Informe Diseno Alcantarillado

INGENIERÍA HIDRÁULICA

ALCANTARILLADO Y TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES RESUMEN

En el presente trabajo, se desarrollará todo lo concerniente al diseño de la red de alcantarillado aplicando los parámetros dados y explicados por el docente así como la bibliografía seleccionada.

I.

INTRODUCCIÓN

Luego de la realización del diseño de las diferentes estructuras concernientes concernientes a la Captación, Conducción, lmacenamiento y !istribución del agua potable, toca a"ora la e#acuación de las distintas aguas negras y blancas para ello se tendrá $ue realizar el diseño de la %ed de lcantarillado y de su posterior e#acuación en la &lanta de  'ratamiento  'ratamiento de guas %esiduales. %esiduales. La %ed de lcantarillado es el conjunto de tuberías, buzones, en algunos casos estaciones de bombeo y todas las instalaciones $ue sean necesarias para asegurar una e#acuación con#eniente de las aguas negras "acia la &lanta de 'ratamiento El problema de disponer de las aguas residuales fue imponi(ndose debido al uso del agua para recoger y arrastrar los productos del desec"o de la #ida "umana. Las aguas residuales deben ser lle#adas tan rápidamente como sea posible a la planta de tratamiento, para e#itar su putrefacción putrefacción en el tránsito, con resultados desagradables. desagradables. Es por tal moti#o $ue el presente trabajo muestra una de las formas de realizar el diseño de la %ed de lcantarillado.

)

INGENIERÍA HIDRÁULICA

).)

*+E'-*/. ).).) 0E1E%L

• !iseñar la red de alcantarillado de una ciudad 2cticia. ).).3 Especí2cos

II.



!iseñar la %ed de lcantarillado ubicando adecuadamente los buzon buzones, es, diámet diámetro ross de tuberí tuberías as y pendie pendiente ntess de las mismas, de tal forma $ue cumpla con las normas y criterios establecidos, tratando de lograr un solo punto emisor para disminuir los costos.



!eterminar la profundidad de los distintos buzones de las calles asignadas y representarlos en los &er2les 'opográ2cos de cada calle.

JUSTIFICACIÓN El presente trabajo es de suma importancia debido a $ue un buen diseño de la red de alcantarillado, puede e#itar enfermedades así  como la contaminación de ríos, lagos y oc(anos4 $ue es a donde com5nmente se arrojan las aguas ser#idas.

III. III.

REV REVISIÓ ISIÓN N DE LITE ITERATU RATURA RA

3.1 ALCANTARILLADO Es el conjunto de obras "idráulicas y ci#iles para la e#acuación de aguas residuales. 3.1.1 Sistema de Ala!ta"illad#. Es el co conj njun unto to de tube tuberí rías as 6tra 6traba baja jan n co como mo ca cana nal7 l7,, cá cáma mara ra de inspección 6pozo de #isita7, planta de tratamiento, t ratamiento, estaciones de bombeo y toda todass las las inst instal alac acio ione ness $ue $ue se sean an nece necesa sari rias as para para as aseg egur urar ar la con#enien con#eniente te e#acuación e#acuación de aguas aguas negras. negras. !ic"a red red debe ser#ir ser#ir para toda #i#ienda construida así como para posibles zonas de expansión futu futura ra.. Es impo import rtan ante te de2n de2nir ir las las sigu siguie ient ntes es ca cara ract cter erís ísti tica cass de alcantarillado. 3.1.$ Ti%#s de "edes de Ala!ta"illad#. 3

INGENIERÍA HIDRÁULICA

).)

*+E'-*/. ).).) 0E1E%L

• !iseñar la red de alcantarillado de una ciudad 2cticia. ).).3 Especí2cos

II.



!iseñar la %ed de lcantarillado ubicando adecuadamente los buzon buzones, es, diámet diámetro ross de tuberí tuberías as y pendie pendiente ntess de las mismas, de tal forma $ue cumpla con las normas y criterios establecidos, tratando de lograr un solo punto emisor para disminuir los costos.



!eterminar la profundidad de los distintos buzones de las calles asignadas y representarlos en los &er2les 'opográ2cos de cada calle.

JUSTIFICACIÓN El presente trabajo es de suma importancia debido a $ue un buen diseño de la red de alcantarillado, puede e#itar enfermedades así  como la contaminación de ríos, lagos y oc(anos4 $ue es a donde com5nmente se arrojan las aguas ser#idas.

III. III.

REV REVISIÓ ISIÓN N DE LITE ITERATU RATURA RA

3.1 ALCANTARILLADO Es el conjunto de obras "idráulicas y ci#iles para la e#acuación de aguas residuales. 3.1.1 Sistema de Ala!ta"illad#. Es el co conj njun unto to de tube tuberí rías as 6tra 6traba baja jan n co como mo ca cana nal7 l7,, cá cáma mara ra de inspección 6pozo de #isita7, planta de tratamiento, t ratamiento, estaciones de bombeo y toda todass las las inst instal alac acio ione ness $ue $ue se sean an nece necesa sari rias as para para as aseg egur urar ar la con#enien con#eniente te e#acuación e#acuación de aguas aguas negras. negras. !ic"a red red debe ser#ir ser#ir para toda #i#ienda construida así como para posibles zonas de expansión futu futura ra.. Es impo import rtan ante te de2n de2nir ir las las sigu siguie ient ntes es ca cara ract cter erís ísti tica cass de alcantarillado. 3.1.$ Ti%#s de "edes de Ala!ta"illad#. 3

INGENIERÍA HIDRÁULICA

I!de%e!die!te8 %ecibe las aguas residuales independiente de las a7 I!de%e!die!te8 aguas plu#iales 6en ciudades pe$ueñas7. b7 Sistema C#m&i!ad#' Es el $ue conduce las aguas ser#idas y de llu#ias juntas. ( Se%a Se%a"a "ati ti)# )#88 Es la e#acuación de aguas de llu#ia y negras en un mismo conducto 6cloaca7 en forma independiente, es recomendable en ciudades grandes. d7 Sistema Semi#m&i!ad#' Es el $ue conduce las aguas ser#idas y parte de las aguas de llu#ia pro#enientes de los domicilios. 1*'/8 . El %1E considera $ue la red p5blica de desag9e no podrá e#acuar directa o indirectamente aguas de llu#ia u otros desec"os $ue puedan perjudicar su funcionamiento. . El %1E pro"íbe conectar tuberías de domicilios "acia colectores, sin embargo a #eces se "ace necesario esto por lo $ue se debe ajustar a la realidad. realidad. 3.1.3 U!idades *C#m%#!e!tes(' a7 'uber ubería ías. s.

b7 'uber ubería íass co cole lect cto oras as,, se co con nside siderran las las sig siguien uienttes es88 &rincipales 6troncales7, /ecundarias y domiciliarias. 

Tuberías Colectoras secundarias, que son de diámetro pequeño y reciben los afluentes de los colectores colectores domiciliarios. domiciliarios.



Tuberías Tuberías colectoras domiciliarias, se encargan de conducir las aguas residuales de los edificios hasta la red de alcantarillado.



Tuberías Colectoras Principales, son de mayor diámetro y cuya func funció iónn es reci recibi birr las las aflu afluen ente tess de vari varios os cole colect ctor ores es de alcantarillado, conducindolos conducindolos a un interceptor o receptor.



Tuberías !misoras, conducto final de un sistema de alcantarillado sanitario, destinado al alo"amiento de los afluentes de la red hasta el lugar de descarga, sin recibir contribuciones en su curso.

3.1.+ E,-i%# C#m%leme!ta"i#' #u$ones de %nspección& 'on dispositivos de inspección situados en puntos obligatorios de la tubería y obras de alcantarillado.

:

INGENIERÍA HIDRÁULICA

3.$ ESECIFICACIONES T/CNICAS'

). 0eneralidades8 

(as edificaciones situadas donde e)ista un colector p*blico de desag+e, deberán tener obligatoriamente conectadas sus instalaciones domiciliarias de desag+e a la red p*blica se reali$ará mediante la ca"a de registro o bu$ón de dimensiones y de  profundidad apropiadas, de acuerdo a lo especificado en el .-.C.



!n un sistema de desag+e se prohíbe que las tuberías crucen por el interior de reservorio de agua potable, ni sobre el techo (/'01 de cobertura de los mismos.



(os desag+es provenientes de locales industriales y otros, cuyas características físicas y químicas difieren de las del tipo domstico.

$. %ed de Colección8 

(os colectores se colocarán en alineamientos rectos.



Cuando un colector enterrado cruce una tubería de agua deberá pasar por deba"o de ella y la distancia vertical entre la parte inferior de la tubería de agua y la clave del colector, no será menor de 2.32 m.



(os empalmes de los colectores entre colectores y los ramales de desag+e, se harán a un ángulo no mayor de 456, salvo que se hagan en un bu$ón o ca"a de registro.



0l calcular el diámetro de los conductos de desag+e se tendrá en cuanta lo siguiente&





!l diámetro mínimo que reciba la descarga de un inodoro será 32 mm 471



!l diámetro de la montante no podrá ser menor que el de cualquier de los orificios de salida de los aparatos que en l descarguen.



!l diámetro de un conducto hori$ontal de desag+e no podrá ser menor  que el de cualquiera de los orificios de salida de los aparatos que en l descarguen.

Todo punto de contacto entre el sistema de desag+e y los ambientes punto de colección abierto1 deberá estar protegido por un sello de agua con una altura no ;

INGENIERÍA HIDRÁULICA

inferior a 2.25 m. -i mayor de 2.32m, contenido en un dispositivo apropiado trampa o sifón1. 



'e colocarán registros en todos los sitios indicados a continuación& 

0l comien$o de cada ramal hori$ontal de desag+e o colector.



Cada 35 m, en los conductos hori$ontales de desag+e.



0l pie de cada montante, salvo cuando ella descargue a una ca"a de registro o bu$ón distante no más de 32 m.



Cada dos cambios de dirección en los conductos hori$ontales.



!n la parte superior de cada ramal de las trampas 897.

Cuando las aguas servidas contengan grasas, aceites, material inflamable, arena, tierra, yeso u otros sólidos y líquidos ob"etables que pudieran afectar el buen funcionamiento del sistema de evacuación del edificio o del sistema p*blico, será necesario la instalación de interceptores, o separadores.

3.3 CAUDAL DE DISE0O Las aguas residuales $ue forman el caudal de diseño para el alcantarillado son8 <

guas residuales dom(sticas.

<

guas de in2ltración.

<

guas de llu#ia $ue ingresan por buzones y conexiones prediales. a7 A-as "esid-ales d#m2stias8 /eg5n el %1E se considera el =>? del caudal de diseño 6Caudal máximo "orario7. b7 A-as %#" i!lt"ai4!8 Las normas del %1E estipulan considerar por aguas de in2ltración del subsuelo a la red de desag9e las siguientes cantidades. - :=> lit.@día@buzón. c7 A-as de ll-)ia ,-e i!"esa! %#" &-5#!es 6 #!e7i#!es %"ediales8 /e considera >.>>;; lit.@seg@buzón.

3.+ TIOS DE TU8ER9AS a7 T-&e":a de #!"et# sim%le !#"mali5ad# *CSN(' /on bastantes durables y se pueden construir insitu por lo $ue son bastantes económicos, se usa junto con anillos de goma. 6en la

A

INGENIERÍA HIDRÁULICA

actualidad el uso de estas tuberías a disminuido considerablemente7. b7 T-&e":a de As&est# Ceme!t#8 /on de poco peso y se fabrican de longitudes mayores a las anteriores, son bastante lisos pero tienden a acumular sólidos. c7 T-&e":as de VC8 /on más costosas pero bastante li#ianas además por su carácter de deformables pueden sufrir asentamiento diferenciales sin $ue se rompa. /e fabrican de diferente resistencia al trabajo. d7 T-&e":as de ;DE8 /on más costosas y tienen fortalezas superiores a las de &C. 3.< VELOCIDADES ERMISI8LES /i la #elocidad es muy baja originaría la sedimentación de los sólidos, así como las #elocidades muy altas originan la erosión de las paredes del tubo. -

elocidad mínima8 >.B> m@s 6%.1.E.7

-

elocidad máxima8 !epende del tipo de tubería así tenemos8

 sbesto cemento, &C, D!&E 6: m@seg7  ierro fundido, cero 6A m@seg7 3.= ENDIENTES 3.=.1 ENDIENTES M9NIMAS Existen #arios criterios en cuanto a la pendiente mínima a utilizar.  continuación citamos los criterios dados por8 1ormas 0enerales para &royectos de bastecimiento de agua rural y urbana, por el autor %i#as Fijares y los calculados en base a las normas del %.1.E. &E1!-E1'E/ FG1-F/ 6m@Hm7 i BJ =J )>J )3J

10&&%I B.A A.> :.A 3.A

%-/ F-%E/ 3.A

%.1.E. ;.= :.: 3.A 3.>

Como en los tramos iníciales no podrá conseguirse la #elocidad mínima, el %.1.E. especí2ca $ue los primeros :>> m de la línea de alcantarillado debe diseñarse con una pendiente mínima de )?. 3.=.$ ENDIENTES M>?IMAS

B

INGENIERÍA HIDRÁULICA

/e debe tener en cuenta de no sobrepasar el #alor máximo de la #elocidad, se considera dos criterios8 -

Considerando la #elocidad máxima y para condiciones de funcionamiento de tu#o lleno.

-

Considerando la #elocidad máxima permisible funcionamiento con un tirante de KA? del diámetro.

y

por

un

&E1!-E1'E/ FM-F/ 6m@Hm7 i BJ =J )>J

'I+* LLE1* )3).3 =3.A B).:

KA?! N;.3 B;.: ;K.K

3.@ C>LCULO ;IDR>ULICO

claración8 En los tramos iníciales no se consigue la velocidad mínima por  lo que el R.N.C. especifca que los primeros 300 m. De la Línea de alcantarillado deberá disearse con !" #mín$.

&ara obtener un buen cálculo se debe seguir los siguientes pasos8 a7 Es,-ema de la "ed8 Consiste en trazar las tuberías por las calles $ue "an de contar con el ser#icio de alcantarillado. Cada tramo de tubería estará limitado por buzones de inspección y el sentido de escurrimiento de las aguas, estará limitado por las condiciones topográ2cas del terreno. b7 >"eas # l#!it-des se")idas8 En el es$uema de la red se establecen tramos de la tubería seg5n el sentido de la circulación del agua, seguidamente se determinarán las áreas de inOuencia 6actual y futura7 para cada tramo de dic"a tubería. 'ambi(n se puede determinar en forma indiferente todo tipo de tuberías y luego se suman, conformando una longitud total de tubería. c7 Gast# %#" t"am#s8 Ina #ez determinado el área de inOuencia 6actual y futura7, se determina el n5mero de personas en las respecti#as áreas y tambi(n el caudal para cada tramo, teniendo en cuenta $ue dic"o caudal será el de uso dom(stico, in2ltración y escurrimiento plu#ial. Luego multiplicando el factor de gasto 6P total dom(stico@&oblación futura7 por el n5mero de "abitantes de cada tramo se obtiene el gasto real dom(stico, a este se le tiene $ue sumar el gasto por zona comercial, zona p5blica, zona

K

INGENIERÍA HIDRÁULICA

industrial si lo "ubiese, tramo a tramo logrando así el caudal real por tramo. sí mismo si empleamos el principio de longitud total, en forma relati#a aproximada tambi(n podemos lograr el gasto real por tramo, multiplicando el factor de gasto 6P total@longitud total de tubería7 por la longitud de cada tramo.  Factor deGasto

=

(1)

Q D

 P Total 

Método de las Áreas. !onde8 P!

8

=>?×Pmáx.".

& 'otal

8

&oblación total $ue e#acua las aguas

ser#idas. Como conocemos la densidad y el área de inOuencia de cada tramo se podrá determinar la población existente y por lo tanto el caudal en el tramo. (2)

Método de las Longt!des"

 Factor de Gasto

=

Q D  LT 

!onde8 L ' 8 Longitud total de la tubería 6alcantarillado de ser#icio local y colectores7 P! 8

Caudal !omestico

inalmente8 %Diseo & %D ' %(nfltraci)n#*ub. + ,u-)n$

d7 Dime!si#!es de la t-&e":a8 &ara el cálculo de diámetro de las tuberías se aplica el criterio de $ue la tubería funciona con un tirante del KA? de su diámetro, en consecuencia para dic"o cálculo se deberá aplicar la fórmula de Fanning, para canales. 2 /3

V =

 R  H 

1 /2

 x S

n

=

INGENIERÍA HIDRÁULICA 2 /3

Q=

 R H   x S

1 /2

 x A

n

!onde8  Q elocidad 6m@seg7  Q rea "idráulica 6mA7 %D Q %adio "idráulico 6m7 / Q &endiente "idráulico 6m@m7 n Q Coe2ciente de rugosidad, el cual depende del tipo de material. F'E%-L n &C, sbesto >.>) Cemento > C./.1, RR >.>) : cero >.>) A 3. DI>METROS M9NIMOS En muc"as ciudades el diámetro mínimo permisible de la alcantarilla es de =J y en grandes ciudades y áreas metropolitanas el diámetro mínimo es de )>J. /eg5n el %.1.E. los diámetros mínimos son8 -

!=J para colectores. !BJ para las conexiones domiciliarias.

3.B C>LCULO DE LA VELOCIDAD MEDIA &ara calcular esta #elocidad se tiene $ue analizar el caudal y las #elocidades para las condiciones de tubo lleno, a 2n de comprobar $ue para las pendientes de cada tramo, el #alor de la #elocidad sea siempre mayor $ue el mínimo, de >.B m@seg $ue establece el %.1.E. para esto se utiliza ábacos y monogramas $ue resuel#en la fórmula de Fanning para las condiciones de escurrimiento dadas. /iendo nuestro objeti#o determinar la #elocidad media real nos basamos en el m(todo de los elementos "idráulicos proporcionales de la N

INGENIERÍA HIDRÁULICA

sección circular, para el uso de este m(todo se tiene $ue tener el respecti#o monograma, y debe seguirse el siguiente procedimiento8 -

&ara el diseño de las tuberías se determina el área de inOuencia del tramo colector.

-

Conociendo la densidad y el área de inOuencia se puede determinar cual es el en ese tramo del colector. !espu(s de determinar cual puede ser la pendiente más con#eniente a utilizar de cada tramo se procede a determinar el caudal a tubo lleno $ue circula por el tramo en análisis, con la pendiente establecida empleando la fórmula de Fanning y la ecuación de continuidad P Q   , conocido el caudal a tubo lleno, se procede a determinar el coe2ciente8

-

Qp ; Qu

PpQ caudal parcial4 P real, P diseño PuQ caudal a tubo lleno. Vp ; Vu

pQ #elocidad parcial4  real,  diseño uQ #elocidad a tubo lleno. Como se conoce el #alor de la #elocidad a tubo lleno se la multiplica por (ste cociente y se tiene el #alor de la #elocidad parcial 6llamada tambi(n real7. 3.1 INSTALACIONES COMLEMENTARIAS Las cámaras de inspección o buzones, como tambi(n se las denomina, están destinadas a la entrada de un "ombre $ue pueda inspeccionar y limpiar los conductos de la alcantarilla. 'ambi(n se utilizan para efectos de sal#ar fuertes depresiones topográ2cas 6+uzones de caída7. a7 U&iai4!8 /u ubicación es estrat(gica, así tenemos8 < En todo inicio de un tramo de tubería. < En todo cambio de pendiente. < En todo cambio de dirección.

)>

INGENIERÍA HIDRÁULICA

< En todo cambio de diámetro. < En todo cruce de intersección de tuberías. < En todo cambio de material en las tuberías. < En todo lugar $ue sea necesario para razones de inspección y limpieza. b7 Se%a"ai4! e!t"e &-5#!es8 !ependerá de los diámetros de los colectores8 < => m para colectores de BJ de diámetro. < )>> m para colectores de =J de diámetro. < )3> m para colectores de )>J de diámetro. c7 Dime!si#!es de l#s &-5#!es8 < Los buzones tendrán una profundidad mínima de ).3> m. < El diámetro interior será de ).3> m cuando se use tubería menor o igual a :3J y diámetro de ).=> m para tuberías de "asta ;=J de diámetro. < En los buzones de más de 3 m de profundidad podrán aceptarse tuberías $ue no lleguen al ni#el del fondo, siempre y cuando su cota de llegada sea de A> cm o menos sobre el fondo del buzón. < Cuando la caída sea mayor al límite interior 6A> cm7 se emplearán dispositi#os especiales. < El fondo de un buzón será de concreto en donde se construirán las medidas de cañas o canaletas $ue permitan la circulación del desag9e directamente entre la llegada y salida de los buzones. < Las canaletas serán de igual diámetro $ue los colectores $ue con#erjan al buzón, su sección será semi m de anc"o se proyectará una línea de alcantarillado en el eje de la calle, además los -ng. 0ilmer %. irón !íaz y *scar . !íaz Cubas en su tesis para optar el título profesional "ace referencia a $ue la profundidad óptima es de 3 ó 3.A m, para facilitar las conexiones domiciliarias y profundidad máxima de ;.A> m $ue puede excederse en tramos cortos "asta de A.>> m.

&%*CE!-F-E1'* EF&LE!*8 !n el presente traba"o se ha elaborado la red de flu"o y se ha reali$ado el cálculo de diseño y chequeo de toda la ciudad, con el ob"etivo de no tener errores en las  profundidades de los bu$ones por la intersección de las calles. Para tal efecto se ha seguido el siguiente procedimiento& 

'e ha tratado la red de flu"o del sistema de alcantarillado de toda la ciudad asignándole una numeración a los bu$ones e indicando el sentido de flu"o con cada tramo de tubería.

)3

INGENIERÍA HIDRÁULICA



'e ha procedido a determinar las longitudes de cada tramo de tubería y se contó el n*mero de bu$ones por tramo.



!laborando el C90:/ :! :%'!;/ :! :%0 se ha calculado haciendo uso de la fórmula anterior. );

INGENIERÍA HIDRÁULICA

(as profundidades del bu$ón inicial y final han sido calculadas añadiendo a las  profundidades de tubería inicial, el diámetro de la tubería del tramo, respectivamente.

IV.

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES CONCLUSIONES

• /e diseño el sistema completo del abastecimiento de agua y alcantarillado de una ciudad 2cticia.

• /e diseñó la %ed de lcantarillado ubicando los caudales de contribución de cada tramo, obteniendo un solo punto Emisor en la parte más baja de la ciudad.

• /e obtu#o los &er2les de las cinco calles indicadas por el docente, obteniendo tramos con pendientes deseadas y con #elocidades menores a :.>> m@seg.

• /e colocará un diámetro de BS a lo largo de toda la red de alcantarillado y en algunos tramos de =S..

• La tubería a utilizar será de &C nQ>.>)> RECOMENDACIONES

•  'ener cuidado en $ue la pendiente de los tramos sea mayor o igual al )?.

• !onde la #elocidad sea menor a >.B m@s 6aceptable en tramos iniciales ya $ue el caudal es sólo el dom(stico y el de in2ltración en algunos casos7 realizar un mantenimiento periódico para la limpieza de sedimentos. V.

8I8LIOGRAF9A



'eparata de 0lcantarillado %-G6 G0'P0