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OBRAS CIVILES HIDRULICAS Y SANITARIAS II

(Apunte Unidad 2)

Unidad 2: DISEO DE REDES PUBLICAS DE ALCANTARILLADO DE AGUAS SERVIDAS

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Red pblica de alcantarillado aguas servidas

Tuberas

CI: Cmara de inspeccin

El diseo de una red pblica de alcantarillado de recoleccin de aguas servidas debe cumplir con las especificaciones contenidas en la norma chilena oficial NCh1105

NCh1105: Ingeniera sanitaria Alcantarillado de aguas residuales Diseo y clculo de redes

La norma NCh1105 especifica los criterios para determinar los caudales de aguas servidas, los requisitos de la capacidad de las tuberas, clasificacin y ubicacin de tuberas, cmaras de inspeccin, como tambin, trminos y definiciones empleados en las redes de recoleccin de aguas servidas, entre otras especificaciones

Una red pblica de alcantarillado de aguas servidas, estndar, se compone bsicamente de tuberas y cmaras de inspeccin

Terminologa

Aguas servidas : Aguas residuales que contienen los desechos de una comunidad. Se componen de aguas grises y aguas negras.

Aguas residuales : Aguas que se descargan despus de haber sido usadas en un proceso, o producidas por este.

Aguas grises : Aguas residuales provenientes de tinas, duchas, lavatorios, lavaplatos y otros similares.

Aguas negras : Aguas residuales que contienen excretas.

Residuo industrial lquido; RIL: Efluente residual evacuado de las instalaciones de un establecimiento industrial.

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Red de alcantarillado unitario (combinado) : Sistema en el cual las aguas residuales y las aguas lluvias y otros tipos de agua son conducidos en una misma alcantarilla.

Red de alcantarillado separado : Sistema en el cual las aguas residuales y las aguas lluvias u otros tipos de agua son conducidos en alcantarillas separadas.

Las redes de alcantarillado de aguas servidas no deben conducir aguas lluvias

La norma NCh1105 estipula que: En los nuevos sistemas de alcantarillado y en toda nueva ampliacin o extensin de un sistema de alcantarillado existente, deben considerarse redes separadas

Tramo : Tubera que une dos cmaras de inspeccin consecutivas.

Naciente : Tramo inicial de una red de alcantarillado.

Lateral : Tubera secundaria que recibe slo descargas domiciliarias

Caera : Tubera secundaria que recibe descargas domiciliarias y una o ms laterales.

Colector : Tubera o canalizacin que forma parte de un sistema de alcantarillado que recibe una o ms caeras y que esta destinado a recolectar y conducir aguas residuales u otras aguas.

Emisario : Tubera, ducto o canalizacin que recibe el agua efluente de toda una red de alcantarillado y la conduce hasta una planta de tratamiento o hasta el punto de descarga final.

Cmara de inspeccin : Cmara para permitir la inspeccin, operacin y mantencin del sistema de alcantarillado.

Flujo en alcantarillado

El escurrimiento en tuberas de alcantarillado se produce por gravedad pendiente de las tuberas

Las aguas residuales deben ser evacuadas en el mnimo tiempo posible, debido al carcter sptico y de la rpida descomposicin del material transportado, que puede desprender gases nocivos para la salud pendiente adecuada de las tuberas

Por lo anterior se debe estudiar las condiciones topogrficas del rea a evacuar.

Disposicin de curvas de nivel Curva de nivel mxima y mnima Pendientes naturales del terreno Puntos altos y puntos bajos Puntos naturales de descarga

Se debe respetar en lo posible la pendiente natural del terreno, a objeto de realizar un proyecto econmico.

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Clculo de caudales de aguas servidas

Caudal medio diario de aguas servidas; QmdAS

Se calcula a base del caudal medio diario consumido de agua (agua potable proporcionada por sanitarias y propias), de acuerdo a la siguiente relacin:

)s/L(86400

RDPQmdAS

=

Donde: P : habitantes, poblacin a servir D : dotacin de consumo de agua potable en L/hab/da R : coeficiente de recuperacin

Coeficiente de recuperacin; R:

- Porcentaje de agua consumida (potable y propias), que se descarga al alcantarillado. - En general, el coeficiente de recuperacin est comprendido entre 0,7 y 1

Caudal de diseo

a) Caudal mximo horario: ASQmxh

Para dimensionar las tuberas, se debe calcular para el caudal mximo horario de aguas servidas

El caudal mximo horario se determina segn la cantidad de habitantes:

1) Para poblaciones de 1000 o ms habitantes, se utiliza el coeficiente de Harmon

ASAS QmdMQmxh = M = coeficiente de Harmon

1000P4

141M+

+= P = habitantes, poblacin servida (P 1000 hab)

2) Para poblacin de 100 habitantes (20casas) o menos, se utiliza la Tabla de caudales mximos instantneos de la Boston Society of civil Engineering (B.S.C.E.) ver anexo A de NCh1105

3) Para poblaciones comprendidas entre 100 y 1000 habitantes, se interpola entre el valor entregado por la B.S.C.E. para 20 casas (100 hab), que es 3,6 L/s y el caudal mximo horario calculado para 1000 habitantes con el coeficiente de Harmon, con D (L/hab/da) del caudal buscado.

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b) Caudal mnimo:

Se utiliza para verificar si se produce autolavado en las tuberas del sistema de alcantarillado

Caudal mnimo se determina segn la tubera:

1) Para tuberas nacientes y laterales : caudal mximo instantneo entregado por la B.S.C.E.

2) Para caeras : caudal medio diario

3) Para colectores, interceptores y emisarios : 60% del caudal medio diario

Capacidad de las tuberas

El dimetro de las tuberas debe calcularse de modo que la altura del agua servida, dentro de la tubera, quede entre los lmites que se indican:

D = dimetro interior

Para caudal mximo de diseo:

h = 0,7D

Para caudal mnimo:

h 0,30D

h = 0,8D (casos especiales)

(o valor equivalente en altura al caudal entregado por la B.S.C.E.)

Area hidrulica Permetro mojado Radio hidrulico

Radio hidrulico; RH

)m(PAR

m

HH =

Radio hidrulico es la razn entre el rea hidrulica y el permetro mojado.

Area hidrulica; AH (m2)

Area de escurrimiento en una seccin transversal de tubera.

Permetro mojado; Pm (m)

Permetro de la tubera hasta el nivel superior del agua servida, en una seccin transversal de escurrimiento.

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Clculo del radio hidrulico

Para caso general:

)Dh21arccos( =

)m)(2sen5,0(4

DA 22

H =

)m(DPm =

)m(PAR

m

HH =

Pendiente de las tuberas

Para que se produzca el autolavado en las tuberas, las pendientes mnimas a considerar en el diseo, se indican en la tabla 1 de NCh1105

Coeficiente de rugosidad; n

El coeficiente de rugosidad depende del tipo de material de la tubera. La norma NCh1105 recomienda el valor de n = 0,013 como coeficiente de rugosidad para el clculo de tuberas sanitarias, de acuerdo al criterio de Manning.

Velocidad de escurrimiento de las aguas servidas

La velocidad de las aguas servidas en las tuberas debe estar entre los lmites siguientes:

a) Mximo : 3 m/s b) Mnimo : 0,6 m/s para boca llena (h = D)

Clculo de velocidades de las aguas servidas

Frmula de Manning (Formula de Chezy con coeficiente de Manning)

)s/m(n

)R(iV

23H

=

Donde:

V = velocidad media (m/s) RH = radio hidrulico i = pendiente n = coeficiente de rugosidad; (n = 0,013 / NCh1105)

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Caudal en la tubera: Q

)s/L(AVQ H=

V = Velocidad media (Ec. de Manning) AH = Area hidrulica

Velocidad de autolavado

Una tubera tiene autolavado si posee velocidades capaces de transportar las materias slidas en suspensin: Si la velocidad de escurrimiento es baja, las materias en suspensin se depositan en la tubera. Si la velocidad de escurrimiento es muy alta, se erosionan las materias en suspensin. Cuando la velocidad de autolavado disminuye, hay depsito de materias que tienen que ser arrastradas nuevamente cuando la velocidad aumenta. Si durante varias horas del da se mantiene una velocidad mayor que la mnima de autolavado, las materias depositadas durante las horas de caudal mnimo sern arrastradas y transportadas dentro de un perodo de 24h.

Se puede obtener la velocidad mnima necesaria para que exista autolavado, a partir de la altura de escurrimiento que se producir en la tubera, mediante la siguiente expresin:

[ ]s/m)D

h(242,0370,0V mnautolavado +=

Clculo de tuberas

Determinar tuberas para conducir aguas servidas implica el empleo de 6 frmulas de clculo y luego verificar si satisface el requerimiento Para el propsito de esta asignatura se sugiere un mtodo que llamaremos Mtodo de 7 pasos Mtodo de 7 pasos: 1 a 6 clculos / 7 verificaciones: Cumple No cumple (Ver ejercicio de aplicacin)

Clculos

1) )Dh21arccos( =

2) )m)(2sen5,0(4

DA 22

H =

3) )m(DPm =

4) )m(PAR

m

HH =

5) )s/m(n

)R(iV

23H

=

6) )s/L(AVQ H=

Verificaciones

7) Verificaciones 7.1) Caudales 7.1.1) Caudal mximo 7.1.2) Caudal mnimo 7.2) Velocidades 7.2.1) Velocidad mxima 7.2.2) Velocidad mnima 7.2.3) Velocidad de autolavado

[ ]s/m)D

h(242,0370,0V mnautolavado +=

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Tramo de tuberas y cmaras de inspeccin acotamiento y clculo

Acotamiento de Cmaras de inspeccin

CT : Cota de terreno CRe : Cota radier de entrada CRs : Cota radier de salida H : Altura de cmara

CR : Cota de radier

H = CT - CRS

Desnivel = CRe CRs

(Ver 7.3.1 NCh1105)

Tramo de tubera

Pendiente de tuberas

i Lh

=

h = CRs - CRe

L = longitud del tramo