1

Elementos de una red de saneamiento (I)

Conducciones y juntas

Elementos de entrada o captaciónImbornales, sumideros y acometidas domiciliarias

Instalaciones intermediasPozos de registro, cámaras de descarga,

confluencias y sistemas de ventilación

Elementos de salidaAliviaderos, compuertas de marea

Elementos especialesRápidos, sifones invertidos, instalaciones de

bombeo Ele

me

nto

s c

om

ple

me

nta

rio

s

2

Referencias

[1] Chow, V. T. 1994. Hidráulica de canales abiertos. McGraw-Hill.

[2] Ingeniería de aguas residuales. Redes de alcantarillado y bombeo. Metcalf & Eddy. 1995. Ed. McGraw-Hill.

[3] EMASESA. Instrucciones técnicas para redes de saneamimento (PD 00512).

[4] Hernández-Muñoz & Hernández-Lehman. 2004. Manual de saneamiento URALITA. Ed. Thomson-Paraninfo.

Conducciones

Características deseables

- Resistencia a cargas externas.

- Flexibilidad (� tipo de material y juntas flexibles)

- Resistencia a la abrasión.

- Resistencia a la corrosión.

- Lisura interna.

- Impermeabilidad y estanqueidad de las juntas.

- Conservación.

Materiales de las tuberías

Hormigón, gres, fundición dúctil ó materiales plásticos, dependiendo de

1. Diámetro necesario y tipo de sección.

2. El régimen de flujo (a presión o por gravedad)

3. Características del agua residual que transporta )

3

Circular: A = Diámetro interior teórico del tubo. Este es el diámetro nominal

para tubos de hormigón, gres, fibrocemento, PRFV. Para tubos de plástico (PVC

y PE), el diámetro nominal es el diámetro exterior teórico del tubo.

Ovoide: A = medida interior del eje mayor del conducto ovoide (altura).

B = medida interior del eje menor del conducto ovoide (anchura).

Geometrías para el transporte de aguas residuales y pluviales.

Materiales utilizados en conducciones según el régimen de flujo

(a presión o lámina libre)

4

• Alta resistencia a la presión interior.

• Buena estanqueidad.• Lisas

• Sensibles a la corrosión por ácidos y al ataque del SH

2:

proteger mediante revestimientos interiores y exteriores

80-1200FUNDICIÓN DÚCTIL

• Alta resist. agresividad química y abrasión mecánica y soportan Tª extremas (-10 a 70 ºC): adecuadas para A.R.I.

• No se corroe por acciones bioquímicas: adecuadas para R. separativa.

• Bajo coeficiente de dilatación térmica y baja rugosidad hidráulica: permite altas velocidades de circulación.

• Frágil ante impactospuntuales.

Circular: 100-1400

Ovoidal: 200-900

GRES

Se han usado mucho pero hoy día está prohibida su comercialización y utilización. (Orden 7/12/2001).

FIBROCEMENTO

• Se fabrican a medida.• Son económicas.

• Ataques químicos de aguas residualestransportadas.

• Vertidos a altas temperaturas son perjudiciales.

• Elevado peso tubos: instalación más difícil y mayor nº de uniones.

En masa: 300-400

Armado sin camisa:

500-2000 (ovoidal)

500-3000 (circular)

HORMIGÓN

VENTAJASINCONVENIENTESDIÁMETROS (mm)

MATERIAL

• Se fabrican a medida adaptándose a las necesidades de cada proyecto.

• Muy flexibles.• Muy resistentes a la corrosión y

la abrasión.• Gran capacidad hidráulica.• Muy impermeables.• Admite una amplia gama de

pH.• Garantizados hasta

temperaturas de 35º y pH de 1 a 10.

• Coste económico.200-2500POLIÉSTERREFORZADO DE FIBRA DE VIDRIO

• Ligeros.• Económicos.• Resist. a ataques químicos.• Baja rugosidad.• Flexibles.• Buen comportamiento bajo

heladas.• No favorecen desarrollo hongos

y algas.• Para mejorar propiedades

mecánicas frente a cargas exteriores: aligeramientos en su pared, tubos de pared estructurada que aumentan la resistencia al aplastamiento con menos material.

• Prestaciones mecánicas menores que las de hormigón y metálicos.

• Alto coef. dilatación térmica: sus caract. mecánicas disminuyen con la Tª (Resist. a 50ºse reduce al 60%).

• Envejecimiento (50 años de vida útil): propiedades mecánicas (E y σ a tracción) disminuyen con el tº. Dimensionar para valores a 50 años: a corto plazo sobredimensionados.

PVC-U: entre 110 y 1000 mm

PVC-U estructurado: hasta 1500 mm

PE: hasta 2000 mm

PLÁSTICOS

VENTAJASINCONVENIENTESDIÁMETROS (mm)

MATERIAL

5

Juntas o unionesJuntas o unionesJuntas o unionesJuntas o uniones

Dependen del material de la tubería:

• Manguito del mismo material y características del tubo

con anillos elásticos (Junta flexible): PVC-U, PE, PP

pared estructurada y PRFV.• Copa con anillo elástico (Junta flexible): Fundición;

hormigón; PVC-U pared compacta; PVC-U, PE, PP

pared estructurada y PRFV.

• Soldadura (Junta rígida): PE pared compacta.

• Bridas (Junta rígida): Fundición

Los anillos deben ser de caucho natural o sintético, siendo

las secciones más normales las circulares o en V.

Imbornales y sumideros

Aberturas que se disponen bien junto al bordillo o en el centro de las calzadas y/o zonas aceradas, para

recoger el agua de lluvia, que no se pierde por evaporación o por filtración, y llevarlo hasta la red

de saneamiento

de cuneta, de

rejilla, o lateral

de buzón, de

bordillo o lateralmixto Canales y rejas

interceptoras

6

7

Se sitúan de forma que cada uno de ellos recoja el agua caída en una superficie de 300 a 800 m2 lo que supone un

caudal de 5 a 10 litros/seg., o bien a distancias

comprendidas entre 30 y 70 metros.

Las acometidas de imbornal deben tener un trazado

rectilíneo, continuo, y con pendiente única > 5%, y deben

conectarse directamente a un pozo de registro

8

1Q

Qw=η

Línea de energía

EQ1

y1

1 2

Q2y2

Qw

L

y

x

b = anchura

cte

Hidráulica de imbornales

9

22

22

22 ygb

Qy

g

VyE +=+≡

0032

2

22=−+⇒=

ygb

Q

dx

dy

ygb

Q

dx

dQ

dx

dy

dx

dE

012232

2

=+

−

ygb

Q

dx

dQ

ygb

Q

dx

dy

( )23232

2

221

Qygb

Qydx

dQ

ygb

Q

ygb

Q

dx

dQ

dx

dy

−

−

=

−

−=

f (y)

gEcbdx

dQ2ε=−

Caso 1 – el flujo a través de las rejillas es casi vertical

(� la pérdida de energía es despreciable)

área de aberturas / área total de la rejilla Coeficiente de descarga a través

de las aberturas (0.4 – 0.8) [1]

22

2

2 ygb

QyE +≡

Ey

yEEc

dx

dy

23

)(2

−

−=

ε Si integramos, y

tenemos en cuenta

que E = cte, y que

y (x = 0) = y1

de la expresión para el desagüe a través

de un orificio en el fondo de un depósito

)(2 yEgbyQ −=⇒

10

−−−=

E

y

E

y

E

y

E

y

c

Ex 11 11

ε

La longitud mínima del imbornal para que absorba toda la

escorrentía, i.e. η ≈ 1, viene dado por la condición x ( y = 0 )

−=

E

y

E

y

c

ELg

11 1ε

( )E

ygEbyyEgbyQ 12/1

1111 12)(2 −=−=

gEcb

QLg

2

1

ε=

gycbdx

dQ2ε=−

Caso 2 – el flujo a través de las rejillas forma un ángulo

con la vertical (� pérdida de energía NO despreciable)

área de aberturas / área total de la rejilla Coeficiente de descarga a través

de las aberturas (0.4 – 0.8) [1]

)(22 22

2

yEgbyQygb

QyE −=⇒+=

Ey

yEyc

dx

dy

23

)(2

−

−=

εSi integramos, y

tenemos en cuenta

que y (x=0) = y1

Así lo demuestran los datos

experimentales (ver [1])

11

−−

−

−

−−

−=

−

−

E

y

E

y

E

y

c

E

E

y

E

y

E

y

c

Ex

1111

1

12

321sin

4

1

12

321sin

4

1

ε

ε

La longitud mínima del imbornal para que absorba toda la

escorrentía, i.e. η ≈ 1, viene dado por la condición y = 0

+

−+

−−= −

81

2

321sin

4

1 1111 π

ε E

y

E

y

E

y

c

ELg

gEcb

QLg

2

1

ε=

+

−+

−−= −

81

2

321sin

4

1 1111 π

ε E

y

E

y

E

y

c

ELg

Caso 1

Caso 2

),,( 11 QyEfLg =

Si suponemos Q1 dado, necesitamos dos expresiones más que

relacionen las variables E, Q1, e y1

2

1

2

2

11

2 ygb

QyE +≡ La entrada al tramo de rejilla se puede

considerar como un vertedero de cresta ancha

12

1 2

cc yYg

VHY

g

V++≈++

22

22

1

22

2

cc y

g

V≡

3

2

3

2

3

2

1 HH

g

Vyc ≈+≈⇒

3

cgyq =2/3

2/32

1 7.12

7.1 bEg

VHbQ ≈

+≈⇒

Conservación de energía

gEcb

QLg

2

1

ε=

+

−+

−−= −

81

2

321sin

4

1 1111 π

ε E

y

E

y

E

y

c

ELg

Caso 1

Caso 2

),,( 11 QyEfLg =

Si suponemos Q1 dado, necesitamos dos expresiones más que

relacionen las variables E, Q1, e y1

2

1

2

2

11

2 ygb

QyE +≡ 2/3

1 7.1 bEQ ≈

13

Ejemplo

¿Cuál debe ser la longitud de la rejilla para

aportes de 10 l/s?

Suponed que

Q1 = 10 l/s, b = 30 cm, c = 0.497 [1], ε = 0.5

Recordad que las rejillas

tienen unos 60 cm

de longitud (ver [3])

Caso 1 Lg ≈ 12 cm

Caso 2Lg ≈ 40 cm

Conexiones domiciliarias

Tuberías, generalmente de pequeño diámetro, que unen

los edificios con la red general de alcantarillado

Trazado rectilíneo

90o

14

Acometida con entronque a alcantarilla

Derivación en T Injerto CLIP Derivación pinza

Datos en mm

[2]

[2]

15

[2]

Si la alcantarilla está a gran profundidad: se coloca tubería vertical

forrada de hormigón, llamada chimenea. En este caso, las acometidas

se conectan a la red por la parte superior de la chimenea.

16

Elementos que se instalan en la red para permitir el acceso, la inspección y/o limpieza de la red.

Su colocación es obligatoria en

1.- En los cambios de dirección, vertical u horizontal, de las conducciones de la red de alcantarillado.2.- En las confluencias de dos o más colectores (no obligatorio en acometidas domésticas).3.- En los principios de los colectores.4.- En los cambios de sección.5.- En tramos rectos de la red, cada cierta distancia. EMASESA, por ejemplo, indica que se deben instalar a una distancia no superior a 30 m en suelo urbano o urbanizable, y no superior a 50 m en suelo no urbanizable, salvo casos justificados.

Pozos de registro

Θ > 90o

Θ

El número de conexiones a un pozo no

deben ser excesivas para no debilitar la

resistencia estructural del pozo -

17

• Pueden ser prefabricados de hormigón en masa o armado, de materiales plásticos (PE, PVC-U, PP o PE de pared estructurada, PRFV), gres o fundición dúctil; construidos “in situ” de hormigón en masa o armado, ófábrica de ladrillo (según el material de las tuberías).

• Un pozo de registro consta de las siguientes partes:

1.- Una solera.

2.- Un cuerpo cilíndrico.

3.- Un cuerpo troncocónico.

4.- Una tapa, con marco, metálica, generalmente de fundición, cuya misión fundamental es dar continuidad al pavimento.

5.- Pates o peldaños

[2]

18

En tramos rectos y en cambios

de rasante la media caña de la

base del pozo debe mantener la

misma sección hidráulica del

conducto

[2]

[2]

19

• En redes de grandes dimensiones, especialmente con diámetros superiores a 1200 mm, se podrán instalar cámarasde sección cuadrada o rectangular intercaladas entre los pozos de registro, para facilitar la extracción de los productos de limpieza.

• En los pozos en donde se produzca un cambio de sección, la media caña habrá de tener una forma de transición adecuada, efectuándose la conexión de los conductos de forma tal que las claves de los tubos se encuentren a la misma cota.

• En los pozos de cambio de dirección y en confluencias se construirá una transición para que el cambio se realice en las mejores condiciones hidráulicas posibles, debiendo procurarse que exista un pequeño resalto entre las rasantes de los tubos de entrada y salida para compensar las pérdidas de carga que se originen

[2]

Cuando la diferencia de cota

entre una de las alcantarillas

entrantes y una de las

alcantarillas salientes sea > 1 m,

el caudal afluente, alto, puede

verterse a la cota de la

alcantarilla saliente por un pozo

de registro denominado “boca de

caída”, “pozo de registro con

caída incorporada” o “pozo de

registro con enlace en desnivel”.

Pozo de resalto

[2]

20

Aliviaderos

Elementos que limitan el paso de agua de un colector hacia la sección de aguas abajo, vertiendo los caudales excedentes hacia un cauce superficial, el mar o hacia

depósitos de retención.

QsQs

Qs < Q0 = caudal máximo aguas

abajo del aliviadero, que es f

(capacidad de transporte del

colector aguas abajo o capacidad

de tratamiento de la estación

depuradora)

Aliviaderos

Elementos que limitan el paso de agua de un colector hacia la sección de aguas abajo, vertiendo los caudales excedentes hacia un cauce superficial, el mar o hacia

depósitos de retención.

Q0Q

Q-Q0

En alcantarillas unitarias, que vierten

directamente a un cauce, la concentración

de contaminantes del caudal sobrante <

capacidad de auto-depuración del medio

receptor � valor mínimo de la dilución S

QQQQ = ss SS min0 // =>

Q0 = caudal máximo aguas abajo

del aliviadero, que es f

(capacidad de transporte del

colector aguas abajo o capacidad

de tratamiento de la estación

depuradora)

21

y1 < yc y1 ≈ yc y1 > yc

Si la energía específica E a lo

largo del vertedero lateral es,

aproximadamente, constante

q

y

yc

Aliviaderos laterales

E = cte.

1 2

22

2

2

2)(

22.1)(

dd

d

gB

Qc

g

VcE n

nw

αβ +−=

+−=

Hidraúlica de aliviaderos laterales (línea descendente)

22

22

22

2)(

2)(

ddd

gB

Qc

g

VcEw

αβ

αβ +−=+−≡

0032

2

22=−+⇒=

d

d

d

d

gB

Q

dx

d

gB

Q

dx

dQ

dx

d

dx

dEw ααβ

02232

2

=+

−

dd

d

gB

Q

dx

dQ

gB

Q

dx

dααβ

( )23232

2

22QgB

Qdx

dQ

gB

Q

gB

Q

dx

dQ

dx

d

αβ

αα

βα

−

−

=

−

−=

d

d

dd

d

f (d)

( ) 2/32' cgc

dx

dQ−=− d

22

2

2)(

dd

gB

QcEw

αβ +−≡

( )hEch

hhEC

gBdx

dh

dx

d

w

w

ββ

βα

−−+

−==

)(

)(

2

1

21

3d

Ecuación de vertedero de pared delgada

[ ])(2

cEg

BQ w −−=⇒ dd βα

C, Coeficiente de descarga en del

vertedero

Si integramos, entre los bordes del vertedero lateral (i.e. entre

las secciones 1 y 2)

23

0.0650.4

cos 0.948

0.3100.4-10.4 2 4.06

2

2

+ n

-

E

c +

E

c -nB = L

1-

ww

( )ww

ww

w

EhEhg

C

B

h

E

h

E

E

cg

C

BL

1

1

2

1

12

coscos18

22

ββα

β

βββ

α

−− −−

−−−

−=

98.0 ;4.1 ;3.3 === βαC212 / hhn =

Lh /1

LEw /

wEh 5.01 ≈

24

0.0650.4

cos 0.948

0.3100.4-10.4 2 4.06

2

2

1- + n

-

E

c +

E

c -nB = L

ww

212 / hhn =

98.0 ;4.1 == βα

22

22

2)(

22.1)(

ddd

gB

Qc

g

VcE n

nw

αβ +−=

+−=

Condiciones normales de flujo

aguas arriba del vertedero

Condiciones en el vertedero

wEh 5.01 ≈

Resumen de ecuaciones para aliviadero de calado decreciente

( )0

)(

)(

2

1

21

3

<−−+

−==

hEch

hhEC

gBdx

dh

dx

d

w

w

ββ

βαd

Condiciones de calado decreciente se dan cuando …

1<wE

c

wEh 5.01 ≈

25

Ejemplo

Proyecto de un vertedero lateral en una tuberProyecto de un vertedero lateral en una tuberProyecto de un vertedero lateral en una tuberProyecto de un vertedero lateral en una tuberíííía a a a

ya existenteya existenteya existenteya existente.

Determina la longitud de vertedero que debe colocarse en una tubería existente de 1200 mm que se va a utilizar como alcantarilla unitaria, si el caudal máximo en tiempo de lluvia es de 1.90 m3/s y el caudal tolerable en la planta de tratamiento no debe exceder de 0.70 m3/s. El caudal máximo en tiempo seco es de 0.14 m3/s. Todo este caudal ha de ser tratado. Los datos y supuestos son los siguientes:

- Diámetro de la tubería: 1200 mm

- Pendiente: 0.003 m/m

- n (Manning) = 0.013.

Otros tipos de aliviadero

Aliviadero de salto

Aliviadero transversal