Estudio de Caudales en Dos Urbanizaciones

UNIVERSIDAD DE COSTA RICA

FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA DE INGENIERIA CIVIL

Determinacin de las Diferentes Componentes del Caudal de Aguas Residuales y Factor de Retorno para Dos Urbanizaciones del rea

Metropolitana de San Jos

Informe de Trabajo de Graduacin para obtener el grado de Licenciado

en Ingeniera Civil

Elaborado por:

Randall Hernndez Mora

Diciembre del 2002

Miembros del Comit de Evaluacin:

Ing. Irene Campos G. - Directora

Ing. Freddy Bolaos - Asesor

Ing. Arturo Rodrguez C. - Asesor

DEDICATORIA A la Divina Providencia, quien me ha conducido hasta aqu. A MIS PADRES Roberto y Nelsy, que me dieron el invaluable regalo de la vida y me ensearon el valor del trabajo, la honradez y el sacrificio. A mi sobrino Roberth, mis hermanos Rita y Andrs, mis primos Hernn, Hctor y Cristian, con quienes he compartido tantas vivencias y a Rodrigo por su amistad incondicional durante tantos aos. Tambin a mi abuela Antonia y a todos mis familiares por su apoyo, especialmente a ta Cecilia. A mis maestros de escuela y profesores del colegio. A todos mis amigos y amigas.

AGRADECIMIENTOS A Irene, por sus valiosas aportaciones y gua a lo largo de este trabajo. A Freddy, por su apoyo y consejo durante la realizacin de este proyecto. A Arturo, por la idea del tema de investigacin y por sus observaciones, apoyo y amistad. Al Departamento de Optimizacin de Sistemas del AyA, por su valiosa ayuda en la realizacin del trabajo de campo. Al Ing. Dagoberto Araya, por su ayuda con las pruebas de Laboratorio. Al Laboratorio Nacional de Aguas, por el material facilitado. A los Ingenieros: Jos Navarro, Herbert Farrer, lvaro Gutirrez, Napolen Cruz, Ivn Mora, Ileana Atan, Alejandro Fernndez, Jonathan Agero y Francisco Brenes; por sus valiosos aportes, comentarios y sugerencias. Al Departamento de Urbanizaciones del AyA, por la informacin facilitada. Al Departamento de Alcantarillado Sanitario del AyA, por facilitarme el equipo de CCCTV. A la Gerencia General y al Departamento de Recursos Humanos del AyA, por la beca concedida para la realizacin de este proyecto. A los distintos profesionales y funcionarios del AyA que me brindaron su ayuda y colaboracin de una u otra forma. A la Junta Directiva de la Urbanizacin El Solar, por su colaboracin. A David, por su amistad, ayuda y compaerismo. A quienes de una u otra forma colaboraron en la realizacin de este trabajo.

i

Hernndez Mora, Randall Determinacin de las Diferentes Componentes del Caudal de Aguas Residuales y Factor de Retorno para Dos Urbanizaciones del rea Metropolitana de San Jos.

Proyecto de Graduacin Ingeniera Civil, - San Jos, C.R.: R. Hernndez M., 2002 86h.: ils. 14 refs.

RESUMEN En este trabajo se realiza un anlisis para determinar las proporciones de agua residual y de infiltracin que componen el caudal de aguas residuales de dos urbanizaciones, de reciente construccin y 12 aos de construida, en el rea Metropolitana en poca de transicin de seca a lluviosa. El anlisis se efectu mediante la medicin de caudales, tanto de agua potable consumida como en la descarga final de las redes de alcantarillado sanitario, durante tres das en ambas urbanizaciones. Adems se realizaron tomas de muestras para efectuar pruebas de calidad del agua residual. Los principales resultados obtenidos para ambos casos fuero los siguientes: Urbanizacin nueva. El caudal de aguas residuales est conformado por un 85% de agua residual domstica y un 15% de infiltracin. La infiltracin es constante en el tiempo y el factor de retorno obtenido es de 0,78, el FP de lluvia es 2,7, el FMH es 1,99 y el Fmn es 0,09. Urbanizacin vieja. El caudal de aguas residuales est conformado por un 26% de agua residual domstica y un 74% de infiltracin. La infiltracin es variable en el tiempo por lo que no se pudo calcular el factor de retorno en este caso, el FP de lluvia es 2,5, el FMH es 1,99 y el Fmn es 0,39. La muestra utilizada para este anlisis es muy pequea para generalizar estos resultados al resto de urbanizaciones del rea Metropolitana; pero dan una idea de las condiciones que podra esperarse encontrar en las redes de alcantarillado sanitario de San Jos, por ello es necesaria una mayor investigacin de este tema. RHM REDES DE ALCANTARILLADO SANITARIO; INFILTRACIN; AGUAS RESIDUALES; FACTOR DE RETORNO; FACTORES PUNTA; URBANIZACIONES. Ing. Irene Campos G. Escuela de Ingeniera Civil

ii

GLOSARIO

Minutos Grados Sexagesimales % Porcentaje C Grados Celsius am Antes meridiano AyA Instituto Costarricense de Acueductos y Alcantarillados c Coeficiente de retorno CFIA Colegio Federado de Ingenieros y de Arquitectos de Costa Rica

CIECCA Centro de Investigaciones y Entrenamiento para el Control de la Calidad del Agua

cm Centmetros DBO Demanda Bioqumica de Oxgeno DBO5 Demanda Bioqumica de Oxgeno a los 5 das Desv. Est. Desviacin Estndar DQO Demanda Qumica de Oxgeno EB Estaciones de Bombeo FMH Factor Mximo Horario Fmn Factor Mnimo Nocturno FP Factor Punta hab/Km Habitantes por Kilmetro Cuadrado IGN Instituto Geogrfico Nacional IMN Instituto Meteorolgico Nacional Km Kilmetros Km Kilmetros Cuadrados l/hab/da Litros por Habitante por Da l/s Litros por Segundo m Metros m/ao Metros Cbicos por Ao m/d*mm*km Metros cbicos por da por milmetro por kilmetro m/hah/da Metros cbicos por habitante por da m/mes/servicio Metros Cbicos por Mes por Servicio m/s Metros Cbicos por Segundo Max Mximo May Mayo mg/l Miligramos por Litro mm Milmetros msnm Metros Sobre el Nivel del Mar NE Noreste pH Concentracin de Iones H+ pm Pasado meridiano Prom.Diar. Promedio diario PVC Cloruro de Polivinilo SMEWW Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater UCR Universidad de Costa Rica

iii

INDICE GENERAL Pgina

Resumen . . . . . . i

Glosario . . . . . . ii

ndice General . . . . . . iii

Captulo I: Introduccin . . . . . 1

1.1. Introduccin . . . . . 1

1.2. Objetivos y Alcances . . . . . 4

Captulo II: Ubicacin y Caracterizacin de las Zonas de Estudio . 6

2.1. Caractersticas Fsico-Geogrficas Geolgicas e Hidrogeolgicas de la Zona 6

2.2. Criterios de seleccin de las Urbanizaciones . . . 9

2.3. Breve Descripcin de las Urbanizaciones . . . 10

2.4. Delimitacin del rea de Estudio . . . . 12

2.5. Caractersticas Climticas de las Subcuencas . . . 12

2.6. Tipo de Suelo y Ubicacin del Nivel Fretico . . . 13

2.7. Uso del Suelo . . . . . 14

2.8. Descripcin de los Sistemas de Agua Potable Alcantarillado Sanitario y Pluvial 14

Captulo III: Aguas Residuales en Urbanizaciones . . . 18

3.1. Definiciones . . . . . 18

3.2. Valores de los Parmetros de Estudio Utilizados en Costa Rica . 27

3.3. Tcnicas de Muestreo y Equipo Utilizado en el Trabajo de Campo . 29

3.4. Mediciones de Campo . . . . . 33

Captulo IV: Mediciones de Caudal . . . . 36

4.1. Aforos en los Sistemas de Alcantarillado Sanitario . . 36

4.2. Mediciones de Caudal de Agua Potable . . . 42

4.3. Anlisis de Calidad del Agua Residual . . . 46

Captulo V: Anlisis y Discusin de Resultados . . . 52

5.1. Determinacin del Caudal de Infiltracin y de Lluvias . . 52

iv

5.2. Determinacin del Caudal de Aguas Residuales y Factor de Retorno . 65

5.3. Caudales Mximo y Mnimo Horario . . . 68

5.4. Factores Punta y Caudales Punta y Promedio . . . 71

5.5. Dotaciones Medias . . . . . 73

5.6.Resumen de Parmetros Obtenidos . . . . 75

Captulo VI: Conclusiones y Recomendaciones . . . 76

6.1. Conclusiones . . . . . 76

6.2. Recomendaciones . . . . . 79

Bibliografa . . . . . . 81

Anexos

Anexo 1: Cuencas de Estudio

Anexo 2 : Planos de Tuberas

Anexo 3: Registros de Precipitacin en las estaciones meteorolgicas

Anexo 4: Registro de Consumo de Agua Potable

Anexo 5: Datos de las Estaciones Meteorolgicas Utilizadas

Anexo 6: Ubicacin de las Estaciones Meteorolgicas Utilizadas

Anexo 7: Mapa Hidrogeolgico

Anexo 8: Tablas para Clculo de Caudales Mediante la Frmula de Manning

1

CAPITULO I

1.1. INTRODUCCIN De acuerdo con el Instituto Costarricense de Acueductos y

Alcantarillados (AyA), el sistema de alcantarillado sanitario

metropolitano de San Jos, que cubre aproximadamente el 50% de la

poblacin de la zona, se encuentra en estado de deterioro ya que desde

hace casi 20 aos no se realizan inversiones importantes en

mantenimiento ni en construccin, debido a limitaciones

presupuestarias que ha tenido el (AyA), responsable de dicha materia de

acuerdo a su Ley Constitutiva 1.

Esto ha ocasionado problemas, dentro de los cuales se encuentran: un

serio deterioro del ambiente por la contaminacin de ros y acuferos,

amenazas a la salud pblica ya que las aguas de la cuenca del ro

Grande de Trcoles (donde son vertidas sin ningn tratamiento las

aguas provenientes del alcantarillado sanitario del AyA) son utilizadas

para riego, natacin y pesca; originando enormes gastos al sector salud

por el pago de incapacidades y gastos de atencin de personas

afectadas por enfermedades de transmisin hdrica 8.

Por otro lado, se amenaza al sector turstico, al afectar los recursos

naturales, se reduce el rea efectiva para uso constructivo del suelo,

porque en los lugares donde no existe alcantarillado sanitario, debe

destinarse una parte del rea de construccin para la instalacin del

tanque sptico y su respectivo drenaje. Finalmente AyA, mediante

anlisis de calidad del agua proveniente de fuentes subterrneas, tiene

evidencias de la contaminacin de acuferos por nitratos provenientes

de aguas domsticas infiltradas 1.

2

En la actualidad, AyA est estudiando la posibilidad de ejecutar un

proyecto de rehabilitacin y extensin del sistema de alcantarillado

sanitario metropolitano, utilizando la modalidad de concesin de obra

pblica; debido a que es un proyecto que representa una inversin que

puede superar los 300 millones de dlares; el proyecto ms grande al

que ha hecho frente AyA desde su creacin.

Dicho proyecto, contempla adems, el diseo y construccin de una o

varias plantas de tratamiento de aguas residuales (el nmero est

todava en estudio), adems de otros componentes principales. Para el

diseo de esta planta, as como de los sistemas de redes y colectores, es

de gran importancia la cuantificacin y caracterizacin de las aguas

residuales que salen de una urbanizacin y posteriormente llegarn a la

planta de tratamiento.

Surge la necesidad de realizar investigacin de campo, que permita

determinar la validez de los parmetros, utilizados en el diseo de

sistemas de alcantarillado sanitario, como factor de retorno, infiltracin

de aguas subterrneas y entrada de aguas pluviales, entre otros, en las

condiciones del rea Metropolitana de San Jos, para utilizarlos en el

diseo futuro del proyecto de Alcantarillado Sanitario Metropolitano.

Actualmente el AyA est preparando informacin tcnica, financiera y

legal, para la preparacin de los documentos de licitacin de la

concesin del proyecto. Dentro de la informacin tcnica necesaria para

esta etapa, se encuentra una caracterizacin de las aguas residuales

provenientes de urbanizaciones que debe ser obtenida mediante un

trabajo de campo e investigacin como ste.

El presente estudio trata sobre como est conformado el caudal de

aguas residuales de una urbanizacin, en el rea Metropolitana de San

3

Jos; adems, de la medicin en campo de parmetros utilizados en el

diseo de sistemas de evacuacin y tratamiento de aguas residuales

domsticas. En el segundo captulo, se dan distintas caractersticas de

las zonas de estudio, as como se exponen los criterios empleados para

la seleccin de las urbanizaciones a estudiar, se delimitan las cuencas

de las urbanizaciones y se describen las mismas. El tercer captulo

trata de las definiciones de los parmetros estudiados, los valores de los

mismos usados en Costa Rica, las tcnicas de muestreo utilizadas y

finalmente las mediciones de campo. En el cuarto captulo, se

presentan los resultados obtenidos. El quinto captulo, es un anlisis de

la informacin obtenida en el captulo anterior. Finalmente, se dan

conclusiones y recomendaciones basadas en el anlisis de la

informacin recopilada.

Se consult informacin sobre infiltraciones en tuberas, en las

referencias bibliogrficas 2, 7, 9, 10, 11 y 13. Esta informacin

corresponde a experiencias fuera de Costa Rica.

4

1.2. OBJETIVOS Y ALCANCES 1.2.1. Objetivo General

Determinar las proporciones de agua domstica y agua de infiltracin

que componen el caudal de aguas residuales de una urbanizacin

recin construida y otra con ms de 10 aos de construida, ambas en el

rea metropolitana de San Jos, en poca de transicin entre seca y

lluviosa.

1.2.2. Objetivos Especficos

a. Definir las cuencas de estudio (urbanizaciones) as como sus

longitudes de redes y caudal proveniente de conexiones ilcitas e

infiltracin.

b. Estimar el estado de las interconexiones entre el alcantarillado

pluvial y el sanitario.

c. Realizar una estimacin para conocer el nmero de habitantes, en

cada urbanizacin, a partir del nmero de casas que hay en las

zonas de estudio.

d. Calcular el valor del coeficiente de retorno para cada urbanizacin.

e. Conocer el valor de infiltracin de agua en la tubera de

alcantarillado sanitario as como el tipo de suelo, de forma

preliminar.

f. Establecer comparaciones entre los valores encontrados de

infiltracin en una urbanizacin nueva y una vieja.

g. Proponer parmetros para el diseo del sistema de alcantarillado

sanitario metropolitano como lo son: factor de retorno e infiltracin

en las tuberas de alcantarillado sanitario.

5

1.2.3. Alcances

La investigacin a realizar se circunscribe a las cuencas en que se

ubican las urbanizaciones. Se considerarn dos condiciones (reciente y

antigua construccin de la urbanizacin). Estos resultados, pueden ser

extrapolados al resto de las condiciones existentes en el rea

metropolitana, siempre y cuando las condiciones del suelo (infiltracin)

y el estado de las conexiones ilcitas sea similar al de las reas de

estudio.

1.2.4. Limitaciones

Para la ejecucin del proyecto, la cantidad de informacin proveniente

de estudios realizados previamente, es escasa y desactualizada, sta se

mencion al final de la Introduccin.

No se conocen las condiciones de las tuberas de agua potable ni

residual de las urbanizaciones vecinas, lo que pueden afectar

notablemente los resultados del trabajo de campo, dando lugar a

fenmenos no esperados en el comportamiento de los hidrogramas de

aguas residuales. Por otro lado las caractersticas hidrogeolgicas del

suelo, que hay en las zonas de estudio, se obtuvieron de mapas.

6

CAPITULO II

2. UBICACIN Y CARACTERIZACIN DE LAS ZONAS DE ESTUDIO

Las zonas de estudio se muestran en la figura 2.1. Esta figura

muestra, adems, la ubicacin de las estaciones meteorolgicas

utilizadas para estimar la precipitacin, durante la realizacin del

trabajo de campo, en dichas zonas. La figura contiene tambin las

calles, que ayudan a ubicarse mejor en el mapa.

2.1 CARACTERSTICAS FSICO-GEOGRFICAS GEOLGICAS E HDROGEOLGICAS DE LA ZONA

Las reas de estudio se encuentran ubicadas dentro de la cuenca del

Ro Grande de Trcoles, la cual se encuentra ubicada entre las

coordenadas 508 - 543 de Longitud Oeste (LO) y 204 220 de Latitud

Norte (LN). Propiamente las zonas de estudio, se encuentran en las

subcuencas de los ros Torres y Tirib.

La regin, en que se ubican las zonas en estudio, se encuentra cubierta

por una capa superficial de tobas meteorizadas, segn informe de AyA,

de hasta 30 m de espesor, de carcter limo arcilloso y de una coloracin

marrn. Debajo de esa primera capa existe una unidad de coladas de

lodo o lahares, caracterizados por una matriz limo arcillosa que engloba

bloques rocosos de granulometra y forma heterognea, con dimetros de

hasta 80 cm aproximadamente. El espesor de estos lahares puede llegar

hasta unos 20 m. Subyaciendo a los lahares se encuentran rocas

volcnicas, principalmente tobas que slo afloran en los cauces de los

ros en la parte oeste del rea metropolitana y en las cercanas del

aeropuerto Tobas Bolaos 1.

8

Existe un acufero de baja permeabilidad en las tobas meteorizadas

superficiales y en los lahares, la direccin de flujo subterrneo es del

Este hacia el Oeste en trminos generales. En la parte Este la

profundidad del agua vara entre 5 y 20 m dependiendo de las

irregularidades del terreno. En la parte de la ciudad de San Jos, en

donde el relieve es ms regular, la profundidad del agua va de los 5 a los

12 m 1.

Este acufero superficial es del tipo fretico y su patrn de flujo

subterrneo se ve afectado por las irregularidades del terreno. As varias

quebradas muestran un carcter efluente, lo que indica que en la

cercana de ellas la profundidad al agua bajo el terreno puede ser an

menor a las cifras mencionadas 1.

La permeabilidad del acufero est en el rango de 0.006 a 0.08 m/d,

propia de materiales arcillosos 1.

Debajo del acufero superficial y separado por una capa de piroclastos,

se encuentran dos acuferos de alta produccin y de los que el AyA

obtiene un alto caudal por medio de pozos localizados al norte del ro

Virilla. Estos acuferos se conocen con el nombre de Colima y estn

formados en unidades de lavas fracturadas 1.

Se ha conocido que hay evidencias de contaminacin antrpica a estos

acuferos, ya que hay una concentracin significativa de nitratos y otros

compuestos propios de este tipo de alteracin. La causa principal ha sido

atribuida a las descargas de los tanques spticos en las zonas sin

alcantarillado sanitario y a la infiltracin de parte de algunos ros que

acarrean agua de mala calidad. 1.

9

2.2 CRITERIOS DE SELECCIN DE LAS URBANIZACIONES A ANALIZAR

En la seleccin de las urbanizaciones se utilizaron los criterios que se

detallan a continuacin.

2.2.1. Sistema de Abastecimiento de Agua Potable

El abastecimiento de agua potable es un criterio importante, ya que es

necesario conocer cuanta agua entra al sistema, para calcular el factor

de retorno. Si las urbanizaciones tienen una nica entrada de agua

potable, la medicin del agua que entra a las mismas se simplifica, pues

se instalan equipos de medicin en un solo punto. Para la instalacin

de estos equipos, es necesario romper el pavimento para construir una

caja de concreto donde se instalar el registrador de caudal. De esta

manera, el equipo se puede dejar en el punto de medicin en forma

segura; ya que la caja solo puede ser abierta con un mecanismo

especialmente diseado para proteger el equipo de robo y daos.

2.2.2. Sistema de Alcantarillado Sanitario

La urbanizacin debe contar con un sistema de alcantarillado sanitario.

Se prefiere que toda la tubera sea de un mismo material; adems que

no existan partes del sistema colapsadas, en las cuales existan fugas de

aguas residuales que impidan contabilizar la totalidad de la misma

producida por los habitantes de las urbanizaciones. Tambin es

importante, que el sistema cuente con un punto de descarga nico, ya

sea a un ro o a un colector de aguas negras, esto para que los aforos y

el muestreo realizados sean representativos de las condiciones de toda

la urbanizacin.

10

2.2.3. Conexiones irregulares

Es muy importante conocer el estado de las conexiones irregulares, que

son los medios a travs de los cuales ingresa parte del agua no

controlada a la red de alcantarillado sanitario. Segn Metcalf & Eddy, el

resto, procede del subsuelo y agua pluvial que es descargada a la red

sanitaria a partir de fuentes tales como bajantes de edificaciones y

drenes de cimentaciones 11.

Segn los criterios antes expuestos, las urbanizaciones escogidas

fueron las mostradas en el cuadro 2.1

Cuadro 2.1 : Urbanizaciones escogidas para el estudio

Nombre Ubicacin Material del

Alcantarillado Sanitario

Ao de construccin

Nmero de casas

Bilbao San Sebastin PVC 1998 205 El Solar La Uruca Concreto 1990 107

Fuente: El Autor

En el siguiente apartado, se describen las urbanizaciones con mayor

detalle.

2.3. BREVE DESCRIPCIN DE LAS URBANIZACIONES

La urbanizacin con ms de 10 aos de construida, denominada en

adelante El Solar, se encuentra en el distrito Uruca de la provincia de

San Jos, aproximadamente un kilmetro al oeste del Hospital Mxico.

Se construy en 1990 por lo que tiene doce aos de existir y consta de

107 viviendas. Las personas que viven en ella son de clase media-alta,

basado en el tipo de viviendas que se observan, con acabados de costo

relativamente alto, con reas de construccin mayores o iguales a los

200 m. En la fig. 2.2 se observa una casa tpica de dicha urbanizacin.

11

Fig. 2.2: Urbanizacin El Solar

La urbanizacin de reciente construccin, denominada en adelante

Bilbao, se localiza en el distrito de San Sebastin, provincia de San

Jos. Esta urbanizacin tiene cuatro aos de construida y est

constituida por 205 casas. Sus habitantes son de clase media-baja,

socio-econmicamente hablando, ya que el rea de construccin

promedio es menor o igual a 200 m. En la fig. 2.3 se muestra una parte

de la urbanizacin en cuestin.

12

Fig. 2.3: Residencial Bilbao

2.4. DELIMITACIN DEL REA DE ESTUDIO

El rea de estudio comprende las microcuencas en que se encuentran

las urbanizaciones en cuestin. Estas microcuencas se definieron a

partir de los mapas escala 1:10 000 del IGN, utilizando la informacin

de las curvas de nivel y observando las estructuras construidas por el

hombre, que pudiesen modificar la configuracin natural de dichas

microcuencas. En la realizacin de los mapas de las microcuencas se

utiliz el sistema de informacin geogrfica Arc View. Los mismos se

presentan en el anexo (1). El solar se ubica en las coordenadas 523.0

LN y 215.7 LO, mientras que Bilbao se localiza en las coordenadas

526.8 LN y 209.7 LO.

2.5. CARACTERSTICAS CLIMTICAS DE LAS SUBCUENCAS

De acuerdo con informe de AyA, el rea geogrfica, en que se ubican las

urbanizaciones que se estudian aqu, es conocida como regin Valle

Central 1. Dos estaciones meteorolgicas que se encuentran

13

relativamente cerca de las zonas de estudio son, segn el IMN, las

estaciones Pavas y San Jos, que se pueden ver en el anexo (6). Algunos

parmetros de inters, de dichas estaciones, as como su ubicacin y

otras caractersticas, se muestran en el anexo (5).

En todo el pas existen dos pocas climticas claramente diferenciadas

que son la poca seca y la lluviosa. La poca seca, en el Valle Central,

est marcada por la predominancia de los vientos alisios provenientes

del noreste con velocidades de hasta 30 km/h, entre enero, febrero y

marzo. En la poca lluviosa la intensidad de los vientos alisios

disminuye, dando paso a una corriente proveniente del Pacfico que

forma un frente de brisa que favorece la formacin de un tipo de

nubes denominado cmulos, capaces de provocar lluvias y tormentas 1.

Con motivo de las lluvias que se presentaron durante la realizacin del

trabajo de campo se obtubo informacin ms detallada, en las

estaciones meteorolgicas, mencionadas al principio de este apartado,

que son relativamente cercanas a los puntos de muestreo, durante los

das en que se realiz el estudio e inclusive algunos das antes. Dicha

informacin se presenta en el tercer captulo y ser de utilidad al

explicar los hidrogramas de salida en los sistemas de alcantarillado

sanitario de ambas urbanizaciones. La ubicacin de estas estaciones se

muestra en el anexo (6).

2.6. TIPO DE SUELO Y UBICACIN DEL NIVEL FRETICO

El suelo en que se encuentra El Solar se caracteriza entre otras cosas

por tener un espesor que oscila entre 10 y 15 m, el nivel fretico en

poca lluviosa est entre 40 y 60 m y en poca seca entre 60 y 80 m,

principalmente su suelo se caracteriza por ser blando con presencia de

vidrio volcnico (ceniza), no hay evidencia de la presencia de arcillas

expansivas ni limos colapsables en esta zona, segn Bogantes 4.

14

Bilbao se ubica en un suelo con profundidad que vara entre los 5 y 10

m, el nivel fretico se encuentra entre los 10 y 15 m en pocas lluviosa

y seca, su suelo es blando con presencia de ceniza volcnica y lahares,

existe presencia de arcillas grises con un potencial de expansin muy

alto 4.

2.7. USO DEL SUELO

De acuerdo con los mapas de la propuesta del Plan Regulador de la

Municipalidad de San Jos, el terreno donde se ubica la urbanizacin El

Solar es de uso residencial en su mayor parte, aunque existen unos

cuantos lotes donde no se ha construido probablemente por estar cerca

de una servidumbre de lneas elctricas de alta tensin. Esta parte del

rea de la urbanizacin se cataloga como urbana en transicin.

Adems, existe un pequeo parque y un rea para juegos de nios.

De igual forma, el terreno donde se localiza la urbanizacin Bilbao se

clasifica en su totalidad como de uso residencial, existen algunos lotes

que no se han construido as como una pequea rea de juegos para

nios.

2.8. DESCRIPCIN DE LOS SISTEMAS DE AGUA POTABLE,

ALCANTARILLADO SANITARIO Y PLUVIAL

2.8.1. Urbanizacin El Solar

La red de alcantarillado sanitario de la urbanizacin El Solar es de

cloruro de polivinilo (PVC) de 20 cm de dimetro y un SDR (standard

dimension ratio) de 32.5. Se realizaron observaciones con CCCTV

(cmara de circuito cerrado de televisin) y se encontr que la tubera

est en buen estado, a excepcin de algunos sitios en que las races de

los rboles han roto y obstruido la tubera en las juntas, tambin se

15

nota deformacin y aplastamiento del tubo en algunos puntos. Este

equipo permiti inspeccionar cerca de un 90% de la red de

alcantarillado sanitario, ya que algunos pozos de registro estaban

obstruidos y la cmara no puede ir en contra de la corriente. En la fig.

2.4 se aprecia tanto la cmara en s (derecha) como la unidad de control

(izquierda).

Se localizaron problemas de obstruccin por races de rboles como se

muestra en la fig. 2.5.

El sistema de alcantarillado pluvial es de concreto con dimetros de 46

y 54 cm de dimetro. En cuanto a la red de agua potable sta es de PVC

SDR 26 de 75 y 100 mm de dimetro. En el anexo (2) se muestran los

mapas de tuberas. En das secos no se observa flujo en el sistema de

aguas pluviales, lo que indica que no existen conexiones del

alcantarillado sanitario al pluvial.

Fig. 2.4: Equipo de sondeo con CCCTV

16

Fig. 2.5: Races entre uniones de tuberas en el Solar 2.8.2. Urbanizacin Residencial Bilbao

Su red de alcantarillado sanitario es de concreto de 20 cm de dimetro

en su mayor parte, aunque tambin existen pequeos tramos de 15 cm

de dimetro, ambos dimetros mnimos para cada caso segn las

normas oficiales de AyA 2. La red de agua potable es de PVC SDR 26

con dimetros de 10 y 7.5 cm. En cuanto a su alcantarillado pluvial es

de concreto de 54 cm de dimetro. En el anexo (2) se muestran los

planos de tuberas. Aunque se empez a realizar el sondeo con CCCTV

no se pudo terminar porque el equipo sufri un desperfecto que a la

fecha no ha podido ser corregido. Dentro de lo que se pudo observar en

dicho sondeo la tubera se ve en ptimas condiciones, sin

obstrucciones, desgaste ni deformaciones, como se muesra en la fig.

2.6. De manera similar al caso anterior, tampoco se observ flujo en el

alcantarillado pluvial en das secos, por lo que se concluye que tampoco

existen conexiones del sistema sanitario al pluvial.

17

Fig. 2.6: Tubera de alcantarillado sanitario Bilbao

18

CAPITULO III

3. AGUAS RESIDUALES EN URBANIZACIONES

3.1. DEFINICIONES

La determinacin del caudal de aguas residuales de una ciudad, pueblo

o urbanizacin es fundamental para el correcto diseo de las

instalaciones de recoleccin, bombeo, tratamiento y vertido. De ah que

es importante poder disponer de datos precisos sobre los caudales

actuales y los previstos en un futuro prximo, si dichas instalaciones

desean disearse y construirse adecuadamente.

El objetivo del estudio es diferenciar el caudal de aguas residuales de

una urbanizacin, en dos componentes principales a saber:

a) Caudal de aguas residuales domsticas.

b) Caudal de infiltracin, aportaciones ilcitas o incontroladas y aguas

pluviales.

En este estudio, solamente se definirn estos dos componentes.

Los componentes del agua residual que se genera en una urbanizacin,

dependen de la capacidad de infiltracin y precolacin del suelo, la

precipitacin, las conexiones a la red y el nivel socioeconmico de los

habitantes, entre otros, y pueden incluir: aguas residuales domstica y

aguas de infiltracin y aportaciones incontroladas.

3.1.1. Aguas Residuales Domsticas

Tambin se suele llamar agua sanitaria y es el agua residual procedente

de residencias, instalaciones comerciales y similares. En zonas ya

existentes, que cuentan con sistemas de alcantarillado, los datos de

caudal debieran obtenerse de estudios de aforos realizados in situ, para

el caso en que se deseen hacer estudios tendientes a mejorar los

sistemas con que se cuenta.

19

Segn Metcalf & Eddy, en el caso de nuevos proyectos, especficamente

en el caso del proyecto de nuevas y pequeas zonas residenciales, es

corriente determinar los caudales de aguas residuales a partir de la

densidad de poblacin y de la contribucin media per cpita 9. En el

cuadro 3.1 se dan datos sobre los rangos de caudal y valores tpicos.

En los grandes barrios residenciales, es aconsejable establecer dichos

datos con base en la superficie del suelo que ocupan. En los casos en

que ello sea posible, los datos deberan basarse en valores reales de

caudales seleccionados entre zonas residenciales tpicas. En ausencia

de tales datos, Metcalf & Eddy recomienda utilizar un valor estimado

del 70% del consumo de agua, que viene a ser lo mismo que utilizar un

valor del coeficiente de retorno (c) igual a 0.70 en la ecuacin 3.1 9:

Donde,

Qr: Caudal de aguas residuales generado

Qp: Caudal de agua potable consumido

c: Coeficiente de retorno

La variacin de los caudales de agua residual observados en las plantas

de tratamiento tiende a seguir una cierta pauta diaria, como la

mostrada en el grfico 3.1.

)1.3.(eccQQ pr =

20

Cuadro 3.1

Caudales medios de agua residual de origen residencial

Caudal (l/unidad/da) Origen Unidad Rango Valor

Tpico Valores * para C.R.

Apartamentos Persona 200-340 260 150 Hotel Residente 150-220 190 150 Casa media Persona 190-350 280 113 Casa de clase alta Persona 250-400 310 Casa de lujo Persona 300-550 380 Casa semimoderna Persona 100-250 200 Chalet de verano Persona 100-240 190 Camping de caravanas

Persona 120-200 150

Fuente: Metcalf & Eddy,

* Tomado de Cdigo de Instalaciones Hidrulicas y Sanitarias en Edificaciones, CFIA,

valor mnimos recomendados de dotacin de agua potable, para uso domstico,

multiplicado por un factor de retorno de 0.75, que es el oficial recomendado por AyA.

Grfico 3.1

Variacin horaria tpica del caudal de agua residual domstica

Fuente: Metcalf & Eddy

Los caudales mnimos se producen durante las primeras horas de la

madrugada, cuando el consumo de agua potable es ms bajo y cuando

el caudal circulante se debe, principalmente, a escapes, infiltraciones y

pequeas cantidades de agua residual sanitaria. La primera punta de

caudal se presenta, en general, inmediatamente despus del mximo

21

uso de agua, producido a ltima hora de la maana. Una segunda

punta se presenta, normalmente, en las ltimas horas de la tarde, entre

las 19:00 y 21:00 horas, aunque es muy variable, segn el tamao de la

poblacin servida y la longitud de la red de alcantarillado. Cuando los

caudales de agua extraa a la red (infiltracin y aportaciones

incontroladas) son mnimos, las curvas de descarga de agua residual

son prcticamente paralelas a las de consumo de agua, pero con un

desfase de tiempo de varias horas. En los casos en que no se pueda

identificar un da especfico de la semana en el que se lleve a cabo el

lavado de la ropa, la variacin en los caudales entre das laborales es

insignificante. En el grfico 3.2 se representa una variacin tpica

semanal de los caudales, tanto para periodos hmedos como secos,

segn Metcalf & Eddy 9.

Grfico 3.2

Variaciones diarias y semanales tpicas de los caudales de agua

residual domstica


De acuerdo con Metcalf & Eddy, las variaciones estacionales en los

caudales de agua residual ocurren normalmente en zonas tursticas, en

pequeas comunidades con colegios (donde en ciertas temporadas

existe una poblacin que no es originaria del lugar; sino que est ah

22

por periodos de tiempo determinados y luego se va, como ocurre al

llegar las vacaciones escolares), y en aquellas cuyas actividades tanto

industriales como comerciales tienen un carcter estacional. La

magnitud de estas variaciones depende tanto del tamao de la

comunidad como de la actividad estacional 9.

Tericamente, los factores punta (la relacin entre caudal punta y

caudal medio) podran derivarse o ser estimados para cada uno de los

grandes usuarios o para cada categora de caudal recogida en la red.

Con este procedimiento, los caudales medios individuales se

multiplicaran por estos factores y los caudales punta resultantes se

combinaran para obtener los caudales mximos previsibles.

Desgraciadamente, este grado de refinamiento es raramente posible,

debido a la dificultad y alto costo de poner en marcha un programa de

medicin de tales caractersticas, por consiguiente, los factores punta

utilizados deben estimarse mediante la utilizacin de mtodos ms

generales, como los grficos obtenidos a partir de estadsticas en otras

ciudades o pases.

Si los registros de medida de caudales son inadecuados para el

establecimiento de los factores punta (por no contarse con informacin

que refleje condiciones importantes como las de poca lluviosa, por

ejemplo, y no se dispone del tiempo necesario para generar dicha

informacin), se utiliza el grfico 3.3, desarrollado a partir del anlisis

de los registros de numerosas poblaciones de los Estados Unidos. Es

importante destacar que la informacin con que se gener el grfico 3.3

se basa en caudales medios de registros que contenan pequeas

cantidades de caudales de origen comercial y vertidos industriales.

23

Grfico 3.3

Factor punta para caudales de agua residual domstica


3.1.2. Aguas de Infiltracin y Aportaciones Incontroladas

El agua que se recoge de forma imprevista en las tuberas de

alcantarillado sanitario se compone de infiltracin y aportaciones

incontroladas.

La infiltracin consiste en el agua del subsuelo que penetra en una red

de alcantarillado, a travs de tuberas defectuosas, juntas de tuberas,

conexiones y paredes de los pozos de registro. Parte del agua pluvial

discurre rpidamente por las alcantarillas pluviales u otros conductos

de desage. Otra parte se evapora o es absorbida por la vegetacin, y el

resto se infiltra en el suelo. La fraccin que se infiltra depende de la

naturaleza de la superficie y de las caractersticas del suelo, as como

de la cantidad y distribucin de las precipitaciones segn las

estaciones. Cualquier reduccin de la permeabilidad, como la debida a

edificios y calzadas disminuye la oportunidad de que las precipitaciones

se conviertan en agua subterrnea y aumenta, consecuentemente, la

escorrenta superficial.

La cantidad de agua subterrnea que fluye de un lugar dado, segn

Metcalf & Eddy, puede variar desde una cantidad apreciable, en zonas

sumamente impermeables o con un subsuelo denso, hasta un 25% o

30% del agua cada en una zona semipermeable con subsuelo arenoso

24

que permita que el agua lo atraviese rpidamente. La infiltracin en el

suelo, de agua procedente de ros u otras corrientes, tiene a veces un

considerable efecto sobre el nivel fretico, que sube y baja

continuamente 9.

La presencia de agua subterrnea con un nivel fretico elevado produce

infiltraciones en los sistemas de alcantarillado y un aumento en el

caudal de aguas residuales y, por tanto, del costo para su evacuacin.

Dicha infiltracin de agua subterrnea puede oscilar entre 0.01 y 1.0

m/d*mm*km, e incluso ms 9.

La infiltracin puede variar desde 0.2 a 30 m/hab/da. Durante las

lluvias intensas, cuando puede producirse entrada de agua por las

tapas de los pozos de registro, as como infiltracin en las mismas

alcantarillas, la cantidad puede exceder los 500 m/hab/da. El agua de

infiltracin y aportaciones incontroladas es un componente variable de

las aguas residuales y depende de la calidad de los materiales y mano

de obra utilizados en las conexiones con edificios y alcantarillas, del

tipo de mantenimiento y de la elevacin del nivel fretico comparado

con el de las alcantarillas 9.

Las primeras alcantarillas construidas en una zona cualquiera siguen

normalmente el curso de los ros en el fondo de los valles, prximas a

los arroyos, y a veces a cotas ms bajas que las de sus lechos. Como

resultado de ello, estas alcantarillas antiguas pueden recibir cantidades

comparativamente grandes de agua subterrnea, mientras que las

construidas posteriormente a cotas ms elevadas reciben cantidades

relativamente pequeas. A medida que crece el porcentaje de superficie

pavimentada o edificada de una localidad, se observa un aumento en el

porcentaje de agua pluvial que es conducida rpidamente al

alcantarillado pluvial y cursos de agua y una disminucin del agua

pluvial que puede infiltrarse en la tierra y que tiende a infiltrarse en el

alcantarillado sanitario. Debe hacerse una precisa distincin entre las

25

cuantas mxima y media de infiltracin en los alcantarillados. La

primera es requerida para determinar la capacidad requerida de una

alcantarilla y la ltima se necesita para estimar factores tales como

costos anuales de bombeo de las aguas residuales 9.

La intensidad y cantidad de infiltracin depende de la longitud de las

alcantarillas, el rea servida, las condiciones topogrficas y del suelo y,

hasta cierto punto, de la poblacin, ya que de sta dependen el nmero

y la longitud total de conexiones con las casas. Las prdidas por

uniones defectuosas, hormign poroso y grietas son suficientemente

grandes, en muchos casos, para hacer descender el nivel fretico hasta

la clave de la alcantarilla y con frecuencia hasta por debajo de la solera,

aunque la elevacin del nivel fretico vara con la cantidad de lluvia que

se infiltre en el suelo 9.

Los caudales procedentes de infiltracin y aportaciones incontroladas

tambin pueden variar estacionalmente.

Grfico 3.4

Caudal de infiltracin medio en alcantarillas de nueva construccin


26

En ausencia de datos fiables de caudales, se han utilizado los valores de

infiltracin media indicados en el grfico 3.4 para alcantarillas, en

proyecto, o para aquellas redes recientemente construidas, previstas de

pozos de registro prefabricados y con juntas de aros de goma o

materiales similares. En todos los casos, los valores de infiltracin

adoptados en el proyecto debieran reflejar las condiciones esperadas en

la red de alcantarillado al final del periodo de vida para el cual dicha red

se haya proyectado.

Los caudales punta de infiltracin a utilizar en el proyecto de

alcantarillas estn, a menudo, relacionados con las dimensiones de las

zonas servidas, tal como lo muestran las curvas presentadas en el

grfico 3.5.

Grfico 3.5

Caudales punta de infiltracin


En ausencia de mediciones contradictorias, estas curvas (hechas con

informacin de los Estados Unidos de Norteamrica) pueden

considerarse conservadoras para la mayora de las alcantarillas

proyectadas, segn Metcalf y Eddy 9. La curva A se refiere a zonas con

27

alcantarillas antiguas; la curva B se refiere a zonas con cualquier tipo

de alcantarillas, ya sean nuevas o antiguas. La eleccin entre las curvas

A y B para alcantarillas antiguas depende tanto de las condiciones

actuales como las previsibles en el futuro de las redes de alcantarillado,

de la profundidad del nivel fretico y del mtodo de construccin de las

juntas. Por ejemplo, si se sabe o se cree que las juntas de las

alcantarillas estn hechas de mortero de cemento y se detecta la

presencia de una capa fretica alta, debera usarse la curva A o incluso

magnitudes superiores a las dadas por ella .

3.2. VALORES DE LOS PARMETROS DE ESTUDIO UTILIZADOS

EN COSTA RICA

De acuerdo con la legislacin vigente en Costa Rica, especficamente

con la Ley Constitutiva del AyA nmero 2726 del 13 de abril de 1961, es

responsabilidad de dicho instituto: elaborar o aprobar todos los planos

de las obras pblicas relacionadas con los fines de esta ley, as como

aprobar todos los de las obras privadas que se relacionan con los

sistemas de acueductos y alcantarillados, segn lo determinan los

reglamentos respectivos... 2.

Segn AyA, el alcantarillado sanitario debe ser un sistema

absolutamente separado, que recolecte nicamente aguas negras,

servidas y de residuos industriales, aceptables al alcantarillado 9. Las

lneas de recoleccin y colectores menores se disearn para un periodo

de diseo de 20 a 30 aos. El caudal de diseo para un tramo de

alcantarillado ser el correspondiente al acumulado hasta el pozo de

registro inferior en elevacin. Se considerarn las contribuciones

debidas a:

3.2.1. Caudal de Aguas Residuales Domsticas

De acuerdo con AyA, se calcula multiplicando el caudal mximo horario

(2.25 veces el caudal promedio diario) de agua potable por el coeficiente

28

de retorno (C), que determina el porcentaje de agua consumida que

llega al alcantarillado, el cual se estima en un 75% 2. En la estimacin

del caudal mnimo se considera que el caudal promedio es

aproximadamente la media proporcional de los caudales mximo y

mnimo, como se muestra en la ecuacin (3.2):

Donde,

Qmin: Caudal mnimo Qmax: Caudal mximo Qpro: Caudal promedio 3.2.2. Caudal de Aguas de Infiltracin

Para la estimacin del caudal de infiltracin se considera la naturaleza

y permeabilidad del suelo, la elevacin del nivel fretico sobre la corona

de la tubera, as como la clase de tubera y tipo de junta.

Se recomiendan los valores del cuadro 3.2:

Cuadro 3.2 Valores de Infiltracin en tuberas

Tipo de tubera Infiltracin (l/s/km) Alta Media Baja

Existentes 4.0 3.0 2.0 Arcilla vitrificada con junta de concreto

3.0 2.0 1.5

Con empaque de hule

1.5 1.0 0.5

Fuente: Normas de Diseo y Construccin para Urbanizaciones y Fraccionamientos,

AyA

Para calcular el aporte de las aguas de infiltracin se considera

nicamente la longitud total de la tubera.

( ))2.3.(

2

ecQ

QQ

max

prommin =

29

3.3. TCNICAS DE MUESTREO Y EQUIPO UTILIZADO EN EL

TRABAJO DE CAMPO

De acuerdo con Duarte, en el anlisis de laboratorio de las aguas

residuales el muestreo juega un papel muy importante 7. Existe una

gran variedad de condiciones bajo las cuales se pueden recolectar las

muestras, por lo que es muy difcil dar procedimientos que tomen en

cuenta todas las condiciones posibles, por lo que la tcnica a utilizar

queda a criterio del investigador, cuidando en todo caso que la muestra

sea representativa y que se mantenga inalterada hasta el momento de

su anlisis.

En pocas palabras, el muestreo consiste en el proceso de separar una

pequea porcin de una masa total, que represente las caractersticas

deseadas del material de donde se extrajo. Esto quiere decir, que las

proporciones de los componentes sern las mismas, tanto en la masa

total que est siendo objeto de anlisis como en la muestra.

Segn Duarte, una muestra representativa de una misma fuente, puede

ser obtenida haciendo composiciones de las muestras recolectadas en

diversos puntos de muestreo o en un intervalo de tiempo previamente

definido. Un muestreo cuidadoso que represente la composicin real de la

muestra, podra asegurar que los resultados analticos sean confiables,

no obstante, existen factores inherentes al muestreo que pueden afectar

los resultados, como la presencia de materia en suspensin, turbiedad, el

mtodo que se aplique para su eliminacin y los cambios fsicos y

qumicos que se pueden producir por el almacenamiento y aereacin 7.

3.3.1. Tcnicas Generales de Muestreo

A. Extraccin Directa

Segn el Centro de Investigaciones y Entrenamiento para el Control de

la Calidad del Agua (CIECCA), sta consiste en la toma manual de la

30

muestra utilizando un dispositivo hecho de un material resistente a la

corrosin como lo es el acero inoxidable, o plstico con tapn de hule a

ambos lados5. Este muestreador sirve para tomar muestras profundas.

Cuando la profundidad del cuerpo de agua es muy pequea y no se

puede tomar la muestra con en muestreador antes descrito, se

recomienda tomar la muestra directamente en el frasco que se va a

emplear para almacenar la muestra.

B. Muestreadores Automticos

Existen diferentes tipos de muestreadores; estos equipos son

construidos con materiales resistentes a la corrosin, con el propsito

de que no interfieran con los anlisis que se requieren efectuar. La

mayora de ellos succionan el agua mediante una pequea bomba y la

depositan en envases receptores. Algunos de estos muestreadores

disponen de controles que permiten regular la velocidad y frecuencia de

la extraccin de muestras, otros toman muestras simples a profundidad

o muestras compuestas, sean stas superficiales o profundas. Los

equipos para muestras compuesta pueden tomar volmenes

proporcionales al caudal 5.

3.3.2. Clasificacin del Muestreo

Segn los Mtodos Estndar de Anlisis de Agua y Agua Residual

(SMEWW) por sus siglas en ingls, el proceso de recoleccin es muy

variable con las condiciones locales, tanto que no se pueden hacer

recomendaciones especficas aplicables universalmente3. Existen tres

tipos de muestras que pueden recolectarse, dependiendo del tiempo

disponible, de los anlisis que deban realizarse y del propsito de los

anlisis; a saber, muestras simples instantneas, muestras compuestas

e integradas 3.

A. Muestra Simple Instantnea

CIECCA indica que consiste en tomar una sola muestra, en

consecuencia representa las propiedades del agua en el momento en

31

que se tom la muestra5. Este tipo de muestra no es representativa de

las aguas residuales de composicin media, puesto que reflejan

nicamente las condiciones en el momento del muestreo. Para que este

tipo de muestra pueda considerarse representativa de una gran masa

de agua, deben considerarse factores como homogeneidad del cuerpo de

agua, nmero de lugares muestreados, tamao de la muestra y mtodo

de recoleccin. Ramalho afirma que usualmente las muestras simples

instantneas se utilizan cuando: el caudal de agua residual y su

composicin es relativamente constante, el flujo de agua residual es

intermitente, y cuando las muestras compuestas pueden ocultar

condiciones extremas de las aguas residuales (pH y temperatura) 14.

B. Muestra Compuesta

Segn el Departamento de Sanidad del Estado de Nueva York, consiste

en mezclar varias muestras simples instantneas a intervalos de tiempo

previamente seleccionados (tomadas en diferentes momentos) para un

mismo sitio de muestreo, en volmenes iguales o proporcionales al

caudal 6. Por ejemplo, en lugares donde no se puede medir el caudal,

como en el caso de cuerpos de agua cerrados (lagos, lagunas, presas,

etc.), la muestra compuesta se har tomando volmenes iguales a

intervalos fijos; en el caso de corrientes, se debern mezclar las

muestras simples, proporcionales al caudal. Este muestreo indica las

caractersticas de las aguas residuales durante cierto periodo de tiempo.

La frecuencia del muestreo depende de la variabilidad del caudal y la

carga contaminante; de tal forma que la porcin que se utilice, debe

recogerse con la suficiente frecuencia para lograr resultados promedio.

Con este tipo de muestra quedan eliminados los efectos de los cambios

intermitentes del caudal y concentracin. Si en caudal y la

concentracin no fluctan repentinamente, basta con tomar porciones

cada hora durante perodos de 12 horas. En el caso de que las

fluctuaciones sean repentinas, pueden requerirse muestras cada media

hora o cada cuarto de hora. El perodo de muestreo puede variar para

32

que cubra cuatro, ocho o doce horas, segn el personal disponible y el

uso que se d a los resultados.

C. Muestra Integrada

SMEWW recomienda que para ciertos fines, la informacin requerida

deber obtenerse del anlisis de mezclas de muestras simples

recolectadas desde diferentes puntos simultneamente3. Estas

muestras algunas veces se denominan muestras integradas. Un ejemplo

del empleo de este tipo de muestreo puede ocurrir en un ro o en flujos

que varan en composicin a travs de su ancho y profundidad. Para

evaluar la composicin promedio o carga total, se utiliza una mezcla de

muestras representativas de varios puntos en la seccin transversal, en

proporcin a su flujo relativo.

3.3.3. Equipo Utilizado en el Trabajo de Campo

El equipo utilizado para este fin se escogi con base a los criterios

dictados por (3), y el mismo se detalla a continuacin.

En primer lugar se dispuso de envases plsticos, de un litro de

capacidad, para la recoleccin de las muestras durante cada hora.

Estos envases fueron previamente numerados para facilitar su manejo a

la hora de confeccionar las muestras compuestas en el laboratorio. Una

vez utilizados, los mismos se lavaban con agua y jabn para eliminar

los residuos remanentes y poder as utilizarlos de nuevo.

Para evitar la alteracin de las muestras, las mismas se colocaron en

hieleras para mantenerlas a baja temperatura y as conservarlas hasta

su llegada al laboratorio aproximadamente 25 o 26 horas despus de

tomada la primera muestra.

De igual forma se cont con un termmetro para medir la temperatura

in situ, de cada muestra a la hora de su recoleccin.

33

Por ltimo, es importante mencionar la utilizacin de guantes para

protegerse del contacto directo con el agua residual, y del alcohol para

desinfectarse las manos despus de manipular las muestras.

3.4. MEDICIONES DE CAMPO

3.4.1. Generalidades

La posibilidad de medir los caudales de agua residual en los sistemas

de recoleccin es de fundamental importancia a la hora de proyectar

sistemas nuevos o evaluar el desempeo de los actuales.

3.4.2. Mtodos de Aforo en Tuberas a Canal Abierto

Segn Metcalf & Eddy, los dos principales mtodos de medida de

caudales, en este tipo de sistemas, son los de descarga directa y los de

rea-velocidad 11.

A. Mtodos de Descarga Directa

Son aquellos en los que la magnitud de la descarga es funcin de una o

dos variables fcilmente medibles. En los casos en que se vayan a

realizar varias determinaciones de caudales, vale la pena construir

curvas de calibrado para simplificar el trabajo.

Metcalf & Eddy afirma que uno de los mtodos ms exactos para medir

caudales es mediante el uso de un vertedero (o vertedor), siempre y

cuando las condiciones bajo las que se determinaron los coeficientes de

descarga de cierto tipo de vertedero se reproduzcan aproximadamente en

los aforos 10. Dentro de los tipos de vertedores ms comnmente

usados se encuentran los rectangulares, triangulares y los

trapezoidales.

El principio de Venturi, que se aplica en la medida de caudales en

conductos a presin, se puede aplicar tambin para la medida de

caudales en canales abiertos por medio del aforador Parshall segn se

34

muestra en la fig. 3.1. Debido a que la anchura de la garganta es

constante, la descarga en condiciones de flujo libre puede ser calculada

mediante una nica medida del calado aguas arriba.


Fig. 3.1: Canal Parshall

Tambin existe el canal de aforo Palmer-Bowlus que se desarroll para

medir el caudal en varios tipos de canales. El principio de su

funcionamiento es similar al del canal de aforo Parshall. Por lo general,

el medidor se sita en el pozo de registro de la alcantarilla. Para que el

funcionamiento sea adecuado, el canal de aforo debe actuar como un

control hidrulico en el cual se desarrollen condiciones de flujo crtico.

B. Mtodos de reaVelocidad

Por medio de este mtodo se obtiene el caudal multiplicando la

velocidad de flujo por la superficie de la seccin recta , a travs de la

cual circula el caudal. Los principales mtodos y aparatos utilizados

para determinar la ve locidad son: molinetes, mtodos elctricos,

medidas con flotadores, trazadores qumicos, radiactivos y con

colorantes.

Otro mtodo para determinar el caudal es el que utiliza la frmula

desarrollada por Robert Manning (ec. 3.3) a finales del siglo pasado.

35

Aunque esta frmula fue concebida para canales abiertos, actualmente

se utiliza tambin para conductos cerrados.

Donde V = velocidad, m/s

N = coeficiente de rugosidad

R = radio hidrulico, m

S = pendiente de la lnea de carga, m/m.

El radio hidrulico se define como:

En la medicin de caudales para este estudio, se utiliz un mtodo de

rea velocidad basado en la frmula de Manning. El mtodo anterior

se utiliz, debido a la dificultad de acceso a los puntos de medicin, por

ubicarse stos a ms de un metro de la superficie del suelo y slo se

poda acceder a ellos descendiendo por los pozos de registro.

El aforo se hizo midiendo el tirante con una regla graduada de espesor

delgado, para evitar generar turbulencia, que se introduca en la parte

central de la tubera, la cual se encontraba expuesta en el pozo de

registro donde se realizaban las mediciones, hasta pegar con el fondo y

se marcaba con el dedo hasta donde llegaba el nivel del agua. Una vez

realizada la lectura el caudal se obtena por medio de una tabla

confeccionada para este fin utilizando la frmula de Manning (ec.3.3) y

que se muestra en el anexo (8).

( )3.3.1 21

32

ecSRn

V =

)4.3.()(sec

)(secec

mmojadacinladepermetrommojadacinladerea

R =

36

CAPITULO IV

4. MEDICIONES DE CAUDAL

4.1. AFOROS EN LOS SISTEMAS DE ALCANTARILLADO SANITARIO

Se realizaron mediciones de caudal en los pozos de registro finales de cada

urbanizacin, ya que exista la posibilidad de realizar el aforo, por tratarse

de tramos de seccin semicircular y pendiente constante. Los aforos

fueron realizados al final de la poca seca, en el periodo de transicin entre

poca seca y lluviosa, especficamente entre el 5 y el 20 de mayo, y en

forma simultnea a la toma de muestras compuestas. Los caudales se

obtuvieron utilizando la frmula de Manning (ec. 3.3) cuyos resultados,

para los datos de ambas urbanizaciones, se encuentran en las tablas del

Anexo 8.

En este captulo se describirn las variaciones horarias de los diferentes

aforos, los caudales promedio y las tendencias generales de variacin. La

influencia de los caudales de infiltracin y conexiones incontroladas se

discutir en el captulo cinco.

Como ya se mencion anteriormente, los aforos fueron realizados en los

tramos finales de los alcantarillados sanitarios de ambas urbanizaciones.

En todos los casos se realizaron mediciones de caudal cada hora durante

veinticuatro horas hasta completar tres das de medicin, con la respectiva

toma de muestras para los anlisis fsico-qumicos. Las jornadas de

medicin se realizaron en forma consecutiva, es decir, una vez tomada la

primer muestra y realizado el primer aforo se continuaba el proceso hasta

completar los tres das o setenta y dos horas, con excepcin de los aforos

realizados en la Urbanizacin El Solar, donde tuvieron que suspenderse

los aforos durante un da por falta de personal.

37

En los cuadros y figuras 4.1 y 4.2 se muestra la variacin de caudal en

cada uno de los aforos realizados. En cada cuadro, se indica adems el

caudal promedio. Tambin, se indica el estado del tiempo a la hora de

realizar la medicin.

Debido a la lluvia que se present durante la realizacin de los aforos, en

ambas urbanizaciones, se investig en el IMN para obtener informacin

con el fin de cuantificar la lluvia cada durante la realizacin del estudio en

las cuencas respectivas. Especficamente se obtuvo informacin de

precipitacin horaria desde el 20 de abril hasta el 20 de mayo del 2002.

Para ambas estaciones del 20 al 30 de abril la precipitacin fue de cero

milmetros de lluvia. Esta informacin se presenta al final de este

apartado.

4.1.1.Urbanizacin Bilbao

La descarga de esta urbanizacin cubre 205 casas y una poblacin de 840

habitantes, poblacin calculada de acuerdo a estadsticas de la Divisin

Comercial de AyA para el rea metropolitana al ao 2000.

38

Cuadro 4.1 Aforo de caudales Urbanizacin Bilbao

Caudal (l/s)

Hora/Da 05-May 06-May 07-May 08-May 0.5 0.6 0.8 0.6

1.5 0.6 0.6 0.6

2.5 0.2 0.8 0.4

3.5 0.2 0.2 0.4

4.5 0.8 1 0.6

5.5 2.0 2.8 0.6

6.5 6.7 3.2 4.3

7.5 8.0 3.2 3.2

8.5 6.7 2.4 3.2

9.5 5.4 1.6 2.4

10.5 5.4 3.2 4.3

11.5 4.3 4.3 3.2

12.5 5.4 3.2 3.2

13.5 4.3 4.3 2.4

14.5 4.3 2.4 2.4

15.5 2.4 4.3 1.6

16.5 5.4 3.2 1.6

17.5 2.4 2.4 2.4

18.5 3.2 2.4 3.2

19.5 2.8 1.6 1.6

20.5 2.0 2.4 1.6

21.5 1.6 3.7 1

22.5 1.0 2.4 3.2

23.5 1.0 0.6 0.8

Promedio 4.0 2.3 2.2 0.5 Estado del tiempo lluvioso

Fuente: El autor

39

Grfico 4.1 Aforo de caudales Urbanizacin Bilbao

0

1

2

3

4

5

6

7

8

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

Hora

Cau

dal (

l/s)

05-may06-may07-may08-mayLluviaLluvia

Fuente: El autor Se aprecia de manera notable, el da 5 de mayo, la influencia de la lluvia

en el caudal, los otros das siguen el mismo patrn de comportamiento.


Esta descarga cubre 107 viviendas y una poblacin de 439 habitantes, de

acuerdo al dato estadstico mencionado en 4.1.1.

40

Cuadro 4.2 Aforo de caudales Urbanizacin El Solar

Caudal (l/s)

Hora/Da 16-May 17-May 18-May 19-May 20-May 0.5 11.6 6.9 6.9

1.5 14.3 6.9 5.1

2.5 5.1 9.1 5.1

3.5 3.5 5.1 5.1

4.5 5.1 5.1 5.1

5.5 5.1 6.9 6.9

6.5 14.3 14.3 5.1

7.5 11.6 9.1 5.1

8.5 5.1 5.1 5.1

9.5 5.1 6.9 9.1

10.5 9.1 5.1 9.1

11.5 5.1 9.1 5.1

12.5 3.5 9.1 9.1

13.5 6.9 6.9 5.1

14.5 6.9 6.9 5.1

15.5 9.1 6.9 9.1

16.5 9.1 9.1 6.9

17.5 9.1 6.9 9.1

18.5 12 6.9 5.1

19.5 14.3 14.3 14.3

20.5 11.6 11.6 17.2

21.5 14.3 11.6 17.2

22.5 6.9 14.3 11.6

23.5 8 9.1 6.9

Promedio 9.0 8.7 6.7 8.6 5.7 Estado del tiempo lluvioso

Fuente: El autor

41

Grfico 4.2 Aforo de caudales Urbanizacin El Solar

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

Hora

Cau

dal (

l/s)

16-may17-may18-may20-may19-mayLluviaLluviaLluvia

Fuente: El autor Se observa de manera notable el efecto de la lluvia el da 19 de mayo. 4.1.3. Precipitacin Registrada Durante el Estudio

Como se mencion al principio de este captulo, durante la realizacin de

los aforos, se presentaron precipitaciones que contribuyeron a aumentar

la infiltracin y los caudales mximos registrados en ambas

urbanizaciones. Este efecto fue especialmente notable en la Urbanizacin

el Solar, donde al comparar los caudales de aguas residuales con el

consumo de agua potable se observaron notables diferencias. De hecho,

los mximos caudales se registraron en horas de intensa lluvia.

Las estaciones meteorolgicas analizadas fueron las del cuadro 4.3, su

ubicacin se aprecia en el anexo (6).

42

Cuadro 4.3

Estaciones meteorolgicas consultadas

Estacin Latitud Norte

Longitud Oeste

Altitud (msnm)

Pavas 0958' 8408' 997

San Jos Museo

0956' 8405' 1172

Fuente: IMN

La precipitacin registrada durante el periodo comprendido entre el 20 de

abril y el 20 de mayo del 2002, es la mostrada en el anexo (3). Vale la pena

recordar nuevamente que del 20 al 30 de abril no se registr precipitacin

en ninguna de las dos estaciones en mencin.

El objeto de contar con esta informacin es saber si, durante los das

anteriores, se produjeron precipitaciones que hayan hecho aumentar los

niveles freticos del terreno o el flujo de aguas subsuperficiales, con el

consecuente aumento en la infiltracin en los sistemas de alcantarillado

sanitario.

En la estacin San Jos Museo, antes del da 5 de mayo y desde el 20 de

abril se registr una precipitacin total de 12.5 mm concentrada en los dos

ltimos das. En la estacin Pavas, desde el 20 de abril y hasta el 15 de

mayo, se registr una precipitacin total de 40 mm, concentrada en los

das del 3 al 14 de mayo. Estos periodos de precipitacin corresponden a

las lluvias previas a la realizacin de los aforos en las urbanizaciones

Bilbao y El Solar respectivamente. Se nota la mayor precipitacin total

registrada para los das de medicin en el Solar.

4.2. MEDICIONES DE CAUDAL DE AGUA POTABLE

De forma paralela a la medicin de caudales de aguas residuales, se

midieron los caudales consumidos de agua potable. Para ello, se instal un

equipo especial de medicin de caudal del tipo ultrasnico (el equipo

43

utilizado fue especficamente un Panametrics modelo PT 868). El mismo se

coloc en cajas especialmente construidas para este fin, ubicadas donde

empieza la tubera madre que alimenta a las urbanizaciones, justo

despus de la derivacin de la tubera principal que pasa por la calle y

antes de que se conecte la primera casa. De esta forma, como las

urbanizaciones tienen una sola entrada se cuantifica el total consumido

por los habitantes de cada una de ellas.

Las lecturas del caudal realizadas por el equipo son a intervalos de doce

minutos por lo que se obtuvieron curvas ms continuas que las obtenidas

de los aforos de aguas residuales, las cuales fueron realizadas a intervalos

de una hora.

En los grficos del 4.3 al 4.6 se muestran los datos de consumo para

ambas urbanizaciones. Las tablas respectivas se encuentran en el anexo

(4) debido al considerable volumen de datos.

Es importante aclarar que, en Bilbao, hubo un problema de carcter

tcnico con el equipo de medicin, el cual por una razn desconocida

registro el mismo caudal desde las 13:30 hasta las 21:30 horas del da 6

de mayo. Por esta razn, estos datos no pueden considerarse en los

anlisis posteriores.

44

Grfico 4.3

Consumo de agua potable Urbanizacin Bilbao

Fuente: El autor

Grfico 4.4 Consumo de agua potable promedio Urbanizacin Bilbao

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

4,5

5,0

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 11 12 1 3 14 15 1 6 17 18 1 9 20 21 2 2 23 24

Hora

Cau

dal (

l/s)

Promedio

Fuente: El autor

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

3.5

4.0

4.5

5.0

5.5

6.0

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

Hora

05-May06-May07-May08-May

45

Grfico 4.5 Consumo de agua potable Urbanizacin El Solar

Fuente: El autor

Grfico 4.6 Consumo de agua potable promedio Urbanizacin El Solar

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

4,5

5,0

5,5

6,0

6,5

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

Hora

Cau

dal (

l/s)

Promedio

Fuente: El autor

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

3.5

4.0

4.5

5.0

5.5

6.0

6.5

7.0

7.5

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

Hora

16-May17-May19-May20-May18-May

46

4.3. ANALISIS DE CALIDAD DEL AGUA RESIDUAL

Adems de las mediciones de caudal de agua potable y de aguas

residuales, anteriormente presentadas, se realiz un anlisis de calidad del

agua residual para tener una idea de las caractersticas fsico-qumicas de

los efluentes de ambas urbanizaciones.

Para cada zona de estudio se analizaron tres muestras compuestas,

obtenidas cada una de ellas a partir de 24 submuestras tomadas cada

hora, iniciando la toma de muestras a las 6:30 am y finalizando a las

5:30am del siguiente da. Las mismas fueron analizadas en un laboratorio

privado bajo normas de Standard Methods For The Examination Of Water

And Waste Water, 1995. Los parmetros analizados fueron: pH, slidos

totales, slidos disueltos, slidos suspendidos totales, slidos

sedimentables, demanda qumica de oxgeno (DQO), demanda bioqumica

de oxgeno (DBO5) y grasas y aceites. Adicionalmente, se midieron los

slidos totales voltiles, en el Laboratorio de Ingeniera Ambiental de la

Universidad de Costa Rica. Los resultados obtenidos se muestran en los

cuadros 4.5 y 4.6. De acuerdo con Metcalf & Hed10, la composicin tpica

del agua residual domstica, no tratada, es la que se muestra en el cuadro

4.4.

47

Cuadro 4.4

Composicin tpica de aguas residuales domsticas no tratadas

(Todos los valores excepto los slidos sedimentables se expresan en mg/l)

Concentracin Constituyente Fuerte Media Dbil Slidos Totales: 1200 720 350

Disueltos totales 850 500 250 Fijos 525 300 145 Voltiles 325 200 105

En suspensin totales 350 220 100 Fijos 75 55 20 Voltiles 275 165 80

Slidos Sedimentables (ml/l) 20 10 5

DBO5 400 220 110 COT 290 160 80

DQO 1000 500 250 Nitrgeno Total 85 40 20

Orgnico 35 15 8 Amonaco libre 50 25 12 Nitritos 0 0 0 Nitratos 0 0 0

Fsforo Total 15 8 4 Orgnico 5 3 1 Inorgnico 10 5 3

Cloruros * 100 50 30 Alcalinidad (como CaCO3) * 200 100 50 Grasa 150 100 50

* Los valores deben incrementarse en la cantidad correspondiente

contenida en el agua de suministro. Fuente: Metcalf & Eddy

48

Cuadro 4.5

Parmetros de Calidad del Agua Residual Urbanizacin Bilbao

Parmetro / Da 5-6 Mayo 6-7 Mayo 7-8 Mayo Promedio Desv. Est.

pH 7.55 7.73 7.96 7.75 0.17

Slidos Totales (mg/l)

575 615 700 630 52

Slidos Disueltos (mg/l)

405 515 560 493 65

Slidos Suspendidos Totales (mg/l)

170 100 140 137 29

Slidos Sedimentables (ml/l)

1.9 1.8 1.7 1.8 0.1

DQO (mg/l) 310 325 530 388 100

DBO5 (mg/l) 170 190 260 207 39

Grasas y Aceites (mg/l)

48 58 72 59 10

Slidos Totales Voltiles (mg/l)

200 133 433 256 129

Fuente: El Autor

Con respecto al cuadro 4.5 podemos decir que, en la Urbanizacin Bilbao,

basndose en los valores promedio obtenidos, en sus respectivas

desviaciones estndar y al comparar estos valores con los del cuadro 4.4,

que: los slidos totales medidos son inferiores a la concentracin media

con probabilidad de llegar a rebasarla, los slidos disueltos totales son

levemente inferiores a la concentracin media y probablemente pueden

superarla, los slidos suspendidos totales tienen una concentracin mayor

a la dbil pero con pocas posibilidades de acercarse a la media, los slidos

sedimentables son bastante inferiores a la concentracin dbil con poca

probabilidad de superarla, la DQO es superior a la concentracin dbil con

probabilidad de acercarse a la concentracin media y superarla, la DBO5

registrada es ligeramente inferior a la concentracin media con altas

probabilidades de superarla aunque no de forma significativa, las grasas y

aceites, por su parte, apenas sobrepasan la concentracin dbil con baja

posibilidades de llegar a la concentracin media, y finalmente, los slidos

49

totales voltiles medidos son considerablemente inferiores a la

concentracin media, pero con posibilidades de sobrepasarla e incluso

alcanzar la concentracin media, por su elevada desviacin estndar.

Cuadro 4.6

Parmetros de Calidad del Agua Residual Urbanizacin El Solar

Parmetro / Da 16-17 Mayo 17-18 Mayo 19-20 Mayo Promedio Desv. Est. pH 7.6 7.83 7.29 7.57 0.22

Slidos Totales (mg/l)

550 490 330 457 93

Slidos Disueltos (mg/l)

470 160 300 310 127

Slidos Suspendidos Totales (mg/l)

80 330 30 147 131

Slidos Sedimentables (ml/l)

0.4 1.7 0.2 0.8 0.7

DQO (mg/l) 345 310 215 290 55

DBO5 (mg/l) 170 145 105 140 27

Grasas y Aceites (mg/l)

58 64 28 50 16

Slidos Totales Voltiles (mg/l)

133 133 100 122 16

Fuente: El Autor

En la Urbanizacin El Solar, utilizando los mismos criterios de

comparacin que en el caso anterior y tomando como punto de referencia

el mismo cuadro 4.4, se infiere que: los slidos totales superan la

concentracin dbil con probabilidades de superar la media, los slidos

disueltos se encuentran en una situacin muy parecida, los slidos

suspendidos tienen un promedio inferior a la concentracin media, sin

embargo, existe probabilidad de que alcancen la concentracin alta, los

slidos sedimentables se encuentran muy por debajo de la concentracin

media con pocas posibilidades de superarla, la DQO supera la

concentracin dbil aunque las probabilidades de que se acerque a

concentracin media son muy bajas, con la DBO5 sucede algo similar con

la diferencia de que si existe una significativa probabilidad de alcanzar la

50

media, el valor promedio obtenido para las grasas y aceites coincide con el

lmite de concentracin dbil y su desviacin estndar es muy baja por lo

que es poco probable que se aproxime al valor de concentracin media, los

slidos totales voltiles cuantificados en las pruebas de laboratorio estn

por debajo de la concentracin dbil y es poco probable que la superen ya

que la desviacin estndar es relativamente pequea.

Las anteriores afirmaciones se sustentan en la hiptesis de que los datos

medidos para los parmetros de calidad del agua, siguen una distribucin

de probabilidad normal. Una caracterstica de este tipo de distribucin de

probabilidad es que ms del 95% de los datos, de una poblacin que tenga

este tipo de distribucin, se encuentran en un intervalo que va desde el

promedio menos dos veces la desviacin estndar hasta el promedio ms

dos veces la desviacin estndar. Este criterio fue el que se utiliz para

decir si la probabilidad de que un determinado valor supere un lmite dado

es alta.

En cuanto a los valores de pH obtenidos en cada urbanizacin ambos

resultaron ser ligeramente bsicos oscilando entre 7.29 y 7.96.

La Urbanizacin Bilbao, en promedio, presenta un nivel de concentracin

medio en sus parmetros de calidad del agua residual. Por otro lado, la

Urbanizacin el Solar, ms bien tiende a presentar niveles de

concentracin ms bajos. Esto puede deberse a que, como se ver en el

captulo siguiente, la infiltracin y los caudales incontrolados son mayores

en El Solar, producindose de esta forma un efecto de dilucin que mejora

la calidad del agua residual.

Con el fin de reforzar lo dicho en el anterior prrafo, vase el cuadro 4.7

51

Cuadro 4.7 Carga contaminante por persona

Parmetro

Concentracin media (mg/l)

Q (l/s)

Habitantes

Carga contaminante (kg/hab/da)

Bilbao DBO5 207 2.49 840 0.05 DQO 388 2.49 840 0.10

El Solar DBO5 140 8.14 439 0.22 DQO 290 8.14 439 0.46

Fuente: El Autor

Ntese que en El Solar, a pesar de presentar las mayores cargas

contaminantes por persona, presenta concentraciones promedio menores

que Bilbao lo cual evidencia el efecto de dilucin que la elevada infiltracin

ocasiona en esta urbanizacin.

La diferencia en las cargas contaminantes por habitante, entre ambas

urbanizaciones, siendo los valores de El Solar ms de cuatro veces

superiores, se explican por tener sta ltima una poblacin de clase

socioeconmica superior, de tal forma que existe la posibilidad del uso de

trituradores de basura orgnica en algunas casas. Estos artefactos licuan

los residuos orgnicos para as disponerlos en el alcantarillado sanitario,

con la consecuente elevacin de la carga contaminante. Otra explicacin

de la mayor carga contaminante por habitante, en El Solar, es que el agua

infiltrada, en este sistema, puede tener un componente contaminante no

detectado en este estudio.

52

CAPITULO V

5. ANLISIS Y DISCUSIN DE RESULTADOS

En este captulo se abordar el tema de la determinacin de las diferentes

componentes del caudal de aguas residuales en ambas urbanizaciones.

Llegando a este punto y observando los resultados del captulo anterior, se

encuentra que los datos obtenidos, para los hidrogramas de aguas

residuales, comparados con los de consumo de agua potable, para una de

las urbanizaciones estudiadas (El Solar), difieren en mucho con lo que la

literatura haba predicho. Tomando esto en consideracin, se analiza la

existencia de factores externos que, por su difcil deteccin, han influido

notablemente en los resultados de este estudio. Adems, la informacin

fue analizada de forma distinta en cada caso, debido a las condiciones

mencionadas al principio de este apartado.

5.1. DETERMINACIN DEL CAUDAL DE INFILTRACIN Y DE LLUVIAS

A continuacin se presentan, en un mismo grfico, tanto el caudal de

aguas residuales medido como el respectivo consumo de agua potable

registrado, como se aprecia en los grficos del 5.1 al 5.9, para apreciar

mejor el fenmeno encontrado.

5.1.1. Urbanizacin Bilbao

En esta urbanizacin el comportamiento del hidrograma de aguas

residuales fue de acuerdo con lo esperado, a excepcin de las horas en que

hubo lluvias. No existe una marcada diferencia entre las curvas de

consumo de agua potable y descarga de aguas residuales, siendo el

consumo de agua potable ligeramente superior, diferencia debida al factor

de retorno. En los grficos 5.1 al 5.4 se presentan ambas curvas para cada

da de medicin. Las lneas celestes indican los periodos de lluvia.

53

Grfico 5.1 Curvas de consumo y descarga de agua Urbanizacin Bilbao 5/5/02

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

4,5

5,0

5,5

6,0

6,5

7,0

7,5

8,0

8,5

6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

Hora

Cau

dal (

l/s)

Consumo Agua PotableDescarga Final de AlcantarilladoLluvia

Fuente: El Autor


0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

4,5

5,0

5,5

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

Hora

Consumo Agua PotableDescarga Final AlcantarilladoLluvia

Fuente: El Autor

54


Fuente: El Autor


Fuente: El Autor

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

3.5

4.0

4.5

5.0

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

Hora

Consumo Agua PotableDescarga Final Alcantarillado

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

0 1 2 3 4 5 6

Hora


55

Como se observa en el cuadro 4.1, el da 5 de mayo, hubo lluvia desde las

6:30 am hasta las 10:30 am de ese da, por lo que se puede decir que la

marcada diferencia que existe en ambas curvas, como se aprecia en el

grfico 5.1, es debida a la lluvia. Entre las 16 y las 17 horas se present

un pico atpico que muy probablemente se deba a un error de medicin.

El da 6 de mayo, de acuerdo con el mismo cuadro, se presentaron lluvias

en las siguientes horas: 3:30 am, de la 1:30 pm hasta las 5:30 pm y a las

7:30 pm. Adems, se present un problema tcnico con el equipo de

medicin de consumo de agua potable, entre la 1:30 pm y las 10 pm, que

impidi conocer la variacin del caudal en este intervalo de tiempo. Fuera

de este lapso la descarga de aguas residuales se mantuvo inferior al

consumo de agua potable, como se esperaba.

El da 7 de mayo no se presentaron lluvias, no obstante, en varios puntos,

la curva de descarga de aguas residuales super a la de consumo de agua

potable. Esto se puede deber a que en esas horas, en algunas casa, se

utilizara agua almacenada en tanques o se hubiese realizado el vaciado de

agua almacenada, como por ejemplo para la limpieza de algn tanque.

Se detect un punto donde la descarga de aguas residuales fue demasiado

baja, considerando que se present solo en dicho punto, es muy probable

que se trate de un error de medicin, por lo que se elimin dicho punto en

el clculo del caudal de infiltracin.

En la madrugada del da 8 de mayo, donde no hubo lluvias, el consumo de

agua potable fue mayor a la descarga de aguas residuales; pero como solo

abarca una pequea parte del da, esta informacin no se utilizar en

algunos clculos.

56

En las curvas de caudal de aguas residuales obtenidas para Bilbao, se

determin que el caudal de infiltracin es ligeramente menor al caudal

mnimo registrado durante el da; adems, es constante porque ambas

curvas, la de agua potable y agua residual, no presentan variaciones

significativas entre ellas, excepto donde se presentan lluvias, donde la

variacin se debe precisamente al aporte de la misma. En el cuadro 5.1 se

presentan los valores obtenido para la infiltracin y el porcentaje que

representan del caudal promedio de aguas residuales, descartando las

horas de lluvia.

Cuadro 5.1 Caudales de infiltracin obtenidos para Bilbao

Da Infiltracin (l/s)

% respecto al caudal promedio para cada da

5 Mayo 0.5 16.2 6 Mayo 0.2 9.2 7 Mayo 0.4 17.8

Promedio 0.37 14.4 Fuente: El Autor

Del cuadro anterior, se infiere que para esta urbanizacin, descartando la

lluvia, en promedio, el caudal de infiltracin es un 14% del caudal

promedio de descarga de aguas residuales.

En lo que respecta al caudal de lluvias, durante el estudio se presentaron

lluvias en dos de los tres das. Los caudales mximos registrados durante

los periodos de lluvias se muestran en el cuadro 5.2.

Cuadro 5.2 Caudales de lluvia obtenidos para Bilbao

(1) (2) Da Caudal mximo

durante lluvia (l/s) Caudal de un da sin

lluvia (l/s) (1) / (2)

5 Mayo 8.0 3.2 2.5 6 Mayo 4.3 1.6 2.7

Fuente: El Autor

57

La columna que se observa a la derecha del cuadro anterior es el nmero

de veces que, el caudal mximo registrado ese da durante una lluvia,

supera al caudal registrado a la misma hora para un da sin lluvia, en este

caso el da en que no se registraron lluvias fue el 7 de mayo. De lo anterior

se desprende que, el caudal medido durante una lluvia, lleg a superar en

2.7 veces al caudal de aguas residuales de un da tpico sin lluvia.


En esta urbanizacin el hidrograma de aguas residuales medido difiere

mucho de lo que se esperaba, ya que presenta una forma diferente e

independiente a la de su similar de consumo de agua potable, sin que sea,

necesariamente, la lluvia el factor causante de esta discrepancia. En los

grficos 5.5 al 5.9 se presentan ambas curvas para todos los das de

medicin. Las lneas celestes indican los periodos donde hubo lluvia.

Grfico 5.5 Curvas de consumo y descarga de agua Urbanizacin El Solar 16/5/02

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

Hora


Fuente: El Autor

58


0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

Hora


Fuente: El Autor


Fuente: El Autor

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

1 0

0 1 2 3 4 5 6

Hora


59


0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

Hora


Fuente: El Autor


Fuente: El Autor

0

1

2

3

4

5

6

7

8

0 1 2 3 4 5 6

Hora


60

Como se aprecia en el grfico 5.5, para el da 16 de mayo, durante

prcticamente todo el da, la descarga de aguas residuales fue mayor al

consumo de agua potable. La lluvia slo se present a las 6:30 pm, por lo

que el elevado caudal medido en al final de la red de alcantarillado

sanitario no se debe a la lluvia.

El da 17 de mayo llovi desde las 3:30 pm hasta las 5:30 pm, sin

embargo, el caudal de aguas residuales medido fue superior al consumo de

agua potable, solamente a las 9:30 am el caudal de agua potable

Documents

Estudio de Caudales en Dos Urbanizaciones