Sistema de Alcantarillado (1)
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Sistema de Alcantarillado (1)...
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INGENIERIA SANITARIA: VALDIVIA CHACON PABLO VALDIVIA
FACULTAD DE INGENIERÍA, ARQUITECTURA Y URBANISMO ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL TEMA
:
CALCULO DE REDES COLECTORAS DE AGUAS RESIDUALES
FECHA DE ENTREGA
:
CURSO
:
INTEGRANTES
DOCENTE CICLO
: :
VII
PIMENTEL
1
INGENIERIA SANITARIA: VALDIVIA CHACON PABLO VALDIVIA
Contenido
1.
INTRODUCCION ............................................................................................................................. 4
2.
OBJETIVOS ...................................................................................................................................... 6
3.
2.1.
OBJETIVO GENERAL ............................................................................................................ 6
2.2.
OBJETIVOS ESPECIFICOS .................................................................................................. 6
MARCO TEORICO .......................................................................................................................... 6 3.1.
BASE TEÓRICA CIENTÍFICA ............................................................................................... 6
3.2.
CONCEPTO DE SANEAMIENTO BÁSICO ........................................................................ 6
3.3.
ALCANTARILLADO SANITARIO ........................................................................................ 7
3.4.
RED DE ALCANTARILLADO SANITARIO ........................................................................ 7
3.5.
AGUA RESIDUAL ................................................................................................................... 7
3.6.
.................. ............... 8 ELEMENTOS DEL SISTEMA DE ABASTECIMIENTO DE AGUA .................................
3.7.
SISTEMA DE ALCANTARILLADO SANITARIO ............................................................. 10
3.7.1.
TIPOS DE SISTEMAS DE ALCANTARILLADO ...................................................... 10
3.7.2.
PARTES DE UNA RED DE ALCANTARILLADO .................................................... 11
3.7.3.
TIPOS DE REDES COLECTORAS DE DESAGUES .............................................. 12
3.7.3.1.
SISTEMA PERPENDICULAR SIN INTERCEPTOR ........................................ 12
3.7.3.2.
SISTEMA PERPENDICULAR CON INTERCEPTOR ...................................... 13
3.7.3.3.
SISTEMA PERPENDICULAR CON INTERCEPTOR Y ALIVIADERO ........ 14
3.7.3.4.
SISTEMA EN ABANICO ...................................................................................... 14
3.7.3.5.
SISTEMA EN BAYONETA ................................................................................... 15
3.7.4. CRITERIOS Y FORMULAS PARA EL DISEÑO DE LOS ELEMENTOS DEL SISTEMA DE ALCANTARILLADO SANITARIO ..................................................................... 16 3.7.4.1.
CAUDALES ............................................................................................................ 16
3.7.4.2.
CAUDAL MÍNIMO .................................................................................................. 16
3.7.4.3.
PENDIENTE MINIMA ............................................................................................ 16
3.7.4.4.
PENDIENTE MAXIMA .......................................................................................... 17
3.7.4.5.
COEFICIENTE “N” DE RUGOSIDAD ................................................................
3.7.4.6.
TENSIÓN TRACTIVA. .......................................................................................... 17
3.7.4.7.
TENSIÓN TRACTIVA MÍNIMA ............................................................................ 18
3.7.4.8.
COEFICIENTE DE RETORNO ............................................................................ 18
3.7.4.9.
VELOCIDAD CRÍTICA .......................................................................................... 19
17
3.7.4.10. DIÁMETRO MÍNIMO ............................................................................................. 19 2
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3.7.4.11. DETERMINACIÓN EMPÍRICA DE LA TENSIÓN TRACTIVA MÍNIMA ....... 19 3.7.4.12. FORMULAS PARA EL DISEÑO ......................................................................... 21 3.7.4.12.1. CAUDAL DE CONTRIBUCION DE ALCANTARILLADO ........................... 21 3.7.4.12.2. CAUDAL MAXIMO HORARIO DE AGUAS RESIDUALES ........................ 22 3.7.4.12.3. CAUDAL UNITARIO .......................................................................................... 22 3.7.4.12.4. FÓRMULA DE COLEBROOK - WHITE .......................................................... 22 3.7.4.12.5. ECUACIÓN DE MANNING ................................................................................ 23 3.7.5.
UBICACIÓN Y RECUBRIMIENTO DE TUBERÍAS ................................................. 27
3.7.5.1. RECUBRIMIENTO RECUBRIMIENTO MÍNIMO ................................................................................ 27 3.7.5.2. RECUBRIMIENTO RECUBRIMIENTO MÁXIMO .............................................................................. 27 3.7.5.3. VELOCIDAD DE LAS TUBERIAS .................................................................... 28 3.7.6.
CÁMARAS DE INSPECCIÓN ...................................................................................... 29
3.7.6.1. UBICACIÓN DE LAS CÁMARAS DE INSPECCIÓN ..................................... 29 3.7.6.2. DISTANCIA DE LAS CÁMARAS DE INSPECCIÓN ...................................... 29 4.
MEMORIA DE CÁLCULO ............................................................................................................ 29
5.
INTERPRETACION DE RESULTADOS .................................................................................... 30
6.
CONCLUSIONES .......................................................................................................................... 30
7.
RECOMENDACIONES ................................................................................................................. 30
8.
BIBLIOGRAFIA .............................................................................................................................. 30
3
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1. INTRODUCCION La concentración de la población en núcleos cada vez mayores trae consigo problemas ambientales, como la contaminación atmosférica, el transporte y disposición de desechos líquidos, sólidos, etc. Por ello el hombre ha buscado para su establecimiento los lugares que le ofrecen mayores comodidades y facilidades para el desarrollo de sus actividades, procurando tener cerca una fuente de abastecimiento de agua y fácil evacuación de aguas residuales. La evacuación de las aguas residuales o de efluentes líquidos generados en viviendas, en la actualidad se las realiza a través de un sistema de conductos. El término saneamiento puede tener significados distintos en todos los idiomas. De manera general saneamiento significa la recolección de aguas residuales domésticas y su adecuado tratamiento (Alcantarillado y Saneamiento tienen el mismo significado). Las obras de alcantarillado son una consecuencia del abastecimiento de agua, es decir, con agua corriente se producen grandes cantidades de efluentes que tienen que evacuarse y eliminarse de forma adecuada
4
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DISTRIBUCION DEL TRABAJO
DISTRIBUCION DE TRABAJO COSAR
PUNTOS 1-3.5
VÁSQUEZ
PUNTO 3.6-3.7.3.5
COSAR Y VÁSQUEZ
PUNTO 3.7.4
VÁSQUEZ
PUNTOS 3.7.5-3.7.6
COSAR PUNTO 4
COSAR Y VÁSQUEZ
PUNTO 5-8
5
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2. OBJETIVOS 2.1. OBJETIVO GENERAL Proyectar un sistema adecuado de recolección de aguas servidas en una urbanización cualquiera con periodo de diseño de 20 años (2018 – 2038). Para beneficiar las necesidades básicas, cumpliendo los requisitos mínimos que nos da la norma de saneamiento vigente.
2.2. OBJETIVOS ESPECIFICOS
Determinar los caudales de diseño de las aguas servidas de dicha urbanización.
Diseñar el sistema propuesto de alcantarillado sanitario aplicando los criterios técnicos de la normativa vigente del país.
Elaborar los planos del diseño propuesto del alcantarillado sanitario.
Elaborar una memoria de calculo
3. MARCO TEORICO 3.1. BASE TEÓRICA CIENTÍFICA En el diseño se consideraron las siguientes normas vigentes de Obras de Saneamiento, que están comprendidas en el Título II: Habilitaciones Urbanas, del Reglamento Nacional de Edificaciones:
OS.070 Redes de aguas residuales
3.2.CONCEPTO DE SANEAMIENTO BÁSICO En el país el sector saneamiento está a cargo del Ministerio de Vivienda, Construcción y Saneamiento y siempre ha estado ligado al sector Vivienda. Así, el sector saneamiento es un sub sector de actividades económicas, dentro del sector Vivienda.
6
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El Saneamiento básico comprende una parte de las actividades económicas del saneamiento identificadas en el sector vivienda como las actividades económicas en agua potable y alcantarillado. En el sector Gobiernos Locales El Saneamiento básico comprende una parte de las actividades económicas del saneamiento identificadas en el sector vivienda como las actividades económicas en agua potable y alcantarillado. En el sector Gobiernos Locales el saneamiento tiene la misma concepción y se incorporan las actividades económicas de limpieza pública (denominado también aseo urbano o residuos sólidos), que comprenden las actividades de recolección, transporte, tratamiento y disposición final de los residuos sólidos.
Valdivia,P,2011
3.3.ALCANTARILLADO SANITARIO Es el sistema de recolección diseñado para llevar exclusivamente aguas residuales domésticas e industriales.
Nogales y Quispe 2009.
3.4. RED DE ALCANTARILLADO SANITARIO Una red de alcantarillado sanitario es una manera de manipular, conducir y desechar toda clase de aguas servidas y transportarlas a una planta de tratamiento, donde serán depurados todos los sólidos que estas lleven, para no provocar un daño significativo al cuerpo receptor, teniendo como destino final un acuífero que permita conducir por tramos largos el caudal, el cual, en el trayecto, será regenerado (Morales 2004).
3.5.AGUA RESIDUAL Conjunto de aguas que son contaminadas durante su empleo en actividades realizadas por las personas
Nogales y Quispe 2009
, sostiene las aguas
residuales pueden tener varios orígenes, agua residual doméstica, agua residual industrial y aguas de lluvia.
7
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3.6.ELEMENTOS DEL SISTEMA DE ABASTECIMIENTO DE AGUA a) Población de diseño: La población futura para el período de diseño considerado compuesto.
se
calculó
por
el
Linares y Vásquez,2017,pag.31
método
de
interés
En la estimación de la población de diseño, a través de este método, sólo se necesita el tamaño de la población en dos tiempos distintos. La población futura a través de este método se calcula a través de la siguiente fórmula:
=∗1+ Donde
Pf = Población de diseño (hab.)
Po = Población actual (hab.)
r = Tasa de crecimiento (%)
t = Período de diseño (años)
b) Período Óptimo de Diseño: Es el periodo de tiempo en el cual la capacidad de producción de un componente de un sistema de agua potable o alcantarillado cubre la demanda proyectada minimizando el valor actual de costos de inversión, operación y mantenimiento durante proyecto.
el
periodo
de
Linares y Vásquez,2017,pag.32
análisis
del
.
c) Dotación de Agua: La dotación promedio diaria anual por habitante, se fijará en base a un estudio de consumos técnicamente justificado, sustentado comprobadas.
en
informaciones
Linares y Vásquez,2017,pag.33
estadísticas . 8
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d) Variaciones de Consumo: El consumo de agua de una ciudad varía según las estaciones, las costumbres, los días del año y las horas del día. Los coeficientes de variación básicos son:
1. Coeficiente máximo diario: El coeficiente de variación máximo diario es el máximo valor que varía el consumo respecto del consumo promedio diario anual, se lo simboliza como k1. El coeficiente de variación máximo diario varia entre1.3 y 1.8, dependiendo del tamaño de la población. El coeficiente es inversamente proporcional al tamaño de la población. Se calcula a partir de los registros diarios de consumos de agua de una población.
Linares y Vásquez,2017,pag.33 3 1= 3 .
2. Coeficiente máximo horario: Es el máximo valor que varía el consumo en un día respecto del promedio de consumo de ese día, se lo simboliza como k2. El coeficiente de variación horario varía entre 1.8 y 2.5. El coeficiente es menor en poblaciones grandes y mayor en poblaciones pequeñas, debido a que en poblaciones menores se presenta simultaneidad en los consumos por las costumbres. En las ciudades grandes, el coeficiente es menor debido a lo heterogéneo de los consumos debido a que se presentan diferentes consumos a
diferentes horas del día. Es
inversamente
al
población.
proporcional
tamaño
Linares y Vásquez,2017,pag.33 3 2= 3
de
la
.
9
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e) Caudales de Diseño:
Caudal promedio diario: El caudal promedio diario se define como el promedio de los consumos diarios durante un año. Se expresa como la relación del volumen total consumido por la población en un día (consumo neto). También se define como el caudal correspondiente al promedio de los caudales diarios utilizados por una población determinada, dentro de una serie de valores medidos. A este caudal también se lo denomina por la forma de calcular, caudal promedio diario anual. Cuando se presenta insuficiencia de datos medidos este caudal medio diario se obtiene de la relación de la dotación necesaria
y
el
parámetro
de
la
población
Linares y Vásquez,2017,pag.33 ℎ ∗ó/ℎ/ = ó86400/
total.
.
3.7.SISTEMA DE ALCANTARILLADO SANITARIO 3.7.1.
TIPOS DE SISTEMAS DE ALCANTARILLADO
Para el desarrollo de este tema se utilizará el sistema “separativo”.
El sistema separativo utiliza dos redes totalmente independientes de alcantarillado, con cometidos diferentes. Una de las redes evacua reducidos y conocidos caudales de aguas negras e industriales que no
deben
tener
fermentaciones
anaeróbicas
prematuras
y
espontáneas dentro de un alcantarillado con largos recorridos. La otra red, conduce importantes caudales de lluvias, de difícil 10
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determinación que deben ser evacuados por los trayectos más cortos hacia cauces naturales idóneos.
Nogales y Quispe,2009,pag.51
.
Presenta los siguientes inconvenientes: Se trata de un sistema que utiliza doble red en ramales,
acometidas e instalaciones en edificios, por lo tanto, su implantación eleva los costos de
urbanización y edificación.
Por lo expuesto, el sistema separativo tiene grandes gastos de mantenimiento (casi en doble que el sistema unitario).
La instalación del sistema separativo presenta notables dificultades (doble red).
Las ventajas que tiene el sistema son las siguientes:
Las estaciones de depuración en este sistema son más baratas, porque son más pequeñas ya que sólo depuran aguas negras.
Las alcantarillas tienen menores sedimentaciones.
Los colectores de aguas pluviales pueden tener escaso desarrollo ya que es posible
3.7.2.
una evacuación inmediata a cauces naturales.
Los vertidos de pluviales no son contaminantes.
Las inundaciones de pluviales no son tan nocivas
PARTES DE UNA RED DE ALCANTARILLADO
Red colectora. - Conjunto de tuberías destinadas a recibir y conducir los desagües de los edificios; el sistema de desagües predial se 11
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conecta directamente a la red colectora por una tubería denominada conexión domiciliaria. Una red colectora está compuesta de colectores secundarios que reciben directamente las conexiones domiciliarías colectores principales. Un colector principal es un colector troncal de una cuenca de drenaje que recibe las contribuciones de los colectores secundarios, emisor.
Valdivia,2018,pág.2
sus
efluentes
a
un
interceptor
o
.
Interceptor . - Tubería que recibe colectores a lo largo de su recorrido o longitud, directas.
conduciendo
no
recibiendo
Valdivia,2018,pág.2
conexiones
prediales
.
Emisor . - Tuberías destinadas a conducir los desagües a un destino conveniente – estación de tratamiento y/o vertimiento – sin recibir
Valdivia,2018,pág.2 Valdivia,2018,pág.2
contribuciones en marcha.
Cuerpo de agua receptor . - Cuerpo de agua donde son vertidos los desagües.
.
.
Estación de bombeo o elevadora. - Conjunto de instalaciones destinadas a transferir los desagües de una cota más baja a otra más alta.
Valdivia,2018,pág.2
.
Estación de Tratamiento o depuradora. - Conjunto de instalaciones destinadas a la depuración de los desagües, antes de su vertimiento.
Valdivia,2018,pág.2
.
Sifones invertidos. - Obras destinadas a la transposición de desagües,
Valdivia,2018,pág.2
funcionando a sobre presión.
.
3.7.3. TIPOS DE REDES COLECTORAS DE DESAGUES 3.7.3.1. SISTEMA PERPENDICULAR SIN INTERCEPTOR Es un sistema que puede ser utilizado para alcantarillado pluvial, ya que sus aguas pueden ser vertidas a una corriente superficial en 12
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cercanías de la población sin que haya riesgo para la salud humana ni
deterioro
receptor.
de
la
calidad
Nogales y Quispe,2009,pag.58
del
cuerpo
.
SISTEMA PERPENDICULAR SIN INTERCEPTOR
3.7.3.2. SISTEMA PERPENDICULAR CON INTERCEPTOR “Este sistema es utilizado para alcantarillados sanitarios. El
interceptor recoge el caudal de aguas residuales de la red y lo transporta a una planta de tratamiento de aguas residuales o vierte el caudal a la corriente superficial aguas abajo de la población para evitar
riesgos
contra
Nogales y Quispe,2009,pag.58
la
salud
humana ”.
.
SISTEMA PERPENDICULAR CON INTERCEPTOR
13
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3.7.3.3. SISTEMA
PERPENDICULAR
CON
INTERCEPTOR
Y
ALIVIADERO Es adecuado para alcantarillados combinados, ya que el aliviadero permitirá reducir la carga hidráulica pico, producida en el caso de una precipitación, que llegaría a la planta de tratamiento de aguas residuales. El caudal excedente de la precipitación es vertido por medio del aliviadero a la corriente superficial en cercanía de la población sin riesgo para la salud humana, debido a la dilución del caudal de aguas residuales (el caudal de aguas residuales en un alcantarillado combinado es del orden del 3% del caudal total).
Nogales y Quispe,2009,pag.59
SISTEMA PERPENDICULAR CON INTERCEPTOR Y ALIVIADERO
3.7.3.4. SISTEMA EN ABANICO “Si se presentan condiciones topográficas especiales, puede
adoptarse el esquema de abanico con interceptor o con aliviaderos, según sea el tipo de alcantarillado ”.
Nogales y Quispe,2009,pag.59
14
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SISTEMA EN ABANICO
3.7.3.5. SISTEMA EN BAYONETA Este sistema puede emplearse para alcantarillados sanitarios en donde existan terrenos muy planos y velocidades muy bajas.
Nogales y Quispe,2009,pag.60
SISTEMA EN BAYONETA
15
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3.7.4. CRITERIOS Y FORMULAS PARA EL DISEÑO DE LOS ELEMENTOS DEL SISTEMA DE ALCANTARILLADO SANITARIO 3.7.4.1. CAUDALES
Procedimiento cuando no existen mediciones de caudal utilizables en el proyecto.
Valdivia,2018,pág.5
Para el inicio del Plan
= ∗ + + Para el inicio del Plan = ∗ + +
Donde:
Qi Qf = Caudal máximo inicial y final en l/seg.
K2 = Coeficiente de máximo horario
Qpi Qpf = Caudal promedio inicial y final en l/seg.
Qinfi Qinff = Caudal de contribución por infiltración en l/seg.
Qci Qcf = Caudal de contribución singular inicial en l/seg.
3.7.4.2. CAUDAL MÍNIMO En todos los tramos de la red deben calcularse los caudales inicial y final (Qi y Qf). El valor mínimo del caudal a considerar será de 1.5 l/s.
Linares y Vásquez,2017,pag.41
3.7.4.3. PENDIENTE MINIMA Las pendientes de las tuberías deben cumplir la condición de autolimpieza aplicando el criterio de tensión tractiva. Cada tramo debe ser verificado por el criterio de Tensión Tractiva Media ( t) con
un valor mínimo
= 1,0 Pa, calculada para el caudal inicial (Qi),
t
valor correspondiente para un coeficiente de Manning n = 0,013. La pendiente mínima que satisface esta condición puede ser 16
INGENIERIA SANITARIA: VALDIVIA CHACON PABLO VALDIVIA
determinada
por
RNE,OS70,Pag.4
aproximada:
Donde:
la
siguiente
expresión
.
=0.0055−.
Somin = Pendiente mínima (m/m)
Qi = Caudal inicial (l/s)
3.7.4.4. PENDIENTE MAXIMA La máxima pendiente admisible es la que corresponde a una velocidad final Vf = 5 m/s; las situaciones especiales serán sustentadas por el proyectista.
RNE,OS70,Pag.4
.
3.7.4.5. COEFICIENTE “N” DE RUGOSIDAD El coeficiente de rugosidad "n" de la fórmula de Manning será de 0,013 en alcantarillas sanitarias, para cualquier tipo de material de tubería.
Condori,2012,pag,18
3.7.4.6. TENSIÓN TRACTIVA. Las tuberías del sistema de alcantarillado deberán cumplir la condición de autolimpieza para limitar la sedimentación de arena. La eliminación continua de sedimentos de los colectores es costosa y, en caso de falta de mantenimiento, se pueden generar problemas de obstrucción y taponamiento.
Condori,2012,pag,13
Por lo tanto, es aconsejable utilizar pendientes que den lugar a velocidades auto limpiantes en condiciones críticas de flujo (bajo caudal y tirante). Incluso cuando el incremento de costos de construcción con pendientes más pronunciadas suponga costos fijos mayores que el costo adicional de mantenimiento de los colectores si se menores.
hubiesen
construido
Condori,2012,pag,13
con
pendientes
. 17
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La tensión tractiva, o tensión de arrastre, es el esfuerzo tangencial unitario ejercido por el líquido sobre el colector y en consecuencia sobre el material depositado. Tiene la siguiente expresión:
=∗∗ ∗
Donde:
Ƭ = Tensión de arrastre, en pascal (Pa).
ρ = Densidad del agua 1000 (kg/m3).
g = Aceleración de la gravedad 9,81 m/s2
RH= Radio hidráulico (m).
S = Pendiente de la tubería (m/m).
3.7.4.7. TENSIÓN TRACTIVA MÍNIMA Cada tramo debe ser verificado por el criterio de Tensión Tractiva Media (σt) con un valor mínimo σt = 1.0 Pa, calculada para el caudal
inicial (Qi), valor correspondiente para un coeficiente de Manning n = 0.013.
Linares y Vásquez,2017,pag.41
.
3.7.4.8. COEFICIENTE DE RETORNO Estudios estadísticos han estimado el porcentaje de agua abastecida que llega a la red de alcantarillado. Este coeficiente oscila entre el 60% y 80% de la dotación de agua potable. El proyectista deberá en casos específicos ajustarse a la realidad y a hábitos higiénicos de la zona., siempre y cuanto realice estudios de
Condori,2012,pag,8
respaldo.
.
18
INGENIERIA SANITARIA: VALDIVIA CHACON PABLO VALDIVIA
3.7.4.9. VELOCIDAD CRÍTICA Cuando la velocidad final (Vf) es superior a la velocidad crítica (Vc), el mayor tirante admisible debe ser 50 % del diámetro del colector, asegurándose la ventilación del tramo. La velocidad crítica está definida por:
Condori,2012,pag,17
.
=6∗ √ ∗
Donde:
Vc = Velocidad crítica, en m/s
g = Aceleración de la gravedad, en m/s2
RH = Radio hidráulico para el caudal final, en m
3.7.4.10. DIÁMETRO MÍNIMO Los diámetros nominales de las tuberías no deben ser menores de 100 mm. Las tuberías principales que recolectan aguas residuales de un ramal colector tendrán como diámetro mínimo 160 mm.
Linares y Vásquez,2017,pag.42
.
3.7.4.11. DETERMINACIÓN EMPÍRICA DE LA TENSIÓN TRACTIVA MÍNIMA La tensión tractiva mínima del flujo debe superar la resistencia del sedimento al movimiento. Al respecto como resultado de la experiencia en campo y laboratorio realizada por SHIELDS, se tiene la siguiente expresión:
Valdivia,2018,pag.8
.
= ∗%−% Donde: 19
INGENIERIA SANITARIA: VALDIVIA CHACON PABLO VALDIVIA
t
= Resistencia del Sedimento al Movimiento (Tensión Tractiva)
(Kg/m2) = Constante = 0,04 – 0,8 (adimensional)
f
ɣa = Peso específico del material de fondo (arena) (kg/m3)
ɣw = Peso específico del agua (kg/m3)
d 90%-95%
= Diámetro específico en metros, del 90% al 95% de
las partículas que deben ser transportadas. El valor será obtenido
de
la
frecuencia
de
distribución
del
análisis
granulométrico del material de fondo o sólidos sedimentables que ingresan al sistema de alcantarillado. En el colector quedarían retenidas partículas de un diámetro mayor al porcentaje indicado. f es la constante (adimensional) de la ecuación y fue determinada en laboratorio con modelos hidráulicos, su valor es de 0,04 para arena limpia hasta 0,8 para sedimentos de arena pegajosa del fondo de los conductos. Según las experiencias de laboratorio, la sedimentación de arena se produce a caudales mínimos, cuando cambia la condición de flujo, la arena es suspendida (a mayor caudal), por este motivo, las tuberías se
diseñan
considerando
Valdivia,2018,pag.8
arena
en
suspensión.
.
La constante f para colectores de alcantarillado con arena en suspensión es 0,05 – 0,06. Esta arena puede ser considerada limpia, aunque las partículas están cubiertas con materia orgánica que les da una apariencia negra.
Valdivia,2018,pag.8.
20
INGENIERIA SANITARIA: VALDIVIA CHACON PABLO VALDIVIA
Tensiones tractivas crítica para ser utilizada en el dimensionamiento de las tuberías de desagüe, obtenida por diferentes investigadores
Fuente: Concepción de Sistemas de Desagües Sanitarios. Dpto. de Desagües Sanitarios de la Universidad de Sao Paulo
3.7.4.12. FORMULAS PARA EL DISEÑO La técnica de cálculo admite el escurrimiento en el régimen permanente y uniforme, donde el caudal y la velocidad, media permanecen constantes en una determinada longitud del conducto. Para los cálculos hidráulicos, podrán ser utilizadas loas siguientes formulas:
3.7.4.12.1. CAUDAL DE CONTRIBUCION DE ALCANTARILLADO Es el 80% del caudal de agua potable
Donde
= ∗ = = =
21
INGENIERIA SANITARIA: VALDIVIA CHACON PABLO VALDIVIA
3.7.4.12.2. CAUDAL MAXIMO HORARIO DE AGUAS RESIDUALES Se calcula con la siguiente expresión
= ∗
Donde
= ℎ = = ℎ
3.7.4.12.3. CAUDAL UNITARIO
Se calcula con la siguiente expresión
=
= ℎ = 2
3.7.4.12.4. FÓRMULA DE COLEBROOK - WHITE Desarrollo a partir de la fórmula de Darcy - Weisbach con la siguiente expresión:
2. 5 1 =2∗log(∗ √ 2 ∗∗∗ + 3.⁄71)∗ √ 2 ∗∗∗
Donde:
V = Velocidad (m/s)
D = Diámetro (m)
S = Pendiente (m/m)
K/D= Rugosidad relativa de la pared de la tubería (m/m)
n = Viscosidad cinemática (m2/s) (varía con la temperatura del líquido)
22
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3.7.4.12.5. ECUACIÓN DE MANNING
Nogales y Quispe,2009,pág.,63
. Por lo general la fórmula de
Nanning se ha usado para canales, en tuberías la fórmula se usa para canal circular parcial y totalmente lleno. Uno de los inconvenientes de esta fórmula es que solo toma en cuenta un coeficiente de rugosidad obtenido empíricamente y no toma en cuenta la variación de viscosidad por temperatura. Las variaciones del coeficiente por velocidad, si las toma en cuenta, aunque el valor se considera para efectos de cálculo constante, la fórmula aplicada a tubos es:
1 = ∗ ∗
=
Donde:
v = Velocidad del flujo (m/s).
A = Área del tubo (m²).
n = Coeficiente de rugosidad (adim.).
Pm = Perímetro mojado (m).
S= Pendiente del tubo (m/m).
Rh = Radio hidráulico (m).
La ecuación de Nanning es la más recomendable por su sencillez y los resultados satisfactorios, que da su aplicación en alcantarillas, colectores, canales de dimensiones grandes y pequeñas. La grafica siguiente indica los elementos hidráulicos en un tubo parcial y totalmente lleno.
23
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RADIO HIDRÁULICO, PERÍMETRO MOJADO, DIÁMETRO DE TUBO TOTALMENTE LLENO Y PARCIALMENTE LLENO.
Fuente: Nogales y Quispe 2009; Diseño y Métodos Constructivos de Sistemas de Alcantarillado y Evacuación de Aguas Residuales.
A partir de la ecuación de continuidad se obtiene:
Donde:
= ∗ ∗
Q = Caudal en (m³/s).
n = Coeficiente de rugosidad (adim).
S = Pendiente del tubo (m/m).
Rh = Radio hidráulico (m). Para tubo completamente lleno el área, el perímetro y el radio hidráulico quedan definidos de la siguiente manera:
∙ = 4
´ =∙ ∙ = = ∙ = Donde: 24
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D = Diámetro interno de la tubería (m).
La fórmula de Manning, para tubo completamente lleno, es la siguiente:
= 0.397 ∗ ∗ = 0.312 ∗ ∗ RELACIONES HIDRÁULICAS CARACTERISTICAS DE LOS CONDUCTOS
FUENTE: MATERIAL DE APOYO DIDACTICO DE DISEÑO Y METODOS CONSTRUCTIVOS DE SISTEMAS DE ALCANTARILLADO Y EVACUACION DE AGUAS RESIDUALES”
CIRCULARES
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INGENIERIA SANITARIA: VALDIVIA CHACON PABLO VALDIVIA
RELACIONES HIDRÁULICAS CARACTERISTICAS DE LOS CONDUCTOS CIRCULARES
Q/Qo
y/D
V/Vo
Q/Qo
y/D
V/Vo
0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.10 0.11 0.12 0.13 0.14 0.15 0.16 0.17 0.18 0.19 0.20 0.21 0.22 0.23 0.24 0.25 0.26 0.27 0.28 0.29 0.30 0.31 0.32 0.33 0.34 0.35 0.36 0.37 0.38 0.39
0.09 0.12 0.14 0.16 0.17 0.18 0.19 0.20 0.22 0.23 0.24 0.25 0.25 0.26 0.27 0.28 0.28 0.29 0.30 0.31 0.32 0.33 0.34 0.35 0.35 0.36 0.37 0.37 0.38 0.39 0.39 0.40 0.40 0.41 0.42 0.43 0.43 0.44
0.38 0.43 0.49 0.53 0.57 0.58 0.60 0.61 0.63 0.66 0.67 0.69 0.70 0.72 0.73 0.75 0.75 0.76 0.78 0.79 0.80 0.81 0.82 0.83 0.84 0.85 0.86 0.87 0.88 0.89 0.89 0.90 0.90 0.91 0.92 0.93 0.93 0.94
0.52 0.53 0.54 0.55 0.56 0.57 0.58 0.59 0.60 0.61 0.52 0.63 0.64 0.65 0.66 0.67 0.68 0.69 0.70 0.71 0.72 0.73 0.74 0.75 0.76 0.77 0.78 0.79 0.80 0.81 0.82 0.83 0.84 0.85 0.86 0.87 0.88 0.89
0.51 0.52 0.52 0.53 0.54 0.54 0.55 0.56 0.56 0.57 0.57 0.58 0.58 0.59 0.60 0.60 0.61 0.61 0.62 0.62 0.63 0.64 0.64 0.65 0.65 0.66 0.67 0.68 0.68 0.69 0.69 0.70 0.70 0.71 0.72 0.72 0.73 0.74
1.01 1.02 1.02 1.02 1.03 1.03 1.03 1.04 1.05 1.06 1.06 1.06 1.06 1.07 1.07 1.07 1.08 1.08 1.08 1.08 1.09 1.09 1.09 1.10 1.10 1.10 1.11 1.11 1.11 1.11 1.12 1.12 1.12 1.12 1.13 1.13 1.13 1.13 26
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0.40 0.41
0.42 0.43 0.44 0.45 0.46 0.47 0.48 0.49 0.50 0.51
0.44 0.45
0.95 0.96
0.90 0.91
0.74 0.75
0.45 0.46 0.46 0.47 0.47 0.48 0.48 0.49 0.50 0.51
0.96 0.97 0.97 0.98 0.98 0.99 0.99 1.00 1.00 1.01
0.92 0.93 0.94 0.95 0.96 0.97 0.98 0.99 1.00
0.76 0.77 0.78 0.78 0.79 0.79 0.80 0.80 0.81
1.13 1.13
1.14 1.14 1.14 1.14 1.14 1.14 1.14 1.14 1.14
3.7.5. UBICACIÓN Y RECUBRIMIENTO DE TUBERÍAS 3.7.5.1. RECUBRIMIENTO MÍNIMO El recubrimiento sobre las tuberías no debe ser menor de 1,0 m en las vías vehiculares y de 0,30 m en las vías peatonales y/o en zonas rocosas, debiéndose verificar para cualquier profundidad adoptada, la deformación (deflexión) de la tubería generada por cargas externas. Para toda profundidad de enterramiento de tubería el proyectista planteará y sustentará técnicamente la protección empleada. Excepcionalmente el recubrimiento mínimo medido a partir de la clave del tubo será de 0.20 m. cuando se utilicen ramales colectores y el tipo de suelo sea rocoso.
3.7.5.2. RECUBRIMIENTO MÁXIMO La profundidad máxima del colector de recolección y evacuación de aguas residuales debe ser aquella que no ofrezca dificultades constructivas, de acuerdo con el tipo de suelo y que no obligue al tendido de alcantarillados auxiliares. La profundidad máxima admisible de los colectores es de 5 m, aunque puede ser mayor 27
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siempre y cuando se garanticen los requerimientos geotécnicos de las cimentaciones y estructurales de los materiales y colectores durante
y
después
Nogales y Quispe,2009,pág.68
de
su
construcción.
.
3.7.5.3. VELOCIDAD DE LAS TUBERIAS En el alcantarillado sanitario, se producen obstrucciones por el depósito de materiales de desecho, y partículas orgánicas, las que se arrastran con velocidades iguales o superiores a 0.3 m/s. En las alcantarillas pluviales, la materia sólida que entra en los colectores es arena y gravilla, siendo las velocidades de arrastre mayores a 0.3 m/s.
Nogales y Quispe,2009,pág.69
.
VELOCIDAD DE AUTO LIMPIEZA. -El criterio convencional adoptado para acciones de auto limpieza es proyectar las tuberías de desagüe con pendientes suficientes para tener velocidades mínimas de 0.60 m/seg, con un escurrimiento a media o a sección plena. En esas condiciones, para laminas menores que la media sección, la velocidad será menor que 0.60 m/seg y para láminas mayores, la velocidad será mayor. Para Metcalf y Eddy, la velocidad media de 0.30 m/seg., en general es suficiente para prevenir la deposición de partículas orgánicas de desagüe, en tanto para que no haya la sedimentación de partículas inorgánicas, tales como la arena, la velocidad media de 0.75 m/seg es considerada adecuada para el proyecto de las tuberías de desagüe.
Valdivia,2018,pag.7
.
Cuando la topografía presenta pendientes fuertes, las alcantarillas, presentan altas velocidades de escurrimiento de las aguas residuales o pluviales, ocasionando abrasión en las mismas al contener sustancias tales como arena fina, grava y gravilla, por esta razón se establece una velocidad máxima a tubo lleno de 5 m/s para 28
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alcantarillado sanitario y 5 m/s para alcantarillado pluvial.
Nogales y Quispe,2009,pág.69 3.7.6. CÁMARAS DE INSPECCIÓN
3.7.6.1. UBICACIÓN DE LAS CÁMARAS DE INSPECCIÓN “Los buzones y buzonetas se proyectarán en todos los lugares donde
sea necesario por razones de inspección, limpieza y en los siguientes casos”:
RNE,OS070,pag.7
.
En el inicio de todo colector. En todos los empalmes de colectores. En los cambios de dirección. En los cambios de pendiente. En los cambios de diámetro. En los cambios de material de las tuberías.
3.7.6.2. DISTANCIA DE LAS CÁMARAS DE INSPECCIÓN La distancia entre cámaras de inspección y limpieza consecutivas está limitada por el alcance de los equipos de limpieza. La separación máxima depende del diámetro de las tuberías. Para el caso de las tuberías principales la separación será de acuerdo con la siguiente tabla:
RNE,OS070,pag.7
.
4. MEMORIA DE CÁLCULO DIÁMETRO NOMINAL DE LA TUBERÍA (mm)
DISTANCIA MÁXIMA (m)
100-150
60
200
80
250 a 300
100
Diámetros mayores
150 29
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5. INTERPRETACION DE RESULTADOS En la mayoría de los casos los caudales que se calcularon fueron menores que 1.5 l/s asi que se asumió dicho valor para poder trabajar. Los diámetros y pendientes que se dieron para el cálculo de la red si dio como resultado obtener una tracción mínima de 1 pa. la profundidad mínima que se dio fue de un metro
6. CONCLUSIONES El diseño que se llevo a cabo logro cumplir con todas los puntos mínimos que dicta la norma. A la hora de hacer el calculo no siempre se debe tomar en cuanta solo los resultados debemos aplicar mucho lo que es nuestro criterio, por ejemplo que tenga la velocidad suficiente para poder transportar sedimentos si no ti si no tiene esa velocidad se deberá hacer algún cambio para que pueda cumplir.
7. RECOMENDACIONES Se recomienda que siempre a la hora de diseñar se debe buscar la opción mas económica pero también la más eficiente. No siempre todos los proyectos se van a adecuar a lo que dice la norma o experiencia, es ahí que se recomienda siempre aplicar nuestro criterio de la mejor manera para poder llevar acabo dicho proyecto.
8. BIBLIOGRAFIA 1. VALDIVIA, P. (2018). AGUAS RESIDUALES. CHICLAYO - PERÚ
2. LINARES, F. & VASQUEZ, R. (2017). DISEÑO DE ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE Y ALCANTARILLADO EN EL SECTOR LAS PALMERAS - DISTRITO DE PIMENTEL – PROVINCIA DE CHICLAYO – REGION LAMBAYEQUE. CHICLARO – PERU 30
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