Diseo de un sistema de alcantarilladoAbastecimiento de agua y alcantarillado

Introduccion

La historia de la recoleccin, transporte y disposicin final de las aguas negras, empieza con el crecimiento de las grandes metrpolis, este crecimiento dio origen a condiciones cada vez ms graves de insalubridad, que llegaron a rebasar los recursos purificados del medio ambiente.

El aumento de las viviendas urbanas trajo consigo una serie de problemas con respecto a la recoleccin de las aguas negras, la salud de los habitantes decay debido a la contaminacin causada por el mal manejo de las aguas residuales, lo que implico en la creacin de un sistema pblico de recoleccin de aguas servidas, constituyendo as el primero, de los servicios de infraestructura destinada a la conduccin de dichas aguas.

Por lo anterior se deduce la necesidad de disear sistemas de alcantarillado sanitario, que cumplan eficientemente con la funcin para la cual han sido creados, para satisfacer las demandas de las nuevas ciudades y de esta forma proteger y mantener la vida de las personas.

Estos sistemas deben de disearse tomando en cuenta los datos de manera que la obra sea lo ms econmica posible, ya que de no ser as, los costos del proyecto son muy elevados, los afectados sern los usuarios ya que se incrementan las tarifas.

En el presente trabajo se desarrollan los procedimientos a seguir para el diseo de un sistema de alcantarillado sanitario, tomando en cuenta las normas tcnicas de ANDA propuestas, y con ello se garantiza un buen diseo del proyecto con las dimensiones de los diferentes elementos que lo conforman.

ObjetivosObjetivo General:

Que los estudiantes de la materia de abastecimiento de agua y alcantarillados, realicen un diseo de alcantarillados de aguas negras para una lotificacion, tomando en cuenta las normas establecidas por ANDA.

Objetivos Especficos:

Conocer los componentes que conforman un sistema de alcantarillados de aguas negras.

Calcular los elementos hidrulicos del sistema de alcantarillado sanitario, tomando en cuenta las normas de diseo de ANDA (Administracin nacional de Acueductos y Alcantarillados) para obtener resultados confiables.

Disear los tramos de conduccin de agua negras tomando en cuenta la altimetra y planimetra del terreno, as como todos los accesorios necesarios para su funcionamiento optim.

Alcances y limitaciones

El propsito de este trabajo, es para que los estudiantes de la carrera de ingeniera civil comprendan acerca del diseo de un sistema de alcantarillados de siguiendo las normas establecidas por ANDAEn el presente proyecto se pretende evacuar las aguas negras, desechadas por la poblacin de la lotificacion El Milagro en San Rafael Oriente, San Miguel., contribuyendo as a mejorar el saneamiento de la comunidad y reduciendo as los focos de contaminacin, y que servir a las poblaciones futuras sin sobre saturar el sistema.Se tomo en cuenta el crecimiento de la poblacin en la lotificacion a partir de los censos, el cual nos sirve para determinar la poblacin futura al final del periodo de diseo y la cual nos sirve como base para llevar a cabo nuestro estudio.El sistema de alcantarillado sanitario proyectado, est basado para un periodo de diseo de 20 aos y las tuberas de la red alcantarillado sern nica y exclusivamente para evacuar las aguas negras de la comunidad.

Alcantarillados de aguas negrasGeneralidadesEl drenaje sanitario es el abastecimiento de agua desechada por la comunidad; el drenaje domstico es el agua residual procedente de cocinas, baos, sanitarios y lavandera.Con la construccin del alcantarillado sanitario en una comunidad, se busca alcanzar los siguientes objetivos. Mejoramiento de condiciones sanitarias locales. (Bajar mortalidad, subir la productividad de la poblacin, etc.) Conservacin del medio ambiente. Recogida y alejamiento seguro de las aguas servidas. Disposicin adecuada de los residuos. Eliminacin de los focos de infeccin as como los aspectos estticos (Por ejemplo olores desagradables).

El sistema de alcantarillado de aguas negras en El Salvador comenz a inicios de 1900 con la construccin en San Salvador de los primeros colectores de aguas residuales, posteriormente en 1950 se crea la Direccin General de Obras Hidrulicas, dependencia del MOP, institucin a la que se delega la construccin de alcantarillados, labor que desarroll durante 11 aos.

En cuanto a los sistemas de captacin de aguas negras, en las ciudades, de El Salvador, segn el ltimo censo, cubran el 78.1% de la poblacin urbana, disminuyendo este porcentaje en los municipios ms alejados de los centros de desarrollo.

Conceptos bsicos

Aguas residualesSon las provenientes de las poblaciones, los cuales han sido contaminados por diversos usos de las viviendas instituciones pblicas y privadas, establecimientos pblicos e industriales.Estn compuestos principalmente por agua de desechos domsticos y en forma secundaria por aguas provenientes, de industrias u otros fines similares, esto hay que agregarles las aguas producidas por la infiltracin Aguas residuales domesticasEstos se producen por diferentes usos del agua en las viviendas instituciones pblicas y privadas establecimientos pblicos y privados. Las aguas Residuales domesticas son normalmente conocido como aguas negras.

Aguas residuales industrialesSe debe a las aguas empleadas en los procesos industriales, como por ejemplo en fbricas de diferentes ndoles, ingenios, beneficios, lavanderas, etc.

Aguas de infiltracionSon las aguas que penetran a la tubera, ya sea por el material de los mismos en las uniones entre cada tubo o debido a las grietas que se pueden producir en los mismos por diversos factores.

Alcantarillado sanitarioa) Mejoramiento de las condiciones sanitarias locales.b) Conservacin de medio ambiente.c) Recogido y alejamiento rpido y seguro de las aguas servidas.d) Disposicin adecuada de los residuos.e) Eliminacin de focos de contaminacin as como estticos.

Sistema de alcantarilladoPara la recogida de las aguas pluviales y residuales de las ciudades, son adoptados los siguientes sistemas de alcantarillado: Sistema Combinado Sistema Semi combinado Sistema Separado

En el primer caso, la red sanitaria es construida para recoger y conducir las aguas servidas, junto con las aguas pluviales y el sistema es conocido bajo la denominacin de combinado.Es obvio que las dimensiones de los conductos resultan relativamente grandes y las inversiones iniciales frecuentemente muy altas.Durante algn tiempo se trato de reducir el volumen de la descarga de aguas pluviales mediante la adopcin de sistemas semi combinados, administrando en la red de alcantarillas solamente una parte de las aguas de lluvia proveniente de los domicilios.Posteriormente fue introducido el sistema separado de alcantarillas, concebido para recibir exclusivamente las aguas residuales de la actividad urbana, hacindole el alcantarillado de las aguas pluviales en sistemas propios e independientes.El sistema de alcantarillado sanitario comprende:1) Tuberas.2) Equipo complementario accesorios. 3) Plantas de bombeo.4) Plantas de tratamiento o Estaciones de tratamiento.5) Obras de disposicin final.

Criterios y parmetros de un proyecto

rea Hidrulica de los Conductos.En las tuberas siempre se conoce la direccin del flujo del liquido al contrario de una red de agua potable.Los colectores son proyectados para trabajar como mximo a la media seccin destinndose la mitad superior de los conductos a la ventilacin del sistema y a las imprevisiones y oscilaciones al final del nivel. Dimetro Mnimo.El dimetro mnimo de los colectores sanitarios es establecido de acuerdo a las condiciones locales

rea exclusivamente residencial

rea de ocupaciones indiscriminadas e industriales ProfundidadSe establece como profundidad mnima tolerada 1.50 mt (en relacin a la generatriz inferior de los tubos). Para posibilitar las conexiones domiciliares y proteger los tubos contra cargas externas.Su profundidad mxima se relaciona con la economa del sistema que tiene en cuenta las condiciones y ejecucin y mantenimiento de la red pblica y los colectores domiciliarios (conexiones). Materiales.Materiales comnmente empleados son tubos de concreto, de asbesto cemento, de hierro fundido, fibra de vidrio, de PVC, etc.Los materiales a base de cemento son menos son menos resistentes a las evacuaciones desagradables (residuos industriales). Los tubos de hierro fundido son aplicados solamente en situaciones especiales (tramos de pequeos recubrimientos, tramos de velocidad excesiva).

Procedimiento para la elaboracin de un proyectos de alcantarillados sanitarios

1. Levantamiento Preliminar:Confeccin del mapa, de localizacin del rea para ser desaguada.

2. Recoleccin de datos bsicos disponibles referentes al rea que debe ser desaguada, necesario para la elaboracin de los estudios. Elementos topogrficos (mapas). Elementos geolgicos (reconocimiento geolgico de la superficie). Elementos hidrolgicos (datos referentes al nivel fretico: profundidad media). Elemento sanitario (legislacin vigente de proteccin de la calidad de las aguas). Datos referentes a los aspectos tcnicos. Datos referentes a los aspectos urbansticos y de servicios de infra-estructura. Datos referentes a los aspectos socio-econmicos. Datos referentes a los aspectos sanitarios.

3. Anlisis de los Datos Recolectadosa. Ordenamiento y tabulacin de los datos recolectadosb. Anlisis de los datos existentes disponibles para el proyecto en cuestin, c. Programacin para la obtencin de nuevos datos indispensables para la elaboracin del proyecto.4. Fijacin de criterios y Parmetros del proyecto. Fijacin del proyecto de alcance de las obras abarcadas por el proyecto. Determinacin de las etapas de construccin de las obras. Verificacin de dotacin media de agua distribuida en el rea del proyecto. Y otros elementos se tornan de las normas tcnicas de ANDA.

Componentes del sistema de aguas negras

Se define como el sistema de alcantarillado, el conjunto de obras e instalaciones destinadas a propiciar la recogida, evacuacin (depuracin cuando se necesaria) y disposicin final desde el punto de vista sanitario de la aguas servidas de una comunidades.

Componentes principales de los sistemas de alcantarillas.Los sistemas bsicamente estn compuestos por los siguientes elementos:a) Alcantarillas o colectores.b) Pozos de registros o de inspeccin.c) Cajas de Registro.

a) Alcantarilla o Colectores: Son conductos generalmente cerrados, los cuales conforman la red y evacan las Aguas Negras, vertiendo su contenido a algn sistema de depuracin o tratamiento de las mismas; o hacia un cuerpo receptor, al hablar de alcantarillas generalmente nos referimos a las tuberas.

Secciones Transversales da las AlcantarillasGeneralmente las secciones transversales de las alcantarillas de pequeas dimensiones (generalmente en el orden de 1.50 m como mximo de dimetro) son prefabricadas y de forma circular debido a que proporcionan cualidades hidrulicas excelentes y los materiales a utilizar en su fabricacin pueden ser PVC, arena-cemento, concreto reforzado o hierro fundido dctil. Anteriormente se utilizaban secciones transversales de forma oval, por la ventaja de proporcionar una velocidad adecuada de circulacin de las aguas con caudales bajos velocidades que son ligeramente mayores que para los tubos de seccin circular de igual capacidad. La desventaja de las alcantarillas ovaladas se debe a la inestabilidad que pueden presentar, debido a que el extremo ms estrecho del ovalo queda en la parte inferior.

Las alcantarillas de acuerdo a su importancia pueden ser clasificadas de la siguiente manera

Alcantarilla o colector domiciliar: Son las tuberas que conducen las aguas residuales desde el interior las edificaciones hacia otro colector(que en algunas ocasiones suele ser el secundario)

Alcantarilla o colector secundario colector de alcantarilla: Son las tuberas que reciben les afluentes de los colectores secundarios.Alcantarilla o colector principal o troncal: Tuberas de grandes dimensiones que reciben los afluentes de los colectores secundarios.Las alcantarillas de aguas negras van ubicadas al sur en las calles; y al poniente en las avenidas.b) Pozos de registro de inspeccin: Denominados en nuestro medio como pozos de visita, estos elementos se colocan en puntos convenientes de la alcantarilla, donde se tengan cambios de planimetra o altimetra, cambios de dimetros, etc. Su importancia se debe a que permiten el control de las conducciones, y el anlisis de las aguas residuales (inspeccin), reparaciones y limpiezas.Cuando las alcantarillas son grandes, de 1.50 m. o ms, puede entrarse directamente a ellas, por lo que se emplean pocos pozos de registro.Estos pozos se construyen sobre las tuberas, a cuyo interior (del pozo) se tiene acceso por la parte superior en la calle. Su forma es cilndrica en la parte inferior y troncocnica en la parte superior lo suficientemente amplias cara permitir si acceso y la maniobra de un hombre en su interior. En el interior de estos se colocan peldaos de hierro que son empotrados en sus paredes para permitir el descenso y el ascenso al personal encargado de las operaciones y el mantenimiento del sistema de alcantarillado.Los materiales con los cuales se puede construir la cimentacin del pozo puede ser mampostera de piedra o concreto.Si la diferencia de nivel entre las plantillas de la tubera de entrada y la tubera de salida es mayor de 1.0 mt., debe incluirse en el pozo un dispositivo de cada como se muestra en la figura 1.; dicho dispositivo en nuestra medio recibe el nombre de Caja de Sostn. El objetivo de esta estructura es proteger al personal que entra al pozo.

Figura 1: pozo de visita con caja de sostnc) Cajas de registro: Son estructuras que conectan las tuberas que evacan a las Aguas Negras del interior ce las edificaciones y los colectores secundarios o laterales de la red.

Diseo de elementos de un sistema: Diseo de alcantarillas llenas y parcialmente llenas.

El flujo del lquido en una tubera puede ser con superficie libre o bajo presin, lo que depende de si la conduccin fluye llena o no. Para un flujo con superficie libre en tubera deber existir una superficie del lquido sometida a presin atmosfrica.En trminos generales, las alcantarillas se proyectan esperando que fluyan llenas.

Por tanto, debe destacarse que la condicin normal del flujo en la alcantarilla es la de un canal con una superficie de agua libre en contacto con el aire. Cuando las alcantarillas van llenas lo hacen generalmente a poca presin, excepto en el caso de tuberas forzadas y sifones invertidos.

Los principales factores que afectan al flujo de aguas residuales son:1. Pendiente2. rea de la seccin transversal3. Rugosidad de la superficie interior del conducto4. Condiciones del flujo, por ejemplo lleno, parcialmente lleno, permanente, variado.5. Presencia o ausencia de obstrucciones, curvas, etc.6. Naturaleza, peso especfico, y viscosidad del lquido

Para elaborar el diseo de las alcantarillas (tuberas) debe tomarse en cuenta el perfil de las mismas, ya que este coincidir con la superficie del agua, por lo que se considera que el perfil de la superficie del agua sea paralelo a la solera de la alcantarilla. La pendiente o gradiente de la tubera es la cada de la misma por unidad de longitud y se expresa en termines de porcentajes.

De acuerdo a la pendiente de la tubera as se afectara la velocidad del flujo en la misma. El numeral 8 de las normas de ANDA parte segunda, establece que la pendiente mnima al inicio del tramo no debe ser menor del 1% En casos que se justifiquen adecuadamente se aceptan pendientes mnimas del 0.5 % siempre y cuando el material de la tubera empleada sea PVC y el tramo no sea inicial.Otro aspecto de suma importancia es la velocidad con la que el flujo correr per la alcantarilla, ya que recordemos que esta lo hace por medio de la gravedad. Lo que se pretende obtener en el diseo con una velocidad adecuada es evitar que los desechos slidos se sedimenten ya que esto modificara el perfil hidrulico. La pendiente mnima debe ser capaz de generar en el flujo la velocidad mnima que evite la sedimentacin, s la topografa del terreno lo permite se pueden aumentar las pendientes. Algunos textos recomiendan utilizar velocidades no menores de 0.60m/seg y no mayores de 2.40 m/seg.; en nuestro pas el numeral seis de las normas de ANDA establece que la velocidad mnima real en los colectores primarios y secundarios ser de 0.50 m/seg., a caudal de diseo durante el primer ao de funcionamiento.'En el caso de la velocidad mxima esta vara de acuerdo al material del tubo de la siguiente manera mostrada en el cuadro siguiente:

TUBERIAVELOCIDAD MAXIMA(m/seg)

PVC5.0

HIERRO4.0

TUBERIA DE CONCRETO3.0

Datos tomados de las normas tcnicas de ANDA numeral cuatro parte segunda.

La norma deja abierta la posibilidad de trabajar con velocidades mayores al disear a caudal real, utilizando PVC, o materiales similares.