Fosa sptica con pozos de absorcinUn proceso de tratamiento de las aguas residuales que suele usarse para los residuos domsticos es la fosa sptica, que es una estructura de concreto o mampostera reforzada en la que se sedimentan los slidos en suspensin.

Ya tratado, el efluente fluye por una salida sumergida, hasta las zanjas subterrneas donde es filtrado en la tierra y es oxidada aerbicamente. El efluente de la fosa, que es agua con menos contenido de materia orgnica, deber enviarse a un sistema de oxidacin para complementar el tratamiento, esta oxidacin se puede realizar mediante cualquiera de los siguientes medios:

Pozos de absorcin Zanjas de oxidacin Filtros subterrneos

La materia flotante y los slidos depositados pueden conservarse entre seis meses y varios aos durante los cuales se descomponen anaerbicamente.Para el mantenimiento se recomienda, aun cuando los tiempos para las acciones de limpieza depende de la intensidad de su uso, hacer una inspeccin cada 6 meses y si es necesario limpieza cada ao, extrayendo el 90% de los lodos existentes, el 10% deber permanecer en la fosa ya que servir de inculo para las futuras aguas residuales.

Descarga del efluente de la fosa sptica a zanjas de absorcin.Estas zanjas pueden emplearse en suelos relativamente impermeables, donde no es adecuado el uso del drenaje francs o pozos de absorcin para tratar el efluente de la fosa sptica.

Este sistema es similar al sistema de drenaje francs, solo que se utiliza una zanja ms ancha y ms profunda, en el espacio entre dos zanjas se coloca una capa de arena que acta como material filtrante.

En este sistema el lquido filtrado no se absorbe totalmente sino se evacua por un sistema de drenaje colector que es el que lo conduce al lugar de su disposicin final, este drenaje se coloca a un nivel inferior, al del sistema distribuidor.

Las pendientes de las tuberas pueden ser de 0.16 a 0.50% para la de distribucin y para la recolectora puede llegar a 1.00%, la separacin recomendable entre ejes de zanjas superiores e inferiores es de 1.80 a 2.50m.

Los tubos deben ir rodeados por grava o por otro material adecuado, debe pasar por el tamiz de 0.064m y ser retenido por el de 0.020m, la arena que se usa para la filtracin debe encontrarse limpia y con un tamao efectivo de 0.40 a 0.60 mm, debe pasar por un tamiz de cuatro mallas por 0.0254m el lecho de arena no debe tener menos de 0.60m.

Con este sistema se logra un grado alto de depuracin, el efluente puede descargarse en arroyos o lechos secos de ros, sin proporcionrsele un tratamiento posterior, siempre y cuando no se utilice para consumo humano.

Clculo y diseo de la fosa spticaLa fosa sptica es parte del sistema primario, por lo tanto el efluente que sale de ella debe ser sometido a un tratamiento secundario que puede realizarse por medio de pozos de absorcin, zanjas filtrantes, filtros subterrneos de arena, cmaras de contacto, filtros superficiales de arena etc.

En la fosa sptica, las materias en suspensin en las aguas negras sufren una sedimentacin, la materia orgnica se descompone en sustancias ms simples por la accin de las bacterias anaerbicas, que pueden realizar su metabolismo sin necesidad de oxgeno. Las aguas negras son un medio adecuado para su desarrollo, ya que stas contienen poco oxgeno que es consumido rpidamente slo pueden actuar las bacterias anaerbicas en el proceso de descomposicin que se presenta en la fosa sptica.

La fosa sptica es un estanque hermtico, que puede construirse de ladrillo, piedra, concreto o cualquier otro material que se considere adecuado, es un tanque de escurrimiento horizontal y continuo de un solo piso.

Generalmente de forma rectangular y se disea para que las aguas permanezcan en ella durante un perodo de tiempo determinado que vara de 12 a 24 horas, este perodo se llama perodo de retencin.

Es conveniente que a la entrada y salida de la fosa sptica se coloquen pantallas difusoras; la que se coloca a la entrada sirve para obtener una mejor distribucin de las aguas negras y para disminuir su velocidad y evitar perturbaciones dentro de la fosa, la que se coloca a la salida sirve para retener las natas y otros desechos que podran ser arrastrados por el efluente.

Las fosas pueden ser de uno o doble compartimiento. Investigaciones realizadas en fosas con uno y con dos compartimientos, han demostrado que las de dos compartimientos proporcionan una mejor eliminacin de los slidos en suspensin, lo que es de beneficio para una mayor proteccin del sistema de absorcin.

Para su diseo se siguen las mismas normas que para las de un compartimiento, salvo consideraciones de volumen, ya que el primer compartimiento debe tener un volumen recomendable de 2/3 del volumen total de la fosa, y una relacin largo-ancho de 3/1.Para el diseo de la fosa sptica debe tomarse en cuenta los siguientes parmetros:

- El perodo de retencin de 12 a24 horas.- Lodos acumulados por habitante y por perodo de limpieza, de 30 a 60 l/h/ao.- Relacin largo-ancho de la fosa L/A; de 2/1 a 4/1- La capacidad mxima recomendable para que la fosa sea funcional debe de ser de 60 viviendas.Nomenclatura y frmulas.T = Perodo de retencinV = Volumen en litrosQ = Caudal L/daN = Nmero de personas servidasq = Gasto de aguas negras L/h/daT = V/QQ = q*N

Clculo de volumenPara el clculo del volumen se asume una altura (H), que es la altura til, es decir, del fondo de la fosa al nivel del agua se toma una relacin L/A dentro de los lmites recomendados, queda el volumen como:

V = ALHA = Ancho de la fosaL = Largo de la fosaH = Altura til.

Se conoce la relacin L/A se sustituye una de las dos en la frmula de V y se determina el valor de la otra magnitud.

Por ejemplo, si L/A es igual a 2, entonces L = 2A, al sustituir L en la frmula se tiene:V = 2*A^2*H de donde se obtiene el valor del ancho de la fosa.

Clculo de las fosas spticas para el proyecto.Perodo de retencin 24 horas.Gasto 100 L/h/da.Nmero de habitantes servidos 567Lodos 30 L/h/aoRelacin largo/Ancho 2/1Perodo de limpieza 1 ao.

Volumen para el lquidoSe sabe que:T = V/QV = QTQ = qN

En donde:T = Perodo de retencinV = Volumen en litrosQ = Caudal L/daN = Nmero de personas servidasq = Caudal domiciliar.

Clculo de caudalQ = qN = 100 L/h/da * 0.80 * 567 hab.Q = 45,360 L/da.

Clculo de volumenV = Q*T = 45,360 L/da * 24 horas * 1da/24 horas.V = 45,360 litrosV = 45.36 m3.

Clculo de volumen para lodos.V = N * gasto de lodosV = 567 hab. * 30 L / h/aoV= 17,010 L.V = 17.01 m3. para perodo de limpieza de un ao.Volumen total = 45.36 + 17.01 = 62.37 m3.V = ALHComo L/A = 2 entonces L = 2A al sustituir L en la ecuacin de VV= 2*A^2*HSe asume H = 2.00m y se despeja A^2A^2 = V/2HA^2 = 62.37 / 2*2 = 15.59A = 4.05m.Como L = 2A = 2*4.05 = 8.10m.A = 4.05mL = 8.10mH = 2.00m.

Diseo estructural de la fosa sptica por el mtodo de bandasConsiste en suponer lneas de discontinuidad (lneas imaginarias) en la estructura a analizar, donde cambia la direccin en que se transmite la carga sobre dicha estructura, al realizar esto se obtienen bandas que se analizan como vigas simplemente soportadas o empotradas.

A continuacin se presenta a manera de ejemplo un caso tpico del mtodo aplicado al diseo de fosa sptica.

Caso tpico: banda 6L en pared, con banda 9L en losa de fondoDatos:Largo = 8.10mAncho = 4.05mAltura = 2mEspesor de pared y losa de piso = 0.20mPeso especfico del concreto RC = 2.4 Ton / mPeso especfico del suelo Rs = 1.6 Ton /mConstante de Ranking Ka = 0.33Coeficiente de empuje lateral del suelo Cm = 1.4Fc = 210 kg /cmFy = 2,810 kg /cmVs = 20 Ton / m

AnlisisPresin sobre el fondoSe asumir que la tapadera es una losa de concreto de 0.10 m de espesor y que el lquido que almacena es agua.

P = (P tanque + P tapadera + P agua) / ASiendo:P = peso propio de la estructuraA = rea de contacto de la estructura con el sueloP = 4.05*8.10*2+(8.10*4*0.20*2+8.10*4.05*0.20)*2.40 +8.10*4.05*0.10*2.4 / 8.10*4.05P = 3.67 T/m2 < 20 T/m2.

Como la presin en el fondo es menor que el valor soporte del suelo, se contina con el anlisis, caso contrario se deber aumentar el rea de contacto de la estructura con el suelo.Banda 6 en paredes con banda 9 en losa de fondo.

Diagrama de fuerzas a analizarFigura 1 Diagrama de fuerzas en banda, caso tpico

2.1.34.2. Determinacin de cargasBandas verticalesLa carga para las bandas verticales estar dada por la siguiente ecuacin:W = CM * KA * Rs * H * A, donde A = ancho de banda;W = 1.4 * 0.33 * 1.6 * 2* 2.03 = 0.4878 Ton / mW = 3.00 Ton / mBandas horizontalesLa carga para la banda horizontal estar dada por la siguiente ecuacin:W = CM * Rc * e * A donde e = espesor de losa de pisoW = 1.4 *2.4 * 0.20 * 2.03 = 1.36 Ton / m

Determinacin de momentos fijosPara calcular los momentos fijos habr necesidad de determinar exactamente la banda a analizar, su longitud sometida a carga y su sentido.Para este caso:

Longitud vertical = 2 mLongitud horizontal = 8.10 m

Bandas verticales: los momentos fijos para las bandas verticales se obtienen con la siguiente ecuacin.Mfa = (W * X ) / L * [(2 * X ) / (5 * L ) X / L + 2/3] =Mfa = (W * L^2 ) / 30Mfa = (3.00 * 2^2 ) / 30 = 0.40 Ton - mRa = (12 * Mfa * L^2 - 2 * W X^3 * L + 3 * W * X^2 * L^2 ) / (6 * L )Ra = (12 * 0.40*2^2-2*3*1*2+3*3*1*4 )6*2^3 = 0.90 Ton - mRb = W * X RaRb = 3*2/2 0.90 = 2.10 Ton.Las reacciones Ra y Rb slo sirven para determinar los Mf, deben determinarse posteriormente las reacciones producidas por los verdaderos efectos.

Bandas horizontales en losa: el momento fijo se obtiene de la siguiente manera.

Mf = W * X^2 / (3*L-2*X)Mf = 1.36*(4.05^2)*3*8.10-2*4.05 / 6*8.10Mf = 7.44 Ton - mMomento al centro (sin corregir)M = W * X^3 / 3*LM = 1.36*4.05^3 / 3*8.10M = 3.72 Ton - mR = W * XR = 1.36*4.05 = 5.51 Ton.

Distribucin de momentosLos elementos se obtienen al aplicar el mtodo Cross al marco.FIGURA 2 Distribucin de momentos en banda, caso tpico

Nota: se analizar slo un lado debido a que el otro se realiza de la misma manera.Para el clculo se utilizarn los siguientes parmetros de rigidez.Ka-b = Kb-a = 0.2857 Kb-d = 0.125

Los factores de distribucin quedan de la siguiente manera: Fd a-b = 1Fd b-d = 0.194Fd b-a = 0.806

Tabla II Anlisis del marco de la banda

ElementoA - BB - AB- D

Fd10.8060.194

Mf-400600-7440

4005513.041320.12

2756.52200-660.06

-2756.52370.8188.79

185.41-1378.26-44.39

-185.411146.65273.15

573.33-92.71-136.58

-573.33184.8144.25

92.41-286.66-22.13

-92.41248.8859.59

124.44-46.21-29.79

-124.4461.2614.67

30.63-62.22-7.33

-30.6356.0613.42

28.03-15.32-6.71

-28.0317.764.25

8.88-14.02-2.13

-8.8813.023.12

M real06516.89 Kg-m-6516.89Kg-m

Figura 3 Determinacin de reacciones reales

Bandas verticales: las reacciones se determinan por esttica.

Al realizar la sumatoria de momentos en b igual a cero, da el valor de la reaccin Ra.

6.516+2R = 3.00*2/6

Ra = 0.51 Ton.

Sumatoria de fuerzas en Y= 0

Rb + 0.51 = 3*2/2

Rb = 2.49 Ton.

Puntos de inflexin

Los puntos de inflexin permitirn la mejor direccin de la longitud del refuerzo.Bandas verticales

Y = (6 * Ra * H / W)^1/2

Y = (6*0.51*2/3)^1/2= 1.43 m.

Bandas horizontales

W * Y / 2 Ry + M (-) = 0

6.516+1.36/2Y^2 = 5.51Y Y1 = 2.90 m

Momento positivo mximo en paredes

Bandas verticales

Z =(2 * Ra * H / W)^1/2

Z =(2*0.51*2 / 3)^1/2 = 0.82 m

De donde:

M = 3*0.82/ 6*2-0.51*0.82

M = 0.14 Ton-m.

Momentos positivos mximos en losa

M = (Mf M(-) ) + M centro

M = (7.44-6.516) + 3.72 = 4.64 Ton m

Corte que resiste el concreto

LICENCIATURA EN ADMINISTRACION DE EMPRESASUNIVERSIDAD RURAL DE GUATEMALAING. AGR. JORGE OSWALDO GRANDE CARBALLO

Vc = * 0.53 *

f ' c * b * d

Vc = 0.85 * 0.53 *

210 * 33 * 7.5 = 1615.7kg. = 1.62ton.

Esfuerzos de corte

El esfuerzo de corte dado en los apoyos ser: Vu = V / (O * b * d) en donde O = 0.85

Se debe establecer si se cumple que:

Vu0.5 *Fc /2

Vu = 0.5 *210 / 2 = 3.62 kg / cm

Banda vertical:

Vu = 2.49 / (0.85 * 33 *7.5) = 0.01 Ton