alcantarillados, introduccion
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Dr. Christian A. Villalta Calderón
Universidad Politécnica de Puerto Rico
DEFINICIONES:
Aguas servidas: Son también llamadas aguasnegras o cloacales (sewage) y corresponden alos desechos líquidos de una comunidad.
Tubos de desagüe: conocidos también comoalcantarillas o cloacas (sewer) y correspondena los conductos en los que se transportan losdesechos líquidos.
Sistema de Alcantarillado: (sewerage system),es el conjunto de tubos, obras accesorias(appurtenances), tratamientos, entre otros.
CLASIFICACION:
Sistema sanitario: Son las aguas servidas deorigen domestico o industrialexclusivamente. La tubería se colocasiguiendo la línea centro de las calles.
Sistema de tormenta: también conocido comoSistema Pluvial, se usa exclusivamente paralas aguas de lluvia. Su ubicación esnormalmente al sur y este de las avenidas ycalles respectivamente.
CLASIFICACION:
Sistema separativo: Se llama así cuandoexisten dos conductos totalmente separados,como el sanitario y el pluvial (por ley en PR)para las aguas servidas y para las de lluvia.
Sistema Combinado: En este caso se usa unúnico conducto para ambos tipos de agua. Eneste caso, el diámetro es mayor quecualquiera de los otros por separado y seubica en la línea centro de calles y avenidas.
CARACTERISTICAS DE LOS LIQUIDOS CLOACALES:
Se incluye como ya se dijo, desechos domésticosy despojos industriales.
La disposición de estos líquidos una vezrecolectados en los sistemas de conductosrepresenta una gran responsabilidad para lasautoridades pertinentes para con la saludpublica.
Por lo tanto debe dársele mantenimiento paramantener condiciones sanitarias y de apariencia.
CARACTERISTICAS DE LOS LIQUIDOS CLOACALES:
Las consecuencias de un manejo inadecuadopodría verse reflejado en consecuencias seriasen ríos, lagos y playas.
El liquido cloacal es agua en proporción del99.9% con 0.1% de sólidos suspendidos y ensolución que les comunican al liquidopropiedades determinantes.
Debido a lo anterior es que podemos aplicar lahidráulica sin ninguna modificación.
Sólidos totales (T°=evaporación 105°C)
Volátilesorgánico
Fijosinorgánico
Suspendidosretenido
Disueltosfiltrado
Filtración (0.45 micras)Temperatura (calcinación ,T° 550°C)
CARACTERISTICAS DE LOS LIQUIDOS CLOACALES:
Cuando están frescas, no presentan oloresdesagradables, necesitando de 2 o mas horas atemperaturas normales para comenzar adescomponerse y su efecto será notorio hasta las 6horas aproximadamente.
Las aguas negras frescas son:
◦ De color gris claro◦ Apariencia jabonosa◦ Olor grasiento jabonoso, no necesariamente desagradable.◦ Solidos en suspension, algunos reconocibles.◦ Reaccion ligeramente alcalina, pH>7.
CARACTERISTICAS DE LOS LIQUIDOS CLOACALES:
Las aguas negras sépticas son:
◦ De color marrón (oscuras).
◦ Apariencia de aguas sucias.
◦ Olor desagradable y fuerte.
◦ Sólidos en suspensión y disueltos irreconocibles.
◦ Reacción definitivamente acida, pH>7.
ENVE 4130
ENVE 4140ENVE 4120
ENVE 4110
Las variaciones en el flujo de aguasresiduales afectan el comportamientohidráulico de las facilidades tanto derecolección como de tratamiento.
Estas variaciones se dan diariamente,semanalmente y por época en el año.
El factor pico es utilizado para estimar lasmáximas condiciones que pueden ocurrir yser atendidas.
FP= Flujo pico (horario, diario)/ Flujopromedio en el largo plazo
SUSTANCIAS ORGANICAS TIPICAS DE LAS AN:
◦ Compuestos nitrogenados (urea, aminas, aminoácidos,proteínas).
◦ Compuestos no nitrogenados (grasas, jabones,carbohidratos).
◦ Para simplificar los estudios y reconocer la mayor omenor agresividad de los líquidos cloacales, se hacenanálisis que no incluyen la determinación de cadacompuesto, sino mas bien los que les dan lascaracterísticas que tienden a afectar mayormente elmedio en donde se dispondrán.
POR LO TANTO SON UTILES LAS SIGUIENTESDETERMINACIONES:
◦ NITROGENOS (Orgánico en solución, Orgánico ensuspensión, Amoniacales, Nitratos, Nitritos.
◦ RESIDUOS POR EVAPORACION
◦ SOLIDOS TOTALES
◦ ACIDO SULFHIDRICO (corre por las tuberías y provocamalos olores).
◦ CLORUROS (Indicador de materia orgánica).
◦ OXIGENO DISUELTO (Índice del grado de septicidad. Basede la prueba de BOD (DBO).
◦ DBO (Indicador de materia orgánica).
Valores comunes de los parámetros típicos de caracterización deaguas residuales.
ORIGEN DE LOS CLOACALES SANITARIOS
Los cloacales sanitarios son las aguas usadas deuna comunidad. Esta compuesta por los desechoslíquidos de origen domestico, industrial, aguas deinfiltración y conexiones ilícitas de pluviales encaso de los sistemas combinados.
Recordar que por ley en la isla el sistema esSEPARATIVO, es decir las aguas pluvialesconstituyen un sistema aparte.
CLOACALES SANITARIOS DOMESTICOS
Son las aguas usadas provenientes de cocinas,baños, lavamanos, inodoros y lavaderos. Ademásde su contenido mineral y orgánico que puedanexistir en el agua que puedan existir en el aguaque llega a una comunidad, contienenexcrementos humanos, orina, jabón, papel,desperdicios de alimentos, etc.
Estas sustancias pueden estar en suspensión,solución o estado coloidal.
CLOACALES SANITARIOS DOMESTICOS
Una gran porción de estas aguas es materiaorgánica, razón por la cual es el sistema inestabley putrescible.
Hay presentes además organismos patógenos,que podrían provenir de personas enfermas oportadoras sanas que padecen de parásitosintestinales o enfermedades infecciosas.
CLOACALES INDUSTRIALES
Sus características dependen del tipo de industria que lasorigine. Algunas obstruyen los desagües al contenergrasas, fibras, pelos.
Son algunas corrosivas, pueden ser venenosas einterrumpen los proceso biológicos destruyendo la vidaacuática.
Podrían ser explosivas.
Podemos encontrarnos con cloacales industriales que noproducen molestias e incluso pueden descargarse alsistema pluvial, como lo son las aguas de descongelacióno enfriamiento.
AGUAS DE INFILTRACION
Básicamente es agua subterránea que penetra alsistema de aguas negras, a través de lasnumerosas juntas de la tubería, de reventadurasmuy finas, desacoples, roturas significativas.
AGUAS DE LLUVIA
Provienen de las llamadas conexiones ilícitas. Sonaguas que deberían conectarse al sistema pluvial quedesaguan hacia el caño en las calles, pero han sidoconectados por ignorancia o no al sistema dealcantarillado sanitario.
Se pueden controlar por ejemplo cuando llueve y noexiste consumo de agua en la casa y sin embargovemos que pasa agua por el sistema de alcantarillado.
Estas aguas ingresan también por las tapas de losregistros.
El total depende de:
◦ Población servida◦ Consumo de agua por habitante
Generalmente del 70 al 80% del agua de consumoaparece como aguas negras en dicho sistema.
El resto del agua es usada en riego de jardines,lavado de calles, combatir incendios, generaciónde vapor, usos industriales, y actividadesdomesticas que hacen que se consuma el agua.
CAUDAL DE ALCANTARILLADO DE ORIGENDOMESTICO
El caudal se puede expresar como un gasto porunidad de área servida (l/s*Ha) o por habitantecomo una correlación directa con el consumo(l/h*dia).
AGUAS DE INFILTRACION
Estas aguas varían con:
la altura del nivel freático (tabla de agua)
sobre el invert de los tubos
Permeabilidad del suelo
Calidad de la mano de obra y el tipo de materialde los tubos utilizados en la construccion.
AGUAS DE INFILTRACION
Como criterios para estimar agua de infiltracion sepueden usar:
A- 4.67 a 46.7 m3/dia*Ha (en promedio 18.7)
B- 11.8 a 235 m3/dia por Km de tuberíaincluyendo las conexiones domiciliares (enpromedio 70.5).
C- 1.18 a 11.8 m3/dia por cada 2.5 cm dediámetro (cada pulgada) mas 0.4 m3/dia por pozode visita.
AGUAS DE INFILTRACION
Los valores mínimos son usados para situaciones enque los tubos se han colocado a una profundidad porencima de la tabla de agua y los máximos encondiciones de saturación del terreno.
Cuando se usa subdrenaje no se determina el caudalpor infiltración.
Para medirlo en campo, este caudal se hace aforandolas primeras horas en la madrugada y deduciendo laspequeñas cantidades de aguas de consumo quepueden estar usándose a esas horas.
AGUAS DE LLUVIA
No debería existir agua de lluvia en los sistemassanitarios.
La cantidad varia de acuerdo con el grado decontrol que se tenga en el sistema. Puede llegar aser tanto como 265 l/h*dia o un promedio de 114l/h*dia y tan pequeña como 60 l/h*dia.
En casos especiales esta cantidad podria serdespreciable.
Los caudales en el sistema combinado y detormenta son determinados por la precipitación yla escorrentía.
En sistemas sanitarios el flujo varia con elconsumo de agua pero las fluctuaciones sonmenores debido a que:
a) Solo parte de las aguas negras proviene delsistema de abastecimiento de agua.
b) Las fluctuaciones de esta porción sonamortiguadas por la infiltración cuyo caudal esrelativamente constante.
c) Hay un efecto de almacenamiento en lastuberías funcionando como canales.
PARTES DE UN SISTEMA DE ALCANTARILLADO SANITARIO
TUBERIAS:
Funcionan en general como canales enconductos cerrados.
No trabajan sometidos a presión y por lotanto el gradiente hidráulico coincide con lasuperficie del liquido.
En algunos casos se diseñan tramos que porcondiciones topográficas, requieren entrar apresión para poder superar pendientesempinadas como se presentan al pasar elcanon de un rio.
TUBERIAS:
En este caso se utiliza el diseño de losconocidos sifones invertidos, a los que debeponérseles cuidado por las implicaciones quepueden tenerse con este tipo de aguasresiduales, tales como materiales ensuspensión y solución, su grado dedescomposición y las velocidades de diseñodentro de los conductos que eviten lasedimentación de los citados.
TUBERIAS:
Los materiales mas empleados en el diseñode alcantarillados son el PVC, hormigónprefabricado, hormigón fundido en sitio,acero corrugado, entre otros.
OBRAS ACCESORIAS:
En los sistemas de alcantarillado sanitarioexisten una serie de obras accesorias talescomo:
Pozos de visita (manhole) que corresponden acajas de registro de forma corrientementecilindricas y dotadas de tapas de hierrofundido y contratapa en el nivel inferiornormalmente en concreto.
OBRAS ACCESORIAS:
Tragantes y trampas: Inlets and catch basins.
Sifones Invertidos
Vertederos o reguladores de excedencias.
Tanques de lavado (flush tanks)
OBRAS ACCESORIAS:
Los flush tanks son elementos hidráulicos muyinteresantes usados en donde la topografía esmuy plana y por lo tanto cumplir con laspendientes de los tubos que nos permitanvelocidades de arrastre de acuerdo a las normaspor ley, haría que las profundizaciones de zanjashagan antieconómicos los diseños.
En estos casos esta estructura permite ellanzamiento intermitente de ciertas cantidadesde agua que producen arrastre de sólidos y porlo tanto limpieza de tubería.
OBRAS ACCESORIAS:
Los flush tanks son diseñados de una maneramuy similar a como se diseñan los tanques delos inodoros, pero con control hidráulico deoperación o “timers”, dependiendo esto de ladisponibilidad del liquido y otros aspectosmuy particulares de la zona que se estediseñando la obra.
ORIGEN DE LAS AGUAS SANITARIAS
Los aguas sanitarias son las aguas usadas de unacomunidad. Esta compuesta por los desechoslíquidos de origen domestico, industrial, aguas deinfiltración y conexiones ilícitas de pluviales encaso de los sistemas combinados.
Recordar que por ley en la isla el sistema esSEPARATIVO, es decir las aguas pluvialesconstituyen un sistema aparte.
CLOACALES SANITARIOS DOMESTICOS
Son las aguas usadas provenientes de cocinas,baños, lavamanos, inodoros y lavaderos.
Su origen proviene de casas, tiendas, hoteles,oficinas, locales comerciales.
Por esta razón en el caudal medio diariodomestico consideramos la contribución no solode las unidades de vivienda sino tambiéncualquier otra actividad descrita arriba.
CLOACALES SANITARIOS INDUSTRIALES
Cuando el origen proviene de la industrial estasaguas se pueden descargar al alcantarilladosanitario siempre y cuando cumplan con losrequisitos de descarga según el Programa de Pre-Tratamiento de la EPA.
La calidad y cantidad del agua residual de unaindustria depende de la naturaleza de la industria.
DATOS A CONSIDERAR EN EL DISENO:
Una unidad de vivienda se refiere a una en la cualviven en promedio 5 personas. De ahí que la cargaasociada para viviendas privadas sea de 350galones/unidad*dia.
La conexión domiciliaria que va de la casa alsistema de alcantarillado se llama en Puerto Rico“Acometida” y su diámetro es normalmente de 4”.
DATOS A CONSIDERAR EN EL DISENO:
Confluencia de2 ó más tuberías laterales reciben como nombre SUBCOLECTORAS.
Confluencia de 2 o más sub-colectoras reciben como nombre COLECTORAS.
Tubería que lleva las aguas residuales a la planta de tratamiento recibe el nombre de TRONCAL.
DATOS A CONSIDERAR EN EL DISENO:
En el diseño de sistema de alcantarillados porgravedad, no son permitidos diámetros inferiores a 8”.
En el diseño de sistema de alcantarillados porbombeo, no son permitidos diámetros inferiores a 4”.
Esto conjuntamente con las normas dadas parapendientes, evitan el deposito de materiales en elfondo del canal, el taponamiento así como ladescomposición de este material orgánico contenidoen aguas negras.
DATOS A CONSIDERAR EN EL DISENO:
De acuerdo a las normas de la AAA, la velocidadmínima no debe ser inferior a 2 ft/s y la máxima a10 ft/s.
Ahora se da el caso particular:◦ Por gravedad la velocidad varia de 2 a 4 ft/s.◦ Por bombeo la velocidad varia de 5 a 10 ft/s.
Un valor medio puede ser utilizado comoestimador inicial de velocidad para cómputos ydiseño.
OBRAS ACCESORIAS (Registros sanitarios o deInspección) MANHOLES
Deben ser instalados de acuerdo a los siguientescriterios:
Al inicio de cada línea. Donde haya cambio de material de la tubería. Donde haya cambio de la pendiente de la tubería. Donde haya cambio de diámetro de la tubería. Donde haya cambio de dirección de la tubería. Donde haya conexiones con otras tuberías.
OBRAS ACCESORIAS (Registros sanitarios o deInspección) MANHOLES
Las distancias permitidas entre registros debenestar de acuerdo a los siguientes criterios:
Para φ < 18 in → No mas de 85 metros.
Para diámetros entre 20 in< φ < 36 in no mas de100 metros.
Para φ > 36 in no mas de 150 metros.
POZOS DE VISITA O REGISTRO SANITARIO (manhole)
Corresponden a cajas de registro de forma corrientemente cilíndricas y dotadas detapas de hierro fundido y contratapa en el nivel inferior normalmente en concreto.
MANHOLE O REGISTRO SANITARIO DE INSPECCION
OBRAS ACCESORIAS (Registros sanitarios o deInspección) MANHOLES
Los registros deben ser de hormigón y construidos deacuerdo con el diseño dado por la AAA en sus planostípicos.
El hormigón será clase B para esfuerzo en compresiónde 2,500 psi a los 28 días de fundido.
Las paredes deben tener 20 cm de espesor mínimo asícomo la losa de fondo la cual debe ser fundidamonolíticamente con las paredes para evitarinfiltraciones.
CRUCE CON SISTEMAS PLUVIALES
No se permitirá la instalación de la tubería dealcantarillado sanitario cruzando los sistemaspluviales cuando interfieran con el flujo de lasaguas.
En casos en que las cloacas sean instaladas encruces de puentes, alcantarillas y otras estructurassimilares, dichas cloacas deberán ser de tuberíade hierro fundido con junta mecánica para 68 Kgde presión mínima.
CRUCE DE TUBERIAS
Cuando ocurran cruces de tuberías deAlcantarillado sanitario con las de acueductos ocuando pasen a una distancia horizontal menor de1.5 metros una de otra, la de acueductos seinstalara a un nivel mas alto que la dealcantarillado y a no menos de 0.30 m (1 pie)entre la solera de una y la clave o parte superiorde la otra.
PROTECCION EN CRUCE DE TUBERIAS
Si la distancia vertical entre tuberías dealcantarillado sanitario y de acueducto es menosde 30 cm, o aun mayor, el terreno no sea losuficientemente solido, se proveerá cimentaciónde hormigón a la tubería de acueducto evitandoque la carga sobre esta sea transmitida a la dealcantarillado.
