|Introduccin a Sistemas de Alcantarillado

1. Aguas Residuales

Lasaguas residualesson cualquier tipo deaguacuya calidad se vio afectada negativamente por influenciaantropognica. Las aguas residuales incluyen las aguas usadas domsticas y urbanas, y los residuos lquidos industriales o mineros eliminados, o las aguas que se mezclaron con las anteriores (aguas pluviales o naturales). Su importancia es tal que requiere sistemas de canalizacin, tratamiento y desalojo. Su tratamiento nulo o indebido genera graves problemas decontaminacin.

1.1 Importancia del Control de las Aguas Residuales Evita la Transmisin de enfermedades Evita el deterioro fsico, qumico y biolgico de abastecimiento de agua y balnearios Las aguas residuales afectan la vista y el olfato. Porque destruyen la vida acutica Controlar para darle utilidad al agua despus de tratada

2. Sistemas de Alcantarillado

Se denomina alcantarillado o tambin red de alcantarillado, red de saneamiento o red de drenaje al sistema de tuberas y construcciones usado para la recogida y transporte de las aguas residuales, industriales y pluviales de una poblacin desde el lugar en que se generan hasta el sitio en que se vierten al medio natural o se tratan.

Un Sistema de Alcantarillado es un conjunto de obras hidrulicas cuya finalidad es recolectar, conducir y disponer de aguas servidas y de lluvias, para evitar que se originen problemas de tipo sanitario e inundaciones.

Las redes de alcantarillado son estructuras hidrulicas que funcionan a presin atmosfrica, por gravedad. Slo muy raramente, y por tramos breves, estn constituidos por tuberas que trabajan bajo presin o por vaco. Normalmente estn constituidas por conductos de seccin circular, oval o compuesta, la mayora de las veces enterrados bajo las vas pblicas.2.1 Clasificacin de los Sistemas de Alcantarillado

Los sistemas de alcantarillado se clasifican de acuerdo al tipo de agua que conducen:A) Alcantarillado Sanitario:Es la red generalmente de tuberas, a travs de la cual se deben evacuar en forma rpida y segura, las aguas residuales municipales (domesticas o de establecimientos comerciales) hacia una planta de tratamiento y finalmente a un sitio de vertido donde no causen daos ni molestias.B) Alcantarillado Pluvial:Es el sistema que capta y conduce las aguas de lluvia para su disposicin final, que puede ser infiltracin, almacenamiento depsitos y cauces naturales.C) Alcantarillado Combinado:Es el sistema que capta y conduce simultneamente al 100% las aguas de los sistemas mencionados anteriormente, pero que dada su disposicin dificulta su tratamiento posterior y causa serios problemas de contaminacin al verterse a cauces naturales y por las restricciones ambientales se imposibilita su infiltracin.D) Alcantarillado Semi-Combinado o Mixto:Se denomina al sistema que conduce el 100% de las aguas negras que produce un rea conjunto de reas, y un porcentaje menor al 100% de aguas pluviales captadas en esa zona (s), que se consideran excedencias, que serian conducidas por este sistema de manera ocasional y como un alivio al sistema pluvial y/o de infiltracin, para no ocasionar inundaciones en las vialidades y/o zonas habitacionales.E) Sistema de Alcantarillado nico: Es donde se recolectan las aguas servidas y las lluvias en un mismo canal.F) Sistema de alcantarillado Separado: Es la recoleccin de aguas servidas y de lluvia es independiente.

3. Sistemas de Saneamiento y Drenaje

Los alcantarillados se pueden construir de dos modos: Redes Unitarias: las que se proyectan y construyen para recibir en un nico conducto, mezclndolas, tanto las aguas residuales (urbanas e industriales) como las pluviales generadas en el rea urbana cubierta por la red. Redes Separativaso Redes Separadas: constan de dos canalizaciones totalmente independientes; una, la red de alcantarillado sanitario, transporta lasaguas residuales domsticas, comerciales e industriales hasta unaestacin depuradora; y la otra, la red de alcantarillado pluvial, conduce las aguas pluviales hasta el receptor, que puede ser un ro, un lago o el mar.Las redes de saneamiento surgieron en las ciudades europeas durante elsiglo XIXen respuesta a los problemas sanitarios y epidemiolgicos generados por la deficiente evacuacin de las aguas fecales. En aquel momento la mayora de estas ciudades disponan ya de un sistema decloacasdestinadas a la evacuacin de las aguas de lluvia y residuales, pero sin conexin a stas de lasbajantesde los edificios. Las aguas residuales se vertan a la calle y la lluvia las arrastraba a las cloacas, desde donde iban a una cauce.

Desde mediados delsiglo XXempezaron a construirse redes separativas, tras la aparicin de los primeros sistemas de depuracin, y con base en los siguientes argumentos: La separacin reduce los costes de depuracin y simplifica los procesos, puesto que el caudal tratado es menor y, lo que es incluso ms importante, ms constante; La separacin reduce lacarga contaminantevertida al medio receptor por los episodios derebosamiento del alcantarillado unitario.Siendo correctos los argumentos anteriores, existen tambin una serie de inconvenientes del alcantarillado separativo, del cual desde finales de losaos 1990se est incrementando su uso, principalmente en redes de nueva implantacin (la separacin de redes unitarias existentes pronto se vio como econmica y tcnicamente inviable).

Para el buen funcionamiento de las redes separadas debe prestarse mucha atencin a los aspectos que siguen: Debe existir un estrictocontrol de vertidospara evitar que se acometan caudales residuales a la red de pluviales (que iran directamente al medio natural sin depurar) y viceversa. Esto ltimo redundara en una explotacin ms compleja y costosa de la red de alcantarillado sanitario. La separacin completa implica redes interiores separativas en los edificios, con duplicacin de las bajantes. En este frente los costes de instalacin son importantes. Las aguas pluviales urbanas no son aguas limpias, si no que suelen estar sucias, por lo que su vertido directo al cauce puede generar una contaminacin apreciable. La red de pluviales de una red separativa puede permanecer, en climas secos, sin agua durante periodos de tiempo extensos, sin la autolimpieza de los conductos en tiempo de lluvia, por lo que puede llegar a ser necesaria la descarga de caudales de agua limpia por la red (arquetasde descarga en las cabeceras del saneamiento), reduciendo las ventajas de ahorro y eficiencia.En comparacin con las redes unitarias, los principales problemas son: El coste de instalacin es muy superior, entre 1,5 y 2 veces la red unitaria equivalente. Los grandes cambios en el caudal dificultan mucho la operacin de las plantas de tratamiento. Frecuentemente en los periodos de lluvias intensas las plantas de tratamiento son simplemente "by-pasadas", vertiendo los efluentes directamente sin tratamiento en loscuerpos receptoreso construyendo balsas de retencin para guardar durante unos das el exceso de aguas llegadas, mientras se van depurando.

3.1 Tendencias actuales

A partir de la ltima dcada del siglo XX se aprecia, en general, una preocupacin de los gobiernos para disminuir la brecha existente entre la cobertura de las redes de abastecimiento de agua y las redes de alcantarillado sanitario. Simultneamente ya no se acepta pensar en alcantarillado si no se integra tambin el tratamiento adecuado, en funcin de la categorizacin del receptor, de las aguas servidas recogidas. (En Europa es obligatorio en poblaciones de ms de 5000 habitantes).

Habiendo casi siempre restricciones de carcter presupuestario, salvo casos excepcionales, las autoridades competentes dan prioridad a las redes de alcantarillado sanitario sobre las redes de recoleccin de aguas de lluvia.

En muchos pases, las caractersticas de las redes de alcantarillado se han normalizado.

3.1.1 Alcantarillado sanitario

Inicialmente las redes de alcantarillado sanitario se construan contubos de cemento, yfibrocemento; en algunos casos se utilizaron tubo degres; actualmente, el material ms utilizado es elPVC.

A partir de la dcada de 1990 cada vez se hace ms frecuente el dimensionamiento de las tuberas considerando no solamente la velocidad mnima del agua en la tubera sino que tambin se considera la fuerza de arrastre del flujo. Esta variante permite trabajar con pendientes menores, lo que se constituye en una ventaja en zonas muy llanas.

3.1.2 Alcantarillado pluvial

Las redes dealcantarillado pluvialtienen varias concepciones diferentes. Frecuentemente son redes enterradas, pero se combinan con tramos constituidos con canales abiertos.

En la concepcin de las redes de alcantarillado pluvial juegan un papel muy importante, adems de la topografa, que domina tambin en el alcantarillado sanitario, el rgimen de precipitaciones en la zona.

4. Tipos de Saneamiento

Existen varias formas de realizar un saneamiento de un ncleo urbano, dependiendo de algunos aspectos, como son: Caractersticas del ncleo urbano Forma de recogida de las aguas blancas o residuales Forma de almacenar y transportar las aguas Formas de mejorar la calidad de las aguas captadas

Un saneamiento correcto deber tender hacia los siguientes objetivos: Integracin del saneamiento Fiabilidad de las redes de saneamiento y la correspondiente depuradora El saneamiento no debe olvidar su incorporacin al medio ambiente, debindose eliminar cualquier tipo de impacto que pudiera producirse De las consideraciones anteriores pueden clasificarse los tipos de saneamiento en: Saneamientos individuales o autnomos Saneamientos colectivos

5. Sistemas individuales de Aguas Residuales

Son de aplicacin a pequeas concentraciones de poblacin, o a instalaciones con vertidos equivalentes.

En estos casos el saneamiento consiste en una fosa sptica o una pequea depuradora, recibiendo de forma directa los vertidos, seguido de un elemento de nitrificacin, como pueden ser: Aplicacin al suelo, lecho filtrante, etc. En este caso el alcantarillado y colectores se reducen a la mnima expresin, siendo unos sistemas tiles en zonas de baja densidad de poblacin, donde el costo de una red de saneamiento puede ser muy elevado.

6. Sistemas de Evacuacin

Con independencia del trazado adoptado y teniendo en cuenta la procedencia de las aguas domsticas, de lluvia, servicios pblicos y aguas industriales, puede establecerse una clasificacin en sistema separado y sistema combinado. En el sistema combinado se vierten todas las aguas en una nica canalizacin. En el sistema separado se recogen las aguas residuales en dos canalizaciones independientes. La red de aguas residuales transportar los vertidos domsticos, los vertidos de los establecimientos comerciales y los vertidos industriales. La red de aguas blancas conducir las aguas de escorrenta superficial generados por precipitaciones, por riego o de calles, las aguas de drenaje y los desages de la red de distribucin y depsitos.

7. Comparacin entre Ambos Sistemas El sistema separado exige doble red de alcantarilla en casi todas las calles y doble acometida en cada casa. Desde El punto de vista de economa de construccin y gastos de inversin iniciales, existe indudable ventaja para el sistema combinado, pues el costo de las dos tuberas, equivalentes hidrulicamente en su conjunto a una nica, es 1.5 a 2 veces mayor, como trmino medio, habida cuenta de la imposibilidad prctica de utilizar dimetros de tubos inferiores a 20 cm, que en muchos pueblos y calles cortas de ciudades, con pendientes ms bien fuertes, son suficientes para el caudal total. A esto ha de aadirse el doble costo de las acometidas, pues, aunque stas no sean abonadas por las administraciones que ejecutan y explotan una red de alcantarillas, no por ello dejan de gravar al vecindario y, por tanto, a la economa local y nacional. Los gastos de levantamiento y reposicin de pavimentos, que tienen importancia en el presupuesto general de la red, son de 2 a 1.5 veces mayores en el sistema separado. La conservacin y explotacin de una red separada exige gastos bastantes mayores que en el caso de red combinada, siendo superiores en un 30% 50% Sin embargo, los gastos de limpieza son menores en el alcantarillado separado, por ser menores las variaciones del caudal que circula por las alcantarillas de aguas residuales, y menor, por tanto, la variacin de la velocidad, lo que reduce las sedimentaciones.

8. Configuracin de los Sistemasa. Modelo Transversal: Con zonas perpendiculares al ro, desaguando directamente en el mismo. Es econmico, pero no puede emplearse ms que en caso de ros de gran caudal que admitan el vertido directo, con gran dilucin b. Modelo de Interceptores: Suprime aquel inconveniente, pero presenta otro, difcilmente evitable, que consiste en tener que construir este emisario con pequea pendiente (la del ro) y por tanto, gran seccin; y generalmente en terrenos sometidos a las filtraciones del ro c. Modelo de Zona: Se obtiene mediante colectores paralelos al cauce, con pendientes pequeas pero escasas zonas de vertido. El emisario puede tener ya pendiente normal y construirse en terreno mejor d. Modelo de Abanico: Se realiza a base de colectores ramificados hacia diferentes zonas, reunidos en el punto que mejor convenga para su desage. Es el sistema, quiz, ms indicado para poblaciones o sectores de poblacin sumamente llanas e. Modelo Radial: Se obtiene dividiendo el sector urbano a sanear en varias zonas con canalizaciones independientes, cuyas aguas se renen despus aisladamente en uno o ms puntos. Este ltimo sistema es apto para poblaciones en que haya ensanches de importancia, pues permite construir las alcantarillas con la capacidad necesaria del momento. En cambio, los otros cuatro, exigen que dichas alcantarillas principales tengan, desde el principio, la seccin precisa para los caudales actuales y los que en el futuro puedan recibir de los ensanches.

En muchas poblaciones habr que adoptar sistemas mixtos de acuerdo con las condiciones.

9. Componentes de una red de alcantarillado

9.1 Componentes principales de la red

Los componentes principales de una red de alcantarillado, descritos en el sentido de circulacin del agua, son: lasacometidas, que son el conjunto de elementos que permiten incorporar a la red las aguas vertidas por un edificio o predio. A su vez se componen usualmente de: una arqueta de arranque, situada ya en el interior de la propiedad particular, y que separa la red de saneamiento privada del alcantarillado pblico; unalbaal, conduccin enterrada entre esa arqueta de arranque y la red de la calle; y un entronque, entre el albaal y la red de la va, constituido por una arqueta, pozo u otra solucin tcnica. lasalcantarillas(en ocasiones tambin llamadas colectores terciarios), conductos enterrados en las vas pblicas, de pequea seccin, que transportan el caudal de acometidas e imbornales hasta un colector; loscolectores(o colectores secundarios), que son las tuberas de mayor seccin, frecuentemente visitables, que recogen las aguas de las alcantarillas las conducen a los colectores principales. Se sitan enterrados, en las vas pblicas. los colectores principales, que son los mayores colectores de la poblacin y renen grandes caudales, hasta aportarlos a su destino final o aliviarlos antes de su incorporacin a un emisario. losemisarios interceptoreso simplemente interceptores, que son conducciones que transportan las aguas reunidas por los colectores hasta la depuradora o su vertido al medio natural, pero con su caudal ya regulado por la existencia de unaliviaderode tormentas.Aguas abajo, y ya fuera de lo que convencionalmente se considera red de alcantarillado, se situara laestacin depuradoray el vertido final de las aguas tratadas: mediante unemisario, llevadas a un ro o arroyo. vertidas al mar en proximidad de la costa; vertidas al mar mediante unemisario submarino, llevndolas a varias centenas de metros de la costa; reutilizadas parariegoy otros menesteres apropiados.

9.2 Otros elementos complementarios

En todas las redes de alcantarillado existen, adems otros elementos menores: Lascunetas, rigolas y caces, que recogen y concentran las aguas pluviales de las vas y de los terrenos colindantes; losimbornales, tragantes o sumideros, que son las estructuras destinadas a recolectar el agua pluvial y de baldeo del viario; lospozos de inspeccin, que son cmaras verticales que permiten el acceso a las alcantarillas y colectores, para facilitar su mantenimiento.Y en un cierto nmero de ocasiones son necesarias otras estructuras ms importantes: Estaciones de bombeo: como la red de alcantarillado trabaja por gravedad, para funcionar correctamente las tuberas deben tener una ciertapendiente, calculada para garantizar al agua una velocidad mnima que no permita la sedimentacin de los materiales slidos transportados. En ciudades con topografa plana, los colectores pueden llegar a tener profundidades superiores a 4 - 6 m, lo que hace difcil y costosa su construccin y complicado su mantenimiento. En estos casos puede ser conveniente intercalar en la red estaciones de bombeo, que permiten elevar el agua servida a una cota prxima a la cota de la va. Lneas de impulsin: Tubera en presin que se inicia en una estacin de bombeo y se concluye en otro colector o en la estacin de tratamiento. Depsitos de retencino tambin pozos o tanques de retencin: estructuras de almacenamiento que se utilizan en ciertos casos donde es necesario laminar las avenidas producidas por grandes tormentas, all donde no son raras (depsitos, tanques o pozos de laminacin, o arcas de expansin); y donde es necesario retener un cierto volumen inicial de las lluvias para reducir la contaminacin del medio receptor (depsitos, tanques o pozos de tormentas).

10. Mtodos para la estimacin de la poblacin a futuro o de Proyecto

Los Mtodos ms usuales para la estimacin de la poblacin a futuro o de Proyecto son: Mtodo Aritmtico. Mtodo del Porcentaje Uniforme. Mtodo Prolongacin de la Curva a ojo. Mtodo Logstico. Mtodo de Crecimiento Declinante. Mtodo de la Proporcin.

10.1 Mtodo Aritmtico

Su Hiptesis se basa en el hecho de que la tasa de crecimiento es constante. La validez de este mtodo se puede verificar examinando el crecimiento de la comunidad para determinar si se han producido incrementos aproximadamente iguales entre los Censos Recientes.

En trminos Matemticos, la Hiptesis puede ser expresada como:

En donde dp/dt es la tasa de cambio de la poblacin y K es una constante. K se puede determinar grficamente, o a partir de las poblaciones en censos sucesivos, como:

La Poblacin futura es luego estimada a partir de:

Pt = Poblacin en algn tiempo futuroPo= Poblacin Actualt = Periodo de la Proyeccin

10.1.1 Poblacin Actual y Futura

Ejemplo: Una urbanizacin de 300 viviendas. 6 habitantes por viviendas. Pact.= 300x6=1800 personas Poblacin futura R=tasa de crecimiento anual (2.5%). N=perodo de diseo ( 20 @ 40 ).

10.2 Mtodo del Porcentaje Uniforme

Se sustenta en la hiptesis de un porcentaje de crecimiento Geomtrico o Uniforme donde se supone que la tasa de incremento es proporcional a la Poblacin:

De la integracin de esta Ecuacin resulta:

10.3 Mtodo Prolongacin Curva de Ojo

Esta tcnica consiste en la Proyeccin Grafica de las curvas de crecimiento de la Poblacin en el pasado, manteniendo cualquier tendencia o inclinacin que la informacin Histrica indique.

10.4 Mtodo Logstico

La Curva Logstica usada en el modelo de crecimiento de Poblacin tiene forma de S; se combina una tasa geomtrica de crecimiento para baja poblacin con una tasa decreciente a medida que la ciudad se aproxima a algn lmite de poblacin. La Hiptesis de crecimiento Logstico puede ser verificada representando los datos del censo en Papel Logstico, en el cual aparecer una lnea recta si la Hiptesis es vlida.

10.4.1 Densidad Poblacional

DLa = PA/LC DLf = Pf/LC

DLa= Densidad Lineal Actual DLf= Densidad Lineal Futura LC= Longitud De Calles PA= Poblacin Actual Pf= Poblacin Futura

10.4.2 Poblacin por Tramo Actual

Poblacin= Longitud Acumulada x Da

10.4.3 Poblacin por Tramo FuturaPoblacin= Longitud acumulada x Dif.10.4.4 Caudales

10.4.5 Caudal Mnimo del Tramo

10.4.6 Caudal Mximo Tramo

10.4.7 Coeficiente H

P= POBLACION MILES

10.4.8 Caudal de Infiltracin por Tramo

10.4.8.1 Tubera de Hormign (H.S.)

10.4.8.2 Para PVC

10.4.9 Caudales de Diseo por Tramo

Caudal Generado por Poblacin

10.4.10 Funciones Hidrulicas Capacidad Tubera

10.4.11 Pendiente Terreno (St)

10.4.12 Pendiente Tubera (S)

10.4.13 Funciones Hidrulicas. Capacidad Tubera. Caudal Generado Por Tubera

10.4.13.1 Caudal a Tubo Lleno (Qlleno)

S= Pendiente Tubera N= Coeficiente de Rugosidad Tubera (Tabla 1.4)

Con Por Valor del Caudal de da Tabla 14.1 Col.5 Q(Lps) para un Dimetro () Escogido S= Pendiente Tubera N= Coeficiente De Rugosidad Tubera (Tabla 1.4)

10.4.13.2 Chequeo de Velocidades y de Pendientes

Hallar:

Hallar:

10.4.13.3 Velocidades Mnimas

Vmin Tubo lleno= 0.60m/s

Vmin Tubo parcialmente lleno= 0.30m/s