ESTRUCTURAS ESPECIALES E INNOVACIONES EN SISTEMAS DE ALCANTARILLADO

Transcripción

1 ESTRUCTURAS ESPECIALES E INNOVACIONES EN SISTEMAS DE ALCANTARILLADO INGENIERÍA SANITARIA II CIV 3239 B M.Sc. Ing. Amilkar Ernesto ILAYA AYZA SIFÓN INVERTIDO En el proyecto de obras de sistemas sanitarios, la topografía local puede exigir la ejecución de obras especiales como sifones invertidos, dada la necesidad de superar obstáculos como, quebradas, ríos, canalizaciones de aguas pluviales, aductoras, cruce de túneles subterráneos (metros), etc. Siempre que sea posible se debe evitar el uso de sifones invertidos por los grandes inconvenientes que representa su conservación y mantenimiento, sin embargo muchas veces no es posible resolver de otra manera el problema de paso de depresiones. 1

2 SIFÓN INVERTIDO HIDRÁULICA DEL SIFÓN La conexión entre las dos cámaras, sifón propiamente dicho, puede ser a través de dos (2) o más conductos. Los conceptos hidráulicos aplicables, son por tanto, aquellos que corresponden a conductos forzados con perdida de carga igual a la diferencia de niveles entre la entrada y la salida. Para los cálculos de perdidas de carga distribuida, se recomienda el uso de la fórmula universal con el coeficiente de rugosidad uniforme equivalente K = 2 mm. Si se utiliza la formula de Hazen Williams se recomienda utilizar el coeficiente C = 100. Para la fórmula de Manning, se recomienda el valor de n = 0,013. 2

3 HIDRÁULICA DEL SIFÓN Para el cálculo de pérdidas de carga, localizadas o singulares, se utilizan las siguientes expresiones: En cámara de entrada al Sifón Pérdida de altura por incremento de la velocidad Hp HIDRÁULICA DEL SIFÓN Pérdida debida a los codos (ángulos) En cámara de Salida donde: A3 Area de la sección mojada del colector de salida A2 Area de la sección del sifón Por tanto la pérdida total será: 3

4 ALCANTARILLADO CONDOMINIAL Son sistemas que recogen las aguas residuales de un conjunto de viviendas que normalmente están ubicadas en un área inferior a 1 ha, mediante el ramal condominial, y que se conecta a la red pública a través de un punto de inspección. ALCANTARILLADO CONDOMINIAL La red pública puede ser ubicada en el centro de calle o avenida, pero preferentemente por áreas más protegidas del tránsito vehicular, utilizando, siempre que fuera posible, las aceras, parques y jardines existentes. 4

5 RAMAL CONDOMINIAL El Ramal Condominial es la tubería que recolecta las aguas residuales de un conjunto de edificaciones con descarga a la red pública en un punto. Según el drenaje natural del terreno, el proyectista debe definir la ubicación más adecuada del ramal condominial que atenderá cada manzano de casas, conectando todas las edificaciones hasta un punto de la red pública. 5

6 RAMAL CONDOMINIAL En el ramal condominial, la profundidad mínima debe ser aquella que estuviere por debajo de la cota de conexión predial del condominio, garantizando que éste sea tendido. Para obtener un volumen menor de excavación, siempre que sea posible, la pendiente de la tubería debe ser igual a la del terreno y la profundidad mínima recomendada es de 0,45 m. Diametro mínimo = 4 6

7 RAMAL CONDOMINIAL CAJA DE INSPECCIÓN CONDOMINIAL DE MAMPOSTERÍA (CjI-CM) Las cajas de inspección condominial (CjI-C) de mampostería de ladrillo, son los puntos singulares de conexión del ramal condominial con la casa, funciona como una caja de paso (CP) mayor, con capacidad para recibir las aguas residuales de hasta tres casas al mismo tiempo. 7

8 TUBERÍA DE INSPECCIÓN Y LIMPIEZA CONDOMINIAL (TiL-C) Es un dispositivo no visitable que permite la inspección visual y la introducción de equipos de limpieza. Esta pieza ha sido desarrollada especialmente para ser utilizada en los ramales condominiales de 100 mm de diámetro, similar a la Tubería de Inspección y Limpieza 8

9 TUBERÍA DE INSPECCIÓN Y LIMPIEZA CONDOMINIAL (TiL-C) ALCANTARILLADO POR VACIO El Drenaje por Vacío es un sistema mecánico de transporte de aguas negras que utiliza diferencias de presión del aire para crear el flujo normalmente inducido por gravedad o bombeo en los sistemas convencionales. En este sistema se requiere una estación colectora principal que genera y mantiene un vacío en las líneas de conducción construidas con tubería PVC de 3" a 10" de diámetro. 9

10 ALCANTARILLADO POR VACIO El sistema opera mediante una válvula de vacío, normalmente cerrada, con capacidad para manejar un volumen de 100 l/min, que da servicio a un grupo de casas. Esta válvula se abre automáticamente cuando cierta cantidad de aguas negras se ha acumulado en el tanque colector, admite las aguas y cierra. En este momento las aguas admitidas se mueven a una gran velocidad, impulsadas por la diferencia de presiones entre el exterior y la tubería de vacío. Las aguas alcanzan un tanque colector en la planta de vacío, de donde serán enviadas a una planta de tratamiento. 10

11 COMPONENTES PRINCIPALES Un tanque en el cual se genera el vacío, se recolectan y se descargan las aguas negras. Una red de líneas principales que proporcionan vacío a las válvulas y recolectan las aguas negras. Las válvulas de vacío, que actúan como unión entre el vacío de las líneas y el aire atmosférico de las líneas secundarias de gravedad de las casas servidas. La estación colectora es el corazón del sistema. La maquinaria instalada, similar a las estaciones de bombeo convencionales, consiste en tanques de almacenamiento y reserva de vacío, bombas de vacío, bombas de aguas negras, controles y alarmas. TANQUE Y VÁLVULA 11

12 ESTACIÓN COLECTORA TRANSPORTE DE LAS AGUAS NEGRAS Con el perfil en forma de diente de sierra y en tanto ninguna válvula de vacío este operando, no se produce flujo alguno de aguas negras. Todas las aguas negras que quedan en las líneas yacen en el fondo de la tubería cuando cesa de operar la válvula. Cuando el volumen de aguas negras en un tanque colector alcanza un determinado volumen la válvula de vacío asociada realiza un ciclo de operación. la diferencia de presión entre la línea de vacío y la atmósfera obliga a este volumen de aguas negras a ingresar al sistema. 12

13 TRANSPORTE DE LAS AGUAS NEGRAS La velocidad de flujo de las aguas negras en las líneas alcanza velocidades de 4 a 5 m/s. Esto aunado a la admisión de un volumen de aire igual al doble del volumen de aguas negras admitidas permitirá un pretratamiento de las aguas negras durante su transporte a la estación colectora. La pendiente mínima de una línea principal de vacío, sin tener en cuenta el diámetro de la tubería, es de 0.2%. La longitud típica de un alcantarillado principal por vacío va de 2,000 a 3,000 m. El más largo alcantarillado principal en funcionamiento sobrepasa las 4.5 km. VENTAJAS Reduce el tamaño de las excavaciones, al utilizar tuberías con diámetros pequeños y una pendiente mínima (0.2%) por no depender de la gravedad. Elimina las cámaras de inspección. Evita la salida de aguas residuales, pudiendo ser instalado en la misma excavación de las tuberías de agua potable. Se obtienen velocidades altas de flujo, reduciendo el riesgo de bloqueos o atascamientos. Somete a las aguas negras a un pretratamiento aeróbico al admitir un volumen de aire a alta velocidad. 13

14 TECNOLOGIA DE REHABILITACIÓN DE COLECTORES SIN ZANJA Los métodos de rehabilitación sin uso de zanjas utilizan el colector existente como una camisa receptora para la nueva tubería. Las técnicas sin zanja para la rehabilitación de colectores son un método de corrección de las deficiencias que requiere de un menor esfuerzo para la restauración del área, y que causa menos alteración y degradación ambiental que el método tradicional de excavación y reemplazo. CLASIFICACIÓN Los métodos sin zanja para la rehabilitación de colectores incluyen: La fractura de la tubería, o expansión dentro del colector, La inserción de revestimiento, La tubería endurecida en el punto de aplicación; y El revestimiento con modificación de la sección transversal. 14

15 FRACTURA DE LA TUBERÍA O EXPANSIÓN DENTRO DEL COLECTOR La fractura de la tubería, o expansión dentro del colector, es el método mediante el cual la tubería existente es forzada hacia el exterior y dilatada por medio de una herramienta de expansión. El método de PipeburstingTM, patentado en 1980 por la British Gas Company, fue aplicado en forma satisfactoria por la industria de tuberías de conducción de gas antes de que su aplicabilidad fuera identificada por otras agencias de servicios públicos con infraestructura subterránea. FRACTURA DE LA TUBERÍA O EXPANSIÓN DENTRO DEL COLECTOR Durante la expansión de la línea, la tubería existente es utilizada como guía para insertar el cabezal de dilatación (pieza de la herramienta que rompe o fractura la tubería). El cabezal de dilatación, generalmente arrastrado mediante una barra y un montacarga de cable, incrementa el área disponible para la nueva tubería al forzar la tubería existente en forma radial hacia el exterior hasta producir el rompimiento. El dispositivo que realiza la fractura arrastra detrás de sí la nueva tubería. 15

16 FRACTURA DE LA TUBERÍA O EXPANSIÓN DENTRO DEL COLECTOR Sin embargo, debido a que las cargas dinámicas pueden causar el movimiento de los suelos cercanos resultando en la presión adicional y en el hundimiento del terreno las cargas estáticas se utilizan sólo en donde las condiciones de la tubería y del suelo lo permiten. FRACTURA DE LA TUBERÍA O EXPANSIÓN DENTRO DEL COLECTOR 16

17 INSERCIÓN DE REVESTIMIENTO La inserción de revestimiento es un método para la rehabilitación sin zanjas cuya eficacia está bien establecida. Durante el proceso de inserción un nuevo revestimiento de menor diámetro se coloca dentro de la tubería existente. En el espacio anular, el área entre la tubería existente y la tubería nueva, generalmente se pone un lechado de cemento para prevenir filtraciones y para proporcionar integridad estructural. Si el espacio anular entre las secciones no es lechado, el revestimiento nuevo no se considera estructural. INSERCIÓN DE REVESTIMIENTO En la mayoría de las aplicaciones de inserción de revestimientos, las cámaras de inspección no pueden funcionar como puntos de acceso apropiados para realizar la rehabilitación. En estos casos, una excavación de inserción debe hacerse en cada segmento del colector. Debido a este requerimiento, la mayoría de las aplicaciones de inserción del revestimiento no constituyen una técnica completamente sin zanjas. Sin embargo, la excavación requerida es considerablemente menor a la realizada con el método tradicional de excavación y reemplazo. 17

18 INSERCIÓN DE REVESTIMIENTO INSERCIÓN DE REVESTIMIENTO 18

19 INSERCIÓN DE REVESTIMIENTO TUBERÍA ENDURECIDA EN EL PUNTO DE APLICACIÓN Duante el proceso de rehabilitación de un colector por endurecimiento de la tubería en el punto de aplicación (cured-in-place pipe, CIPP), dentro de la tubería existente se inserta un tubo flexible de revestimiento cubierto con una resina fraguada térmicamente, la cual se endurece para formar la nueva tubería. Normalmente el tubo de revestimiento es insertado en la tubería existente. El tubo flexible de revestimiento sostiene la resina en posición hasta cuando el tubo es insertado dentro de la tubería existente y existente a través de los pozos de acceso esté listo para el endurecimiento. 19

20 TUBERÍA ENDURECIDA EN EL PUNTO DE APLICACIÓN TUBERÍA ENDURECIDA EN EL PUNTO DE APLICACIÓN 20

21 REVESTIMIENTO CON MODIFICACIÓN DE LA SECCIÓN TRANSVERSAL Los métodos para el revestimiento con modificación de la sección transversal incluyen los métodos de deformación y reformación, el tratamiento químico (swageliningtm) y la compresión mecánica (rolldown). Estos métodos modifican el contorno de la sección transversal de la tubería o reducen su área transversal de manera tal que el revestimiento pueda ser desplegado a lo largo de la tubería existente. Posteriormente se hace la expansión del revestimiento para que se amolde al tamaño de la tubería existente. REVESTIMIENTO CON MODIFICACIÓN DE LA SECCIÓN TRANSVERSAL Un ajuste apretado se obtiene una vez que el revestimiento doblado se expande dentro del diámetro de la tubería existente por el calor y la presión aplicados. 21

22 SIN ZANJA La mayoría de las aplicaciones sin zanjas para la rehabilitación requieren que las tuberías laterales estén cerradas por un período de 24 horas. El tratar de coordinar con los dueños de las propiedades la suspensión temporal del servicio puede ser una tarea muy difícil y no bien recibida. 22