Lo que pasa en el mundo de la ingeniería, lo...

Lo que pasa en el mundo de la ingeniería, lo enseñamos en Mineria ®

Unidad 3. Ciclo de manejo del alcantarillado, captación, conducción y bombeo de aguas residuales y pluviales│ Diplomado en Dirección de Organismos Operadores de Agua

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Índice1. EL SISTEMA DE ALCANTARILLADO Y SANEAMIENTO (PRESENTACIÓN DEL PROBLEMA).......................................................................................................4

1.1. LAS AGUAS DE LAS ALCANTARILLAS..........................................................8

2. EL RETO DE LA INGENIERÍA DEL ALCANTARILLADO Y ESTRATEGIAS PARA SU DESARROLLO...................................................................................11

3. PLANEACIÓN DEL ALCANTARILLADO........................................................15

3.1. ELECCIÓN DEL SISTEMA DE ALCANTARILLADO – TIPOS DE SISTEMAS DE ALCANTARILLADO...................................................................17

3.2. VENTAJAS Y DESVENTAJAS EN LA SELECCIÓN DEL ALCANTARILLADO........18

3.3. ALCANTARILLADO NO CONVENCIONAL..................................................20

4. LAS VARIACIONES TEMPORALES Y ESPACIALES DEL AGUA RESIDUAL Y PLUVIAL...........................................................................................................22

4.1. VARIACIÓN DEL CAUDAL DE AGUA RESIDUAL Y PLUVIAL.........................23

4.2. ESPECIFICACIONES DE VELOCIDADES PERMISIBLES...............................25

4.3. FÓRMULAS PARA EL CÁLCULO DE CAUDALES EN ALCANTARILLADOS.........26

5. PROCEDIMIENTOS Y PREVENCIONES EN EL DISEÑO, OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO.............................................................................................30

5.1. TRAZO Y DISEÑO DEL SISTEMA DE ALCANTARILLADO.............................33

5.2. DISPOSICIÓN FINAL DE LAS AGUAS.....................................................28

6. INGENIERÍA DE LA OPERACIÓN, MANTENIMIENTO Y PREVENCIÓN DE SITUACIONES DE RIESGO Y DESASTRES..........................................................45



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7. SISTEMAS DESCENTRALIZADOS DE SANEAMIENTO...................................51

7.1. SISTEMAS DE DRENAJE URBANO SOSTENIBLE.......................................52

8. NORMATIVIDAD RELACIONADA A LOS SISTEMAS DE ALCANTARILLADO............................................................................................55

8.1. NORMA OFICIAL MEXICANA NOM-001-CNA-2011....................................56

CONCLUSIÓN...................................................................................................59

FUENTES DE CONSULTA....................................................................................61



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1. EL SISTEMA DE ALCANTARILLADO Y

SANEAMIENTO (PRESENTACIÓN DEL PROBLEMA)

Un sistema de alcantarillado y saneamiento es un conjunto de obras de ingeniería diseñadas, construidas y operadas para eliminar y rehabilitar las aguas residuales y pluviales producidas en una zona urbana, con la finalidad de proteger la salud del ser humano y mantener la limpieza del medio ambiente.

Los habitantes de una localidad requieren desalojar el agua residual de sus casas, comercios, industrias y servicios públicos para evitar focos de infección y daños a su salud. Asimismo, necesitan evacuar el agua de las lluvias, ya que el escurrimiento subsecuente por las calles puede poner en peligro la vida de la gente y destruir sus viviendas y bienes materiales.

El alcantarillado consiste en una red de conductos convergentes y enterrados bajo las calles de una ciudad, a través de los cuales se evacúa toda el agua sucia en forma rápida y segura para llevarla a un lugar de vertido y devolverla nuevamente a la naturaleza, sin causar daños ni molestias.

Las obras del sistema del sistema de alcantarillado y saneamiento (véase figura 1) de acuerdo con el escurrimiento del agua son:

• Obras de captación. Reciben directamente el agua residual y/o pluvial de las casas, comercios, industrias, bajadas de azoteas y coladeras, etcétera. Los albañales, atarjeas y subcolectores son las obras de captación.



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• Obras de conducción. Transportan las aguas captadas al lugar del tratamiento, aquí se encuentran los colectores, interceptores y emisores.

• Obras de tratamiento. Se utilizan para rehabilitar el agua, en este grupo se encuentran las plantas de tratamiento y las lagunas de estabilización.

• Obras de descarga y disposición final. Son estructuras para verter el agua tratada a una fuente de agua natural o conducirla hacia los puntos de reúso.

Figura 1. Obras de un sistema alcantarillado y saneamiento



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De manera más específica la red de alcantarillado se compone de las obras y accesorios tal como se observan en la figura 2. En tanto en la figura 3 se pueden observar los esquemas de pozos de visita.

Figura 2. Obras de un sistema alcantarillado y saneamiento



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Figura 3. Detalles de pozos de visita o inspección del sistema alcantarillado

Desde el punto de vista hidráulico, un buen sistema de alcantarillado debe evacuar en forma segura y rápida las aguas residuales y pluviales, en cantidad suficiente, a toda hora y desde todos los puntos de la localidad.

Todo sistema de alcantarillado y saneamiento de agua debe cumplir con normas oficiales obligatorias, especificaciones y requerimientos sobre el estado físico, químico y biológico del agua y su funcionamiento hidráulico. El cumplimiento de ello es la base de la eficiencia con que se otorgue el buen servicio de alcantarillado y saneamiento a los usuarios y el logro de la sustentabilidad del sistema a través de los años.



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1.1. LAS AGUAS DE LAS ALCANTARILLAS

Los líquidos sucios que se eliminan por las redes de alcantarillado son de tres categorías:

• AGUADEDESECHOORESIDUAL

El agua residual doméstica y comercial contiene materias minerales orgánicas y fecales (papel, jabón, basura, restos de alimentos y otras sustancias); es inestable, biológicamente degradable y capaz de originar olores ofensivos y organismos peligrosos a la salud humana. Es el agua procedente de la limpieza de baños, cocina, lavabos, sanitarios y lavandería doméstica; y la derivada de la manufactura de artículos, actividades comerciales e industriales, y de los diversos servicios públicos.

El agua residual industrial varía en composición de acuerdo con los procesos de las mismas; algunas aguas son de enjuague relativamente limpias; otras se encuentran fuertemente cargadas de materia orgánica o mineral o con sustancias

corrosivas, venenosas, inflamables o explosivas.

La grasas, la cal, el cabello y las fibras que contiene el agua residual se adhieren a las ductos de alcantarillado y los obstruyen; los ácidos en general y el ácido sulfhídrico en particular destruyen el cemento y los metales; los residuos calientes estrellan y deforman las tuberías de plástico; los productos químicos venenosos destruyen el proceso biológico, matan la vida acuática natural y hacen peligrosas las fuentes de abastecimiento de agua potable; los líquidos inflamables o explosivos ponen en peligro las estructuras por las que fluyen; y los vapores o gases tóxicos son nocivos para los fontaneros de los alcantarillados.



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El agua residual producida en los servicios públicos puede tener sustancias químicas y biológicas peligrosas para el ser humano, como aquélla que se genera en hospitales; residuos de limpieza como es el caso de hoteles; o simplemente polvos y basura como la que proviene de incendios, lavado de calles o riego de jardines.

• AGUADELLUVIA,GRANIZOY NIEVE

El agua de lluvia es en general agua limpia, por lo que también suele llamarse “agua blanca”, no obstante el escurrimiento de agua generado por la lluvia, el granizo y la nieve provoca deslave de calles, techos, jardines y patios. Es el agua que se precipita de la atmósfera en forma de gotas hacia la superficie del terreno urbano.

La suciedad entrante de arena, polvo, grava, residuos orgánicos, aceites y sustancias químicas diversas, ensucia el agua de lluvia y al escurrir por el suelo se vuelve turbia. Las primeras aguas llovedizas arrastran multitud de impurezas de las calles y llegan a constituir un líquido tan nocivo como

las propias aguas negras.

Conforme el agua escurre hacia las partes bajas de la ciudad, el caudal se va haciendo mayor con grandes volúmenes que fluyen a gran velocidad y si no se evacúa rápidamente por la red de alcantarillado provoca encharcamientos, inundaciones, corrientes superficiales peligrosas con arrastre de objetos, y en ocasiones destruye lo que se encuentra a su paso. Cuanto más fuerte sea la tormenta y dure menos, el problema se volverá mayor. No obstante, el agua de lluvia es menos nociva para el ser humano, que las aguas residuales. • AGUA DE INFILTRACIONESSUBTERRÁNEAS

El alcantarillado es una red de conductos subterráneos, conformada por tramos de tuberías que se unen mediante morteros y sellos circulares, y que frecuentemente está en contacto con agua freática. En las juntas de las tuberías o en las obras accesorias del drenaje puede infiltrarse hacia él, el agua del subsuelo o de las fugas de agua potable, si dichas juntas y obras no están herméticas.



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El agua que se infiltra al alcantarillado es agua limpia en general y su cantidad depende del grado de hermeticidad que tenga la infraestructura y de las condiciones de humedad del suelo. Es muy importante considerar en el diseño y operación de los sistemas de alcantarillado la presencia de estos tres tipos de líquidos, ya que de no tomar alguno en cuenta puede provocar deficiencias en su funcionamiento hidráulico, con las consecuentes afectaciones a la población. Asimismo, es necesario identificar la composición físico-química, biológica y toxicológica del agua residual, para determinar el tipo de tratamiento que se le dará antes de su disposición final.

Depositar las aguas residuales sin un tratamiento previo crea verdaderos problemas ambientales que derivan en conflictos sociales, económicos y políticos en las ciudades. Cuando las aguas de la red de alcantarillado se depositan sin tratamiento, los habitantes viven con un peligro constante, ya que las corrientes superficiales, lagos, acuíferos se ven

contaminados. La gente que vive en lugares que se encuentran aguas abajo de las corrientes, incluso de otras localidades diferentes, ven afectadas sus fuentes de abastecimiento de agua potable y, por ende, se suscitan luchas políticas y sociales.

Por tales razones, la CONAGUA, administradora del agua de la nación, con base en su Reglamento de la Ley de Aguas Nacionales. impone multas y sanciones a las personas físicas o morales (incluidos los organismos operadores de sistemas de agua potable, alcantarillado y saneamiento) que contaminen el agua con descargas de agua residual.

Queda claro entonces que los organismos operadores encargados de los sistemas de alcantarillado deben prevenir las descargas de agua contaminada y desarrollar la infraestructura necesaria para evitar la disposición final de aguas residuales sin tratamiento.



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2. EL RETO DE LA INGENIERÍA DEL ALCANTARILLADO Y

ESTRATEGIAS PARA SU DESARROLLO

En el desarrollo de un sistema de alcantarillado y saneamiento se persiguen dos finalidades:

1. La recolección de las aguas de desecho y su rápido alejamiento del ser humano.

2. Evitar daños al medio ambiente y a las fuentes naturales de agua potable de la región.

Según las estadísticas nacionales, en zonas urbanas el 96.5% de las viviendas tienen acceso a una red de alcantarillado, en tanto en zonas rurales sólo el 70.1%. Sin embargo, la cobertura del tratamiento de las aguas residuales solo alcanza el 47.5% del agua residual colectada en el drenaje (situación del Subsector agua potable alcantarillado y saneamiento, CONAGUA, edición 2013).



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Figura 4. Evolución en la cobertura nacional de alcantarillado

Aunque actualmente existe una gran cantidad de red de alcantarillado en las ciudades para alejar el agua residual del lugar de su producción, el tratamiento de esta agua es insuficiente y persiste un riesgo de contaminación de las fuentes naturales.

Adicionalmente al problema anterior, las redes presentan varias deficiencias, debidas principalmente a la falta de mantenimiento y escaso

control operacional; los usuarios derrochan demasiada agua para sus menesteres, no hay control de descargas de agua residual para varias industrias, no se miden los volúmenes producidos de agua residual, los planos de la infraestructura no son del todo confiables, la inspección y limpieza es escasa y correctiva, las juntas entre tubos y pozos de visita no son herméticas, no hay capacidad suficiente para la recolección de aguas pluviales, etcétera.



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El quehacer de la ingeniería sanitaria e hidráulica es todavía arduo, puesto que el problema a resolver ha llegado a dimensiones tales que exceden las capacidades de inversión y rentabilidad de los organismos operadores; el crecimiento acelerado de muchas ciudades del país y el rezago en la cobertura del tratamiento de las aguas negras, así como las bajas eficiencias de la red de tuberías, imposibilita el desarrollo adecuado del sistema de alcantarillado de agua residual y pluvial.

No obstante, se debe continuar con los planes de desarrollo y enfrentar el reto, antes de que se agrave todavía más el problema. Por consiguiente, el organismo operador debe implementar estrategias para hacer sostenible el sistema de alcantarillado y saneamiento, para que en ningún momento se ponga en riesgo la infraestructura ni se deteriore la calidad del servicio y se contamine el medio ambiente.

Las estrategias más relevantes desde el punto de vista técnico, que se deben establecer para el desarrollo del sistema de alcantarillado y

saneamiento son:

a) Diseñar e implementar un plan de 25 años para atender el crecimiento, la rehabilitación y la modernización del sistema de alcantarillado y saneamiento. El plan debe estar basado en un diagnóstico integral y en él se deben definir las futuras aportaciones de agua residual, las obras y acciones requeridas para su recolección y disposición final, las posibilidades de reúso en el riego e industrias, los costos de inversión y recuperación, las tarifas aplicables y el origen de los recursos financieros respectivos.

b) Impulsar el servicio profesional de carrera en todo el organismo operador, fijando los perfiles del personal acordes a los estándares vigentes de calidad, con programas de capacitación y certificación.

c) Implementar un programa de monitoreo continuo del funcionamiento del sistema de alcantarillado y de indicadores de gestión.



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d) Crear un programa permanente de participación y comunicación de la ciudadanía para fomentar la cultura del agua, en actividades orientadas hacia el reúso del agua, a la separación de aguas residuales, a la recolección de basura en las calles, a concientizar sobre la importancia del pago del servicio y a sensibilizar sobre la importancia del sistema para el desarrollo económico y de protección de la salud en la localidad.

e) Implementar un fondo económico institucional y establecer los vínculos con asociaciones civiles, entidades de gobierno y locales, para prevenir desastres naturales y disponer de recursos y capacidades en situaciones de emergencia.

En la medida que se coordinen los directivos de diferentes administraciones del organismo operador, para dar continuidad de estas estrategias, el desarrollo del sistema de alcantarillado será sostenible a lo largo de los años, con beneficios para toda la comunidad.



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3. PLANEACIÓN DEL ALCANTARILLADO

De acuerdo con la “unidad 2 del tema 3. Planeación del abastecimiento de agua”, las obras que se pretendan construir en un sistema de alcantarillado y saneamiento se deben planificar para un intervalo de tiempo futuro, denominado periodo de diseño.

En la tabla 1 se puede observar los períodos de diseño para la construcción de obras de alcantarillado y saneamiento.

Tabla 1, Períodos de diseño para elementos de sistemas alcantarillado y saneamiento



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La vida útil de las obras dependerá de los siguientes factores:

• Calidad de la construcción y de los materiales utilizados• Calidad de los equipos• Diseño del sistema• Calidad del agua residual y pluvial• Operación y mantenimiento

En la tabla 2 observan los valores de la vida útil de varias obras de alcantarillado y saneamiento.

Tabla 2, Vida útil de elementos de un sistema de agua potable y alcantarillado



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3.1. ELECCIÓN DEL SISTEMA DE ALCANTARILLADO – TIPOS DE SISTEMAS DE ALCANTARILLADO

Los sistemas convencionales de alcantarillado se clasifican en:

• Alcantarilladoseparado: es aquél en el cual se independiza de la evacuación de aguas residuales y lluvia, dividiéndose éste en:

o Alcantarillado sanitario: sistema diseñado para recolectar exclusivamente las aguas residuales domésticas, comerciales, industriales, de servicios públicos; y conducirlas después hasta el sitio que se ha seleccionado para su disposición final.

o Alcantarillado pluvial: sistema de evacuación del escurrimiento superficial producido por la precipitación.

• Alcantarilladocombinado: Conduce simultáneamente las aguas residuales y las aguas de lluvia, dividiéndose éste en:

o Alcantarillado sanitario separado: está formado por una red de conductos que deben establecerse en todas las calles de la zona por sanear.

o Alcantarillado pluvial separado: puede construirse como otra red paralela a la red de drenaje de agua residual; o bien otra red que abarque la misma zona pero instalada solo en algunas calles, de modo que su longitud total sea menor; o que la red pluvial solo se construya en determinadas áreas de la ciudad; o que solo sea suficiente establecer conductos interceptores o emisores para alejar el agua; o aun, que no sea necesaria la instalación de ningún conducto (véase figura 5).



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Figura 5. Posibilidades de sistemas de red de alcantarillado separado y combinado

3.2. VENTAJAS Y DESVENTAJAS EN LA SELECCIÓN DEL ALCANTARILLADO

La selección del tipo de alcantarillado por instalar depende de las características de tamaño, funcionamiento hidráulico, topografía y condiciones económicas.

Los conductos que constituyen el sistema combinado son, generalmente, de grandes dimensiones.



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Pero el agua de lluvia ocurre solamente en algunos meses del año, por lo que una buena parte del tiempo, las tuberías de drenaje funcionan con caudales, velocidades y tirantes muy pequeños, lo que favorece el depósito de sedimentos y cuerpos sólidos que obstruyen el flujo de agua. Los gastos máximos de agua pluviales pueden alcanzar relaciones de 150 veces, o más, el gasto de agua residual en un momento dado.

Unir las aguas residuales con las aguas de lluvia, en un alcantarillado combinado, es una solución económica inicial desde el punto de vista de la recolección, pero no lo es tanto cuando se piensa en la solución global de saneamiento que incluye la planta de tratamiento de aguas residuales; aunque la mezcla de las aguas residuales con las de lluvia disminuye su calidad nociva por la disolución, en cambio forma un volumen mayor de agua por tratar y pueden introducir una mayor variación en el gasto asociada a la ocurrencia de tormentas.

Las especificaciones de diseño, construcción y operación de las redes de alcantarillado de aguas residuales

son normalmente más estrictas que las de agua pluvial o combinada, debido al riesgo derivado de la contaminación que pueden provocar dichas aguas residuales; sin embargo, una alcantarilla que solo conduce agua negra se adapta bien para obtener buenas condiciones de velocidad y flotabilidad, por lo que habrá menos oportunidad de azolves; además las tuberías serán más pequeñas y se tendrán costos más bajos de construcción y operación. En el sistema combinado se economiza el lavado durante la época de lluvias, pues las mismas aguas lo realizan; pero en tiempo de estiaje es más caro y el volumen de agua que se requiere es mayor.

Por tanto, hasta donde sea física y económicamente posible se recomienda la separación de los sistemas de alcantarillado de aguas residuales y pluviales. Por ejemplo, en algunas localidades pequeñas, con determinadas condiciones topográficas, se podría pensar en un sistema de alcantarillado sanitario inicial, dejando correr las aguas de lluvia por las calles, lo que permite



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aplazar la construcción de un sistema de alcantarillado pluvial hasta que sea una necesidad. O también, según las condiciones de la localidad, pueden construirse algunas zonas con red combinada y en otras hacer redes separadas; a este esquema se le denomina mixto.

Cuando se cuente con drenaje separado, el organismo deberá estar atento a que tanto las viviendas existentes como los nuevos fraccionamientos no conecten bajadas de agua pluvial a la red sanitaria, ya que el ingreso de agua pluvial a un colector que no ha sido diseñado para conducirlas puede generar flujos inversos o remansos durante la ocurrencia de tormentas.

Por otra parte, la capacidad de los colectores y emisores limita el área urbana que puede aportar aguas al sistema, por lo que en la autorización de nuevas tomas o factibilidad de nuevos fraccionamientos es indispensable tomar en cuenta la capacidad límite de los sistemas que colectarán las aguas residuales que se generen, cuando en muchas ciudades no existen planes de ordenamiento del uso del suelo o, si existen, son cambiados sin consultar en ocasiones al organismo operador. Si las nuevas áreas urbanas se encuentran en un punto topográficamente más alto, también pueden incorporar mayores caudales de aguas pluviales a sistemas combinados.

3.3. ALCANTARILLADO NO CONVENCIONAL

Actualmente existe la tecnología del drenaje por vacío que está siendo instalada en fraccionamientos y plazas comerciales, como una alternativa de drenaje no convencional.

Un sistema de alcantarillado por vacío consiste en un sistema de tuberías, herméticas, que trabajan con una presión negativa (vacío), que conducen las aguas de desecho a una estación de vacío, de donde son conducidas a un colector que las llevara a una planta de tratamiento o a un vertedero.



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Un sistema de alcantarillado por vacío consta de cuatro componentes principales (véase figura 6):

1. Las líneas de gravedad de las casas a la caja de válvula2. La válvula de vacío y las líneas de servicio3. Las líneas de vacío4. La estación de vacío

Figura 6. Esquema de un drenaje por vacío (AIRVAC®)

Este sistema tiene el inconveniente de que necesita operar con una bomba de vacío y de descarga, con el consecuente costo de energía eléctrica, pero es importante tener en cuenta que el drenaje por vacío se mantiene hermético, por lo tanto hay mayor control de la evacuación del agua residual y menor riesgo de daños a la salud.



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4. LAS VARIACIONES TEMPORALES Y ESPACIALES DEL

AGUA RESIDUAL Y PLUVIALLa mayoría de los autores e investigadores están de acuerdo en que la aportación (cantidad de agua residual que produce por cada individuo en un día medio anual (l/hab/día)), es un porcentaje del valor de la dotación de agua potable, ya que existe un volumen de líquido que no tributa a la red de alcantarillado, como el utilizado para el consumo humano, riego de jardines, lavado de coches, etcétera. Considerando lo anterior, se adopta como aportación de aguas negras el 75% de la dotación de agua potable (en l/hab/día), considerando que el 25% restante se consume antes de llegar a las atarjeas. Cuanto mayor sea la dotación asignada a una zona de la ciudad, menor será la concentración de agua residual descargada, y viceversa.

Por su parte, los caudales y volúmenes de las aguas pluviales por eliminar en la red de drenaje, dependen del

régimen pluviométrico del lugar, y sobre todo de la intensidad, duración y frecuencia de la lluvia. Además, el tipo de la superficie sobre la cual cae la lluvia influye notablemente en la cantidad del volumen de agua por evacuar.

El volumen y caudal del agua de infiltración obedece a la cantidad que exista en el subsuelo donde se encuentre instalado el alcantarillado y del grado de hermeticidad que tenga la infraestructura. Un subsuelo saturado, de constitución arenosa, con el nivel cercano a la superficie, tenderá a proporcionar mayores infiltraciones que uno de arcilla compacta o con poca agua freática. Igualmente, mientras más defectos tengan las juntas entre tuberías y pozos de visita, o tubos con albañales, y tenga conductos porosos, favorecerán una cantidad mayor de agua infiltrada al drenaje.



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4.1. VARIACIÓN DEL CAUDAL DE AGUA RESIDUAL Y PLUVIAL

Los caudales de las aguas residuales oscilan durante el año, cambian de un día a otro y fluctúan de una hora a otra, como consecuencia de las características y variaciones en las descargas de las aguas residuales a la red de saneamiento, del tipo de alcantarillado usado, de la diferencia en las costumbres de la comunidad aportante, del régimen de operación de las industrias servidas, del clima, etcétera.

Los caudales de aguas residuales siguen una variación diaria que es fiel reflejo de la actividad de la población del lugar (véase figura 7). Durante la noche y primeras horas del día, en las que los consumos de agua son mínimos, también son mínimos los caudales de aguas residuales, estando estos caudales compuestos fundamentalmente por aguas infiltradas y por pequeñas cantidades de aguas residuales domésticas. El agua residual proveniente de las industrias tiene caudales más constantes. También hay que tomar en cuenta que en las zonas urbanas se presentan con frecuencia eventos extraordinarios, como la concentración de personas en los estadios o auditorios, que llegan a generar caudales de agua residual muy altos y de corto tiempo.

Figura 7. Variación horaria del caudal de agua residual en una ciudad



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Por lo general, las curvas que representan las oscilaciones diarias del caudal de aguas residuales que llega a las estaciones de tratamiento son similares a las curvas de consumo de agua de abastecimiento, pero con un cierto retraso, como consecuencia del escurrimiento de las aguas por las conducciones de saneamiento.

Las aguas de lluvia instantáneas provocan enormes variaciones de caudal en los escurrimientos, principalmente por la intensidad y duración de las precipitaciones, y por grado de impermeabilidad del suelo, calles, entre otras. Son gastos difíciles de controlar en el alcantarillado, pues se producen solo en las épocas respectivas, con régimen diverso de un lugar a otro con intensidades que varían desde insignificantes lloviznas hasta aguaceros torrenciales con duración de algunos instantes o de varios días. En la figura 8 se observa el comportamiento típico de un escurrimiento causado por una lluvia en un conducto del alcantarillado.

Figura 8. Variación horaria del caudal de agua residual en una ciudad



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Tabla 3. Velocidades recomendadas para el funcionamiento del alcantarillado

Las variaciones del caudal de infiltración solamente están en función de los cambios del nivel del agua freática, pero comúnmente son lentos e insignificantes, que el caudal del agua de infiltración que es prácticamente constante.

4.2. ESPECIFICACIONES DE VELOCIDADES PERMISIBLES

Como el agua que entra al alcantarillado está sujeta a variaciones máximas y mínimas, los conductos requieren tener una capacidad hidráulica que permita el paso rápido de los gastos máximos de agua residual y de lluvia; también deben ser capaces de conducir los gastos mínimos sin que se deposite materia sólida dentro de ellos. Para cumplir con estos dos objetivos, las velocidades recomendadas en el funcionamiento hidráulico de la red de alcantarillado se pueden observar en la tabla 3.



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En el caso de la velocidad mínima permisible, el valor de 0.3 m/s es para un gasto mínimo de 1 L/s y para comportamiento a tubo lleno mediante el gasto máximo extraordinario es de 0.6 m/s. Además, se debe asegurar que el tirante calculado bajo estas condiciones, tenga un valor mínimo de 1.0 cm, en casos de pendientes fuertes y de 1.5 cm en casos normales.

4.3. FÓRMULAS PARA EL CÁLCULO DE CAUDALES EN ALCANTARILLADOS

El diseño hidráulico de la red de alcantarillado está afectado por las variaciones de los caudales de agua residual y pluvial, por lo que es preciso adoptar valores para los caudales permanentes y los caudales de punta previsibles. A continuación se indican las ecuaciones para determinar los caudales máximos y mínimos que se utilizan en alcantarillados de agua residual y pluvial.

• Gastomedio:Valor del caudal de aguas residuales en un día de aportación promedio al año.

Donde:

QMED = Gasto medio de aguas residuales, en l/s Ap = Aportación de aguas residuales, en l/hab/día Nhabitantes = Número de habitantes 86,400 = Segundos en un día

QMED= Ap •Nhabitantes

86,400



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• Gasto mínimo: Menor de los valores de escurrimiento que normalmente se presenta en un conducto. Se acepta que el gasto mínimo sea igual a la mitad del gasto medio (QMED) de las aguas residuales de un conducto particular.

Qmín=0.5•QMED

Donde:

Qmín= Gasto mínimo de aguas residuales en l/s

En los casos en que se tengan caudales muy pequeños se acepta como gasto mínimo 1.5 l/s, que corresponde a una descarga de un excusado de 16 litros, y de 1 l/s para uno de 6 litros.

• Gastomáximoinstantáneo:Se determina haciendo el producto del gasto medio por el coeficiente de Harmon.

QMinst =M•QMED

Donde: QMinst = Gasto máximo instantáneo en l/s M = Coeficiente de Harmon QMED = Gasto medio de aguas residuales en l/s



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El coeficiente de Harmon es en función del tamaño de la población y está dado por la siguiente expresión:

M= 1+ 144 + Nhabitantes

Donde:

M = Coeficiente de Harmon, cuyos valores son en función del tamaño de población. En tramos con una población acumulada menor de 1,000 habitantes, el coeficiente M es constante e igual a 3.8. Para una población acumulada mayor que 63,454, el coeficiente M se considera constante a 2.17. N habitantes= Es la población servida en miles de habitantes

• Gasto máximo extraordinario: se utiliza para determinar el diámetro adecuado de los conductos; éste gasto se calcula multiplicando el gasto máximo instantáneo por un coeficiente de seguridad con un valor de 1.50, es decir:

Donde:

QM ext = Gasto máximo extraordinario, en l/s CS = Coeficiente de seguridad = 1.50

QMext=CS•Qminst



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Finalmente, para la determinación del gasto de escurrimiento máximo por lluvia en zonas urbanas se emplea normalmente el Método Racional definido por la fórmula:

Donde:

Qs = Gasto máximo de escurrimiento superficial en m3/s I = Intensidad media de lluvia en mm/hr At = Área tributaria del drenaje por analizar km2

C = Coeficiente de escurrimiento ponderado por área tributaria por analizar, igual al porcentaje de la lluvia que aparece como escurrimiento directo; sus valores están en un rango 0.1 en suelos planos arenosos, hasta 0.95 en calles asfaltadas o de concreto.

Para tratar casos especiales de manejo de escurrimientos superficiales, es necesario llevar a cabo un estudio más detallado de hidrología e hidráulica urbana. Además, existen programas de cómputo que permiten simular el funcionamiento de las redes de alcantarillado sanitarias, pluviales, combinadas y mixtas, tanto para propósitos de diseño como de operación.

En este contexto el sistema de alcantarillado, sea combinado o separado debe estar preparado para garantizar la eliminación del agua con estas variaciones, con eficiencia hidráulica y sanitaria. Ello implica en ocasiones contar con otras estructuras y equipos de soporte, como pueden ser cárcamos de bombeo y estructuras de detención, retención o regulación temporal de los escurrimientos pluviales o combinados.

Qs=0.2778xIxAtxc



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5. PROCEDIMIENTOS Y PREVENCIONES EN EL DISEÑO,

OPERACIÓN Y MANTENIMIENTOLa ingeniería de diseño de sistemas alcantarillado y saneamiento ha evolucionado gracias al desarrollo de tecnologías de computación, medición y equipamiento, al avance de los procesos de tratamiento del agua y al progreso de los métodos y modelos de solución hidráulica. Con estas herramientas se tienen más opciones de análisis, se agilizan los estudios básicos y se mejora la calidad de la infraestructura.

Sin embargo, la realidad en la ejecución de proyectos y construcción de alcantarillados y plantas de tratamiento, no es del todo halagadora. Principalmente, el rezago y el factor económico obstaculizan el desarrollo de estas obras, puesto que el nivel de las inversiones que se requieren sobrepasa las capacidades financieras de un organismo operador, y su rentabilidad en la mayoría de los casos es baja.

Una estrategia conveniente para iniciar el desarrollo de los sistemas de alcantarillado es elaborar un diagnóstico del servicio actual, para priorizar las obras y acciones de ampliación de la cobertura y mejoramiento de la eficiencia del servicio; la decisión es sí se hará un sistema combinado o separado y la forma en que se recuperará la inversión.

La elección del tipo de alcantarillado combinado o separado, es una decisión que depende del desarrollo del sistema existente, de las condiciones topográficas del lugar, de las condiciones climáticas regionales, de las posibilidades de la disposición final del agua residual y pluvial, de las factibilidades económicas y sociales que prevalezcan en la localidad.



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Posteriormente, se deben realizar los proyectos ejecutivos de las obras resultantes, donde las técnicas deingeniería hidráulica y sanitaria jugarán un papel sobresaliente. Por tanto, el ingeniero proyectista debe realizar las actividades indicadas en la figura 9.

Figura 9. Actividades para la elaboración de un proyecto de un sistema de alcantarillado



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El proyecto ejecutivo del sistema de alcantarillado requiere de una recopilación inicial de información en el organismo operador, por ejemplo: planos de la red e infraestructura actual, listado de usuarios registrados en el padrón, plano topográfico de la ciudad, registros de calidad y cantidad del agua residual, registros hidrológicos sobre lluvia y escurrimiento, funcionamiento y estado físico de la planta de tratamiento, etcétera.

También es necesario realizar trabajos de campo para complementar la falta de datos en el organismo operador, como por ejemplo: el levantamiento topográfico; una campaña de medición de parámetros hidráulicos, de calidad de agua e hidrológicos (lluvia y escurrimiento), levantamiento físico de la infraestructura existente, entre otras.

Asimismo, se realizan estudios de laboratorio para determinar los componentes físico-químicos y biológicos del agua residual, y de la capacidad del suelo para el desplante de las estructuras.

La etapa de planeación es una de las más importantes del proyecto ejecutivo, puesto que en ella se establecen los datos básicos o parámetros de diseño hidráulico que definen la dimensión de las obras, por ejemplo: el período económico, la vida útil, la población y cobertura del proyecto y los gastos medio, mínimo y máximos de ocurrencia; el trazo del alcantarillado que determina el tipo de red, sus trayectorias y área de influencia; el proceso de tratamiento que se dará al agua residual y con ello se decide el tipo de planta por construir; y la ubicación del vertido final de las aguas que determina las características de las obras de disposición final.

Definidos estos puntos, el resto del proyecto se reduce al cálculo hidráulico, definición de obras accesorias, elaboración de planos, presupuesto y memoria descriptiva de las obras que componen el sistema de alcantarillado y saneamiento.



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Cabe insistir que la ausencia de un plan director de ordenamiento territorial o urbano introduce una gran incertidumbre a la planeación. Es importante que el organismo esté atento y alimente las decisiones del Consejo relativas al cambio en usos del suelo. Si bien estos cambios afectan por igual a la distribución de agua potable que al alcantarillado, en aquél caso es más viable conducir agua a

nuevas zonas puesto que la tubería es de menor diámetro y se envía por bombeo; en el caso del alcantarillado, no deben sumarse nuevos caudales aguas arriba de sistemas de drenaje existentes; el exigir al fraccionador la instalación de una red menor y una planta de tratamiento termina por añadir responsabilidades y costos operativos importantes al sistema.

5.1. TRAZO Y DISEÑO DEL SISTEMA DE ALCANTARILLADO

Como el sistema de alcantarillado se diseña para eliminar de manera rápida y segura el agua residual y pluvial, se deben reunir los siguientes requisitos:

• Localización adecuada• Seguridad en la eliminación• Resistencia necesaria• Facilidades de inspección y limpieza• Capacidad hidráulica suficiente

La red de alcantarillado debe instalarse en el centro de las calles, a menos que esté ocupada por otras instalaciones que sea caro de remover. Nunca debe

quedar el alcantarillado debajo de las casas o cruzando manzanas, el suelo arriba de la instalación siempre debe quedar libre o descubierto. En todas las calles, con anchos mayores de 12 m con camellón, tales como bulevares o avenidas, se instala doble línea colectora por cada vía.

Por regla general, los conductos del alcantarillado se establecen paralelamente a la superficie del terreno, siguiendo sus pendientes y declives, para aprovechar el desagüe natural de la superficie; solo en algunos casos especiales, justificados, se procede de otra forma.



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Los colectores deberán quedar alojados en las calles más bajas, para facilitar el escurrimiento de agua hacia ellos de las zonas más altas. En todo proyecto se evitará en lo posible el bombeo, por lo que es necesario analizar el trazo de los colectores y emisores, para que siempre funcionen por gravedad.

El movimiento del agua debe ser de las partes altas a las bajas, canalizando y concentrando los gastos hacia el sitio donde se ubicará la planta de tratamiento y zona de disposición final de las aguas, buscando siempre

que la red de atarjeas, colectores y emisor siga la configuración del terreno natural. En este sentido, los planos topográficos de la localidad juegan un papel fundamental para fijar la red del alcantarillado.

De acuerdo con la traza de la ciudad, la topografía, el sitio de construcción de la planta de tratamiento, el sistema elegido (combinado o separado), la disposición de la red de atarjeas del alcantarillado puede ser en forma de peine, doble peine, bayoneta o ramificado (véase figura 10).

Figura 10. Tipos de trazos de atarjeas de alcantarillado



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Asimismo, deberán construirse pozos de visita en cada cambio de dirección horizontal, transición de la sección, conexiones de conductos (excepto de descargas domiciliarias), cambio de material y cambio de pendiente.

Aunque cada tipo de trazo tiene ventajas y desventajas respecto a su uso, el modelo de bayoneta tiene cierta ventaja sobre los otros, como en relación al aprovechamiento de la capacidad hidráulica de las tuberías. No obstante, las condiciones topográficas del lugar imponen el trazo de la red del alcantarillado, que muchas veces se utiliza una combinación de dos o más tipos de trazo.

Los modelos de configuración del trazo de colectores, interceptores y emisor son: trazo perpendicular, trazo radial, trazo con interceptores y trazo en abanico (obsérvese figura 11, 12, 13 y 14).

Figura 11. Trazo perpendicular



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Figura 12. Trazo radial

Figura 13. Trazo con interceptores



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Figura 14. Trazo en abanico

En todos los casos deben realizarse análisis de alternativas, con el fin de asegurar la opción técnico-económica más viable.

En el cálculo hidráulico del alcantarillado se utiliza la fórmula de Manning siguiente:

V= 1ƞ

rh2/3 S 1/2



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Donde:

V = Velocidad media del agua en m/srh = Radio Hidráulico, en mS = Pendiente del gradiente hidráulico, sin dimensionesn = Coeficiente de cortante de Manning

El cálculo hidráulico se realiza tramo por tramo: primero se determinan los gastos medio, mínimo y máximo extraordinario que circularán por él; luego se calcula la pendiente del terreno y de la plantilla del tubo con base en las cotas de los extremos y de la longitud del tramo en cuestión; enseguida se propone un diámetro comercial y se calcula el gasto y la velocidad que puede transportar el tubo lleno; posteriormente se determina las velocidades máxima y mínima con los gastos respectivos; luego se fijan las profundidades de conexión con los pozos de visita de los extremos (cotas de plantilla) para cumplir dichos parámetros hidráulicos permisibles; y finalmente se eligen las zanjas y se calculan los volúmenes de excavación.

En la medida en que se avanza en el cálculo de tramos, es posible que se deban proponer pozos de caída para evitar profundizar mucho la tubería. El cálculo termina una vez que se han diseñado todos los tramos de atarjeas, colectores y emisor.

En la actualidad existen en el mercado programas comerciales de cómputo que facilitan y agilizan el proceso de cálculo, cuentan con módulos gráficos, herramientas técnicas, bibliotecas de ayudas, etcétera.

5.2. DISPOSICIÓN FINAL DE LAS AGUAS

La disposición final de las aguas recolectadas y tratadas se realiza por medio de una estructura que asegure una descarga continua a un cuerpo receptor. El lugar lo fija el ingeniero teniendo en cuenta que las aguas en él no generen molestias y mala imagen, y no formen focos de infección y peligro.



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Deben tenerse presente muchos factores para elegir un lugar que reúna las mejores condiciones y que éstas perduren un buen lapso, cuando menos durante la vida útil del proyecto respectivo.

Generalmente el vertido de las aguas residuales y pluviales tratadas se realiza a alguno de los siguientes receptores:

• Vertido en corrientes superficiales• Vertido en terrenos para riego• Vertido al mar• Vertido en lagos y lagunas• Vertido en el subsuelo• Vertido en barrancas

Desafortunadamente, muchas aguas residuales son descargadas a los cuerpos receptores de agua sin ningún tratamiento ni estructura de descarga, lo que ocasiona contaminación, erosión, malos olores y daño al ambiente acuático.

El vertido final del caudal del alcantarillado sanitario, debe

efectuarse previo tratamiento, por lo que el dimensionamiento de la estructura de descarga se realiza para el gasto de producción de la planta de tratamiento. En caso de que la construcción de la planta se difiera, el diseño se hará para el gasto máximo extraordinario considerado para el emisor.

Se debe investigar el uso posterior que se dará al agua para definir el tipo de tratamiento que será necesario realizar, considerando las normas vigentes de calidad del agua existentes al respecto. La NOM-001-SEMARNAT vigente o la que la sustituya, establece los límites máximos permisibles de los parámetros de los contaminantes en las aguas residuales de origen urbano o municipal dependiendo el tipo de disposición que se le dé al efluente.

En las figuras 15, 16, 17, 18 y 19 se muestran esquemas de estructuras de vertido recomendadas por la CONAGUA, que pueden ser en conducto cerrado o a cielo abierto.



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Figura 15. Vertido en conducto cerrado, trazo esviajado a la corriente



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Figura 16. Vertido en conducto cerrado, trazo perpendicular a la corriente



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Figura 17. Vertido en conducto abierto, trazo perpendicular a la corriente



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Figura 18. Descargas bajo el nivel del agua del cuerpo receptor



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Figura 19. Pozo de absorción

Las descargas sumergidas por conductos cerrados hacia aguas receptoras deben terminar a una buena profundidad bajo el nivel mínimo. Las aguas residuales tratadas se dispersan más efectivamente cuando se emplea una serie de salidas, llamadas “difusores”, que se encuentran suficientemente espaciados para prevenir interferencia, y situados cerca del fondo para evitar que el agua tratada, normalmente más caliente que la del cuerpo receptor, se disperse adecuadamente y no forme capas.



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6. INGENIERÍA DE LA OPERACIÓN, MANTENIMIENTO Y

PREVENCIÓN DE SITUACIONES DE RIESGO Y DESASTRES

Para el buen funcionamiento de un sistema de alcantarillado sanitario y pluvial, es necesario que el organismo operador implemente programas de mantenimiento preventivo y correctivo de manera sistemática y permanente.

La inspección periódica de las instalaciones es crucial para la planeación y prevención de fallas y detección de la falta de mantenimiento de los elementos del sistema.

Son varias tareas las que se deben realizar cotidianamente, entre las cuales están la limpieza de las tuberías, pozos de visita, coladeras, rejillas y filtros; reparación de daños en la infraestructura (grietas, juntas, roturas, etcétera.); sustitución de tuberías colapsadas, pozos de visita, coladeras caídas, entre otras.

La limpieza y desazolve de las atarjeas se realiza manualmente y mecánicamente, dependiendo del diámetro de la tubería y de los criterios económicos. El equipo manual consiste de una serie de varillas de acero, resistentes a los ácidos y flexibles para introducirlas a los conductos por los pozos de visita (véase figura 10). Cada varilla mide alrededor de un metro de longitud y se van uniendo con coples de rótula integrada.

Los accesorios para el manejo de las varillas son llaves, barra y manerales. La extracción de taponamientos se hace con tirabuzones. Para lograr un rendimiento mayor con este sistema, se utiliza la rotosonda de reversión instantánea que consiste en un motor que hace girar las varillas a velocidades de hasta 125 RPM.



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Un equipo para extraer todo tipo de sedimentación son las máquinas desazolvadoras accionadas con motor de gasolina o diesel, con arrancador eléctrico. También, existe otro equipo semimanual llamado supersondeadora, el cual introduce automáticamente las varillas giratorias en el interior de la tubería a través de una manguera de hule con acero reforzado.

En el desazolve y limpieza de tuberías con equipo hidroneumático se emplea un camión provisto de tanques de agua, tanques de Iodos, tubos de succión y conectores. Éste funciona con los siguientes accesorios: sistema eléctrico, microfiltro, sello de vacío, bomba de desplazamiento positivo, bombas de agua, bomba de vacío, módulo de drenaje y seguros hidráulicos.

Para el desazolve de las tuberías, se introduce la manguera del equipo por un pozo de visita, y en seguida, se lanza el chorro de agua a alta presión para remover el taponamiento que obstruye el flujo de aguas negras. El Iodo resultante se extrae por medio del tubo de succión colocado en el mismo pozo o en otro que esté

aguas abajo. Dependiendo del equipo utilizado, los lodos se pueden bombear al tanque de Iodos del mismo camión, o retirarlos del lugar por medio de palas, carretillas o cubetas.

Las actividades anteriores son más eficientes y efectivas cuando se tienen planos actualizados de la red de atarjeas y colectores, de la planta de tratamiento, de la estructura de vertido final y de las obras accesorias. Por lo tanto, es recomendable que se lleve a cabo un proceso continuo de actualización en donde se especifiquen diámetros, profundidades, elevaciones de los brocales, sentidos de escurrimiento y la ubicación de las descargas de aguas negras en canales, arroyos y ríos; siendo los medios digitales los que facilitan el manejo de la información.

Otra de las actividades requeridas, es la medición de variables hidráulicas del escurrimiento y de la calidad de agua recolectada y tratada. No es práctico medir el agua en las descargas domiciliarias o albañales de los usuarios, ya que implica grandes costos y dificultades técnicas de instalación y registro de datos.



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Lo común, es medir habitualmente en colectores mediante canales Parshall (véase figura 20), a la llegada de plantas de tratamiento con vertedores y placas orificio.

Por su parte, es recomendable llevar registros de muestras de calidad de agua en distintos puntos de la red de atarjeas, en colectores, emisores, entrada y salida de las plantas, y en el lugar de la disposición final de las aguas.

Actualmente muchos organismos llevan a cabo campañas de concientización para evitar que los usuarios utilicen el drenaje sanitario para disponer de los desechos sólidos o viertan sustancias que puedan afectar el tratamiento de las aguas residuales o contengan contaminantes que el tratamiento no remueve, como es el caso de los medicamentos.

Asimismo, establecen un reglamento de descargas al drenaje y cuentan con brigadas para la inspección de las descargas de usuarios cuyas

características representen un mayor riesgo de afectación a la calidad del agua residual o a su volumen, tales como los restaurantes o pequeños giros industriales. Para ello, se toma como referencia la NOM-002 SEMARNAT-1996.

Con el objeto de evitar perdida de agua y la contaminación de los acuíferos y suelos por fugas y/o fallas en las uniones de los elementos que conforman el sistema de alcantarillado sanitario que trabajen a superficie libre (descargas domiciliarias, tuberías, pozos, entre otras.), es muy importante que durante la construcción y mantenimiento de la red de alcantarillado se le dé cumplimiento a la Norma Oficial Mexicana NOM-001-CONAGUA-1995 “Sistemas de alcantarillado sanitario – Especificaciones de hermeticidad” donde se especifica que la tubería se puede someter a: la prueba hidrostática, a una presión de prueba de 0.5 kg/cm2 o bien a la prueba neumática, a una presión de prueba de 0.3 kg/cm2”.



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Figura 20. Medidor de caudal del agua residual tipo Parshall

Siempre será necesario disponer de buena ventilación en el sistema de alcantarillado, puesto que las características del agua residual y de los conductos subterráneos cerrados provocan la generación de corrientes de gases dentro del drenaje que es preciso monitorear y dispersar para que no representen un peligro de explosión, tal como sucedió algunos años en la ciudad de Guadalajara, Jalisco.



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Toda la infraestructura de un sistema de alcantarillado y saneamiento debe ser proyectada, construida, operada y mantenida, tomando en consideración las amenazas naturales del área en la cual se encuentra ubicado.

El principal desastre natural que más impacta en el sistema de alcantarillado y saneamiento es la lluvia extrema. Cuando ocurren eventos extraordinarios con grandes períodos de retorno, la infraestructura del alcantarillado sanitario y pluvial se vuelven muy vulnerables a la fallas. Muchas tuberías se saturan y funcionan a presión, fallan debido a que los materiales empleados no son resistentes a fuerzas internas del agua. En ocasiones los tubos y pozos de visita son arrastrados por las corrientes dado que su diseño y construcción no les permite soportar el arrastre de los escurrimientos. En estas circunstancias de lluvia extrema, el agua que llega a las plantas de tratamiento debe desviarse o de lo contrario causará problemas serios de inundación y daño de los equipos instalados.

Un sistema de alcantarillado y

saneamiento debe ofrecer seguridad durante su funcionamiento normal, por lo que su diseño y construcción se realiza considerando factores de riesgo, no tan altos como para soportar una situación de lluvia extrema, ya que se elevarían sus costos de construcción, operación y mantenimiento. Sin embargo, es factible construir algunas estructuras adicionales al sistema, como los tanques de retención, canales de desvío y almacenamientos naturales, para controlar las lluvias y no ingresen completamente a los alcantarillados.

Además de una planeación urbana correcta, actualmente se propone contar con elementos urbanos que ayuden a retardar los escurrimientos pluviales, infiltrarlos, regularlos o incluso aprovecharlos, mediante programas de “cosecha de lluvia” en zonas urbanas. Es importante que cada organismo establezca su programa de limpieza de drenajes combinados antes de la temporada de lluvias, además de solicitar la colaboración de los servicios de limpia municipales y de la población para evitar que se obstruyan las alcantarillas y bocas de tormenta.



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En situaciones de sequía los gastos mínimos de descarga disminuyen y ocasionan taponamiento al drenaje, y algunas concentraciones de materias sólidas que pueden crear polos de infección; por lo tanto, durante esta situación es importante implementar un programa de revisión y mantenimiento extraordinario de las alcantarillas.



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7. SISTEMAS DESCENTRALIZADOS DE SANEAMIENTO

En ocasiones, el saneamiento no puede llevarse a cabo mediante el sistema tradicional de captación, conducción y tratamiento centralizado de las aguas residuales de toda una zona de aportación, sino que deben implementarse soluciones individuales o aplicadas a pocas viviendas, por motivos económicos o sociales. Lo anterior, es más frecuente en las zonas rurales, pero cada vez se aplica más en zonas urbanas de países en desarrollo o de ciudades sin la capacidad económica o legal para conectar a las zonas periurbanas o irregulares a los sistemas formales de alcantarillado.

Algunos de los diseños de los sistemas son:

• Sanitarios secos de una cámara• Sanitarios secos de doble cámara• Sanitarios de doble cámara con arrastre hidráulico

• Sistemas con separación de orina• Sistemas con tratamiento primario (decantación) e infiltración• Sistemas semi-centralizados• Sistemas con generación de biogás• Fosas sépticas colectivas con transporte de lodos mediante carros cisterna• Fosas sépticas con infiltración al terreno

La aplicabilidad de estas alternativas dependerá de las condiciones geológicas, topográficas, económicas y sociales de cada localidad. Se mencionan en esta unidad únicamente para resaltar el hecho de que no en todas las localidades urbanas (o en la totalidad de su superficie) es siempre viable o conveniente pensar en soluciones basadas en redes de alcantarillado centralizadas.



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7.1. SISTEMAS DE DRENAJE URBANO SOSTENIBLE

Recientemente se ha promovido un enfoque innovador denominado “sistemas de drenaje urbano sostenible” (SUDS), compuesto por “aquellos elementos participantes en el drenaje de las ciudades que, además de reducir el caudal circulante por la superficie de la misma, consiguen también disminuir de forma notable la cantidad de contaminantes que arrastra el agua de escorrentía”.

El término SUDS es más usual en Reino Unido; en los Estados Unidos se denominan “mejores prácticas de manejo” (del drenaje urbano) o BMP (por sus siglas en inglés) y en América Latina, “mejores prácticas de control” (MPC).

El concepto no solo implica estructuras diferentes para retener, detener, infiltrar o regular los flujos de aguas pluviales, sino por ejemplo, mantener limpias las superficies de escurrimiento para evitar la contaminación de aquéllas. Así, existen técnicas estructurales y

no estructurales de drenaje urbano sostenible. Una definición más amplia es que los: “elementos integrantes de la infraestructura urbano-hidráulico-paisajística cuya misión es captar, filtrar, retener, transportar, almacenar e infiltrar al terreno el agua, de forma que ésta no sufra ningún deterioro e incluso permita la eliminación, de forma natural, de al menos parte de la carga contaminante que haya podido adquirir por procesos de escorrentía urbana previa. Todo ello tratando de reproducir, de la manera más fielmente posible, el ciclo hidrológico natural previo a la urbanización o actuación del hombre”.

El objetivo de los SUDS es manejar las aguas pluviales desde el momento en que tocan el suelo, buscando no sólo captarlas y conducirlas, sino:

• La laminación de la cantidad de agua.• La mejora de su calidad mediante procesos naturales.



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• El servicio al ciudadano con la mejora del paisaje urbano y la recuperación de hábitat naturales dentro de las ciudades.

Las medidas no estructurales de drenaje urbano sostenible pueden comprender:

• Programas de educación y participación ciudadana.• Limpieza y mantenimiento periódicos de los conductos y superficies que transportan las aguas pluviales.• Control de la aplicación de herbicidas y fungicidas en parques y jardines.• Control de conexiones ilegales de drenaje sanitario en redes pluviales.• Preparación para el control eficaz de vertidos accidentales.• Promoción de la cosecha de aguas de lluvia por parte de los ciudadanos en sus viviendas particulares y de los domicilios de establecimientos industriales o comerciales.

Entre las medidas estructurales se encuentran:

• Áreas de biorretención• Cubiertas vegetadas• Cunetas verdes• Depósitos de lluvia• Depósitos enterrados de detención• Depósitos superficiales de detención• Depósitos y estanques de infiltración• Drenes filtrantes o franceses• Estanques de retención• Estructuras de detención multifacéticas• Filtros de arena• Franjas filtrantes• Humedales artificiales• Pozos y zanjas de infiltración• Superficies permeables



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En ocasiones, su implementación requiere de una inversión adicional, que debe ser evaluada contra los beneficios potenciales que genera para la reutilización de las aguas y la disminución de costos de conducción, bombeo, tratamiento y disposición de las aguas residuales. La exposición detallada de este enfoque alternativo de drenaje urbano rebasa el alcance de esta unidad. Basta añadir que, ante la perspectiva de eventos de tormenta más frecuentes e intensos, en el contexto de la variabilidad climática que ya sufren nuestras ciudades, la implementación de SUDS puede ser un eficaz medio de adaptación.

Para ello, existe una abundante bibliografía sobre el tema, aun cuando en México todavía no existe un marco reglamentario ni se han instrumentado incentivos para promover los SUDS.

La figura 14 muestra algunos ejemplos de SUDS.

Figura 21. Esquema de tratamiento SUDS



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8. NORMATIVIDAD RELACIONADA A LOS SISTEMAS DE

ALCANTARILLADOLas Normas Oficiales Mexicanas en materia de agua establecen las disposiciones, las especificaciones y los métodos de prueba que permiten garantizar que los productos y servicios ofertados a los organismos operadores de sistemas de agua potable, alcantarillado y saneamiento, cumplan con el objetivo de aprovechar, preservar en cantidad y calidad, así como manejar adecuada y eficientemente el agua.

En particular cada documento indica el objetivo específico de la norma, el campo de aplicación, las especificaciones técnicas para el tema, quiénes deben aplicarla, quienes tienen la función de vigilar su cumplimiento, y qué otras normas la complementan.

En materia de agua potable y alcantarillado, en el Diario Oficial de la Federación del día viernes 17 de febrero de 2012 se publicó la Norma Oficial Mexicana NOM-001-CNA-2011, Sistemas de agua potable, toma domiciliaria y alcantarillado sanitario-Hermeticidad-Especificaciones y métodos de prueba; esta norma entro en vigor el 16 de mayo de 2012 y con ella se cancelan y sustituyen las normas NOM-012-CNA-2000, NOM-002-CNA-1995, y NOM-001-CNA-1995.

Otras NOM se refieren a especificaciones y métodos de prueba de dispositivos intradomiciliarios, así como a protección y recarga de acuíferos, o al cálculo de disponibilidades.



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Se recomienda la consulta de las normas que se refieren a dispositivos intradomiciliarios en el caso en que el Organismo contemple la promoción de la instalación de dispositivos ahorradores, con objeto de que se asegure de cumplir con la normatividad. Así como la NOM-007-CNA-1997, “Requisitos de seguridad para la construcción y operación de tanques para agua”.

8.1. NORMA OFICIAL MEXICANA NOM-001-CNA-2011.

Esta Norma Oficial Mexicana tiene como objetivos:

• Establecer especificaciones mínimas de desempeño para los productos que integran los sistemas de agua potable, toma domiciliaria y alcantarillado sanitario, para asegurar la hermeticidad de éstos a largo plazo.

• Establecer las condiciones y métodos de prueba para asegurar una instalación hermética de los productos que integran los sistemas de agua potable, toma domiciliaria y alcantarillado sanitario.

• Establecer las condiciones de operación y mantenimiento para garantizar una vida útil suficiente de los sistemas de agua potable, toma domiciliaria y alcantarillado sanitario.

• ESPECIFICACIONESDELANORMA

Los temas que se normalizan a través de la NOM-001-CNA-2011 son:

• Sistemas de agua potable• Sistema de toma domiciliaria • Sistema de alcantarillado



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De acuerdo con esta norma, los productos que integran los sistemas de agua potable, toma domiciliaria y alcantarillado sanitario deben estar certificados ante un organismo de certificación de producto en los términos que estipula la Ley Federal sobre Metrología y Normalización y su Reglamento, y cumplir con las especificaciones establecidas en las normas mexicanas correspondientes.Tres organismos de certificación de los productos son:

1. Centro de Normalización y Certificación de Productos, A.C.

2. Certificación Mexicana, S.C.

3. Organismo Nacional de Normalización y Certificación de la Construcción y Edificación, S.C.

• RESPONSABILIDADESDELOSORGANISMOSOPERADORES

Los organismos operadores deben atender las disposiciones de esta norma, por una parte debido a que en la definición del campo de aplicación se establece la observancia obligatoria en el territorio nacional para los fabricantes, importadores o comercializadores de los productos empleados en los sistemas de agua potable, toma domiciliaria y alcantarillado sanitario, y los responsables del diseño, construcción, instalación, operación y mantenimiento de los sistemas de agua potable, toma domiciliaria y alcantarillado sanitario.

Y por otra parte, debido a la participación que de acuerdo con sus atribuciones, participan en la vigilancia del cumplimiento de la norma en coordinación con la Comisión Nacional del Agua, las entidades federativas y los municipios.

Los organismos operadores deben:

• Contar con registros de la calificación y del desempeño del personal que realice cualquier actividad relacionada con la instalación del sistema de agua potable, toma domiciliaria o alcantarillado sanitario.



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• Verificar la hermeticidad del 100% del sistema de agua potable.• Verificar físicamente el arreglo de la instalación de la toma domiciliaria, de acuerdo con los planos del proyecto aprobados. Además, se deberá supervisar la ejecución de las obras, con base en un procedimiento específico de instalación de la toma domiciliaria. Deben contar con los registros de que la ejecución de los trabajos fue realizada de acuerdo con el plano aprobado. Asimismo, deben aprobar la realización de la prueba hermeticidad en la toma.• Asegurar la correcta aplicación de las especificaciones de construcción que se hayan establecido en el contrato para asegurar la hermeticidad del sistema de alcantarillado y su correcta funcionalidad.• Fomentar y establecer las condiciones mínimas de mantenimiento que garantice la vida útil de los sistemas de agua y alcantarillado.

La NOM-001-CNA-2011 se relaciona con otras normas oficiales y normas mexicanas (NMX) relativas a la fabricación y prueba de diferentes materiales utilizados en las redes. Por lo cual, se sugiere consultar directamente la normatividad referida para conocer más a fondo su aplicación.



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CONCLUSIÓNHoy en día los problemas de contaminación ambiental son una amenaza para la salud y economía del ser humano, por lo que es incuestionable la importancia que tienen los sistemas de alcantarillado y saneamiento de aguas residuales y pluviales para el desarrollo de las ciudades.

Los habitantes necesitan desalojar el agua residual de sus casas, comercios, industrias y espacios públicos, de manera rápida y efectiva, para evitar focos de infección. También la población requiere que se evacúe el agua de lluvia que escurre en la zona habitacional para evitar peligros de inundaciones.

El sistema de alcantarillado está construido para cumplir con este objetivo, sin embargo, es necesario que antes de depositar el agua eliminada a los cuerpos receptores, se rehabilite en una planta de tratamiento, para que no afecte las fuentes naturales de agua potable, ni contamine el medio ambiente del lugar.

Depositar las aguas residuales sin un tratamiento previo crea verdaderos problemas ambientales que derivan en conflictos sociales, económicos y políticos en la ciudades, por esa razón la CONAGUA, impone multas y sanciones a las personas físicas o morales (incluidos los organismos operadores de sistemas de agua potable, alcantarillado y saneamiento) que contaminen el agua con descargas de agua residual.

El organismo operador, por su parte, debe promover entre la población el uso adecuado del drenaje, además de calcular y recaudar, de la manera más equitativa posible, los costos asociados a la operación del drenaje y saneamiento.

Incluir en la tarifa un cargo por drenaje y saneamiento como un porcentaje fijo del servicio de agua potable puede generar un ingreso menor al necesario para estas funciones, o bien excesivo, afectando el bienestar de la población.



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El quehacer de la ingeniería sanitaria e hidráulica es todavía arduo, puesto que el problema a resolver ha llegado a dimensiones tales que exceden las capacidades de inversión y rentabilidad de los organismos operadores; el crecimiento acelerado de muchas ciudades del país y el rezago en la cobertura del tratamiento de las aguas negras, así como las bajas eficiencias de la red de tuberías, imposibilita el desarrollo adecuado del sistema de alcantarillado de agua residual y pluvial.

No obstante, se debe continuar con los planes de desarrollo y enfrentar el reto, antes de que se agrave todavía más el problema.

Por consiguiente, el organismo operador debe entonces implementar estrategias para hacer sostenible al sistema de alcantarillado y saneamiento, y para que en ningún momento se ponga en riesgo la infraestructura ni se deteriore la calidad del servicio y se contamine el medio ambiente.

En este contexto, los SUDS constituyen una alternativa innovadora y

promisoria para atenuar el impacto de la variabilidad climática, mejorar el control de los escurrimientos pluviales, disminuir la contaminación de las aguas recolectadas y, con ello, mejorar las posibilidades de reúso de las aguas pluviales o tratadas en zonas urbanas.

Finalmente, tanto el proyecto como la construcción de los sistemas deben apegarse a la normatividad mexicana correspondiente. Las normas no constituyen referencias estáticas que deban verificarse de manera puntual en eventos de proyecto o construcción, sino deben guiar el desarrollo de capacidades permanentes para el correcto diseño, supervisión, construcción, prueba y operación de los sistemas.

En la medida que se coordinen los directivos de diferentes administraciones del organismo operador, para dar continuidad de estas estrategias, el desarrollo del sistema de alcantarillado será sostenible a lo largo de los años, con beneficios para toda la comunidad.



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FUENTES DE CONSULTA• Cisneros R.J., García F.I. y López M.R. (2008). Alcantarillado Sanitario y Pluvial, Benemérita Universidad Autónoma de Puebla, 2ª Edición, México.

• Fair, Geyer y Okun (1994). Abastecimiento de agua y remoción de aguas residuales, Volumen 1, Limusa Noriega editores, México.

• IMTA. (2005). “Diagnóstico integral de los Organismos Operadores de Agua potable y Alcantarillado Sanitario (OOAPAS) Pátzcuaro, Tzintzuntzan, Erongarícuaro y Quiroga de la cuenca del Lago de Pátzcuaro” IMTA, Jiutepec, Mor.

• López A. P. (2006) Abastecimiento de agua potable y disposición y eliminación de excretas, Instituto Politécnico Nacional, Alfaomega Grupo Editor, México.

• Manual de agua potable, alcantarillado y saneamiento “Alcantarillado Sanitario” diciembre de 2009; www.conagua.gob.mx

• Manual de alcantarillado Pluvial, MAPAS, CONAGUA, 2007, México.

• Norma Oficial Mexicana NOM-001-CONAGUA-1995 “Sistemas de alcantarillado sanitario – Especificaciones de hermeticidad”.

• Nuevo Reglamento publicado en el Diario Oficial de la Federación el 12 de enero de 1994. Última reforma publicada DOF 24-05-2011.

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