il-WABASTECMIENTO,DEAGUAYREMOCIONDEAGUAS RESIDUATES

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INGENIERIA SANITARIA YDE AGUAS RESIDUATES

Con copflulos sobre onllsls de lnformocln y fcnlcos deAptmlzocln pd lvtyrcn Bernotd Flehg, prclesq oslttente dehpenlerfg y t/}otefltlo,os Aptbodos, Lttvct lcio,

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Veaar ruonzAol Er{ ErF foL oE u omlPuaucADA e iots cor el rmLo:WATB AND WASTEWATERENGINEERING. Vor"ure t: Ullrrra gppwAilo YVAsrEru rEa Berrcvn,O Jonr Wttev & Sors, |rc.

CotoaeooR Eil tA rADuccil:

RR totN:IO. ARMANDO PATIO OLIVARESttogtreRo oufico ot u Ulvenetoro Nr-coul Aurour ot Mxlco. CATEDnATFco oE lr{oEiltEnll e u UtryeRgrolo laeno-

' AMEFIcANA. loerreno cor{surron.Lr pReeq y DtspogqN EN @t{ruNTo t EABASTECIMIENTO DE AGUAS YREMOCIN DE AGUASRESIDUALES. Vot.rsot{ pRoptED oDEL euroR. Nrrcuu F rE oE8N OOR^ PI.COE E REPFODIJCIOA O TRANS-umu, tE^rIE rirGN sfsfEt o iEIEo, a-B-rff.{rco o rccr{co (rt,c.urao a rormm,r^ GAAlActa{ o cuAlf&tEn $raa DE EclJpE.R ct{ ylur cEil r.Eooenmrnc6r}, oncofsEmrErIo,p(n ESCEIO Ot_ EDffoF,DEnecrcs REEFUADos:

@ 19e6, EDITOR|ALLIMUSA, S.A cC.V.GBUPO NORIEGA EDITORESBrr.oenrs 95, Mxoo, D.F.

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I El agua al servicio de las ciudades2 Sistemas de aguas3 Sistemas de aguas residuales4 Anlisis de informacin5 Volmenes de aguas y aguas residuales6 Elementos de hidrologa7 Preeipitacin pluvial y escurrimiento8--

-AJmacenalBiento y control del escurrimiento9 [lujo de aguas subterrneasl0 Captacin de aguas subterrneas-,ll Captacin de aguas superficiales' 12 Trarsmisin de aguas-l3 Distribucin de aguasl+ Flujos de aguas residuales. ., -15 Captacin de aguas residualeb16 Maquinaria y equipo17 Tcnicas de optimizacinl8 Proyectos de ingeniera

Apndice

Bibliografa

Indice

11

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II,

El agua al sertsicio de las cittilailcs

l.l Una demanda social y de Ia ingenieraPearUe-lesUo ,,e.ryprc-q?"^Cern-

lcjar. Aun cuando por su naturaleza misma, gada.proyectn"do"aguas y aguasfciduales dehe .rpr. concebib-on' fep3- crcl,rsiva-srr.ejecucin -requiere pro-codimient, inf.ormacin_..: d"pcisin.pSi9as, as ipoy sPoyo tecnolgieo'que,sro pnreden.suainistrar,e delr organizacin de':tmrestructura gubern4meqtal y social altamente desaro-llada y. una comenidaindustdal-fusrle.y-di,yetgifipgda. En muchos de sustrpectos, por consiguiente, el factor de importancia no es tan slo la etrlpresade ingenieia, sino la madurez poltica, social e industrial.

,Ag--en-si.sfu-,e-s,P-e-cli!-9rtJi{gsonoempresajejncenisrf4-Ldegullo satisfactoi,o-"de-l,os-proyectoa--d-e aguas+- agras'-rssiduale-depeodg--deinformacin denosrfica,-hilolsica". Ceedsica-y-gealdsa"-gu.-gu-e.dar te-nerse al algq4.cg,_ gltpqida_a !f*y_l""Cg*dcadas-"de .edes.gp eb.mruaei_{,., .e-gistro y aq-l-ists istem,ticos, Adems, la composicin competitiva de Ios pro-yectos urbanos de aguas y a5as residuales, como solamente uno de los usosesenciales del agua, debe ser definida en forma legal, higinica, estticay econmica. Para salvaguardar el inters pblico, debe haber un control,as como una promocin de Ios trabajos esenciales a trav& de las autoridadesde salubridad pblica, comisiones de recursos hidrulicos, organizaciones deobras o servicios pblicos y agencias semipblicas o autocontroladas. Anms, debe existir el apoyo de instituciones docentes, de investig-acin y pro-fesionales profundamente interesadas en el avance de las ciencias y tecno-logas subyacentes. Tampoco deben subestimarse las contribuciones de losproyectistas y prcticos de habilidad imaginativa, los fabricantes responsablesde equipo para aguas y guas residuales, y de los superintendentes que man-tienen en funcionamiento los servicios de aguas y sus libros al corriente.

El captulo inicial de este libro ref.orzar el control de la calidad del agrra,poryue el inters en lo adecuado del agua, 8u seguridad, atractivo y utilidadeconmica, distingue al suministro de aguas y a Ia remocin de las iesidua-les. procedentes de otras obras hidrulicas para el desarrollo de los recursos

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CAPITULO 1,

/

12

hidrulicos. La confianza en la calidad, es producto de los estudios hidro-lgicos y de los diseos hidrulicos y estmcturales que sinen rle base y danforma a las obras de ingeniera necesarias, as como de la operaci6n de locsistemas terminados. Si Ia calidad del agua no se controlase en este sentido,las obras de abastecimiento de aguas y de evacuacin de las residuales falla-ran en su propsito. Si el control de Ia calidad se conerte en un objetivoprimordial, se dar significado a las palabras de Pndaro:l "la mejor detodas las cosas es eI agua''.

La planeacin, diseo, construccin y supervisin de los sistemas de aguasresiduales han sido por largo tiempo una responsabilidad de ingenieril ciles.f,a habilidad necesaria para el desarrollo de recursos hidrulicos es pabi-monio, en su mayor parte, de este grupo ms antiguo de practicantes de laingeniera.

No se descubri sino hasta mediados del siglo xx ni se confirmcientficarnente hasta fines de dicho sigfo, que el clera, Ia fiebre tifodeay otras irrfecciones entricas podan ser transmitidas mediante el agua, y quelas aguas negras contenan frecuentemente los agentes cusantes de las enfer-medades. Eventualrryente tambin las ciencias fsicas y naturalea en desarrollo,nrgiriercn formas para prevenir la trarsmibin de efermedades hdricas co-munes, estableciendo, por otra parte,la seguridad, sabor agradable y utilidadeconrrica del agua. Al mismo tiempo, se investig el comportamiento deIas aguas residuales que fluyen de las comunidades e industrias, y ello per-miti proteger los cuerpos'receptorqs de agua conha la contaminaciim y lapolucin.2, A tos ingenieros civiles con conocimientos sobre control de la calidad delagua se les llego a llamar ingenieros sanitarios; pero tambin sc les llam i-genieros dc salubridad pblica o de salubridad del medio atnbiente, especial-mente cuando estaban asignados a los departamentoE de salubridad pblicapara la administracin de programas de ingeniera que afectaban la saludy bienestar pblicos. El coqtrol de agr.ras, constituye tal programa.

NoBxrgnl sANrrARrA y DE AouAs RESIDUALES

l-2 Abastecimiento y evacuacin de aguas de las cmunidades ia- Las ciudades reciben agua l) para urcs potables\ y culinarios; 2) parz lavado y eza de ventanas, pare-( des y pisos; 4) para calefaccin de aire; 5) para riego/ d" para riego y lavado de calles; '7) pra llenado.de( pi, vadeo; 8) para exhibicin en fuentes y cascadas;' 9) hidrulica y de vapor; 10) para emplearla en nu-

merosos y variados procesos industriales; 1l ) pau.a proteccin de la vida y la

propiedad contra incendios Y 12)chler y potencialmente peligrosostriale. Para abastecer estos usos vlonecn el(5+7.debell unrario, relativamente econmicoh r"tirf""'t o sus mltiples propsitos. las obras de ingeniera nece!aIias sonlr hidrulicas o sistems de suministro de aguas y las de alcantarillado o sis-tcmas de evacuacin de aguas residuales.{. Las obras hidrulicas de sumi-

nirtro, la purifican, si es Las obrasa

"g',r". rerid.ral." colec

-aproxi-

rrimieno superficial procedente de tfundidos. Esto recibe el nombre de dmayora de los lugares nuevos, laslc envan de nuevo a cada uno'dhrillado de aguas negral y de drenajlr polucin de las corrientes dcdc agras negras y pluales. Esto

TJ': la masainrpor suminis

Ete uso mltiple de tas guas na el quecontrol estricto de su rradad.

La interdependencia entre el suministro de aguas y la evacuacin de las-roiduales

"r -, pronunciada c.o:rforme aLvarzala urbanizacin regional y la

oconoma g"rr".i y sanitaria. EI nexo enrre el abastecimiento de aguasy- l, .r".rcin ls residuales, es el sistema de tuberas de abasteci-iniento de agua y eliminacin de las residuales de los hog-ares, establecimientosconercialesi industrias. La recol :in de basuras sIidas es, a menudo, unacmpresa independiente. son excepciones la trituracin de los desperdiciosy ,u d"r""rg" a los drenajes y la operacin de incineradores de desperdicios enornbinaciln con las, plantas de iratamiento de aguas negras' La figura 1-1ilustra, desde. el p.rr de vista del propietario de casa, el progreso logrado

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BL .AGUA AL SERVICIO DE I.AS CTUDN)BS

1' 2 como la introdo empiadao empiada

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agu4 significa la introduccin a ella de ustancia que menosca8u4 sr8nlca la rntroduccrn a eua cle rustancral que menoschacen ofeniva a los sentidos do la vista, gusto-u olfato. La contarninacifn puc

14+ xoBr,nh sANrrARA

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Y DE AOUAS RE8DUALES

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e partir de las prcticas particulares de las poblaciones ruralis Para los ser-vicios comunales de l,os habitantes urbanos. Se indicar tambin los problemasrelacionados con el control de la calidad del agua.

1.3 Factores histicosComo fue acertadamente sugerido por Reginald Reynolds:4 "El sanea-

miento tiene su historia, su aryueologa, su literatura y su ciencia. La mayorparte de las religiones se interesan por 1, la sociologa lo incluye dentro de!u esfera y su estudio es imperativo en la tica social. Es necesario algnconocimiento de psicologa para comPrender su desarrollo y su retraso; erequiere un sentido esttico para lograr su apreciacin plena, [y] la economadetermina, en alto grado, su crecimiento y extensin. . . En efecto, quiendecida estudiar esta materia con un conocimiento digno de su magnitud,debe considerarla en todos sus aspectos y con. .. lujo de detalle".

La historia del abastecimiento y evacuacin de aguas empieza con el cre-cimiento de las capitales antiguas, o de los centros religiosos y comerciales.Construidas como obras de magnitud y complejidad considerables, sus restoslon monumentos a la slida, aun sorprendente, habilidad de los ingenidrosprimitivos. Los acueductos y drenaj"J d" lu antiga Roma y sus dominios,srcn especialmente notables.

Sin embargo, el control definitivo de la calidad del agua, como propsitoer de origen bastante reciente. Se inicia, tambin, con el crecimiento de lasciudades, en este caso, poblados industriales surgidos de Ia reolucin indus-trial acaecida en el siglo xrx. Los descubrimientos cientficos e inventos deingeniera de ese siglo y del anterior crearon industrias centralizadas a cuyoderredor se conglomer la gente en busca de empleo.e elev as el nivel-devida de un gran nmero de hombres; pero la falta de organizacin en lacomunidad cre rpidamente arrabales a travs de los cuales los jinetes apo-callpticos de la peste y Lr muerte cabalgaron sin freno. Los servicios comuna-ler de las proliferantes ciudades industriales fueron sobrecargados con rapidez.No pudieion satisfacerse las necesidades de una distribucfun rbundante deagra potable y de la evacuacin efectiva de los detritus humanos y otrosdesperdicios. Se capt agua de ros poluidos o de pozos de escasa profun-didad en secciones populosas de la

.comunidad y se distribuy a los patiosmediante depsitos reguladores en das alternos. "El esfuerzo para obtenerlacra tan grande que los habitantes de los patios la empleaban rinicamente y

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EL AGUA AL SERVICIO DE LAS CIUDADES

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Fig' l'l' Abastccimicnto dc agua y cvacuacin de aguas residuares en corunidaderurales y urbanas.

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a Rcginald Reynolds, Cloliess and Godlhtss, George .dllen y lJnwin, Londrcs,1943, p. 4.cxltencia de-nuevc acueducts abasteciendo agu a Roma, de-longitud-variablcl0 m de 50 millas (16.09 Km. a 80.45 frm.) y seccin tranersal desde50 pierz (0.65--a a.5 m.]) Clem_enss Herschetl (1842-1930), ingeniero hidru

6 Sextus Julius Frontinus, comisionado de aguas de Roma, 97 r.c.. report Iatencia de nuevc acueductos abasteciendo agua a Roma, de lonsitud variablc de

50 pierz (0.65 a 4.65 m.2) Clemenss Herschetl (1842-1930), inln_ventor (medidor Venturi) y traductor de manuscritos clsios IWalu S4ply ol thc City'oi Ronc, Longmans, Green y Co. NrWatu S4ply ol

-thc City'-oi _Ro-nc, Lon_gmans, Green y Co. Nueva york, l9t3),c-tim Ia capac-idad sumada de los acueductos en 84 mgd. (221.9 mld.).'El gra;drtnrje, conocido como la cloaca mxima v construido pa diena. el For Romno.aG encuentra an en servicio.

) millas (16.09 Km. a 80.45 frm.) y seccin transversal desde 7 aa 4.65 m.2) Clemenss Herschell (1842-1930), inseniero hidrulico

como la.cloaca m*im y construido para dienar el Foro Romno,

2-1930), ingeniero hidrulicos clsicos (Frontinus. ad ,hc

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16 xoBERA sANrrARrA y DE AouAs BEsTDUALEsen cb extremo, para usos que consideraban de necesidad absoluta, talescomo cocinar; rarmente disponan de gran ealdad para sus vestidos o uaseo personal".6

Aunque las ciudades estueron provistas de istemas de drenaje durantesiglos, aqullos fueron construidos para conducir el escurrimiento de aguasde tormentas, y la descarga en los drenajes de los'desechos fecales y de otraclase eshvo prohibida hasta bien entrado el.siglo xx.'Antes de esa pocael uso de los drenajes existentes, fue slo clandestino,T pues estaban desti-nados a la evacuacin de desperdicios. Hasta que el alcantaillado sanitariose trarsform en rn sistema aceptado de limpieza municipal, "muchoshbgares pobres estaban situados alrededor de estrechos patios que no te-nan ms comunicacin a la calle principal que un angosto pasadizo cu-bierto. En estos patioi haba varios ocupanieq cada ,uro d los cales acrmu-laba una pila de desperdicios. En algunos casos, estas pilas eran amontonadas,por separado, en el patio, en medio del cual haba un receptculo generalpara drenaje.'En otros casos se cavaba una fosa en el dentro del patio, parauso general de los ocupantes. A veces, la totalidad de los patios se encon-traba cubierta de inmundicias hasta las puertas misras de las casas".8

En todas las grandes ciudades del mundo, mucha gente va en staosy bodegas. "En gran nmero de casos, las bvedas y letrinas se encontrabara,un nivel igr"l q superior s-frecuentemenGse infiltraban hacia los apar Las letrinas mirmas, eran frecuentemente I sin ventilacin otaPas".9

obras de drenaje de la mayora de las reas metropolitanas siguieron esteesguema, aunque sus ductosgrar recin construido. Se justifica que los dre-najes pluviales originales feran construidos para descargar en cercanos ros,lagos o estuarios de marea. Sin mbargo, cuando se vertieron tambin en estosdrenajes desechos domsticos, frecuentemente se sobrecarg su capacidad re-ceptora de materi orgrnica. De ite modo las incomodidades ta feliznenteeliminadas de las habitaciones mediante el arrastre con aguas de materialesrL' ,icsecho, se transfirieron a las corrientes acuticas de l regin. Primera-

cl tiempo parado reernplaza al tiempo prcsntc del original),

EL AGUA AL SERVICIO DE LAS OTUDN)E 17

entc las msas Pequeas de ag.ra y despus las mayoreg emPczaror e,,hervir y a fermentar bajo un soi ardiente, en. una vasta cloaca tb*"r-lo

rl.

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y'.;,";i"ri.; ;i;";;;"" extensos fueron rpid"a v frecugnlemente envuel-.^.

-- ',-. amcfeir de hedor intenso. capaz de impedir el sueo, austafL.

"r, ,rr,, etrnsfera de hedor intenso, capaz de irilpedir el sueo, usta

ro William Budd,, Tylhoid F9-o1t, 1873, relativa a la condicin del ro Tmesisdurant. Ior m"t"t ca.r.r- de 1858 y

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'* ";tr;1;';;ii;; 't.; li.i.rir, at comentsr sobre lo'am:bales de Lon-drc en un mitin pfrbli"o'ei'i36; dti; A nUi. de mucho lusarer en Londresno upcrado .r, l" ."rr-rri""i" d" t'"'i"l y 9n su abatrdono' por- los lugares viej.s;?;ff;;;; r"Ip".u.ii' *;,;' 6;i9 i c or c s *obi''' ntiguor en Europa".ls El es l. r,o,

"rrtori"-;;-lia'R;i;r.frlm-the Poor Lau.commissionet

onirl"ii i;-; li;b*";;r,y"c7liii,'-'i'in, Lzbourittg' Popvtation oi Geat" "

ii" XI?!!' ue E st i s h s aait ary rasrilu rozs'( rb6b ) .1 Shattuck rrr" .r pl;iii

""tJi.f- nig-t' of th sanity commission ol

Mdssachuttts trs5O) q,r'J"ii"[ii"ll!--J;:t"'d"'a Ia creaci del Consejo de

H#ffiltfiFf#Hf#*'iii"ir l'ii-i iiaosl. Las revelaciones de estt';"y Mc-tpdtta" de salud (1866)'

l8 TNcENTERA sANfrARra y DE ^ouAs

REsTDUALEs

ygstig6- la fiebre foidea, su naturaleza, su forma de propagacin y suprevencln.

Entre los ingenieros, Janes Simpson,l6 en 1829, construy filtros deconsidrabfe tamao para la Chelsea Water Compan con objeto de mejo-rar su suministro del ro Tmesis; Sir Robertintendente del Consejo General de Salubridadpara las obras sanitarias en lz zaa industrialBazalgette inici el drenaje principal de Londres en 1850; y John Roe

tarillado para Brooklyn, N. Y.; J"or"r P. Kirkwood, en 1871, construy losprimeros.filtros de magnitud apreciable en Poughkeepsie, . Y.; e HiramF. i\trills, en 1886, como ingeniero miembro del Consejo de Sanidad deMassachusetfs, dio direccin'a su recientemente formal divisin de inge-niera e hizo que su trabaio fuese sustentado y desarrollado por los inves-gadores saritarios de la Estacin Experimenpl del Consejo en Lawrence.

Se citar posteriorrrente en esta obra, otros desarrollos hitricos del su-ministro de aguas y evacuacin de aguas residuales en oexin con lostemas tratados individualmente.

l-4 a,ncaniento del abastccimiento de agua' Para llirar los requerimientos modernos de calidad, los abastecimientos

deben ser saludables y de buen sabor, atributos que van entrelazados. Si elagua no atrae l los sertidos de la vista, glsto y olfato

-si disgrrsta al con-sumidor- la gente la evitar y beber cantidades insficientes para' satis-facer ls necesidades fisiolgicas, o bien reburrir a aguar agrdables a lossentidos, per,o posiblemente imptable$

Paa ser saludab!, el gua debe estar libre de organisrnos causantes deefermedades, sustancias venenosas / c4ntidadFg excesivag'de materia mi-neral y orgnica. Pala tener un sabor agradable, debe caecer en espec.ialde colgr, turbidez, sabor y olori poseer una temperatura moderada enverano e inerno.y estar bien aireada. (Vase vol. 2, cap. 1$ de este libro).l-5 Cntrol dc la calidad del agua

El control de la calidad del agua interviene * t* hs fases de laadministracin tcnica de las obras hidrulicas. Se inicia con la prepara-cin, supervisin y mantenimiento de. Ias iireas de captacin de lai futntesabastecedoras; continria a travs de los ductos, plantas de purificacin y sis-temas de distribucin; y alcaru;a hasta los accesorios domsticos y equiposde mgnufactura a los que se suministra el agua. Cada seccio de las obras

,/'16 El primer filtro dc agua fue, en realidad, contruido cn 180{ por John Gibb

cn Pairley, Ecoci.

EL AGUA AL SERVICIO DE'LAS CIUDN)ES

ene sus problemas de control propios; para todas ellas, el precio dercguridad es una vigilancia permanente.

Fuente de abastecimiento. lln agua lirrrpia, por naturaleza, provienecxclusivamente de una fuente o cuenca limpia. Por consiguiente, los diri-gcntes de obras hidrtlicas deben conocer prbfundamente el rea de cap-tacin de su abstecimiento, as como si existen cTientes y lagos extensosu obras subteirneas de suministro, con alcance de'la cuenca, hasta dis-tancias considerables de l fuente. Las cuencas debern visitarse en todaslns estaciones del ao y bajo todas las condiciones de clima

-durante veranoc invierno, durante sequas y avenidas. Solamente en esta forma puedendescubrirse y coniugarse los peligros ocultos o inciertos a la calidad delagua. Puede hacerse mucho mediante el saneamiento del rea de captacin,drenaje de pantanos, prevencin de la erosin del suelo, reforestacin y des-forcstacin, pnicticas agrcolas apropiadas (arado en contorno), uso meto-tlizado de insecticidas, preparacin conveniente de los lugares para depsitotntes de llenarlos, control de las plantas acuticas y el plankton (algas)ui como los cambios en las profundidades de la aspiracin. Otras facetastlcl problema son Ia regulacin y supervisin de actividades recreavat comocarnpar, comer en el campo, nadar, emar y pes&rr

-as como Ia explo.tacin forestal y de hielo. Puede constituir una gran responsabilidad lalroteccin de la fuente de abastecimiento durante la construccin, adicio'ncs y reparaciones.

Purificacin" Las plantas modernas de purificacin pueden construir.o en gran variedad para satisfacer las necesidades y deseos de la comunidad,lndependientemente de Ia calidad del agua cruda, pueden producirse efluen.tes con la seguridad, claridad y composicin qumica deseadas mediante m-todos adecuados de trata^siento. Sin embargo, los ingenieros deben recordarricmpre que el hombre es fundamentalmente afn al agua que ha sido des-tilada por el sol. C,omo an existen incertidrmbcs sobre los posibles efectosadversos di los poluyentes, ser una medida sabia buscar agua naturalrentelimpia, siempre que sea practicable, y mantenerla Iimpia para el consumohumano. Las consideraciones econmicas debern ser secundarias a los re-querimientos higinicos y estticos.

Todas las aguas superficiales y muchas de las subterrineas debern des-infectarse, aun cuando parezcan ser limpias y presumiblemente seguras, yarca en su estado natural o despus de su tratamiento. Sin embargq estaobligacin no implica el suministro de una solucin diluida de desinfectarteal consumidor, hasta en la lltima llave del sistema de distribucin.

Transmisin y distribucin. Las estructuras de mampostera y metalque transportan el agua a las comunidades y corumidores pueden ser ata-cadas por el agua que conducen y, a su vez, cambiar zu calidad. Acorde-tnente, ser

-fle la responsabilidad y autoridad de los diseadores ajustarl

20 rNcENERiA sANrrARA y DE AcuAs RESTDUALEs

lln, lor abastecedores de agua debern tener el derecho de regtrlar e inspec-clonar las tuberas en las propiedades prvadas o de cooperar con otra,tutoridades debidamente facultadas para hacerlo.

En sistemas de plomera mal reglados o .ry cirodos, Ia presin puededkninuir tanto, gue los accesorios elevaflos (en pisos superiores) quedan sinlua cuando se ionsume sta rpidamente en la parte inferior. El vaco opruin negativa resultanie puede entonces succignar ,agua contaminada Ipoluida de los accesorios no protegidos contr4 flujo invnerso (vase fig. 1-2),'lLmbin pueden crearse presiones negativas (inferiores a la atmosfrica),ourndo las tuberas principales de la calle se rompen o se vacan rpidamenteptra inspeccin y reparaciones, o bien cuando se bombea agua de loe hi;dmntes con gastos excesivamente altos durante la excitacin ccasionada porl lucha contra los incendios. Para prevenir esta clase de vaco, que puedepfoducir colapsos de los calentadores de agua, se instalan en ocasionesqtlvulas de retencin en los sistemas de distribucin at final de las tuberasde rervicio, despus de los medidores de agua, a un lado del edificio (fig.2.t l)r ' ,

Los contenidos residuales de cloro o amonio-cloro mantienen bajos Ioscrecimientos bacterianos en los sistemas de distribucin y por ello implicanuna seguridad, pero es muy poco probable que los residuos norrnalmentecmpleados puedan neutralizar cantidades fuertes de polucin descargadasrl itema desde'adentro. En el meior de loo casos, dichos residuos sirvencomo "detectores mviles" de seguridad. Su desaparicin debe mantenerh:rtas'a las autoridades contra posibles peligros.

t.6 aneamiento de Ia descarga de aguas residualesSe ha mencioaado anteriormente que tanto el abastecimiento de agrras

como la descarga de las residuales son bienes comunales interrelacionadss,8in embargo, la seguridad y el sabor agradable de su suministro entraan

.rolamente la preocupacin e inters de la comunidad servida; la evacuacinmnitaria de sus aguas residuales es un ejercicio de maduro altruismo y unaolicitud para obtner la seguridad y confort de los dems. A causa de estadlferencia, ha sido necesario, generalmente, reforzar el saneamiento de lasnasas acuticas receptoras a travs de las funciones judiciales, as comolegislativas, concejales y reguladoras del gobierno.

Para satisfacer los requeriinientos de la preservacin de la calidad deltgua, los sistemas de evacuacin de aguas residuales deben realizar dosfunciones: 1) una coleccin confiable e inofensiva de Ias materias de de-rccho y 2) una evacuacin segura de las aguas residuales adecuadamentetratdas a las corrientes receptoras o a la tierra. De otra manera, comoucedi en las obras antiguas de drenaje, el sistema colector simplementetranfiere los peligros y molestias longitudinalmente desde las irmediacionesdc la habitaciones y establecimientos industriales a los canales regionalesle drena'do. En contraste, los escurrimientos pluales y de la fusin del

EL AcuA AL sERvIcIo DE LAs cIDADES

, Posible fluio aAspracn ntellt 'conttacrriente

l{lvel de la callc

Fig. l-2. contraflujo y peligros cornures dcl contraftujo cn hbitacionc.

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Tubcrla principrl dc l

27

.b.!to ! loaccesorlos'

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hielo y de la nieve crean relativ+mente pocos riesgos sanitarios cuando secolectan en sistemas de drenaje estrictamente separados.

l-7 Propiedades objetables de las aguas residualegGran parte de nuestro inters n la evacuacin de las aguas residuales

proviene del aviso inherente de nuestros sentidos sobre el hechb de que ladegradacin significa peligro; y as puede ser paxa los alimentos. Sin em-bargo, los olors de las materias del drenaje y residuos industriales en des-composicin, anteriormente llamados gases de alcantarillado y supuestanenteenemigos del hombre, no producen infecciones, aun cuando algunas ema-

-naciones de los colectoes y tanques de aguas negras son txicos. ,El cidosulfhdrico, uno de los muchos productos olorosos de la descomposicinanaerobia de las aguas negras, es ejemplo de un gas txico. Debido,a quetanto los gases inflamables como txicos, incluyendo gas para alumbrado,procedente de las tuberas principales, pueden introducirse en los registros,colectores y estructuras subterrneas de los accesorios, los trabajadores quedescienden a ellos debern incluir, en su rutina de operacin, las precau-ciones razonables contra la asfixia, en ausencia del ogeno necesario, ascomo contra envenenamiento y explosin.

Es probable que todas las categoras de agentes infecciosos o de parsitosde enfermedades humanas hayan sido introducidas a las aguas negras en unou otro tiempo. Ya sea que los organismos procedan del tracto intestinal ourinario, del sistema respiratorio o de la superficie externa de su cuerpo,los hbitos del hombre cilizado son tales que sus excreciones, secrecionesy abluciones son vertidas a Ios sistemas de alcantarillado. Sin embargo, elnmero de enfermedades con transmisin amplia a travs de las aguas ne-grls es relativamente pequeo. f,os modos de transmisin y las rutas deinfeccin son ordinariamente bien definidos, aunque a menudo se desvanconsiderablemente.

Aun cuando la apariencia desagradable de las aguas negrzrs y los de-sechos industriales no tiene un significado higinico directo, es objetable ydeber ser tomada en consideracin en el diseo y operacin de los sistemasde evacuacin de aguas residuales. El aspecto ofensivo es particularmenteimportante cuando interfiere el goce recreativo o esttico de los ros, lagosy estuarios, porque se erten materias de desecho en ellos.1-B Control de la caiidad de las aguas residuales

El manejo sanitario de las aguas residuales interviene en cada fase dela evacuacin tcnica de aqullas. Se inicia donde termina el suministrode agtras, en los accesorios o equiros a travs de los que las aguas r-esidualesson vertidas a los colectores, contina con el sistena de alcantarillado atrav& de las plantas de tratamiento y termina solanente hasta que lascorrientes u otras masas receptoras de aguas han sido retornadrs a su purezadeseada o se han perdido en el ocano.

Adens de la transmisin de enfermedades, la polucin'de las agrras

INGENIERA SANITAzuA Y DE AGUAS RESTDUALES

receptoras puede causar 1) deterioracin fsica, -qumica Uiot{Si9a de t9r

"Ut .i*J"tos de agua, ahearios, bancos otrColas y abastqciniJntos de

hielo; 2) condiciones-ofensivas a la vista y al olfato; 3) destruccin de pecq"o*.rti", y de otras

formas valiosas de da acuca; 4) enriquecimiento"i

"o"t""io nutritivo de estanques y lagos (eutroficacin) conducente a

i. a.gr.a""in'y muerte eventual de tales-cuerpos recePtores de agua; yS) o#o,

-*or""bot del goce y uidad de las aguas naturales Para ecrea-cin, agricultura, comercio e industria-

Captacin. Dentro del sistema de drenes ra^males que comPonen lo.rqrr"r[^ ,rrbterrneos de limpieza urbanq las materias de desecho deber:fluir ccntinua y rpidamente al punto de evacuacin. El sistema deber serautolimpiante,'autorrentilante, resistente a la congelacin-e hjdrulicarnentehermtito. Dr.rtro de los ediiicios de todas clases, no debern escapar airei*p"r.

"f quido del drenaje por los drenes y ventilas de loa pistemas de

plo^mera. Tampoco debern .Jr*rrttut albergtre o rutas convenientes airavs de ellos las carPas u otras plagas'

rrr", d.e la introduccin de 5"ntar preformadas, muchos alcantarilladosde barro y mafipostera peran dgo e quido en el suelo circ-undante yreciba ago de gua subierrn"". rbot intercambios son inconvenientes'

Su eliminacin o control es econmicarnente justificable, -especialmente"rr*o las fugas hacia el exterior Ponen

en peligro -al suministro

de -aguas

o la infiltracin hacia el interior *U."""tgJ lo colectoret. ?t, modernos,""rcriAo para hrbera de alcantarillado y los mtodos de colocacin as/-g,r."n heretismo en situaciones peligrosas; los drenes infgriores dejadosZr, ,u l,rga. despus de la construcin reducen la percolacin,, pero ,puedenpoluir la-s corrientes de agua donde se erten'

Eusistegrascombinadosdealcantarillado,existelaposibilidaddeque"c"Pealgodeaguasnegrasyresiduosindustrialesconelescurrinientopi;; ,i."rr di los derra-it para_tgras pluwiales. Aur cuando las can-'tid.d., as liberadas raramente ixceden del 5% del flujo anual de aguas;";;f ;".iduos industriales, cuando los interceptores estn diseados para..ia*, el flujo mximo en tiempo de sequas (cercano al.doble del pro'medio del fluj en tiempo seco), la polucin y contaminacin provocadasen las aguas recePtoras y ptayas'Uatnearios pueden se iu-e1f,s' Esta es unaimportaite razr de p"r

-q" hs_ autoridades de salubridad prefieren los

rr,uo separados sott" los combinados. Otra de las razones es que losresumideros a menudo cran mosquitos. alguno de ellos vectores posiblesde infecciones por rus como el .tgr" y1a fiebre amailla e infeccioneDrotozoarias *-, .i puludismo y ta litarlasis. Tanbin intervienen coni-";;;""t hidrulicas'v econmicas en la seleccin del sistema'*;;;;;.-1""

cuando las plantas modernas de tratamiento deaguasresidualespuedensatisfacerlamayoradelosrequerimientosdefun-cionaniento.rp""ifioa"t, i",t*i*"i* ral de, los procso-s es un asunto der,igi.o", estti y *oooiri". Brsicanentg s ptantas de tratamiento de

"ii, ria"ales ebern integrarse dentro de los planes generales Parl un3

EL ACUA AL SERVICTO DE I,AS CUDADES 23

2+ INGENTERil sANrrARrA y DE AouAs REsTDUALEs

:ftiLtcasi nunaene el trataminto que ser ta.n c

- efluente seaprodme en calidad al agua potable. :

Chadwick advirti g..:i descargar las aguas negru al suelo implicausal sYs constituyentes fetilizantes.rz sin emb-argo, la" dispersin ccin finesagrcolas de las aguas negras o depresenb muchos peligros sanitarios

- Las dguas negrul son especialrrtentecursiguiente, un vlor principal eabastecerse mlls econmicamete dcompleto, pero seguro, de los desedesafo-y un problema que aguarda una mejor sorucin que ra ha[adahasta alrora.

Evacuacin. En ausencia de un consumo total por irrigacin, ras aguasresidueles alcanzarn eventualmente ros canaler r.gil".to ;; r"r,"ao. e,rn

naturales recibe el nombre de evacua_era dispersin fsica de las mterias

de los organismos vivos en volmenesrovechamiento de importantes poderes

,tentes en las aguas rrceptoras. Estos semanifiestan por s mismos.como degradacin bioigica y Lt"uitir."in desustancias orgnicas de desecho y *rr spatgenos muertos, tanto dentro de lassitos de fondocicnes favorabl ente contarhinadas retornari a Ia nor_malidad de las ales de l Naturaleza.ls

La carga polutiva de l3s. gu"s receptoras est circunscrita -en un sen-tido de ingeniera--a'su capacidad de autopurificacin. En una economa

natural balanceadq el tratamiento de aguas residuales y Ia autopurificacinse combinan en forma ptima, paa preservar ra utilida de hs aiuas rceptoras- Las agri subrcrnneas timbin se purifican a s mismas. ias,fuerzas

bauras rrocturnas de pars(en Los .Miserablct) hace

esas pilas de desperdicioschos retirados de las calle

-por- Samuel Taylor Coleridgede siglo xv: ,,iI bien sabionme, ninfar, .qu divino podcr

ilI

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iriltlii

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n, .roui AL sERvrcro DE LAs cruDADEs 25en accin, aun cuando similarercn de difer,entc intensidad. Lade fini textura, pero porosas,derosos.

t-g Logros de la ingeniea :

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"

'r)

Cun aceptada es el agrra de buena calidad por las corrnidades cuandohan carecido de ella por largo.tiempo, queda ilrstrado por. la eelebracinen Boston Common cuando se trajo un nuevo abastecimiento de agua dellago Cochituate en 1848. Para este evento James Russell Lowell, compusoun poema en la forma siguiente: "Mi. nombre es Agua: Yo he venidoaceleradamente, a travs de carninos extrao, camings oscuros no utiliza-dos anteriormente, por el deseo puro de brindar amistad, embajadora deCochinate: l enva cuatro pesentes reales por rr conducto, larga vida,ralud, pae y pvez.a'i.

En una alabanza similar, Stobartle ha dicho del drenaje domstico "Noexiste otrcf signo ms real de cultura y civilizacin que un buen saneamiento.Va acompaado de los sentidos refinados y de los hbitos ordenados. Unbuen drenaje implica tanto como una estatua bella. Y debe recordarse queel mundo recuper el nivel minoano2o de limpieza cuando se produjo elgran movimiento anitario a ,fines del siglo xrx".

Desafortunadamente no existe una medida sencilla para evaluar el con-fort y bienestar humanos, mientras que las enfermedades y muertes sonregistrables en nmeros, aun cuando los reportes de enfermedades son rara-mente completos, y los diagnsticos, a menudo inciertos, excepto durante lasepidemias. Los ndices de morbilidad (casos) y mortalidad (muertes) se ex-presan comnmente como el nmero anual de casos o muertes por una en-fermedad especfica, dentro de una regin o comunidad dada por cada100,000 habitantes. La relacin de muertes a casos es Ia fatalidad de casos.En el control de la calidad de las aguas son de inters no solo estos ndicesanuales sino tambin los brotes de enfermedades hdricas y sus causas (vol-2, cap. 19). :l-10 Ejemplos

Los logros del control de Ia calidad del agua tienen el ejemplo msrotable en el abastecimiento, para el cual Ia causa y el efecto son normal-mente muy claros. Para Ias aguas residuales esto no es as porque no puedenexistir agrras'de desecho si no hay suministro y los resultados obtenidos enlas aguas del drenaje se enmascaran por los resultados del agua de abasto.Pa,ra tner efectos discernibles, debemos ob,serrar, los registros de enferme-

:ip (revisado por F. N. Pryce), Ap-

o : f""l?ol".i:"1d,:t#ihl'i,ff;mcdiante agua dc lluvia y drenes de arcilla cocida.

t

26 INcENIERA SANITARIA Y DE AGUAs REsIDUALEs

Un ejemplo de lo que puede obtenerse me y ma-nejo inteligente de los abastecimientos pblico Com-nonwealth de Massachussets. En este Estado, in de

Tabl l-1., La fiebe tifodca y cl tanao y tipo dc c.huid.dMobilidad : casos por !00,000 habitantes

Tamao o tipo ruralMorbilidad 52Ta,mao 5,000-10,000Morbili. dad 165ingeniera en 1886 (sec. l-3) "para proteger la pureza de las aguas terres-tres". Entre sus lognos estuvo'un aumento de los nrministros pblicos, juntocon la notable reduccin en fiebre tifoidea, que se ilustra en la fig. 1-3.

500-1,000 1,0012,500 2,500-5,000443 307 [8010,000-25,000 >25,000118 63

C'c,C'cto0oo:'E40oo

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lhbc hacerse la siguiente observacin de inters para los pases en desa-Dllo: la introduccin de abastecimientos de agua impone la responsabilidadPUllarmente fuerte sobre las autoridades de supervisar estricta y efectiva-lnto ls calidad del agua. De otra manera, el agua potable puede transfor-llllro cn el medio diseminante de infecciones entricas durante las epidemiasan 8nn cscala, como las ocurridas en Norteamrica durante la segunda mi-lrd del riglo:ax.

E tambin importante, notar que las epidemias de infecciones entricas,00mo la fiebre tifoidea, dejan un nmero grande de portadores crnicos enlu otela. De la experiencia norteamericana, debemos deducir que una olaoGr:cnte de enfermedades hdricas debi preceder al punto mximo de lafpldcmia de fiebre tifoidea y su subsecuente reduccin a travs de un cui-drdorc manejo de los suministros pblicos de agua durante Ia primera mitaddll riglo xx.

EL AGUA AL SERVICIO DE LAS CIUDADES

eon abastecimientos pblicos de agua

Fig. l-3. Rcduccia dc la ficbc tifoidca acompaada de la prdifcraci6n dc atstccinientos pblicos de agua e cl Commonwelth dc Massachusscs (Dc Whig|lc7t Honoood).

21 C. N, Leach y K. F. Mxcy, The Relative Incidence of Typhoid Fever inCities,

_To*'4s and Cburrtry Districi of a Southern State, Ptblic Hiatlh Dcpt. 4l ,705 (1926).

.a0ooEqo.9IeoEgEoooEoEooE

o!aoAt9l0

Allos

27

rJ 100r940

Shtemos de aguas

l.t Garactersticas generalesCada seccin de este captulo ofrece, en cierto sentido, una exposicin

pttvia de las materias examinadas con amplitud en las partes ilbsecuentesdc ete tratado en donde se estudiar como tpicos aislados para aprenderselctalladamente. En cambio, en'esta seccin, las materias aparecen en se-euercia como partes del tod

30 INCENIERil SANITARIA Y DE AGUAS RESIDUALB

,,

----- --.__Ol.lner dvsoria/' \ )'-.,

Obr.s d.c.pl.cin

lnsl.lhnr3 d.!ruirclcin

0bn3 dGdi3lrbcn

-f^ . .. t-m[a:(?.588 tmr)' PreclDt 40 pul8 Dor ro (1 16 mE I,i flrjo " 20 pulg 9or ro (508 mm.r

'

i. c 20 putg por ao (5Og mm.)'.. 348 mg. por !o pcr millr (S0g

Rendim.nlo

Fig, 2-t. Rclacioncs entrc prccipitacin pluvial, escurriricnto, almaccnamicnto y' dcmanda en el desarrollo dc bastecimientos supcrficiales.

i

sumo se expresa normalmente como el uso medio anual en galones porda (lppd) y las desviacionesdan como porcentajes de la

es grande: de 35 600 gppdnte con las demandas indus-

nes serias, sin que falte el abastecimiento de los consumos coincidentes m-ximos domsticos e industriales. Las demandas por incendio varan con eltamao y valor de las propiedades que van a protegerse y son, normalmente,una funcin del tamairo bruto de la comunidad. El sistema de distribucinque abastece cl distrito de valor elevado de una ciudad norteamericanapromedio con 100,000 habitantes, por ejemplo, debe tener un exceso encapacidad de reseroa para i.ncendio igual, por s solo, a la relacin delconsumo promedio. Para cornunidades norteamericanas pequeas o mayores.

DrprtoDrcss

ml por ao por km')-952,000 89d por m;ta (:. 390Itld 9or lm)

Tubcrl

fubcrl

Emb!ls?

h'orpacldad de reserva disminuye o aumenta, dentro de ciertos lmites, msO onos, en proporcin a Ia raz cuadrada de Ia poblacin.

t*, t Fuentes de abastecimiento

^, Lt fuente de agua determina, comnmente, la naturaleza de las obras.

ft colcccin, purificacin, conduccin y distribucin, Las fuentes comunes.! eguas dulces y su desarrollo son:

Pobhcn.500.mOCon!umo o t.sto-ll0 Sppd.(567.15 ttlpd

-7S md (218.9 mtVd

Morlcprlid.rl

- SISTEMAS DE AGUAS

t.

;r50 rpd Dor i[.r(14).6 ltld Er lnr-79% dcl csurinicnto

anrl mldb

Agua de lluvia.la) De los techados, almacenada en cisternas, para abastecimien-.

tos individuales reducidos.b ) De cuencas mayores preparadas, o colectores, almacenada en-

depsitos, para suministrs comunales grandes.Agr.ra superficial.a) De corrientes, estanques naturales, y lagos de tamao suficien-.

te, mediante toma continua,b)'De corrientes con fluio adecuado de crecientes, mediante toma

intermitente, temporal o selectiva de las aguas de avenida lim-pias y su almacenamiento en depsitos adyacentes a las corrien-.tes o fcilrnente accesibles a ellas.

c) De corrientes con flujos bajos en tiempo de sequa, pero consuficiente descarga anual, mediante toma continua dll aha-cenamient consumo cliariq hechoen uno o iante presas construidas.a lo largo

Agua subterrnea.a) De manantiales naturales.bi) De pozos.c') De galeras filtrantes, estanques o embalses.d) De pozos, galeras y, posiblemente manantiales, con caudales,

aguas provenien espar-perficie del terr idas as de carga, o 3) pozos

e) De pozos o galeras cuyo flujo se mantiene constante al retornaral suelo las aguas previamente extradas de la rnisrna fuente yque. han sido usadas para enfriamieto o propsitos similares.

3l

3.

A bordo de los barcos y e. las tierras ridas, en donde el agrra dulceno re encuentra en disponibilidad inmediata, el agua salada o salobre pue-dc tener que ser suministrada para todos los usos, excepto los culinarils ylor potables. Los barcos normalmente Ilevan agr.ra potabie en tanques, perol mcnudo tambin producen agua dulce por evaporacin del ugri d* *ur.

r Hblando ertrictamente, el agua de ltuvia se colecta como escurrimiento su-porficiel.

32 INGBNIERA SANITABIA Y DE AGUAs RE,sIDUALEs

Cuando no hay agua dulce para abastecer a la comunidad, aqulla se trans-pofia por carretera, rcr ferrocarril o por va plual, o se produce totaf oparcialmente por desalinizacin de agua salada o salobre. Las aguas me-dianamente salinas se desalinizar ms econmicarnente por electrodilisis;las fuertemente salinas por evaporacin y condensacin.

Los suministros municipales pueden provenir de rns de una fuentgconbinrindose ordinariamente los rendimients de las futtes disponibleartes de hacer su distribucin. En Nortemrica son pco comunes los su-ministros pblicos duales de diferente calidad. Sin embargo, existen; porejemplo: un abastecimiento de alto grado, para uso! municipales generales

- y un suministro de caliddd inferior para usos indutriales especficos o paraextincin de incendios. A menos que pl abastecimiento de baja calidad(no potable) sea rigurosamente desinfectado, su estenqia es sta con re-celo por las autoridades sanitarias, porgue puede ser interconectador2 condolo o sin 1, al suministro de alto grado (potable):

v 2-4. Agua de lluviaLa llua es raramente la fuente inmediata de abastecimientos Iocales

intermitente del ag.ra de lluvia en una fuente de suministro continuo. Paraservicio municipal, generalmente debern agregarse vertientes o colectoressituados en suelo naturalmente imperrneable o impermdabillzado con recu-brimiento, cementado, pavimentacin u otrs medios'limilares.

El rendimiento bruto de aguas pluviales es proporcional el r'ea receptoray a la cantidad de la pregipitacin. Sin embarg, pdite del agua es arras-tmda por el viento-kcia fuera de los tejados y'algrma e:evapora o sepierde humedeciendo Jas'superficies y los ductos colectores, as como enllenar depresiones y ctrales inclinados imp,ropiamente. Tambin, en ocasio-nes, debe desperdiciarre la primera'corriente de agra porqre contiene polvo,desechos de pjaros y otras sustancias indeseables. L prdida total puedeser alta. IJna comuerta desviadora o deflectora colocada en eI ducto debajada permite Ia diversin selectiva del agua no deseada en el sistema.Los filtros de aena permiten limpiar el agua a su entrda a Ia cisterna ypreenen su deteioracin debida a crecimieto de organimos ofensivos ya los cambios consecuentes en sabor, olor y a otras alteraciones en su apa-riencia y buen gusto.

2 Una interconexin es una unin entre sistemas de suminlstro de aguas a travsde la cual puede entrar agua de fuentca dudosa o inrcguras a un abastecimientogue, de otra manera, sera seguro.

,3 Un ejemplo notable es el suministro de Berruda, donde no hy conientesy l agua subterrnea en las formaciones de coral, es alobre,

i, El almacenamiento proporcionado por las cisternas depende de la dis'llein de las llgvias, varia con la duracin de los perdos ee6 y se$ttxima generalmente a un rralor comprendido entre un tercio y Ia rnitadlLl conrr*o anual. Al captar tluvias de intensidad elevada, deber Procu-tlno capacidad suficiente de reserva anterior a,la filtracin. Los tgjadgslltrmarte $ministrari mucha gna; debido alllrmeftte $ministran mucha aguq, debrdo a.que su eea es Peqlilqulae, por lo taro, un anlisis escrupulco de las to'rmentas pluales yd le variacioneE de la precipitacin durante Ias estaciones.

Elcmplo 2'1. Hgase una estimacin queurdin captame mediante 3,000 piesa (278 hori-rntlmate (d rca pmmedio de lor edif lmal{ln dode la medi pluvial anual es de 15 pulg (381 n-)'

Rcndimleutobruto :"'3,000 X -

X 7.5:28,100 galones anulcs (106,358'5lVrlto) : 77 Epd,(291.5 tpd).---El'rendirieilo

nLto se pximr a do tercio del rendimiento bruto 18,800 galf ,1.158 lt) nualmente : 5l md (f$ Ipil). '' pron"aamente Ia miud'- de[ renmiento neto, o $4) gd

-

11250 Pies(g5,5r9 It), deberln almacenarsse para mnterir el''strmfni3tro diiiantp las etapasdc reqa.

2.5 Agoas superficialerEn Norteamriea, Ios volmenes mayores'de agluas locales, se obtienen

de fuentes superficiales. Las cantidades gue pueden caPt4rse vaan dircc-tmente co el tamao del rea cotectora, o tetrca htdrtildgica,'as como

SISTEMAS DE AGUAS

su rea es pequea. Se

con la diferencia entrd las bantidades qu caen sobre ella y lascon la diferencia entrd las bantidades qu caen sObre ella y las que se pierdenpor evaporacin y' transpiracin (evapotranspirqcin).4 U significado de

33

de

3+ INoBNTERA sANTTARIA y DE AcuAS REsTDUALES

incluyen ordinariamente 1) una rejilla, casa de compuertas o torre de toma;2) un ducto de toma; y 3) en muchos lugaes, una

.estacin de bombeo.En corrientes pequeas que abastecen a comunidades,de tamao moderado,una presa de toma o epesa de desviacin puede crear la profundidad$uficiente de agua para sumergif el hbo de toma y protegerlo contra lacongelacin. El agua, generalmente, debe elevarse desde las tomas cercanasa la comunidad hasta las plantas de purificacin, y de ah al sistema dedistribucin (fig. 2-2).

Reiilla de la toma,torrg o caseta de

compuertas

Fig.2-2. Gonsumo continuo dc agua proccdenc de lagos y grandes corrientcs.La mayora de las corrientes grandes sufren contaminacin proceden-

te de las ciudades e industrias situadas agras arriba La purifiacin desus aguas se convierte entonces en una necesidad. Las ciudades a orillas de

nte Ias aguasresi sos indus-la sus aguas

debe abastecer las demandas durante las temporadas en .las que no es po-

sible obtener ftrio de la corriente. Si el "orrr,r*o.est'restringido a untrimestre, por ejemplo, el depsito deber contener, como mnimo, tres

. :)

Estacin de bombeo

Tuberla o tnel de toma

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SISTEMAS DE AGUAS

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36 INGENIERA sANITARIA Y DE A.UAs REsIDUALES

yora de ellas se ntes, en regiones esparcidas y eleva-das. Para que s anual debe ser igual o mayor queIa demanda de a abastecer durante algunos aos.

,.Debidb ? flue en tiempo de sequa sus flujos son escasoe en relacin a losrequeriniientos municipales, rus crecientes deberan almacenase en cantidadque asegure un abastecimiento adecuado. Los depsitos necesarios se logranconstru Ia corriente (fig. 2-3). En estaforma, agua equivalente al flujo medioanual. enanientc se conoce como reade captacin o cuenca hidrologica. Su., desarrollo econmico depende delvalor del agua.en Ia regin, pero es tambin una funcin del escurrimientoy de su variacin, de Ia accesibilidad de Ia cuenca" de Ia interferencia conderechos existentes sobre aguas y de .los costos do construccin. Deberndarse tolerancias para compensar Ia evapo,racin de las nuevas superficiesde ag,ra creadas por el ,alrnacenamieFto, y a menudo tambin para con-siderar Ia descarsa de flujqs en el valle situedo aguas bajo de la presa(agua de compensacin). Debe corsiderarse tmbin el aumento de ep-sitos de tierra en el suelo y h disgrincin gradual de loe volmenes de losalmaceramiefltos por azolvri,rniqnt

Las constncciones prar, I)tonr se incoporan a las presas de almace-namiento o sg mantienen seprads. Otros compnentes importantes de Iosdepsitos de alinacenamiento son: 1) vertedores de seguridad que facilitan

Algunos abastecimientosrprocederites de.depsitosT tienen ag-ua suficien-temente segura, atractiv, y, de buen gusto, como para ser usada sin otrotratamiento que su desinfeccin protectora. Sn embargo, en ciertos casot

.

, Sol ejempl-os de tratar, almacenadas procedentes detierras altas los abasteci N.Y.; det rfo Croton-, Catskill y roDelaware,-aslcomo los y QaUin para el Distrito Mltro-

hl r:rrientes o dep,sitos por deslave superficial, accin del oleaje o erosindr lu rnrg"nes EI uso recreativo de las cuencas hidrolgicas y depsitospunde hacer necesario el tratamiento del agua extrada del almacenamiento.

Gran parte del agua de corrientes, estanques, lagos y depsitos en tiem-Pot d" sequa, o cuando la precipitacin est congelada, es trangminacindol uelo. Sin embago, se le clasifica como escurirhiento superficial enlugnr de como agna , subternea. El agua brotz del suelo cuando lasoorrientes superficiales son reducidas y se infiltra en aquI cuando dichasoorricntes superficiales son elevadas. La salida:de agua de almacenamientosNbterrneos o de acumulaciones de

.nieve en las montaas altas es unfrctor deterninante en el''rtndimiento de algunas reas de captacin. AunGuondo las aguas superfioiales e derivau de la precipitacin, las relacionesantrc precipitacin, escurrimiento,

-$ltracin, evaporacin y transpiracinon tan complejas qtre los ,ingenieros prefieren basar correctamente susclculos de rendimiento sobre los aforos disponibles de las corrientes. Parafcilitar una tformacin adecuada, loc aforos deben referirse a una serierlc aos.'

Ejcmplo 2-2. En la FiS. 2-1 sq,muertran algunas estimacionc burda del rendi-mlcnto de cuencas de agtgr supeiliciales y los requerimientos de almaceamiento. eutlliza la precipitacin pluvial,, como punto de partida, emplendose los siguienterla,ctorer rlnicamente para idcndficar la dimeniones de las relacione pooibles eatrelccipitacin y ercurrimientort y usndorc apro(imaciones:

t. I pulg/mil1"z (10 "-ftt) : L7.378 mg (65.200 ml). Por Io tanto, 20pulg,hilla2

-

20 x 17.378 -

348 mg (13,i5 ril) anuales o 348/365 :0.952msd (3.61 mld).

2. Un flujo de cori,ente dc I mgd (1.547 pic/*E)/millaz (17.0 Ip/kP)rproxinradament, constituye un buen pmmedio para lar ecciones bien dotada degua en Norteamrica. No todo este flujo puede cat'tarse econmicamente por dma.conmiento. Para un aprvechamienta de TSEI (750,000 gpd por mia2) (1,100,000lpd por ,62), deber almapenarsse aproximadamente el umiaistro de medio ao enrogiones de esta clase. Por lo tanto, paa un ea de taptacin de 100 grillarz (259lm2), el almacenamiento i 0.75'X 100 X IBO : 13;500 millcines de galones(51,097,000 u). En regiones semiridas, ec comn un almacenamieato igual a tresvcce el fluio medio anual de las corrientes, es decir, el lgua de lo aos hmedorrc guarda para satisfacer Ia demandas de las aequtas (alqaceaarniento anual).

3. Para un oonsumo promedio de 150 gppd (568.1 lppd), el rea de drena.do de 100 millasz (259 k..2) y el almacenamiento de 13,500 millones de galones(51,097,000m4) abatecer a una poblacia de 100 X 750,000/150

-

500,(M).4. p !sgimiento de agua por consumo continuo, gobieman los flujo de

agua reducidor, en lugar de los er'rdimiento anuales. En las Fcciones biea provirtaade agua en Norteamrica stos se aproximan a 0.1 pies3,/eg. o 64,400 gpd por milla2(4,000 lpd por Lm2). Un rea de captacin dc 100 millas2 (259 Lm) puede, enconaecuencia, abaltecer sin almacenamiento a 100 X 64,600/150

-

43,000 personas,en tugar de 500.fiX1 habitantes en prrsencia del almcenmiento adecuado.

SITEMAS DE ACUA

politano de Boston, Mass. setra_tados

-en_ Ba1$more, Md.;y Springfield, Ill.

e encuentran ejempls iie abastcimientos almacenado; Providence, R.I., Hardord, Conn.; Springfield, Marr";

37

INGENIERA ANITARIA Y DE AGUAS RESIDUALES

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+O NcBNERA sANrrARrA y DE AouAs REsTDUALEs2-G Agua subterrnea

Menores en su aportacin diaria, pero muchas veces ms numerososque los abastecimientos superficiales, son los suministros subterrneos muni-cipales y Las aguas subterrneas se extraen demuchas de los poros de depsitos aluviales(arrastra o eolianos (arrastrados por los vientos)de materiales granulares no consolidados, tales qomo arena y grava y demateriales consolidados como arenisca;2) de los pasajes, cavernar y planosde fractura de soluciones en tecrs sedimentarias, tales como piedra caliza,

-pizarra y esquisto; 3) de las fracturas y fisuras de rocas gneas; y 4) decombinaciones de estas formaciones geolgicas consolidadas y no consoli-dadas (fig. 2-4). Las fuentes subterrneas, tambin tienen un rea de tomao captacin, pero la alimentacin o recarga se produce por infiltracin alas aberfuras del suelo, en lugar de por escurrimiento sobre su superficie.El rea de alimentacin puede encontrarse cercana o a una distancia con-siderable, especialmente cuando el flujo est confinado dentro de un estratofreco o acufero,8 yacente bajo un estrato impermeable o acuiclusa.g

El rendimiento mximo de agua subterrnea es rectarnente proporcio-nal al tamao del rea de toma y a la diferencia entre la precipitacin yla suma de la evapotranspiracin y el escurrimientb de las tormentas. Elflujo se extiende lateralmente a travs de la anchura del acufero; verti-calmente, es tan profundo como la zona de poros abiertos y pasajes en lacostra de tierra y tan vadoso como el niztel fretico. Cuando la superficiedel agua sube y baja con los cambios de estacin en la recarga, el flujo esno confirado o libre, y el nivel fretico se inclna hacia abajo, ms o menosparalelamentc, a la superficie del suelo. El flujo se mueve entonces enngulo recto respecto a los contrnos del nivel fretico. Si un estrato porosoyace bajo una capa impermeable, el flujo est confinado, como si se en-contrara en un tubo que lenetrase baio la lnea piezomtrica. Cuando seperfora esta clase de-acuffero, brota de 1, a presin, agua.artesiana;to.,algunas situaciones geolgicas, sale en fgrma de fuentes brotantes. En otrasformaciones gelgicas, el agua est confinada sobrerlentes de material im-permeable sobre el rerdadero nivel fretico.

El agua subterrea sale a Ia superficie a travs de los manantiales: 1)cuando la superficie,del suelo cae bruscamente bajo el nivel fretico normal(manantiales de depiesin); 2) cuando una obstruccin geolgica llevatras de s agua del fsuelo y la-fiterza hacia la superficie (rnanantiales decontacto); y 3) cuando una falla en un estrato impermeable permite al

8 La palabra aculeto viene del latin aqua, zgv4, y ferc,.llevar.e La palabra acuiclusa viene del la\n aqua, agua, y cludere, cerrar. Aun cuando

lgua artesiana escapar de su confinamiento {tambin manantiales de con-tecto). IJn muro de cierre llevado hasta el lecho de rcca, contendr losllujos tanto subterrneo como superficial detrs de una presa de alma-conamiento, y pondr as en servicio la capacidad total del rea de cap-trcin, a menos que haya fuga lateral a travs de los costados del depsitoo alrededor de los empotramientos de la presa,

La relacin de fltrjo a travs de la seccin transveisal sustancialmenteWrtical del suelo a ngulos rectos a la dirccin del flujo, no es grande.Debido a poros no del suelo,cl agua a ando en a igrral ah que el en una de flujonormales, son rararnente mayores de unos cuantos pies por hora y no sonntenores de algunos pies por da en acuferos qemientos de arqua tiles. Sin embargo, si se perioiare disminuye el nivel del agua en l por'bombeo, elo slo desde Ia direccin del flujo natural ,sino desde todas las direcciones(fig. 2-a). Es por ello que los pozos pueden espaciarse a una distanciatnughas veces mayor que su dimetro propio e interceptar aun la mayorPErte del agua que escapara a travs del espacio intermedio.

Manantiales. Los manantiales,ll normalmente se aprovechan para cap-tlr el flujo nahral de un acufero. Ba1'o circunstancias favorables, su,rendi-miento,puede aumontarse mediante la introduccin de tubos colectores ogaleras, situadas ms o menos horizontalmente, dentrtr .de las formacionesfreticas que los alimentah. La polucin, geeralmente, se origina cerclel purrto de captacin. Esta ''se previene 1) excluyendo la infiltracin delguas poco prfndas, circundando el manantial medinte una ci.inarahrmtica que penetre hsta una distancia segura dentro del'acufero y,2)dCsviando el escurrimiento superficial hacia fuera de la vecindad inme-diata (fig. 2-14). Algunos manantiales rinden menos de I gpm (3.785

comnmente a suelo suave, arena y grava, a profundidades normalmentemenores de 100 pies (30.48 m). Los suelos duros y Ia roga requieren gene-ralmente pozos perfrados o barrenados hasta profundidades de cientos y

11 Una de iars, Francia, se capta demanatiales ollado para la ciudad de Lon-dres, Inglat xvur, tambin procede de ma-

rica, el uso de los .nanantiafps se destina prdinariarren1e ao tamao, comunicndose vaiios de ellos mediante un cor-

I

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SISTEMAS DE AGUAS +t

42 INGENIERA sANITARIA Y DE AGUAs REsIDUALEs

,aun miles de pies.12 En re.qiones bien provistas de a.qa, los pozos que tie-nen xito, de profundidad y dimetro'moderados, proporcionan de 1 a 50gPm13 (3.78 a 189 lpm) en roca dura y de 50 a 500 gpm (189 a 1,890Ipm) en arena y arena gruesa, asi como en arenisca gnresa. Los pozos deacuferos profundos pueden suministrar 100 gpm (378.5 lpm) o ms.

Excepto en roca dura, particularmente piedra caliza, sin cubierta dearena o gray3, los pozos, ge4eralmente, no sufren polucin por infiltracinIateral, sino por entrada vertical de los poluyentes en la superficie del sueloo cerca de ella. La polucin se excluye 1) mediante revestimientos herm-ticos q sellos que penetran en el acufero por Io menos 10 pies (3.048 m)bajo la superficie del rea del pozo y su proteccin contra inundacin porcorrientes cercanas.

Galeras filtrantes. Las aguas subterrneas gue se desplazan hacia lascorrientes o lagos, procedentes de tierras altas vecinas, pueden ser intercep-tadas mediante galeras filtrantes, tendidas, ms o meilos, a ngulos rectosa Ia direccin de flujo, y que conducen el agua entrante a'las estaciones debombeo.l4 En el caso de corrientes, l agua se lleva a conductos ms omenos horizontales, situados a ambos lados; a veces se cierra el lado queda al ro, para excluir el agua, que se infiltra del ro mismo y que resulta amenudo, menos satisfactoria. Los depsitos y zanjas filtrantes son similaresen su concepcin. Estos son, en esencia, pozos abiertos, grandes o largosy de poca profundidad. Las cribas filtrantes construidas dentro de los de-psitos aluviales de los rios interceptan el flujo subterrneo. Tanbin puedecaptarse agua,subterrnea de los tneles y escalonamientos de minas, gale-ras excavadas en las laderas de algunas montaas --+pecficamente paraeste propsite- o de minas abandonadas. Algunas galeras filtrantes pro-ducen hasta un milln de galones (3.78 millones de litros) de agul porda por mil pies (304.8 m) de galera. Son particularmgnte tiles parao

45EISTEMAS DE AGUAS

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del hombre, en particular, con el uso propio del agua en el hogar y enindustria, asi como con el retorno del agua de desecho a los caucesrales. Como se ha dicho anteriormente, algunos de los metales(plomo, cobre, cinc y hierro) provienen de la corrosin de las tuberasdistribucir resultado de interconexiones con abastecimientos de aguapura y mediante contraflujor| en los sistemas de hberas.

NopNBne sANrrARrA y DE AGUAs REsTDUALEs

Cmo debe tratarse un suministro dado, depender de sus caractersticasinherentes y de las normas aceptadas para la calidad del agua. Las obrasmunicipales deben suministrar agua 1) higinicamente.segura, 2) esttica-fnente atractiva y de buen gusto, y 3) econmicamente satisfactoria paralos usor proyectados. La naturaleza y las fuentes de impurezas han sido yadescritas. Las clases ms comunes de obra de purificacin y sus principalesfunciones son:

1. Plantas de filtracinlg que rcmueven eI calor, turbidez y bacterias objetables,as como otros organismos potencialmente nocivos, medinte filtracin

-a travs de

arena u otras sustancias granulares- posterior a la preparacin necesaria del aguapor coagulacin y redimentacin.

2. Plantas suprElora de hierro y,manganesol9 que remueven Ias cantidadesexcesivag de estos metales oxidndolos y gonvirtindolos en flculos insolubles, remo-vibles por sedimentacin y filtracin.

3. Plants suavizadoras,lg que rernuerren Ias cantidades excesivas de ingredientesque forman incnrstaciones y consunen iab6n, primordialmente iones de calcio ymagnesio a) por la dicin de cal y carbonato sdico que precipitan al calcio comocarbonato y al nagnesio como hidrxido o ) por el paso del agua a travs de unmedio de intercambio catinico que swtituye los iones de calcio y magnesio poriones dicos y que sc regenexan a s

'n.-os mediante almuera.En la fig. 2-5 se muestran diagramas de flujo grficos de esta clase de

plantas. Hoy en da la mayor parte de los suministros de aguas se cloranpara asegurar su desinfeccin. Frecuentemente se agrega cal u otros produc-tos qumicos, para reducir la corrosidad del agtra hacia el hierro y otrosmetales, y preservar,

- en -el forma, Ia calidad durante la distribucin y

tB El eontolhrjo permite que el agua vertida en un accesorio, tanque o riispo-sitivo similar fluya a contracorriente haci la lnea de abastecimiento por gravedado formacin de sif6n.

trrr una vida mas larga de las tuberas metilicas en particular. Lasf,flrntias que originan olores o sabores se adsorben en carbn activadoa x dctruyen mediante dosis elevadas de cloro o bixi{o de cloro. Otrosmllnoos mtodos de tratamiento satisfacen necesidades especiales.

El diseo de plantas para purificacin de aguas requiere: 1) una com-Pldn de las operaciones unitarias que producen la remocin o modifi-ileln de las sustancias objetables (diseo del proceso).; 2) un conoci-Ilhtt,l del flujo de agua a iravs de'las estructuras que componen laslrntar de purificacin ----canales, tuberas, incluyendo tubos perforados,tdnpuertas, dispositivos medidores, tanques, Iechos de arena y otros mate-llilcr granulares y bombas (diseo hidrulico); 3) un entendimiento deltotttxrrtamiento de las estructuras necesarias bajo carga (diseo estructural)y 4) una apreciacin de los costos de tratamiento y los beneficios asociados(fllrco econmico). Los sigrientes requerimientos generalmente aplicables,ploporcionan un concepto para la estimacin de las dimensiones de lasllructuras principales:

l. Los tangrfes de mezcla dan una retencin del flujo de algr.nos minutos.2, Los tanques de floculacin y reaccin proporCignan una retencin del flujo

de aproximadamente media hora.,

3. Los tanques de sedimentacin retienpn una hora o ms el ltujo y se Ies dauna capacidad nominal. de /z gpm por pie2 (20.6 tpm/12) de rirea super-ficial del agua.

' ' +. Los filtros l"nto, d" arena permiten el paso de agua a relaciones aproxima.

das de 3 millones de gilones por acre por da (mgad) (2.8 millones de litrospor kilmetro cuadrado pcir dia) (rrilkcd) en filtracin de aguas superficiales,que se elevan a l0 mgad (9.3 mlkcd) para eliminacin de hierro f manganesoen aguas subte"rneas o cuando estn precedidos de filtros pmarios.

5. Los filtros rpidos opern a relaciones de I25 mgad o 2 gpm por piee(82.4 lt/nz), pero se pplican gastos mayores qn plantas modernas que inclu-yen cmaras floculadoras.

6. A los percoladores de coke se tes da una carga nominal de 75 mgad o 1.2 gpm.

por piez (49.4 lpm/m2).I Ejcmplo 2-4. Estlmese la capacidad de los componentes de una planta :pida

do filtracin por aena (fig.2-5 a), que debe suministrar 10 mgd (6,940 gpm)(t6,200 lpm) a una ciudad de 67,000 habitantes.

t. Dor tanques parz mezcla, con profundidad de l0 pies (3.048 m).a) Suponiendo un tiempo de retencin : 2 min.

SISTEMAS DE AGUAS +7

b) Volumen : x 6,940/2 = 6,940 gal : 928 piesg cada uno (26,200 lts.c/r).

c) Dimetro -

\/ 92-.x Ul ,: 10.9 pies (30.3 m).Dor tnquer floculadores, con profundidad de 10 pies (3.048 m).a) Perlodo supueitg de retncin : l0 min.D) , Volumen : 30 x 6,940/2

-

104,000 gal =

13,900 piesa : (394,000 Itc/t),

c) Area supcrficial = 1,390 piesr (129.22 m2), tal como (20 X 70 pies)(6.1 x 21.34 m.)

3. Dor tanques de sedimentacin, con profundidad de l0 pler (3.048 m), perodando una tolerancia de 2 pies (0.61 m) para lodos.q) Perlodo supuesto de retencin

-

2 hs.b) Volumen efectivo : l2O tX 6,910/2 : 416,000 gal : .57,000 piet3

(1,580 ma)'c) Aea superficial : 55,700/8 : 6,960 piesz (646.6 mz.), tal ,como

35, x 200 pies (10.6 x l mts).d) Carga superficial : 6,940/6,960 : L$pmlnie3 (40.8 lprn/mz).

4. Seis filtros rpidos de arena.a) Carga supuesta : 3 gpm/pie2 (l2l.l lpm/mz),

- b) Area : 6,940/(6 x 3) : 385 pie* (35.6 me), tale como 15 x 26 pil,

('1.55 x 7.9 m). i .

2-B Ofoas ile transmisin i;l

Los ductos de abastecimiento, o acueductoa,2o transportan el agua desd"la fuente de aprovisionamiento a la comunida, y en. est forlna- integranel enlace entre las obras de captacin y los sistemas de distribucin. Lalocalizacin de la fuente determina si los conductos deben ser cortos o largos,y si el transporte debe hacerse por grAvedad'o por bombeo; Dependiendode laflujooomoductos de gradiente tendidos sobre un corte a nivel y con cubiefta al niveldel suelo y tqeles de gradiente ppnetrando colinas; pueden apartarsede la lnea piezorntrica de nivel hidrulico cgmo en el caso de gcueductosa presin tendidos sobre cortes nivetrados y con cubierta al nivel,del piso,tneles a presin penetra,ndo bajo valles y colinao, y Ineas de tubera de

sobrelnea

ductoest-

ticas y lneas piezomtricas pzua conductos a presin.

INOENIERIA SANI"ARIA Y DE AGUAS RESIDUALES

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50 INGENIERIA SANITARIA Y DII AGUAS RESIDUALES

DerramePurga

. Columna reguladora

c. Depeito abierto de servieio l. Depsito cubierto de servieio,Fig. 2-7. Cutro pos dc depsitc parq servicio o distribuci.

El tamao y la forma de los conductos de aprosionamiento estndeterminados por consideraciones hidrulicas, estructurales y econmicas.Las velocidades de flujo se encuentran ordinariamente entre 3 y 5 pies/seg(0.91 y 1.52 m/seg). Las capacidades de requisito dependen de lp inclusiny del tamao de los depsitos d.e seraico y distrbucin que los apoyen. Sistos almacenan agra sufieiente para: 1) satisfacer las variaciones por horaen el consumo de gua excedentes al influente; 2) suministrar agua sufi-ci:nte para combatir incendios serios, y 3) permitir el cierre de las lneasde alimentacin para su inspeccin y reparaciones menores, los ductos delabastecimiento (fig. 2-1) necesitan operar nicamente a Ia capacidad diariamxima, alrededor de 5O/o en exceso sobre la relacin diaria promedio.Ordinariamente, el almacenamiento requerido se aproma al consumo deun da. Los depsitos para distribucin son tanques abiertos o cerrados deltipo de corte y relleno, columnas reguladoras o tanques elevados. La selec-cin-depende del tamao y particularmente de la elevacin con relacina las elevaciones disponibles sobre el rea senida. En sistemas grandes puedellegane a necesitar ms de un tanque. Con recipientes abiertos se presentanproblemas por la cada de holln y polvo, crecimiento de algas y por lasgaviotas en sitios costeros. Hoy en da se prefieren los depsitos cubiertos.

r Ejcmplo 2-5. Estmese, aproximadamente, el tamao de un ducto de abasteci-

Enlrada v Vrt.uiyt.V+ salida - Ent;ada y+salida

D. Tanque elevado

nlonto para alimentar un depsito distribuidor adecuado, que oina: 1) a una comu-tdrd residencial relativamonte pequea d 10,000 personas, y 2) a una comunidadlndutrial relativamente grande de ,t00,000 penionas, y encuntrese su gradientehldrulico.

l. Consumo promedio diario en l) 100 Sppd (378.5 lppd), y 2) 150 Sppd(567.8 lppd), respectivamente:a) 10,000 x 100,/1,000,000: 1.0msd (3.785mld).b) 400,000 x 150/1,000,000

-

60mgd (257.1mId).2, Para uso diario mximo 5Oy'o mayor que el promedio:

a) 1.0 x 1.5 : 1.5 mgd : 2.32 pies3,/scg. (66 ltlses.)b) 60 x 1.5 & 90 mgd =. 139 piess,/seg. (3,940 lVseg.)

SISTEMAS DE AGUAS

Dimetro del conducto circular a un flujo de 4 pies8,/seS. (ll3 ltlseg):a) Dimetro

-

t2 t/Zii/r: t0puls (254mm).b) Dimetro

-

t2 t/1/: B0 putg (2,032 mm).Gradiente hidrulico por la frmula de Hazen Williams2 para C : l00ra) Prdida de carga : 10.8 pies/1,000

-

3.26 m./1,000.b) Prdida de carga : 0.85 pies,/1,000

-

0.258 m,/1,000.Ih comprensible la mayor prdida de carga en ductos pequeos a velocidade+

Lle.

1.9 Obras de distibucinLos conductos de abastecimiento alimentan sus aguan a los sistemas de'

dlrtribucin que, a su vez, sirven a cada propiedad individual -habitacin,atblecimiento mercantil, edificio pblico o fbrica (fig. 2-1). El trazo de'

l calles, la topografa, y la Iocalizacin de las obras de abastecimientoy lmacenamiento para servicio establecen el tipo del sistema de distribucio

5l

o. Modelo de ramlesoon extremos muerto

El Digtrito congestionado ee la zona sombreldFig. 2-8. Modelos de sistcmas dc distribucidn dc aguas,

y cl carcter de su flujo. De acuerdo con el taeo de las calles, emergnrlo modelos de distribucin: 1) un sistema Ue ramales en las orillas de lar:omunidad, en las cuales la cinta del desarollo urbano sigue las arteriast,rimaries de carreteras y calles (fig.2-Ba), y 2) un modelo emparrilladotlentro de las partes edificadas de la comunidad, donde las calles se cruzan

2:l ver ec. l2-2. rr

D. Modelo emparrilledo c. Modelo emparrilladocon alimentadr central con alimentador de retorno

52

y las lneas se encuentran interconeetadas (figs: 2-8h y 2-8c). Hidrulica-mente el sistema emparrillado presenta la ventaja de alimentar agua a cual-guier punto desde ms de una direccin y de eliminar los extemos muertos.Los sistemas emparrillados se refueruar sustituyendo el alimentador centralpor una horquilla o una band de alimentadores que suministran agua aldistrito congestionado o de eleoado oalor, cuando menos; desde dos direc'ciones. Esto duplica ms o menos el aporte del emparrillado (fig. 2-Be).En sistemas grandes los alimentadores se construyen en forma de tneles apresin, acueductos a presin, tuberas de acero, o trbelas de concretoarmado. En comunidades pequeas todo el sisterra de distribucin puedeconsisr en tubos de hierro fundido. El hierro colado es, de hecho, el mate-rial ms comn para tuberas principales de agua, pero eI asbesto-cemento,en general, y los plsticos en el caso de suministros pequeos, son tambinimportantes.

Servicios a nivel alto y bajo. En secciones de la comunidad demasiadoelevadas para ser abastecidas dede el sprvicio de bajo niocl o principal,generalnente se incorporan obras de distribucin en sistemas separados quecuentan con tuberas y almacenamientos de servicio independientes. Zoseraicios a alto niael resultantes se alimentan normalmente por medio debombas que toman el agua del suministro principal y elwan su presinconforme se requiera. Las reas que varan ampliamente en elevacin pue-den agnlpane en distritos o zonas intermedias; Las conexiones cerradasmediante vlvulas entre los diferentes sistemas se abren manualmente du-rante emergencias o se operan automticamente medianti vlvulas regula-doras de presin (figs. 13-14).

Sumistro oontra incendios. En pocas anteriores a las bombas moto-

INGDNIERTA SANNARIA Y DE AOUAS RESIDUALES

Vlvla

Calas proteclorascontra congelacin

VlYula deretencin.

Cierralas bombas seencuentran en

operacin

Tanque en el techo (el tangue puede.tambinencontrarse a cualquier otro nivel)

SISTEMAS DE AGUAS

Del abastecimientomunicipal

Fic. 2-9. Uso dc un abastecimiento privado de agua sin interco*in. (Dc la Juntade Sanidad dcl estado de Minncsota).

Fma de ladlllo o

Al sistema de rociadoes o al

sislema de distri-bucin del edificio

Vlvula deretencin

de agua de proceso

53

De la tubrfaplibtica pin-

ci pal

r.tPoste indicdo i-l

opcional i'iti

dustrial privado, protegida mediante una instalacin con dobie vIr,rla de rctencin,Para probar Ia instalacin: 1 '- y /V; 2) brase cl dren

Fig. 2-10, -

Interconcxin enhc un abastecimicnto municipaltrial privado, protegida mediante una instalacin con doble r

mente, el manmetro- 4. indicar ccro; los manmetros B y C indicarn una lecturaligcrainente menor, debido a la compiesin de los c-pages de hule en las vtn lasl'v G.

agua del abastecimiento pblico y elevando su presin mediante bombassituadas en las estaciones generadoras de energ al sonar las alarmas.2s

28 Borton, Mass., mantiene an tt abastccimiento cottta inccidi separado.

ra rDsfaracron3 l) y Ni 2l brase cI dren

Soporte

I y un suministro in-vIvula de rctencin.

54 INcENIERA ANITARIA Y DE AGUA RESIDUALEs

Para emergencias extremas, se tenan conexiones rigurosamente protegidas,ros,

;Tados

con suministros contra y redes de distribucin pro-pios. Debido a que tales tomarse de fuentes cuya cali-dad es dudosa, algunas exigen una rgida separacinentre Ios suministros contra incendio privados y los sistemas pblicos. Otras,prescriben interconexiones protegidas, cuyo hermetismo se inspecciona regu-larmente (figs. 2-9, 2-10). En la fig.2-9 se muestra cmo puiden indepen-dizarse Ias dos fuentes sin perder todo el beneficio protectr de un abste-cimiento dual. El almacenamiento subterrneo y el bombeo son menosventajosos. La fig. 2-10 muestra una instalacin ampliamente aprobadade vlvulas de retencin dobles en una fosa, accesibles a la inspeccin yprueba mediante vlvulas, manmetros y purgas. No han podido encontrar-se enfermedades hdricas debidas a interconexiones de esta clase, debidamentesupervisadas y protegidas. Puede introducirse una salvaguardia adicionalclorando automticamente el suministro auxiliar.

Presiones. En Ia prctica municipal normal, se mantienen presionesde 60 a 75 lby'pulgz (4.1 a 5.12 Kg/cmz) en las manzanas comercialesy 4O lbs/pulg2 (2-g kg/unz) en las reas residenciales. Ya no son de im-portancia presiones ms altas (100 lbs/pulg2 : 6.8 kg/cmz) con objetode suministrar cantidades adecuadas de agua para combatir incendios me-diarte mangueras conectadas directamente a los hidrantes. En lugar de ello,Ias bombas motorizadas modernas pueden descargar miles de galones porminuto a presiones mayores an. Adicionalmente, Ias presiones reducidasde operacin ocasionan menos fugas en las tuberas y reducen la cantidad deagua no contabilizada. Para abastecer los pisos superiores, en los edificios,se eleva el agua a-tangfes situados a varios niveles, o bien a las azoteaso torres de aguas. En complejos industriales individual.es, puede elevarse lapresin del agua durante los incendios mediante instalaciones fijas de bom-bas para este fin. (Fig. 2-9.)

Capacidad. La capanidad de los sistemas de distribucin est dictadapor los consumos $omstico, industrial y otros usos normales y por los re-querimientos de reseraa o disponibles de inmediato para combatii incendios.Las tuberas debern ser capaces de conducir el consumo mximo coinci-dente a velocidades que no produzcan cadas de presin altas y ariete.hi-drulico. En las municipalidades norteamericaras son comunes velocidadesde2 a 4 pies/seg (0.61 a 1.22 m/seg) y dimetros de 6 pulgs (152.4 mm).

Ejemplo 2-6. Estnese el nfmero de personas que puede abastecerse con aguaprocedente de: a) una tubera principal de 12 pulg (305 mm), y b) otra de 24 pulg(610 mm). 1) en ausencia de servicio para incendios con un consumo mximo de200 gppd (757 lppd), 2) con un requerimiento de flujo contra incendio de 500 gpm

11,09ll.5 Ip-) y un consumo coincidente de 150 gppd (568.r lppd). Encontrar tam-llr cl gradiente hidrulico.A. Seccin transversal de los tubos: a) ll3 pulgz (7Zg.O3 cme), y b) 42i pulg2(1,742 cnz.n, Capacidad de Ios tubos a una velocidad de 3 pies,/seg: a) ll} x 9/144

-f,i5 pie,zseg (66.55 lt,/seg) , y b) 9.42 piess/seg (266.8 ltlses).C:. Flujo disponible para uso domstico:l) Sin servicio contra incendios: a) 2.35 X 646,000 q 1,520rOOO

(11,720,000 lpd) y / 9.42 x 64G,000 : 6,080,000 spd (2?;800,000 tpd).2) Con servicio contra incendios de 500 spm (1,880 lpm) -

720,000 gpd(1,710,000 lpd); i (1,520,000 - ?20,000) -

soo,ooo gpd i3,030,000 tpd), y )(1,080,000 - 720,000) -

5,360,000 spd (20,200,000 lpd).D. Poblacin servida:l) Sin servicio para'incendio y una relacin de 200 spd (758 lppd,): a)

fft20,000,/200 -

7,600 personasi y ) 6,080,000/200 : 30,,100 personas.

SISTEMAS DE AGUAS

?) Con servicio para incendio de 500 gpm (1,992 lpm) y una retacin delll0 ppd (568.1 lood): ) 80O-000/150

-

54OO pca-,o -

h) 6cAnnn./r6n -Itl,000 personas.

sppd (568.1 lppd): a) 800,000/150 -

5,300 personas, y b) 5,360,000/150 :

lnnula de Hazen-Witliams,22 la prdida de carga por1,0 pies (1.4 m) : 2.0 lbs,/pulga (0.136 ks./cmz)t

l;, A una velocidad de 3 pieVseg (0:9144 m/seg)

0,9 lbs/pulsz (0.06 Kglcmr).

.

ervicio a Ios predios. El agua llega hasta los predios inclividuales delr trbera maestra de la calle, a tiavs de uno o ms iubos de servicio conec-lrdos al sistema de distribucin. En la fig. 2-ll se muestra la alimentacinrl cdificiq desde Ia tubera pblica principal y las salidas a Ios diversos

trciones y edificios similares, el tamao mnimo del sewicio es 9/a pulg(19 mm). Las mquinas perfonadoras conectan los servicios a ra'tuber,nocstra sin cortar el agua. Tambin hacen conexiones mayores dentro dehr sistemas de distribucin de agrra. ;

55

sPd

y pata C : 100 en la1,000 pies (304.8 m) ; a)

2.10

La

b) 2.0 pies (6.10 m)

tnejoramiento y ampliacin, progresa desde las investigacionl, p."rirrrirrur",o planeacin a travs del financiamiento, diseo y construccin hasta lar4reracin, mantenimiento y reparacin (cap. 1B). En ellg intervienen pro-r:edimientos polticos y financiros, as como la ingeniera.

Abastecimientos municipales. El costo de los suministros pblicos dergua proporciona un concepto de la magnitud de la actividad de la inge-

Manejo de los sistemas de aguaconstruccin de abastecimientos de agua desde su principio o su

56 INGENIERA SANITARA Y

tlave dc toma

fubcrlagrhcp.l

do la calle

Cucllo dc8n30

Fig. 2.11. Tubcra, concxiones y accesorios de scrvicio, Existen mucha modifi-caciones poibles tanto dentro com fuera dcl edificio. En climas moderados, clmcdidor e coloca convenientemento en una fosa fuera del cdificio.

niera y de la responsabilidad asociadas a su diseo y construccin. La in-versin per capita en plantas fsicas depende de muchos factores: natu-taleza, proximidad y abundancia de fuentes adecuadas de agua; necesidadde tratamiento; disponibilidad y precio de materiales y mano dc obra; mag-nitud y condiciones para construccin del sistema; hbitos de la gente vcaractersticas de las reas que se sirven. Variaciones amplias en estos fac-tores ocasionan cambios en el costo inicial,2a Para comunidades que excedende 10,000 habitantes, los costos y gran parte de la inversin en comuni-dades pequeas son atribuibles a la proteccin contra incendios. Entre loidiversos components del sistema, las obras de captacin y conduccin cues-tan, aproSimadamente, una cuarta parte, las obras de distribucin algomenos de la,mitad, las obras de purificacin y bombeo alrededor de un d-cimo y las lneas de sercio y medidores cerca de un sexto del total. Elcosto inicial de. plaitas de filtracin convencionales es de 250,000 dlaresror mgd (3.785 mld! de capacidad aproximadamente, variando con eltamao de la planta conforme a una potencia de dos tercios de la capaci.

DE AGUAS RESIDUALES

Muro dsl stano

Tubo daservlclo

! de clerre y dttcarga

I l;'1,

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Unin n fc

Sumlnistroal cdlllcio

IVlvula do

dad.2s El costo del tratamiento de agua, excluyendo los cargos fijos,

VlYuladC

aproxima a 70 dlares pormg (milln de galones) (3.78 ml)* (millones delitros), variandq con Ia capacidad de descarga de la planta inversanena la potencia dos quintos de la produccin diaria.26 Incluycndo interesesy depreciacin, asi como los cargos por operacin y mantenimiento, se leda al agua un cargo de 50 a 500 dlares correspondientemente. Siendo unade nuestras comodidades ms apreciadas, el agua es, sin embargo, notable-mente barata

-2 centavos (de dlar) por tonelada entregada a los predios24 Paa niveles de precios de 1965. Pra otros ao multipliquese por la relacin

aplicable de los ndices de EnRieing News Record.25 G. T, Orlob y M. R. Lindorf, Cost of Water Treatment in Californa, J. Am,

Water Woks Assoc., 50, 45 ( 1958).* En esta obra se utilizar la abreviatura ml iara sighificar megalitros (nrillones

de litros) y no mililitros como se acostumbra generalmente. : '

SISTEMAS DE ACUAS

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58 INGENIERA sANITARIA Y DE AGUAs RESIDUALEs

de consumidores grandes y 4 centavos (de dlar) en las tomas de los usua-rios pequeos.

Ejecrplo 2-7. Cul es, aproximad.-ente, el costo de reposicin de las obrashidrulicas en una ciudad de 100,000 personas?

l. Suponiendo un costo per capita de 250 dlares, el costo total inicial esde 250 x 100,000 : 25,000,000 dlares.

2. Suponiendo que 30/o de esta cantidad se invierte en las obras de captacin,lOVo et las obras de purificacin y 6olo en obras de distribucin, el desglose ercomo sigue:' a) Obras de captacin 0.3 x 25,000,000 : 7,500,000 d6lares.

b) Obras de purificacin 0.10 x 25,000,000 : 2,500,000 dlares.c) Obras de distribucin 0.60 x 25,000,000 : 15,000,000 dlares.d) Suponiendo un consumo de agua de 150 gppd (568.1 lppd). el consumo

total es 15 mgd (56.8 mld), y el costo de una planta de filtracin es (15)'!,/c X 250,000: 1,500,000 dlares.

Abastecimientos rufals. El trmino rural se emplea en este libro paradescribir aquellos casos en los que la necesidad y utilidad del abastecimientode agua y la disposicin de las aguas residuales se satisfacen normalmentemediante sistemas relativarnente pequeos y compactos, individualmenteposedos, desarrollados, operados y que quedan dentro de los lmites de lapropiedad del dueo. Normalmente esto implica la construccin de losistemas deseados o requeridos, mediante un esfuelzo individual en vez decomunal. Pero ha habido desarrollos para villas y comunidades con edificiosdiseminados en los que el gobierno ha tomado la iniciativa y asumido laresponsabilidad de la construccin y cuidado de los sistemas individuales.Los dueos de las'propiedades, as como la comunidad, gozan entonces de1os beneficios de la planeacin, diseo, construccin, manejo y supervisinadecuados. De otra manra, desgraciadamente, Ias obras necesarias son raravez diseadas por ingenieros-calificados y a menudo satisfacen pobreme-ntesus fines, tanto en un ntido sanitario como econmico. Pueden obtenerseresultados bastante ventajosos: 1) si los departamentos de ingeniera delas autoridades sanitarias centrales publican manuales sobre diseo, cons'truccin y operacin que satisfagan las condiciones locales, y 2) si Proveenel asesoramiento y supervisin necesarios, as como la reglamentacin' Sinembargo, las villas y rqas periurbanas u. orillas se sirven mejor, a la larga,mediante la extensin de las lneas de agua y alcantarillado centrales, o Porla incorporacin de distritos de agua y alcantarillado comprendiendo msde una unidad de gobierno local.

2-ll istemas rurals de aguasDebido a la capacidad natural de purificacin y a la proteccin del

suelo, los suministros rurales se toman, generalmente, de manantiales, gale-ras filtrantes y pozos. En donde el agua subterrnea es altamente mine-talizada o no disponible, el agua de llua le sigue en orden de seguridad

SISTEMAS DE AGUAS 59

y calidad generales. Solamente en reas deshabitadas y protegidas de tierrasaltas debern conectarse los estanques y arroyos sin purificar el agua ex-trada.

Algunas de las salvaguardias para obras de aguas subterrneas se ilus-tan en las figs. 2-13 a 2-16. Estas cornparten en comn las siguientescaractersticas: l) divenin de las aguas superficiales de las estructurzutde la toma; 2) drenado del agua de derrames y salpicaduras a distancia delas estructuras de la toma; 3) hermeticidad hidrulica de las obras de toma,cuando menos hasta 10 pies (3.048 m) bajo la superficie del suelo y, si esnecesario, hasta alcanzar el acufero, y 4) prevencin de contraflujo hacialas tomas.

Donde no existe energa elctrica el agua se bombea manualmente o pormedio de mquinas de ento, agua o gasolina-

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Tubo dc l'(25.4 mm.)ls hieno

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