Exigencia Básica HS-5 Evacuación de aguas (y II)

Transcripción

1 10 Exigencia Básica HS-5 Evacuación de aguas (y II) A lo largo de este noveno artículo, Paloma Arrué Burillo y Antonio Manuel Romero Sedó siguen analizando la Exigencia Básica HS-5 sobre evacuación de aguas. En esta segunda entrega, los autores se centran en las aguas residuales, analizan su caudal, y el dimensionamiento de las bajantes y colectores. El artículo concluye con la explicación de los elementos que componen la instalación, su ejecución y mantenimiento. 2.2 AGUAS RESIDUALES Caudal de aguas residuales El caudal de aguas residuales viene dado en función de las unidades de descarga establecidas por la exigencia HS-5 coincidente con la bibliografía científica específica. La justificación del aumento del número de unidades de descarga (Udes) para un mismo aparato sanitario para uso público, frente al privado, viene dado por el aumento de la frecuencia de uso. Recuérdese que una unidad de descarga es una unidad de caudal equivalente a 20 litros/minuto, valor que coincide con el adoptado por la exigencia HS Dimensionamiento de las bajantes de aguas residuales La HS-5 dimensiona el diámetro de las bajantes en función del máximo número de unidades de descargas que acometen a la bajante. Parece bastante coherente, pero debe interpretarse el máximo número de unidades de descarga en el tramo de trabajo. En este apartado la HS-5 especifica que el cociente entre la sección anular ocupada por las aguas residuales y la superficie total de la sección de la bajante no debe sobrepasar un tercio, es decir: r = Ωagua 1 Ωtotal 3 Al igual que en las bajantes, el CTE no especifica la rugosidad absoluta del material utilizado. Se han realizado cálculos hidráulicos para comprobar el grado de fiabilidad del método propuesto y se ha podido comprobar que el número máximo de unidades de descargas deben ir multiplicadas por

2 un coeficiente de simultaneidad cuyo resultado viene expresado en la figura numero 10. Se observa una cierta similitud de resultados entre las curvas de cálculo obtenidas por la exigencia HS-5 con la curva propuesta por J.A. Swaffield (U.K.), aunque generalmente inferiores. Se recomienda realizar el dimensionamiento de las bajantes por el modelo analítico y empírico y compararlo con el modelo propuesto por la HS Dimensionamiento de colectores de aguas residuales En este apartado, el CTE dimensiona el diámetro de los colectores en función del número de unidades de descargas y de la pendiente de la tubería, estableciendo como condición que la altura de calado deberá estar comprendida entre el por ciento del diámetro de la tubería, aunque lo recomendable es no sobrepasar nunca el calado más del 50% del diámetro de la tubería, por razones atribuibles a variables de contorno que la propia Figura 10. Valor de K para 0 Udes exigencia HS-5 no tiene en cuenta (caudales punta, costumbres, periodo del año de estudio, emplazamiento del edificio, etc.). Se han realizado cálculos hidráulicos y se ha podido comprobar que los caudales propuestos por la HS-5 están afectados por un coeficiente de simultaneidad expresados en las figuras 11 y 12 y comparándola por la simultaneidad especificada por J.A. Swaffield (U.K.) expresada en figura 10, se 11 Figura 11. Coef. de simultaneidad para y = 0,5 D Figura 12. Coef. de simultaneidad para y = 0,75 D

3 Figura 13. Correlación entre caudal y diámetro de colector (PVC 0,4 MPa, y = 0,5 D) Figura 14. Correlación entre velocidad y diámetro de colector (PVC 0,4 MPa, y = 0,5 D) 12 observa que el CTE establece una simultaneidad menor que la adoptada en el Reino Unido, obteniendo al aplicar la HS-5 secciones de menor sección y en consecuencia menor grado de seguridad. A continuación se proponen las figuras 13 y 14 para el cálculo de colectores de PVC de una forma rápida, aplicando la simultaneidad del Reino Unido por ser más coherente desde el punto de vista hidráulico, así como más restrictiva. Se recomienda realizar el dimensionamiento de los colectores por el modelo analítico y empírico, y compararlo con el propuesto por el CTE; y establecer velocidades de circulación comprendidas entre 0,6 y 2,6 m/s. 2.3 DIMENSIONAMIENTO DE COLECTORES EN SISTEMAS MIXTOS (PLUVIALES MÁS RESI- DUALES). La HS-5 propone para dimensionar los colectores de tipo mixto (figura 15) transformar las unidades de descarga correspondientes a las aguas residuales en superficies equivalentes (Sequivalente) de recogida de aguas (pluviales) y sumarla a la correspondiente de Figura 15. Colector sistema mixto aguas pluviales reales afectadas por el edificio. Establece una superficie equivalente de 90 m 2 de cubierta para un número de unidades de descarga de hasta 250 y de 0,36 m 2 /Udes. cuando sea mayor de 250. Posteriormente si el régimen pluviométrico es distinto a i=100 mm/h, deben corregirse los valores de las superficies equivalentes por el factor f de corrección. Se recomienda dimensionar los colectores para una altura máxima de calado del 50% del diámetro y una velocidad del fluido comprendida entre 0,6 y 2,6 m/s. Sobre un ejemplo de cálculo de un colector mixto, con pendiente del 2%, en un edificio situado en Valencia, con 150 m 2 de cubierta y 500 Uds., realizado de acuerdo a la HS-5, al método empírico por Manning y analítico por Darcy-Weisbach-Colebrook, con una altura de calado del 50% del diámetro para los dos últimos modelos, un coeficiente de escorrentía Ψ = 1 y el material del colector de PVC, se han obtenido los siguientes resultados: Cálculo por el CTE : - Superficie equivalente: 500 Udes. > 250 Sequivalente = 0, = 180 m 2 - Superficie total de cálculo: Scálculo = Sequivalente + Scubierta = ( ) m 2 = 330 m 2 - Superficie corregida de la cubierta: Scorregida = Scálculo f = 330m 2 1,425 = 470, 25 m 2 En la tabla 4.9 de HS-5 se obtiene el diámetro nominal del colector de 160 mm. Modelo empírico: Ecuación de Manning. Para un coeficiente de simultaneidad de acuerdo con los valores de J.A. Swaffield (figura 11) y la intensidad pluviométrica según las Ordenanzas de Valencia de: IM = 147,6 l h m 2 se obtiene un diámetro mínimo de 172,2 mm. Analítico (mecánica de fluidos): El diámetro mínimo obtenido en este caso es de 168,94 mm. Los resultados obtenidos al aplicar el modelo del CTE son inferiores. Por ello deben interpretarse como valores mínimos. En cualquier caso es aconsejable, siempre, realizar los cálculos por los modelos empírico y analítico y compararlos con el CTE. 3. ELEMENTOS QUE COMPONEN LA INSTALACIÓN 3.1 Cierres hidráulicos El CTE marca las características en cuanto a diseño, dimensiones y montaje para minimizar posibles problemas de sifonamiento y facilitar las labores de mantenimiento. Los distintos cierres hidráulicos deben poseer una altura mínima de 50 mm, para usos continuos, y 70 mm para usos discontinuos, para minimizar los problemas de sifonamiento inducido; y máxima de 100 mm. La corona debe estar a una distancia igual o menor que 60 cm por debajo de la válvula de desagüe del aparato, y los diámetros deben aumentar en el sentido del flujo, para evitar los problemas de autosifonamiento.

4 Puede comprobarse que la altura mínima del sello hidráulico, de 50 mm de columna de agua, equivale a 490, 5 Pa y la presión máxima admitida en el interior de las bajantes es de ± 250 Pa según la HS-5. Ello da como resultado un coeficiente de seguridad de 1,96, con el fin de evitar el autosifonamiento o bien el sifonamiento inducido, lo cual es una medida muy coherente. 3.2 Redes de pequeña evacuación y bajantes El CTE establece unas pautas de trazado, distancias y pendientes encaminadas a facilitar la evacuación del caudal sin causar problemas de retenciones, oscilaciones de presión, sifonamientos; así como prevenir patologías por la interacción de la conducción sometida a vibraciones y los elementos constructivos debiendo intercalar juntas elásticas. Son pautas ampliamente utilizadas en la práctica pero que por primera vez constan con carácter obligatorio. Las bajantes se ejecutarán aplomadas y fijadas a la obra, de espesor mayor 12 cm, midiendo la distancia entre abrazaderas de 15 veces el diámetro. Las uniones de las bajantes garantizarán la impermeabilidad y permitirán el movimiento para evitar la transmisión de vibraciones a los paramentos. En edificios de más de 10 plantas, se interrumpirá la verticalidad de la bajante, con el fin de disminuir el posible impacto de caída, y la desviación se realizará con piezas especiales y el ángulo superior a 60º. Para realizar un buen diseño cabe destacar la necesidad de realizar el cálculo mecánico del empuje del agua en el codo de la bajante, para ver donde surgen las mayores tensiones y deformaciones. Se analiza a continuación, por elementos finitos, una bajante y un colector DN-110 sometido al máximo caudal, según J.A. Swaffield (U.K.), figuras 16, 17, 18 y Colectores En el caso de colectores colgados, las bajantes se conectan al colector con piezas especiales, no codos. Si la bajante es de aguas pluviales se dispondrá separada al menos 3 m de la bajante de residuales, con el único fin de reducir turbulencias. Con el fin de no interrumpir el flujo de caudal, no deben acometer en un mismo punto más de dos colectores, la pendiente será del 1% como mínimo y Colector DN-110 Figura 16. Esquema de la instalación se dispondrán registros a una distancia máxima de 15 m para facilitar las tareas de mantenimiento. Los colectores se sujetarán con abrazaderas de hierro galvanizado con forro elástico cada 1,50 m y si el tubo queda a más de 25 cm del forjado, los puntos fijos de anclaje se realizarán mediante trapecios de fijación. En el caso de colectores enterrados los tubos deben tener una pendiente del 2 % como mínimo y el encuentro de las bajantes con la red horizontal se hará con arqueta pie de bajante, disponiendo registros cada 15 m. 3.4 Arquetas En las arquetas de paso acometerán como máximo tres colectores. En las arquetas sifónicas el espesor de la lámina de agua será de 45 cm con un codo de 90º en el conducto de salida. Al final de la instalación, y antes de la acometida, debe disponerse el pozo general del edificio. Cuando la diferencia de cota entre el extremo final de la instalación y la del punto de acometida sea mayor que 1m, debe disponerse un pozo de resalto, para provocar la rotura de la energía cinética del agua y evitar patologías en la red de alcantarillado público. 3.5 Válvula antirretorno de seguridad En sistemas mixtos se deben instalar válvulas antirretorno de seguridad para evitar que problemas de sobrecarga en la red de alcantarillado remitan en la instalación del edificio, facilitándose el acceso para el registro y mantenimiento. 4. EJECUCIÓN Figura 17. Condiciones de contorno de la instalación Figura 16. COLECTOR DN-110 CARACTERÍSTICAS MECÁNICAS DE LOS MATERIALES Tubería: Policloruro de vinilo, DN-110, E = 2, N m -2, ν = 0,3825, ρ = Kg m -3, ε = 0,007 mm. Argollas: Acero, DN-110, h = 20 mm, e = 2 mm, E = 2, N m -2, ν = 0,29, ρ = Kg m -3. Figura 17 CARACTERÍSTICAS DEL AGUA Temperatura: 5ºC Viscosidad cinemática: 1, m 2 s -1 CONDICIONES DINÁMICAS Caudal: 11,648 l s -1 Espesor de la lámina: 6,875 mm (x D/16) Velocidad terminal: 6,807 m s -1 Empuje: 70,914 N Distancia entre argollas: 500 mm 4.1 Materiales Las características generales son: resistencia a la fuerte agresividad de las aguas a evacuar, impermeabilidad total a líquidos y gases, resistencia a la abrasión y a la corrosión, absorción de ruidos, etc. Los materiales reconocidos por el CTE para las canalizaciones son: tuberías de fundición, PVC, polipropileno (PP), gres y hormigón. 4.2 Pruebas de servicio En las pruebas de estanqueidad parcial se hace especial hincapié en comprobar la altura de cierre hidráulico no inferior a 25 mm, los tiempos de desagüe y vaciado sin acumulación de agua, la estanqueidad de la red hori- 13

5 14 zontal sometida a presión (entre 0,3 y 0,6 bar) durante diez minutos. Las arquetas y pozos de registro se someterán a idénticas pruebas llenándolos previamente de agua y observando si se advierte, o no, un descenso de nivel. Y se controlarán al 100 % las uniones, entronques y/o derivaciones. Las pruebas de estanqueidad total deben hacerse sobre el sistema total, bien de una sola vez o por partes pueden ser: prueba con agua (presión entre 0,3-1 bar), con aire (presión entre 0,5-1 bar constante 3 minutos) ó con humo espeso y un fuerte olor (presión de 250 Pa). 5. MANTENIMIENTO Para un correcto funcionamiento de la instalación de saneamiento, se debe comprobar: a) Periódicamente: La estanqueidad general de la red con sus posibles fugas, la existencia de olores y el mantenimiento del resto de elementos. Se revisarán y desatascarán los sifones y válvulas y se mantendrá el agua permanentemente en los sumideros, botes sifónicos y sifones individuales para evitar malos olores, así como se limpiarán los de terrazas y cubiertas. b) Cada 6 meses: se limpiarán los sumideros de locales húmedos y cubiertas transitables, y los botes sifónicos, y el separador de grasas y fangos. c) Anualmente: se revisarán los colectores suspendidos y se limpiarán los sumideros y calderetas de cubiertas no transitables, las arquetas sumidero y el resto de posibles elementos de la instalación tales como pozos de registro, bombas de elevación. d) Cada 10 años: se procederá a la limpieza de arquetas de pie de bajante, de paso y sifónicas, o antes si se apreciaran olores. RESUMEN La HS-5 aporta unas directrices mínimas que pretenden cubrir el vacío normativo, aún dejando pendiente muchos temas dentro de los cuales cabría comentar distintos aspectos importantes. En cuanto al dimensionamiento, no se define la simultaneidad utilizada para la obtención del caudal de aguas residuales y no existe mención de cuál es el periodo de retorno utilizado para la intensidad pluviométrica. Se permiten velocidades de circulación de 4 m/s NOMBRE TIPO MÍNIMO MÁXIMO Argolla nº2 Tensión de Von Mises 40,8312 N/m 2 1, N/m 2 (valores superiores a los recomendados) en los colectores que pueden provocar erosión en las tuberías y empujes muy elevados, llegando a provocar roturas del material por fatiga. Se recomienda adoptar longitudes efectivas en la ventilación secundaria más pequeñas que la propuesta por el HS- 5. Y por último, se deja a criterio del técnico, el cálculo mecánico por dilatación de la instalación en general y del aplastamiento de los colectores enterrados. Y con respecto a las pruebas de estanqueidad existe una falta de definición Nodo: Nodo: 2057 Figura 18. Cálculo de la tensión máxima (argolla nº2) NOMBRE TIPO MÍNIMO MÁXIMO Desplazamientos 1 URES: Desplazamientos 0 m 1, m resultantes Nodo: 78 Nodo: Figura 19. Cálculo de la deformación máxima (se encuentra en la parte interior del codo) de cuál es el proceso correcto de ejecución para el rango de presiones establecidas. Paloma Arrué Burillo Antonio Manuel Romero Sedó Universidad Politécnica de Valencia