132691242 Cloacas y Drenajes Simon Arocha PDF

SIMON AROCHA R.

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~T Ediciones vega s.r.1.

PRIMERA EDICION 1983 Derechos reservados conforme a la ley Simn Arocha Ravelo

Ningn fragmento de este libro podr ser reproducido en forma algunn sin previo permiso por eScrito de EdiCiones Vega. s r.l.

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Ediciones Vega, s,r,1 Apartado de Correos 51.662 Caracas. 101 O-A, Venezuela

IV

Prlogo

En un enfoque integral para la solucin de los problemas de salud pblica que confrontan las comunidades, toma peso preponderante la atencin de los sistemas de recoleccin y disposicin de las aguas servidas, procurando aislarlas del contacto humano y disminuyendo los riesgos a daos y enfermedades.

U n enfoque de esta naturaleza conduce a proveer a las comunidades de sistemas cloaca/es para la conduccin de las aguas, de origen domstico, comercial e industrial que en ellas se producen, procurando diseos adecuados a cada caso particular en consideracin de Las caractersticas propias de las localidades, tanto de orden tcnico, como geogrficas y socio-culturales.

Convencido de la importancia que los sistemas cloaca/es repre.~enlan para el bienestar y salud de las comunidades, he querido en esta obra recopilar mucha de la experiencia de nuestroS ingenieros y aunar a ella mi modesta contribucin para orientar en el diseo de los sistemas cloaca/es, utilizando criterios y discerniendo sobre normas, cuya aplicacin en nuestro medio ha sido en su mayor parte de gran utilidad para mejorar, a base de esa experiencia, la calidad de los proyectos y obras.

la determinacin de las cargas para el diseo, ajustadas a valores cnsonos con las caractersticas de la regin, y la inclusin de factores que en la realidad tienden a determinar la magnitud de los caudales, aunados a otras consideraciones de diseo para procurar el funcionamiento satisfactorio de la red cloacal, son aspectos que tienden a optimizar tanto tcnica Como econmicamente las obras de recoleccin de aguas servidas.

Esta obra, concebida tanto para la enseanza de la asignatura en instituciones de nivel superior, como para el auxilio de los ingenieros proyectistas en el diseo de los sistemas cloacales y de drenaje de zonas urbanas, analiza los criterios fundamentales, a fin de evitar que la interpretacin equivocada de una norma y su irrestricta aplicacin, pueda conducir a contradicciones con el criterio que en ella se fundamenta.

Los criterios han sido complementados con un extenso nmero de bacos y tablas de gran utilidad para el diseo y la revisin de los proyectos; en este sentido, se presentan ejemplos de aplicacin prctica a situaciones determinadas.

v

Ciertas consideraciones de experiencias para el trazado de la red de colectores que presentan diversas alternativas de diseo, persiguen dar una orientacin acerca de algunas de las variables que deben tomarse en cuenta, para el esbozo de la red de cloacas y drenajes.

Algunos dibujos y Jotografas de diversas estructuras, asi como bacos, han sido cedidos por cortesa de los organismos mayormente involucrados en la normalizacin, diseo y construccin de obras de esta naturaleza, como son la Direccin de Malariologia y Saneamiento Ambiental del M. S. A. S. y el In.,tituto Nacional de Obras Sanitarias (INOS), han venido a contribuir a la mejor utilizacin y comprensin de esta obra, por parte de los profesionales con responsabilidades en esta rea de la Ingenieria.

Tambin se trata con suficiente nivel tcnico, un aspecto de mucha significacin, el cual es con frecuencia subeslimado en el diseo de obras de urhanismo, y es el relalivo a la recoleccin y disposicin de las aguas de lluvia, cuyos eJectos econmicos pueden llegar a ser de considerable magnitud. En este sentido se hace especial anlisis de las caractersticas predominantes y mtodo de diseo de las estructuras que constituyen una red de drenaje, de un pareelamiento, o desarruJiu urbanstico.

Especial consideracin se ha dado a los sistemas de bombeo y las eslaciones correspondientes, para aquellas condiciones donde ello pueda requerirse.

SIMN AROCHA RAVELO Caracas, Abril de 1983

VI

CAPITULO I

COMPONENTES DE LOS SISTEMAS CLOACALES

Consideraciones generales .. Eleccin del tipo de sistema .. Sistema unitario. Sistema separado. . .......... . Caractersticas de las aguas negras. Componentes del sistema Tanquilla de empotramiento. Bocas de visita . Tramos ............ . Red de colectores ..... . Notacin ...

CAPITULO 11

DETERMINACION DEL CAUDAL DE DISEO

Gasto o caudal de diseo .. _ . Aguas provenientes del acueducto ............. . Aguas de infiltracin ........................ , Aguas de empotramiento clandestino. Curvas plu-

yiogrficas ..... Perodos de diseo. _ ...... _ ..

CAPITULO 111

CONFIGURACION DE REDES

Esbozo o trazado de red de cloacas ..... , .... . Nomenclatura .............. , ............ , ... , Trazado de colectores . . . . . .. _ .. _ ...... . Areas tributarias ............................ . Ejemplos ................................... .

INDICE

I 2 2 2 4 5 (, 7 8 8 9

10 11 15

16 39

41 41 41 42

CAPITULO IV

COMPORTAMIENTO HIDRAULlCO DEL SISTEMA

Caractersticas de flujo. . ........... . Tipo de rgimen hidrulico ......... . Frmulas usadas .................... . Velocidad de flujo. Velocidad de arrastre. Pendiente hidrulica. Tirante de agua. Elementos hidrulicos. Relacin de reas Relacin de velocidades. Relacin de caudales . . . . .......... . Pendiente para el arrastre ................... .

CAPITULO V

DIAMETROS y CLASES DE TUBERIAS

52 52 52 53 54 56 56 57 59 60 60 65

Seleccin de dimetros. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68 Conductos como canales abiertos. . . . . . . . . . . . . . 68 Conductos a presin ...... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68 Expresiones para el clculo .............. . . . . . 68 Tablas para la revisin. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69 Abacos de Manning.......................... 89 Frmulas modificadas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95 Colectores cloacales a presin. . . . . . . . . . . . . . . . . 97 Clases de tuberas............. . . . . . . . . . . . . . . . 99 Presentacin de los clculos ................ _ . _ 100 Ejemplos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101

VII

CAPITULO VI

CARGAS SOBRE COLECTORES

Ubicacin y profundidad de los colectores. . . . 106 Jnterseccin de colectores. _ .................. ' 108 Transiciones. escalones .. , ......... _ . . . . . . . . . . . 109 Cargas sobre colectores.. . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . 116 Teora de Marston .................. _ . . . . . . . . 116 Erectos de carga por colocacin ........ _ ..... ' 118 Colocacin en zanja ........ _ .............. , . . 118 Colocacin en terrapln ... , . . . .. . . . . . . . . . . . . . . 119 Tipos de apoyo. . . . .. .. . .. . . .. .. . . 120 Cargas mviles ................. _ ... , . . . . . . . . . 122 Cargas distribuidas, ......... _ . . . . . . . . . . . . .. 122 Abacos. . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . 124 Ejemplos. . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . 149

CAPITULO VII

ESTACIONES DE BOMBEO Y LINEAS DE CONDUCCION

Estacin de bombeo de aguas negras.. 155 Dispositivos y accesorios..... 155 Equipos. Bombas y motores.. 156 Pozo recolector. Capacidad. 158 Seleccin del equipo de bombeo. 162 Curvas del si~tema .. _ . 162 Edificacin. Lineas de bombeo de aguas negras. Ejemplos.

CAPITULO VIII

ESTRUCTURAS ESPECIALES

Sifones invertidos .... _ . _ . _ ... Cajones de paso o embaulados. _ ...

VIII

166 167 169

175 179

Aliviaderos ........ _ .... _ ..... _ ............. . Aliviaderos laterales ....... _ .......... . Aliviaderos de salto ......... _ ............... . Curvas en colectores ............ _ ............ . Bocas de visita ...... _ .... _ ................. .

CAPITULO IX

SISTEMAS DE RECOLECCION DE AGUAS DE LLUVIA

Caractersticas de la zona _ ......... . Coeficientes de escorrenta ....... _ .... _ ...... . Curvas de pavimento .. _ .......... _ ..... . Intensidad-duracin de lluvias. Tiempo de concentracin Estimacin del caudal ..... _ . Mtodo racional .... _ ....... . Estructuras de captacin. _ .......... _ ..... _ Dimensiones y tipos de sumideros .. . Conduccin de las aguas de lluvia. _ . Ejemplos ............... .

CAPITULO X

PRESENTACION DE PROYECTOS

Mtodo ordenado de diseo. - Aguas servidas _ .... _ ... - Aguas de lluvia ... . Cmputo mtrico ... . Ejemplos ................. .

BIBLlOGRAFIA ............. .

186 188 191 195 196

204 204 206 207 207 209 209 210 214 226

239 239 240 240

253

CAPITULO 1

Componentes de los sistemas cloaca les Consideraciones generales.

Eleccin del sistema. Sistema unitario. Sistema separado. Caracteristicas de las aguas negras.

Componentes del sistema.

El desarrollo dc zonas urbanas implica la dota-cin de servicios, cnsonos con la magnitud, impor-tancia y auge que vaya adquiriendo una regin, ya sea en forma planificada o espontnea y que en to-do proyecto debemos anticipar en un plazo prede-terminado. Esto supone vialidad, servicios sociales, acueducto, cloacas, drenajes, electrificacin, redes te-lefnicas, ctc. Algunos de estos servicios estn inter-relacionados de tal manera que su existencia es consecuencia o est limitada a la presencia y/o des-arrollo dc otro. Esta relacin es muy ntima entre las cloacas y el acueducto, de forma tal que si bien es absurdo pensar en un sistema de recoleccin de aguas servidas sin haber dotado a la regin de un abastecimiento de agua, tambin la construccin del acueducto impone la necesidad de recoger y dar sa-lida a las aguas servidas, si es que pretendemos a travs de estos servicios mejorar las condiciones de salubridad de la poblacin.

La recoleccin de esas aguas se hace en el inte-rior de las edificaciones a travs de las piezas sanita-rias y caeras internas de la construccin. Estas constituyen las instalaciones de la edificacin, y su diseo atiende a consideraciones de orden prctico que por razones econmicas se basa en las probabi-lidades de simultaneidad del uso del conjunto de piezas sanitarias.

Estas aguas usadas y recolectadas deben ser en-viadas a un sitio de disposicin final donde no ten-gan efectos ofensivos ni dainos a la comunidad.

Hasta el presente, el mtodo sanitariamente ms aconsejable es mediante la construccin de tuberas subterrneas que denominamos CLOACAS y que conducen dichas aguas a puntos distantes para su tratamiento y/o disposicin final.

Estos colectores cloacales reciben aportes de aguas servidas de todo tipo, procedentes tanto de uso domstico como industrial, comercial e institu-

cional, lo cual hace que en su cuantificacin inter-vengan algunas consideraciones similares a las que determinan los consumos de agua, en los sistemas de abastecimiento.

Adicionalmente a la atencin a dar a estas aguas usadas, las zonas urbanizadas modifican la topogra-fia y alteran la permeabilidad del suelo, de forma que es necesario canalizar y conducir las aguas de lluvias, a fin de evitar daos a las edificaciones pro-pias y vecinas. Estas aguas de lluvia conjuntamente con las que son recogidas en los techos de las vi-viendas y dems construcciones deben tambin ser conducidas a cauces naturales o cursos de agua sin perjuicio del resto de la regin.

La recoleccin de las aguas pluviales puede ha-cerse en forma separada de las aguas servidas o combinada con ellas, siendo determinante conside-raciones de tipo econmico para la eleccin del m-todo ms aconsejable. Ello es, por tanto, un punto de inters que es precIso considerar como criterio bsico para el diseo.

El trmino aguas negras se refiere a aq uellas aguas que contienen excretas o han sido contamina-das por ellas y el de aguas servidas generalmente se emplea para definir aquellas aguas que han sido usadas para fines domsticos como lavado de ropa, fregado, higiene personal. Sin embargo, todas estas aguas recolectadas en las viviendas o edificaciones y conducidas hacia el exterior de las mismas reciben la denominacin de aguas negras, toda vez que ellas han sido contaminadas por excretas.

Por otra parte, las provenientes de las lluvias que son tambin recolectadas en cada edificacin pue-den ser conducidas conjunta o separadamente de las aguas negras, dando as origen a un sistema de recoleccin unitario o combinado, o, por el con-trario, a un sistema de recoleccin separado.

Componentes de los Sistemas Cloacales 1

ELECCION DEL TIPO DE SISTEMA

Principalmente existen dos tipos de sistemas de recoleccin de esas aguas negras o servidas y las aguas de lluvia.

Sistema unitario

Cuando en una zona urbanizada se recogen con-juntamente las aguas negras y las aguas de lluvia, se disean y construyen colectores que denominamos sistema unitario, mixto o combinado, el cual debe ser capaz de recibir los aportes de aguas de lluvia y aguas negras. descargadas directamente desde las edificaciones ms retiradas o comienzo de red, has-ta el ltimo punto de recoleccin. Las condiciones para su diseo atienden a aspectos particulares, lanto por caractersticas propias de las aguas que conducen como por su gran variahilidad en los caudales.

El esquema de la figura 1-1 muestra lo que pu-dlcra ser un trazado en una red de alcantarillado para un sistema unitario.

Esto supone una red dc colectores, capaces de recibir de los empotramientos de las edificaciones, tanto las aguas negras como las aguas de lluvia, y que contemple adems la incorporacin de las aguas de lluvia que escurren superficialmente por calles, aceras y arcas pblicas, a travs de obras de L'aptacin (sumideros) II bicados COn venientL:mente.

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Sistema separado

Un sistema separado contempla una red c10acal para conducir las aguas negras y otra red de tube-ras que, conjuntamente con las estructuras especia-les de recoleccin, conducirn exclusivamente aguas de lluvia, constituyendo as el alcantarillado de aguas pluviales.

Este sistema supone que, tambin las edificacio-nes recogen separadamente sus aguas: descargando a la calle las aguas de lluvias, donde sern recogidas en sumideros y enviadas por la red de colectores pluviales hasta un cauce natural, y por otra parte, conduciendo las aguas negras o servidas hasta la tanquilla de empotramiento de la edificacin para incorporarlas al sistema cloaca/.

El esquema de la figura 1-2 representa lo que pudiera constituir una red cloacal de aguas negras y una red de alcantarillado de aguas de lluvia (sistema separado), para la misma zona de la regin anterior.

Las Normas del Instituto Nacional de Obras Sa-nitarias! establecen que se deber adoptar el siste-ma separado, y solamente en aquellos casos sufi-cientemente justificados se podr autorizar otro sis-tema por va de cxcepcim>.

Sin embargo, a fin de orientar al lector acerca de las condiciones que privan para una decisin de esta naturaleza, vale la pena hacer algunas ccnsideracio-nes acerca de los criterios que conducen para la eleccin del tipo de recoleccin ms aconsejahle.

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2 Cloacas y Drenales

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--At,;UI,5 NEGRAS - - - AGUA.S O LLUVIA

Fig. l-l.-Esquema de un sistema unitario de recoleccin de aguas servidas yaguas de lluvia.

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__ AGUAS NEGRAS - - - AGUAS DE LLUVIA

Fig. 1~2.-Esquema de un sistema separado de recoleccin de aguas servidas yaguas de /luvia.

Haba sido prctica usual o predominante, el construir sistemas de recoleccin para aguas negras y de lluvia en un solo conducto; de all que muchas ciudades dispongan en un gran porcentaje redes unitarias o combinadas. Esto parece ser una razn vlida para que en algunos casos, donde existiendo un alto porcentaje de rea que dispone de sistema unitario, se considere preferible que ampliaciones y nuevos desarrollos de esa regin mantengan un di-seo. atendiendo a un sistema nico de recoleccin de aguas negras y de lluvia.

El mayor conocimiento y celo actual por los problemas de degradacin de los ros por estas des-cargas y la necesidad de un tratamiento previo para su utilizacin obliga a pensar que los costos han de privar para una seleccin adecuada, ya que tanto los requerimientos sanitarios particulares de cada caso como los costos de operacin y mantenimiento pueden inclinar hacia el sistema separado, aun en reas con alto porcentaje de construccin operando con redes c10acales unitarias o combinadas. No ca-be entonces la menor duda de que, en una fase ini-cial de desarrollo, el sistema separado ofrecer ml-tiples ventajas sobre un sistema unitario.

Puede tenerse la falsa impresin de que un siste-ma unitario o combinado resulta ms econmico que un sistema separado, y es posible que bajo cier-tas condiciones ello pueda ser cierto slo en lo que se refiere a costos iniciales de construccin, pero di-ficilmente en trminos de costo total capitalizado pueda lograrse un sistema unitario que aventaje econmicamente a un sistema separado. Si bien es cierto que el primero utiliza un solo conducto para

ambas aguas, ste no aprovecha la capacidad de conduccin para aguas de lluvia que nos ofrecen las cunetas y calles hasta determinadas longitudes, y, ms an, el incremento de los volmenes aumenta los costos de tratamiento y de operacin y manteni-miento, lo cual hace generalmente ms costoso para el perodo de diseo una red unitaria, respecto a redes separadas.

Otra consideracin de importancia que hace ms aconsejable el sistema separado es el hecho de que se requieren mayores profundidades de la excava-cin de las que pudieran requerirse para tuberas de igual dimetro que conduzcan aguas de lluvia sola-mente.

Pero indiscutiblemente que una de las razones ms poderosas para inclinarse por un sistema sepa-rado es el hecho de tener que dar un tratamiento a las aguas, previamente a su descarga a un curso re-ceptor, por cuanto los costos del mismo son signifi-cativamente mayores que para los volmenes de aguas negras solamente.

Es tambin conveniente sealar que cuando se tienen zonas bajas que ameritan bombeo de sus aguas negras y de lluvia hacia los colectores princi-pales de la red, se puede decir axiomtica mente que se impone el sistema separado, tambin por razones tcnicas y econmicas.

Por lo dems, no debe descartarse, en algunos casos donde exista un sistema combinado, la posibi-lidad de usar parte de la ciudad con sistema separa-do y parte con sistema unitario, con lo cual pueden lograrse beneficios econmicos.


CARACTERISTlCAS DE LAS AGUAS NEGRAS

Las caractersticas de los desechos que constitu-yen las aguas negras transforman totalmente la cali-dad del agua del abastecimiento pblico, hacindola nociva y perjudicial. Pero bajo el punto de vista hidrulico altera en muy poco su condicin original de fluido lquido. Por esta circunstancia, se conside-ra que las aguas negras tienen las mismas caracters-ticas hidrulicas de flujo que las del agua, y que las leyes que gobiernan la hidrulica son tambin apli-cables a las aguas negras.

Las caractersticas de las aguas negras y residua-les, pueden infl uir en el material de conduccin y en el diseno de ciertas estructuras y estaciones de bombeo, por lo cual algunas consideraciones al res-pecto se consideran pertinentes.

Slidos totales

Las aguas negras de uso domstico consisten principalmente en aguas de lavado de ropa, fregado, asco personal y usos sanitarios, las cuales suelen contener entre 600 y 800 mgjlt de materias slidas tales como excrementos, jabones, grasas, restos ali-menticios, papeles y trapos.

De acuerdo a lo reportado por el profesor Gus-tavo Rivas Mijares en la referencia 2

CUADRO 1-1

ANALlSIS QUIMICO SANlT ARIO T1PICO LlQUIDOS CLOACA LES (En mg~t)

Slidos totales. Slidos voltiles. Slidos fijos.

Contribuyentes

Slidos suspendidos totales. Slidos suspendidos voltiles. Slidos suspendisos fijos. Slidos disueltos totales .. Slidos disueltos volatilcs . Slidos disueltos fijos. Slidos scdimentales (mili) . DBO - 5 das, 20'- C. Oxgeno consumido . Oxgeno disuelto Nitrgeno tolal . Nitrgeno orgnico. Nitrgeno amoniacal libre .. Nilrgcno Nitritos (RN0 2 ) Nitrgeno Nitratos (RNO~) . Nitrgeno Cloruros. N1trgeno Alcalinidad (CaCO.,). NI1rgeno Grasas.

(*) No en mg/I

Sulfuro de hidrgeno

Valores Medios

500 350 ISO 300 300 250 200 lOO lOO

8' 200

75 O

50 20 JO 0,05 0,20

lOO 100 20

La produccin de sulfuro de hidrgeno es un factnr negativo en las redes cloacalcs por su poder corrosivo y su desagradable olor. Por ello, una con-sideracin importante para el diseo consiste en la prevencin de su formacin.

La cantidad de sulfuro producido vara con la concentracin del lquido c1oacal, la temperatura, el dimetro de la tubera y el tiempo de retencin, Ba-JO esta consideracin, si el perodo de retencin es menor de 15 minutos, no se desarrollarn concen-traciones serias de sulfuro de hidrgeno.

En aguas negras altamente concentradas, y si la temperatura es relativamente alta, se requerir apro-ximadamente de una velocidad de 0,90 m/sg a 1,05 m/sg en un colector fluyendo libremente, a fin de prevenir la formacin de sulfuro de hidrgeno'.

Los problemas que puede ocasionar la forma-cin de sulfuro de hidrgeno, generalmente ocurren en los conductos slo en longitudes grandes, por su acumulacin excesiva en la tubera sin oportunidad de ventilacin, producindose olores, corrosin, in-cremento de la demanda de cloro y mayores dificul-tades de tratamiento. Generalmente, el sulfuro de hidrgeno est disuelto. en el agua, siendo mayor a bajo pH y puede liberarse en grandes cantidades dentro de bocas de visita con cadas grandes, crean-do ambientes letales,

Fig. 1-4.-Acumulacin de sulfuro de hidrgeno en colectores cloaca/es y accin destructiva sobre colec-

tores de concreto.

Esta condicin de peligrosidad debe alertar al proyectista, a fin de prevenir tal posibilidad, sobre lodo en conductos largos, manteniendo velocidades de escurrimiento adecuadas, evitando puntos de alta turbulencia y longitudes de colectores fluyendo a presin o a capacidad plena (Fig, 1-4),

Otros aspectos de consideracin de las aguas ne-gras son los relativos a Demanda Bioqumica de Oxgeno (O.B,O.), Demanda Qumica de Oxgeno (O.Q.O.), Oxgeno Disuelto (0.0.), pll, temperatu-ra, ctc., pero cuyas consideraciones son ms propias para una obra sobre tratamiento de aguas residua-les que para el diseo mismo de la red, por lo cual no se hacen mayores comentarios al respecto.

Para informacin del lector, se presenta el cua-dro 1-1, tomado de "Tratamiento de aguas residua-les, de Rivas Mijares',

Las caracteristicas mencionadas inciden en el di-seo, tanto para la determinacin de velocidades apropiadas que eviten la deposicin de sedimentos, como en la seleccin del material de construccin de los conductos.

COMPONENTES DEL SISTEMA

Consideremos primeramente una red de colecto-res de aguas negras de un sistema separado:

U na red de alcantarillado de aguas negras est constituida por: el ramal de empotramiento, que es la tubera que, partiendo de la tanquilla en el borde de la acera, va hasta el colector cloacal que est enterrado en la calle y pasa ms cerca de la vivien-da (Fig, 1-5),

Este ramal de empotramiento tendr un dime-tro de acuerdo al gasto correspondiente de la edifi-cacin que sirve, pero en ningn caso dicho empo-

Componentes de los Sistemas Cloaca les 5

Fig. -5.-Ramal de empotramif'lllo ripico.

tramiento debe ser inferior a 150 mm de dimetro, siendo I por lOO la pendiente mnima aconsejable.

Las cloacas de empotramiento debern cumplir las especificaciones del artculo 333 de las Normas sanilorios para proj'cct 0, construccin, reparacin J' refrma de edificjos, Gaceta Oficial nmero 752. Extraordinaria 5 , que dice:

Art. ll.l La acometida a la cloaca pblica debe hacerse por medio del cachimbo previsto para tal fin. Si (:stc- [JO existe, se permitir hacer el empotramiento dlftxtalllente en el t:olcctor pbltco, siempre que se

l~urnrlan los siguientes requisitos:

a) No se efectuarn dos empotramientos en el mismo sitio, aun cuando sea en lados opuestos del colector.

h) Se tratar de que la perforacin hecha en el colector con el objeto de empotrar la cloaca del edificio resulte aproximadamente del mismo dimetro del tubo de empotramiento.

e) La junta se har con mortero de cemento de excelente calidad, de no menos de 8 cm de espesor, y en forma que quede completa-mente estanca.

d) El empotramiento se har con una Ye en direccin de la corriente cuando el dimetro del colector Pllblico sea menor de 45 cm. En caso de ser mayor. podr hacerse en n-gulo de 90"".

e) Cuando por razones de topografa se haga necesario empotrar dos viviendas en un mismo ramal de empotramiento, esto se ha-r en una tanquilla debajo de la acera.

f) La pendiente del ramal de empotramiento estar comprendida entre I y 10 por lOO.

g) El empotramiento se har en forma tal que la cresta del tubo de empotramiento quede

6 Cloacas y Drenajes

0,20 m ms abajo que la parte inferior de la tubera de agua potable.

h) La profundidad del tubo de empotramiento en la acera estar comprendida entre 0,80 y 2,00 m.

i) Al efectuar el cmpotranllenlo se evitar que caigan dentro del colector, mortero, escom-bros. tierra u otros maleriales que puedan obstruirlo.

jJ El tllbo empotrado nunca deber sobresalir dentro del colector al cual se empotra.

k) El dimetro mnimo del empotramiento se-r de 15 cm.

Para cada parcela deber instalarse una tubera de empotramiento, cuyo dimetro mnimo estar de acuerdo a la dotacin de agua correspondiente. A tales efectos, las Normas del Ministerio de Sanidad 6 recomiendan los dimetros mnimos sealados en el cuadro 1-2.

CUADRO 1-2

DlAMETROS MINIMOS DE LAS TUBERIAS DE EMPOTRAMIENTO Y DIMENSIONES MINI MAS DE

LAS TANQLJILLAS DE EMPOTRAMIENTO, SEGUN LAS DOTACIONES DE AGUA ASIGNADAS A LAS

PARCELAS EN LTjDlA

Dotacin asignada Diamctro mnimo Dimensiones mnimas a la parcela de la tubera de la tanquilla

o lote en Itjdia de empotramiento de empotramiento mm Pulgadas mm Pulgadas

Hasta 15.000 .. 150 6 250 10 De 15.001- 45.000 .. 200 8 300 12 De 45.001-100.000 . 250 10 380 15 De 100.001-200.000 . 300 12 457 18 De 200.001-400.000. 380 15 610 24

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Fig. 1-6.-T .mquilla di' empotramiento.

Tanquilla de empotramiento

La tanquilla de empotramiento normalmente se ubica debajo de la acera, preferiblemente en el pun-to ms bajo del frente de la parcela. Generalmente se construye con tubera de concreto, cuyo dimetro mnimo es de 250 mm, incrementndose ste de acuerdo a la dotacin, como se seala en el cuadro 1-2.

La figura 1-6 presenta en detalle la tanquilla de cmpot ramiento tpico.

BOCA DE VISITA

Son estructuras generalmente compuestas de un cono excntrico, cilindro y base que permiten el ac-ceso a los colectores cIoacales y cuya ubicacin, tipo y caractersticas estn sealadas en el arL 336 de las

Normas e instructivos para el proyeclO de alcantari-llado, del Instituto Nacional de Obras Sanitarias 1

De acuerdo al articulo sealado, debern pro-yectarse bocas de visita:

a) En toda interseccin de colectores del siste-ma.

b) En el comienzo de todo colector. e) En los tramos rectos de los colectores, a una

distancia entre ellas de 120 m., para colecto-res hasta 0 0,30 m (12") y 150 m para co-lectores mayores de 0 0,30 m (0 12").

d) En todo cambio de direccin, pendiente, di-metro y material empleado en los colectores.

e) En los colectores alineados en curva, al co-mienzo y fin de la misma y en la curva a una distancia de 30 m entre ellas, cuando corresponda.


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CORTE

PLANTA

Un detalle de bocas de visita se presenta en la figura 1-7.

TRAMOS

Se denomina tramo a la longitud de colector cloacal comprendido entre dos bocas de visita conti-guas. El dimetro y dems caractersticas de cada tramo, estn determinados por el gasto o caudal de diseo correspondiente. El tramo se identifica por las bocas de visita que lo comprenden. Ejemplo: Tramo Al-A2; Tramo B3-B4, etc.

RED DE COLECTORES

La red est constituida por todo el conjunto de tramos; y en ella podemos definir a un colector principal, el cual recibe los aportes de una serie de colectores secundarios que, de acuerdo a la topogra fia, sirven a diversos sectores de la zona urbanizada. El colector principal toma la denominacin de co-lector de descarga o emisario a partir de la ltima boca de visita del tramo que recibe aportes domici-liarios, hasta el sitio de descarga en la planta de tratamiento o en un curso superficial.

fiy. -7.-Boca de visita tpica.

Las Normas del Ministerio de Sanidad y Asis-tencia Social", definen al colector principal como una "Sucesin de tramos de cloacas, que partiendo de la boca de visita de comienzo del emisario y, en sentido contrario al flujo, sigue la ruta de los gastos mayores,

2,- -

3,---

B Cloacas y Drenajes

27

A , ,

r 1,2 r

BCD E l' , I ! ro 12 !7 I '" I '0 I ", I 60 "2 I / ' t . f

-- -- -- ------l-tl7"

Fig. [-B.-Esquema de red de col'ectil~

Cada colector secundario, define una hoya se-cundaria y el colector principal abarca toda la zona en estudio.

Se denominan colectores secundarios a aquel10s colectores que reciben los aportes de aguas negras de pequeas reas, pudiendo recibir las aguas ne-gras de varios tramos laterales y descargando en el colector principal.

Notacin

A fin de facilitar la ubicacin de las bocas de visita y de identificar los tramos y colectores de una manera sencilla, resulta buena prctica usar ejes, identificndolos con letras en un sentido, y nmeros en el otro.

En la figura 1-8, el calcetar principal puede iden-tificarse mediante las notaciones B2-B4-C4-D4-E4, un colector secundario seria el CI-DI-D2-D4, el cual, recibe a su vez a los laterales E2-EI-DI; CI-D'2-D2 y al E2-D2; otro colector secundario seria el AI-CI-C2-C3-C4, el cual recibe a su vez 3 laterales identifi-cador como A I-A2-C2; D2-C2 y D3-C3.

Un esquema de la red de colectores c10acales co-rrespondiente a la zona a desarrollar, se presenta en la figura 1-9, destacndose el colector principal.

Esquemas separados de los colectores secunda-rios se presentan en las figuras 1-10 y 1-11, el prime-ro corresponde a la hoya secundaria definida por el eje C 1-0 1- 02-04 con sus afluentes correspondien-tes y el segundo al de la hoya cuyo eje AI-CI-C2-C3-C4 recibe los aportes de los tramos que descar-gan a l.

Obsrvese que ambos colectores pueden tener en el punto C I una boca de visita comn.

Al el

Cl 01 El

- - - -~ t>

CAPITULO JI

Determinacin del caudal de diseo

Gasto (J caudal de diseiio. AgulIs prOlwnie1lles del acueducto.

Curva de rariuciol1l'S horarias y de descargas acumuladas. Zonificacin. Normas sanitarias.

Aguas de jlllracin del 8uosuelo. Emporramicllfo cllIfldestillo de agrws de IIm:ia.

Cun'os de in/t'/lsidad de lluvia. Perodo de disio.

Una estimacin del caudal de aguas negras co-mo base para el diseo de la red de colectores cloa-cales, comprende determinaciones de varios aportes que de la manera ms aproximada o exacta posible, dehe hacerse a fin de lograr un diseo ajustado a condiciones rcales. Con frecuencia se observan co-lectores trabajando sobrecargados o desbordndose por las hocas de visita, a causa de imprecisin en los dtlculos.

Investigaciones realizadas en diversas ciuda-des 1'.11,14, l'i han evidenciado que los colectores de aguas negras reciben los aportes de agua de tres procedencias diferentes.

Las aguas servidas provenientes del acueducto, las aguas que se infiltran al colector procedentes del subsuelo, yaguas de lluvia que clandestinamente empotra cierto porcentaje de las viviendas de la lo-calidad.

Aguas servidas provenientes del acueducto

Obviamente que el primer aporte a considerar en un sistema de aguas negras, es el relativo a las aguas provenientes del abastecimiento, por lo cual, debe considerarse a la curva de consumos acumula-dos, transformada en curva de descargas acumula-das como un buen indicador de la cantidad de aguas negras que reciben los colectores cloacales.

Si bien es cierto que no todo el volumen de aguas del acueducto que se consume en una edifica-cin regresa a las cloacas, tambin es verdad que en una gran mayoria de ciudades existen fuentes priva-das de abastecimiento, ya sea con fines industriales, comerciales o domsticos que compensan esa dismi-nucin, y que como no forman parte del sistema del acueducto, no se contabilizan.


A menos que se tengan ciudades o reas cuyo grado de control sobre la posibilidad de explotacin de fuentes privadas de abastecimiento de agua sea tal que garantize su no utilizacin; el considerar un factor de disminucin del gasto de diseo (factor de reingreso), por razones de riego, procesos industria-les y otros, puede resultar una temeridad en el diseo.

Tomando la curva tpica de variaciones horarias (Fig. 11-1), del libro Abastecimiento de agua. J('oria y diseo 7, podemos construir la curva de descargas acumuladas, las cuales, asumimos se corresponden. Esta ltima consideracin compensa las disminu-ciones reseadas, con los aportes por fuentes priva-das no contabilizadas en dicha curva.

Cuando no se dispone de una curva tipo, puede asumirse un consumo per cpita por da, o bien, basndose en las Normas Sanitarias 5 , utilizar cifras de consumo de acuerdo al uso de la tierra.

200 1--'8 o

" o

~ w 140 ~ .

~ 12 o

01--'" S 10 o ~

80

1--'0

12 I 2 l 4 5 6 7 8 9 10 11 12 I 2 3 4 : 6 7 a 9 10 It 12

~ -~- ---A 101.- ---'.I~.-- -~P_M_- ---

Para fines de diseo, el gasto (It!sg) de aguas ne-gras, ser el que corresponda a la hora de mxima descarga o descarga mxima horaria (Qm', h), cu-yo valor, determinado para los abastecimientos de agua, es Qm', h ~ K, x Qm, siendo K, un valor comprendido entre 2 y 3', Y Qm el consumo me-dio de agua del sistema de abastecimiento de agua, para el perodo de diseo considerado_

La grfica de la figura JI-I, que representa una curva tpica de consumo de agua, nos permitir construir la curva de descargas acumuladas a fin de determinar los aportes por este concepto, a conside-rar en el diseo del colector cloaca!. (Fig. H-2)_

La figura JI-3 representa la curva de un dia tipi-co dc las descargas de aguas servidas de origen do-mestico, en poca de sequa (tomada de EPA-625/1-77-0(9)-

En este caso, cuando para el diseo de la red cloacal se utilizan los datos del abastecimiento de agua, obtenidos como mediciones del registrador to-talizador, no hay diferenciacin entre las aguas

400

>0O ~ ~ 200 ~ eccc >00

-'iV"'(TOS 000

",

900

~ '00

.

usadas dc origen domstico, de las de origen comercial, industrial o institucional, y se asume, por tanto, que todo el caudal de aguas que entrega el acueducto a la poblacin, lo reciben los colectores cloacales en forma similar, con cierto desplazamien-to en el tiempo. Para fines prcticos, este desplaza-miento no afecta el diseo, pues debe darse capaci-dad a las instalaciones para satisfacer el mximo caudal que en forma instantnea pueda recibirse de todo el rea a servir.

Vale la pena sealar nuevamente, que si bien es verdad que no todo el agua que entrega -el acueduc-to a la poblacin, regresa al sistema cloacal, existen otras fuentes de abastecimiento privado que no con-tabiliza el medidor del acueducto y cuyo aporte compensa las disminuciones del gasto por razones de prdidas o fugas en las tuberias de abastecimien-to, riego, lavado de carros, etc,

Basado en este criterio, es que se estima que el gasto a considerar como aporte para el caudal de diseo de los colectores cloacales, proveniente del acueducto, sea equivalente al del consumo mximo horario.

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~ F F~ ~ re r=:=

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o o 1 6 8 10122468 10 12

r-- ~-AM l' PM-----! HORAS

flG usos DE AGUA EN VIVIENDAS MEOICIONES V( DESCARGA I/d/vlv

Fig. /l-2.~Curf)a tpica de descarga de aguas servidas de d'ferf!Ilf(!.~ usos dome:\ticos.

Determinacin del Caudal de Diseo 11

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,

,

"

, , ,

, , ,

, ,

I

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I , ,

l- aBO .-----\ I , I I

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300

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SO

~ ______ ~------~~----_,--------+O 6

" 6

"

HORAS

Fig. JI-3.-Curva de variacin de descargas de aguas ser-vidas y D80.

('u ando no se disponga de la curva de variacio-nes de consumos, pero se tenga la informacin de la zonificacin del rea a desarrollar, se puede determi-nar el gasto medio como la suma de las dotaciones correspondientes (Itjsg) y seleccionar el factor K" de acuerdo a las caractersticas de la poblacin.

A efectos de estimar este factor, Fair & Geyer citan el trabajo de Harmon W. G.', el cual sugie-re la expresin

Qm',_= (18+ JP)j(4+ JP). QprmedlU

Esta frmula emprica permite construir la curva de la figura 11-4. utilizable para la estimacin del K,.

A continuacin, se presenta un cuadro gua para estimacin de caudales de descarga en algunos esta-blecimientos, LOmado de Water & Sewage Works9 , el cual contiene alguna informacin que puede complementar las normas referidas en la Gaceta Oficial n." 752 -extraordinaria- para algunos ca-sos no contemplados all.

Las Normas del NOS' en los artculos 3.7, 3.8, 3.9, 3.10 Y 3.11 consideran lo siguiente.


3.7. Clculo del gasto de prn.l.!ecto en sistemas para a{juas servidas.

Para determinar el gasto de proyecto de un sistema de alcantarillado de aguas servidas, se deben!n considerar los siguientes aportes de agua}}.

a) Negras domiciliarias. b) Industriales. e) Comerciales. d) Institucionales, y e) de infiltracin. El autor observa que en la norma no se incluye el

aporte por empotramientos clandestinos de aguas de llu-via, por lo cual ms adelante abordamos en detalle este aspecto.

En la determinacin del primero de los aportes sealados en el aparte 3.7, las mismas normas defi-nen en el artculo 3.8, que El valor de gasto mxi-mo (promedio diario anual) de las aguas negras do-miciliarias, se obtendr aplicando la frmula si-guiente:

donde: Q"""AP = Gasto medio (promedio diario anual) del

acueducto A.P que abastece la localidad.

500

400

300

200

(f) I 00 w 90 --' 80 ~ 70 Z 60 w

z 50 O U 40

"" --' al 30 O Q

20

Fig. 1l-4.-Curva pura factor de pobLacin (K,).

Determmacin del Caudal de Diseo 13

K = Coeficiente que es funcin de la pobla-cin futura de la zona; sus valores son:

Hasta 20.000 habitantes ... de 20.00 I a 75.000 habitantes .. de 75.001 a 200.000 habitantes. de 200.001 a 500.000 habitantes Mayor de 500.000 habitantes ...

3,00 2,25 2,00 1,60 1,50

R = Coeficiente de gasto de reingreso, igual a 0,80.

Luego, el articulo 3.9 fija las caractersticas y

condiciones de rece pelO n de las aguas industriales a los colectores c1oacales, as:

3.9. La aceptacin de las aguas residuales in-dustriales en un sistema de alcantarillados, estar condicionada a un tratamiento previo, el cual sera fijado en cada caso por las autoridades competen-tes, pero nunca el pH de las mismas ser menor de 5.5 ni mayor de 8.5,})

3.9.1. El aporte de las aguas residuales indus-triales en el sistema de alcantarillado, puede variar ampliamente. Deber tenerse en consideracin para la determinacin de este gasto: el tipo de industria, tamao de la planta, tipo de supervisin y en todos los casos, las circunstancias presentes y futuras.

CUADRO 11-1

rSTABLECl\11ENTO

APARTAMENTOS

HU/)J[(lIU'l

a) Pequeno bl Mediano e) Grande

:! "ahitlof/ al Pequeo. n) Mediano e) (,rIIlJe

a) Pcquo:io n) MCitiano el Grandc

4 Illhiladone.\

a) Pequeo n) Mediann e)

3.9.2. Se deber considerar adems, como aporte de las aguas residuales industriales, aquellas que no provienen del acueducto, como aguas de refrigeracin y de otros procesos industriales que procedan de otras fuentes de aprovisionamiento privado, tales corno pozos profundos, tomas en ros, manantiales y otros posibles aportes.

3.9.3. Se determinar para cada industria, en lo posible, el gasto mximo de sus aguas residuales, y las horas del da en que se produzcan.

3.9.4. Cuando en una localidad exista una zo-na industrial que no ha comenzado a desarrollarse, se tratar de obtener en lo posible, la informacin correspondiente a los distintos tipos de industria que se instalarn en la misma, y se determinarn UlIl cierta aproximacin, los respectivos gastos m-ximos de aguas residuales.

3.9.5. En caso de que no sea posible obtener la informacin indicada procedentemente, se podr aplicar un coeficiente de gasto de aguas residuales, comprendido entre los siguientes valores externos: 1,5 It/sg/ha bruta y 3,0 It/sg/ha bruta.

."tIO. CfcrJlo del gasto de lus agUQ8 servidas por contribucin comercial

La contribucin comercial en las aguas servi-das se estimar en ltjsgjha hruta, basado en el estu-dio de las ofertas comerciales ya desarrolladas en olras lot:alidades y en las dotaciones de agua que sc

a~ig.na[) al respet:lo en las "Normas Sanitarias del Ministerio dc Sanidad y Asistent:ia Social". Se debe-r,i aplit:ar en este ltimo caso, el coeficiente de gas-to de remgreso ya indicado.n

\.1 I ('I/cu/o del !Iasto de !c/s aguas servidas I'or contrinucin institucional

,,(Ilospitales. crceles. cuarteles, escuela y otros). Estas aguas servidas, son generalmente de naluraleza domestica, su estimacin se realizar en base a las dotaciones de agua que se fijan al respec-to en las Normas Sanitarias del Ministerio de Sani-dad y Asistencia Social. aplicndose el gasto de reingreso ya indicado.

Ya sea mediante la utilizacin del gasto medio de todo el consumo de agua y el factor K 2 que define la hora pico, o bien mediante la discrimina-cin del gasto corno contribucin de las aguas usa-da.'; en la red de doacas, sealadas en las Normas del Inslituto Nacional de Obras Sanitarias, resulta ulIlwniente por razones practicas expresar este gas-to, corno un t:audal unitario (ltjsgjha). Esto nos permitir determinar para cada tramo o colector el caudal de diseilo en funcin del rea que sirve.

Aguas que se infiltran al eolector

Dado que generalmente los colectores c10acales se disean como canales abiertos, existen muchas

posibilidades de que se infiltren aguas del subsuelo hacia los colectores. Ello depender de diversos fac-tores, entre otros del nivel de la mesa de agua, de la porosidad del material de la tubera, del tipo de jun-ta, etc.

Los colectores de aguas ngras deben disearse con capacidad para recibir este gasto adicional que de manera inevitable penetra a los conductos, prin-cipalmente a travs de las juntas o uniones. La ca-racterstica de una buena junta en colectores cloaca-les, incluye estanquidad, resistencia o penetracin dc races, resistencia a corrosin y durabilidad.

El dimetro de la tuberia tiene tambin impor-tancia habindose encontrado que mayor importan-cia debe darse a los colectores de dimetros peque-ios, por las mayores dificultades en su reparacin y construccin de juntas, as como porque ellos re-presentan las mayores longitudes de la red. Tambin a travs de los ramales de empotramiento penetra una cantidad relativamente apreciable de aguas de infiltracin, de tal forma que investigaciones realiza-das en Miami, FlaIo indicaron que entre el 30 y el 40 por 100 de un excesivo gasto de infiltracin fue debido probablemente a deficiencia en los ramales de empotramiento.

Algunas investigaciones realizadas en ciudades y distritos de los Estados Unidos de Norteamrica ", seiialan los valores de infiltracin que se indican en el cuadro 11-2.

De acuerdo a las investigaciones reportadas en el cuadro anterior, se observa una variacin que va desde un mnimo de 7.330 ltjkm/da hasta un mxi-mo de 79.250 lt/km/dia, como gasto o contribucin a considerar por concepto de infiltracin. Las nor-mas del Instituto Nacional de Obras Sanitarias 1 contemplan en el aparte 3.12 El gasto mximo de infiltracin a considerar en un sistema de alcantari-~lado de aguas servidas, ser de 20.000 lt/km/dia.

En el clculo del aporte de las aguas de infiltra-cin, se considerar la longitud de cada uno de los empotramientos correspondientes, comprendida en-tre el lmite de frente de la parcela y el eje del colec-tOL

3.12.1. Se deber disminuir en lo posible, el gasto de las aguas de infiltracin y en su clculo se tendr en cuen-ta:

a) Las caractersticas fsicas de la zona. b) Tipo de suelo. c) Altura de la mesa frelica. d) Tipo de condiciones de las juntas y colectores del

sistema existente, en caso de tratarse de un proyec-to de ampliacin.

Determinacin del Ciludal de Diseo 15

CUADRO H-2

Ciudad Mesa de agua Tipo de junta Cranston, R. L Baja Bitum Glousler, Mass Alta Bitum Sangus, Mass Alta Bilum

Websler, Mass Baja Mortero

Poins Pleasant, N. J. Lancaster, Pa. Empacadura

de goma. Lemoyne, Pa. Alta Ewing-Lawrence, N. J. 90%

Aguas de lluvia empotradas clandestinamente

Si bien en un sistema separado de aguas negras yaguas de lluvia, es de suponer que no se permitir el empotramiento de aguas provenientes de los te-chos y patios interiores al sistema de aguas negras, la experiencia nos demuestra que esto no se logra en un lOO por lOO y que por el contrario existe un cierto porcentaje de viviendas que por ignorancia, negligencia o pequeas ventajas econmicas en la construccin de las instalaciones internas, empotran sus aguas de lluvia conjuntamente con las aguas ser-vidas, incrementando por tanto los caudales de es-currimiento en los colectores cloacales.

Una de las investigaciones ms demostrativas, a fin de determinar la importancia de este factor en la determinacin del volumen de agua que penetra al sistema debido al empotramiento de aguas de lluvia, es el realizado por John C. Geyer y John J. Lentz!2 en varias comunidades, destacndose la de Pine Va-lley, Baltimore County, USA, que establece: La in-Ouencia de la precipitacin sobre el alcantarillado de aguas servidas puede observarse claramente en la curva que muestra el flujo para los dias de mximo. La mayoria de los picos son atribuidos directamente a aguas de lluvia.

A continuacin se presenta la curva, resultado de dicha investigacin (Fig. 11-5).

Ms adelante, en el informe sealado, se dice: Durante una lluvia en otra rea, cuando la lluvia mxima horaria fue de 2,9 cm y la lluvia total diaria de 4,2 cm, el gasto en el colector pas de 2,9 It/sg antes de la lluvia a 51 It/sg durante ella.

Estas consideraciones basadas en investigaciones realizadas en pases con mejores controles, hace pen-sar que no se puede desestimar en el diseo el cau-dal que por empotramientos clandestinos de aguas de lluvia, escurre a los colectores de aguas negras. Es indudable que esta condicin es variable para cada zona, dependiendo de las curvas pluviogrficas


Dimetros Longitud de lo ven. Infiltracin lt/kmJda

8" a 39" 26 5.500 13.000 21" 0,18 26.600 62.925

8" a 24" 3,6 28.200 a 66.710 a 33.500 79.250

8" a 18" 7,5 10.000 a 23.660 a 16.500 39.000

8" a !O" 1,8 6.000 14.200 16" a 18" 0,57 8.200 a 19.400 a

9.200 21.800 8" a 20" 20 10.000 23.660 6" a 15" 3.100 7.330

correspondientes, tanto en intensidad, duracin y frecuencia. Un ejemplo muy sencillo de la magnitud del problema, se presenta en la investigacin repor-tada12: Una lluvia muy comn de 3 pulg/h (7,0 cm/hora), cayendo sobre el techo de una casa de 30 x 20 pies (9 x 6 m), en la cual viven 4 personas, produce un caudal en la caera de la edificacin a una rata aproximada de 6.000 galones/persona/da (23 m'/dia/persona).

Esto es lOa 20 veces el flujo per cpita para el cual se diseara el colector para aguas negras solas. Entonces es evidente, que un nmero relativamente pequeo de conexiones in apropiadas sobrecargarn los colectores cloacales durante lluvias intensas.

Tambin Fair, Geycr y Okun!9 sealan

lo y frecuentemente tambin, aumentan el nujo los drenajes pluviales ilcitos y las fugas a travs de las tapas de registros.

Ms recientemente, Nogaj y Hollenbeck 13 en in-vestigacin realizada con auspicios de U. S. Envi-ron mental Protection Agency realizaron estudios de investigacin en sistemas separados de aguas negras en diversas ciudades, llegando a las siguientes con-clusiones:

- El caudal mximo en un sistema separado de aguas servidas es una funcin de la intensi-dad de lluvias. La correlacin estadstica entre el Qmximo Y la intensidad de lluvias es una relacin de tipo exponencial. Esta relacin es mayor cuando se usan lluvias de duracin menores de 120 minutos, para determinar la correspondiente intensidad. El coeficiente de nujo que se incorpora al sis-tema de aguas servidas depende del tipo de posible fuente en la regin (drenajes de pa-tios, defectos de las tapas de las bocas de visita, sumideros y hoyas captadas directa o indirectamente conectadas a las cloacas, etc.) En un sistema separado de aguas servidas, sujeto a sobrecarga, el caudal mximo puede estimarse sin mediciones de esa rata en la ac-tualidad. La tcnica desarrollada en este estudio puede ser usada para evitar subestimaciones del caudal mximo y nujo total, de tal modo que puedan realizarse programas de rehabilita-cin efectiva de colectores cloacales.

El efecto q uc las aguas de lluvia cadas en el rea investigada tienen sobre los colectores cloaca-les, se renejan en la figura II -6.

TIEMPO ( dios)

Fig. 11-6.-Efecto lpico de las aguas de lluvia sobre el caudal de aguas negras.

Los mismos autores, en el anlisis estadistico realizado sobre 20 proyectos indican que para la estimacin del caudal de aguas de lluvia que contri-buye a las cloacas de aguas servidas en sistemas separados, la relacin exponencial que mejor lo defi-ne es:

siendo: Q, = Gasto pICO. a' = Coeficiente dependiendo de las caractersti-

cas y cantidad de fuentes potenciales de penetracin, localizadas en el rea.

b = Coeficiente de gasto o relacin del gasto pico a la rata de lluvia aplicable a la hoya en estudio.

Los cuadros II-3 y 11-4, sealan valores para a' y b, de acuerdo a lo sugerido por Nogaj y Hollen-beck.

Otro reciente trabajo realizado por DeCoit, De-nis; Tsugita, R.; y Petroff, R. C. en noviembre de 1981 14, corrobora esta apreciacin en el sentido del incremento de caudal de los colectores cloacales, in-mediatamente despus de ocurrencia de lluvias, co-mo se evidencia en la figura 11-7, resultado de esta investigacin.

CUADRO 11-3

VALORES DEL COEFICIENTE .' OBTENIDOS EN DIVERSAS CIUDADES

Ciudades Minimo Mximo Promedio

A 0,363 1,246 0,98 B 0,312 1,508 0,877 C 0,474 1,593 1,034 D 0,860 2,086 1,553 E 0,457 1,302 0,899

CUADRO 11-4

VALORES DEL COEFICIENTE b, PARA LAS FUENTES DE PENETRACION DE AGUAS DE LLUVIA A

COLECTORES CLOACALES

Tipo de ruente

Drenaje de fundaciones, sumideros sanitarios defectuosos, conexiones indirectas de aguas de lluvia __

Defectos en las tapas de las bocas de visita, sumideros de aguas de lluvia, combinacin de conexiones directas e indirectas _ ....

Conexiones directas de aguas de lluvia __ ...

Coeficiente b

0,3-0,6

0,6-1,2

1,2-2,0

Determinacin del Caudal de DlseM 17

lo y frecuentemente tambin, aumentan el nujo los drenajes pluviales ilicitos y las fugas a travs de las tapas de registros.

Ms recientemente, Nogaj y Hollenbeck 13 en in-vestigacin realizada con auspicios de U. S. Envi-ron mental Protection Agency realizaron estudios de investigacin en sistemas separados de aguas negras en diversas ciudades, llegando a las siguientes con-clusiones:

- El caudal mximo en un sistema separado de aguas servidas es una funcin de la intensi-dad de lluvias. La correlacin estadstica entre el Qmximo Y la intensidad de lluvias es una relacin de tipo exponencial. Esta relacin es mayor cuando se usan lluvias de duracin menores de 120 minutos, para determinar la correspondiente intensidad. El coeficiente de nujo que se incorpora al sis-tema de aguas servidas depende del tipo de posible fuente en la regin (drenajes de pa-tios, defectos de las tapas de las bocas de visita, sumideros y hoyas captadas directa o indirectamente conectadas a las cloacas, etc.) En un sistema separado de aguas servidas, sujeto a sobrecarga, el caudal mximo puede estimarse sin mediciones de esa rata en la ac-tualidad. La tcnica desarrollada en este estudio puede ser usada para evitar subestimaciones del caudal mximo y nujo total, de tal modo que puedan realizarse programas de rehabilita-cin efectiva de colectores cloacales.

El efecto que las aguas de lluvia caidas en el rea investigada tiencn sobre los colectores cloaca-les, se renejan en la figura II -6.

lEMPO ( dios)

Fig. 11-6.-Efecto lpico de las aguas de lluvia sobre el caudal de aguas negras.

Los mismos autores, en el anlisis estadistico realizado sobre 20 proyectos indican que para la estimacin del caudal de aguas de lluvia que contri-buye a las cloacas de aguas servidas en sistemas separados, la relacin exponencial que mejor lo defi-ne es:

siendo: Q, = Gasto pICO. a' = Coeficiente dependiendo de las caractersti-

cas y cantidad de fuentes potenciales de penetracin, localizadas en el rea.

b = Coeficiente de gasto o relacin del gasto pico a la rata de lluvia aplicable a la hoya en estudio.

Los cuadros II-3 y 11-4, sealan valores para a' y b, de acuerdo a lo sugerido por Nogaj y Hollen-beck.

Otro reciente trabajo realizado por DeCoit, De-nis; Tsugita, R.; y Petroff, R. C. en noviembre de 1981 14, corrobora esta apreciacin en el sentido del incremento de caudal de los colectores cloacales, in-mediatamente despus de ocurrencia de lluvias, co-mo se evidencia en la figura 11-7, resultado de esta investigacin.

CUADRO 11-3

VALORES DEL COEFICIENTE .' OBTENIDOS EN DIVERSAS CIUDADES

Ciudades Minimo Mximo Promedio

A 0,363 1,246 0,98 B 0,312 1,508 0,877 C 0,474 1,593 1,034 D 0,860 2,086 1,553 E 0,457 1,302 0,899

CUADRO 11-4

VALORES DEL COEFICIENTE b, PARA LAS FUENTES DE PENETRACION DE AGUAS DE LLUVIA A

COLECTORES CLOACALES

Tipo de fuente

Drenaje de fundaciones, sumideros sanitarios defectuosos, conexiones indirectas de aguas de lluvia.

Defectos en las tapas de las bocas de visita, sumideros de aguas de lluvia, combinacin de conexiones directas e indirectas ........... .

Conexiones directas de aguas de lluvia .....

Coeficiente b

0,3-0,6

0,6-1,2

1,2-2,0

Determinacin del Caudal de Dlser'lO 17

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1.877 r teTI

RELACION ENTRE LLUVIAS Y CAUDAL AFORADO EN COLECTOR DE AGUAS NEGRAS

JULIO 1.977 - MARZO 1.978

Fig. 1/-7.-lncremento del caudal en colectores de aguas negras, por empotramiento de aguas pluviales.

En vista de que resulta imprctico mantener un inspector permanente en cada construccin, ha-br que admitir en el diseo una capacidad para recibir estos .aportes; cantidad que estar determina-da por el conocimiento del rea, grado de desarro110 civico, volumen y confiabilidad de la inspeccin pa-ra minimizar el problema.

En este sentido, vale la pena transcribir los ar-tculos V-6 y V-7 de las antiguas Normas de proyec-los, ('onstruccin, ()peracin y mantenimiento de Jos servicios de cloacas, del Instituto Nacional de Ohras Sanitarias, edicin 1965 1", la cual establece: V -6. Para el clculo de las aguas de Jluvias que provienen de malos empotramientos se tomar en cuenta la intensidad de aqullas, pero no se har rebaja por el retardo del escurrimiento. La superfi-cie de las casas en conexin a las cloacas se determi-nar por estudio de manzanas tpicas o representa-tivas.

Es de sealar, asimIsmo, que los organismos de permisiologa del Ministerio de Sanidad y Asistencia Social tambin han mantenido el criterio de consi-derar los porcentajes de viviendas establecidos en el cuadro 11-5 por empotramientos clandestinos de aguas de lluvia, para efectos de diseo.

Si bien es verdad que las Normas INOS I, Nor-mas o Instructivos para el proyecto de alcantarilla-do, no incluye factor alguno por malos empotra-mientos, contempla en el artculo 3.13 lo siguiente:

Una vez calculados los gastos unitarios corres-pondientes a los distintos aportes de las aguas servi-das, segn se indica en el artculo 3.7, la Suma de los mismos multiplicada por 2, dar el gasto unita-rio de clculo de las aguas servidas.


Aunque algunos han interpretado que est all incluida la contribucin por malos empotramientos, el autor considera, sin embargo, que el10 equivaldra a considerar que la frecuencia e intensidad de l1u-vias no tiene efecto en las diversas regiones del pais, puesto que toma un valor constante para todas, por lo cual estimo debe incluirse un factor variable para estimar la magnitud del caudal por tal concepto.

En las pginas siguientes se presentan las curvas de intensidad-duracin-frecuencia, para las 18 regio-nes pluviogrficas de Venezuela, tomadas del Ma-nual de drenaje del Ministerio de Obras Pblicas 16, las cuales pueden ser tiles en esta estimacin (Figs. I1-8 a II-25).

CUADRO 11-5 (INOS)" V-7. EL PORCENTAJE DE CASAS CON MALOS

EMPOTRAMIENTOS SE APRECIARA DEL SIGUIENTE MODO:

Extensin de la hoya servida (ha)

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A fin de determinar los caudales de diseo de un sistema separado de aguas negras, se presentan ejemplos con aplicacin de los dos criterios, que pa-ra fines prcticos denominaremos:

a) Criterio SAS-INOS, y b) Criterio INOS;

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RELACION ENTRE LLUVIAS Y CAUDAL AFORADO EN COLECTOR DE AGUAS NEGRAS

JULIO 1.977 - MARZo 1.978

Fig. l/-7.-lncremento del caudal en colectores de aguas negras, por empotramiento de aguas pluviales.

En vista de que resulta imprctico mantener un inspector permanente en cada construccin, ha-br que admitir en el diseo una capacidad para recibir estos aportes; cantidad que estar determina-da por el conocimiento del rea, grado de desarrollo cvico, volumen y confiabilidad de la inspeccin pa-ra minimizar el problema.

En este sentido, vale la pena transcribir los ar-tculos V-6 y V-7 de las antiguas Normas de proyec-los, construccin, operacin y mantenimiento de Jos servjcjos de cloacas, del Instituto Nacional de Ohras Sanitarias, edicin 1965 1\ la cual establece: V -6, Para el clculo de las aguas de lluvias que provienen de malos empotramientos se tomar en cuenta la intensidad de aqullas, pero no se har rebaja por el retardo del escurrimiento. La superfi-cie de las casas en conexin a las cloacas se determi-nar por estudio de manzanas tpicas o representa-tivas.

Es de sealar, asimIsmo, que los organismos de permisiologa del Ministerio de Sanidad y Asistencia Social tambin han mantenido el criterio de consi-derar los porcentajes de viviendas establecidos en el cuadro I1-5 por empotramientos clandestinos de aguas de lluvia, para efectos de diseo,

Si bien es verdad que las Normas INOS I, Nor-mas o Instructivos para el proyecto de alcantarilla-do, no incluye factor alguno por malos empotra-mientos, contempla en el artculo 3.13 lo siguiente:

Una vez calculados los gastos unitarios corres-pondientes a los distintos aportes de las aguas servi-das, segn se indica en el artculo 3.7, la Suma de los mismos multiplicada por 2, dar el gasto unita-rio de clculo de las aguas servidas.


Aunque algunos han interpretado que est all incluida la contribucin por malos empotramientos, el autor considera, sin embargo, que ello equivaldra a considerar que la frecuencia e intensidad de llu-vias no tiene efecto en las diversas regiones del pais, puesto que toma un valor constante para todas, por lo cual estimo debe incluirse un factor variable para estimar la magnitud del caudal por tal concepto,

En las pginas siguientes se presentan las curvas de intensidad-duracin-frecuencia, para las 18 regio-nes pluviogrficas de Venezuela, tomadas del Ma-nual de drenaje del Ministerio de Obras Pblicas 16, las cuales pueden ser tiles en esta estimacin (Figs, I1-8 a II-25),

CUADRO 11-5 (INOS)" V-7. EL PORCENTAJE DE CASAS CON MALOS

EMPOTRAMIENTOS SE APRECIARA DEL SIGUIENTE MODO:

Extensin de la hoya servida (ha)

1 a 10 10 o ms

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A fin de determinar los caudales de diseo de un sistema separado de aguas negras, se presentan ejemplos con aplicacin de los dos criterios, que pa-ra fines prcticos denominaremos:

a) Criterio SAS-INOS, y b) Criterio INOS;

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Ejemplo

Una urbanizacin de la ciudad de Caracas, pu-,amente residencial, tiene una dotacin que de acuerdo a las Normas Sanitarias corresponde a un consumo medio de 5,94 ltjsg, presentando las si-guientes caractersticas:

Arca total Densidad

= 10,50 Ha. = 175 habjhab.

Curva de frecuencia lluvias = 10.

Tiempo de duracin = 15 minutos. Intensidad = 280 ItjsgjHa. Coeficiente Imper. medio =0,55 Area de vivienda = 6,8 Ha. Infiltracin = 20.000 ltfkmjda. Longitud de colectores = 4 km. K, =2,50. R =0,80. K = 1,50.

a) Criterio SAS-INOS

1. Aporte proveniente del acueducto. Usaremos el factor K 2 = 2,50 (de uso fre-cuente para la ciudad de Caracas, corno fac-tor del consumo mximo horario)

o, = 2,50 x 5,94 = 14,85 Itjsg 2. Aporte por infiltracin.

Se asumir el lmite fIjado por Normas INOS

K = 20.000 Itfkmjda 20.000 x 4 x

O2 =- 86.400 -=0,93 ltjsg

3. Aporte por malos empotramientos. Se asumir un 2 por 100 del rea mal empo-trada,

o, = 0,02 x 0,55 x 280 x 6,8 = 20,94 Itjsg O diseo = 14,85 +0,93 + 20,94= 36,72 Itjsg.

b) Criterio NOS

1. Aporte por aguas negras domiciliarias

K= R=

0,=

1,50 (ciudad de Caracas) 0,80 1,50 x 5,94 x 0,80 = 7,13 Itjsg

2. Aporte por aguas industriales =0. 3. Aporte por aguas de origen comercial = O. 4. Aporte por aguas de origen institucional = O. 5. Infiltracin (igual que el calculado segn el

criterio (a)) O, =0,93 Itjsg

Gasto de diseo:

Od = 2 (7,13 +0,93)= 16,12 Itjsg

Se observa una gran discrepancia entre los dos criterios, lo cual representa una diferencia del 128 por 100, al no considerar un valor especfico por malos empotramientos.

Ejemplo

U n desarrollo urbanstico que contempla reas residenciales, comerciales e industriales, presenta las siguientes caractersticas:

Consumo medio residencial Consumo industrial Consumo comercial Consumo institucional

= 46,57 Itjsg. = 34,89 Itjsg. = 3,70 Itjsg. = 1,76 ltjsg. =47 Ha.

0,44. Area neta a servir Coeficiente medio de imp. Longitud de colectores Curva de frecuencia de Tiempo

= 9,7 km. lluvias = 5.

Intensidad

a) Criterio SAS-INOS

= 15 minutos. = 250 ltjsgjha.

1. Aporte proveniente del acueducto

Q medio residencial Qmedio industrial = Q medio CQ mercial Qmedio institucional

Qtotal

46,57 34,89

3,70 1,76

86,92 O, =2,6 x 86,92 = 225,99 Itjsg

2. Aporte por infiltracin Longitud de colectores = 9,7 km. Ki = 20.000 Itfkmjda.

20.000 x 9,7 O, = 86.400 . = 2,25 ltjsg.

Determinacin de! Caudal de Diseo 37

3. Aporte por malos empotramientos: C ~ Cocf. de impermeabilidad media ~ 0,44. f ~5 aos t~15 m i~250 lt/Ha. Area ~ 47 Ha 2 por 100 del rea. Q, = 0,02 x 0,44 x 250 x 47 ~ 103,4 ltjsg.

Qd,~'o = 225,90 + 2,25 + 103,4 = 331,64 lt/sg. Q,""."o~ 7,06 lt/sg/I1a.

b) Criterio INOS

1. Aporte de aguas negras domiciliarias

Poblacin . 46,57 x 86.400 estImada =---'--= 16000 hab 250 . .

Luego elegimos K = 3,0

Q = 30 x 0,80 x 46,57 ~ Ill,n It/sg.

2. Aporte por aguas de origen industrial

Q 2 ~ 34,89 ltjsg.

3. Aporte por aguas de origen comercial

Q,~0,80 x 3,70~2,96 It/sg.

4. Aporte por aguas de origen institucional

Q4~O,80 x 1,76~ 1,41 lt/sg.

5. "porte por infiltracin

Q, - 2,25 It/sg (igual que el caso a). Gasto de diseo

Q,,~ 2(111.77+34,89-+ 2,96+ 1,41)~306,56 It/sg 306,56 Q"""""'=47~6.52 lt/sg/Ha.

Tambin en este caso, el gasto de diseo result ser mayor cuando se aplica el criterio que considera un factor especfico por empotramiento de aguas de lluvia, a pesar de que se ha sido conservador, al considerar una lluvia de frecuencia baja como es la de frecuencia 5 y slo se est tomando un 2 por lOO de las casas como mal empotradas.

Esto hace suponer que en diversas ocasiones, los colectores pueden estar trabajando sobrecargados, si no se hacen las previsiones aconsejables para consi-derar los aportes por aguas de lluvia empotradas clandestinamente al sistema de aguas negras.

En la fotografia (Fig. 11-26) se observa una boca de visita de un colector de aguas negras, desbordn-dose poco despus de una lluvia ocurrida en un sec-

38 Clwcas y Drenajes

Fig. 1I-26.-Hoca de visita de aguas negras desbor-dada por empotramientos clandeslinos. Puerto La

Cruz, Edo. Anzotegui, Venezuela.

tor de Puerto La Cruz (Edo. Anzotegui, Venezue-la), que evidencia la existencia de empotramientos de aguas de lluvia a los colectores de aguas negras.

En virtud de esta imprecisin en la determina-cin del gasto real de flujo en un colector de aguas negras, el autor considera recomendable que su di-seo no se haga para trabajar a seccin plena, pro-veyndose as capacidad para atender situaciones no previstas.

En este mismo sentido, el Manuel de Diseo y construccin del alcantarillado de la W.P.c. 73 sea-la: Muchos proyectistas preveen un factor de segu-ridad en el diseo de colectores cloacales, de forma tal que conductos hasta 12" a 15" de dimetro no fluyan con un tirante de agua mayor de la mitad para el gasto mximo de flujo. Colectores de mayor dimetro pueden ser diseados para fluir desde me-dio lleno hasta 7/10 del dimetro para colectores de 30" y mayores. El grado de conservatismo con el cual los picos de diseo se establezcan puede afectar la seleccin de la profundidad del flujo. Es deseable evitar la condicin de colectores cloacales fluyendo a seccin plena, por razones de ventilacin_>~

PERIODO DE DISEO

Entendiendo por Perodo de diseo, el tiempo para el cual el sistema es eficiente 100 por lOO, ya sea por capacidad en la conduccin del gasto desea-do o por la resistencia fisica de las instalaciones 7 , en el caso de colectores cloacales, ste debe ser cui-dadosamente seleccionado, ya que la imprecisin en la determinacin de los aportes, aunados a perodos de diseo inadecuados puede resultar en limitacio-nes de desarrollo para nuevas reas o nuevas zonifi-caciones, o bien en un gran incremento de costos por amortizacin de colectores.

En el caso de colectores principales, un perodo de diseo entre 40 y 50 aos se puede considerar aconsejable, en virtud de los inconvenientes y costos de ampliaciones para recibir caudales mayores.

las tuberas secundarias hasta 15 pulgadas (3X cm) de dimetro, pucden estimarse para pero-dos de diseo de 25 aos o ms.

los emisarios de descarga, al igual que los colec-tores principales, deben considerarse con perodos dc discflo suficientemente largos para evitar incon-venientes y costos mayores.

Las plantas de tratamiento de aguas negras pue-den desarrollarse por etapas, por lo cual perodos de disc!'1O que fluctan entre 10 y 25 aos, deben considerarse en funcin de las tasas de inters pre-dominantes para el capital a invertir.

En un trabajo de A. S. Paintal, P. L, Ph. D.\7, mediante el eu;!l hace una revisin de los pero-dos ptimos de diseo para sistemas de aguas ne-gras, desarrolla dos modelos matemticos que inclu-yen tasas de interes, inflacin relativa e incremento de los costos de construccin, y establece algunas premisas que se resumen as:

1. la poblacin del rea a desarrollar, crece li-nealmente.

2. la construccin de los colectores principales es planificado en dos etapas, un colector ahora, y el otro, r aos despus.

3. El colector tiene una vida infinita, y el pero-do planificado tambin es infinito.

4. El costo de construccin de los colectores, obedece a la expresin e = a(p)b, en el cual:

C = Costos de construccin. P = Poblacin a servir. a = Constante. b = Factor escalar de economa. 5. Los costos de construccin se estima que se

mantienen constantes. Es decir. que no se in-cluye la inflacin para el perodo de diseo.

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TIEMPO

Fig. fI-27.-Modelo de desarrollo de una zona nue va. Curva de tiempo h poMacin.

la figura U-27, muestra que la poblacin para el rea a servir crece a una tasa lineal de r personas por ao, y que el colector requerido inicialmente (para t = O), tendr una capacidad para servir a una poblacin de disei'to rt, el cual satisfar las necesida-des para t aos. Al final del perodo t, se requerir un nuevo colector con una capacidad para servir a una poblacin adicional de r(L -1), cuyo costo ser: aJ(l-t)r]b

El valor actual del costo de construccin, ser:

c=a(rt)b+a[(L-t)r]b exp( -it)

en la cual exp ( - it), es el factor de valor actual para t aos y a una rata de inters anual i.

El perodo ptimo de diseo, ser aqul que mi-nimiza el valor total actual de costos de construc-cin, y se obtendr por derivacin respecto a l, e igualacin a cero.

[(l - to)/tor b cxp (jt,) = 1 + i [el - to)/b]

Esta expresin refleja que el perodo ptimo de diseo t, es dependiente del factor escalar de econo-ma, de la rata de inters anual y del perodo de crecimiento.

la figura 11-28, muestra que al comienzo del pe-rodo de diseo existe un dficit (zonas sin cloacas) y que el crecimiento poblacional para el final del perodo t demandar un nuevo colector con capaci-dad para la poblacin de acuerdo a la tasa de creci-miento poblacional. Luego el valor de los dos colec-tores (o colector), para atender la demanda actual (dficit) y la del perodo t aos, ser:

c = aleto +t)r]b + areL - t - to)r]b exp ( - il)

DeterminaCin del Caudal de Diseo 39

Similarmente, por derivacin e igualacin a cero, se obtendr el perodo ptimo de diseo.

A continuacin se muestra la figura 11-29, que representa la variacin del periodo ptimo de dise-o en funcin del factor escalar y de la tasa de inters.

De los dos modelos desarrollados por Paintal, es quizs ms aplicable a nuestra condicin el que contempla un dficit inicial, toda vez que en la ma-yora de los casos, adems de atender a una expan-sin, hay que satisfacer el dficit en el servicio.

La figura 11-30 refleja esta situacin.

Ejemplo Determinar el perodo ptimo de diseo para un

colector principal y emisario que tienen una longi-tud de 5,2 km para recibir un caudal de una locali-dad cuya poblacin actual es 36.500 habitantes y el crecimiento vegetativo es del orden del 3 por 100 anual. Haga una estimacin de costos, considerando la expresin c: = a(PJ", con un factor escalar de 0,5, a inters del 10 por 100 anual, y una constante a

~209.

Solucin Usando la curva de variacin ptima del perodo

de diseo para b = 0,5 e i = O, 10, se obtiene aproxi-madamente 18 aa. (J.' etapa). Para t = 18 aos.

Poblacin de diseo = 36.500 x 18 x 0,03 x

x 36.500 = 52.210 hab.

p ~ 56.21 () habilanles

Para estimar el costo, se usar la expresin

C (~oo 1)=209 X (56,21)5 = 1.566,94 milla

Costo = 1.566.942,57 ~/milla Costo = 4.211.158, 15 Bs/km.

Costo total =5,2 x4.211.158,15=21.898.022 Bs.

En el caso de ramales laterales o tramos drenan-do hacia un colector secundario, puede estimarse que en un periodo mximo de 25 aos logra en forma eficiente y econmica servir al desarrollo para el cual fue construido, por lo cual puede estimarse este lmite como el tiempo mximo.

Basado en anlisis de datos de costos de cons-truccin a colectores construidos por el Distrito Sa-nitario Metropolitano del Gran Chicago, entre 1963 y 1974, establece los costos as:


Costos (1.000 ~/milla)=209 x p O.35 P = poblacin en miles de habitantes. En esta condicin se usa un factor escalar de

economa de 0,35, sin embargo, en el mismo estudio se relata que investigaciones realizadas en 52 pro-yectos de colectores, los anlisis indicaron un factor escalar de economa b = 0,5.

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Fig. Il-28.-Modelo de desarrollo con dficit inicial,

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Fig. 11-29.-Varjacin del perodo ptimo de djseo.

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RATA DE INTERES ANUAL

Fig. 11-30.-Variacin del perodo ptimo de diseo con dficit inicial.

CAPITULO III

Configuracin de redes cloacales

Esbozo de la red. Nomenclatura.

Trazado de colectores. Areas tributarias.

Criterio de unidad de descarga.

Aun cuando no es posible definir de una manera general un procedimiento rgido para un trazado de colectores cloacales, ya que ello depende de la topo-grafia de la zona y del sitio de descarga, podemos establecer algunos criterios que orienten en su pre-paracin.

Un area cualquiera podr presentar varias alter-nativas de trazado de colectores principales y secun-darios atendiendo a su topografa. Evidentemente habr una que logre la mxima economa y aprove-che al mximo aconsejable su capacidad, a fin de obtener el mejor funcionamiento hidrulico del sis-tema.

Tambin debern contemplarse las extensiones futuras, incluyendo las posibles reas que por condi-ciones topogrficas se vern obligadas a drenar a travs del sector en estudio.

Observando el plano de vialidad y topografia modilicada de la zona (Fig. l 1I-1) podemos hacer uno o dos trazados tentativos de los colectores, dan-do oportunidad de descarga a todas las edificacio-nes o parcelas. Generalmente esto podra hacerse hacia la calle que da al frente de la parcela, y en algunos casos hacia calles laterales o hacia callejo-nes o servidumbres de paso, cuando ello no sea po-sible.

El configurar uno o dos trazados nos permite analizar alternativas que redundarn en experiencias posteriores para mejores y ms econmicos diseos.

Nomenclatura La utilizacin de los ejes de las calles para dar

una identificacin a los colectores, usando letras en un sentido y nmeros en otros, resulta prctico y de fcil ubicacin para cualquier revisin.

En el esquema de la figura 111-1, los ejes vertica-les se han designado con letras y los horizontales

con nmeros, lo cual nos permitir ubicar en forma rpida cualquier tramo, una vez hecho el trazado de colectores.

Trazado de colectores Partiendo del punto de descarga, el cual puede

ser un cuerpo de agua (previa aprobacin), un colec-tor existente o una planta de tratamiento (existente o a disear) se trata de definir el posible trazado del calcetar principal siguiendo hacia arriba por las ca-lles de menor pendiente, pero procurando que ste cubra todo el rea a ser servida. Durante este reco-rrido podemos visualizar varias tentativas de traza-do, seleccionando y realizando los varios esbozos posibles, para tomar el que a la postre resulte m, con veniente.

En ocasiones podemos configurar sistemas en abanico, cuando las facilidades de concentracin a un punto, ms que un eje, nos resulte ventajoso para el mejor aprovechamiento de los dimetros mnimos de colectores.

En el ejemplo de la figura IlI-2 podemos definir un colector principal partiendo del punto B6 y si-guiendo a B5, B4, E3, E2 y terminando en El como punto ms alto. Sin embargo, para los colectores secundarios y laterales podemos tener ms de una alternativa de diseo.

El colector principal debe estar a una elevacin tal que sea capaz de reci bir las descargas de todos los colectores secundarios, evitando la.:; excesivas ex-cavacJOnes.

Generalmente, en la elaboracin del trazado de colectores, un factor determinante para el diseo es la diferencia de elevacin entre el punto de descarga y el punto del extremo superior. Es aconsejable para el diseo tener bien definida esta condicin antes de proceder a proyectar colectores secundarios y la-

(onftguracln de Redes 41

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101

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I ! I

o \0 Fig. lIl-J.-Dc:finicin de ejes y nomendalura para ubicacin de colectores.

terales. ya que ello puede evitar el tener que redise-iiar totalmente el sistema.

Los esquemas de las figuras UI-3 y IU-4 mues-tran para una misma zona dos posibles trazados para la red de colectores.

Otros casos, como el que presenta la figura IU-5, obliga a tener dos colectores principales que conver-gen en el punto A9, ya que la colina que divide a la regin desarrollada la parte en dos sectores de dre-naje natural; y slo mediante el colector sobre el eje 9 se puede lograr con la menor excavacin la COI1-

42 CloaciJ~ y Drenales

duecin de las aguas del sector del lado derecho de la figura. En este caso, a travs del eje 7 se tendr excavacin en contra pendiente, pero esto es inevita-ble y es la que logra la menor exca vacin, por ser de menor pendiente.

Areas tributarias a cada colector La forma ms prctica de determinar los gastos

o caudales para el diseo de cada tramo y cada colector es haciendo una reparticin del gasto total del pareelamiento en funcin de su rea. Al delimi-

o

65 /

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I1 ID , --@ , I I , ,

I , I

I I Fif!. lJI-2.-Trazada tentativo del colector principal y colectores secundarios.

Fig. 111-3.-Alternativa de trazado de colectores (variwi/e (1).

Configuracin de Redes 43

Fig. 11l-4.-Variante (1I) de trazado de colectores en el sector.

2 3 4 5 6 7 8 9

F

E

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Fig. lll-S.-Esbozo del trazado tentativo de colectores cloaca/es para una zona con dos vertientes.

44 Cloacas V Drenajes

96

Fig. llI-6,-Delimitacin de reas contribuyentes adyacentes a cada tramo.

GZ 97 "

9'

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I I

o 100 98

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101

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97

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Fig, /l/-7.-Area correspondiente al colector G3-G4-F4-B4.

Configuracin de Redes 45

tar luego el rea a servir por cada tramo podemos obtener el caudal de diseo correspondiente.

Para hacer esta delimitacin de reas se tomar en cuenta el trazado de colectores, asignando reas proporcionales de acuerdo a las figuras geomtricas que este trazado configura. As, si suponemos una manzana de 100 m por lado, que tiene colectores en los cuatro lados que la configuran, bastar con trazar las diagonales y tener repartido as el caudal correspondiente a cada tramo. Un rectngulo puede

6)

9'

/ /

I I 0-----I I

o

100 101

dividirse trazando una paralela al lado mayor por el punto medio del lado menor y trazar luego las bi-sectrices de los ngulos para repartir las reas en los cuatro lados que configura la manzana (Fig. 111-6).

Como unidad de medida se usa la Ha, exigin-dose normalmente una precisin de 0,01 Ha.

En el ejemplo de la figura 111-7 se ha demarca-do el rea correspondiente al colector secundario G 3-G4-F 4-B4.

La medicin de esta rea, mediante planmetro o

I ~o , 00

101

I I

o j 2.40 1 __ ,," J. JI/-S.-Delimitacin de reas contribuyentes a cada

colector cloaca/o


o

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0,

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1

I

I ~

1 ! ,

por clculo analtico de figuras geomtricas conoci-Jas, multiplicada por el coeficiente de gasto unita-no s dar el gasto de diseo para el tramo final de ~."no colector (F4-B4),

El rea correspondiente al primer tramo ser el rea del tringulo

50 x 100 A = -- -= 2.500

2

y as sucesivamente; el tramo G4-F4 tendr por rea l tringulo anterior ms el trapecio y el tringulo adyacentes, Podemos entonces preparar un cuadro de reas contribuyentes correspondiendo a cada [ramo.

Para el ejemplo del colector G3-G4-F4-B4 se tiene:

Afea dlfecta Supenor Total (Ha)

--,,'-----------

G3-G4

G4-F4

F3-F4

F4-B4

1 2 x 100x50=2,500

1 X 100 X 50 = 2.500

O

100+60 2 - x 20 = 1.600

1 X 100 X 50 = 2.500

2 1

X 100 X 50 = 2,500 2

120+ 70 -- -x50=4.750

2 120 '2 X 50 = 3.000

~O +l.OO X 20 = 4.400 2

0,25

0,25 0,66

0,50

1,16 2,375

NOTA: En el tramo F4-B4, se colocar una boca de visita intermedia por normas.

En forma similar se ha determinado cada una de las reas que contribuye

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