UNIVERSIDAD DE SAN CARLOS DE GUATEMALA FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE INGENIERÍA CIVIL INGENIERIA SANITARIA 2 SECCIÓN N
TAREA 3
OTTO CARLOS TELLO ITZEP 201020809
GUATEMALA 05 DE AGOSTO DEL 2014
INTRODUCCIÓN En el desarrollo de las localidades urbanas, sus servicios en general se inician con un precario de abastecimiento de agua potable y van satisfaciendo sus necesidades con la base en obras escalonadas en bien de su economía. Como consecuencia se presenta el problema del desalojo de las aguas servidas o aguas residuales. Se requiere así la construcción de un sistema de alcantarillado sanitaria para eliminar las aguas negaras que produce la población, incluyendo al comercio y la industria. Un sistema de alcantarillado está integrado por todos o algunos de los siguientes elementos, clasificándose en obras básicas: colectores, pozos de visita, conexiones domiciliares, tragantes; obras complementarias: tanque de lavado, pozos de luz, derivadores de caudal, disipadores de energía, tuberías de ventilación, sifones invertidos. El destino final de las aguas servidas podrá ser, previo tratamiento, desde un cuerpo receptor hasta el reúso, dependiendo del tratamiento que se realice y de las condiciones particulares de la zona de estudio. El encauzamiento de las aguas residuales evidencia la importancia de aplicar lineamientos técnicos que permitan elaborar proyectos de alcantarillado económicos, eficientes y seguros, considerando que deben ser atuolimpiantes, autoventilantes e hidráulicamente herméticos.
OBJETIVOS
General:
Conocer cuáles son las obras básicas y complementarias en un sistema de alcantarillado.
Específicos Aprender el funcionamiento de las obras accesorias en un sistema de alcantarillado. Saber cómo se construyen y con qué se construyen las obras accesorias. Identificar las situaciones en las que cada obra se debe utilizar.
OBRAS BÁSICAS DE LOS SISTEMAS DE ALCANTARILLADO
COLECTORES Se denomina colector o alcantarilla colectora al tramo del alcantarillado público que conecta diversos ramales de una alcantarilla. Se construye bajo tierra, a menudo al medio de las calles importantes, de manera que cada una de las viviendas de esa vía puedan conectarse para la evacuación apropiada de las aguas residuales. Cada conexión perteneciente a una vivienda se llama acometida o toma domiciliaria. Comprende la tubería que va desde el pozo intradós o desde la cámara de inspección final de la vivienda hasta el colector. Tanto los colectores como las uniones domiciliarias deben proyectarse con cierta pendiente para permitir el flujo de las aguas por gravedad, pero nunca extrema, para evitar velocidades excesivas y riesgo de erosión. Así mismo, sus juntas deben ser herméticas para evitar filtraciones de aguas residuales al terreno y para impedir el ingreso del agua de lluvia, las infiltraciones del terreno circundante o la introducción de raíces. Por otra parte, deben ser lisas a fin de que no se produzcan obstrucciones por acumulación de pelos, telas, pañales y otras elementos habitualmente arrojados al alcantarillado, a pesar de estar prohibido. El libre flujo del agua dentro de las uniones domiciliarias y colectores se verifica habitualmente por medio de la prueba de la bola, artefacto que debe discurrir sin inconvenientes desde el sitio en que se introdujo hasta donde se está efectuando el examen. Es indispensable que el diseño y la construcción de estas instalaciones los realicen profesionales o técnicos autorizados. POZOS DE VISITA Los pozos de visita son estructuras construidas sobre las tuberías, a cuyo interior se tiene acceso por la superficie de la calle. Su forma es cilíndrica en la parte inferior y troncocónica en la parte superior, son suficientemente amplias para darle paso a un hombre y permitirle maniobrar en su interior (el piso es una plataforma con canales que prolongan los conductos y encauzan sus corrientes). Una escalera de peldaños de fierro fundido empotrados en las paredes del pozo permite el descenso y ascenso al personal encargado de la operación y mantenimiento de los sistemas de alcantarillado sanitario y pluvial.
El acceso a la superficie se protege con un brocal de fierro fundido o de concreto y con una tapa perforada, también de fierro fundido o de concreto, permitiendo el acceso a su interior y la salida de gases. A profundidades de 1.50 m o menores los pozos de visita tienen forma de botella y a mayores de 1.50 m se construye en la parte cilíndrica con el diámetro interior necesario de acuerdo con los diámetros de las tuberías que a él concurran y la parte troncocónica con paredes inclinadas a 60° que rematará con otra cilíndrica de 0.60 m de diámetro interior y 0.25 m de altura aproximada la cual recibirá al brocal y su tapa. Los pozos de visita pueden ser por el procedimiento de construcción construidos "in situ" o prefabricados, su elección depende de un análisis económico y en el caso de alcantarillado sanitario se debe asegurar la hermeticidad de la estructura y de la conexión de la tubería.
Pozo fabricado en sitio (“in situ”)
Comúnmente el pozo construido “in situ” puede ser de tabique rojo recocido, concreto
reforzado o mampostería de piedra. Se usan frecuentemente los tabiques y los bloques de concreto, porque las formas necesarias para la construcción a base de concreto, aumentan el costo de la construcción. Las paredes del registro deben tener, por lo menos, un espesor de 0.20 m. Puede necesitarse un espesor mayor en suelos inestables en registros profundos o para evitar la humedad. Cuando se use tabique, se recomienda que el espesor mínimo sea de 0.28 m. Estos se deben aplanar y pulir interiormente con mortero (cemento-arena), el espesor del aplanado debe tener como mínimo 0.01 m. Para evitar la entrada de aguas freáticas o pluviales, el aplanado se realiza exteriormente, únicamente en los pozos de visita del alcantarillado sanitario. Se deben aplanar las dos caras del pozo con mortero mezclado con impermeabilizante integral. Las paredes de concreto pueden construirse con menor espesor que las de tabique, pero debe ser reforzado con varillas de acero. La cimentación del pozo puede ser de mampostería o de concreto; en terrenos suaves se hará de concreto armado aún cuando la chimenea sea de tabique. Para formar la media caña se coloca el tubo en el fondo del pozo después se construye el pozo. Cuando se ha terminado el trabajo, se corta la mitad superior del tubo dejando un canal liso y abierto a través del pozo. El piso del pozo se construye con inclinación hacia el centro y de tal modo que las aguas escurran al canal de forma semicircular o en U, de mayor capacidad que las atarjeas tributarias. Las paredes del canal deben tener altura suficiente para evitar que el agua rebose sobre el piso inclinado. Esto exige que las paredes laterales de la media caña se eleven casi hasta la altura de la clave de la atarjea. En algunas atarjeas el tirante del canal de escurrimiento a través del registro se hace que sea igual al diámetro total del colector. El piso debe tener una pendiente de 0.1 a 0.083 (desnivel de 0.01 m en sentido vertical por 0.10 a 0.12 m en sentido horizontal) hacia el colector. En los pozos donde concurran dos o
más conductos, al mismo nivel aproximadamente, las medias cañas del fondo deben colocarse a la misma altura o cota las claves de los tubos o los extremos de las tuberías de menor diámetro, cuando los más grandes estén funcionando a toda su capacidad, ver tabla 2.1, En el caso del diseño de la atarjea, sea de bayoneta, la distancia máxima entre las dos medias cañas dentro del pozo será de 0.50 m. Si el pozo se construye en planta de forma de elipse, no debe ser menor de 0.90 m de ancho, por 1.20 m de largo, para una altura de 1.20 m, y si son circulares, 1.20 m de diámetro. En caso de colectores o subcolectores con tuberías de más de 1.20 m de diámetro el pozo de visita debe centrarse en la intersección de las tuberías y tener una cimentación especial. Para tuberías de mayor diámetro, las paredes del pozo o caja se construyen en prolongación de las paredes del conducto. Son características importantes de estos diseños, el tamaño del acceso y el espacio de trabajo, así como la resistencia de la estructura. Se debe evitar hacer entradas en los registros menores de 50 cm de diámetro, siendo común entradas de 60 cm. Un hombre debe pasar a través de cualquier entrada que permita el paso de sus caderas, siempre que pueda doblar las rodillas y volver los hombros inmediatamente después de haber pasado por el orificio de entrada. Por tal razón, se recomienda el ensanchamiento de los pozos de visita por debajo de la estructura. En el caso de requerir un pozo de visita exclusivo para la inspección y limpieza de la tubería, se opta por colocar una chimenea troncocónica de tabique rojo, la cual se une directamente a la tubería.
Pozos de visita prefabricados
Los pozos prefabricados son estructuras que aseguran el funcionamiento de los Sistemas de Alcantarillado Sanitario y Pluvial, evitan la contaminación de los acuíferos o la recepción de sustancias peligrosas, su peso es relativamente ligero, lo cual asegura una fácil maniobra de instalación, pueden ser fabricados de fibrocemento, concreto, policreto u otros materiales, se entregan en obra como una unidad completa.
CONEXIONES DOMICILIARES La conexión domiciliar, es una tubería que permite el desalojo de las aguas residuales de las edificaciones a los colectores de la red urbana o municipal. La descarga se inicia en un registro principal localizado en el interior del predio, provisto de una tapa de cierre hermético que impide la salida de malos olores, (ver figura). La profundidad mínima de la zanja se recomienda que tenga un colchón de 0.90 m, sobre el lomo del tubo de la atarjea, en lugares con tráfico vehicular, o 0.60 m sobre el lomo cuando no exista tráfico.
Colector
Descarga domiciliaria con tubería de PVC
La conexión domiciliar se conecta al sistema de alcantarillado con una pendiente del 2 ó 1 % como mínimo, y con un ángulo de 45°. Las piezas necesarias según el tipo de material de la descarga, deben garantizar que la conexión al colector sea hermética. Dependiendo del tipo de material del colector, se debe seleccionar de preferencia el mismo material en la tubería de la conexión domiciliar y el de las piezas especiales, así como el correspondiente procedimiento de conexión. Además, hay que considerar que en algunos casos el diámetro de la conexión domiciliar es muy pequeño en comparación con el del colector, por lo que no es recomendable que se lleve a cabo la unión directa con un diámetro mucho mayor, sino que es necesario prever una atarjea “madrina”, la cual servirá para ir interceptando las conexiones domiciliares hasta que el diámetro de dicha tubería sea adecuado para unirse al colector de la red municipal; si las dimensiones de las tuberías por unir no permiten el uso de las conexiones existentes, será necesario hacer uso de un pozo de visita.
A continuación se describen los tipos de materiales que comúnmente se emplean en los elementos que constituyen las conexiones domiciliarias.
Tubería de concreto Tubería de PVC Tubería de polietileno de alta densidad Concreto polimérico (policreto)
Conexiones domiciliares con accesorios PVC
TRAGANTES
Captación
Las coladeras son las estructuras de captación de un sistema de alcantarillado pluvial. Su número, tipo, capacidad y ubicación dependen de varios factores: como son el tamaño del área de aportación, la topografía y el tipo de urbanización. La forma de cuantificar el volumen de escurrido es mediante relaciones lluvia escurrimiento. El tipo de coladera mostrada en la figura es usualmente el estándar. Dado que no es posible dimensionar cada coladera según su gasto de diseño, se dispone de coladeras tipo que tienen una capacidad estándar. Su uso implica la colocación de tantas coladeras como sea necesario para captar el gasto de diseño y del área de aportación. De acuerdo a la topografía se pueden ubicar tres tipos de coladeras con relación a la pendiente como las mostradas en la figura. Para calcular la capacidad de una alcantarilla se utiliza el procedimiento propuesto en el Manual de Agua Potable, Alcantarillado y Saneamiento, en el tomo de Alcantarillo Pluvial. Con el procedimiento de cálculo hidráulico mostrado, se observa que la capacidad de la coladera es directamente proporcional al tirante de agua sobre la misma, por lo que para aumentar su confiabilidad, en ocasiones, se hacen arreglos a las rasantes del pavimento, tales como los mostrados en la figura, considerando pendientes transversales y longitudinales a la calle. Existen tragantes estándar de: banqueta y piso combinados. De acuerdo a la capacidad y tipo de alcantarilla se pueden definir para cada una de ellas sus características principales, existen tragantes fabricados de concreto reforzado y acero estructural (que se proyectan en cada caso particular); actualmente las hay de polietileno pero no son muy comunes.
Tragante de banqueta
Son las de menor capacidad (15 l/s), el albañal de conexión con las atarjeas es de 0.15 m de diámetro. En la figura se muestran los detalles constructivos de los tragantes de banqueta. Con respecto a los materiales empleados y a la posición que guardan con relación a la banqueta y el piso de la calle, los tragantes de banqueta pueden ser con brocal y tapa de fierro fundido, con brocal y tapa de concreto con rejilla frontal de fierro fundido, con acero estructural y concreto reforzado, existen también coladeras de polietileno de media densidad nuevas en el mercado las cuales se presentan en la figura.
La instalación de los tragantes depende de la pendiente longitudinal de las calles y el caudal por colectar, las coladeras de banqueta se instalan comúnmente en calles con pendientes menores al 2% como se ilustra en la figura.
Tragante de piso
Poseen mayor capacidad hidráulica que las de banqueta (25 l/s), el albañal de conexión con las atarjeas es de 0.15 m de diámetro. Con respecto al material existen coladeras de piso de rejillas de fierro fundido, de concreto reforzado y acero estructural. En calles con una pendiente mayor al 5% se recomienda instalar este tipo de coladeras. La combinación de las anteriores son las coladeras de piso y de banqueta, por lo que se posee mayor capacidad hidráulica (40 L/s). El diámetro del albañal de conexión en este caso es de 0.20m. Tomando en cuenta la posición de las coladeras y el tipo de material en que se fabrican se tienen los tipos siguientes: Tipo A Tragante de piso y banqueta, con brocal y rejilla frontal de fierro fundido en banqueta y, brocal y rejilla de fierro fundido en piso. Tipo B Tragante de piso y banqueta, con brocal de concreto (f'c = 175 kg / cm2) y rejilla frontal, de banqueta con brocal y rejilla frontal de concreto y de piso fabricadas de fierro fundido. Tipo C Tragante de piso de fierro fundido.
OBRAS COMPLEMENTARIAS DE LOS SISTEMAS DE ALCANTARILLADO
DISIPADORES DE ENERGÍA (CAÍDAS) Por razones de carácter topográfico o por tener elevaciones obligadas para las plantillas de algunas tuberías, suele presentarse la necesidad de construir estructuras que permitan efectuar en su interior los cambios bruscos de nivel. El empleo de estas estructuras se hace atendiendo las consideraciones siguientes: - Cuando en el pozo las uniones de las tuberías se hagan eje con eje o clave con clave, no se requiere emplear ninguna de las estructuras mencionadas en el párrafo anterior, uniéndose las plantillas de las tuberías mediante una rápida. - Si la elevación de proyecto de la plantilla del tubo del cual cae el agua, es mayor que la requerida para hacer la conexión clave con clave y la diferencia entre ellas no excede al valor de 50 cm, se hace la caída libre dentro del pozo uniéndose las plantillas de las tuberías mediante una rápida, sin utilizar ninguna de las estructuras mencionadas; pero en el caso de que esta diferencia sea mayor de 50 cm, para salvar la caída, se emplea una estructura de alguno de los tipos mencionados. Si la diferencia de nivel entre las plantillas de tubería, es mayor que las especificadas para los pozos con caída y caja de caída adosada, se construye el número de pozos con caída que sea necesario para ajustarse a esas recomendaciones. Cabe mencionar que en ocasiones los gases de las alcantarillas han causado desgracias personales generalmente cuando la agitación de las aguas residuales hace que se liberen cantidades excesivas de gas, como sucede con este tipo de pozos, por lo que es necesario tener cuidado en este tipo de estructuras sobre todo cuando se conozca que el agua a conducir pueda liberar gases tóxicos o explosivos. Las estructuras que se utilizan son pozos de visita con caída adosada, pozo de visita con caída natural y pozos de visita con caída escalonada.
Pozos de visita con caída natural
Se permiten caídas hasta de 0.5 m sin la necesidad de utilizar alguna estructura especial, únicamente una rápida.
Pozos con caída adosada.
Son formados 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 construyen para tuberías de 0.30 a 0.76 m de diámetro y con un desnivel hasta de 1.5 m.
Estructuras de caída escalonada
Son pozos caja con caída escalonada cuya variación es de 0.50 en 0.50 m hasta llegar a 2.50m como máximo, están provistos de una chimenea a la entrada de la tubería con mayor elevación de plantilla y otra a la salida de la tubería con menor elevación de plantilla. Se emplean en tuberías con diámetros de 0.91 a 2.44 m SIFONES INVERTIDOS Cuando sea necesario cruzar alguna corriente de agua, depresión del terreno, estructura, conducto o viaductos subterráneos, que se encuentren al mismo nivel en que debe instalarse la tubería, normalmente se utilizan sifones invertidos (ver figura). El sifón invertido tiene la característica de funcionar totalmente lleno bajo la acción de la gravedad y bajo presión, debido a que se encuentra en un nivel inferior al del gradiente hidráulico. En el diseño de los sifones invertidos, se debe tomar en cuenta lo siguiente:
La velocidad mínima de escurrimiento en el sifón, será de 1.2 m/s para evitar depósitos Se debe analizar la conveniencia de emplear varios conductos a diferentes niveles para que, de acuerdo a los caudales por manejar, se obtengan siempre velocidades adecuadas. En estos casos el primer tubo tendrá capacidad para conducir el gasto mínimo de proyecto En el caso de que el gasto requiera un solo tubo de diámetro mínimo de 0.2 m, se acepta como velocidad mínima de escurrimiento la de 0.6 m/s Se deben proyectar estructuras adecuadas, tanto a la entrada como a la salida del sifón, que permitan separar y encauzar los caudales de diseño asignados a cada tubería
Se deben colocar rejillas en una estructura adecuada, aguas arriba del sifón, para detener objetos flotantes que puedan obstruir las tuberías del sifón.
En el cálculo hidráulico se usan las fórmulas de continuidad y de Darcy Weisbach, para conocer las pérdidas y elevaciones de entrada y salida en el sifón, respetando las restricciones de velocidad señaladas. Tuberías de Ventilación:
Derivadores de Caudal:
BIBLIOGRAFIA
Obras accesorias para alcantarillado sanitario y pluvial. Comisión Nacional del Agua. México. Diciembre 2007. Disponible en: ftp://ftp.conagua.gob.mx/Mapas/libros%20pdf%202007/Obras%20accesorias%20 para%20alcantarillado%20sanitario%20y%20pluvial.pdf
