Principales Criterios para el Diseño de un Sistema de ... · riego o de calles, las aguas de...

ALCANTARILLADO SANITARIO

Unidad 3

Importancia del Control de las

Aguas Residuales

• Evita la Transmisión de enfermedades

• Evita el deterioro físico, químico y

biológico de abastecimiento de agua y

balnearios

• Las aguas residuales afectan la vista

y el olfato.

• Porque destruyen la vida acuática

• Controlar para darle utilidad al agua

después de tratada

Existen varias formas de realizar un

saneamiento de un núcleo urbano,

dependiendo de algunos aspectos, como

son:

• Características del núcleo 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

Tipos de saneamiento

Un saneamiento correcto deberá tender hacia

los siguientes objetivos

• Integración del saneamiento

• Fiabilidad de las redes de saneamiento y la

correspondiente depuradora

• El saneamiento no debe olvidar su

incorporación al medio ambiente,

debiéndose eliminar cualquier tipo de

impacto que pudiera producirse


De las consideraciones anteriores pueden

clasificarse los tipos de saneamiento en:

• Saneamientos individuales o autónomos

• Saneamientos colectivos


Son de aplicación a pequeñas concentraciones

de población, o a instalaciones con vertidos

equivalentes.

En estos casos el saneamiento consiste en una

fosa séptica o una pequeña depuradora,

recibiendo de forma directa los vertidos,

seguido de un elemento de nitrificación, como

pueden ser: Aplicación al suelo, lecho

filtrante, etc. En este caso el alcantarillado y

colectores se reducen a la mínima expresión,

siendo unos sistemas útiles en zonas de baja

densidad de población, donde el costo de una

red de saneamiento puede ser muy elevado.

Sistemas individuales

Aguas Residuales

• Con independencia del trazado

adoptado y teniendo en cuenta la

procedencia de las aguas domesticas,

de lluvia, servicios públicos y aguas

industriales, puede establecerse una

clasificación en sistema separado y

sistema combinado.

Sistemas de Evacuación

• En el sistema combinado se vierten todas las

aguas en una única canalización

• En el sistema separado se recogen las aguas

residuales en dos canalizaciones

independientes. La red de aguas residuales

transportará los vertidos domésticos, los

vertidos de los establecimientos comerciales

y los vertidos industriales. La red de aguas

blancas conducirá las aguas de escorrentía

superficial generados por precitaciones, por

riego o de calles, las aguas de drenaje y los

desagües de la red de distribución y

depósitos

Sistemas de Evacuación

Factores que rigen el modelo a utilizar:

• El tipo de sistema

• La línea de la calle o derecho de vía

• La topografía, la hidrología y geología

del área de drenaje

• Los límites políticos

• Localización y naturaleza de las obras

de tratamiento y evacuación

Comparación 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 economía de construcción y

gastos de inversión iniciales, existe indudable ventaja

para el sistema combinado, pues el costo de las dos

tuberías, equivalentes hidráulicamente en su conjunto a

una única, es 1.5 a 2 veces mayor, como término medio,

habida cuenta de la imposibilidad práctica de utilizar

diámetros de tubos inferiores a 20 cm, que en muchos

pueblos y calles cortas de ciudades, con pendientes más

bien fuertes, son suficientes para el caudal total. A esto

ha de añadirse el doble costo de las acometidas, pues,

aunque éstas 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

economía local y nacional.

• Los gastos de levantamiento y reposición 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 conservación y explotación de una red separada exige

gastos bastantes mayores que en el caso de red

combinada, siendo superiores en un 30% ó 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 variación de la

velocidad, lo que reduce las sedimentaciones.

Comparación entre Ambos

Sistemas

a. Modelo Transversal

Con zonas perpendiculares al río, desaguando

directamente en el mismo. Es económico, pero no

puede emplearse más que en caso de ríos de

gran caudal que admitan el vertido directo, con

gran dilución

b. Modelo de Interceptores

Suprime aquel inconveniente, pero presenta

otro, difícilmente evitable, que consiste en

tener que construir este emisario con pequeña

pendiente (la del río) y por tanto, gran sección;

y generalmente en terrenos sometidos a las

filtraciones del río

Configuración de los Sistemas

c. Modelo de Zona

Se obtiene mediante colectores paralelos al

cauce, con pendientes pequeñas 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 desagüe. Es el

sistema, quizá, más indicado para poblaciones o

sectores de población sumamente llanas


e. Modelo Radial

Se obtiene dividiendo el sector urbano a sanear en

varias zonas con canalizaciones independientes,

cuyas aguas se reúnen después aisladamente en uno

o más puntos.

Este último sistema es apto para poblaciones en que

hayan 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 sección precisa para los

caudales actuales y los que en el futuro puedan

recibir de los ensanches.

En muchas poblaciones habrá que adoptar sistemas

mixtos de acuerdo con las condiciones


Los Métodos más usuales para la estimación de la

población a futuro o de Proyecto son:

• Método Aritmético.

• Método del Porcentaje Uniforme.

• Método Prolongación de la Curva a ojo.

• Método Logístico.

• Método de Crecimiento Declinante.

• Método de la Proporción.

Método Aritmético

• Su Hipótesis se basa en el hecho de que la tasa de

crecimiento es constante. La validez de este

método se puede verificar examinando el

crecimiento de la comunidad para determinar si

se han producido incrementos aproximadamente

iguales entre los Censos Recientes.

En términos Matemáticos, la Hipótesis puede ser

expresada como:

dp = K

dt

En donde dp/dt es la tasa de cambio de la población y K es

una constante. K se puede determinar gráficamente, o a

partir de las poblaciones en censos sucesivos, como:

K=ΔP

Δt

La Población futura es luego estimada a partir de

Pt = Po + Kt

Pt = Población en algún tiempo futuro.

Po= Población Actual.

t = Periodo de la Proyección.

población actual y futura

Población actual

Ejem.:

Una urbanización de 300 viviendas.

6habitantes por viviendas.

Pac= 300x6=1800 personas

Población futura

Pf=Pac(1+R)^n

R=tasa de crecimiento anual(2.5%).

N=período de diseño( 20 @ 40 ).

Pf=1800( 1+2.5/100)^20=2,950 personas

Método del Porcentaje Uniforme

Se sustenta en la hipótesis de un porcentaje

de crecimiento Geométrico o Uniforme

donde se supone que la tasa de incremento

es proporcional a la Población:

dp = K’P

dt

De la integración de esta Ecuación resulta

Ln P = Ln Po + K’Δt

Método Prolongación Curva de Ojo

• Esta técnica consiste en la Proyección Grafica de

las curvas de crecimiento de la Población en el

pasado, manteniendo cualquier tendencia o

inclinación que la información Histórica indique.

Método Logístico

• La Curva Logística usada en el modelo de

crecimiento de Población tiene forma de S; se

combina una tasa geométrica de crecimiento para

baja población con una tasa decreciente a medida

que la ciudad se aproxima a algún limite de

población. La Hipótesis de crecimiento Logístico

puede ser verificada representando los datos del

censo en Papel Logístico, en el cual aparecerá una

línea recta si la Hipótesis es valida.

P = Psat

1+ ea+b Δt

Psat = 2P0P

1P

2 – P1

2 (P

0 + P

2)

P0P

2-P

1

2

a = Ln Psat – P2

P2

b = 1 Ln P0(Psat - P

1)

n P1(Psat – P

0)

DENSIDAD POBLACIONAL

DLa= DENSIDAD LINEAL ACTUAL

DLf= DENSIDAD LINEAL FUTURA

LC= LONGITUD DE CALLES

PA= POBLACION ACTUAL

Pf= POBLACION FUTURA

(Campos, 1994)

DLa = PA/LC

DLf = Pf/LC

POBLACION POR TRAMO

ACTUAL

POBLACION=

LOGITUD

ACUMULADA X

Dla.

POBLACION POR TRAMO

FUTURA

POBLACION=

LOGITUD

ACUMULADA X

Dlf.

CAUDALES

75.0*)400.86

*(. ...

DotacionPAtramoQt ActualRAmed

75.0*)400.86

*(. ...

DotacionPFtramoQt FuturoRAmed

CAUDAL MINIMO DEL TRAMO

slQusarQSiactQmed

Q /5.1min,5.1min,);2

..(min

CAUDAL MAXIMO TRAMO

futuroQmedHQ .*max

COEFICIENTE H

H=1+14/(4+(P)^.5)

P=POBLACION MILES

1.8 <= H <= 3.8

CAUDAL DE INFILTRACION

POR TRAMO TUBERIA DE HORMIGON (

H.S.)

Qinf= 0.614 lps x longitud

acumulada en KM

PARA PVC Qinf=0

CAUDALES DE DISEÑO POR

TRAMO

inf)5.1min(min. QlpsoQQdis

.infmaxmax. QQQdis

CAUDAL GENERADO POR

POBLACION

FUNCIONES

HIDRAULICAS

CAPACIDAD TUBERIA

PENDIENTE TERRENO (St)

)).(

(callelongL

CotaBCotaASt

PENDIENTE TERRENO (St)

04.0)30

23.10643.107(

mts

mtsmtsSt

PENDIENTE TUBERIA (S)

)).(

(callelongL

CotaBCotaAS

PENDIENTE TUBERIA (S)

okmts

mtsmtsS 004.004.0)

30

03.10523.106(

LxSCotaACotaB

03.10504.03023.106 xCotaB

FUNCIONES

HIDRAULICAS

CAPACIDAD TUBERIA

CAUDAL GENERADO

POR TUBERIA

CAUDAL A TUBO LLENO(Qlleno)

)(N

S

CON β POR VALOR DEL CAUDAL DE LA

TABLA 14.1 COL.5 Q(LPS) PARA UN

DIAMETRO(φ)ESCOGIDO

S=PENDIENTE TUBERIA

N=COEFICIENTE DE RUGOSIDAD

TUBERIA(TABLA 1.4)

Qlleno= β X QCOL.5(LPS)

Vlleno= β x Vcol.5(m/s)

CHEQUEO DE VELOCIDADES Y

DE PENDIENTES

).min

(minQlleno

Disq CON α IR A LA TABLA II Y

OBTENER vmin/Vlleno

Hallar Vmin=α.min x Vlleno

).max

(.maxQlleno

Disq

CON α IR A LA TABLA II Y

OBTENER vmax/Vlleno

Hallar Vmax=α.max. x Vlleno

VELOCIDADES MINIMAS

Vmin Tubo lleno=0.60m/s

Vmin Tubo parcialmente lleno=0.30m/s

EJEMPLO DISEÑO URBANIZACION

EJEMPLO N01

PARA LA SIGIENTE URBANIZACION DISEÑAR

EL SISTEME DE REDES DE AGUA POTABLE.

DATOS:

1. DOTACION 300 LITS/HAB./DIAS

2. TASA DE CRECIMIENTO ANUAL 3 %

3. PERIODO DE DISEÑO 20 AÑOS

4. USAR 5 PERSONAS POR SOLAR

5. DOTACION AREA COMERCIAL 6 LITS/M2

6. DOTACION AREA VERDE 2LITS/M2

7. PROFUNDIDAD REG. EXIST. C/24, H=2.00MTS

8. TUBERIA EXIST, 8” H.S.

9. COEFICIENTE DE RUGOSIDAD N= 0.013

lotificacion

PLANO CURVA DE NIVEL

CONFIGURACION DEL SISTEMA

•Calculo de la longitud total de

la red:

• L1-2=66.42 mts.

• L2-3=99.51 mts.

• L3-4=99.51 mts.

• Ltotal calles=265.44MTS

CALCULO DE LA POBLACION

ACTUAL Y FUTURA

Población actual

CANTIDAD DE SOLARES= 27

CANTIDAD DE PERSONAS POR VIVIENDA= 5

Pact= 27x5=135 personas

Población futura

Pf=Pact(1+R)^n

R=tasa de crecimiento anual(3%).

N=período de diseño( 20).

Pf=135( 1+3/100)^20= 243.82 = 244 personas

•Calculo de la densidad

poblacional lineal actual:

• Dl(actual)= poblacion actual/ longitud

total calles

• Dl(actual)= 135/265.44=0.51p/ml

•Calculo de la densidad

poblacional lineal futura:

• Dl(futura)= población futura/ longitud

total calles

• Dl(futura)= 244/265.44=0.92 p/ml

Tramo 4-3

Longitud Tramo:

L4-3=99.51 mts.

Longitud tributaria en cruces:

Lt=0

Longitud Acumulada Lacum.= L4-3+Lt

Lacum=99.51+0=99.51

Tramo 4-3

Longitud tributaria:

Lt=0

Población actual tramo 4-3

Pact.= Dl(actual)*Lacum tramo 4-3

Pact.=0.51*99,51=51 personas

Población futura tramo 4-3

Pf.= Dl(futura)*Lacum tramo 4-3

Pf.=0.92*99,51=92 personas

CAUDAL MEDIO DE AGUAS

RESIDUALES ACTUAL tramo 4-3

Qmed A.R. =( Dotación * Población actual) x C.R

86,400

Qma = (300 lits/personas/días * 51 personas)x0.75

86,400

Qma=0.13 Lits/seg

CAUDAL MEDIO DE AGUAS

RESIDUALES FUTURO tramo 4-3

Qmed A.F. =( Dotación * Población futuro) x C.R

86,400

Qmf = (300 lits/personas/días * 92 personas)x0.75

86,400

Qmf=0.24 Lits/seg

Caudal mínimo tramo 4-3

Qmin=Qmed.A.R.actual/2

Qmin=0.13/2=0.06<1.5, usar

Qmin=1.5 l/s

Caudal máximo tramo 4-3

Qmax.= H*Qmed.A.R.futuro

COEFICIENTE H

H=1+14/(4+(P)^.5)

H=1+14/(4+(92/1000)^.5)

H=4.25, usar 3.8

P=POBLACION MILES

1.8 <= H <= 3.8

Caudal máximo tramo 4-3

Qmax.= H*Qmed.A.R.futuro

Qmax= 3.8*0.24=0.91 < 1.5, usar 1.5

l/s

Qmax=1.5 l/s

CAUDAL DE INFILTRACION

TRAMO 4-3 TUBERIA DE HORMIGON ( H.S.

tramo 4-3)

Qinf= 0.614 lps x longitud

acumulada en KM tramo 4-3

Qinf.= 0.614*(99.51/1000)=0.06

CAUDALES DE DISEÑO

TRAMO 4-3

inf)5.1min(min. QlpsoQQdis

.infmaxmax. QQQdis

CAUDAL GENERADO POR

POBLACION

CAUDALES DE DISEÑO

TRAMO 4-3

SLQdis /56.106,05.1min.

SLQdis /56.106.05.1max.

CAUDAL GENERADO POR

POBLACION TRAMO 4-3

FUNCIONES

HIDRAULICAS

CAPACIDAD TUBERIA

CAUDAL GENERADO

POR TUBERIA

)).(34

34(

callelongLtramo

CotaCotaS

PENDIENTE TERRENO (Str)

TRAMO 4-3

okmts

mtsmtsS 004.0070.0)

51.99

95102(

83704 USAR PENDIENTE DE LA TUBERIA IGUAL QUE LA

DEL TERRENO ST=0.070

80.10020.11024)( HMINCOTAAtuboCOTA

COTA DE FONDO RG. INICIAL

HMIN.=1.20

LxSCotaACotaB

83.9307.051.9980.100 xCotaB

CAUDAL A TUBO

LLENO(Qlleno)tramo 4-3

35.20013.0/5^.070.0)2/1^

( N

Stb

CON β POR VALOR DEL CAUDAL DE LA

TABLA 14.1 COL.5 Q(LPS) PARA UN

DIAMETRO(φ)ESCOGIDO EN ESTE CASO

8”H.S

Stb=PENDIENTE TUBERIA

N=COEFICIENTE DE RUGOSIDAD

TUBERIA(TABLA 1.4)





Qlleno= 20.35 X 4.45=90.58

L/S,70%X90.58>Qdis.max(1.56 l/s), OK

Vlleno= 20.35 x 0.113=2.29M/S> 0.60 y

<3M/S, OK


DE PENDIENTES

017.058.90/56.1).min

(min Qlleno

Disq

CON αmin IR A LA TABLA

II Y OBTENER

vmin/Vlleno=0.29

Hallar Vmin= 0.29 x

2.29=0.66 m/s >0.30 0k

Hallar Vmax=α.max. x Vlleno


DE PENDIENTES

017.058.90/56.1).max

(.max Qlleno

Disq

CON α IR A LA TABLA II Y

OBTENER vmax/Vlleno

=0.29

Hallar Vmax=0.29 x 2.29

m/s=0.66 m/s >0.30 ok

VELOCIDADES MINIMAS

Vmin Tubo lleno=0.60m/s

Vmin Tubo parcialmente lleno=0.30m/s

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