República bolivariana de Venezuela Ministerio del poder popular para la defensa Universidad nacional experimental de la fuerza armada Núcleo bolívar – estado bolívar
Excelencia Educativa Abierta al Pueblo Pueblo
DISEÑO DE UN SISTEMA DE AGUAS SERVIDAS.
Profesor:
Integrante:
Ing. Moreno, Rafael
Ciudad bolívar, 22 de Enero del 2013
DISEÑO DE UN SISTEMA DE AGUAS SERVIDAS. En la act ctua uali lida dad d el cr crec ecim imie ient nto o de la po pobl blac ació ión n se ha ven enid ido o incrementando y con ello viene dado el trabajo en cuanto a los diseños y distribución de los sistemas de recolección de aguas servidas, es por eso que los proyectos se basan en el Diseño de un Sistema de recolección de Aguas. Los aspectos que configuran el diseño de los sistemas de recolección de aguas servidas, unidos a las consideraciones de las problemática que presenta pres enta en una comu comunida nidad d pod podemos emos menc menciona ionar, r, el des desbord bordamie amiento nto de aguas servidas por las diferentes tanquillas, ya que todas las tuberías se
pueden encontrar totalmente tapadas y en algunos casos las calles no tiene conexión con ninguna tubería subterránea, por lo tanto las aguas servidas son absorbida por la superficie terrestre, trayendo como consecuencia el hundimiento de la capa asfáltica, al igual de los malos olores. Cada día es más la relativa a las obras de recolección y distribución de aguas servidas para el beneficio de comunidades, cuando el desarrollo de los fenómenos de la Urbanización y de la Industrialización es el crecimiento poblacional, obliga a utilizar diseños que se adaptan a la distribución de la población. Es un elemento primordial para el diseño de un sistema de agua potable, del cual debe realizarse un estudio de su tipo, calidad, cantidad y sobre todo ubicación antes a otros estudios que se puedan realizar a considerar, de acuerdo a la forma de aprovechamiento los siguientes:
Agua de lluvia. Es posible colectarla a través de los techos de las viviendas, adecuado en caso de granjas y zonas rurales, generalmente en regiones donde las aguas no son suficientes para el abastecimiento. Su rendimiento bruto es proporcional a la superficie de recepción disponible, así como a la precipitación disponible en la zona pérdidas suelen ser relativamente altas, sobre todo por no dispones el sistema de captación de un mantenimiento adecuado y continuo.
Aguas Superficiales. Disponibles en ríos, lagos y lagunas. Las cantidades a captarse dependen del tamaño de la cuenca colectora, así como de la diferencia entre las cantidades disponible en ella por precipitación pluvial y las pérdidas ocasionadas por evaporación - transpiración e infiltración al subsuelo.
Agua Subterránea. Parte de la precipitación en la cuenca se infiltra en el suelo hasta la zona de saturación, formando así las aguas subterráneas. La explotación de estas dependerá de las características
hidrológicas y formación geológica del acuífero. En términos generales, esta podrá efectuarse a través de:
Manantiales artesianos. Cuando son originados por el rompimiento del estrato confinante sobre el acuífero artesiano o cuando este descarga a una zona topográfica más baja. Son generalmente más confiables que los de gravedad siendo sensibles al bombeo de pozos en el mismo acuífero, motivo por el cual pueden agotarse.
Manantiales fisurados. Cuando brotan a lo largo de estratificaciones, juntas o planos de falla. Su existencia está ocasionada por la fractura en las rocas. Cuando provienen de grandes profundidades pueden aportar agua libre de contaminación por intermedio de estratos cercanos a los cuales pueden drenar hacia ellos.
Manantiales tubulares. Cuando brotan de canales relativamente largos como los formados en las rocas por la acción disolvente del agua, así como cavernas en calizas y rocas solubles. El agua generalmente brota libremente a través de aberturas grandes.
EMPOTRAMIENTOS DOMICILIARIOS. El cálculo de la red se inició con el análisis del Caudal de descarga de cada vivienda al colector; el cual consistió en la determinación de la dotación, tomando como base el área total de la parcela y el número de casas a beneficiar, según lo establecido en el artículo 109 de la Gaceta Oficial 404486-6, el cual reza: "Las dotaciones de agua para edificaciones destinadas a viviendas unifamiliares, se determinarán en función del área total de la parcela o del lote, donde la edificación va a ser construida o exista".
La escogencia del diámetro de la tubería, se realizó por tramos, tomando en cuenta la pendiente del terreno y el Caudal de Circulación; éstos datos fueron ubicados en la tabla de velocidades y caudales en tuberías de alcantarillado PVC para un Coeficiente de Rugosidad (n) de 0.009, donde la pendiente mínima permitida es 2% y la máxima es de 100%, ésta tabla señala la capacidad (lts/seg.) a sección llena del colector, la cual debe ser mayor que el caudal circulante. El diámetro mínimo para el colector principal es de 10” (250 Mm). Según especificaciones de la Norma de Alcantarillado. Las bocas de visita se previeron en los extremos del colector principal, en los cambios de dirección y pendiente, a una distancia máxima de 100,00 mts. Según la Norma de Alcantarillado, para la colocación de una tubería de 10” (250 Mm.), el ancho de la zanja es de 70 cm. y la profundidad mínima de la zanja debe ser de 1,35 m.
• Para los empotramientos se utilizan tuberías de 6” (160 Mm.) y el ancho de zanja es de 60 cm. • Para la construcción de bocas de visita se debe excavar una fosa con un área de 1,80 x 1,80 m y 1,55 de profundidad mínima, que permita construir la base y colocar los cilindros y conos de concreto.
Nota: la profundidad de las tuberías y bocas de visita será variable a lo largo del trazado de las cloacas y depende de las pendientes del terreno y la profundidad de la boca de visita existente donde se empotrará el sistema.
El mantenimiento del sistema de recolección de aguas servidas es responsabilidad de la Comunidad donde se realice el proyecto, en este caso
le corresponde a La Junta Comunal de la Comunidad de Caujarito de Charallave del Estado Miranda. Es recomendable que la comunidad organizada, a través de las mesas técnicas de agua, en trabajo coordinado con la empresa hidrológica, vele por el cumplimiento del plan de mantenimiento del sistema de recolección de aguas servidas, para asegurar el correcto funcionamiento en el futuro, alargando su vida útil.
AGUAS RESIDUALES. Llamamos aguas residuales a los líquidos procedentes de la actividad humana, que llevan en su composición gran parte de agua, y que generalmente son vertidos a cursos o a masas de aguas continentales o marinas. Las aguas residuales urbanas se originan a causa de: - Residuos domésticos. - Arrastres de lluvia. - Infiltraciones. - Residuos industriales. Los sistemas hidráulicos de los WC discurren por las instalaciones de las casas hasta las alcantarillas y la red urbana de evacuación. Este tipo de vertidos es el más importante por sus características de composición y concentración, que hacen que sean los puntos principales a tener en cuenta en la construcción de sistemas de depuración de aguas residuales urbanas.
Residuos domésticos. Son los que proceden de la evacuación de los residuos y manipulaciones de cocinas (desperdicios, arenas de lavado, residuos animales y vegetales, detergentes y partículas), de los lavados domésticos
(jabones, detergentes sintéticos con espumantes MES, sales, etc.), y de la actividad
general
de
las
viviendas
(celulosa,
almidón,
glucógeno,
insecticidas, partículas orgánicas, etc.) y que se recogen en la limpieza de la habitación humana.
ARRASTRES DE LLUVIA Al caer 1ª lluvia sobre una ciudad, arrastrara las partículas y fluidos presentes en las superficies expuestas, es decir: polvo de ladrillo y cemento esporas polvo orgánico e inorgánico de los tejados, partículas sólidas polvo, hidrocarburos de las vías públicas, restos de vegetales y animales y partículas sólidas (tierras) de los parques y zonas verdes. Si la precipitación es suficiente, los arrastres se efectuaran hasta la red de evacuación y aparte de los componentes extraños, el volumen de agua es tal que produce diluciones a tener en cuenta en los procesos de depuración.
INFILTRACIONES. A veces las zonas verdes urbanas, por la composición de su suelo, permiten el paso de las aguas de arrastre hacia los acuíferos, con el consiguiente peligro de contaminación. Normalmente, las redes de evacuación de las aguas residuales en subterráneas, y en aquellos casos en que los acuíferos están próximos a la superficie por lluvias u otras causas existe peligro de infiltraciones y fugas a través de tuberías en mal estado o con conexiones defectuosas, o simplemente por paso gravitatorio normal.
ALCANTARILLADO. Se denomina alcantarillado o también red de alcantarillado, red de saneamiento o red de drenaje al sistema de estructuras y tuberías usado para la recogida y transporte de las aguas residuales y pluviales de una población desde el lugar en que se generan hasta el sitio en que se vierten al medio natural o se tratan.
COLECTORES. Los colectores son las tuberías de mayor sección, frecuentemente visitables, que recogen las aguas de las alcantarillas las conducen a los colectores principales. Se sitúan enterrados, en las vías públicas.
DISEÑO DE LOS COLECTORES URBANOS. Se procede a determinar el diámetro de los colectores de cada uno de los tramos de la red de drenaje.
BOCAS DE VISITAS Y TANQUILLAS RECOLECTORA. Son parte de la red exterior de recolección de aguas servidas y pluviales. Se usan cuando hay cambio de diámetro, de alineación, de material o de pendientes de las tuberías y cuando hay incorporación de otros ramales a la red. Además, sirven de acceso para labores de inspección, limpieza y mantenimiento de la red de tuberías. Es de suma importancia tener un levantamiento de las bocas de visita o tanquillas, que forman parte de la red exterior de recolección, para poder efectuar un mantenimiento efectivo.
SISTEMAS DE ALCANTARILLADO.
Se denomina red de alcantarillado al sistema de estructuras y tuberías usadas para la evacuación de de aguas residuales. Esta agua pueden ser albañales (alcantarillado sanitario), o aguas de lluvia (alcantarillado pluvial) desde el lugar en que se generan hasta el sitio en que se disponen o tratan.
CAUDAL DE DISEÑO. Caudal estimado con el cual se diseñan los equipos, dispositivos y estructuras de un sistema determinado.
POBLACIÓN DE DISEÑO. Población que se espera atender por el proyecto, considerando el índice de cubrimiento, crecimiento y proyección de la demanda para el periodo
de
diseño.
RED DE DISTRIBUCIÓN. Conjunto de tuberías, accesorios y estructuras que conducen el agua al sitio que se tenga destinado.
TUBERÍA. Ducto de sección circular de diferentes diámetros, para el transporte de agua.
BASES LEGALES. En la Constitución de la República Bolivariana de Venezuela, en el Capítulo IV del Poder Público Municipal del Artículo 178 establece: Es de la competencia del Municipio el gobierno y administración de sus intereses…servicio de agua potable, electricidad y gas doméstico,
alcantarillado, canalización y disposición de aguas servidas; cementerios y servicios funerarios (Pág. 85). La Ley Orgánica del Ambiente, nos dice en Capítulo I de las Disposiciones Generales del Artículo 1 que establece: Los principios rectores para la conservación, defensa y mejoramiento del ambiente en beneficio de la calidad de la vida (Pág. 1)
BOCA DE VISITA: Es la estructura generalmente compuesta de un cono excéntrico, cilindro y base que permiten el acceso a los colectores cloacales y cuya finalidad es facilitar las labores de inspección, mantenimiento y eficiencia del sistema.
Tipos de boca de visita: •Tipo Ia: Se utilizan para profundidades mayores de 1,15 m con respecto al lomo del colector menos enterrado, y hasta profundidades de 5 m con respecto a la rasante del colector más profundo. •Tipo Ib: Se utilizan para profundidades mayores 5 m con respecto a la rasante del colector más profundo. •Tipo II: Se utilizan en los casos en que el lomo de la tubería menos enterrada este en unas profundidades igual o menor de 1,15 m y a una distancia máxima de 50 m entre bocas de visita. Se utiliza en colectores de hasta 53 cm de diámetro.
•Tipo III:
Se utiliza para colectores de 53 cm a 107 cm de diámetro, cuando no se puede usar la boca de visita Ia.
CARACTERÍSTICAS QUE DEBEN CUMPLIR LAS BOCAS DE VISITA: •Las bocas de visita en su forma más general constan de cono excéntrico, cilindro y base, los cuales serán de.
•El cono y el cilindro podrán construirse con elementos prefabricados o vaciados en sitio. La base será siempre vaciada en sitio. •No se proyectarán bocas de visita con base de fondo plano, sino con canales que conduzcan las aguas servidas, excepto en el caso en que todos sus colectores comiencen. •Cuando en una misma boca de visita, se encuentren a través de la misma, la diferencia de cota mínima entre las rasantes será igual al diámetro del colector que comienza.
CÁLCULO DEL CAUDAL DE DISEÑO DEL SISTEMA. El caudal de diseño será determinado de acuerdo con lo siguiente: 1-. La población tributaria será calculada según el número de habitantes al final del período de diseño.
Caudal Medio Diario: El caudal medio diario se calculará con una contribución mínima de 200 litros diarios por habitante considerando la población de diseño. En cada caso se harán consideraciones con el fin de establecer si es necesaria la adopción de un caudal mayor que el arriba anotado por existir industrias o en previsión de desarrollos industriales, recreativos u otros.
Caudal de Hora Máximo: Es el caudal de agua potable estimado para la hora de máximo consumo. Si no existen registros que indiquen un valor más alto, se considerará que es el caudal medio multiplicado por 2.5.
Caudal Máximo de origen doméstico: Será calculado para cada tramo en base al número de conexiones futuras que contribuyan al tramo, el que expresado en litros por segundo será: a) Para
tramos
que
tengan
una
contribución
de
menos
de
100conexiones futuras, se determinará según la fórmula:
q = 0.45 *(n - 1)0.5 Siendo:
q =Caudal máximo. n = Número de conexiones. b) Para tramos que tengan contribución de 100 a 1000 conexiones futuras, se determinará según la fórmula:
q = 75% del Caudal medio * [(18 + p 0.5) / (4 +p0.5)] Siendo: q= Caudal máximo p= población tributaria en miles de habitantes. Expresado en función de las conexiones (n) es:
q = 0.75 *n *6*200/86400 * [(18 + p 0.5) / (4 + p0.5)] O bien q = 0.75 * n * 6 * 200 / 86400 * [(18 +(n*0.006)0.5) / (4+(n*0.006)0.5)]
c) Para tramos que tengan contribución de más de 1,000 conexiones se usará el caudal de hora máxima. d) Se usará la relación de 6 habitantes por conexión para determinar el número de conexiones cuando solo se tenga la población. Para el caso de instituciones como centros educativos, hospitales, cuarteles etc., se hará una correlación de población con conexiones. Para áreas de desarrollo futuro se estimará la población en función de la densidad que se observe en la población actual, o se podrá estimar entre 20 a 40 conexiones por hectárea en bruto. El caudal con que se diseñará cada tramo del sistema sanitario será la suma de: a) Caudal máximo de origen doméstico; b) caudal de infiltración; c) caudal ilegal por aguas de lluvia que se conecten en patios o bajadas de techos por error; por este concepto se agregará un 10 por ciento del caudal doméstico. Sin embargo en áreas donde no hay drenaje pluvial podrá usarse un valor más alto.
MATERIALES DE INSTALACIÓN DE DESAGÜE. Materiales con esmalte en sus partes inferiores y exteriores. Piezas especiales y derivaciones, codos, tubos de transición.(tubos de fundición). Tubos de registro de limpieza; se consigue evitar la estanquidad mediante alquitrán y asfalto o masas resistentes a la penetración de las raíces, según la norma DIN 4038. •
Tubos de hormigón. Con enchufe según la norma DIN4032 solo para aguas pluviales y conductos subterráneos.
•
Tubos de fibrocentro. Con enchufe según la norma DIN 19830, 9831 y 19841 Se dispone de la igual modo como los tubos de desagüe y de fundición, pesan menos y se construyen en longitudes mayores. Los tubos de bajada de agua precisan fijaciones y los codos deben ir estribados. Es preciso proteger los tubos cuando se disponen en zonas donde la tierra es agresiva.
•
Los tubos de chapa de cinc, de chapa de acero galvanizado de aluminio y de cobre son apropiados para los conductos de bajada de aguas pluviales con diámetros de 5,7,10,12 y raramente de 15 a 20 cm. Se emplean también para los conductos de aireación de las bajantes y las sombreretes de aireación de los tejados.
•
Los tubos de desagüe de acero. Deben utilizarse únicamente, según DIN 19530, en construcciones que no están en el subsuelo y para aguas residuales no agresivas. Debe ir protegido contra la corrosión por dentro y por fuera. Los diámetros disponibles de los tubos son: 40, 50, 70, 100, 125, 150 mm, según DIN2385, 2394, 2448, 2458. Casi siempre van soldados y se prefieren en instalaciones prefabricadas.
•
Tubos de desagüe de plomo. Casi no se utiliza más que como conducto de unión en sifones pero no para conductos bajo tierra, los conductos de plomo horizontales y las de conexión van soldadas; los conductos que bajan las aguas se unen mediante enchufe deslizante impermeabilizado con masilla.
•
Tubos plásticos. De cloruro de polivinilo, según DIN 19531, no son indicadas para aguas agresivas y temperaturas superiores a 60 ºC. Están disponibles para su uso diámetros de 40 a150 mm con una longitud de hasta 3 metros. La unión de estos tubos se hacen
mediante accesorios rígidos provistos de adhesivos insolubles; pesan poco y presentan una superficie lisa.
RECOMENDACIONES PARA EL CÁLCULO DE COLECTORES DE DESAGÜE SANITARIO O TUBERÍA HORIZONTAL. Parámetros de diseño básico. Los colectores sanitarios son conductos ubicados generalmente en el patio de la planta baja de la vivienda. Los materiales de las tuberías pueden ser de hormigón simple junta rígida con mortero o flexible con anillo de goma, tubo de PVC para desagüe junta flexible con anillo de goma o con pegamento.
En lo posible se ubicará en área no edificada para su fácil inspección y limpieza; el trazado de colectores debe ser rectilíneo tanto en planta como en perfil. Los inevitables cambios de dirección deben ser hechos mediante cámaras de inspección.
Cuando los colectores sanitarios atraviesan por ambientes cerrados o habitaciones, se protegerán con una envoltura de hormigón simple (Hormigonado) por la parte inferior del tubo o totalmente.
El diámetro mínimo de los colectores sanitarios debe ser de 1” cuando conduce materia fecal; 3” cuando no conduce materia fecal. El diámetro máximo debe ser menor a los colectores matrices.
Los parámetros básicos de diseño son los siguientes:
RECOMENDACIONES PARA EL CÁLCULO DE LAS DERIVACIONES Y BAJANTES. Con el propósito de hacer posible el dimensionado de los tubos de desagües sanitarios, fue establecido la “Unidad Hidráulica de Descarga” que corresponde a la descarga de un lavamanos, considerada como un caudal de 28 litros por minuto (0.47 lt/seg). Las descargas de los artefactos sanitarios fueron establecidas a partir del lavamanos, cuya UHD es igual a 1
A continuación se muestran los valores que más frecuentemente se aplican en diseños:
Los diámetros de los ramales. Bajantes y colectores se determinan en base al número máximo de UHD que puede conducir u tubo sanitario. En diseños los diámetros de ramales oscilan entre 2” y 3”, donde el máximo UHD son 6 y 160 respectivamente. Las bajantes sanitarias se calculan de forma similar a los ramales, es decir, en base al máximo número de UHD que pueden ser conducidos a las tuberías verticales. Los valores que se usan con frecuencia son tubos de 3”, 4”, 6”, que pueden conducir 60, 500, 1900 UHD respectivamente.
ANEXO MANUAL DE SISTEMA DE TRATAMIENTO ANAERÓBICO DE AGUAS RESIDUALES.
