviahasta un lugar donde no produzcan molestias ni daos, o bien proyectandoestructuras de captacin, evitando se acumulen y tomen fuerza de arrastre. c)Sistema combinado. Es aquel sistema de alcantarillado que sirve para captar y conducirporla misma red de conductos, tanto las aguas negras o residuales como las aguas de lluvia. Eleccindel tipo de sistema. Para elegir un sistema de alcantarillado es preciso analizar la mayor cantidad de factores que inciden en el problema a resolver, lo que permitir justificar econmica y tcnicamente su eleccin. Tomando en cuenta las necesidades de saneamiento de las poblaciones, la primera prioridad por atender ser la de desalojar las aguas de desecho o aguas negras y, en segundo termino, evitar los riesgos y molestias que causan las aguas de lluvia. Dependiendo de las caractersticas econmicas de la poblacin y de las condiciones topogrficas, se podr optar por un sistema separado y de aguas negras, un sistema pluvial, o uno combinado. Otros factores que intervienen en la eleccin son la necesidad y factibilidad de tratamiento de las aguas negras y las posibles exigencias de bombeos a la red. Si la configuracin topogrfica de la poblacin permite el desalojo superficial de las aguas de lluvia, es recomendable optar por el sistema separado de aguas negras. Por otra parte, si la configuracin topogrfica no permite el desalojo de las aguas de lluvia en forma superficial y, adems, el potencial econmico de la poblacin no puede absorber el costo de las obras de un sistema combinado o pluvial, entonces es pertinente proyectar primero el desalojo de las aguas negras por medio de un sistema separado que las conduzca hasta un sitio adecuado y fuera de la localidad, dejando para etapas posteriores la solucin al problema pluvial. 1.1.2.- Requisitos que debe satisfacer un sistema de alcantarillado Toda red de alcantarillado correctamente proyectada debe cumplir con los siguientes requisitos: 1.Localizacin adecuada 2.Seguridad en la eliminacin 3.Capacidad suficiente 4.Resistencia adecuada 5.Profundidad de instalacin apropiada 6.Facilidad para la limpieza e inspeccin. 1.- Localizacin adecuada. Los conductos de una red de alcantarillado deben instalarse coincidiendo con los ejes de las calles. Cuando la calle es muy ancha se localizan dos conductos, una a cada lado prximo a las guarniciones de las banquetas. La red deber estar constituida por tramos rectos que encaucen las corrientes por el camino mas corto hacia el lugar de vertido, evitando la formacin de contracorrientes. Los colectores debern quedar alojados en las calles que tengan las elevaciones de terreno mas bajas para facilitar el escurrimiento de las zonas elevadas hacia ellos. Se procurara que los conductos de la red trabajen siempre a gravedad, evitandohasta donde sea posible el establecimiento de estaciones de bombeo que encarecen la construccin del sistema. 2.- Seguridad en la eliminacin. La eliminacin de las aguas negras debe hacerse enforma rpida y sin causar molestias ni peligros a la comunidad, para lo cual deben cuidarse los siguientes aspectos: oUtilizar conductos cerrados para evitar que aparezca a la vista el repugnante aspecto de las aguas negras, y para resguardar al usuario de los malos olores producto de la INGENIERIA SANITARIA Y ALCANTARILLADO ING. PEDRO RODRIGUEZ RUIZ7 putrefaccin de las materias en ellas contenidas. La conduccin en despoblado puede verificarse utilizando canal abierto, pero tan pronto como los limites de la zona se expandan hacia el sitio de vertido, es preciso construir el conducto emisor. oLas pendientes de escurrimiento del agua dentro de los conductos deben ser tales que, en condiciones de velocidad mnima, no permita que se depositen las materias que llevan las aguas negras y en condiciones de velocidad mxima, no se produzca erosin de las tuberas ni dislocacin de las mismas por desgaste de sus juntas. oLos conductos deben estar fabricados con elmaterial ms apropiado y compatible con las condiciones econmicas de la localidad, adems de ser impermeables para evitar contaminaciones por filtraciones o fugas. oAdecuada ventilacin para evitar la acumulacin de gases corrosivos o gases explosivos. Los pozos de visita de la red sirven a este propsito y, por tanto, su localizacin y nmero deben decidirse con acierto para que el escape de los gases sea el mas apropiado. 3.Capacidad suficiente. La red de alcantarillado debe proyectarse con suficiencia para conducir en condiciones de seguridad, el volumen mximo de aguas por eliminar, a fin de que el alejamiento sea rpido y no se provoquen estancamientos y por ende depsitos indeseables y daos. 4.Resistencia adecuada. Los conductos deben resistir los esfuerzos a que estn sujetos, tanto interior como exteriormente, procurando que los materiales utilizados en su construccin sean lo suficientemente impermeables para evitar fijas perjudiciales de aguas negras; adems, deben resistir lo mejor posible el ataque corrosivo de los gases emanados de las aguas negras. 5.Profundidad apropiada. La profundidad de instalacin de los conductos de la red, debe ser suficiente para evitar rupturas ocasionadas por el efecto de cargas vivas, adems de asegurar la correcta conexin de las descargas domiciliarias y garantizar un buen funcionamiento hidrulico. 6.facilidades para la limpieza e inspeccin. Es imposible que una red de alcantarillado se conserve limpia por si sola, ya que las materias en suspensin tienden a sedimentarse y a adherirse a las paredes de los conductos, aun cuando la velocidad del agua sea superior a lo limites mnimos. Por tanto, es necesario inspeccionarla y desazolvarla peridicamente para conservar los conductos en las mejores condiciones de funcionamiento hidrulico. 1.1.3.-Estudio socioeconmico. El objetivo de estos estudios es el de medir la contribucin del proyecto en la necesidad del servicio, as como la aceptacin de la obra por los beneficiados y la capacidad, deseo de pago de estos. Paraellogrodelobjetivo,serequerirrecopilacininformacindevariables,cualitativasycuantitativasde aspectos sociales, econmicos y demogrficos de la comunidad. El anlisis de esta informacin nos va a permitir conocer la situacin social-econmica de la localidad, dndonos como resultado: El impacto del proyecto. La aceptacin o rechazo de la obra. Deseo de pago por el servicio. Capacidad de pagopor el servicio. Enlaformulacindeunproyectodealcantarilladorequieredeestudioseinvestigacionesprevias,tantode campo como de gabinete, que permita al ingeniero proyectista concebir con la mayor amplitud de criterio la solucin o soluciones posibles a los problemas sanitarios de una localidad. De la cantidad y calidad de informacin previa que se obtenga y de suseleccin y procesamiento, dependern las caractersticas, eficiencia y costos del proyecto futuro. Lasinvestigacionesdecampoylosestudiosdegabineteprevios,debernrealizarseconlamayorseriedady responsabilidad, pues de ellos depende que las distintas fases o etapasde la formulacin del proyecto, se realicen con eficacia y se justifique tcnica y econmicamente. a)Datos histricos. Este punto se refiere a los sucesos histricos que han influido en la evolucin de una poblacin objeto de estudio (fecha de fundacin, significado del nombre de la poblacin). b)Localizacin geogrfica. En este punto se especifican: Limites polticos Coordenadas geogrficas como (latitud, longitud y altitud con respecto al nivel del mar). INGENIERIA SANITARIA Y ALCANTARILLADO ING. PEDRO RODRIGUEZ RUIZ8 c)Categora poltica. En este punto se especifica la categora poltica de la poblacin, agencia municipal, municipio, ranchera, colonia, delegacin, distrito y estado al que pertenece.

d)Orografa. En este punto se describe la situacin topogrfica de la poblacin a estudiar. e)Hidrografa. Aqusedescribemuyclaramentesienlapoblacinoenlasproximidadesdeelladestapasaalgnrode importancia o nicamente escurrimientos temporales. f)Meteorologa. Se refiere a cada uno de los fenmenosatmosfricos principalmente: Temperatura Precipitacin pluvial Clima g)Vas de comunicacin y transporte. Lo primero es una explicacin de como se llega a la poblacin desde un punto principal de la regin, condiciones delcaminoyelsegundopuntoserefierealosmediosdeautotransportesconquecuentalapoblacinpara trasladarse a lugares de importancia. h)Servicios pblicos. En este punto se describen todos los servicios con que cuenta la poblacin. Agua potable Energa elctrica Pavimentacin y banquetas Mercados Rastros Campos deportivos Instituciones educativas Servicios asistenciales Primeros auxilios Medicina general Planificacin familiar Inmunizaciones i)Plano actualizado de la planimetra de la poblacin a escala 1: 2, 000 en la cual se indique: Nmero de habitantes por manzana Nmero de predios por frente de calles Edificios pblicos, jardines y lugares notables. j)Plano del plan de desarrollo urbano, en el cual se indique: Cobertura del proyecto Usos del suelo con sus densidades correspondientes. k)Plano de la localidad, en el cual se indique: Clases de pavimentos y banquetas Sondeosendiferentespuntosdelapoblacinparadeterminarsuclasificacincon fines de excavacin Profundidad del agua fretica. l)plano topogrfico actualizado de la localidad a escala 1: 10, 000, con curvas de nivel a una equidistancia de un metro. m)Plano topogrficoactualizado de la localidad a escala 1 : 2, 000 en el cual se indique: Curvas de nivel a una equidistancia de un metro Nomenclatura de sus calles Elevaciones del terreno obtenidas de nivelacin directa, en los cruceros de las calles y en puntos donde existan cambios de pendiente o de direccin del eje de las calles. INGENIERIA SANITARIA Y ALCANTARILLADO ING. PEDRO RODRIGUEZ RUIZ9 n)Levantamiento topogrfico de la localizacin del trazo del emisor (planta y perfil) a escala horizontal 1:1, 000, hasta el lugar donde se ubicara la planta de tratamiento y sitio de vertido. o)Levantamientotopogrficodelazonadetratamientoconcurvasdenivelaunaequidistanciade50cm. indicando: Valor por hectrea Caractersticas geolgicas del terreno Profundidad del agua fretica Pruebas de permeabilidad Temperatura media Precipitacin pluvial Evaporacin Vientos dominantes. p)Levantamiento del sitio de vertido: Seccin transversal del cauce receptor Niveles de agua: mnimo, medio, mximo y mximo previsto Caudales correspondientes. q)Plano actualizado de la red existente (emisor, colectores, subcolectores y atarjeas), indicando de las tuberas existentes: Elevacin del terreno y plantilla en cada pozo de visita Pendiente geomtrica Dimetro Sentido de escurrimiento Estado de conservacin de las mismas. r)Localizacin de las estaciones de bombeo y planta de tratamiento, indicando sus caractersticas y estado de conservacin. 1.1.4.- Estudio topogrfico. Sonelconjuntodedatosobtenidosenelcampoyoperacionesyclculosrealizadosengabinete,quese plasmangrficamenteenunplanoelaboradoaunaescaladeterminadayquesirveparaproyectarsobreel,el sistema de alcantarillado. De un correcto levantamiento topogrfico del terreno que refleje con precisin sus puntos principales, alturas detalles y curvas de nivel, depender el proyecto. 1.1.5.- Estudio geotcnico. El estudio geotcnico se realizara para conocer la capacidad de carga del suelo, pero estar en funcin del tipo obra complementaria a construir. Losensayesquedeberrealizarsealossuelosparasuidentificacinson:contenidodehumedad,peso volumtrico seco suelto, granulometra, peso especifico relativo, resistencia al esfuerzo cortante etc. 1.1.6.- Estudios de impacto ambiental. Desde la dcada de 1970 se acelero la conciencia ecolgica y la sociedad comenz a entender que el origen de los problemas ambientales se encontraba en lasestructuras econmicas y productivas de la economa y dado que losprincipalesproblemasqueaquejanalmedioambientetienensuorigenenlosprocesosproductivosmal planificados y gestionados, es precisamente mediante la transformacin de tales sistemas como se poda acceder a una mejora integral del medio ambiente. Podra definirse el Impacto Ambiental (IA) como la alteracin, modificacin o cambio en el ambiente, o en alguno de sus componentes de cierta magnitud y complejidad originado o producido por los efectos de la accin o actividad humana. Esta accin puedeser un proyecto de ingeniera, un programa, un plan, o unadisposicin administrativo-jurdicaconimplicacionesambientales.Debequedarexplcito,sinembargo,queeltrminoimpactonoimplica negatividad, ya que ste puede ser tanto positivo como negativo. INGENIERIA SANITARIA Y ALCANTARILLADO ING. PEDRO RODRIGUEZ RUIZ10 1.1.7.- Estudios de factibilidad econmica y financiera. Nosdeterminalaposibilidadderealizarlaobraenfuncindelacapacidaddepagodelapoblacin,tomando comobaselosresultadosdelestudiosocioeconmicoylascondicionesfinancierasdelainstitucinotorgantedel crdito. 1.1.8.- Calculo de la poblacin. 1.- periodo econmico del proyecto: Sedenominaperiodoeconmicodeproyectoalnmerodeaosparaelcualsediseaunaobradealcantarillado bajo el supuesto de que durante ese periodo se proporcionara un servicio suficiente y eficiente, sin incurrir en costos innecesarios. El periodo econmico de proyecto, se asocia al crecimiento previsible de la poblacin y al monto de las inversiones requeridas, as como a las necesidades de operacin. Por estas razones, su eleccin debe apoyarse en un estudio previo de posibilidades de financieras de la poblacin por servir. En general, se aceptaba en Mxico que el perodo econmico de un proyecto de alcantarillado variaba de 20a25 aos.Sinembargo,enlaactualidad,deacuerdoconlapoblacinporservirylosresultadosdelestudio socioeconmicoqueserealizarparasudeterminacin,seaceptancomoperiodoeconmicodeproyectoslos siguientes parmetros: -Para localidades entre2,500a15,000usuariosde6a10aos * Para localidades mayoresa15,000usuarios de15 a 20aos -Mtodos para determinar la poblacin de proyecto y/o futura para un sistema de alcantarillado sanitario: Aritmtico,geomtricopor porcentaje,geomtrico por incremento medio total, malthus y extensin grafica. 1.2.- Partes de una red de alcantarillado. 1.2.1- Partes y accesorios de una red de alcantarillado. a)Albaales.Conductosquerecolectanlasaportacionesdeaguasresidualesdeunacasaoedificioylas entreganalaredmunicipal.Estospuedenser:albaalinterioryeselqueseencuentradentrodelpredio, albaalexteriorodescargadomiciliaria,porqueselocalizadelparmetroexteriordelacasaoedificioal entronque con el conducto. b)Atarjeas. Son las tuberas de dimetro mnimo dentro de la red, que se instalan a lo largo de los ejes de las calles de una localidad y sirven para recibir las aportaciones de los albaales o descargas domiciliarias. c)Subcolector. Conductos provenientes de las atarjeas y, por tanto, tienen un dimetro mayor. Sirven tambin como lneas auxiliares de los colectores. d)Colector. Es la tubera que recoge las aguas negras de las atarjeas. Puede terminar en un interceptor, en un emisoroenlaplantadetratamiento.Noesconvenienteconectarlosalbaales(tuberasde15y20cm) directamenteauncolectordedimetromayora76cm,debidoaqueuncolectormayoraestedimetro generalmente va instalado profundo; en estos casos el diseo debe prever atarjeas paralelas madrinas a los colectores,enlasqueseconectanlosalbaalesdeesosdimetros,paraluegoconectarlasauncolector, mediante un pozo de visita. e)Emisor. Conducto comprendido entre el final de la zona urbana de una localidad y el sitio de vertido. f)Interceptor. Conducto abierto o cerrado que intercepta o desva las aguas pluviales. g)Disposicinfinal.Unavezsometidasatratamientolasaguasresidualessepodrnverteracorrientes naturales o usarlas para riego. Por otra parte tenemos los accesorios que permiten el funcionamiento de una red de alcantarillado: h)pozos devisita.Estructuraquepermite la inspeccin,limpiezay ventilacinde la reddealcantarillado,se utilizan para la unin de dos o varias tuberas en todos los cambios de dimetro, direccin y pendiente. i)Pozos comunes. Son pozos de visita que tienen forma cilndrica el la parte interior y troncocnica en la parte superior. Tienen un dimetro interior de 1.2 m y se utilizan en tuberas de hasta 0.61 m de dimetro. INGENIERIA SANITARIA Y ALCANTARILLADO ING. PEDRO RODRIGUEZ RUIZ11 FIGURA 1PARTES DE QUE CONSTA UN SISTEMA DE ALCANTARILLADOCABEZA DE ATARJEAATARJEAPOZO DE VISITA COMUNPOZO DE VISITA ESPECIALEMISORSUBCOLECTORj)Pozos especiales.Al igual que los pozos de visitas comunes, tienen forma cilndrica en la parte inferiory troncocnica en la parte superior. Presentan un dimetro interior de 1.5 m para tuberas de 0.76 a 1.07 m de dimetro, y 2.0 m de dimetro interior para tuberas con dimetro de1.22 m. k)Pozoscaja.Lospozoscajaestnformadosporelconjuntodeunacajadeconcretoreforzadoyuna chimenea de tabique idntica a la de los pozos comunes y especiales. Generalmente a los pozos caja cuya seccinhorizontalesrectangular,selesllamasimplementepozoscajayseutilizanentuberascon dimetros de 1.52 m en adelante. l)Pozos caja de unin. Son pozos caja de seccin horizontal en forma de polgono irregular que se utiliza para unir tuberas de 0.91 m en adelante con tuberas de dimetros mayores a 1.52 m. m)Pozos caja de deflexin. Son pozos caja que se utilizan para dar deflexiones mximas de 45en tubera de dimetros a partir de 1.52 m. n)Estructurasdecada.Estructurasquepermitenefectuarensuinteriorloscambiosbruscosdenivel,por condicionestopogrficasoportenerseelevacionesobligadasparalasplantillasdealgunastuberas.Las estructurasdecadaqueseutilizanson:cadaslibres,pozosconcadaadosada,pozosconcaday estructuras de cada escalonada. o)Cada libre. Es la cada permisible en los pozos de visita hasta de 0.5 m sin la necesidad de utilizar alguna estructura especial (no se considera en este caso las uniones o claves de la de las tuberas. p)Pozos con cada adosada. Son pozos de visita comunes, especiales o pozos caja a los cuales lateralmente se les construye una estructura que permite la cada en tuberas de 20 a 25 cm. de dimetro con un desnivel hasta de 2.00 m. q)Pozos concada. Son pozos constituidostambin por una caja y una chimenea a los cuales, en su interior se les construye una pantalla que funciona como deflector del caudal que cae. Se construye para tuberas de 30 a 76 cm. de dimetro y con un desnivel hasta de 1.50 m. r)Estructurasdecadaescalonada.sonestructuradecadaescalonadacuyavariacinesde50a50cm hasta 2.50 m como mximo; estn provistas de una chimenea a la entrada de la tubera con mayor elevacin de plantilla. Se emplean en tuberas con dimetros de 0.91 a 3.05 m. s)Sifninvertido.Obraaccesoriautilizadaparacruzaralgunacorrientedeagua,depresindelterreno, estructura,conductooviaductosubterrneos,queseencuentrenalmismonivelenquedebeinstalarsela tubera.t)Cruceelevado.Estructurautilizadaparacruzarunadepresinprofundacomoeselcasodealgunas caadas o barrancas de poca anchura. u)Estructura de descarga. Obra de salida o final del emisor que permite el vertido de las aguas negras a un cuerpo receptor; puede ser de dos tipos, rectay esviajada. v)Contaminacindeuncuerpodeagua.introduccinoemisinenelagua,deorganismospatgenoso sustancias toxicas, que demeriten la calidad del cuerpo de agua. w)Tratamiento. Es la remocin en las aguas negras, por mtodos fsicos, qumicos y biolgicos de materias en suspensin, coloidal y disuelta. INGENIERIA SANITARIA Y ALCANTARILLADO ING. PEDRO RODRIGUEZ RUIZ12 Obras accesorias. Las obras accesorias comnmente usadas para mantenimiento y operacin del sistema de alcantarillado son: Descarga domiciliaria. Pozos de visita Estructuras de cada Sifones invertidos Cruces elevados Cruces con carreteras y vas de ferrocarril Cruces con ros, arroyos o canales. A continuacin se hace una descripcin de sus caractersticas y funciones. Descarga domiciliaria. Ladescargadomiciliariaoalbaalexterioresunatuberaquepermiteeldesalojodelasaguasservidas,delas edificaciones a la atarjea. La descarga domiciliaria se inicia en un registro principal, localizado en el interior del predio, provisto de una tapa de cierre hermtico que impide la salida de malos olores, con un dimetro mnimo de 15 cm., una profundidad mnima de 60cm y una pendiente mnima del 1%; se conecta a la atarjea por medio de un codo de 45y un slant. Se debe garantizar que la conexin del albaal a la atarjea, sea hermtica. Dependiendo del tipo de material de la atarjea o colector, se debe deseleccionar de preferencia el mismo material en la tubera de albaal y en las piezas especiales, as como el procedimiento de conexin correspondiente. A continuacin se describen los procedimientos de instalacin y las piezas usadas en las diferentes conexiones domiciliarias segn el tipo de material. a)En tubera de concreto. Entuberadeconcreto,paraefectuarlaconexindelalbaalconlaatarjeaocolector,seutilizaeldenominado slant que es una pieza especial de concreto con campana (para unir con un anillo de hule) y con un extremo espiga cortado a 45con respecto a su eje, para unir con la atarjea o colector, lo cual permite que laconexin domiciliaria una vez construida quede con este ngulo de deflexin; al slant se conecta un codo a 45de concreto con espiga y campanaparasuacoplamientoalalbaalconanillo dehule,elcualgeneralmenteesperpendicularalaatarjeao colector. En el caso de una conexin con un colector con cierta profundidad, ser necesario incluir en la conexin un tramo de albaal entre el slant y el codo. Para la conexin del slant a la atarjea o colector se deber perforar uno u otro, unindolos con cementante(ver figura N2-13). b)En tuberas de fibrocemento Paralaconexindomiciliariaentuberadefibrocemento,elprocedimientoessimilaraldescritoentuberade concreto, se emplean: el slant a 45 con campana (para unir con anillo) y extremo de apoyo para unir a la atarjea ocolectorconpastaepxica;yelcodode45conespigaycampanaparasuacoplamientoalalbaalconanillode hule (ver figura N2-14). INGENIERIA SANITARIA Y ALCANTARILLADO ING. PEDRO RODRIGUEZ RUIZ13 c)En tuberas de poli (cloruro de vinilo) (PVC). En este tipo de conexin, se utiliza una silleta de PVC a 45con campana (para unir con anillo) y extremo de apoyo para unir a la atarjea o colector y un codo de 45con espiga y campana para su acoplamiento al albaal con anillo de hule.Lasilletaseacoplaalaatarjeaporcimentacin,obien,sesujetapormediodeunpardeabrazaderaso cinturones de material resistente a lacorrosin; en este segundo caso, las silleta esta provista de un anillo de hule con el que se logra la hermeticidad con la atarjea. Existe la posibilidad de utilizarY reducidas en lugar de silletas, pero se requiere conocer, antes de instalar la atarjeas, donde se conectaran las descargas domiciliarias (ver figura N2-15). d) En Tuberas DePolietileno De Alta Densidad. Seutilizaunslantosilletaa45gradosyuncodoa45grados.Launinentreelalbaalylaatarjeacuandoel sistemaestaseco,serealizasoldadoelslant(fabricadodel mismo material)a laatarjeaconsoldaduradeaporte, INGENIERIA SANITARIA Y ALCANTARILLADO ING. PEDRO RODRIGUEZ RUIZ14 cuando el sistema esta en operacin o el nivel fretico esta superficial, se debe de utilizar una silleta de polietileno, la cual se sujeta con una abrazadera. En este caso la silleta se asienta sobre un empaque de neopreno. Posos de visita Son estructuras que permiten la inspeccin, ventilacin y limpieza de la red de alcantarillado. Se utiliza generalmente en la unin de varias tuberas y en todos los cambios de dimetros, direccin y pendiente. La separacin mxima entre los pozos de visita debe ser la adecuada para facilitar las operaciones de inspeccin y limpieza. Se recomiendan las siguientes distancias de acuerdo con el dimetro. En tramos de 20 hasta 61 cm. de dimetro, 125 m 10%. En tramos de dimetro mayor a 61 cm. y menor o igual a 122 cm., 150 10%m. En tramos de dimetro mayor a 122 m y menor o igual a 305 cm., 175 10% m. Estas separaciones pueden incrementarse de acuerdo con las distancias de los cruceros de las calles, como mximo un 10 %. Para los cambios de direccin, las deflexiones necesarias en los diferentes tramos de tubera se efectan como se indica a continuacin: Si el dimetro de la tubera es de 61 cm. o menor, los cambios de direccin son hasta de 90 grados, y deben hacerse con un solo pozo comn. Si el dimetro es mayor de 61 cm. y menor o igual que 1222 cm., los cambios de direccin son hasta de 45 grados, y deben hacerse con un pozo especial. Si el dimetro es mayor de 122 cm. y menor o igual a 305 cm., los cambios de direccin son hasta de 45 grados, y deben hacerse en un pozo de caja deflexin. Siserequieredardeflexionesmsgrandesquelaspermitidas,debernemplearseelnmerodepozosquesean necesarios, respetando el rango de deflexin permisible para el tipo de pozo. Los materiales utilizados en la construccin de pozos de visita, deben de asegurar la hermeticidad de la estructura y de la conexin con la tubera. Pueden ser construidos en lugar o pueden ser prefabricados, su eleccin depender de un anlisis econmico. a)posos de visita construidos en lugar. Se clasifican en pozos comunes, pozos especiales, pozos cajas, pozos en caja unin y pozos de caja deflexin. INGENIERIA SANITARIA Y ALCANTARILLADO ING. PEDRO RODRIGUEZ RUIZ15 Comnmentesefabricandetabique,concretoreforzadoomamposteradepiedra.Cuandoseusatabique,el espesor mnimo ser de 28 cm a cualquier profundidad. Estetipodepozosdevisitasedebenaplanarypulirexteriormenteeinteriormenteconmorterocemento-arena mezcladoconimpermeabilizante,paraevitarlacontaminacinylaentradadeaguasfreticas;elespesordel aplanado debeser como mnimo de 1 cm. Adems se debe de garantizar la hermeticidad de la conexin del pozo con la tubera, utilizando anillos de hule (ver figura N2-17) Pozos comunes. Los pozos de visita comunes estn formados por una chimenea de tabique de forma cilndrica en la parte inferior y troncocnica en la parte superior. La cimentacin de estos pozos puede ser de mampostera o de concreto. En terrenos suaves se construye de concreto armado aunque la chimenea sea de tabique. En cualquier caso, las banquetas del pozo pueden ser de tabique o piedra. Todos estos elementos se juntean con mortero cemento-arena. Son suficientemente amplios para darle pasoa una persona y permitirle maniobrar en su interior. Un brocal de concreto o de fierro fundido cubre la boca. El piso de los pozos de visita comunes, es una plataforma en la cual se localizan canales (medias caas) que prolongan los conductos. Una escalera de peldaos de fierro fundido empotrados en las paredes del pozo, permite el descenso y accenso al personal encargado de la operacin y mantenimiento del sistema. Los pozos de visita comunes tienenun dimetro interior de 1.2 m, se utilizan con tuberas de hasta 0.45 m de dimetro y permiten una deflexin mxima en la tubera de 90 (ver plano N1). Pozos especiales. Este tipo de pozos son de forma similar a los pozos de visita comunes (son construidos de tabique y tienen forma cilndrica en la parte inferior y troncocnica en la parte superior), pero son de dimensiones mayores. Existen dos tipos de pozos especiales: el tipo 1, presenta un dimetro interior de 1.5 m, se utilizan con tuberas de 0.76 a 1.07 m de dimetro con entronques a 90de tuberas de hasta 0.3 m y permiten una deflexin mxima en la INGENIERIA SANITARIA Y ALCANTARILLADO ING. PEDRO RODRIGUEZ RUIZ16 tubera de 45(ver plano N2); y el tipo 2, el cual presenta 2.0 m de dimetro interior, se usa con dimetros de 1.22 m y entronques a 90de tuberas de hasta 0.3 m y permite una deflexin mxima en la tubera de 45(ver plano N3). Pozos caja Los pozos caja estn formados por el conjunto de una caja de concreto reforzado y una chimenea de tabique similar a la de los pozos comunes y especiales. Su seccin transversal horizontal tiene forma rectangular o de un polgono irregular. Sus muros as como el piso y el techo son de concreto reforzado, arrancando de este ultimo la chimenea que al nivel de la superficie del terreno, termina con un brocal y su tapa, ambos de fierro fundido o de concreto reforzado. Generalmente a los pozos cuya seccin horizontal es rectangular, se les llama simplemente pozos caja. Estos pozos no permiten deflexiones en las tuberas. Existen tres tipos de pozos caja: el tipo 1, que se utiliza en tuberas de 0.76 a 1.07 m de dimetro con entronques a 45hasta 0.60 m de dimetro; el tipo 2, que se usa en tuberas de 0.76 a 1.22m de dimetro con entronques a 45hasta de 0.76 m de dimetro; y el tipo 3, el cual se utiliza en dimetros de 1.52 a 1.83 m con entronques a 45hasta de 0.76 m de dimetro (ver planos N4,5 y 6 respectivamente). Pozos caja unin. Se les denomina as a los pozos caja de seccin horizontal en forma de polgono irregulares. Estos pozos no permiten deflexiones en las tuberas. Existen dos tipos de pozos caja unin: el tipo 1, reutiliza en tuberas de hasta 1.52 m de dimetro con entronques a 45de tuberas hasta de 1.22 m de dimetro; y el tipo 2, el cual se usa con dimetros de hasta 2.13 m con entronques a 45de tuberas hasta de 1.52 m de dimetro (ver planos N7 y 8 respectivamente). Pozos caja de deflexin. Se les nombra de esta forma a los pozos caja a los que concurre una tubera de entrada y tiene solo una de salida con un ngulo de 45 grados como mximo. Se utilizan en tuberas de 1.52 a 3.05 de dimetro (ver plano N9) b)Pozos prefabricados. Este tipo de pozos se entregan en obra como una unidad completa. Su peso, relativa mente ligero, asegura una fcil maniobra e instalacin. A continuacin, se describen las caractersticas de algunos tipos de pozos prefabricados. Pozos de fibrocemento tipo integral. La estructura de este tipo de pozos prefabricados, esta constituida por un tubo, tapa inferior y conexiones de fibrocemento. Laprofundidad de instalacin para un pozo de este tipo es de 5 m, sin embargo, se pueden construir pozos de mayor profundidad, mediante el empleo de un cople con junta hermtica (ver figura N2-18). Los pozos de fibrocemento se conectan a la red de alcantarillado de igual forma que la tubera de fibrocemento (los tubos se conectan a los pozos por medio del sistema de cople con anillo de hule). Este tipo de pozos est sellado en su base con una tapa de fibrocemento lo que garantiza su hermeticidad. La losa de la parte superior de los pozos puede ser prefabricada o construida en el lugar. Adicionalmente se puede instalar en el pozo un anillo de hule, que podr colocarse en el permetro de la boca del pozo antes de asentar la losa de concreto, el cual sirve para dar hermeticidad al, pozo y eliminar las cargas puntuales. El pozo de visita se deber desplantar sobre una plantilla bien compactada con un espesor mnimo de 10 cm. Donde el nivel fretico es alto y existe peligro de supresin, el pozo de visita se debe asentar sobre una base de concreto para asegurar su posicin. TIPO DE POZODIAMETRO INTERIOR DIAMETRO EN TUBERIA A UNIR (m) COMUN1.200.20 A 0.60 ESPECIAL 11.500.75 A 1.10 ESPECIAL 22.001.20 A 2.00 CAIDA ADOSADAHASTA 2.000.20 A 0.25 INGENIERIA SANITARIA Y ALCANTARILLADO ING. PEDRO RODRIGUEZ RUIZ17 Todas las conexiones de entrada y salida se colocan en el pozo segn las especificaciones que se proporcione al fabricante. En general los datos que se requieren son los siguientes: -Profundidad de las tuberas del nivel del terreno natural al nivel de arrastre, en el sitio del pozo. -Dimetro de emisor, colectores y atarjeas a conectar. -Angulo que forman: emisor, colectores y atarjeas de entrada y salida. -Cadas adosadas, si se requieren. Los tipos de pozos de visita de fibrocemento integral que se fabrican son los siguientes: Pozos de concreto. La estructura de este tipo de pozos, esta constituida por un tubo de concreto de altura variable con tapa inferior y un cono concntrico de o.6 m de altura y 0.6 m de dimetro superior. La profundidad de instalacin para un pozo de este tipo es adaptable a las necesidades del proyecto, ya que se pueden unir dosmas segmentos de tubo de longitud de 2.5 m (acoplados con junta hermtica mediante el empleo de anillo de hule). Este tipo de pozos se fabrican con las preparaciones necesarias para poder conectarse a las tuberas de la red de alcantarillado, mediante el empleo de anillo de hule en las uniones (ver figura N2-19). INGENIERIA SANITARIA Y ALCANTARILLADO ING. PEDRO RODRIGUEZ RUIZ18 Los pozos de concreto estn sellados en su base con una tapa del mismo material. La tapa de la parte superior de los pozos puede ser fabricada o construida en el lugar. El pozo de visita se deber desplantar sobre una plantilla bien compactada con un espesor mnimo de 10 cm. Donde el nivel fretico es alto y existe peligro de supresin, el pozo de visita se debe asentar sobre una base de concreto para asegurar su posicin. Todas las preparaciones de entrada y salida se colocan en el pozo segn las especificaciones que se proporcionen al fabricante. En general los datos que requiere el fabricante son los mismos que para los pozos de fibrocemento. Actualmente se fabrica el pozo de visita comn, con un dimetro interior de 1.2 m y se usa paraunir tuberas de 0.2 a 0.61 m con entronques de hasta 0.45 m de dimetro. Otros tipos de pozos. Existen otros tipos de pozos prefabricados, como son los pozos de polietileno y los pozos fibra de vidrio y polister, los cuales no se fabrican actualmente en Mxico, sin embargo, son fabricados y utilizados en otros pases, Estructuras de cada. Por razones de carcter topogrfico o por tenerse elevaciones obligadas para las plantillas de algunas tuberas, suele presentarse la necesidad de construir estructuras que permitan efectuar en su interior los cambios bruscos de nivel. Las estructuras de cada que se utilizan son: -Cadas libres.- Se permiten cadas hasta de 0.50 m dentro del pozo sin la necesidad de utilizar alguna estructura especial. -Pozos con cada adosada.- son pozos de visita comunes, a los cuales lateralmente se les construye una estructura que permite la cada en tuberas de 0.20 y 0.25 m de dimetro con un desnivel hasta de 2.00 m (ver plano N10). -Pozos con cada.- son pozos constituidos tambin por una caja y una chimenea de tabique, a los cuales en su interior se les construye una pantalla que funciona como deflector del caudal que cae. Se construyen para tuberas de 0.30 a 0.76 m de dimetro y con un desnivel hasta de 1.50 m (ver plano N11).-Estructuras de cada escalonada.- Son estructuras con cada escalonada cuya variacin es de 0.50 en 0.50 m hasta llegar a 2.50 m (cinco tramos) como mximo, que estn provistas de dos pozos de visita en los extremos, entre los cuales se construye la cada escalonada; en el primer pozo, se localiza la plantilla de entrada de la tubera, mientras que en el segundo pozo se ubica su plantilla de salida. Este tipo de estructuras se emplean en tuberas con dimetros desde 0.91 hasta 2.44 m (ver plano N12). Sifones invertidos. Cuando se tienen cruces con alguna corriente de agua, depresin del terreno, estructura, tuberas o viaductos subterrneos, que se encuentran al mismo nivel en que debe instalarse la tubera, generalmente se utilizan sifones invertidos (ver plano N13). En su diseo, se debe tomar en cuenta lo siguiente: -Velocidad mnima de escurrimiento de 1.20 m/s para evitar sedimentos. -Analizar la conveniencia de emplear varias tuberas a diferentes niveles, para que, de acuerdo a los caudales por manejar, se obtengan siempre velocidades adecuadas. La primer tubera tendr capacidad para conducir el gasto mnimo de proyecto. -En el caso de que el gasto requiera una sola tubera de dimetro mnimo 20 cm, se acepta como velocidad mnima de escurrimiento la de 60 cm/s. -Se debe proyectar estructuras adecuadas (cajas), tanto a la entrada como a la salida del sifn, que permitan separar y encauzar los caudales de diseo asignados a cada tubera. -Se debe colocar rejillas en una estructura adecuada, aguas arriba del sifn, para detener objetos flotantes que puedan obstruir las tuberas del sifn. Cruces elevados. INGENIERIA SANITARIA Y ALCANTARILLADO ING. PEDRO RODRIGUEZ RUIZ19 Cuando por necesidad el trazo, se tiene que cruzar una depresin profunda como es el caso de algunas caadas o barrancas de poca anchura, generalmente se logra por medio de una estructura que soporta a la tubera. La tubera puede ser de acero o polietileno; la estructura por construir puede ser un puente ligero de acero, de concreto o de madera, segn el caso. La tubera para el paso por un puente vial, ferroviario o peatonal, debe ser de acero y estar suspendida del piso del puente por medio de soportes que eviten la transmisin de las vibraciones a la tubera, la que debe colocarse en un sitio que permita su proteccin y su fcil inspeccin o reparacin. A la entrada y a la salida del puente, se deben construir cajas de inspeccin o pozos de visita. Cruces subterrneos con carreteras y vas de ferrocarril. Para este tipo de cruzamientos, la prctica comn es usar tuberas de acero con un revestimiento de concreto. En algunos casos el revestimiento se coloca nicamente para proteger a la tubera de acero del medio que lo rodea; en otros casos, se representa la solucin en que la tubera de acero es solo una camisa de espesor mnimo y la carga exterior la absorbe el revestimiento de concreto reforzado, en forma de conducto rectangular. El tipo de cruce elegido debe contar con la aprobacin de la SCT. En cruces ferroviarios, una solucin factible cuando el dimetro de la tubera de alcantarillado es menor o igual a 30 cm, es introducir la tubera dentro de una camisa formada por un tubo de acero hincado previamente en el terreno, el cual se disea para absorber las cargas exteriores. Este tipo de cruces debe de construirse de acuerdo a las especificaciones de los FFCC, quienes deben de aprobar el proyecto. Cruces subterrneos con ros, arroyos o canales. En este tipo de cruzamientos, se debe de tener especial cuidado en desplantar el cruzamiento a una profundidad tal que la erosin de la corriente no afecte a la estabilidad de este. Este tipo de cruzamiento subterrneo serecomienda hacerlo con tubera de acero, revestida de concreto simple o reforzado segn lo marque el diseo correspondiente. Se considera una buena practica colocar sobre el revestimiento en forma integral un lavadero de concreto que siga las curvas de nivel del cauce, para no alterar el rgimen de la corriente. Este revestimiento que se menciona servir para atracar a la tubera, tanto en columpios como en crestas. En algunas ocasiones cuando no existe el peligro muy marcado de lo que puede representar la erosin de la corriente, el lavadero de concreto puede substituirse por otro, construido con material de la regin como mampostera de piedra o zampeado de piedra, o bien nicamente esta ultima, pero colocada en forma suelta con dimensiones promedio de 60 cm, pero conservando el diseo de colocar a la tubera dentro del revestimiento de concreto simple o reforzado. La tubera debe ser debidamente anclada por medio de atraques de concreto, para impedir su deslizamiento por socavacin del fondo del ri o arroyo. Estaciones de bombeo. Las estaciones de bombeo, son instalaciones integradas por infraestructura civil y electromecnica, destinadas a transferir volmenes de aguas negras o tratadas de un determinado punto a otro, para satisfacer ciertas necesidades. Las instalaciones civiles y electromecnicas bsicas de una estacin tpica de bombeo con las siguientes: -Crcamo de bombeo -Subestacin elctrica -Equipo de bombeo -Motor elctrico -Controles elctricos -Arreglo de la descarga -Equipo de maniobras. Crcamo de bombeo. Un crcamo de bombeo es una estructura vertical a superficie libre en donde descarga el colector, interceptor o emisor de aguas negras o tratadas y donde se instalan los equipos electromecnicos para elevar el agua al nivel deseado. Las partes constitutivas de los crcamos de bombeo son los siguientes: a)Canal o tubo de llegada INGENIERIA SANITARIA Y ALCANTARILLADO ING. PEDRO RODRIGUEZ RUIZ20 b)Transmisin de llegada c)Zona de control y cribado. -Pantalla -Rejillas primarias -Desarenador y bombas de lodos -Rejillas secundarias d)Cmara de bombeo Subestacin elctrica. La subestacin elctrica tiene como funcin principal, aprovechar la energa elctrica que proporciona la compaa suministradora y transformarla a las condiciones que requieren los motores para su funcionamiento. Los elementos constitutivos de una subestacin elctrica se pueden clasificar en principales y secundarios: Elementos principales: -Apartarrayos. -Cuchillas desconectadoras. -Cuchilla portafusibles. -Interruptor en aceite -Transformador -Capacitares -Tableros -Transformadores de instrumentos -Sistema de tierras Elementos secundarios: -Cables de potencia -Cables de control -Alumbrado -Estructura -Herrajes -Equipo contra incendio Equipo de bombeo. El equipo de bombeo es el elemento encargado de transferir el agua desde el carcomo de bombeo, hasta el lugar donde se requiera. Los equiposbombeo que comnmente se utilizan para el manejo de aguas negras o tratadasson los siguientes: a)Bombas de flujo mixto. b)Bombas de flujo axial. c)Bombas inatascables, verticales y sumergibles. Aun cuando se pueden utilizar bombas centrifugas convencionales para bombeo de aguas residuales, existe, en el campo de las bombas centrifugas, u grupo especial de bombas para esta aplicacin, denominadas genricamente como bombas inatascables, cuyo diseo les permite operar con lquidos conteniendo slidos de gran tamao, 25.4 mm. De dimetro (1.0) o mas grandes, pastas aguadas abrasivas o bien aguas negras. Estas bombas pueden ser sumergibles, motor y bomba, o verticales, con motor fuera del carcomo; ambas son normalmente, de un solo paso con impulsor abierto o semiabierto para bajas carga y gastos medianos, su instalacin es relativamente sencilla porque si diseo incluye la placa de instalacin, si son verticales o bien las carcasas incluyen piernas para su apoyo en el piso del carcomo y aparejos, riel y cable, para su arrastre fuera del carcomo, si son sumergibles. Amenos que las condiciones de operacinestn fuera del campo de cobertura de este tipo se podrn utilizar otro tipo de bombas, de lo contrario se preferirn las bombas inatascables. Motor elctrico. El motor elctrico es el equipo que proporciona la energa motriz para el accionamiento de la bomba. Controles elctricos. INGENIERIA SANITARIA Y ALCANTARILLADO ING. PEDRO RODRIGUEZ RUIZ21 Los controles elctricos son los dispositivos de mando para arranque y paro de los motores elctricos, que proveen los elementos de proteccin del equipo elctrico para evitar daos, por condiciones anormales en la operacin de los motores. Arreglo de la descarga. El arreglo de la descarga de las plantas de bombeo, es un conjunto integrado por piezas especiales de fontanera, dispositivos de apertura y seccionamiento, medicin y seguridad que permiten el manejo y control hidrulico del sistema. Equipo de maniobras. Para los requerimientos de equipos de maniobras en las estaciones de bombeo, existen en el mercado diferentes arreglos, capacidades y dimensiones de gras. La gra es un equipo estructurado,formado por un conjunto de mecanismos, cuya funcin es la elevacin y el transporte de cargas, que en plantas de bombeo y/o rebombeo se usan en las siguientes modalidades: -Elevacin y transporte de carga a lo largo de una lnea de trabajo. -Elevacin y transporte de carga a travs de una superficie de trabajo. Para cumplir satisfactoriamente con los requerimientos de manipulacin de equipos y accesorios, tales como bombas, motores, vlvulas, columnas de succin, etc. Y trasladarlos a una rea de maniobras para enviarlos a reparacin y/o mantenimiento y que cubrenlasdos modalidades descritas, en general se utilizan los siguientes tipos de gras: a)Gra viajera. b)Graaporticada. c)Sistema monocarril. d)Gra giratoria. 1.3.- PROYECTO DE UNA RED DE ALCANTARILLADO. Para efectuar los proyectos de las obras que integran el sistema de alcantarillado sanitario o para aguas negras, de localidades urbanas, se deben establecer claramente losdatos de proyecto como se indican a continuacin. DATOS DE PROYECTO. Poblacin del ltimo censo oficial................................................................Habitantes Poblacin actual estimada...........................................................................Habitantes Poblacin de proyecto..................................................................................Habitantes Dotacin.......................................................................................................Lt /hab. /Da. Aportacin.................................................................................................... Lt /hab. /Da. Sistema......................................................................................................... Formulas.......................................................................................................Harmon y Manni ng Longitud de la red.........................................................................................m Naturaleza del sitio de vertido....................................................................... Sistema de eliminacin.................................................................................Gravedad y/o bombeo Coeficiente de prevencin o seguridad.........................................................1.5 VELOCIDADES: Minima.............................................................................................................m/s Maxima.............................................................................................................m/s GASTOS: Mnimo...............................................................................................................l.p.s Medio.................................................................................................................l.p.s Mximo instantneo...........................................................................................l.p.s Mximo extraordinario........................................................................................l.p.s INGENIERIA SANITARIA Y ALCANTARILLADO ING. PEDRO RODRIGUEZ RUIZ22 1.3.1 Trazo geomtrico de una red. Red de atarjeas. Lareddeatarjeastieneporobjetorecolectarytransportarlasaportacionesdelasdescargasdeaguasnegras domesticas, comerciales e industriales, hacia los colectores, interceptores o emisores. Laredestaconstituidaporunconjuntodetuberasporlasquesonconducidaslasaguasnegrascaptadas.El ingreso de las aguas a las tuberas es paulatino a lo largo de la red, acumulndoselos caudales, lo que da lugar a ampliaciones sucesivas de la seccin de los conductos en la medida en que se incrementan los caudales. De esta maneraseobtieneeneldiseolasmayoresseccionesenlostramosfinalesdelared.Noesadmisibledisear reducciones en los dimetros en el sentido del flujo. Laredseiniciaconladescargadomiciliaraoalbaalenlamayoradeloscasosesde15cm.,siendoesteel mnimo aceptable. La conexin entre albaal y atarjea debeser hermtica y la tubera de interconexin debe tener una pendiente mnima de 1%. A continuacin se tienen las atarjeas, localizadas generalmente al centro de las calles, las cuales van recolectando las aportaciones de los albaales. El dimetro mnimo que se utiliza en la red de atarjeas de un sistema de drenaje separadoesde20cm.,ysudiseo,engeneraldebeseguirlapendientenaturaldelterreno,siempreycuando cumpla con los lmites mximos y mnimos de velocidad y la condicin mnima de tirante. La estructura tpica de liga entre dos tramos de la red es el pozo de visita, que permite el acceso del exterior para su inspeccin y maniobras de limpieza; tambin tiene la funcin de ventilacin de la red para la eliminacin de gases. Las uniones de la red de las tuberas con los pozos de visita deben ser hermticas. Los pozos de visita deben localizarse en todos los cruceros, cambios de direccin, pendiente y dimetro y para dividir tramos que exceden la mxima longitud recomendada para las maniobras de limpieza y ventilacin. La separacin mxima entre pozos de visita se indica en el adelante. Conobjetodeaprovecharal mximo lacapacidaddelostubos,eneldiseodelasatarjeassedebedimensionar cada tramo con el dimetro mnimo, que cumpla las condiciones hidrulicas definidas por el proyecto. Para realizar un anlisis adecuado para la red de atarjeas, se requiere considerar, en forma simultanea, las posibles alternativas de trazo y funcionamiento de colectores, emisores y descarga final, como se describe en las secciones correspondientes. Modelos de configuracin de atarjeas. El trazo de atarjeas generalmente se realiza coincidiendo con el eje longitudinal de cada calle y de la ubicacin de los frentes de los lotes. Los trazos ms usuales se pueden agrupar en forma general en los siguientes tipos: a)Trazo en Bayoneta. Se denomina as al trazo que iniciado en una cabeza de atarjea tiene un desarrollo en zigzag o en escalera. Ventajas. Las ventajas de utilizar este tipo de trazo son reducir el nmero de cabezas de atarjeasy permitirunmayordesarrollodelasatarjeas,conlosquelosconductosadquierenenunrgimen hidrulico establecido, logrando con ello aprovechar adecuadamente la capacidad de cada uno de los conductos. Desventajas. Dificultad en su utilizacin, debido a que el trazo requiere de terrenos con pendientes suaves ms o menos estables y definidas. Para este tipo de trazos, enlas plantillas de los pozos de visita,lasmediascaasusadasparaelcambiodedireccindelastuberasqueconfluyen,son independientes y con curvatura opuesta, no debiendo tener una diferencia mayor de 0.50 m entre las dos medias caas.b)Trazo en peine. Es el trazo que se forma cuando existen varias atarjeas con tendencia al paralelismo, empiezan su desarrollo en una atarjea, descargando su contenido en una tubera comn de mayor dimetro, perpendicular a ellas. INGENIERIA SANITARIA Y ALCANTARILLADO ING. PEDRO RODRIGUEZ RUIZ23 Ventajas. Segarantizanaportacionesrpidasydirectasdelascabezasdeatarjeasalatuberacomnde cadapeine,ydeestasaloscolectores,propiciandoquesepresenterpidamenteunrgimen hidrulico establecido. Setieneunaampliagamadevaloresparalaspendientesdelascabezasdeatarjeas,locual resulta til en el diseo cuando la topografa es muy irregular. Desventajas. Debido al corto desarrollo que generalmente tienen las atarjeas iniciales antes de descargar a un conductomayor,enlasmayoradeloscasosaquellastrabajanporabajodesucapacidad, ocasionado que se aproveche parte de dicha capacidad. c)Trazo combinado. Corresponde a una combinacin de los dos trazos anteriores y a trazos particulares obligados por los accidentes topogrficos de la zona. INGENIERIA SANITARIA Y ALCANTARILLADO ING. PEDRO RODRIGUEZ RUIZ24 Aunquecadatipodetrazotieneventajasydesventajasparticularesrespectoasuuso,elmodelodebayoneta tiene cierta ventaja sobre otros modelos, en lo que se refiere al aprovechamiento de la capacidad de las tuberas. Sin embargoestenoeselnicopuntoqueseconsideraenlaeleccindeltipodetrazo,puesdepende fundamentalmente de las condiciones topogrficas del sitio en estudio. Colectores e interceptores Los colectores son las tuberas que reciben las aguas negras de las atarjeas, pueden terminar en un interceptor, en un emisor o en una planta de tratamiento. Los interceptores, son las tuberas que interceptan, las aportaciones de aguas negras de los colectores y terminan en un emisor o en la planta de tratamiento. Porrazonesdeeconoma,loscolectoreseinterceptoresdebentenderaserunareplicasubterrneadeldrenaje superficial natural. Emisores. Elemisoreselconductoquerecibelasaguasdeunoovarioscolectoresointerceptores.Norecibeninguna aportacin adicional (atarjeas o descargas domiciliarias) en su trayecto y su funcin es conducir las aguas negras a laplantadetratamiento. Tambinseledenominaemisoralconductoquellevalasaguastratadas(efluente)dela planta de tratamiento al sitio de descarga. El escurrimiento debe ser por gravedad, excepto en donde se requiere el bombeo para las siguientes condiciones: a)Elevarlasaguasnegrasdeunconductoprofundoaotromassuperficial,cuandoconstructivamentenoes econmico continuar con las profundidades resultantes. b)Conducir las aguas negras de una cuenta a otra.c)Entregarlasaguasnegrasaunaplantadetratamientooaunaestructuradeterminadadeacuerdoa condiciones especficas que as lo requieran. Emisor a gravedad. Las aguas negras de los emisores que trabajan a gravedad generalmente se conducen por tuberas o canales, o bien por estructuras diseadas especialmente cuando las condiciones de proyecto (gasto, profundidad, etc.) lo ameritan. INGENIERIA SANITARIA Y ALCANTARILLADO ING. PEDRO RODRIGUEZ RUIZ25 Emisores a presin. Cuando la topografa no permite que el emisor sea a gravedad, en parte o en su totalidad, ser necesario recurrir a un emisor a presin. Tambin la localizacin de la planta de tratamiento o del sitio de vertido, puede obligar a tener un tramo de emisor a bombeo. Enestoscasosesnecesarioconstruirunaestacindebombeoparaelevarelcaudaldeuntramodeemisora gravedad,aotrotramoquerequierasituarseamayorelevacinobienalcanzarelniveldeaguasmximas extraordinarias del cuerpo receptor, en cuyo caso el tramo de emisor a presin puede ser desde un tramo corto hasta la totalidad del emisor. Eltramoapresindebeserdiseadohidrulicamentedebiendoestudiarselasalternativasnecesariaspara establecersulocalizacinmasadecuada,tipoyclasedetubera,ascomolascaractersticasdelaplantade bombeo y la estructura de descarga. Encasosparticulares,enlosqueexistaenlalocalidadzonassindrenajenatural,sepuedeutilizarunemisora presinparatransportarelaguanegradelpuntomasbajodeestazona,azonasdondeexistancolectoresque drenen por gravedad. 1.3.1.1. CLASES DE TUBERIAS UTILIZADAS. Las tuberas utilizadas en un sistema de alcantarillado sanitario se clasifican segn el tipo de material con que fueron construidosysernutilizadasdeacuerdoconlascondicionestopogrficasygeohidrolgicasdelterreno.Los distintos tipos de tuberas se describen a continuacin: a)Tuberasdeconcretosimple.-sonlasmaseconmicasylasquemassecomnmenteseusanenla construccin de redes de alcantarillado. Los dimetros generalmente empleados son: 15, 20, 25, 30,38 y 45 cm. b)Tuberas de concreto reforzado.- se refuerzan con dos juntas entrelazadas de varillas calculadas para resistir la presin de trabajo. Los dimetros ms empleados son: 612, 76, 91, 107, 122, 152, 183, 213, y 244 cm. c)Tuberas de asbesto cemento.- este tipo de tuberas por su alto costo se usan en pocos casos, siendo uno de los principales cuando se requiere que el agua fretica no se infiltre. Estas tuberas estn echas de una mezcla de fibra de asbesto, cemento portlan y slice. Estas tuberasse fabrican en longitudes de 4 m para dimetros de 76 mm (3) hasta 914 mm (36) y en cuatro tipos A-S, A-7, A-10 Y A-14. d)Tuberasdeaceroyfierrofundido.-elusodeestastuberasesmuylimitado,sontuberasquetienenel inconvenientedeseraltamentecorrosivas,seusanencrucerosderosoarroyoscomopuentecanal.Estas tuberas se fabrican en tramos de longitud de 3.6 m y sus dimetros varan de 76 mm (3) a 210 mm (84). e)TuberasdePVC.-sontuberasdepoliclorurodevinilo,material,plsticoquepertenecealgrupodelos termoplsticos,caracterizadosporlaparticularidadderecuperarsuspropiedadesfsicascadavezqueson sometidos a la accin del calor. Algunas marcas de tubera para alcantarillado sanitario de plstico son: Tubera novahol omega.- garantiza el desalojo de aguas residuales de acuerdo con lo especificado enlanormaoficial mexicanaparaalcantarilladoNMXE-222/1,losdimetros varande160,200, 250 y 315 mm. Tuberanovalog.-estatuberahasidodesarrolladobajoelconceptodetuberadepared estructurada, construida a partir de un perfil plstico fabricado por extrusin y que luego es acoplado helicoidalmente mediante un sistema de enganche mecnico para darle su forma circular, garantizar unin de perfiles y hermeticidad del tubo formado, se fabrican en dimetros nominales desde 450 mm (18) hasta 750 mm (30). INGENIERIA SANITARIA Y ALCANTARILLADO ING. PEDRO RODRIGUEZ RUIZ26 1.3.1.2. PRUEBAS A LAS QUE DEBEN SOMETERSE LAS TUBERIAS DE CONCRETO. Alconstruirseunareddealcantarilladodebe verificarselacalidaddesustuberas,tantodeconcretosimplecomo reforzado,puescualquierfallapuedetraducirseensuagrietamientoorotura,loqueapartedeocasionarun funcionamiento deficiente, ser un grave peligro de de contaminacin para el agua residual, por estas razones, alas tuberas de concreto se les efecta las pruebas de: resistencia al aplastamiento; absorcin y de permeabilidad. Pararealizarestaspruebasenlostubosdeconcretosimple,seescogernalazarel3%delostubosque forman lotes representativos. 1.-Pruebas de resistencia al aplastamiento. Mtodo de apoyo en tres aristas, el mtodo consiste en colocar un tubo por probarsobre la viga de apoyo inferior, segn se indica en la figura 1, a la que previamente se le pone una capa de yeso entre las dos tiras de madera, esto se hace con el fin de dar un apoyo homogneo entre las tiras de madera y el tubo. El tubo se colocara cuando la pasta de yeso aun se encuentre en estado plstico. El apoyo superior ser igualmente una viga de madera de 15 * 15 cm. Al igual que en la parte inferior, se deberrecibir la tubera con pasta de yeso para que apoye uniformemente contra la viga superior. Cuando el yeso haya fraguado, se aplicara 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. En tubos de concreto simple se aplicara una carga a razn de 1, 000 Kg. /ml y por un minuto, o por incremento no mayor de 50 Kg. respetando la condicin anterior. Antesdeefectuareslapruebaderesistenciaalaplastamiento,deberverificarsequeelmanmetroqueindicala carga aplicada se encuentre correctamente calibrado y que contenga su aguja de arrastre. Laresistenciaalaplastamientodeterminadaporelmtododeapoyoentresaristas,nodebersermenordela indicada en la siguiente tabla para tubos de concreto simple. Tabla A.- Resistencia al aplastamiento en tuberas de concreto simple. Dimetro inferior (cm)Resistencia mnima (kg/ml) 151637 201931 252082 302232 382604 452967 Para tuberas de concreto reforzado deber observarse y anotarse la carga que produzca una grieta de 0.25 mm y, posteriormente, aplicar la carga final de ruptura, los valores que se obtengan no debern ser menores a los indicados en la tabla B. Tabla B.- Resistencia al aplastamiento en tuberas de concreto reforzada. Dimetro interior (cm.)Cargaqueproduceunagrietade 0.25 mm (Kg./ml) Carga final (Kg./ml) 6129764470 7637205553 9144646655 10752087835 12259529835 152744011130 183892813400 2131041615500 2441190417870 INGENIERIA SANITARIA Y ALCANTARILLADO ING. PEDRO RODRIGUEZ RUIZ27 Si al efectuar la prueba a la compresin, alguno de los tubos no cumple con la resistencia mnima, deber realizarse una nueva prueba de acuerdo con las siguientes recomendaciones: Por ciento de la resistencia requeridaNumero de tubos para la prueba Entre 91% y 100%Tres Entre 81% y 90%Dos Entre 71% y 80%Cuatro Inferior a 70 % se rechazan todos Fig. Vigade apoyo inferior para la prueba al aplastamiento de tuerias de concreto. Figura. Prueba al aplastamiento de tuberas de concreto. INGENIERIA SANITARIA Y ALCANTARILLADO ING. PEDRO RODRIGUEZ RUIZ28 METODO DE APOYO EN ARENA.- Este mtodo consiste en colocar el tubo en un cajn de arena que pase por la malla n4, quedando apoyado 90 de la circunferencia; en la 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 geomtrico de la placa superior por medio de un motor, o bien usando un inyector conectado a un ga hidrulico. METODO DE LA PRUEBA DE ABSORCION.- Paralapruebadeabsorcindeagua,lamuestraqueseusansonfragmentosdetuboprobadoalaplastamiento, mismos que deben tener de 100 a 150 cm2 de superficie. La secuencia para el clculo de absorcin es el siguiente: Lamuestrasesecaenunperiodode24horasenunhornode110C,laabsorcindebecalcularsecomoun porcentajedelpesoinicialseco,losresultadosdecadamuestraindividualseanotanseparadamentecon aproximadamente de 05 g y se toma el promedio de los resultados de la muestra del lote es decir: % de absorcin = Ph Ps /Ps Ph = peso hmedo Ps = peso seco La cantidad de agua absorbida no debe exceder del 9 % del peso inicial de la muestra seca. Diferencias de elevacin de plantilla entre media caa y cabeza de atarjea y entre dos medias caas. La diferencia de elevacin de plantilla entre media caa y cabeza de atarjea debe ser cuando menos de un dimetro (el que lleva la media caa), con el fin de que el flujo de agua no se bifurque entre una y otra. Adems, para que se tenga libertad para limpiar el tramo desde la cabeza de atarjea hasta el siguiente pozo de visita ( fig. 1). INGENIERIA SANITARIA Y ALCANTARILLADO ING. PEDRO RODRIGUEZ RUIZ29 F La diferencia de plantilla entre dos medias caas en un pozo de visita no debe ser mayor de 40 cm, con el fin de que una persona pueda tener maniobrabilidad dentro de l. (Fig. 2). 6.- uniones entre tuberas: Lasunionesentretuberassediseanenunareddealcantarilladopararesolvertransicionesyconexiones.En ambos casos se utilizan generalmente pozosde visita. Sin embargo cuandosedispone deun desnivel topogrfico pequeo, hay ocasiones en que se requiere efectuar las conexiones de las tuberas haciendo coincidir los ejes, las claves o las plantillas de las mismas. (Fig. 3). Descripcin de las partes de una tubera En la seleccin de un tubo de alcantarillado se identifican cinco partes. a)El lomo (parte superior del tubo) b)la clave (permetro interior) c)el eje (lnea horizontal de mayor amplitud) d)La plantilla (punto mas bajo del permetro interior) e)La base (punto mas bajo de la tubera) INGENIERIA SANITARIA Y ALCANTARILLADO ING. PEDRO RODRIGUEZ RUIZ30 1.3.2.- Dotacin y aportaciones. a)Dotacin. El caudal de aguas mximas se determina a partir del numero de habitantes y del volumen que estos desalojan al da. Al volumen de agua desalojada por habitante en el da se le llama aportaciny representa un tanto por ciento de la dotacin de agua potable. Generalmente la aportacin se considera del 75 % al 80% de la dotacin de agua potable, puesto que del 25% al 20% no llega a las atarjeas, a causa de las perdidas en las tuberas de distribucin, del riego de jardines, parques y calles, del lavado de automviles, del agua consumida en procesos industriales y operacin similar. Cuando no se tiene el dato de la dotacin, se puede hacer uso de la siguiente tabla que proporciona S.A.H.O.P., que considera el nmero de habitantes de proyecto y el tipo de clima. Poblacin de proyecto (habitantes) Clima CalidoClima Templado Clima Fri De 2500 a 15000150125100 De 15001 a 30000200150125 De 30001 a 70000250200175 De 70001 a 150000300250200 De 150001 a ms.350300250 Las dotaciones estn expresadas en Lts. /Hab. /Da. INGENIERIA SANITARIA Y ALCANTARILLADO ING. PEDRO RODRIGUEZ RUIZ31 b)Aportacin. Se entiende por aportacin de aguas negras al caudal que llegan a las atarjeas despus de haber satisfecho en forma eficiente las necesidades vitales de la poblacin, por consiguiente esta aportacin depender degran manera del agua suministrada. Sehanadoptadoelcriteriodeadoptarun80%deladotacindelaguaconvalordelaaportacindeaguas residuales por lo que tenemos (de acuerdo con la Comisin Nacional del Agua actualmente se debe tomar un 75%) Aportacin = (0.8) (150 lts/hab/da) = 120lts/hab/da Siendo el 20% restante lo que se pierde antes de llegar a los conductos. 1.3.3.- Calculo de gastos. Losgastosdediseoqueseempleanenlosproyectosdealcantarilladosanitarioson:Gastomedio,mnimo, mximo instantneo y mximo extraordinario. Los tres ltimosse determinan a partir del primero. Gasto medio: es la cantidad normal de aportacin a la red, arrogada por los habitantes beneficiados porelsistema.Lacuantificacindelgastomedioseharenfuncindelalongitudacumuladadela tubera, la densidad de la poblacin y la aportacin de la misma; pero cuando la poblacin es menor de 1000 habitantes, por especificacin se considera 1.5. su expresin algebraica es: 86400APpQmed =Donde: A = aportacin de agua lt/hab/da. pp. = poblacin de proyecto. 86400 = segundosque tiene un da. Gasto mnimo: en la elaboracin de proyectos se considera siempre como el valor del gasto mnimo la mitad del gasto medio. Pero cuando la poblacin acumulada en el tramo es menor a 1000 habitantes por especificacin se considera 1.5; luego entonces: . 5 . 0min medQ Q = Gastomximoinstantneo:estegastoeselresultadodelaafectacindelgastomedioporel coeficiente que da Harmon el cual se aplica en su valor resultante de acuerdo a su expresin cuando la poblacinservidaseamenorde1000habitantesseconsideraelvalorde3.8,paraunapoblacin mayor que 63454 habitantes, el coeficiente se considera constante a 2.17, su expresin es: .. . max med instMQ Q = P M + + = 4 / 14 1 Donde: M = coeficiente de variacin de gasto mnimo con relacin al gasto medio. P = poblacin servida en miles. Gastomximoextraordinario:estegastonosvaapermitirdeterminareldimetroadecuadodelos conductosysuvalordebecalcularseafectndoseelgastomximo instantneoporelcoeficientede rugosidad: . . max max.ins extCsQ Q = Donde: Cs =es el coeficiente de rugosidad adoptado. Q mx. Inst. = es el gasto mximo instantneo. En el caso de aportaciones normales el coeficiente Cs ser de 1.0; para condiciones diferentes, este Cs ser de 1.5. INGENIERIA SANITARIA Y ALCANTARILLADO ING. PEDRO RODRIGUEZ RUIZ32 Velocidades. a)Velocidad mnima. Lavelocidadmnimaseconsideraaquellaconlacualnosepermitedepsitodeslidosenlasatarjeasque provoquen azolves y taponamientos. La velocidad mnima permisible es de 0.3 m/s, considerando el gasto mnimo. Adicionalmente, debe asegurarse que el tirante calculado bajo estas condiciones, tenga un valor mnimo de 1.0 cm, en casos de pendientes fuertes y de 1.5 cm en casos normales. b)Velocidad mxima. La velocidad mxima es el lmite superior de diseo, con el cual se trata de evitar la erosin de las paredes de las tuberas y estructuras. La velocidad mxima permisible para los diferentes tipos de material se muestra en la tabla N3-3. Para su revisin se utiliza el gasto mximo extraordinario calculado. TABLA N3-3 VELOCIDADES MAXIMAS Y MINIMAS PERMISIBLES EN TUBERIAS. MATERIAL DE LA TUBERIA VELOSIDAD (m/s) MAXIMAMINIMA Concreto simple3.000.3 Concreto reforzado3.500.3 Acero5.000.3 Fibrocemento5.000.3 Polietileno5.000.3 Poli (cloruro de vinilo) (PVC)5.000.3 Pendientes. El objeto de limitar los valores de pendiente es evitar, hasta donde sea posible, el azolve y la erosin de las tuberas. Laspendientesdelastuberas,debernseguirhastadondeseaposibleelperfildelterreno,conobjetodetener excavacionesmnimas,perotomandoencuentalasrestriccionesdevelocidadydetirantesmnimosdelapartado anterior y la ubicacin y topografa de los lotes a los que se darn servicio. Enloscasosespecialesendondelapendientedelterrenoseamuyfuerte,esconvenientequeparaeldiseose consideren tuberas que permitan velocidades altas, y se debe hacer un estudio tcnico econmico de tal forma que se pueda tener solo en casos extraordinarios y en tramos cortos velocidades de hasta 8 m/s. EnlatablaN 3-4aparecenlaspendientesmnimasrecomendadasparalosdiferentestiposdetuberas.Estas pendientes podrn modificarse en casos especiales previo anlisis particular y justificacin en cada caso. DIAMETRO NOMINAL EN CM PENDIENTE RECOMENDABLE EN MILESIMAS MAXIMAMINIMA 20834 25612.5 30482 38351.5 45281.2 61190.8 76140.6 91110.5 10790.4 INGENIERIA SANITARIA Y ALCANTARILLADO ING. PEDRO RODRIGUEZ RUIZ33 1227.50.3 1525.50.3 1834.50.2 2133.50.2 24430.2 Dimetros. a)Dimetro mnimo. La experiencia en la conservacin y operacin de los sistemas de alcantarillado a travs de los aos, ha demostrado que para evitar obstrucciones, el dimetro mnimo en las tuberas debe ser de 20 cm. b)Dimetro seleccionado. El dimetro seleccionado, estar en funcin de gastos, velocidades profundidad de zanjas. Profundidad de excavaciones. Laprofundidaddecualquieralcantarilladosanitariodebeserdepreferenciaaquellaenquetodoslosalbaales domiciliarios trabajen por gravedad, pudiendo ser cualquiera siempre y cuando este dentro del rango de lamnima y mxima profundidad, atendiendo a lo siguiente: Profundidad mnima. a)Elcolchnmnimonecesarioparaevitarrupturadelconductoocasionadaporcargasvivasdeberseren general, para tuberas de dimetros hasta de 45 cm., de un colchn de 90 cm y para dimetros mayores, de 1.0 m a 1.5 m. b)Que permita la correcta conexiona de las descargas domiciliarias al alcantarillado municipal aceptando que este albaal exterior, tendr como mnimo una pendiente de 1% y que el registro interior ms prximo al paramento del predio, tenga profundidadmnima de 60 cm. Profundidad mxima. a)Tipo, caractersticasyresistenciadelastuberas,clasesdelterrenoenqueseinstaleyclasedecamaquele servir de apoyo. b)Por dificultades originadas por lacohesin del terreno no podemos excavar mas aya de una cierta profundidad que nos permita dicha cohesin y sea necesaria la instalacin de atarjeas laterales que descarguen el pozo de visita ms cercano. Ladeterminacindelaprofundidadmximadeinstalacindebehacersemedianteunestudioeconmico comparativo entre el costo de instalacin del conducto principal con sus albaales correspondientes y el de atarjea o atarjeaslaterales incluyendo los albaales respectivos. No obstante la experiencia a demostrado que hasta 4.0 m de profundidadelconductoprincipalpuederecibirdirectamentelosalbaalesdellasdescargasdomiciliariasyquea profundidades mayores resulta mas econmico el empleo de atarjeas laterales. Ancho de zanjas. Los anchos de zanjas destinados a los conductos deben excavarse los mas estrechos posible, pero permitiendo a su vez la correcta colocacin de la tubera y sea suficiente para poder hacer e inspeccionar las juntas, adems de que disminuye el material de excavacin y facilita que el relleno pueda quedar bien consolidado. Una anchura mayor que la indispensable aumenta la carga que setransmite a latubera y aumenta el volumen de excavacin. En general todas las tuberas deben de instalarse en zanjas cuyas paredes como mnimo deban ser verticales hasta el lomo del tubo. En zanjas profundas las paredes laterales se hacen con un cierto talud para aminorar la posibilidad de un deslave y en algunos casos para facilitar la construccin de las obras especiales. Para los casos en la cual la excavacinsehagaenlugaresdondeelmaterialdelterrenoseamuysueltocomoenarenaolimo-arenoso,ser necesario recurrir a un ademe. INGENIERIA SANITARIA Y ALCANTARILLADO ING. PEDRO RODRIGUEZ RUIZ34 Las dimensiones mnimas del ancho de zanjas para facilitar maniobras se muestran en la tabla III.5. TABLA III.5 DIAMETRO DEL TUBO ANCHO DE LA ZANJA(cm) 2065 2570 3080 3890 45100 61120 76140 91175 107195 122215 152250 183285 213320 244355 Cargas sobre tuberas. Las cargas o las condiciones que determinan los esfuerzos en las tuberas de los sistemas de alcantarillado son: las cargas externas, la temperatura y las presiones internas. Cualquiertuboenunazanjaestasujetoalacargadebidaalrellenoquelacubre;ordinariamenteestonoesun problema para las tuberas debido a que no estn tendidos muy profundamente y los materiales de que estn hechos (concretoyaceroderefuerzo)sonresistentesalafallaproducidaporlacargadelrelleno.Sinembargoexisten ciertos factores que influyen en las cargas que actan en las tuberas y son los siguientes: Ancho de la zanja en el nivel de la parte superior del tubo. Peso del relleno. Profundidad de instalacin del producto. Para calcular la carga que soportan las tuberas debido al peso del material de relleno, Marston desarrollo una serie de formulas empricas, de las cuales la formula general es la siguiente: 21* * B C W e = Donde: W = carga vertical total sobre el tubo. C1 = Un coeficiente que varia de acuerdo al material de relleno y con la relacin h/B ( Profundidad de la zanja entre el ancho de la misma). = Peso volumtrico del material del relleno. B = Ancho de la zanja (el ancho de la zanja no debe ser mayor de una y media Veces el dimetro del tubo). Para poder aplicar la formula de Marston se necesita garantizar la verticalidad de la paredes de la zanja por lo menos hasta el lomo de la tuberas. A continuacin aparecen las tablas para conocer los valores de y C1, para distintos materiales de terreno. INGENIERIA SANITARIA Y ALCANTARILLADO ING. PEDRO RODRIGUEZ RUIZ35 PESO VOLUMETRICO APROXIMADO DEL MATERIAL DE RELLENO Tipos de material (kg/m3) Arena seca1600 Arena hmeda1920 Arcilla hmeda1600 Arcilla saturada2080 Tierra vegetal hmeda1440 Tierra vegetal saturada1760 Valores del coeficiente "C1" para cargas sobre tubos debido al material de relleno, para diferentes valores de H/B H/B Arena seca o tierra vegetal hmeda Arena hmeda o tierra vegetal saturada Arcilla hmeda Arcilla saturada 0.500.460.470.470.48 1.000.850.860.880.90 1.501.181.211.251.27 2.001.471.511.561.62 2.501.701.771.831.91 3.001.901.992.082.19 3.502.082.182.282.43 4.002.222.352.472.65 4.502.342.492.632.85 5.002.452.612.783.02 5.502.542.722.903.18 6.002.612.813.013.32 6.502.682.893.113.44 7.002.732.953.193.55 7.502.783.013.273.65 8.002.823.063.333.74 8.502.853.103.393.82 9.002.883.143.443.89 9.502.903.183.483.96 10.002.923.203.524.01 11.002.953.253.584.11 12.002.973.283.634.19 13.002.993.313.674.25 14.003.003.333.704.30 15.003.013.343.724.30 INGENIERIA SANITARIA Y ALCANTARILLADO ING. PEDRO RODRIGUEZ RUIZ36 Min. 0.6 DeFig. III.9DeHBMaterial finoRelleno compactado en capas que no exceda 15 cm de espesorRelleno a volteoFig. III.8DeDiHBClases de encamado o plantilla. Segn el tipo de plantilla aumenta o disminuye la capacidad de carga de un tubo independientemente de su calidad, es decir, que cuando el fondo de la zanja no ofrezca las condiciones necesarias para mantener el conducto en forma estableyquetengaunasientocorrectoentodasulongitud,esnecesariolaconstruccindeunencamadopara satisfacer estas condiciones de estabilidad y asiento. A continuacin se describen las clases de encamado que se emplean comnmente. Plantilla clase A. En estemtodo de encamado la zona exterior inferior de la tubera debe apoyarse en concreto simple, que teniendo unespesormnimodeuncuartodedimetrointeriorenlapartemasbajadeltubo,seextiendehaciaarribapor ambos lados hasta una altura que puede ser mayor o menor que el dimetro exterior y mnima de un cuarto de este (ver figura III.8). Elfactordecargavarade2.25a3.0tomndosenormalmenteelvalorde2.25.Laplantilladearenahmeda compactada,producealastuberasefectoscomparablesalqueseobtieneconladeconcretosimplesyen consecuencia se clasifica como clase A. Plantilla clase B Es el encamado en el que la tubera se apoya en un piso de material fino, colocado sobre el fondo de la zanja, que previamentehasidoarregladoconlaconcavidadnecesariaparaajustarsealasuperficieexternainferiordela tubera, en un ancho cuando menos igual al 60 % de su dimetro exterior. El resto de la tubera deber ser cubiertohasta una altura de cuando menos 30 cm. arriba de su lomo con material granular fino colocado cuidadosamente a manoyperfectamente compactado, llenandotodoslosespacioslibresabajoyadyacentesalatubera.(Ver figura III.9).Esterellenoseharencapasquenoexcedande15cm.deespesor.Elfactordecargadeestaclasede plantillaes de 1.90 Plantillas clase C Laconstituyeelencamadoenelqueel fondodelazanjahasidopreviamentearregladoparaajustarsealaparte inferior de latubera en un ancho aproximado al 50 % de sudimetro exterior. El resto de latubera, ser cubierta hasta una altura de cuando menos 15 cm., por encima de su lomo, con material granular fino colocado y compactado a pala hasta llenar completamente los espacios de abaja y adyacentes a la tubera (ver figura III.10). El factor de carga en esta clase de plantilla es de 1.50. INGENIERIA SANITARIA Y ALCANTARILLADO ING. PEDRO RODRIGUEZ RUIZ37 15 cm0.5 DeHFig. III.10DeBHFig. III.11De Plantillas clase D Es el encamado en el cual no se toma ningn cuidado especial para conformarel fondo de la zanja a la parte inferior de la tubera, ni en el que respecta al relleno de los espacios por debajo y adyacentes a la misma(ver figura III.11). Su factor de carga es de 1.10 pero este procedimiento es inadmisible para la instalacin de las tuberas. 1.3.4.- Nomograma de Manning y Harmon. Harmon Para facilitar el clculo del gasto medio y el gasto mximo utilizando el coeficiente mximo de mayoracion se ha elaborado un nomograma que relaciona la longitud de una red de tubera, la poblacin, la aportacin y el gasto. En todos los casos los datos de dichas variables pueden ser de toda la poblacin o de una zona de ella. Manning El nomograma de Manning es la representacin en escala, de los parmetros que intervienen en la formula de Manning,comoson:lapendientehidrulicaS,lavelocidaddeescurrimientoVyeldimetrodelatuberaD, adems del gasto que se conduce Q. INGENIERIA SANITARIA Y ALCANTARILLADO ING. PEDRO RODRIGUEZ RUIZ38 Base de datos basada en los valores del nomograma de Manning. Relacin de gastos Valor del nomograma Relacin de gastos Valor del nomograma Relacin de gastos Valor del nomograma 000.40.9430.81.113 0.010.330.410.9480.811.115 0.020.390.420.9540.821.118 0.030.430.430.960.831.122 0.040.470.440.9650.841.124 0.050.520.450.970.851.126 0.060.550.460.9750.861.127 0.070.590.470.980.871.13 0.080.610.480.9880.881.131 0.090.630.490.9940.891.132 0.10.640.510.91.133 0.110.660.511.0040.911.134 0.120.670.521.0090.921.136 0.130.690.531.0130.931.137 0.140.710.541.0170.941.138 0.150.720.551.0210.951.139 0.160.730.561.0260.961.14 0.170.740.571.0310.971.142 0.180.760.581.0360.981.143 0.190.770.591.0410.991.144 0.20.780.61.04511.145 0.210.7950.611.0491.011.144 0.220.8090.621.0521.021.143 0.230.8150.631.0571.031.141 0.240.8250.641.0591.041.139 0.250.8350.651.0641.051.137 0.260.8450.661.0681.061.131 0.270.850.671.0711.071.123 0.280.860.681.0741.0741.118 0.290.8690.691.078 0.30.8740.71.081 0.310.880.711.083 0.320.8910.721.088 0.330.8980.731.091 0.340.9040.741.095 0.350.910.751.099 0.360.920.761.103 0.370.9250.771.105 0.380.930.781.107 0.390.9370.791.11 INGENIERIA SANITARIA Y ALCANTARILLADO IN