Principales Criterios para el Diseño de un Sistema de ... · riego o de calles, las aguas de...
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ALCANTARILLADO SANITARIO
Unidad 3
Importancia del Control de las
Aguas Residuales
• Evita la Transmisión de enfermedades
• Evita el deterioro físico, químico y
biológico de abastecimiento de agua y
balnearios
• Las aguas residuales afectan la vista
y el olfato.
• Porque destruyen la vida acuática
• Controlar para darle utilidad al agua
después de tratada
Existen varias formas de realizar un
saneamiento de un núcleo urbano,
dependiendo de algunos aspectos, como
son:
• Características del núcleo urbano
• Forma de recogida de las aguas blancas o
residuales
• Forma de almacenar y transportar las
aguas
• Formas de mejorar la calidad de las aguas
captadas
Tipos de saneamiento
Un saneamiento correcto deberá tender hacia
los siguientes objetivos
• Integración del saneamiento
• Fiabilidad de las redes de saneamiento y la
correspondiente depuradora
• El saneamiento no debe olvidar su
incorporación al medio ambiente,
debiéndose eliminar cualquier tipo de
impacto que pudiera producirse
Tipos de saneamiento
De las consideraciones anteriores pueden
clasificarse los tipos de saneamiento en:
• Saneamientos individuales o autónomos
• Saneamientos colectivos
Tipos de saneamiento
Son de aplicación a pequeñas concentraciones
de población, o a instalaciones con vertidos
equivalentes.
En estos casos el saneamiento consiste en una
fosa séptica o una pequeña depuradora,
recibiendo de forma directa los vertidos,
seguido de un elemento de nitrificación, como
pueden ser: Aplicación al suelo, lecho
filtrante, etc. En este caso el alcantarillado y
colectores se reducen a la mínima expresión,
siendo unos sistemas útiles en zonas de baja
densidad de población, donde el costo de una
red de saneamiento puede ser muy elevado.
Sistemas individuales
Aguas Residuales
• Con independencia del trazado
adoptado y teniendo en cuenta la
procedencia de las aguas domesticas,
de lluvia, servicios públicos y aguas
industriales, puede establecerse una
clasificación en sistema separado y
sistema combinado.
Sistemas de Evacuación
• En el sistema combinado se vierten todas las
aguas en una única canalización
• En el sistema separado se recogen las aguas
residuales en dos canalizaciones
independientes. La red de aguas residuales
transportará los vertidos domésticos, los
vertidos de los establecimientos comerciales
y los vertidos industriales. La red de aguas
blancas conducirá las aguas de escorrentía
superficial generados por precitaciones, por
riego o de calles, las aguas de drenaje y los
desagües de la red de distribución y
depósitos
Sistemas de Evacuación
Factores que rigen el modelo a utilizar:
• El tipo de sistema
• La línea de la calle o derecho de vía
• La topografía, la hidrología y geología
del área de drenaje
• Los límites políticos
• Localización y naturaleza de las obras
de tratamiento y evacuación
Comparación entre Ambos
Sistemas
• El sistema separado exige doble red de alcantarilla en
casi todas las calles y doble acometida en cada casa.
Desde El punto de vista de economía de construcción y
gastos de inversión iniciales, existe indudable ventaja
para el sistema combinado, pues el costo de las dos
tuberías, equivalentes hidráulicamente en su conjunto a
una única, es 1.5 a 2 veces mayor, como término medio,
habida cuenta de la imposibilidad práctica de utilizar
diámetros de tubos inferiores a 20 cm, que en muchos
pueblos y calles cortas de ciudades, con pendientes más
bien fuertes, son suficientes para el caudal total. A esto
ha de añadirse el doble costo de las acometidas, pues,
aunque éstas no sean abonadas por las administraciones
que ejecutan y explotan una red de alcantarillas, no por
ello dejan de gravar al vecindario y, por tanto, a la
economía local y nacional.
• Los gastos de levantamiento y reposición de pavimentos,
que tienen importancia en el presupuesto general de la
red, son de 2 a 1.5 veces mayores en el sistema separado.
• La conservación y explotación de una red separada exige
gastos bastantes mayores que en el caso de red
combinada, siendo superiores en un 30% ó 50%
• Sin embargo, los gastos de limpieza son menores en el
alcantarillado separado, por ser menores las variaciones
del caudal que circula por las alcantarillas de aguas
residuales, y menor, por tanto, la variación de la
velocidad, lo que reduce las sedimentaciones.
Comparación entre Ambos
Sistemas
a. Modelo Transversal
Con zonas perpendiculares al río, desaguando
directamente en el mismo. Es económico, pero no
puede emplearse más que en caso de ríos de
gran caudal que admitan el vertido directo, con
gran dilución
b. Modelo de Interceptores
Suprime aquel inconveniente, pero presenta
otro, difícilmente evitable, que consiste en
tener que construir este emisario con pequeña
pendiente (la del río) y por tanto, gran sección;
y generalmente en terrenos sometidos a las
filtraciones del río
Configuración de los Sistemas
c. Modelo de Zona
Se obtiene mediante colectores paralelos al
cauce, con pendientes pequeñas pero escasas
zonas de vertido. El emisario puede tener ya
pendiente normal y construirse en terreno
mejor
d.Modelo de Abanico
Se realiza a base de colectores ramificados
hacia diferentes zonas, reunidos en el punto
que mejor convenga para su desagüe. Es el
sistema, quizá, más indicado para poblaciones o
sectores de población sumamente llanas
Configuración de los Sistemas
e. Modelo Radial
Se obtiene dividiendo el sector urbano a sanear en
varias zonas con canalizaciones independientes,
cuyas aguas se reúnen después aisladamente en uno
o más puntos.
Este último sistema es apto para poblaciones en que
hayan ensanches de importancia, pues permite
construir las alcantarillas con la capacidad
necesaria del momento. En cambio, los otros cuatro,
exigen que dichas alcantarillas principales tengan,
desde el principio, la sección precisa para los
caudales actuales y los que en el futuro puedan
recibir de los ensanches.
En muchas poblaciones habrá que adoptar sistemas
mixtos de acuerdo con las condiciones
Configuración de los Sistemas
Los Métodos más usuales para la estimación de la
población a futuro o de Proyecto son:
• Método Aritmético.
• Método del Porcentaje Uniforme.
• Método Prolongación de la Curva a ojo.
• Método Logístico.
• Método de Crecimiento Declinante.
• Método de la Proporción.
Método Aritmético
• Su Hipótesis se basa en el hecho de que la tasa de
crecimiento es constante. La validez de este
método se puede verificar examinando el
crecimiento de la comunidad para determinar si
se han producido incrementos aproximadamente
iguales entre los Censos Recientes.
En términos Matemáticos, la Hipótesis puede ser
expresada como:
dp = K
dt
En donde dp/dt es la tasa de cambio de la población y K es
una constante. K se puede determinar gráficamente, o a
partir de las poblaciones en censos sucesivos, como:
K=ΔP
Δt
La Población futura es luego estimada a partir de
Pt = Po + Kt
Pt = Población en algún tiempo futuro.
Po= Población Actual.
t = Periodo de la Proyección.
población actual y futura
Población actual
Ejem.:
Una urbanización de 300 viviendas.
6habitantes por viviendas.
Pac= 300x6=1800 personas
Población futura
Pf=Pac(1+R)^n
R=tasa de crecimiento anual(2.5%).
N=período de diseño( 20 @ 40 ).
Pf=1800( 1+2.5/100)^20=2,950 personas
Método del Porcentaje Uniforme
Se sustenta en la hipótesis de un porcentaje
de crecimiento Geométrico o Uniforme
donde se supone que la tasa de incremento
es proporcional a la Población:
dp = K’P
dt
De la integración de esta Ecuación resulta
Ln P = Ln Po + K’Δt
Método Prolongación Curva de Ojo
• Esta técnica consiste en la Proyección Grafica de
las curvas de crecimiento de la Población en el
pasado, manteniendo cualquier tendencia o
inclinación que la información Histórica indique.
Método Logístico
• La Curva Logística usada en el modelo de
crecimiento de Población tiene forma de S; se
combina una tasa geométrica de crecimiento para
baja población con una tasa decreciente a medida
que la ciudad se aproxima a algún limite de
población. La Hipótesis de crecimiento Logístico
puede ser verificada representando los datos del
censo en Papel Logístico, en el cual aparecerá una
línea recta si la Hipótesis es valida.
P = Psat
1+ ea+b Δt
Psat = 2P0P
1P
2 – P1
2 (P
0 + P
2)
P0P
2-P
1
2
a = Ln Psat – P2
P2
b = 1 Ln P0(Psat - P
1)
n P1(Psat – P
0)
DENSIDAD POBLACIONAL
DLa= DENSIDAD LINEAL ACTUAL
DLf= DENSIDAD LINEAL FUTURA
LC= LONGITUD DE CALLES
PA= POBLACION ACTUAL
Pf= POBLACION FUTURA
(Campos, 1994)
DLa = PA/LC
DLf = Pf/LC
POBLACION POR TRAMO
ACTUAL
POBLACION=
LOGITUD
ACUMULADA X
Dla.
POBLACION POR TRAMO
FUTURA
POBLACION=
LOGITUD
ACUMULADA X
Dlf.
CAUDALES
75.0*)400.86
*(. ...
DotacionPAtramoQt ActualRAmed
75.0*)400.86
*(. ...
DotacionPFtramoQt FuturoRAmed
CAUDAL MINIMO DEL TRAMO
slQusarQSiactQmed
Q /5.1min,5.1min,);2
..(min
CAUDAL MAXIMO TRAMO
futuroQmedHQ .*max
COEFICIENTE H
H=1+14/(4+(P)^.5)
P=POBLACION MILES
1.8 <= H <= 3.8
CAUDAL DE INFILTRACION
POR TRAMO TUBERIA DE HORMIGON (
H.S.)
Qinf= 0.614 lps x longitud
acumulada en KM
PARA PVC Qinf=0
CAUDALES DE DISEÑO POR
TRAMO
inf)5.1min(min. QlpsoQQdis
.infmaxmax. QQQdis
CAUDAL GENERADO POR
POBLACION
FUNCIONES
HIDRAULICAS
CAPACIDAD TUBERIA
PENDIENTE TERRENO (St)
)).(
(callelongL
CotaBCotaASt
PENDIENTE TERRENO (St)
04.0)30
23.10643.107(
mts
mtsmtsSt
PENDIENTE TUBERIA (S)
)).(
(callelongL
CotaBCotaAS
PENDIENTE TUBERIA (S)
okmts
mtsmtsS 004.004.0)
30
03.10523.106(
LxSCotaACotaB
03.10504.03023.106 xCotaB
FUNCIONES
HIDRAULICAS
CAPACIDAD TUBERIA
CAUDAL GENERADO
POR TUBERIA
CAUDAL A TUBO LLENO(Qlleno)
)(N
S
CON β POR VALOR DEL CAUDAL DE LA
TABLA 14.1 COL.5 Q(LPS) PARA UN
DIAMETRO(φ)ESCOGIDO
S=PENDIENTE TUBERIA
N=COEFICIENTE DE RUGOSIDAD
TUBERIA(TABLA 1.4)
Qlleno= β X QCOL.5(LPS)
Vlleno= β x Vcol.5(m/s)
CHEQUEO DE VELOCIDADES Y
DE PENDIENTES
).min
(minQlleno
Disq CON α IR A LA TABLA II Y
OBTENER vmin/Vlleno
Hallar Vmin=α.min x Vlleno
).max
(.maxQlleno
Disq
CON α IR A LA TABLA II Y
OBTENER vmax/Vlleno
Hallar Vmax=α.max. x Vlleno
VELOCIDADES MINIMAS
Vmin Tubo lleno=0.60m/s
Vmin Tubo parcialmente lleno=0.30m/s
EJEMPLO DISEÑO URBANIZACION
EJEMPLO N01
PARA LA SIGIENTE URBANIZACION DISEÑAR
EL SISTEME DE REDES DE AGUA POTABLE.
DATOS:
1. DOTACION 300 LITS/HAB./DIAS
2. TASA DE CRECIMIENTO ANUAL 3 %
3. PERIODO DE DISEÑO 20 AÑOS
4. USAR 5 PERSONAS POR SOLAR
5. DOTACION AREA COMERCIAL 6 LITS/M2
6. DOTACION AREA VERDE 2LITS/M2
7. PROFUNDIDAD REG. EXIST. C/24, H=2.00MTS
8. TUBERIA EXIST, 8” H.S.
9. COEFICIENTE DE RUGOSIDAD N= 0.013
lotificacion
PLANO CURVA DE NIVEL
CONFIGURACION DEL SISTEMA
CONFIGURACION DEL SISTEMA
•Calculo de la longitud total de
la red:
• L1-2=66.42 mts.
• L2-3=99.51 mts.
• L3-4=99.51 mts.
• Ltotal calles=265.44MTS
CALCULO DE LA POBLACION
ACTUAL Y FUTURA
Población actual
CANTIDAD DE SOLARES= 27
CANTIDAD DE PERSONAS POR VIVIENDA= 5
Pact= 27x5=135 personas
Población futura
Pf=Pact(1+R)^n
R=tasa de crecimiento anual(3%).
N=período de diseño( 20).
Pf=135( 1+3/100)^20= 243.82 = 244 personas
•Calculo de la densidad
poblacional lineal actual:
• Dl(actual)= poblacion actual/ longitud
total calles
• Dl(actual)= 135/265.44=0.51p/ml
•Calculo de la densidad
poblacional lineal futura:
• Dl(futura)= población futura/ longitud
total calles
• Dl(futura)= 244/265.44=0.92 p/ml
Tramo 4-3
Longitud Tramo:
L4-3=99.51 mts.
Longitud tributaria en cruces:
Lt=0
Longitud Acumulada Lacum.= L4-3+Lt
Lacum=99.51+0=99.51
Tramo 4-3
Longitud tributaria:
Lt=0
Población actual tramo 4-3
Pact.= Dl(actual)*Lacum tramo 4-3
Pact.=0.51*99,51=51 personas
Población futura tramo 4-3
Pf.= Dl(futura)*Lacum tramo 4-3
Pf.=0.92*99,51=92 personas
CAUDAL MEDIO DE AGUAS
RESIDUALES ACTUAL tramo 4-3
Qmed A.R. =( Dotación * Población actual) x C.R
86,400
Qma = (300 lits/personas/días * 51 personas)x0.75
86,400
Qma=0.13 Lits/seg
CAUDAL MEDIO DE AGUAS
RESIDUALES FUTURO tramo 4-3
Qmed A.F. =( Dotación * Población futuro) x C.R
86,400
Qmf = (300 lits/personas/días * 92 personas)x0.75
86,400
Qmf=0.24 Lits/seg
Caudal mínimo tramo 4-3
Qmin=Qmed.A.R.actual/2
Qmin=0.13/2=0.06<1.5, usar
Qmin=1.5 l/s
Caudal máximo tramo 4-3
Qmax.= H*Qmed.A.R.futuro
COEFICIENTE H
H=1+14/(4+(P)^.5)
H=1+14/(4+(92/1000)^.5)
H=4.25, usar 3.8
P=POBLACION MILES
1.8 <= H <= 3.8
Caudal máximo tramo 4-3
Qmax.= H*Qmed.A.R.futuro
Qmax= 3.8*0.24=0.91 < 1.5, usar 1.5
l/s
Qmax=1.5 l/s
CAUDAL DE INFILTRACION
TRAMO 4-3 TUBERIA DE HORMIGON ( H.S.
tramo 4-3)
Qinf= 0.614 lps x longitud
acumulada en KM tramo 4-3
Qinf.= 0.614*(99.51/1000)=0.06
CAUDALES DE DISEÑO
TRAMO 4-3
inf)5.1min(min. QlpsoQQdis
.infmaxmax. QQQdis
CAUDAL GENERADO POR
POBLACION
CAUDALES DE DISEÑO
TRAMO 4-3
SLQdis /56.106,05.1min.
SLQdis /56.106.05.1max.
CAUDAL GENERADO POR
POBLACION TRAMO 4-3
FUNCIONES
HIDRAULICAS
CAPACIDAD TUBERIA
CAUDAL GENERADO
POR TUBERIA
)).(34
34(
callelongLtramo
CotaCotaS
PENDIENTE TERRENO (Str)
TRAMO 4-3
okmts
mtsmtsS 004.0070.0)
51.99
95102(
83704 USAR PENDIENTE DE LA TUBERIA IGUAL QUE LA
DEL TERRENO ST=0.070
80.10020.11024)( HMINCOTAAtuboCOTA
COTA DE FONDO RG. INICIAL
HMIN.=1.20
LxSCotaACotaB
83.9307.051.9980.100 xCotaB
CAUDAL A TUBO
LLENO(Qlleno)tramo 4-3
35.20013.0/5^.070.0)2/1^
( N
Stb
CON β POR VALOR DEL CAUDAL DE LA
TABLA 14.1 COL.5 Q(LPS) PARA UN
DIAMETRO(φ)ESCOGIDO EN ESTE CASO
8”H.S
Stb=PENDIENTE TUBERIA
N=COEFICIENTE DE RUGOSIDAD
TUBERIA(TABLA 1.4)
Qlleno= β X QCOL.5(LPS)
Vlleno= β x Vcol.5(m/s)
Qlleno= β X QCOL.5(LPS)
Vlleno= β x Vcol.5(m/s)
Qlleno= 20.35 X 4.45=90.58
L/S,70%X90.58>Qdis.max(1.56 l/s), OK
Vlleno= 20.35 x 0.113=2.29M/S> 0.60 y
<3M/S, OK
CHEQUEO DE VELOCIDADES Y
DE PENDIENTES
017.058.90/56.1).min
(min Qlleno
Disq
CON αmin IR A LA TABLA
II Y OBTENER
vmin/Vlleno=0.29
Hallar Vmin= 0.29 x
2.29=0.66 m/s >0.30 0k
Hallar Vmax=α.max. x Vlleno
CHEQUEO DE VELOCIDADES Y
DE PENDIENTES
017.058.90/56.1).max
(.max Qlleno
Disq
CON α IR A LA TABLA II Y
OBTENER vmax/Vlleno
=0.29
Hallar Vmax=0.29 x 2.29
m/s=0.66 m/s >0.30 ok
VELOCIDADES MINIMAS
Vmin Tubo lleno=0.60m/s
Vmin Tubo parcialmente lleno=0.30m/s