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EL ALCANTARILLADOLa red del alcantarillado al estar enterrada en el subsuelo de la ciudad, puede ser, uno
de los servicios urbanos más desconocidos, pero es imprescindible, para la salubridad
de las urbes, siendo su buen funcionamiento causa de eliminación de epidemias y
enfermedades.
ORIGENES
La historia del alcantarillado tiene su origen en los primeros asentamientos humanos.
La concentración demográfica plantea la construcción de estructuras que faciliten la vida
humana. Viviendas, calzadas, espacios públicos, sistemas de abastecimiento en ciudades.
En sí, las ciudades son un conjunto de respuestas a necesidades de la comunidad que a su
vez generan necesidades nuevas. El alcantarillado es la respuesta de los primeros problemas
de evacuación de avenidas de agua y residuos de las
ciudades.
Ya en la época romana, era normal el uso de una red de
alcantarillado, con la creación de cloacas, como la que se
ve en la imagen, y es que la civilización romana fue
pionera no sólo en el uso y disfrute del agua, sino también
en la necesaria evacuación de la misma.
En tiempos más recientes las ciudades retoman con fuerza
el uso del alcantarillado, pero no se introdujo como aumento de la comodidad o para
una mejor forma de vida. Se impuso como consecuencia de las epidemias de cólera.
Desde 1832, cuando Europa fue invadida por el cólera, las personas tuvieron miedo
de la enfermedad infecciosa asiática e instaron a los administradores públicos a que
empezaran a ejecutar programas de alcantarillado.
Fig. I - Interiores
cloaca romana del
siglo IV aC.
ALCANTARILLADO: HOY EN DIASe denomina alcantarillado o red de alcantarillado (del árabe al - qantara, el
acueducto) al sistema de estructuras y tuberías usadas para el transporte de aguas
servidas (alcantarillado sanitario), o aguas de lluvia, (alcantarillado pluvial) desde el
lugar en que se generan hasta el sitio en que se disponen o tratan.
Todavía existen en funcionamiento redes de alcantarillado mixto, es decir, que
juntan las aguas negras y las aguas de lluvia (sistemas unitarios). Sin embargo, este
tipo de alcantarillado ha dejado de usarse y actualmente se construyen casi
exclusivamente alcantarillados separados para aguas servidas y aguas pluviales
(sistemas separativos), aunque básicamente la decisión depende de los gastos que
pretenda afrontar la administración competente.
Las redes de alcantarillado son estructuras hidráulicas que funcionan a presión
atmosférica. Sólo muy raramente, y por tramos breves, están constituidos por
tuberías que trabajan bajo presión. Normalmente son canales de sección circular,
ovoidal, o compuesta, enterrados la mayoría de las veces bajo las vías públicas.
La red de alcantarillado es considerada un servicio básico, sin embargo la cobertura
de estas redes en las ciudades de países en desarrollo es ínfima en relación con la
cobertura de las redes de agua potable. Esto genera importantes problemas sanitarios.
Durante mucho tiempo, la preocupación de las autoridades municipales o
departamentales estaba más direccionada a construir redes de agua potable, dejando
para un futuro indefinido la construcción de las redes de alcantarillado. Actualmente
las redes de alcantarillado son un requisito para aprobar la construcción de nuevas
urbanizaciones.
La relación entre la construcción del sistema de aguas residuales y las epidemias se
muestran justamente en proporción inversa, siendo estas actuaciones, unas de las que
ha salvado más vidas, fuera de los campos medicinales.
Las obras de alcantarillado son una consecuencia del abastecimiento de agua. Con
agua corriente se producen grandes cantidades de efluentes que tienen que evacuarse
y eliminarse de forma adecuada.
De otro modo, las aguas residuales se infiltran en el suelo, contaminando el agua
subterránea o fluyendo a lo largo de la superficie de la tierra y las calles,
contaminando el suelo y las calles, convirtiéndose en una amenaza para la salud
humana y en particular para los niños. Los niños están más expuestos a la
transmisión de las enfermedades pues son ignorantes del peligro planteado por las
aguas residuales. Por otro lado, la evacuación indebida de las descargas del sistema
de alcantarillado contamina el suelo, los ríos y mares, difundiendo enfermedades.
COMPONENETES DE UNA RED DE ALCANTARILLADO SANITARIO
Colectores terciarios: Son tuberías de pequeño diámetro (150 a 250 mm de diámetro interno, que pueden estar colocados debajo de las veredas, a los cuales se conectan las acometidas domiciliares.
Colectores secundarios: Son las tuberías que recogen las aguas de los terciarios y los conducen a los colectores principales. Se sitúan enterradas, en las vías públicas.
Colectores principales: Son tuberías de gran diámetro, situadas generalmente en las partes más bajas de las ciudades, y transportan las aguas servidas hasta su destino final.
Pozos de inspección: Son cámaras verticales que permiten el acceso a los colectores, para facilitar su mantenimiento.
Conexiones domiciliares: Son pequeñas cámaras, de hormigón, ladrillo o plástico que conectan el alcantarillado privado, interior a la propiedad, con el público, en las vías.
Estaciones de bombeo: Como la red de alcantarillado trabaja por gravedad, para funcionar correctamente las tuberías deben tener una cierta pendiente, calculada para garantizar al agua una velocidad mínima que no permita la sedimentación de los materiales sólidos transportados. En ciudades con topografía plana, los colectores pueden llegar a tener profundidades superiores a 4 - 6 m, lo que hace difícil y costosa su construcción y complicado su mantenimiento. En estos casos puede ser conveniente intercalar en la red estaciones de bombeo, que permiten elevar el agua servida a una cota próxima a la cota de la vía.
Líneas de impulsión: Tubería en presión que se inicia en una estación de bombeo y se concluye en otro colector o en la estación de tratamiento.
Estación de tratamiento de las aguas usadas o Estación Depuradora de Aguas Residuales (EDAR): Existen varios tipos de estaciones de tratamiento, que por la calidad del agua a la salida de la misma se clasifican en: estaciones de tratamiento primario, secundario o terciario.
Vertido final de las aguas tratadas: el vertido final del agua tratada puede ser: o Llevada a un río o arroyo; o Vertida al mar en proximidad de la costa; o Vertida al mar mediante un emisario submarino, llevándola a varias centenas
de metros de la costa; o Reutilizada para riego y otros menesteres apropiados.
DISEÑO DEL SISTEMA
El diseño del sistema consiste en un inicio en la obtención de las poblaciones esto se
logrará por medio de cálculos de población, tomando en cuenta los distintos métodos de
cálculos de población seguido por el cálculo de caudales, pendientes y tuberías de cada
uno de los tramos y secciones de la comunidad; el cual se basa mediante el rango de
velocidad.
Para el análisis de la tubería de nuestro sistema de alcantarillado se realizaron los
siguientes cálculos:
1. Se determina el tipo de topografía de la zona en estudio, se señala la ubicación de
las casas de habitación, incluyendo lotes baldíos, locales comerciales o industriales,
etc.
Dibujar los tramos principales de la línea de alcantarillado sanitario según la
topografía correspondiente.
2. Cuando ya se tiene la localización de nuestros tramos con sus respectivas longitudes
se hace el análisis de la dirección de flujos según las elevaciones. Como punto muy
importante debemos señalar bien en nuestro mapa de flujos qué tramos del trayecto
quedarán en contrapendiente; y también se define la ubicación de los pozos de
inspección según especificaciones del SANAA.
Se dibujaron las conexiones de las casas a cada uno de los tramos principales más
cercanos a dicha casa. Se anota cuantas casas se conectarán a cada tramo.
3. Se determina la población futura. Según el INE tomaremos una tasa de crecimiento
para Honduras de 3%. El periodo de diseño se determinó para 20 años.
4. Seguimos con el cálculo de caudales por tramo, en los cuales están:
a. Q Domestico Medio:
i. El caudal domestico medio se determinó multiplicando la
población por la dotación por el coeficiente de retorno
determinado.
ii. La dotación fue determinada por estándares del SANAA,
las cuales muestran un consumo de 180 LPPD (Litros Por
Persona Por Día).
iii. El coeficiente de retorno calculado fue de 0.8, según el
SANAA.
b. Q Máximo:
El caudal máximo se obtiene multiplicando el caudal
domestico medio por el coeficiente de Harmon. El
coeficiente de Harmon está determinado por la fórmula:
H=1+ 14
4+√ P
Este valor debe dar un valor máximo de 4, y existe un
valor mínimo recomendado de 1.8.
c. Q Ilícito:
Se determina como estándar el 30% del caudal domestico
medio.
d. Q Infiltración:
Este se determina multiplicando cada tramo de la longitud
por 0.001 y añadiéndole 0.004 l/s por tapadera (pozo de
absorción) entre los tramos correspondientes.
e. Q Comercial:
Este es dado por la tabla de los Valores Típicos de Aguas
Residuales y Comerciales, ubicada en Anexos.
5. Se realiza la sumatoria de caudales. Por medio de este encontramos el caudal
diseño.
6. A partir de este punto encontramos las elevaciones de nuestros tramos, y a partir de
esto procedemos hacer el cálculo de las distintas pendientes por tramos.
7. Se realiza el diseño los pozos para cada tramo, la altura mínima de cada pozo es de
1.5m.
8. Cuando tenemos las altura de los pozos, determinamos la pendiente de la invertida,
las que tienen que ser positiva porque el sistema trabaja por gravedad, y la
pendiente mínima es de 0.5% y la máxima es de 15%.
9. Luego se determinó el diámetro de la tubería, tomamos como diámetro inicial uno
de 6pulg y los demás varían dependiendo la cantidad de desechos que pasen por la
misma.
10. La tubería se diseña como canal abierto (no trabaja a presión) por lo cual se utiliza
la formula de continuidad para calcular el caudal (Q = VA) y la fórmula de
Manning para calcular la velocidad.
11. Se utilizara tubería de PVC el cual dé tiene un coeficiente de rugosidad de Manning
(n) de 0.01.
12. Cuando ya tenemos nuestras pendiente y el coeficiente de rugosidad por tramo se
encontramos el caudal lleno (Qll) y la velocidad llena (Vll), según las formula de
Manning para sección llena:
V=0.397n
D2/3 s1/2
Q=0.312n
D 8/3 S1 /2
13. Una vez obtenido los Qll trabajamos con la relación de Qr/Qll.
14. Teniendo la relación de Qr/Qll nos vamos a las tablas de las relaciones hidráulicas.
15. Luego teniendo la relación Vr/Vll se determina la velocidad real que pasará por la
tubería por la ecuación estándar de Manning, que debe de cumplir con los
parámetros de diseño de que la velocidad mínima es 0.4 m/s y la máxima 5 m/s.
NORMAS DEL SANAA
SISTEMAS DE ALCANTARILLADO SANITARIO CONVENCIONAL PARA RECOLECCION DE AGUAS RESIDUALES
1.1 Periodo De Diseño
El período de diseño deberá ser de 20 años. Al final del periodo de diseño, las
instituciones harán una revisión de los sistemas para verificar si se amplía o no
las coberturas.
1.2 Población De Diseño
La población de diseño será la estimada para el período de diseño incluyendo las
áreas de influencia. Se considerará la población del total de las áreas según los
planes reguladores vigentes; de no existir estos se considerará una población de
saturación de 6 habitantes por unidad habitacional. Si hubiese tasa de
crecimiento poblacional deberá calcularse la población en base a los métodos de
proyección especificados en la Norma de Diseño de Agua Potable.
NOTA:
Cuando la población Futura > Población Saturación; utilizar la población Futura.
Cuando la población Saturación > Población Futura; utilizar la población de
Saturación.
1.3 Estimación De Las Áreas Tributarias
1. Se considerará el perímetro y las áreas adyacentes que sean tributarias al sistema
por razones topográficas, demográficas y urbanísticas.
2. Tomar en cuenta en el diseño, al fijar la profundidad y capacidad de los
colectores, las áreas de futura expansión que puedan llegar a ser tributarios al
sistema.
1.4 Puntos De Descarga
No debe ocasionarse ningún problema de carácter sanitario a las localidades
situadas aguas abajo, por lo que se tomara en cuenta medidas de protección del
cuerpo receptor. Cada descarga a un cuerpo receptor deberá de cumplir con las
características físicas, químicas y bacteriológicas generales dadas por la Normas
Técnicas de las Descargas de Aguas Residuales a cuerpos receptores y
alcantarillado sanitario.
1.5 Dotaciones
Las dotaciones domesticas utilizadas se adoptarán conforme la Clasificación
residencial, que se muestra en la Tabla 3.1 del Anexo de Agua Potable.
Generalmente se utiliza del 70% – 80% (como coeficiente de retorno) de la
dotación por agua potable como aportación de aguas residuales por persona. Sin
embargo este valor dependerá de factores tales como las costumbres de la
comunidad, tipos de actividades que realizan, etc.
Caudal De Diseño
Qdiseño= Qdoméstico + Qinfiltración + Qilícito + Qindustrial + Qcomercial + Qinst. públicas
1. Caudal Doméstico (Qd)
Qd = (D*K1*H1*P)/86,400
Donde:
Qd = Caudal real en litros/segundo
D = dotación (lppd)
K1= coeficiente de retorno (varía según las condiciones de la
población entre 0.70 a 0.80)
P = población en habitantes.
H1= factor de Harmon menor o igual que 4 (relación del gasto
máximo al gasto medio)
H1= 1+(14/(4+ P½ )) ≤ 4.0
P = población en miles de habitantes
2. Caudal por Infiltración
El caudal de infiltración dependerá del tipo de tubería a utilizar, así
tenemos que para tubería PVC, ADS RIBLOC, NOVAFORT utilizar
un caudal de infiltración igual a 1.0 lt/seg/Km; en el caso que
SANAA autorice utilizar tubería de concreto el caudal de infiltración
para concreto nuevo será de 1.2 lt/seg/Km; para concreto viejo de 1.5
lt/seg/Km.
En el caso de infiltración en los pozos se utilizará un caudal igual
a 0.004 l/s/tapadera.
3. Caudal por Conexiones Ilícitas
El valor del caudal por conexiones ilícitas será el 30% del Caudal
medio diario a usar.
NOTA: Tanto el caudal por infiltración como el caudal de
conexiones ilícitas deberá de tomarse en cuenta para el diseño de
colectores.
4. Caudal Comercial, Caudal de Instituciones Públicas, Caudal
por Infiltración para Concreto y PVC
El valor del Caudal Comercial, Caudal de Instituciones Públicas,
Caudal por Infiltración para Concreto y PVC se obtendrá de las
Tablas 1.1, 1.2 y 1.3 de los Anexos de Aguas Residuales.
1.6 Velocidades Mínimas y Máximas
La velocidad mínima será de:
Para PVC ≥ 0.40 m/seg
Para Concreto ≥ 0.60 m/seg
La velocidad máxima será:
Para PVC ≤ 5.0 m/seg
Para Concreto ≤ 3.0 m/seg
NOTA: Cuando la velocidad sobrepasa la velocidad máxima considerar construir
disipadores de energía.
1.7 Diámetros Mínimos
Los conductos empleados tendrán en general una sección circular. Cualquier
otra sección que se proponga por razones técnicas y económicas que justifiquen
su empleo, será considerado como diseño especial.
El diámetro mínimo será de:
200 mm (8”), para Red Colectora (Colectores Secundarios)
150 mm (6”), para Laterales iniciales y que no esté en la influencia del área
tributaria que conecta a él siempre que no drenen más de 30 lotes
Y las acometidas domiciliarias serán de 100 mm (4”) con sus respectivas cajas
de registro individuales.
1.8 Continuidad De Tuberías
El diámetro de cualquier tramo de alcantarillado sanitario será igual o mayor que
el diámetro del tramo anterior aguas arriba y por ningún motivo podrá ser
menor.
1.9 Pendientes
1. La pendiente no será menor de 0.5%, ni mayor de 15% en las tuberías del
sistema.
2. Para las acometidas domiciliarias la pendiente mínima será de 2%.
3. Cuando el terreno no permita pendientes menores de 15% se deberán usar
anclajes cada 10 metros. El tipo de anclajes a utilizar deberá ser aprobado
por SANAA.
1.10 Pozos De Inspección y Pozos de Caída
Se usarán pozos de inspección en las siguientes condiciones:
1. En distancias que no sean superiores de 80 metros.
2. En todo cambio de alineamiento horizontal.
3. En todo cambio de alineamiento vertical.
4. Donde converjan dos o más tuberías del sistema.
5. En los puntos donde exista cambio de diámetro o material de la tubería.
La altura del pozo no será mayor de 4.50 metros ni menor de 1.50 metros,
para paredes normales. Cuando la altura del pozo este entre 4.50 y 6.00
metros colocar paredes dobles desde la base del pozo hasta una altura de h/3.
Se utilizarán pozos de caída en casos especiales como ser en barrios
periféricos con pendientes altas. Tanto los pozos de inspección como los
pozos de caída deberán construirse de acuerdo a los planos tipo del SANAA,
los cuales se pueden obtener en la Oficina de Normas y Supervisión.
1.11 Formulas Recomendadas
a. Para sistemas por gravedad
1. Velocidad a tubo lleno
La velocidad a tubo lleno se calculará con la fórmula de Manning.
V ¿=1n∗(R ∙ H )
23∗S
12
Donde:
Vll = velocidad a tubo lleno en m/s
n = coeficiente de rugosidad
RH= Radio hidráulico=D/4 (cuando es circular)
S = pendiente del tramo en metro / metro
Para tramos en los que se requiere bombeo utilizar la formula de Hazen-
Williams y el coeficiente “C” de acuerdo a la Tabla 4.1 de los Anexos de Agua Potable.
Nota: La utilización de concreto deberá ser en casos especiales, ya que la
tubería falla por desgaste por abrasión, además que solo se construyen en
longitudes de 1 m, por lo que el proceso es un poco lento. Para otros tipos de
tubería se recomienda consultar las especificaciones del fabricante. En todo
caso utilizar valores que nos ofrezcan un margen de seguridad.
2. Caudal a tubo lleno
Caudal a tubo lleno se calculará con la ecuación de continuidad.
Qll =A*Vll*1,000
Donde:
Qll = caudal a tubo lleno en litros por segundo
A = área del tubo en metros cuadrados
Vll = velocidad del tubo lleno en metros por segundo
3. Relaciones de Caudal y Velocidad
Relación de Caudal (Qr/Qll)
Donde: Qr = caudal real en el tramo
Qll = caudal a tubo lleno del tramo
Relación de Velocidad (Vr/Vll)
Donde: Vr = velocidad real
Vll = velocidad a tubo lleno D
Relación de Diámetros Y/D Y
Cuando Y/D ≥ 0.75 se cambia el diámetro al superior comercial.
La velocidad en los conductos debe verificarse para caudal mínimo y evitar
sedimentación en las tuberías.
1.12 Profundidades
La Profundidad mínima será de:
1.50 m sobre la corona del tubo, en Calle Vehicular.
1.00 m sobre la corona del tubo, en Calle Peatonal.
La Profundidad Máxima será hasta de 4.50 m hasta la invertida del tubo;
para profundidades de 4.50 a 6.0 m sobre, la invertida del tubo se deberá
hacer una protección especial a 4.50 m para tubería de concreto y 3.60 m
para tubería de PVC.
1.13 Ancho De Los Zanjos
Ver Tabla 1.5 de los Anexos de Aguas Residuales.
1.14 Material Selecto
Se usará una cama por lo general de 10 cm de material selecto y sobre la
corona superior del tubo una capa de 15 cm. En casos especiales como ser en
suelos muy ácidos o fangosos, se utilizara lo recomendado por el fabricante.
15 cm
10 cm
1.15 Tipo de Tubería
Los tipos de tubería que pueden ser utilizados son:
Tubería de PVC SDR-41: NOVAFORT, ADS, RIBLOC (Cuando cumplan
las Normas mínimas de resistencia)
Concreto reforzado en casos especiales.
Otro tipo de tubería previa aprobación de SANAA.
Se deberá usar junta rápida, para diámetros superiores a 200mm (8”) no se
usarán juntas cementadas.
1.16 Ubicación De La Tubería
La tubería de alcantarillado sanitario irá por en medio de la calle y separada
de la tubería de agua potable; siempre deberá colocarse bajo la tubería de
agua potable tal y como se muestra en los diagramas siguientes:
Limite de Propiedad 1,20 0,50 2,60 0,50 1,20
Limite de Propiedad
Acera Acera
0,3 min 0,60
Caja de A.N.
Tubo A.N. 1,00 m
6,00
min 4" Ø, 2%
Tubo A.P.
min 1,00 m
Area Verde
Diagrama 1. Secciones Típicas De Calles Peatonales Con Tuberías
1.17 Distancia mínima a la que debe estar la tubería de agua potable de la de
alcantarillado sanitario
La distancia horizontal mínima a la que deberá estar la tubería de agua
potable con respecto a la de alcantarillado sanitario es de 1.50 m, y la
distancia vertical mínima a la que deberá estar la tubería de agua potable con
respecto a la de alcantarillado sanitario es de 0.60 m.
