INSTITUTO TECNOLOGICO DE OAXACA

Transcripción

1 INSTITUTO TECNOLOGICO DE OAXACA INGENIERIA SANITARIA Y ALCANTARILLADO. ING. PEDRO RODRIGUEZ RUIZ. INGENIERO CIVIL Y ROFESOR DE CARRERA DEL DEPTO DE CIENCIAS DE LA TIERRA, ITO.

2 Los apuntes de ingeniería sanitaria y alcantarillado están preparados para la enseñanza en la carrera de ingeniería civil apegada al programa de estudios vigente didáctica en la presentación y contenido de las actividades que se llevan acabo y de la Que debes tomar en cuenta para lograr una adecuada y eficaz disposición de las aguas negras y disposición final de los residuos sólidos, todo con un objetivo de contribuir a ser conciencia en la conservación de un ambiente mas sano y buscar un mayor nivel de bienestar para todos los seres humanos que habitan en el planeta tierra. Los temas tratados en estos apuntes están organizados en tres capítulos, en el primer capitulo se describe los tipos y conceptos básicos que deben conocer y saber los proyectistas de alcantarillado sanitario así como los estudios previos que deben realizar antes de pasar a la formulación del proyecto, también se aborta la aplicación de la normatividad en el proyecto y construcción de u n sistema de alcantarillado. En el capitulo dos se describen los diferentes métodos de tratamiento de las aguas residuales y características de la misma. Y en el capitulo tres se describen las características de los desechos sólidos, así como los métodos de tratamiento para la disposición final de los desechos sólidos municipales (la basura). Abordando la problemática desde el punto de vista social, económica, política y cultural. ING. PEDRO RODRIGUEZ RUIZ 1

3 CAPITULADO INGENIERIA SANITARIA Y ALCANTARILLADO Capitulo I ALCANTARILLADO SANITARIO Introducción. Definiciones. Evolución 1.1 Elementos para un proyecto de alcantarillado Tipos de alcantarillado Requisitos de un sistema de alcantarillado Estudio socioeconómico Estudio topográfico Estudio geotécnico Estudio de impacto ambiental Estudio de factibilidad económica y financiera Calculo de la población Partes de una red de alcantarillado Partes y accesorios de una red de alcantarillado Proyecto de una red de alcantarillado Trazo geométrico de una red Clases de tuberías pruebas a las que deben someterse las tuberías de concreto Dotación y aportaciones Cálculo de gastos Nomogramas de Manning y Harmon Cálculo hidráulico Casos para e calculo hidráulico de la red Problemas Instalacion del novahol Instalacion del novaloc Normas para pruebas a las tuberías Costos de operación y construcción de una red de alcantarillado Presupuesto de una red de alcantarillado Presupuesto de estaciones de bombeo y plantas de tratamiento de aguas residuales. 1.5 Descripcion del proceso constructivo de un sistema de alcantarillado ING. PEDRO RODRIGUEZ RUIZ 2

4 PRESENTACION La formulación de estos apuntes de ingeniería sanitaria y alcantarillado están basados en el programa de estudios de la materia vigente como ayuda a la preparación de los estudiantes de ingeniería civil y a los profesionistas dedicados al estudio, proyectos y construcción de obras de alcantarillado sanitario, plantas de tratamiento de aguas residuales y la construcción de obras para la disposición final de los residuos sólidos. Jóvenes estudiantes pongo en sus manos estos apuntes que he recopilado de varios textos que sobre el tema existen otros adoptados y algunos temas son producto de mi experiencia profesional en el estudio, proyecto y construcción de redes de alcantarillado sanitario, de la supervisión en la construcción de plantas de tratamiento y de los métodos de construcción para la disposición final de los residuos sólidos urbanos. En esta ocasión presentan los apuntes de ingeniería sanitaria y alcantarillado en el cual se describen todos los aspectos relacionados con el estudio, proyecto y construcción de redes de alcantarillado, platas de tratamiento de aguas residuales y dese4chos sólidos, apegados al programa vigente de estudios. Tengo que agradecer al ingeniero José Luis García Carrasco por su valida colaboración y a los alumnos que realizaron la captura de todo el material y sus comentarios. Mi anhelo es que esto ayude a elevar el nivel académico en el instituto, que los alumnos se motiven a estudiar y a leer este trabajo y desarrolle su conocimiento y razonamiento de manera rápida y fácil. ING. PEDRO RODRIGUEZ RUIZ julio /2005 ING. PEDRO RODRIGUEZ RUIZ 3

5 INTRUDUCCION INGENIERIA SANITARIA Y ALCANTARILLADO Una de las principales preocupaciones de los tres niveles de gobierno es la necesidad que atraviesan la mayoría de las localidades en proceso de desarrollo y es la carencia del servicio de alcantarillado de aguas negras. El nivel de sanidad de una localidad depende en un 90% de los sistemas con los que cuenta para desalojar sus desechos, por lo que la elaboración de estos apuntes sobre ingeniería sanitaria y alcantarillado sanitario son fundamentales para aprender el estudio proyecto y construcción de las redes de alcantarillado (drenaje) sanitario urbano. La eliminación de las aguas negras, es el problema mas común de todas las ciudades del mundo, por ello el sistema de alcantarillado de aguas negras es una forma de beneficiar en general a una población que carezca de el. En esta sección se trataran los diferentes sistemas alternativos de tratamientos de las aguas residuales a tratar. Trataran las características físicas, químicas y biológicas de las aguas residuales domesticas o municipales, así como trataran tomando como base la cantidad y calidad de las aguas crudas a tratar y las normas de calidad con las que deben de cumplir el efluente de la planta de tratamiento. El acelerado proceso de urbanización, el crecimiento industrial y la modificación de los patrones de consumo han originado un incremento en la generación de residuos sólidos, aunado a ello se carece de capacidad financiera y administrativa para dar tratamiento adecuado a estos problemas. La generación per. Capita de residuos sólidos, se ha incrementado en las ultima cuatro décadas hoy en días es del para México y el para la ciudad de Oaxaca de Juárez. Sus características han cambiado, de biodegradables, a elementos de lenta y difícil degradación, del volumen total generado, el 90% no cuenta con almacenamiento; solo se recolecta el 90%, con técnicas y equipos deficientes, hoy en día se da tratamiento al 15% y la disposición final de un 85% se realiza en tiraderos a cielo abierto. Los residuos industriales han aumentado exponencialmente, estimándose que solo el 4% de ellos reciben tratamiento medianamente aceptable y una intima porción es reciclada; problemas graves en las grandes ciudades, zonas turísticas e industriales. Las poblaciones medianamente pobladas y grandes están depositando sus residuos sólidos a tiraderos a cielo abierto, sin ningún tratamiento, las poblaciones pequeñas carecen del servicio de recolección y disposición final, por lo que son tirados a cuerpos de agua, orillas de carreteras y en terrenos baldíos. Se abordaran temas de caracterización de la basura, generacion, recolección, tratamiento, transporte y disposición final de los residuos sólidos con las tablas del artículo de la ley general de equilibrio ecológico y apegado a la norma oficial mexicana NOM Aquí abordaremos los métodos de disposición final de los residuos sólidos como son: relleno sanitario seco, relleno sanitario húmedo, incineración composteo y plantas de tratamiento de residuos sólidos. ING. PEDRO RODRIGUEZ RUIZ 4

6 Introducción En el desarrollo de las localidades urbanas, sus servicios en general se inician con un precario abastecimiento de agua potable y van satisfaciendo sus necesidades con base en obras escalonadas o bien de su economía. Como consecuencia se presenta el problema del desalojo de las aguas servidas o aguas residuales. Se requiere así la construcción de un sistema de alcantarillado sanitario para eliminar las aguas negras que produce una población, incluyendo al comercio y a la industria. Definición Sistema de alcantarillado: Es una red de conductos y accesorios generalmente subterráneos, extendidos en toda la localidad y a través de la cual se desalojan las aguas residuales en forma rápida y segura para llevarla a un lugar de vertido, el destino final de las aguas servidas podrá ser, previo tratamiento, desde un cuerpo receptor hasta el rehúso, dependiendo del tratamiento que se realice y de las condiciones particulares de la zona de estudio, con el fin de que no causen daños. Una localidad enfrenta dos necesidades básicas en materia de alcantarillado: el desalojo de las aguas negras producidas tanto por la población como por las actividades industriales y comerciales que en ella se llevan acabo y el desalojo de las aguas de lluvia. Las aguas negras se producen en forma continua y aumentan en cantidad conforme la población crece y diversifica sus actividades socioeconómicas; producen enfermedades infecciosas, afectan la salud y el medio ambiente, y por tanto deben ser tratadas antes de ser descargadas en ríos, lagos u otros cuerpos de agua o de ser reutilizadas para la agricultura, riego de jardines u otras actividades. Evolución de lo sistemas de alcantarillado en México. En forma cronológica, la evolución de los sistemas de alcantarillado de la ciudad de México pueden observarse en los siguientes datos históricos: Actualmente los sistemas de drenaje profundo y semiprofundo de la ciudad de México constituye la columna vertebral de todo el sistema de desagüe. Consta de varios interceptores que fluye hacia un mismo conducto para evacuar las aguas negras y pluviales. Por sus características de construcción y por la profundidad en que se encuentran, no son afectados por el hundimiento de la ciudad de México y operan por gravedad. La reseña histórica sobre el alcantarillado en general y sobre el de la ciudad de México en particular, ilustra el esfuerzo humano realizado para dotarse de esta infraestructura básica. Sin embargo, en el caso de México, la magnitud de lo que falta por hacer es todavía muy grande y se percibe mejor cuando se toma conciencia de que al terminar el siglo XX, México es un país constituido por aproximadamente 200 ciudades medianas y grandes y acerca de 100, 000 pequeñas localidades. Las primeras, sometidas a un proceso acelerado de crecimiento y concentración de la población que demanda nuevos servicios de drenaje y alcantarillado, y las segunda con una carencia casi absoluta de ellos que presentan, además, la casi insalvable dificultad de su dispersión territorial. Con respecto a los alcantarillados, los avances mas destacados pueden agruparse en cuanto al diseño, construcción, equipos y mantenimiento. a) Relacionados con el diseño. Destaca el desarrollo de nuevas técnicas de cálculo en hidrología urbana y el empleo de computadoras para el diseño de alcantarillados con optimización económica empleando programación dinámica. b) Relacionado con la construcción. Métodos modernos para la programación de tiempos de construcción y control de obras. Mejores equipos para excavación, perforación, compactación y trazo de conductos. Nuevos materiales para las tuberías. c) Relacionados con equipos. Se dispone actualmente de mejores materiales y quipos más eficientes de bombeo. Se menciona el reciente empleo masivo de los equipos de tornillo. Equipos de medición más confiables y de simple operación. d) Relacionados con el mantenimiento. En este se han desarrollado múltiples y ventajosos dispositivos para limpieza, incluyendo circuitos cerrados de televisión y sistemas modernos para la prevención del ataque químico a las tuberías de concreto por la producción de ácido sulfhídrico. ING. PEDRO RODRIGUEZ RUIZ 5

7 1.1 - Elementos para un proyecto de alcantarillado Tipos de alcantarillado. Existen tres tipos de sistemas de alcantarillado que adquieren su denominación por la naturaleza de las aguas que transportan: a) Sistema separado de aguas negras.- Es aquel que se diseña únicamente para recibir las aportaciones de aguas tanto domesticas como industriales, con el fin de alejarlas. b) Sistema separado de aguas pluviales.- Es aquel que se proyecta únicamente para captar las aguas de lluvia, proyectando conductos por todas las calles para recibir y conducir las aguas de lluvia hasta un lugar donde no produzcan molestias ni daños, o bien proyectando estructuras de captación, evitando se acumulen y tomen fuerza de arrastre. c) Sistema combinado. Es aquel sistema de alcantarillado que sirve para captar y conducir por la misma red de conductos, tanto las aguas negras o residuales como las aguas de lluvia. Elección del tipo de sistema. Para elegir un sistema de alcantarillado es preciso analizar la mayor cantidad de factores que inciden en el problema a resolver, lo que permitirá justificar económica y técnicamente su elección. Tomando en cuenta las necesidades de saneamiento de las poblaciones, la primera prioridad por atender será la de desalojar las aguas de desecho o aguas negras y, en segundo termino, evitar los riesgos y molestias que causan las aguas de lluvia. Dependiendo de las características económicas de la población y de las condiciones topográficas, se podrá optar por un sistema separado y de aguas negras, un sistema pluvial, o uno combinado. Otros factores que intervienen en la elección son la necesidad y factibilidad de tratamiento de las aguas negras y las posibles exigencias de bombeos a la red. Si la configuración topográfica de la población permite el desalojo superficial de las aguas de lluvia, es recomendable optar por el sistema separado de aguas negras. Por otra parte, si la configuración topográfica no permite el desalojo de las aguas de lluvia en forma superficial y, además, el potencial económico de la población no puede absorber el costo de las obras de un sistema combinado o pluvial, entonces es pertinente proyectar primero el desalojo de las aguas negras por medio de un sistema separado que las conduzca hasta un sitio adecuado y fuera de la localidad, dejando para etapas posteriores la solución al problema pluvial Requisitos que debe satisfacer un sistema de alcantarillado Toda red de alcantarillado correctamente proyectada debe cumplir con los siguientes requisitos: 1. Localización adecuada 2. Seguridad en la eliminación 3. Capacidad suficiente 4. Resistencia adecuada 5. Profundidad de instalación apropiada 6. Facilidad para la limpieza e inspección. 1.- Localización adecuada. Los conductos de una red de alcantarillado deben instalarse coincidiendo con los ejes de las calles. Cuando la calle es muy ancha se localizan dos conductos, una a cada lado próximo a las guarniciones de las banquetas. La red deberá estar constituida por tramos rectos que encaucen las corrientes por el corto hacia el lugar de vertido, evitando la formación de contracorrientes. Los colectores deberán quedar alojados en las calles que tengan las elevaciones de bajas para facilitar el escurrimiento de las zonas elevadas hacia ellos. camino mas terreno mas Se procurara que los conductos de la red trabajen siempre a gravedad, evitando hasta donde sea posible el establecimiento de estaciones de bombeo que encarecen la construcción del sistema. 2.- Seguridad en la eliminación. La eliminación de las aguas negras debe hacerse en forma rápida y sin causar molestias ni peligros a la comunidad, para lo cual deben cuidarse los siguientes aspectos: o Utilizar conductos cerrados para evitar que aparezca a la vista el repugnante aspecto de las aguas negras, y para resguardar al usuario de los malos olores producto de la ING. PEDRO RODRIGUEZ RUIZ 6

8 o o o INGENIERIA SANITARIA Y ALCANTARILLADO putrefacción de las materias en ellas contenidas. La conducción en despoblado puede verificarse utilizando canal abierto, pero tan pronto como los limites de la zona se expandan hacia el sitio de vertido, es preciso construir el conducto emisor. Las pendientes de escurrimiento del agua dentro de los conductos deben ser tales que, en condiciones de velocidad mínima, no permita que se depositen las materias que llevan las aguas negras y en condiciones de velocidad máxima, no se produzca erosión de las tuberías ni dislocación de las mismas por desgaste de sus juntas. Los conductos deben estar fabricados con el material más apropiado y compatible con las condiciones económicas de la localidad, además de ser impermeables para evitar contaminaciones por filtraciones o fugas. Adecuada ventilación para evitar la acumulación de gases corrosivos o gases explosivos. Los pozos de visita de la red sirven a este propósito y, por tanto, su localización y número deben decidirse con acierto para que el escape de los gases sea el mas apropiado. 3. Capacidad suficiente. La red de alcantarillado debe proyectarse con suficiencia para conducir en condiciones de seguridad, el volumen máximo de aguas por eliminar, a fin de que el alejamiento sea rápido y no se provoquen estancamientos y por ende depósitos indeseables y daños. 4. Resistencia adecuada. Los conductos deben resistir los esfuerzos a que están sujetos, tanto interior como exteriormente, procurando que los materiales utilizados en su construcción sean lo suficientemente impermeables para evitar fijas perjudiciales de aguas negras; además, deben resistir lo mejor posible el ataque corrosivo de los gases emanados de las aguas negras. 5. Profundidad apropiada. La profundidad de instalación de los conductos de la red, debe ser suficiente para evitar rupturas ocasionadas por el efecto de cargas vivas, además de asegurar la correcta conexión de las descargas domiciliarias y garantizar un buen funcionamiento hidráulico. 6. facilidades para la limpieza e inspección. Es imposible que una red de alcantarillado se conserve limpia por si sola, ya que las materias en suspensión tienden a sedimentarse y a adherirse a las paredes de los conductos, aun cuando la velocidad del agua sea superior a lo limites mínimos. Por tanto, es necesario inspeccionarla y desazolvarla periódicamente para conservar los conductos en las mejores condiciones de funcionamiento hidráulico Estudio socioeconómico. El objetivo de estos estudios es el de medir la contribución del proyecto en la necesidad del servicio, así como la aceptación de la obra por los beneficiados y la capacidad, deseo de pago de estos. Para el logro del objetivo, se requerirá recopilación información de variables, cualitativas y cuantitativas de aspectos sociales, económicos y demográficos de la comunidad. El análisis de esta información nos va a permitir conocer la situación social-económica de la localidad, dándonos como resultado: El impacto del proyecto. La aceptación o rechazo de la obra. Deseo de pago por el servicio. Capacidad de pago por el servicio. En la formulación de un proyecto de alcantarillado requiere de estudios e investigaciones previas, tanto de campo como de gabinete, que permita al ingeniero proyectista concebir con la mayor amplitud de criterio la solución o soluciones posibles a los problemas sanitarios de una localidad. De la cantidad y calidad de información previa que se obtenga y de su selección y procesamiento, dependerán las características, eficiencia y costos del proyecto futuro. Las investigaciones de campo y los estudios de gabinete previos, deberán realizarse con la mayor seriedad y responsabilidad, pues de ellos depende que las distintas fases o etapas de la formulación del proyecto, se realicen con eficacia y se justifique técnica y económicamente. a) Datos históricos. Este punto se refiere a los sucesos históricos que han influido en la evolución de una población objeto de estudio (fecha de fundación, significado del nombre de la población). b) Localización geográfica. En este punto se especifican: Limites políticos Coordenadas geográficas como (latitud, longitud y altitud con respecto al nivel del mar). ING. PEDRO RODRIGUEZ RUIZ 7

9 c) Categoría política. En este punto se especifica la categoría política de la población, agencia municipal, municipio, ranchería, colonia, delegación, distrito y estado al que pertenece. d) Orografía. En este punto se describe la situación topográfica de la población a estudiar. e) Hidrografía. Aquí se describe muy claramente si en la población o en las proximidades de ella de ésta pasa algún río de importancia o únicamente escurrimientos temporales. f) Meteorología. Se refiere a cada uno de los fenómenos atmosféricos principalmente: Temperatura Precipitación pluvial Clima g) Vías de comunicación y transporte. Lo primero es una explicación de como se llega a la población desde un punto principal de la región, condiciones del camino y el segundo punto se refiere a los medios de auto transportes con que cuenta la población para trasladarse a lugares de importancia. h) Servicios públicos. En este punto se describen todos los servicios con que cuenta la población. Agua potable Energía eléctrica Pavimentación y banquetas Mercados Rastros Campos deportivos Instituciones educativas Servicios asistenciales Primeros auxilios Medicina general Planificación familiar Inmunizaciones i) Plano actualizado de la planimetría de la población a escala 1: 2, 000 en la cual se indique: Número de habitantes por manzana Número de predios por frente de calles Edificios públicos, jardines y lugares notables. j) Plano del plan de desarrollo urbano, en el cual se indique: Cobertura del proyecto Usos del suelo con sus densidades correspondientes. k) Plano de la localidad, en el cual se indique: Clases de pavimentos y banquetas Sondeos en diferentes puntos de la población para determinar su clasificación con fines de excavación Profundidad del agua freática. l) plano topográfico actualizado de la localidad a escala 1: 10, 000, con curvas de nivel a una equidistancia de un metro. m) Plano topográfico actualizado de la localidad a escala 1 : 2, 000 en el cual se indique: Curvas de nivel a una equidistancia de un metro Nomenclatura de sus calles Elevaciones del terreno obtenidas de nivelación directa, en los cruceros de las calles y en puntos donde existan cambios de pendiente o de dirección del eje de las calles. ING. PEDRO RODRIGUEZ RUIZ 8

10 n) Levantamiento topográfico de la localización del trazo del emisor (planta y perfil) a escala horizontal 1:1, 000, hasta el lugar donde se ubicara la planta de tratamiento y sitio de vertido. o) Levantamiento topográfico de la zona de tratamiento con curvas de nivel a una equidistancia de 50 cm. indicando: Valor por hectárea Características geológicas del terreno Profundidad del agua freática Pruebas de permeabilidad Temperatura media Precipitación pluvial Evaporación Vientos dominantes. p) Levantamiento del sitio de vertido: Sección transversal del cauce receptor Niveles de agua: mínimo, medio, máximo y máximo previsto Caudales correspondientes. q) Plano actualizado de la red existente (emisor, colectores, subcolectores y atarjeas), indicando de las tuberías existentes: Elevación del terreno y plantilla en cada pozo de visita Pendiente geométrica Diámetro Sentido de escurrimiento Estado de conservación de las mismas. r) Localización de las estaciones de bombeo y planta de tratamiento, indicando sus características y estado de conservación Estudio topográfico. Son el conjunto de datos obtenidos en el campo y operaciones y cálculos realizados en gabinete, que se plasman gráficamente en un plano elaborado a una escala determinada y que sirve para proyectar sobre el, el sistema de alcantarillado. De un correcto levantamiento topográfico del terreno que refleje con precisión sus puntos principales, alturas detalles y curvas de nivel, dependerá el proyecto Estudio geotécnico. El estudio geotécnico se realizara para conocer la capacidad de carga del suelo, pero estará en función del tipo obra complementaria a construir. Los ensayes que deberá realizarse a los suelos para su identificación son: contenido de humedad, peso volumétrico seco suelto, granulometría, peso especifico relativo, resistencia al esfuerzo cortante etc Estudios de impacto ambiental. Desde la década de 1970 se acelero la conciencia ecológica y la sociedad comenzó a entender que el origen de los problemas ambientales se encontraba en las estructuras económicas y productivas de la economía y dado que los principales problemas que aquejan al medio ambiente tienen su origen en los procesos productivos mal planificados y gestionados, es precisamente mediante la transformación de tales sistemas como se podía acceder a una mejora integral del medio ambiente. Podría definirse el Impacto Ambiental (IA) como la alteración, modificación o cambio en el ambiente, o en alguno de sus componentes de cierta magnitud y complejidad originado o producido por los efectos de la acción o actividad humana. Esta acción puede ser un proyecto de ingeniería, un programa, un plan, o una disposición administrativojurídica con implicaciones ambientales. Debe quedar explícito, sin embargo, que el término impacto no implica negatividad, ya que éste puede ser tanto positivo como negativo. ING. PEDRO RODRIGUEZ RUIZ 9

11 Estudios de factibilidad económica y financiera. Nos determina la posibilidad de realizar la obra en función de la capacidad de pago de la población, tomando como base los resultados del estudio socioeconómico y las condiciones financieras de la institución otorgante del crédito Calculo de la población. 1.- periodo económico del proyecto: Se denomina periodo económico de proyecto al número de años para el cual se diseña una obra de alcantarillado bajo el supuesto de que durante ese periodo se proporcionara un servicio suficiente y eficiente, sin incurrir en costos innecesarios. El periodo económico de proyecto, se asocia al crecimiento previsible de la población y al monto de las inversiones requeridas, así como a las necesidades de operación. Por estas razones, su elección debe apoyarse en un estudio previo de posibilidades de financieras de la población por servir. En general, se aceptaba en México que el período económico de un proyecto de alcantarillado variaba de 20 a 25 años. Sin embargo, en la actualidad, de acuerdo con la población por servir y los resultados del estudio socioeconómico que se realizará para su determinación, se aceptan como periodo económico de proyectos los siguientes parámetros: Para localidades entre 2,500 a 15,000 usuarios de 6 a 10 años * Para localidades mayores a 15,000 usuarios de 15 a 20 años Métodos para determinar la población de proyecto y/o futura para un sistema de alcantarillado sanitario: Aritmético, geométrico por porcentaje, geométrico por incremento medio total, malthus y extensión grafica Partes de una red de alcantarillado Partes y accesorios de una red de alcantarillado. a) Albañales. Conductos que recolectan las aportaciones de aguas residuales de una casa o edificio y las entregan a la red municipal. Estos pueden ser: albañal interior y es el que se encuentra dentro del predio, albañal exterior o descarga domiciliaria, porque se localiza del parámetro exterior de la casa o edificio al entronque con el conducto. b) Atarjeas. Son las tuberías de diámetro mínimo dentro de la red, que se instalan a lo largo de los ejes de las calles de una localidad y sirven para recibir las aportaciones de los albañales o descargas domiciliarias. c) Subcolector. Conductos provenientes de las atarjeas y, por tanto, tienen un diámetro mayor. Sirven también como líneas auxiliares de los colectores. d) Colector. Es la tubería que recoge las aguas negras de las atarjeas. Puede terminar en un interceptor, en un emisor o en la planta de tratamiento. No es conveniente conectar los albañales (tuberías de 15 y 20 cm) directamente a un colector de diámetro mayor a 76 cm, debido a que un colector mayor a este diámetro generalmente va instalado profundo; en estos casos el diseño debe prever atarjeas paralelas madrinas a los colectores, en las que se conectan los albañales de esos diámetros, para luego conectarlas a un colector, mediante un pozo de visita. e) Emisor. Conducto comprendido entre el final de la zona urbana de una localidad y el sitio de vertido. f) Interceptor. Conducto abierto o cerrado que intercepta o desvía las aguas pluviales. g) Disposición final. Una vez sometidas a tratamiento las aguas residuales se podrán verter a corrientes naturales o usarlas para riego. Por otra parte tenemos los accesorios que permiten el funcionamiento de una red de alcantarillado: h) pozos de visita. Estructura que permite la inspección, limpieza y ventilación de la red de alcantarillado, se utilizan para la unión de dos o varias tuberías en todos los cambios de diámetro, dirección y pendiente. i) Pozos comunes. Son pozos de visita que tienen forma cilíndrica el la parte interior y troncocónica en la parte superior. Tienen un diámetro interior de 1.2 m y se utilizan en tuberías de hasta 0.61 m de diámetro. ING. PEDRO RODRIGUEZ RUIZ 10

12 j) Pozos especiales. Al igual que los pozos de visitas comunes, tienen forma cilíndrica en la parte inferior y troncocónica en la parte superior. Presentan un diámetro interior de 1.5 m para tuberías de 0.76 a 1.07 m de diámetro, y 2.0 m de diámetro interior para tuberías con diámetro de1.22 m. k) Pozos caja. Los pozos caja están formados por el conjunto de una caja de concreto reforzado y una chimenea de tabique idéntica a la de los pozos comunes y especiales. Generalmente a los pozos caja cuya sección horizontal es rectangular, se les llama simplemente pozos caja y se utilizan en tuberías con diámetros de 1.52 m en adelante. l) Pozos caja de unión. Son pozos caja de sección horizontal en forma de polígono irregular que se utiliza para unir tuberías de 0.91 m en adelante con tuberías de diámetros mayores a 1.52 m. m) Pozos caja de deflexión. Son pozos caja que se utilizan para dar deflexiones máximas de 45 en tubería de diámetros a partir de 1.52 m. n) Estructuras de caída. Estructuras que permiten efectuar en su interior los cambios bruscos de nivel, por condiciones topográficas o por tenerse elevaciones obligadas para las plantillas de algunas tuberías. Las estructuras de caída que se utilizan son: caídas libres, pozos con caída adosada, pozos con caída y estructuras de caída escalonada. o) Caída libre. Es la caída permisible en los pozos de visita hasta de 0.5 m sin la necesidad de utilizar alguna estructura especial (no se considera en este caso las uniones o claves de la de las tuberías. p) Pozos con caída adosada. Son pozos de visita comunes, especiales o pozos caja a los cuales lateralmente se les construye una estructura que permite la caída en tuberías de 20 a 25 cm. de diámetro con un desnivel hasta de 2.00 m. q) Pozos con caída. Son pozos constituidos también por una caja y una chimenea a los cuales, en su interior se les construye una pantalla que funciona como deflector del caudal que cae. Se construye para tuberías de 30 a 76 cm. de diámetro y con un desnivel hasta de 1.50 m. r) Estructuras de caída escalonada. son estructura de caída escalonada cuya variación es de 50 a 50cm hasta 2.50 m como máximo; están provistas de una chimenea a la entrada de la tubería con mayor elevación de plantilla. Se emplean en tuberías con diámetros de 0.91 a 3.05 m. s) Sifón invertido. Obra accesoria utilizada para cruzar alguna corriente de agua, depresión del terreno, estructura, conducto o viaducto subterráneos, que se encuentren al mismo nivel en que debe instalarse la tubería. t) Cruce elevado. Estructura utilizada para cruzar una depresión profunda como es el caso de algunas cañadas o barrancas de poca anchura. u) Estructura de descarga. Obra de salida o final del emisor que permite el vertido de las aguas negras a un cuerpo receptor; puede ser de dos tipos, recta y esviajada. v) Contaminación de un cuerpo de agua. introducción o emisión en el agua, de organismos patógenos o sustancias toxicas, que demeriten la calidad del cuerpo de agua. w) Tratamiento. Es la remoción en las aguas negras, por métodos físicos, químicos y biológicos de materias en suspensión, coloidal y disuelta. FIGURA 1 PARTES DE QUE CONSTA UN SISTEMA DE ALCANTARILLADO CABEZA DE ATARJEA ATARJEA SUBCOLECTOR POZO DE VISITA COMUN POZO DE VISITA ESPECIAL EMISOR ING. PEDRO RODRIGUEZ RUIZ 11

13 Obras accesorias. Las obras accesorias comúnmente usadas para mantenimiento y operación del sistema de alcantarillado son: Descarga domiciliaria. Pozos de visita Estructuras de caída Sifones invertidos Cruces elevados Cruces con carreteras y vías de ferrocarril Cruces con ríos, arroyos o canales. A continuación se hace una descripción de sus características y funciones. Descarga domiciliaria. La descarga domiciliaria o albañal exterior es una tubería que permite el desalojo de las aguas servidas, de las edificaciones a la atarjea. La descarga domiciliaria se inicia en un registro principal, localizado en el interior del predio, provisto de una tapa de cierre hermético que impide la salida de malos olores, con un diámetro mínimo de 15 cm., una profundidad mínima de 60cm y una pendiente mínima del 1%; se conecta a la atarjea por medio de un codo de 45 y un slant. Se debe garantizar que la conexión del albañal a la atarjea, sea hermética. Dependiendo del tipo de material de la atarjea o colector, se debe de seleccionar de preferencia el mismo material en la tubería de albañal y en las piezas especiales, así como el procedimiento de conexión correspondiente. A continuación se describen los procedimientos de instalación y las piezas usadas en las diferentes conexiones domiciliarias según el tipo de material. a) En tubería de concreto. En tubería de concreto, para efectuar la conexión del albañal con la atarjea o colector, se utiliza el denominado slant que es una pieza especial de concreto con campana (para unir con un anillo de hule) y con un extremo espiga cortado a 45 con respecto a su eje, para unir con la atarjea o colector, lo cual permite que la conexión domiciliaria una vez construida quede con este ángulo de deflexión; al slant se conecta un codo a 45 de concreto con espiga y campana para su acoplamiento al albañal con anillo de hule, el cual generalmente es perpendicular a la atarjea o colector. En el caso de una conexión con un colector con cierta profundidad, será necesario incluir en la conexión un tramo de albañal entre el slant y el codo. Para la conexión del slant a la atarjea o colector se deberá perforar uno u otro, uniéndolos con cementante (ver figura N 2-13). b) En tuberías de fibrocemento Para la conexión domiciliaria en tubería de fibrocemento, el procedimiento es similar al descrito en tubería de concreto, se emplean: el slant a 45 con campana (para unir con anillo) y extremo de apoyo para unir a la atarjea o colector con pasta epóxica; y el codo de 45 con espiga y campana para su acoplamiento al albañal con anillo de hule (ver figura N 2-14). ING. PEDRO RODRIGUEZ RUIZ 12

14 c) En tuberías de poli (cloruro de vinilo) (PVC). En este tipo de conexión, se utiliza una silleta de PVC a 45 con campana (para unir con anillo) y extremo de apoyo para unir a la atarjea o colector y un codo de 45 con espiga y campana para su acoplamiento al albañal con anillo de hule. La silleta se acopla a la atarjea por cimentación, o bien, se sujeta por medio de un par de abrazaderas o cinturones de material resistente a la corrosión; en este segundo caso, las silleta esta provista de un anillo de hule con el que se logra la hermeticidad con la atarjea. Existe la posibilidad de utilizar Y reducidas en lugar de silletas, pero se requiere conocer, antes de instalar la atarjeas, donde se conectaran las descargas domiciliarias (ver figura N 2-15). d) En Tuberías De Polietileno De Alta Densidad. Se utiliza un slant o silleta a 45 grados y un codo a 45 grados. La unión entre el albañal y la atarjea cuando el sistema esta seco, se realiza soldado el slant (fabricado del mismo material) a la atarjea con soldadura de aporte, ING. PEDRO RODRIGUEZ RUIZ 13

15 cuando el sistema esta en operación o el nivel freático esta superficial, se debe de utilizar una silleta de polietileno, la cual se sujeta con una abrazadera. En este caso la silleta se asienta sobre un empaque de neopreno. Posos de visita Son estructuras que permiten la inspección, ventilación y limpieza de la red de alcantarillado. Se utiliza generalmente en la unión de varias tuberías y en todos los cambios de diámetros, dirección y pendiente. La separación máxima entre los pozos de visita debe ser la adecuada para facilitar las operaciones de inspección y limpieza. Se recomiendan las siguientes distancias de acuerdo con el diámetro. En tramos de 20 hasta 61 cm. de diámetro, 125 m ± 10%. En tramos de diámetro mayor a 61 cm. y menor o igual a 122 cm., 150 ± 10%m. En tramos de diámetro mayor a 122 m y menor o igual a 305 cm., 175 ± 10% m. Estas separaciones pueden incrementarse de acuerdo con las distancias de los cruceros de las calles, como máximo un 10 %. Para los cambios de dirección, las deflexiones necesarias en los diferentes tramos de tubería se efectúan como se indica a continuación: Si el diámetro de la tubería es de 61 cm. o menor, los cambios de dirección son hasta de 90 grados, y deben hacerse con un solo pozo común. Si el diámetro es mayor de 61 cm. y menor o igual que 1222 cm., los cambios de dirección son hasta de 45 grados, y deben hacerse con un pozo especial. Si el diámetro es mayor de 122 cm. y menor o igual a 305 cm., los cambios de dirección son hasta de 45 grados, y deben hacerse en un pozo de caja deflexión. Si se requiere dar deflexiones más grandes que las permitidas, deberán emplearse el número de pozos que sean necesarios, respetando el rango de deflexión permisible para el tipo de pozo. Los materiales utilizados en la construcción de pozos de visita, deben de asegurar la hermeticidad de la estructura y de la conexión con la tubería. Pueden ser construidos en lugar o pueden ser prefabricados, su elección dependerá de un análisis económico. a) posos de visita construidos en lugar. Se clasifican en pozos comunes, pozos especiales, pozos cajas, pozos en caja unión y pozos de caja deflexión. ING. PEDRO RODRIGUEZ RUIZ 14

16 Comúnmente se fabrican de tabique, concreto reforzado o mampostería de piedra. Cuando se usa tabique, el espesor mínimo será de 28 cm a cualquier profundidad. Este tipo de pozos de visita se deben aplanar y pulir exteriormente e interiormente con mortero cemento-arena mezclado con impermeabilizante, para evitar la contaminación y la entrada de aguas freáticas; el espesor del aplanado debe ser como mínimo de 1 cm. Además se debe de garantizar la hermeticidad de la conexión del pozo con la tubería, utilizando anillos de hule (ver figura N 2-17) Pozos comunes. Los pozos de visita comunes están formados por una chimenea de tabique de forma cilíndrica en la parte inferior y troncocónica en la parte superior. La cimentación de estos pozos puede ser de mampostería o de concreto. En terrenos suaves se construye de concreto armado aunque la chimenea sea de tabique. En cualquier caso, las banquetas del pozo pueden ser de tabique o piedra. Todos estos elementos se juntean con mortero cemento-arena. Son suficientemente amplios para darle paso a una persona y permitirle maniobrar en su interior. Un brocal de concreto o de fierro fundido cubre la boca. El piso de los pozos de visita comunes, es una plataforma en la cual se localizan canales (medias cañas) que prolongan los conductos. Una escalera de peldaños de fierro fundido empotrados en las paredes del pozo, permite el descenso y accenso al personal encargado de la operación y mantenimiento del sistema. Los pozos de visita comunes tienen un diámetro interior de 1.2 m, se utilizan con tuberías de hasta 0.45 m de diámetro y permiten una deflexión máxima en la tubería de 90 (ver plano N 1). Pozos especiales. Este tipo de pozos son de forma similar a los pozos de visita comunes (son construidos de tabique y tienen forma cilíndrica en la parte inferior y troncocónica en la parte superior), pero son de dimensiones mayores. Existen dos tipos de pozos especiales: el tipo 1, presenta un diámetro interior de 1.5 m, se utilizan con tuberías de 0.76 a 1.07 m de diámetro con entronques a 90 de tuberías de hasta 0.3 m y permiten una deflexión máxima en la ING. PEDRO RODRIGUEZ RUIZ 15

17 tubería de 45 (ver plano N 2); y el tipo 2, el cual presenta 2.0 m de diámetro interior, se usa con diámetros de 1.22 m y entronques a 90 de tuberías de hasta 0.3 m y permite una deflexión máxima en la tubería de 45 (ver plano N 3). Pozos caja Los pozos caja están formados por el conjunto de una caja de concreto reforzado y una chimenea de tabique similar a la de los pozos comunes y especiales. Su sección transversal horizontal tiene forma rectangular o de un polígono irregular. Sus muros así como el piso y el techo son de concreto reforzado, arrancando de este ultimo la chimenea que al nivel de la superficie del terreno, termina con un brocal y su tapa, ambos de fierro fundido o de concreto reforzado. Generalmente a los pozos cuya sección horizontal es rectangular, se les llama simplemente pozos caja. Estos pozos no permiten deflexiones en las tuberías. Existen tres tipos de pozos caja: el tipo 1, que se utiliza en tuberías de 0.76 a 1.07 m de diámetro con entronques a 45 hasta 0.60 m de diámetro; el tipo 2, que se usa en tuberías de 0.76 a 1.22m de diámetro con entronques a 45 hasta de 0.76 m de diámetro; y el tipo 3, el cual se utiliza en diámetros de 1.52 a 1.83 m con entronques a 45 hasta de 0.76 m de diámetro (ver planos N 4,5 y 6 respectivamente). TIPO DE POZO DIAMETRO INTERIOR DIAMETRO EN TUBERIA A UNIR (m) COMUN A 0.60 ESPECIAL A 1.10 ESPECIAL A 2.00 CAIDA ADOSADA HASTA A 0.25 Pozos caja unión. Se les denomina así a los pozos caja de sección horizontal en forma de polígono irregulares. Estos pozos no permiten deflexiones en las tuberías. Existen dos tipos de pozos caja unión: el tipo 1, reutiliza en tuberías de hasta 1.52 m de diámetro con entronques a 45 de tuberías hasta de 1.22 m de diámetro; y el tipo 2, el cual se usa con diámetros de hasta 2.13 m con entronques a 45 de tuberías hasta de 1.52 m de diámetro (ver planos N 7 y 8 respectivamente). Pozos caja de deflexión. Se les nombra de esta forma a los pozos caja a los que concurre una tubería de entrada y tiene solo una de salida con un ángulo de 45 grados como máximo. Se utilizan en tuberías de 1.52 a 3.05 de diámetro (ver plano N 9) b) Pozos prefabricados. Este tipo de pozos se entregan en obra como una unidad completa. Su peso, relativa mente ligero, asegura una fácil maniobra e instalación. A continuación, se describen las características de algunos tipos de pozos prefabricados. Pozos de fibrocemento tipo integral. La estructura de este tipo de pozos prefabricados, esta constituida por un tubo, tapa inferior y conexiones de fibrocemento. La profundidad de instalación para un pozo de este tipo es de 5 m, sin embargo, se pueden construir pozos de mayor profundidad, mediante el empleo de un cople con junta hermética (ver figura N 2-18). Los pozos de fibrocemento se conectan a la red de alcantarillado de igual forma que la tubería de fibrocemento (los tubos se conectan a los pozos por medio del sistema de cople con anillo de hule). Este tipo de pozos está sellado en su base con una tapa de fibrocemento lo que garantiza su hermeticidad. La losa de la parte superior de los pozos puede ser prefabricada o construida en el lugar. Adicionalmente se puede instalar en el pozo un anillo de hule, que podrá colocarse en el perímetro de la boca del pozo antes de asentar la losa de concreto, el cual sirve para dar hermeticidad al, pozo y eliminar las cargas puntuales. El pozo de visita se deberá desplantar sobre una plantilla bien compactada con un espesor mínimo de 10 cm. Donde el nivel freático es alto y existe peligro de supresión, el pozo de visita se debe asentar sobre una base de concreto para asegurar su posición. ING. PEDRO RODRIGUEZ RUIZ 16

18 Todas las conexiones de entrada y salida se colocan en el pozo según las especificaciones que se proporcione al fabricante. En general los datos que se requieren son los siguientes: Profundidad de las tuberías del nivel del terreno natural al nivel de arrastre, en el sitio del pozo. Diámetro de emisor, colectores y atarjeas a conectar. Angulo que forman: emisor, colectores y atarjeas de entrada y salida. Caídas adosadas, si se requieren. Los tipos de pozos de visita de fibrocemento integral que se fabrican son los siguientes: Pozos de concreto. La estructura de este tipo de pozos, esta constituida por un tubo de concreto de altura variable con tapa inferior y un cono concéntrico de o.6 m de altura y 0.6 m de diámetro superior. La profundidad de instalación para un pozo de este tipo es adaptable a las necesidades del proyecto, ya que se pueden unir dos mas segmentos de tubo de longitud de 2.5 m (acoplados con junta hermética mediante el empleo de anillo de hule). Este tipo de pozos se fabrican con las preparaciones necesarias para poder conectarse a las tuberías de la red de alcantarillado, mediante el empleo de anillo de hule en las uniones (ver figura N 2-19). ING. PEDRO RODRIGUEZ RUIZ 17

19 Los pozos de concreto están sellados en su base con una tapa del mismo material. La tapa de la parte superior de los pozos puede ser fabricada o construida en el lugar. El pozo de visita se deberá desplantar sobre una plantilla bien compactada con un espesor mínimo de 10 cm. Donde el nivel freático es alto y existe peligro de supresión, el pozo de visita se debe asentar sobre una base de concreto para asegurar su posición. Todas las preparaciones de entrada y salida se colocan en el pozo según las especificaciones que se proporcionen al fabricante. En general los datos que requiere el fabricante son los mismos que para los pozos de fibrocemento. Actualmente se fabrica el pozo de visita común, con un diámetro interior de 1.2 m y se usa para unir tuberías de 0.2 a 0.61 m con entronques de hasta 0.45 m de diámetro. Otros tipos de pozos. Existen otros tipos de pozos prefabricados, como son los pozos de polietileno y los pozos fibra de vidrio y poliéster, los cuales no se fabrican actualmente en México, sin embargo, son fabricados y utilizados en otros países, Estructuras de caída. Por razones de carácter topográfico o por tenerse elevaciones obligadas para las plantillas de algunas tuberías, suele presentarse la necesidad de construir estructuras que permitan efectuar en su interior los cambios bruscos de nivel. Las estructuras de caída que se utilizan son: Caídas libres.- Se permiten caídas hasta de 0.50 m dentro del pozo sin la necesidad de utilizar alguna estructura especial. Pozos con caída adosada.- son pozos de visita comunes, a los cuales lateralmente se les construye una estructura que permite la caída en tuberías de 0.20 y 0.25 m de diámetro con un desnivel hasta de 2.00 m (ver plano N 10). Pozos con caída.- son pozos constituidos también por una caja y una chimenea de tabique, a los cuales en su interior se les construye una pantalla que funciona como deflector del caudal que cae. Se construyen para tuberías de 0.30 a 0.76 m de diámetro y con un desnivel hasta de 1.50 m (ver plano N 11). Estructuras de caída escalonada.- Son estructuras con caída escalonada cuya variación es de 0.50 en 0.50 m hasta llegar a 2.50 m (cinco tramos) como máximo, que están provistas de dos pozos de visita en los extremos, entre los cuales se construye la caída escalonada; en el primer pozo, se localiza la plantilla de entrada de la tubería, mientras que en el segundo pozo se ubica su plantilla de salida. Este tipo de estructuras se emplean en tuberías con diámetros desde 0.91 hasta 2.44 m (ver plano N 12). Sifones invertidos. Cuando se tienen cruces con alguna corriente de agua, depresión del terreno, estructura, tuberías o viaductos subterráneos, que se encuentran al mismo nivel en que debe instalarse la tubería, generalmente se utilizan sifones invertidos (ver plano N 13). En su diseño, se debe tomar en cuenta lo siguiente: Velocidad mínima de escurrimiento de 1.20 m/s para evitar sedimentos. Analizar la conveniencia de emplear varias tuberías a diferentes niveles, para que, de acuerdo a los caudales por manejar, se obtengan siempre velocidades adecuadas. La primer tubería tendrá capacidad para conducir el gasto mínimo de proyecto. En el caso de que el gasto requiera una sola tubería de diámetro mínimo 20 cm, se acepta como velocidad mínima de escurrimiento la de 60 cm/s. Se debe proyectar estructuras adecuadas (cajas), tanto a la entrada como a la salida del sifón, que permitan separar y encauzar los caudales de diseño asignados a cada tubería. Se debe colocar rejillas en una estructura adecuada, aguas arriba del sifón, para detener objetos flotantes que puedan obstruir las tuberías del sifón. Cruces elevados. ING. PEDRO RODRIGUEZ RUIZ 18

20 Cuando por necesidad el trazo, se tiene que cruzar una depresión profunda como es el caso de algunas cañadas o barrancas de poca anchura, generalmente se logra por medio de una estructura que soporta a la tubería. La tubería puede ser de acero o polietileno; la estructura por construir puede ser un puente ligero de acero, de concreto o de madera, según el caso. La tubería para el paso por un puente vial, ferroviario o peatonal, debe ser de acero y estar suspendida del piso del puente por medio de soportes que eviten la transmisión de las vibraciones a la tubería, la que debe colocarse en un sitio que permita su protección y su fácil inspección o reparación. A la entrada y a la salida del puente, se deben construir cajas de inspección o pozos de visita. Cruces subterráneos con carreteras y vías de ferrocarril. Para este tipo de cruzamientos, la práctica común es usar tuberías de acero con un revestimiento de concreto. En algunos casos el revestimiento se coloca únicamente para proteger a la tubería de acero del medio que lo rodea; en otros casos, se representa la solución en que la tubería de acero es solo una camisa de espesor mínimo y la carga exterior la absorbe el revestimiento de concreto reforzado, en forma de conducto rectangular. El tipo de cruce elegido debe contar con la aprobación de la SCT. En cruces ferroviarios, una solución factible cuando el diámetro de la tubería de alcantarillado es menor o igual a 30 cm, es introducir la tubería dentro de una camisa formada por un tubo de acero hincado previamente en el terreno, el cual se diseña para absorber las cargas exteriores. Este tipo de cruces debe de construirse de acuerdo a las especificaciones de los FFCC, quienes deben de aprobar el proyecto. Cruces subterráneos con ríos, arroyos o canales. En este tipo de cruzamientos, se debe de tener especial cuidado en desplantar el cruzamiento a una profundidad tal que la erosión de la corriente no afecte a la estabilidad de este. Este tipo de cruzamiento subterráneo se recomienda hacerlo con tubería de acero, revestida de concreto simple o reforzado según lo marque el diseño correspondiente. Se considera una buena practica colocar sobre el revestimiento en forma integral un lavadero de concreto que siga las curvas de nivel del cauce, para no alterar el régimen de la corriente. Este revestimiento que se menciona servirá para atracar a la tubería, tanto en columpios como en crestas. En algunas ocasiones cuando no existe el peligro muy marcado de lo que puede representar la erosión de la corriente, el lavadero de concreto puede substituirse por otro, construido con material de la región como mampostería de piedra o zampeado de piedra, o bien únicamente esta ultima, pero colocada en forma suelta con dimensiones promedio de 60 cm, pero conservando el diseño de colocar a la tubería dentro del revestimiento de concreto simple o reforzado. La tubería debe ser debidamente anclada por medio de atraques de concreto, para impedir su deslizamiento por socavación del fondo del rió o arroyo. Estaciones de bombeo. Las estaciones de bombeo, son instalaciones integradas por infraestructura civil y electromecánica, destinadas a transferir volúmenes de aguas negras o tratadas de un determinado punto a otro, para satisfacer ciertas necesidades. Las instalaciones civiles y electromecánicas básicas de una estación típica de bombeo con las siguientes: Cárcamo de bombeo Subestación eléctrica Equipo de bombeo Motor eléctrico Controles eléctricos Arreglo de la descarga Equipo de maniobras. Cárcamo de bombeo. Un cárcamo de bombeo es una estructura vertical a superficie libre en donde descarga el colector, interceptor o emisor de aguas negras o tratadas y donde se instalan los equipos electromecánicos para elevar el agua al nivel deseado. Las partes constitutivas de los cárcamos de bombeo son los siguientes: a) Canal o tubo de llegada ING. PEDRO RODRIGUEZ RUIZ 19

21 b) Transmisión de llegada c) Zona de control y cribado. Pantalla Rejillas primarias Desarenador y bombas de lodos Rejillas secundarias d) Cámara de bombeo Subestación eléctrica. La subestación eléctrica tiene como función principal, aprovechar la energía eléctrica que proporciona la compañía suministradora y transformarla a las condiciones que requieren los motores para su funcionamiento. Los elementos constitutivos de una subestación eléctrica se pueden clasificar en principales y secundarios: Elementos principales: Apartarrayos. Cuchillas desconectadoras. Cuchilla portafusibles. Interruptor en aceite Transformador Capacitares Tableros Transformadores de instrumentos Sistema de tierras Elementos secundarios: Cables de potencia Cables de control Alumbrado Estructura Herrajes Equipo contra incendio Equipo de bombeo. El equipo de bombeo es el elemento encargado de transferir el agua desde el carcomo de bombeo, hasta el lugar donde se requiera. Los equipos bombeo que comúnmente se utilizan para el manejo de aguas negras o tratadas son los siguientes: a) Bombas de flujo mixto. b) Bombas de flujo axial. c) Bombas inatascables, verticales y sumergibles. Aun cuando se pueden utilizar bombas centrifugas convencionales para bombeo de aguas residuales, existe, en el campo de las bombas centrifugas, u grupo especial de bombas para esta aplicación, denominadas genéricamente como bombas inatascables, cuyo diseño les permite operar con líquidos conteniendo sólidos de gran tamaño, 25.4 mm. De diámetro (1.0 ) o mas grandes, pastas aguadas abrasivas o bien aguas negras. Estas bombas pueden ser sumergibles, motor y bomba, o verticales, con motor fuera del carcomo; ambas son normalmente, de un solo paso con impulsor abierto o semiabierto para bajas carga y gastos medianos, su instalación es relativamente sencilla porque si diseño incluye la placa de instalación, si son verticales o bien las carcasas incluyen piernas para su apoyo en el piso del carcomo y aparejos, riel y cable, para su arrastre fuera del carcomo, si son sumergibles. Amenos que las condiciones de operación estén fuera del campo de cobertura de este tipo se podrán utilizar otro tipo de bombas, de lo contrario se preferirán las bombas inatascables. Motor eléctrico. El motor eléctrico es el equipo que proporciona la energía motriz para el accionamiento de la bomba. Controles eléctricos. ING. PEDRO RODRIGUEZ RUIZ 20

22 Los controles eléctricos son los dispositivos de mando para arranque y paro de los motores eléctricos, que proveen los elementos de protección del equipo eléctrico para evitar daños, por condiciones anormales en la operación de los motores. Arreglo de la descarga. El arreglo de la descarga de las plantas de bombeo, es un conjunto integrado por piezas especiales de fontanería, dispositivos de apertura y seccionamiento, medición y seguridad que permiten el manejo y control hidráulico del sistema. Equipo de maniobras. Para los requerimientos de equipos de maniobras en las estaciones de bombeo, existen en el mercado diferentes arreglos, capacidades y dimensiones de grúas. La grúa es un equipo estructurado, formado por un conjunto de mecanismos, cuya función es la elevación y el transporte de cargas, que en plantas de bombeo y/o rebombeo se usan en las siguientes modalidades: Elevación y transporte de carga a lo largo de una línea de trabajo. Elevación y transporte de carga a través de una superficie de trabajo. Para cumplir satisfactoriamente con los requerimientos de manipulación de equipos y accesorios, tales como bombas, motores, válvulas, columnas de succión, etc. Y trasladarlos a una área de maniobras para enviarlos a reparación y/o mantenimiento y que cubren las dos modalidades descritas, en general se utilizan los siguientes tipos de grúas: a) Grúa viajera. b) Grúa aporticada. c) Sistema monocarril. d) Grúa giratoria PROYECTO DE UNA RED DE ALCANTARILLADO. Para efectuar los proyectos de las obras que integran el sistema de alcantarillado sanitario o para aguas negras, de localidades urbanas, se deben establecer claramente los datos de proyecto como se indican a continuación. DATOS DE PROYECTO. Población del último censo oficial...habitantes Población actual estimada...habitantes Población de proyecto...habitantes Dotación...Lt /hab. /Día. Aportación... Lt /hab. /Día. Sistema... Formulas...Harmon y Manning Longitud de la red...m Naturaleza del sitio de vertido... Sistema de eliminación...gravedad y/o bombeo Coeficiente de prevención o seguridad VELOCIDADES: Minima...m/s Maxima...m/s GASTOS: Mínimo...l.p.s Medio...l.p.s Máximo instantáneo...l.p.s Máximo extraordinario...l.p.s ING. PEDRO RODRIGUEZ RUIZ 21

23 1.3.1 Trazo geométrico de una red. Red de atarjeas. La red de atarjeas tiene por objeto recolectar y transportar las aportaciones de las descargas de aguas negras domesticas, comerciales e industriales, hacia los colectores, interceptores o emisores. La red esta constituida por un conjunto de tuberías por las que son conducidas las aguas negras captadas. El ingreso de las aguas a las tuberías es paulatino a lo largo de la red, acumulándose los caudales, lo que da lugar a ampliaciones sucesivas de la sección de los conductos en la medida en que se incrementan los caudales. De esta manera se obtiene en el diseño las mayores secciones en los tramos finales de la red. No es admisible diseñar reducciones en los diámetros en el sentido del flujo. La red se inicia con la descarga domiciliaría o albañal en la mayoría de los casos es de 15 cm., siendo este el mínimo aceptable. La conexión entre albañal y atarjea debe ser hermética y la tubería de interconexión debe tener una pendiente mínima de 1%. A continuación se tienen las atarjeas, localizadas generalmente al centro de las calles, las cuales van recolectando las aportaciones de los albañales. El diámetro mínimo que se utiliza en la red de atarjeas de un sistema de drenaje separado es de 20 cm., y su diseño, en general debe seguir la pendiente natural del terreno, siempre y cuando cumpla con los límites máximos y mínimos de velocidad y la condición mínima de tirante. La estructura típica de liga entre dos tramos de la red es el pozo de visita, que permite el acceso del exterior para su inspección y maniobras de limpieza; también tiene la función de ventilación de la red para la eliminación de gases. Las uniones de la red de las tuberías con los pozos de visita deben ser herméticas. Los pozos de visita deben localizarse en todos los cruceros, cambios de dirección, pendiente y diámetro y para dividir tramos que exceden la máxima longitud recomendada para las maniobras de limpieza y ventilación. La separación máxima entre pozos de visita se indica en el adelante. Con objeto de aprovechar al máximo la capacidad de los tubos, en el diseño de las atarjeas se debe dimensionar cada tramo con el diámetro mínimo, que cumpla las condiciones hidráulicas definidas por el proyecto. Para realizar un análisis adecuado para la red de atarjeas, se requiere considerar, en forma simultanea, las posibles alternativas de trazo y funcionamiento de colectores, emisores y descarga final, como se describe en las secciones correspondientes. Modelos de configuración de atarjeas. El trazo de atarjeas generalmente se realiza coincidiendo con el eje longitudinal de cada calle y de la ubicación de los frentes de los lotes. Los trazos más usuales se pueden agrupar en forma general en los siguientes tipos: a) Trazo en Bayoneta. Se denomina así al trazo que iniciado en una cabeza de atarjea tiene un desarrollo en zigzag o en escalera. Ventajas. Las ventajas de utilizar este tipo de trazo son reducir el número de cabezas de atarjeas y permitir un mayor desarrollo de las atarjeas, con los que los conductos adquieren en un régimen hidráulico establecido, logrando con ello aprovechar adecuadamente la capacidad de cada uno de los conductos. Desventajas. Dificultad en su utilización, debido a que el trazo requiere de terrenos con pendientes suaves más o menos estables y definidas. Para este tipo de trazos, en las plantillas de los pozos de visita, las medias cañas usadas para el cambio de dirección de las tuberías que confluyen, son independientes y con curvatura opuesta, no debiendo tener una diferencia mayor de 0.50 m entre las dos medias cañas. b) Trazo en peine. Es el trazo que se forma cuando existen varias atarjeas con tendencia al paralelismo, empiezan su desarrollo en una atarjea, descargando su contenido en una tubería común de mayor diámetro, perpendicular a ellas. ING. PEDRO RODRIGUEZ RUIZ 22

24 Ventajas. Se garantizan aportaciones rápidas y directas de las cabezas de atarjeas a la tubería común de cada peine, y de estas a los colectores, propiciando que se presente rápidamente un régimen hidráulico establecido. Se tiene una amplia gama de valores para las pendientes de las cabezas de atarjeas, lo cual resulta útil en el diseño cuando la topografía es muy irregular. Desventajas. Debido al corto desarrollo que generalmente tienen las atarjeas iniciales antes de descargar a un conducto mayor, en las mayoría de los casos aquellas trabajan por abajo de su capacidad, ocasionado que se aproveche parte de dicha capacidad. c) Trazo combinado. Corresponde a una combinación de los dos trazos anteriores y a trazos particulares obligados por los accidentes topográficos de la zona. ING. PEDRO RODRIGUEZ RUIZ 23

25 Aunque cada tipo de trazo tiene ventajas y desventajas particulares respecto a su uso, el modelo de bayoneta tiene cierta ventaja sobre otros modelos, en lo que se refiere al aprovechamiento de la capacidad de las tuberías. Sin embargo este no es el único punto que se considera en la elección del tipo de trazo, pues depende fundamentalmente de las condiciones topográficas del sitio en estudio. Colectores e interceptores Los colectores son las tuberías que reciben las aguas negras de las atarjeas, pueden terminar en un interceptor, en un emisor o en una planta de tratamiento. Los interceptores, son las tuberías que interceptan, las aportaciones de aguas negras de los colectores y terminan en un emisor o en la planta de tratamiento. Por razones de economía, los colectores e interceptores deben tender a ser una replica subterránea del drenaje superficial natural. Emisores. El emisor es el conducto que recibe las aguas de uno o varios colectores o interceptores. No recibe ninguna aportación adicional (atarjeas o descargas domiciliarias) en su trayecto y su función es conducir las aguas negras a la planta de tratamiento. También se le denomina emisor al conducto que lleva las aguas tratadas (efluente) de la planta de tratamiento al sitio de descarga. El escurrimiento debe ser por gravedad, excepto en donde se requiere el bombeo para las siguientes condiciones: a) Elevar las aguas negras de un conducto profundo a otro mas superficial, cuando constructivamente no es económico continuar con las profundidades resultantes. b) Conducir las aguas negras de una cuenta a otra. c) Entregar las aguas negras a una planta de tratamiento o a una estructura determinada de acuerdo a condiciones específicas que así lo requieran. Emisor a gravedad. Las aguas negras de los emisores que trabajan a gravedad generalmente se conducen por tuberías o canales, o bien por estructuras diseñadas especialmente cuando las condiciones de proyecto (gasto, profundidad, etc.) lo ameritan. ING. PEDRO RODRIGUEZ RUIZ 24

26 Emisores a presión. Cuando la topografía no permite que el emisor sea a gravedad, en parte o en su totalidad, será necesario recurrir a un emisor a presión. También la localización de la planta de tratamiento o del sitio de vertido, puede obligar a tener un tramo de emisor a bombeo. En estos casos es necesario construir una estación de bombeo para elevar el caudal de un tramo de emisor a gravedad, a otro tramo que requiera situarse a mayor elevación o bien alcanzar el nivel de aguas máximas extraordinarias del cuerpo receptor, en cuyo caso el tramo de emisor a presión puede ser desde un tramo corto hasta la totalidad del emisor. El tramo a presión debe ser diseñado hidráulicamente debiendo estudiarse las alternativas necesarias para establecer su localización mas adecuada, tipo y clase de tubería, así como las características de la planta de bombeo y la estructura de descarga. En casos particulares, en los que exista en la localidad zonas sin drenaje natural, se puede utilizar un emisor a presión para transportar el agua negra del punto mas bajo de esta zona, a zonas donde existan colectores que drenen por gravedad CLASES DE TUBERIAS UTILIZADAS. Las tuberías utilizadas en un sistema de alcantarillado sanitario se clasifican según el tipo de material con que fueron construidos y serán utilizadas de acuerdo con las condiciones topográficas y geohidrológicas del terreno. Los distintos tipos de tuberías se describen a continuación: a) Tuberías de concreto simple.-son las mas económicas y las que mas se comúnmente se usan en la construcción de redes de alcantarillado. Los diámetros generalmente empleados son: 15, 20, 25, 30,38 y 45 cm. b) Tuberías de concreto reforzado.- se refuerzan con dos juntas entrelazadas de varillas calculadas para resistir la presión de trabajo. Los diámetros más empleados son: 612, 76, 91, 107, 122, 152, 183, 213, y 244 cm. c) Tuberías de asbesto cemento.- este tipo de tuberías por su alto costo se usan en pocos casos, siendo uno de los principales cuando se requiere que el agua freática no se infiltre. Estas tuberías están echas de una mezcla de fibra de asbesto, cemento portlan y sílice. Estas tuberías se fabrican en longitudes de 4 m para diámetros de 76 mm (3 ) hasta 914 mm (36 ) y en cuatro tipos A-S, A-7, A-10 Y A-14. d) Tuberías de acero y fierro fundido.- el uso de estas tuberías es muy limitado, son tuberías que tienen el inconveniente de ser altamente corrosivas, se usan en cruceros de ríos o arroyos como puente canal. Estas tuberías se fabrican en tramos de longitud de 3.6 m y sus diámetros varían de 76 mm (3 ) a 210 mm (84 ). e) Tuberías de PVC.- son tuberías de policloruro de vinilo, material, plástico que pertenece al grupo de los termoplásticos, caracterizados por la particularidad de recuperar sus propiedades físicas cada vez que son sometidos a la acción del calor. Algunas marcas de tubería para alcantarillado sanitario de plástico son: Tubería novahol omega.- garantiza el desalojo de aguas residuales de acuerdo con lo especificado en la norma oficial mexicana para alcantarillado NMX E-222/1, los diámetros varían de 160, 200, 250 y 315 mm. Tubería novalog.- esta tubería ha sido desarrollado bajo el concepto de tubería de pared estructurada, construida a partir de un perfil plástico fabricado por extrusión y que luego es acoplado helicoidalmente mediante un sistema de enganche mecánico para darle su forma circular, garantizar unión de perfiles y hermeticidad del tubo formado, se fabrican en diámetros nominales desde 450 mm (18 ) hasta 750 mm (30 ). ING. PEDRO RODRIGUEZ RUIZ 25

27 PRUEBAS A LAS QUE DEBEN SOMETERSE LAS TUBERIAS DE CONCRETO. Al construirse una red de alcantarillado debe verificarse la calidad de sus tuberías, tanto de concreto simple como reforzado, pues cualquier falla puede traducirse en su agrietamiento o rotura, lo que aparte de ocasionar un funcionamiento deficiente, será un grave peligro de de contaminación para el agua residual, por estas razones, alas tuberías de concreto se les efectúa las pruebas de: resistencia al aplastamiento; absorción y de permeabilidad. Para realizar estas pruebas en los tubos de concreto simple, se escogerán al azar el 3% de los tubos que forman lotes representativos. 1.-Pruebas de resistencia al aplastamiento. Método de apoyo en tres aristas, el método consiste en colocar un tubo por probar sobre la viga de apoyo inferior, según se indica en la figura 1, a la que previamente se le pone una capa de yeso entre las dos tiras de madera, esto se hace con el fin de dar un apoyo homogéneo entre las tiras de madera y el tubo. El tubo se colocara cuando la pasta de yeso aun se encuentre en estado plástico. El apoyo superior será igualmente una viga de madera de 15 * 15 cm. Al igual que en la parte inferior, se deberá recibir la tubería con pasta de yeso para que apoye uniformemente contra la viga superior. Cuando el yeso haya fraguado, se aplicara la carga al apoyo superior en un punto distante del extremo liso del tubo que sea precisamente la mitad de su longitud, con el fin de que la carga se reparta uniformemente. En tubos de concreto simple se aplicara una carga a razón de 1, 000 Kg. /ml y por un minuto, o por incremento no mayor de 50 Kg. respetando la condición anterior. Antes de efectuares la prueba de resistencia al aplastamiento, deberá verificarse que el manómetro que indica la carga aplicada se encuentre correctamente calibrado y que contenga su aguja de arrastre. La resistencia al aplastamiento determinada por el método de apoyo en tres aristas, no deberá ser menor de la indicada en la siguiente tabla para tubos de concreto simple. Tabla A.- Resistencia al aplastamiento en tuberías de concreto simple. Diámetro inferior (cm) Resistencia mínima (kg/ml) Para tuberías de concreto reforzado deberá observarse y anotarse la carga que produzca una grieta de 0.25 mm y, posteriormente, aplicar la carga final de ruptura, los valores que se obtengan no deberán ser menores a los indicados en la tabla B. Tabla B.- Resistencia al aplastamiento en tuberías de concreto reforzada. Diámetro interior (cm.) Carga que produce una grieta de Carga final (Kg./ml) 0.25 mm (Kg./ml) ING. PEDRO RODRIGUEZ RUIZ 26

28 Si al efectuar la prueba a la compresión, alguno de los tubos no cumple con la resistencia mínima, deberá realizarse una nueva prueba de acuerdo con las siguientes recomendaciones: Por ciento de la resistencia requerida Entre 91% y 100% Entre 81% y 90% Entre 71% y 80% Inferior a 70 % se rechazan todos Numero de tubos para la prueba Tres Dos Cuatro Fig. Viga de apoyo inferior para la prueba al aplastamiento de tuerias de concreto. Figura. Prueba al aplastamiento de tuberías de concreto. ING. PEDRO RODRIGUEZ RUIZ 27

29 METODO DE APOYO EN ARENA.- Este método consiste en colocar el tubo en un cajón de arena que pase por la malla n 4, quedando apoyado 90 de la circunferencia; en la parte superior se cubre con arena retenida en un marco de madera resistente. Sobre la arena se coloca una placa de metal para distribuir la carga uniformemente, la carga se aplica en el centro geométrico de la placa superior por medio de un motor, o bien usando un inyector conectado a un ga hidráulico. METODO DE LA PRUEBA DE ABSORCION.- Para la prueba de absorción de agua, la muestra que se usan son fragmentos de tubo probado al aplastamiento, mismos que deben tener de 100 a 150 cm 2 de superficie. La secuencia para el cálculo de absorción es el siguiente: La muestra se seca en un periodo de 24 horas en un horno de 110 C, la absorción debe calcularse como un porcentaje del peso inicial seco, los resultados de cada muestra individual se anotan separadamente con aproximadamente de 05 g y se toma el promedio de los resultados de la muestra del lote es decir: % de absorción = Ph Ps /Ps Ph = peso húmedo Ps = peso seco La cantidad de agua absorbida no debe exceder del 9 % del peso inicial de la muestra seca. Diferencias de elevación de plantilla entre media caña y cabeza de atarjea y entre dos medias cañas. La diferencia de elevación de plantilla entre media caña y cabeza de atarjea debe ser cuando menos de un diámetro (el que lleva la media caña), con el fin de que el flujo de agua no se bifurque entre una y otra. Además, para que se tenga libertad para limpiar el tramo desde la cabeza de atarjea hasta el siguiente pozo de visita ( fig. 1). ING. PEDRO RODRIGUEZ RUIZ 28

30 F La diferencia de plantilla entre dos medias cañas en un pozo de visita no debe ser mayor de 40 cm, con el fin de que una persona pueda tener maniobrabilidad dentro de él. (Fig. 2). 6.- uniones entre tuberías: Las uniones entre tuberías se diseñan en una red de alcantarillado para resolver transiciones y conexiones. En ambos casos se utilizan generalmente pozos de visita. Sin embargo cuando se dispone de un desnivel topográfico pequeño, hay ocasiones en que se requiere efectuar las conexiones de las tuberías haciendo coincidir los ejes, las claves o las plantillas de las mismas. (Fig. 3). Descripción de las partes de una tubería En la selección de un tubo de alcantarillado se identifican cinco partes. a) El lomo (parte superior del tubo) b) la clave (perímetro interior) c) el eje (línea horizontal de mayor amplitud) d) La plantilla (punto mas bajo del perímetro interior) e) La base (punto mas bajo de la tubería) ING. PEDRO RODRIGUEZ RUIZ 29

31 Dotación y aportaciones. a) Dotación. El caudal de aguas máximas se determina a partir del numero de habitantes y del volumen que estos desalojan al día. Al volumen de agua desalojada por habitante en el día se le llama aportación y representa un tanto por ciento de la dotación de agua potable. Generalmente la aportación se considera del 75 % al 80% de la dotación de agua potable, puesto que del 25% al 20% no llega a las atarjeas, a causa de las perdidas en las tuberías de distribución, del riego de jardines, parques y calles, del lavado de automóviles, del agua consumida en procesos industriales y operación similar. Cuando no se tiene el dato de la dotación, se puede hacer uso de la siguiente tabla que proporciona S.A.H.O.P., que considera el número de habitantes de proyecto y el tipo de clima. Población de proyecto (habitantes) Clima Calido Clima Templado Clima Frió De 2500 a De a De a De a De a más Las dotaciones están expresadas en Lts. /Hab. /Día. ING. PEDRO RODRIGUEZ RUIZ 30

32 b) Aportación. Se entiende por aportación de aguas negras al caudal que llegan a las atarjeas después de haber satisfecho en forma eficiente las necesidades vitales de la población, por consiguiente esta aportación dependerá de gran manera del agua suministrada. Se han adoptado el criterio de adoptar un 80% de la dotación del agua con valor de la aportación de aguas residuales por lo que tenemos (de acuerdo con la Comisión Nacional del Agua actualmente se debe tomar un 75%) Aportación = (0.8) (150 lts/hab/día) = 120 lts/hab/día Siendo el 20% restante lo que se pierde antes de llegar a los conductos Calculo de gastos. Los gastos de diseño que se emplean en los proyectos de alcantarillado sanitario son: Gasto medio, mínimo, máximo instantáneo y máximo extraordinario. Los tres últimos se determinan a partir del primero. Gasto medio: es la cantidad normal de aportación a la red, arrogada por los habitantes beneficiados por el sistema. La cuantificación del gasto medio se hará en función de la longitud acumulada de la tubería, la densidad de la población y la aportación de la misma; pero cuando la población es menor de 1000 habitantes, por especificación se considera 1.5. su expresión algebraica es: APp Q med Donde: A = aportación de agua lt/hab/día. pp. = población de proyecto = segundos que tiene un día. Gasto mínimo: en la elaboración de proyectos se considera siempre como el valor del gasto mínimo la mitad del gasto medio. Pero cuando la población acumulada en el tramo es menor a 1000 habitantes por especificación se considera 1.5; luego entonces: Q 0.5Q min med. Gasto máximo instantáneo: este gasto es el resultado de la afectación del gasto medio por el coeficiente que da Harmon el cual se aplica en su valor resultante de acuerdo a su expresión cuando la población servida sea menor de 1000 habitantes se considera el valor de 3.8, para una población mayor que habitantes, el coeficiente se considera constante a 2.17, su expresión es: Q MQ max. inst. med. M 1 14/ 4 P Donde: M = coeficiente de variación de gasto mínimo con relación al gasto medio. P = población servida en miles. Gasto máximo extraordinario: este gasto nos va a permitir determinar el diámetro adecuado de los conductos y su valor debe calcularse afectándose el gasto máximo instantáneo por el coeficiente de rugosidad: Q CsQ max ext. max. ins. Donde: Cs = es el coeficiente de rugosidad adoptado. Q máx. Inst. = es el gasto máximo instantáneo. En el caso de aportaciones normales el coeficiente Cs será de 1.0; para condiciones diferentes, este Cs será de 1.5. ING. PEDRO RODRIGUEZ RUIZ 31

33 Velocidades. a) Velocidad mínima. La velocidad mínima se considera aquella con la cual no se permite depósito de sólidos en las atarjeas que provoquen azolves y taponamientos. La velocidad mínima permisible es de 0.3 m/s, considerando el gasto mínimo. Adicionalmente, debe asegurarse que el tirante calculado bajo estas condiciones, tenga un valor mínimo de 1.0 cm, en casos de pendientes fuertes y de 1.5 cm en casos normales. b) Velocidad máxima. La velocidad máxima es el límite superior de diseño, con el cual se trata de evitar la erosión de las paredes de las tuberías y estructuras. La velocidad máxima permisible para los diferentes tipos de material se muestra en la tabla N 3-3. Para su revisión se utiliza el gasto máximo extraordinario calculado. TABLA N 3-3 VELOCIDADES MAXIMAS Y MINIMAS PERMISIBLES EN TUBERIAS. MATERIAL DE LA VELOSIDAD (m/s) TUBERIA MAXIMA MINIMA Concreto simple Concreto reforzado Acero Fibrocemento Polietileno Poli (cloruro de vinilo) (PVC) Pendientes. El objeto de limitar los valores de pendiente es evitar, hasta donde sea posible, el azolve y la erosión de las tuberías. Las pendientes de las tuberías, deberán seguir hasta donde sea posible el perfil del terreno, con objeto de tener excavaciones mínimas, pero tomando en cuenta las restricciones de velocidad y de tirantes mínimos del apartado anterior y la ubicación y topografía de los lotes a los que se darán servicio. En los casos especiales en donde la pendiente del terreno sea muy fuerte, es conveniente que para el diseño se consideren tuberías que permitan velocidades altas, y se debe hacer un estudio técnico económico de tal forma que se pueda tener solo en casos extraordinarios y en tramos cortos velocidades de hasta 8 m/s. En la tabla N 3-4 aparecen las pendientes mínimas recomendadas para los diferentes tipos de tuberías. Estas pendientes podrán modificarse en casos especiales previo análisis particular y justificación en cada caso. DIAMETRO NOMINAL EN CM PENDIENTE RECOMENDABLE EN MILESIMAS MAXIMA MINIMA ING. PEDRO RODRIGUEZ RUIZ 32

34 Diámetros. a) Diámetro mínimo. La experiencia en la conservación y operación de los sistemas de alcantarillado a través de los años, ha demostrado que para evitar obstrucciones, el diámetro mínimo en las tuberías debe ser de 20 cm. b) Diámetro seleccionado. El diámetro seleccionado, estará en función de gastos, velocidades profundidad de zanjas. Profundidad de excavaciones. La profundidad de cualquier alcantarillado sanitario debe ser de preferencia aquella en que todos los albañales domiciliarios trabajen por gravedad, pudiendo ser cualquiera siempre y cuando este dentro del rango de la mínima y máxima profundidad, atendiendo a lo siguiente: Profundidad mínima. a) El colchón mínimo necesario para evitar ruptura del conducto ocasionada por cargas vivas deberá ser en general, para tuberías de diámetros hasta de 45 cm., de un colchón de 90 cm y para diámetros mayores, de 1.0 m a 1.5 m. b) Que permita la correcta conexiona de las descargas domiciliarias al alcantarillado municipal aceptando que este albañal exterior, tendrá como mínimo una pendiente de 1% y que el registro interior más próximo al paramento del predio, tenga profundidad mínima de 60 cm. Profundidad máxima. a) Tipo, características y resistencia de las tuberías, clases del terreno en que se instale y clase de cama que le servirá de apoyo. b) Por dificultades originadas por la cohesión del terreno no podemos excavar mas aya de una cierta profundidad que nos permita dicha cohesión y sea necesaria la instalación de atarjeas laterales que descarguen el pozo de visita más cercano. La determinación de la profundidad máxima de instalación debe hacerse mediante un estudio económico comparativo entre el costo de instalación del conducto principal con sus albañales correspondientes y el de atarjea o atarjeas laterales incluyendo los albañales respectivos. No obstante la experiencia a demostrado que hasta 4.0 m de profundidad el conducto principal puede recibir directamente los albañales del las descargas domiciliarias y que a profundidades mayores resulta mas económico el empleo de atarjeas laterales. Ancho de zanjas. Los anchos de zanjas destinados a los conductos deben excavarse los mas estrechos posible, pero permitiendo a su vez la correcta colocación de la tubería y sea suficiente para poder hacer e inspeccionar las juntas, además de que disminuye el material de excavación y facilita que el relleno pueda quedar bien consolidado. Una anchura mayor que la indispensable aumenta la carga que se transmite a la tubería y aumenta el volumen de excavación. En general todas las tuberías deben de instalarse en zanjas cuyas paredes como mínimo deban ser verticales hasta el lomo del tubo. En zanjas profundas las paredes laterales se hacen con un cierto talud para aminorar la posibilidad de un deslave y en algunos casos para facilitar la construcción de las obras especiales. Para los casos en la cual la excavación se haga en lugares donde el material del terreno sea muy suelto como en arena o limo-arenoso, será necesario recurrir a un ademe. ING. PEDRO RODRIGUEZ RUIZ 33

35 Las dimensiones mínimas del ancho de zanjas para facilitar maniobras se muestran en la tabla III.5. TABLA III.5 DIAMETRO DEL TUBO ANCHO DE LA ZANJA(cm) Cargas sobre tuberías. Las cargas o las condiciones que determinan los esfuerzos en las tuberías de los sistemas de alcantarillado son: las cargas externas, la temperatura y las presiones internas. Cualquier tubo en una zanja esta sujeto a la carga debida al relleno que la cubre; ordinariamente esto no es un problema para las tuberías debido a que no están tendidos muy profundamente y los materiales de que están hechos (concreto y acero de refuerzo) son resistentes a la falla producida por la carga del relleno. Sin embargo existen ciertos factores que influyen en las cargas que actúan en las tuberías y son los siguientes: Ancho de la zanja en el nivel de la parte superior del tubo. Peso del relleno. Profundidad de instalación del producto. Para calcular la carga que soportan las tuberías debido al peso del material de relleno, Marston desarrollo una serie de formulas empíricas, de las cuales la formula general es la siguiente: W C 1 * * B 2 Donde: W = carga vertical total sobre el tubo. C1 = Un coeficiente que varia de acuerdo al material de relleno y con la relación h/b ( Profundidad de la zanja entre el ancho de la misma). ω = Peso volumétrico del material del relleno. B = Ancho de la zanja (el ancho de la zanja no debe ser mayor de una y media Veces el diámetro del tubo). Para poder aplicar la formula de Marston se necesita garantizar la verticalidad de la paredes de la zanja por lo menos hasta el lomo de la tuberías. A continuación aparecen las tablas para conocer los valores de ω y C1, para distintos materiales de terreno. ING. PEDRO RODRIGUEZ RUIZ 34

36 PESO VOLUMETRICO APROXIMADO DEL MATERIAL DE RELLENO Tipos de material ω (kg/m 3 ) Arena seca 1600 Arena húmeda 1920 Arcilla húmeda 1600 Arcilla saturada 2080 Tierra vegetal húmeda 1440 Tierra vegetal saturada 1760 Valores del coeficiente "C1" para cargas sobre tubos debido al material de relleno, para diferentes valores de H/B H/B Arena seca o tierra vegetal húmeda Arena húmeda o tierra vegetal saturada Arcilla húmeda Arcilla saturada ING. PEDRO RODRIGUEZ RUIZ 35

37 Clases de encamado o plantilla. Según el tipo de plantilla aumenta o disminuye la capacidad de carga de un tubo independientemente de su calidad, es decir, que cuando el fondo de la zanja no ofrezca las condiciones necesarias para mantener el conducto en forma estable y que tenga un asiento correcto en toda su longitud, es necesario la construcción de un encamado para satisfacer estas condiciones de estabilidad y asiento. A continuación se describen las clases de encamado que se emplean comúnmente. Plantilla clase A. En este método de encamado la zona exterior inferior de la tubería debe apoyarse en concreto simple, que teniendo un espesor mínimo de un cuarto de diámetro interior en la parte mas baja del tubo, se extiende hacia arriba por ambos lados hasta una altura que puede ser mayor o menor que el diámetro exterior y mínima de un cuarto de este (ver figura III.8). El factor de carga varía de 2.25 a 3.0 tomándose normalmente el valor de La plantilla de arena húmeda compactada, produce a las tuberías efectos comparables al que se obtiene con la de concreto simples y en consecuencia se clasifica como clase A. Plantilla clase B Es el encamado en el que la tubería se apoya en un piso de material fino, colocado sobre el fondo de la zanja, que previamente ha sido arreglado con la concavidad necesaria para ajustarse a la superficie externa inferior de la tubería, en un ancho cuando menos igual al 60 % de su diámetro exterior. El resto de la tubería deberá ser cubierto hasta una altura de cuando menos 30 cm. arriba de su lomo con material granular fino colocado cuidadosamente a mano y perfectamente compactado, llenando todos los espacios libres abajo y adyacentes a la tubería. (Ver figura III.9). Este relleno se hará en capas que no excedan de 15 cm. de espesor. El factor de carga de esta clase de plantilla es de 1.90 B B Relleno a volteo H Relleno compactado en capas que no exceda 15 cm de espesor H Material fino Min. 0.6 De De Fig. III.9 Di De Fig. III.8 Plantillas clase C La constituye el encamado en el que el fondo de la zanja ha sido previamente arreglado para ajustarse a la parte inferior de la tubería en un ancho aproximado al 50 % de su diámetro exterior. El resto de la tubería, será cubierta hasta una altura de cuando menos 15 cm., por encima de su lomo, con material granular fino colocado y compactado a pala hasta llenar completamente los espacios de abaja y adyacentes a la tubería (ver figura III.10). El factor de carga en esta clase de plantilla es de ING. PEDRO RODRIGUEZ RUIZ 36

38 H 15 cm 0.5 De Plantillas clase D De Fig. III.10 Es el encamado en el cual no se toma ningún cuidado especial para conformar el fondo de la zanja a la parte inferior de la tubería, ni en el que respecta al relleno de los espacios por debajo y adyacentes a la misma (ver figura III.11). Su factor de carga es de 1.10 pero este procedimiento es inadmisible para la instalación de las tuberías. B H De Fig. III Nomograma de Manning y Harmon. Harmon Para facilitar el cálculo del gasto medio y el gasto máximo utilizando el coeficiente máximo de mayoracion se ha elaborado un nomograma que relaciona la longitud de una red de tubería, la población, la aportación y el gasto. En todos los casos los datos de dichas variables pueden ser de toda la población o de una zona de ella. Manning El nomograma de Manning es la representación en escala, de los parámetros que intervienen en la formula de Manning, como son: la pendiente hidráulica S, la velocidad de escurrimiento V y el diámetro de la tubería D, además del gasto que se conduce Q. ING. PEDRO RODRIGUEZ RUIZ 37

39 Base de datos basada en los valores del nomograma de Manning. Relación de gastos Valor del nomograma Relación de gastos Valor del nomograma Relación de gastos Valor del nomograma ING. PEDRO RODRIGUEZ RUIZ 38

40 Calculo hidráulico. Formulas para el diseño. En la red de atarjeas, en las tuberías, solo se debe presentar la condición de flujo a superficie libre. Para simplificar el diseño, se consideran condiciones de flujo establecido. La formula de continuidad para un escurrimiento continuo permanente es: Q V * A Donde: Q = Es el gasto en m 3 /s. V = Es la velocidad en m/s. A = Es el área transversal del flujo en m 2. Para el calculo hidráulico del alcantarillado se utiliza la formula de Manning * 3 * 2 V rh S n Donde: V = Es la velocidad en m/s. r h = Es el radio hidráulico en m. S = Es la pendiente del gradiente hidráulico, adimensional. N = Es el coeficiente de fricción. El radio hidráulico se calcula con la siguiente formula. r h A P m Donde: A = Es el área transversal del flujo, en m 2. P m = Es el perímetro mojado, en m. El coeficiente de fricción n, representa las características internas de la superficie de la tubería, su valor depende del tipo de material, calidad del acabado y estado de la conservación de la tubería, en la siguiente tabla se dan los valores de n para ser usados en la formula de Manning. COEFICIENTES DE FRICCION n (Manning). MATERIAL COEFICIENTE n Concreto liso Concreto áspero Concreto presforzado Concreto con buen acabado Acero soldado con revestimiento interior a base de epoxy Acero sin revestimiento Fibrocemento Polietileno de alta densidad PVC ING. PEDRO RODRIGUEZ RUIZ 39

41 Para el cálculo de los elementos geométricos de secciones circulares que trabajan parcialmente llenas se pueden usar las siguientes formulas: 1 d 2 cos 1 r cos d r 1 2 Pm D sen rh r1 2 2 sen A r (4) (5) (6) (7) (8) Donde: d es el tirante hidráulico, en m. D es el diámetro interior del tubo, en m. A es el área de la sección transversal del flujo, en m 2. P m es el perímetro mojado, en m. r h es el radio hidráulico, en m. es el ángulo en grados. Metodología para el diseño hidráulico. Planeación general. El primer paso consiste en realizar la planeación general del proyecto y definir las mejores rutas de trazo de los colectores, interceptores y emisores, considerando la conveniencia técnico-económica de contar con uno o varios sitios de vertido, con sus correspondientes plantas de tratamiento, siendo lo mas recomendable el tener un solo sitio de vertido; es aconsejable realizar estos trabajos en planos escala 1:10000 con base a los ingresos y egresos incrementales producto de la realización de cada una de las alternativas de proyecto, deberá evaluarse el nivel de rentabilidad de cada una de ellas, seleccionando la alternativa que resulte técnica y económicamente mas rentable. La circulación del agua en la red de atarjeas, colectores e interceptores debe ser por gravedad, sin presión. En el caso en que existan en la localidad zonas con topografía plana, la circulación en los colectores e interceptores también deberá ser por gravedad; el agua tendrá que colectarse en un cárcamo de bombeo localizado en un punto mas bajo de esta zona, para después enviarla mediante un emisor a presión, a colectores o interceptores que drenen naturalmente. En esta etapa del proyecto es necesario calcular de forma general los gastos de proyecto de la red de alcantarillado, y contar con una visión general del drenaje natural que tiene el área de proyecto basándose en el plano topográfico. Definición de áreas de proyecto Con los planos topográficos, de uso de suelo y de agua potable, se procede a definir las área de la población que requiere el proyecto y las etapas de construcción, inmediata y futura, basándose en el proyecto de la red de distribución de agua potable y los requerimientos propios del proyecto de la red de alcantarillado sanitario. Sistema de alcantarillado existente En los casos en que se cuente con tubería existente, se hace una revisión detallada eligiendo los tramos aprovechables por su buen estado de conservación y capacidad necesaria, los que se toman en cuenta en el proyecto total como parte de el, modificando o reforzando la tubería que lo requiera. Revisión hidráulica de la red existente. ING. PEDRO RODRIGUEZ RUIZ 40

42 Los resultados anteriores se utilizan para analizar la red de atarjeas y en caso necesario se modifica o adiciona otra alternativa hasta que el conjunto red atarjeas-colectores, interceptores y emisores-tratamiento presente la mejor solución técnica y económica. Proyecto El primer paso del proyecto consiste en efectuar el trazo de la red atarjeas, en combinación con los trazos definidos para los colectores y emisores. Se analiza las alternativas de trazo y combinaciones que sean necesarias, de acuerdo a las condiciones particulares de la zona que se estudie, con objeto de seleccionar la alternativa de la mejor combinación técnica y económica. Una vez definido el trazo mas conveniente, se localizan los pozos de visita de proyecto, respetando la separación entre pozos, deben colocarse pozos de visita en todos los entronques y en donde haya cambio de dirección o de pendiente de la tubería, en el caso de tramos de longitudes muy grandes, se colocan pozos intermedios. ELABORACION DE UN PROYECTO DE UN SISTEMA DE ALCANTARILLADO SANITARIO. El calculo de la rede tiene por objeto determinar el diámetro de las atarjeas, de los subcolectores y colectores, cuidando que se cumpla con lo que establece la norma en relación a las velocidades mínima y máximas permitidas, así como las pendientes, por lo que es necesario seguir un proceso determinado, el cual desarrollamos a continuación. Para realizar el cálculo hidráulico de la red, se debe tener previamente el trazo de la red, con la numeración de los pozos con el objeto de hacer referencia a cualquier tramo comprendido entre ellos. Conviene hacer uso de la tabla de calculo, a continuación se describen los procedimientos de calculo de cada columna. COLUMNA 1: TRAMO. Indica el tramo comprendido entre dos pozos de visita consecutivos, el sentido de la corriente quedara indicado por la numeración de los pozos, en el cual el primer número representa al pozo inicial y el segundo número representa al pozo final. COLUMNA 2: LONGITUD PROPIA DEL TRAMO. En esta se anota la longitud del tramo en estudio, sin incluir ninguna otra. COLUMNA 3: LONGITUD TRIBUTARIA EN EL CRUCERO. Es la suma de las longitudes de todos los tramos de tuberías (atarjeas) que llegan o descargan en cada crucero o pozo de visita, a partir del cual se considera que recibe aportaciones de aguas negras que son anteriores al tramo que se calcula e importante para efectuar el cálculo hidráulico. COLUMNA 4: LONGITUD ACUMULADA PARA EL TRAMO. Es la suma de la longitud propia más la longitud tributaria (columna 2 y 3). DENSIDAD DE POBLACION (HAB / M) Se obtiene dividiendo la población de proyecto entre la longitud total de la red. Ejemplo: D p = población de proyecto / longitud total de la red = hab/m. Dp = / 3279 = COLUMNA 5: POBLACION SERVIDA (ACUMULADA) Es la población de proyecto en el tramo y se obtiene multiplicando la longitud acumulada en cada tramo densidad de población longitudinal (Dl). Ejemplo. Longitud del tramo = La = 259 mts. Crucero 1-2 P = Dp x La P = x 259 m.=2370 habitantes. (L) por la COLUMNA 6: COEFICIENTE DE HARMON Representa al coeficiente de variación instantánea y se obtiene mediante la formula: M = / 4 + P Donde: ING. PEDRO RODRIGUEZ RUIZ 41

43 P = es la población que se expresara en miles. COLUMNA 7 Y 8: CALCULO DEL GASTO MEDIO Y MINIMO DE AGUAS NEGRAS. La expresión para calcular el gasto medio diario es: Q medio = (AP x L x Dl)/ s. Donde: AP = es la aportación de aguas negras en ltrs. Hab./ día. L = es la longitud en m acumulada a servir hasta el punto considerado en el recorrido del conducto. Dl = es la densidad de la población en hab./ metros. El gasto mínimo se considera como la mitad del gasto medio y no debe ser menor de 1.5 lps. Que es la descarga de un excusado, ya que se acepta como cuantificación practica del gasto mínimo probable de aguas negras por conducir. Q mínimo = 0.5 Q medio. COLUMNA 8: GASTO MAXIMO INSTANTANEO. Se obtiene multiplicando el gasto medio por el coeficiente de variación de Harmon (M). Q max.inst. = Q medio x M COLUMNA 9: GASTO MAXIMO EXTRAORDINARIO. Se obtiene multiplicando el gasto máximo instantáneo por 1.5 Q max. Extr. = Q max. inst. X 1.5. COLUMNA 10: PENDIENTE DE PLANTILLA DE ARRASTRE. Se anotara la pendiente de cada tramo obtenida en función de los desniveles topográficos del terreno entre pozo y pozo de visita, tomando en cuenta lo siguiente: S = cota de razante del pozo 1 menos cota de razante del pozo 2 entre la longitud del tramo. _ se acepta como pendiente mínima aquella que produce una velocidad de 0.6 m / s. a tubo lleno, la cual debe ser en la medida de lo posible a la pendiente del terreno natural. _ y como pendiente máxima aquella que produce una velocidad máxima de 3.0 m /s a tubo lleno, la cual debe ser de la medida de lo posible igual a la pendiente del terreno natural. COLUMNA 11: DIAMETRO. Representa el diámetro de la tubería, en los primeros tramos se colocan tubos con diámetros de 20 centímetros, en los tramos subsecuentes se coloca el diámetro que resulte del calculo para conducir el gasto máximo. Otra forma mas practica de determinar el diámetro es utilizando la tabla A; en la cual se entra con los valores de los gastos mínimos de acuerdo a las cifras que para ellos se han tabulado en la columna derecha y su correspondiente diámetro en la columna izquierda; por ejemplo si el gasto mínimo es de 10 l.p.s. el diámetro que le corresponderá será de 61 cm. (lado izquierdo). TABLA A PARA DETERMINACION DE DIAMETROS. DIAMETRO GASTO MINIMO AGUAS NEGRAS ( L. P. S.) ING. PEDRO RODRIGUEZ RUIZ 42

44 Por medio de formulas: La formula de continuidad para un escurrimiento continuo permanente es: Q V * A...a Donde: Q = Es el gasto en m 3 /s. V = Es la velocidad en m/s. A = Es el área transversal del flujo en m 2. Para el calculo hidráulico del alcantarillado se utiliza la formula de Manning * 3 * 2...b V rh S n Donde: V = Es la velocidad en m/s. r h = Es el radio hidráulico en m. S = Es la pendiente del gradiente hidráulico, adimensional. N = Es el coeficiente de fricción. El radio hidráulico se calcula con la siguiente formula. D rr hn 4 2 D A 4 Donde: D = Diametro, en m. Sustituyendo en la ecuación a, se tiene: 2/3 2 1 D D 1/ 2 * Q n * * S * 4 4 Despejando el diámetro de la ecuación anterior, queda: 3/8 3.21( Q)( n) D... c 1/ 2 S COLUMNA 12 Y 13: GASTO Y VELOCIDAD A TUBO LLENO. La velocidad se determina por la formula de Manning * 3 * 2 V rh S n El radio = diámetro / 4 y S = H/ L Donde: V = Es la velocidad media de escurrimiento en m/s. r h = Es el radio hidráulico en m. S = Es la pendiente hidráulica del conducto expresada en forma decimal. ING. PEDRO RODRIGUEZ RUIZ 43

45 Q V * A INGENIERIA SANITARIA Y ALCANTARILLADO n = Es el coeficiente de rugosidad (0.13 para tubos de concreto prefabricados y 0.16 cuando el tubo sea colado en el lugar). Donde: Q = Es el gasto en m 3 /s. V = Es la velocidad en m/s. A = área hidráulica del tubo en m 2. A = x D 2. COLUMNA 14 Y 15: VELOCIDAD EFECTIVA A GASTO MINIMO DE CONDICIONES REALES DE OPERACION DE LA RED, A TUBO PARCIALMENTE LLENO. Para poder calcular la velocidad mínima y máxima es necesario elaborar una relación de gasto y buscar el resultado obtenido en el Nomograma de Manning. _ PARA LA VELOCIDAD MAXIMA: Q máx. Extr. / gasto a tubo lleno (COLUMNA 12) El resultado de este cociente lo buscamos en el Nomograma y corresponde a la relación: V máx. / V a tubo lleno. Donde: V máx. = resultado obtenido en el Nomograma X V a tubo lleno. Este valor se anotara en la columna 15, cuidando que no rebase los 3.0 m. / s. _PARA LA VELOCIDAD MINIMA: Q min. / gasto a tubo lleno. El resultado de esta división lo buscamos en el Nomograma y corresponderá a la relación: V min. / V a tubo lleno. Donde: V min. = resultado leído en el Nomograma X V a tubo lleno, la cual no deberá ser menor de 0.3 m/ s. _PARA EL TIRANTE MINIMO: de la relación de Q min. / gasto a tubo lleno. El resultado de esta división lo buscamos en el Nomograma y trazamos una perpendicular izquierda. Tr min. = resultado del Nomograma * V a tubo lleno, el cual deberá ser mayor o igual a 1.5 cm. ING. PEDRO RODRIGUEZ RUIZ 44

46 CRU CER O TRAM O PRO PIA LONGITUD (m) GASTOS PENDI ENTE TRIBUT ARIA ACUM ULADA P.SERVIDA MIN MEDIO MAX MAX.EXT milési mas Diámetro m TUBO LLENO Gast o l.p.s vel(m/s) Velocidad efectiva a gastos mínim o m/s máximo m/s ING. PEDRO RODRIGUEZ RUIZ 45

47 Casos para el cálculo hidráulico de la red. Para poder calcular hidráulicamente el sistema de alcantarillado, es necesario contar con el plano topográfico de la localidad en el cual se pueda observar la planimetría (figura II.12) a continuación se localizan en el plano topográfico los puntos relevantes (figura III.13) para después obtener las cotas del terreno (figura III.14). Teniendo las cotas de terreno en los puntos relevantes se procede a trazar geométricamente la red de tuberías, tratando de tener una configuración en peine o en bayoneta, siguiendo el escurrimiento natural del terreno, es decir, se traza la red de tuberías a partir de los puntos altos y llegando a los puntos bajos (figura III.15) Memoria descriptiva. El fraccionamiento esta formado por 16 manzanas donde se ubican 739 lotes, además de una manzana de área de donación (zona verde). El uso del suelo se destinara a casas habitación unifamiliar resuelto en dos niveles. El plano de las curvas de nivel obtenidas se encuentra en la figura III.12 donde predominan zonas con pendientes suaves y partes con cambios bruscos de pendiente. El funcionamiento del sistema de alcantarillado estará basado en el aprovechamiento de las condiciones topográficas favorables, por lo que se seguirá el escurrimiento de los cauces naturales, proponiéndose para tal fin, un sistema de recolección de peine, que permitirá hacer las descargas rápidas de las atarjeas a los subcolectores, como se observa en la figura III.15. Las pendientes de las plantillas se propondrán de tal manera que respeten las velocidades mínima y máxima permisible, pero siguiendo en lo posible la pendiente del terreno, tratando de llevar un paralelismo que evite excavaciones profundas. Se utilizaran como material para las tuberías l concreto simple, con los diámetros comerciales necesarios resultantes del calculo. DATOS DE PROYECTO. Numero de lotes (7.5 * 30 m )..739 lotes Numero de habitantes por lote. 5 hab. / lote Población de proyecto 3695 hab. Densidad de proyecto lineal hab. / m Dotación 300 lts/ hab. / día Coeficiente de aportación Aportación 240 lts / hab. / día Longitud total de la red m Sistema de eliminación.. Separado Velocidad mínima 0.6 m/s Velocidad maxima m / s Formulas.. Manning y Harmon Gastos de proyecto: 300*0.8*3695 Qmedio l/s Q Q Q minimo máximo inst. máx.extraor l/s * l/s * l/s Coeficient e de prevision o seguridad ING. PEDRO RODRIGUEZ RUIZ 46

48 El calculo hidráulico de la red se realizara empleando la formula de Manning, revisando que las velocidades reales que se presentan con el gasto calculando para el tramo en estudio este dentro del rango permisible para la pendiente y el diámetro propuesto. ING. PEDRO RODRIGUEZ RUIZ 47

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52 Q Q Q med med min 69 hab *300 lts/hab/dia * lts/seg lts/seg INGENIERIA SANITARIA Y ALCANTARILLADO Para poder resolver el sistema, es necesario numerar los pozos y la solución total de la red se detalla en la tabla III.8. En la solución de la red se distinguen los siguientes casos: Caso 1 : Tramo inicial con gasto mínimo Tramo 1-2 Longitud del tramo = 80 m Longitud tributaria = 0 Longitud acumulada = 80 m Densidad de población = hab / m Población en el tramo = 69 hab. Calculo de los gastos de proyecto Por norma el gasto mínimo no puede ser menor al considerado en la tabla III.1 por lo que se considera que el gasto mínimo será igual a la descarga de un inodoro, es decir igual a 1.5 lts / seg. Q min por norma = 1.5 lts/ seg Sin embargo el gasto mínimo no puede ser mayor que el gasto medio por lo tanto se considera igual al mínimo, es decir: Q med = 1.5 lts / seg Por norma el coeficiente de Harmon se aplica en tramos que tienen mas habitantes, en caso contrario se considera constante e igual a 3.8. Q Q max.inst. max extrao. 3.8*1.5 l/s 5.7 l/s 1.5*5.7 lts/ seg 8.55 l/seg ING. PEDRO RODRIGUEZ RUIZ 51

53 CALCULO DE LA VELOCIDAD Y EL GASTO A TUBO LLENO CON LA PENDIENTE Y EL DIAMETRO PROPUESTOS m ST = Pendiente del terreno ST ST 7.4 milesimas Se propone: SP 8 milesimas SP = 8 Φ = 20 cm Normalmente las pendientes de plantilla propuestas para el cálculo hidráulico de la red, se expresan en enteros, debido a que en la práctica es difícil dar en el campo pendiente con aproximaciones a la décima. Por tratarse de un tramo inicial s propone el diámetro mínimo, que basado en la experiencia en la conservación y operación de los sistemas, atendiendo a evitar las frecuentes obstrucciones, es el de 20 centímetros. Velocidad a tubo lleno: V T.LL V T. LL 2/ / 2 * * m/s, que cumplen con la minima Gasto a tubo lleno misible a tubo lleno. que es de 0.60 m/s. permi Q T. LL Q T.LL *0.93 m/s * l/s que es mayor al gasto maximo extraordinario CALCULO DE LAS VELOCIDADES REALES. Las velocidades reales máximas y mínimas se determinan en función de las relaciones q v, Q V ING. PEDRO RODRIGUEZ RUIZ 52

54 Para la velocidad máxima: Q max.ext Q 8.55 L/S L/S 0.29 Con este valor se consulta el nomograma para determinar el valor correspondiente de v/v que es el siguiente: v max. VT.LL 0.87 Por lo tanto la velocidad máxima será igual a: v max (0.87)(V T.LL ) (0.87)(0.93) v max 0.81 m/s que esta dentro del rango pre misible a tubo lleno. Para la velocidad mínima se procede de manera similar a la utilizada para determinar la velocidad máxima q min QT.LL 0.53 Del nomograma se tiene v min 0.53* V T.LL (0.53)(0.93) v min 0.49 m/s que cumple con la velocidad minima permisible para casos excepciona les Se concluye que el diámetro y la pendiente propuestos son adecuados. CALCULO DE LAS COTAS DE PLANTILLA La profundidad mínima será de 90 cm. Mas el diámetro mas la plantilla por lo que si se considera en promedio 10 cm de espesor de plantilla se tendrá que la profundidad mínima será de 1.0 m mas el diámetro. Por tratarse de un tramo inicial se propone la profundidad mínima H min = m 80 m St = H= 1.25 m Cota de plantilla final (111.0 (0.008)(80) = Profundidad en el pozo = 1.25 m Sp = 8 Φ = 20 cm ING. PEDRO RODRIGUEZ RUIZ 53

55 Tramo 2-3 Longitud del tramo = 70 m Longitud tributaria = 80 m Longitud acumulada = 150 m Densidad de población = Hab / m Población en el tramo = 130 hab. CALCULO DE LOS GASTOS DE PROYECTO Q med Q min 130*300* lts / seg lts / seg 2 Por norma: Q Q Q Q min med 1.5 lts / seg por lo tanto max.extr. 1.5 lts/ seg MAX.INST. (3.8)(1.5 l/s) 5.7 l/s (1.5)(5.7) 8.55 l/s CALCULO DE LA VELOCIDAD Y EL GASTO A TUBO LLENO CON LA PENDIENTE Y DIAMETRO PROPUESTOS m St = Pendiente del terreno St = * St = 3.6 milésimas Sp = 4 Se propone Φ = 20 cm Sp = 4 milésimas ING. PEDRO RODRIGUEZ RUIZ 54

56 Considerando el diámetro del diámetro anterior se calcula la velocidad y gasto a tubo lleno. V V T. LL T. LL Q Q T.LL T. LL / 2 * m/s que cumple con la minima permisible 2 2/3 a tubo lleno 0.20 *0.66* l/s que es mayor al gasto maximo extraordinario CALCULO DE LAS VELOCIDADES REALES q max. extraordinario V max 0.95 V T. LL. V max 0.95*0.66 m/s Vmax 0.63 m/s, esta dentro del rango q min Q V V Q T.LL min 0.58 T. LL. T. LL V min 0.58*0.66 m/s 0.41 Vmin 0.38 m/s cumple con la velocidad minima permisible para casos excepciona les. INGENIERIA SANITARIA Y ALCANTARILLADO Se concluye que el diámetro y la pendiente propuestos son adecuados. CALCULO DE COTAS DE PLANTILLA m St = Cota de plantilla final ( (0.004)(70) = H = 1.25 m Profundidad en el pozo Sp = 4 H= 1.28 m = 1.28 m Φ = 20 cm ING. PEDRO RODRIGUEZ RUIZ 55

57 Caso 2: Tramo con pendiente mínima. Tramo 3-4 Longitud del tramo = 95 m Longitud tributaria = 0 Longitud acumulada = 95 m Densidad de población = hab / m Población en el tramo = 83 hab. Calculo de los gastos de proyecto Q Q Q med med 83 hab *300 lts/hab/dia * lts/seg lts/seg min Por norma el gasto mínimo no puede ser menor al considerado en la tabla III.1 por lo que se considera que el gasto mínimo será igual a la descarga de un inodoro, es decir igual a 1.5 lts / seg. Q min por norma = 1.5 lts/ seg Sin embargo el gasto mínimo no puede ser mayor que el gasto medio por lo tanto se considera igual al mínimo, es decir: Q med = 1.5 lts / seg Como la población en el tramo es menor a 1000 se considera que M = 3.8. Q Q max.inst. max extrao. 3.8*1.5 l/s 5.7 l/s 1.5*5.7 lts/ seg 8.55 l/seg CALCULO DE LA VELOCIDAD Y EL GASTO A TUBO LLENO m ST = Pendiente del terreno ST ST 1.2 milesimas SP = 4 Φ = 20 cm ING. PEDRO RODRIGUEZ RUIZ 56

58 En este caso no se puede proponer que la pendiente del terreno sea la de plantilla debido a que producirá una velocidad a tubo lleno menor de 0.6 m/s por lo que se adopta la mínima que produce la velocidad anterior, es decir para un diámetro de 20 cm se acepta que S p mínima sea igual a 4 milésimas. Velocidad a tubo lleno: V T.LL V T. LL 2 / / 2 * * m/s, que cumplen con la minima misible a tubo lleno. que es de 0.60 m/s. Gasto a tubo lleno permi Q T. LL Q T.LL *0.66 m/s * l/s que es mayor al gasto maximo extraordinario CALCULO DE LAS VELOCIDADES REALES. Velocidad máxima q Q max.ext 8.55 L/S L/S 0.41 T.LL. Con este valor se consulta el nomograma y se tiene que: v V max. T.LL 0.95 Por lo tanto la velocidad máxima será igual a: v max (0.95)(V T.LL ) (0.95)(0.66) vmax 0.63 m/s que esta dentro del rango pre Velocidad mínima q min 0.07 Q T.LL Del nomograma se tiene Vmin / V T.LL = 0.58 misible a tubo lleno. Por lo tanto la velocidad mínima será igual a: v min 0.58* V T.LL (0.58)(0.66) v min 0.38 m/s que es mayor a la velocidad minima permisible para casos excepciona les. ING. PEDRO RODRIGUEZ RUIZ 57

59 CALCULO DE LAS COTAS DE PLANTILLA Por tratarse de un tramo inicial se propone la profundidad mínima (H = Φ) H= m St = Cota de plantilla final ( (0.004)(95) = Profundidad en el pozo 4 H= 1.47 m = 1.47 m Sp = 8 Φ = 20 cm Tramo 4-5 Longitud del tramo = 100 m Longitud tributaria = 95 m Longitud acumulada = 195 m Densidad de población = Hab / m Población en el tramo = 169 hab. CALCULO DE LOS GASTOS DE PROYECTO Q med Q min 169*300* lts / seg lts / seg Por norma: Q Q Q Q min med 1.5 lts / seg por lo tanto max.extr. 1.5 lts/ seg MAX.INST. (3.8)(1.5 l/s) 5.7 l/s (1.5)(5.7) 8.55 l/s ING. PEDRO RODRIGUEZ RUIZ 58

60 CALCULO DE LA VELOCIDAD Y EL GASTO A TUBO LLENO m St = Pendiente del terreno St = * St = 1.5 milesimas Sp = 4 Φ = 20 cm Por norma se propone Sp = 4 milésimas Considerando el diámetro del diámetro anterior se calcula la velocidad y gasto a tubo lleno. V V T. LL T. LL Q Q T.LL T. LL / 2 * m/s que cumple con la minima permisible 2 2 / 3 a tubo lleno 0.20 *0.66* l/s que es mayor al gasto maximo extraordinario ING. PEDRO RODRIGUEZ RUIZ 59

61 CALCULO DE LAS VELOCIDADES REALES q max. extraordinario Q V max 0.95 V T. LL. V max 0.95* 0.66 m/s Vmax 0.63 m/s, esta dentro del rango q min Q T.LL V min 0.58 V T. LL. T. LL V min 0.58* 0.66 m/s 0.41 Vmin 0.38 m/s cumple con la velocidad minima permisible para casos excepciona les. Se concluye que el diámetro y la pendiente propuestos son adecuados. CALCULO DE COTAS DE PLANTILLA m St = Cota de plantilla final ( (0.004)(100) = H = 1.47 m Profundidad en el pozo 5 H= 1.72 m = 1.72 m Sp = 4 Φ = 20 cm Caso 3 : Tramo contra pendiente. Tramo 19_18 Longitud del tramo = 70 m Longitud tributaria = 80 m Longitud acumulada = 150 m Densidad de población = hab / m Población en el tramo = 130 hab. ING. PEDRO RODRIGUEZ RUIZ 60

62 Calculo de los gastos de proyecto Q Q Q med med min 130 hab *300 lts/hab/dia * lts/seg lts/seg Por norma el gasto mínimo no puede ser menor al considerado en la tabla III.1 por lo que se considera que el gasto mínimo será igual a la descarga de un inodoro, es decir igual a 1.5 lts / seg. Q min por norma = 1.5 lts/ seg Sin embargo el gasto mínimo no puede ser mayor que el gasto medio por lo tanto se considera igual al mínimo, es decir: Q med = 1.5 lts / seg Como la población en el tramo es menor a 1000 se considera que M = 3.8. Q Q max.inst. max extrao. 3.8*1.5 l/s 5.7 l/s 1.5*5.7 lts/ seg 8.55 l/seg CALCULO DE LA VELOCIDAD Y EL GASTO A TUBO LLENO m ST = H=1.41 m Pendiente del terreno ST ST milesimas SP = 4 Φ = 20 cm En este caso no se puede proponer la pendiente de terreno como pendiente de plantilla debido a que su valor es negativo. Para calcular la pendiente de plantilla es necesario utilizar la ecuación de continuidad (Q = VA). Donde: ING. PEDRO RODRIGUEZ RUIZ 61

63 Q Gasto maximo extraordinario. * d A / 3 1 d 1 / 2 V * * Sp d diametro comercial de la tuberia. Despejando Sp de la ecuación de continuidad queda: 5/3 4 *Q*n Sp 8/3 *d 2 *1000 Sustituyendo los valores respectivos en la ecuación anterior queda: 5/3 4 *Q*n Sp *1000 8/3 *d Sp 0.68 milesimas 2 Como la pendiente de plantilla calculada es menor que la pendiente mínima por norma, entonces se utiliza la pendiente mínima por norma, es decir Sp mínima = 4 milésimas. Velocidad a tubo lleno: V T.LL V T. LL 2 / / 2 * * m/s, que cumplen con la minima permi misible a tubo lleno. que es de 0.60 m/s. Gasto a tubo lleno Q T. LL Q T.LL *0.66 m/s * l/s que es mayor al gasto maximo extraordinario CALCULO DE LAS VELOCIDADES REALES. q Q max.ext T.LL L/S L/S 0.41 v max. VT.LL 0.95 ING. PEDRO RODRIGUEZ RUIZ 62

64 v max (0.95)(V vmax 0.63 m/s que esta dentro del rango pre q min QT.LL v min 0.07 Vmin / V T.LL = * V T.LL misible a tubo lleno. T.LL ) (0.95)(0.66) (0.58)(0.66) v min 0.38 m/s que es mayor a la velocidad minima permisible para casos excepciona les. Por lo tanto el diámetro y la pendiente propuestos son adecuados. CALCULO DE LAS COTAS DE PLANTILLA H= m St = Cota de plantilla final ( (0.004)(70) = Profundidad en el pozo 18 H= 1.88 m = 1.88 m Sp = 4 Φ = 20 cm ING. PEDRO RODRIGUEZ RUIZ 63

65 HIDALGO MADERO INGENIERIA SANITARIA Y ALCANTARILLADO PROBLEMAS Ejemplo III.1 Determinar el gasto medio en el tramo de tubería que se encuentra entre las calles Hidalgo y madero y que tiene una longitud de 120 m. El tramo considerado es continuación de la línea de tubería, que ha tenido un recorrido anterior al tramo, de 1250 m. La población total de proyecto es de habitantes; con una dotación de agua potable igual a 150 lts/hab/día, la longitud de la red de tubería es de 19.6 km m 120 m Determinando la densidad de población lineal hab D 1272hab / km 19.6km Para determinar el número de habitantes que aportan, se considera no solo la longitud del tramo donde se desea conocer el gasto, sino también la longitud anterior, puesto que la tubería entre las calles Hidalgo y Madero recibirá las aportaciones que se haya echo anterior mente, además de las que se hagan en el propio tramo. Así la longitud de red a considerar es = 1.37 km A la cantidad de tubería que contribuye con su caudal a aumentar la aportación en el tramo en estudio, se le llama longitud tributaria. Por lo cual hab P 1272 *1.37km1743hab. km Para determinar la aportación consideramos que Ap = 0.75 dot. Ap = 0.75 (150) = lts/hab/día De aquí que aplicando la expresión de gasto medio. Q med 112.5* l / seg ING. PEDRO RODRIGUEZ RUIZ 64

66 Ejemplo III.3 Determínese, considerando la densidad de población, el gasto medio de cada tramo de la red de alcantarillado que se esquematiza. La población total de proyecto es de 42, 594 hab., el clima de la región donde se encuentre la población es templado, la longitud total de la red se ha estimado en 26.8 km y la longitud tributaria es de 14.7 km km m 80 m 120 m Solución. La dotación que corresponda a una población de 42, 594 hab. Y con clima templado es de 200 lts/hab/día. Considerando la aportación como un 75 % de la dotación tenemos que Ap = 0.75(200) = 150 lts/hab/día La densidad lineal de población es: Dl hab / km 26.8 a) Calculo del gasto medio en el tramo comprendido entre los pozos 1 y 2. La longitud de la red será = 14.8 km De aquí que la población que aporta es P = * 14.8 =23, 521 hab = 23, 522 hab. Por lo cual Q med 23522* l / seg b) En el tramo entre los pozos 2 y 3. La longitud de la red será: = km De aquí que la población que aporta es P = * =23, hab = 23, 649 hab. Por lo cual Q med 23649* l / seg c) En el tramo entre los pozos 3 y 4. La longitud de la red será: = 15 km ING. PEDRO RODRIGUEZ RUIZ 65

67 De aquí que la población que aporta es P = * 15 =23, hab = 23, 840 hab. Por lo cual Q med 23840* l / seg Ejemplo III.6 Se desea determinar el gasto máximo que se presentara en un tramo de la red de alcantarillado de una determinada población que cuenta con 15, 936 habitantes y cuya región es de clima frío. La longitud total de la red de alcantarillado es de 24.6 km. El tramo que se analiza esta comprendido entre los pozos de visita # 60 y 61 cuya longitud es de 120 m. La longitud tributaria (longitud de la red que aportara su caudal al tramo que se analiza) es de 4.39 km, el coeficiente de aportación es de Realizarlo con el nomograma y de forma analítica. Solución. Los datos básicos para utilizar el nomograma de Harmon son: longitud de la red (la longitud tributaria mas la longitud del tramo en estudio); densidad de población y; aportación. Valores que enseguida se calcularan. a) Longitud de la red que contribuye al caudal. L = longitud tributaria + longitud del tramo L = = 4.51 km b) Densidad de población 15,936Hab. D 647.8Hab / km 24.6km D 648Hab / km Nótese que para obtener la densidad de población se utiliza el número total de habitantes y la longitud total de la red de alcantarillado. c) Aportación Ap = 0.75 (125) = l/hab/día Con los datos obtenidos se determinaran enseguida por medio del nomograma de Harmon el gasto medio y el gasto máximo para el problema que se plantea. Localizando en sus respectivas escalas y uniendo los valores de D = 648 hab/km (densidad) y L = km. (longitud tributaria mas la longitud del tramo que se analiza). Del tramo anterior se obtiene: P = 2.84 (población en miles) PM = 9.8 (población por el coeficiente de mayo ración o de Harmon, en miles) Para obtener el gasto medio (Q med) se une la población P = 2.84 con la aportación A = y se lee el valor de 3.1 en la escala de gasto (Q) por lo cual. Q med. = 3.1 lts/seg Para obtener el gasto máximo (Q máx.) se localiza el valor de PM = 9.8 (en la escala de PM) y se une este punto con el valor de A = localizado en la escala de aportación. Al trazar la línea que une ambos puntos se lee el valor de 10.1 en la escala de gasto (Q), por lo cual la respuesta es: ING. PEDRO RODRIGUEZ RUIZ 66

68 Q máx. = 10.1 lts/seg. DE FORMA ANALITICA a) se calculara la población de proyecto para la longitud acordada. Pp = densidad de población * longitud de la red que contribuye al caudal. Pp = hab. / km * 4.51 km Pp = hab. b) Calculamos el gasto medio *93.75 Q med 3.17lts / seg c) Calculamos el gasto mínimo 3.17 Q min 1.585lts / seg 2 d) Calculamos el coeficiente de Harmon M P e) Calculamos el gasto máximo. Q M * Qmed 3.45* lts / seg max En conclusión se puede explicar en representación de la diferencia de resultados que con el procedimiento analítico se obtiene mayor precisión que con el del nomograma por que en el nomograma se presenta un error de lectura o de apreciación. Ejemplo III.7 Para conocer el diámetro y la pendiente que debe tener un tramo de tubería de una red de alcantarillado, se desea conocer el gasto máximo que se presentara en dicho tramo, considerando los siguientes datos: Población de proyecto = 27, 936 hab. Longitud total de la red = 20 km Longitud del tramo = 100 m Longitud tributaria = 17.6 km El clima de la región es templado. Solución. Calculo de los datos básicos para entrar al nomograma de Harmon: a) Longitud de la red que contribuye al caudal. L = longitud tributaria + longitud del tramo L = = 17.7 km ING. PEDRO RODRIGUEZ RUIZ 67

69 b) Densidad de población 27,936Hab. D Hab / km 20km D 1397Hab / km Nótese que para obtener la densidad de población se utiliza el número total de habitantes y la longitud total de la red de alcantarillado. c) Aportación Ap = 0.75 (150) = l/hab/día Con los datos obtenidos se determinaran enseguida por medio del nomograma de Harmon el gasto medio y el gasto máximo para el problema que se plantea. Localizando en sus respectivas escalas y uniendo los valores de D = 1397 hab/km (densidad) y L = 17.7 km. (longitud tributaria mas la longitud del tramo que se analiza). Del tramo anterior se obtiene: P = 24.5 (población en miles) PM = 63 (población por el coeficiente de mayo ración o de Harmon, en miles) Para obtener el gasto medio (Q med) se une la población P = 24.5 con la aportación A = y se lee el valor de 32.2 en la escala de gasto (Q) por lo cual. Q med. = 32.2 lts/seg Para obtener el gasto máximo (Q máx.) se localiza el valor de PM = 63 (en la escala de PM) y se une este punto con el valor de A = localizado en la escala de aportación. Al trazar la línea que une ambos puntos se lee el valor de 82 en la escala de gasto (Q), por lo cual la respuesta es: Q máx. = 82 lts/seg. DE FORMA ANALITICA f) se calculara la población de proyecto para la longitud acordada. Pp = densidad de población * longitud de la red que contribuye al caudal. Pp = hab. / km * 17.7 km Pp = 24, hab. g) Calculamos el gasto medio *112.5 Q med 32.2lts / seg h) Calculamos el gasto mínimo 32.2 Q min 16.1lts / seg 2 i) Calculamos el coeficiente de Harmon ING. PEDRO RODRIGUEZ RUIZ 68

70 M P j) Calculamos el gasto máximo. Q M * Qmed 2.56* lts / seg max En conclusión se puede explicar en representación de la diferencia de resultados que con el procedimiento analítico se obtiene mayor precisión que con el del nomograma por que en el nomograma se presenta un error de lectura o de apreciación. Ejemplo III.8 Si la capacidad requerida de una alcantarilla es de 20 lts/seg para una pendiente de Cual es el diámetro necesario y la velocidad de escurrimiento si el valor del coeficiente de rugosidad es de Solución por medio del nomograma Localizando en la escala respectiva del gasto el valor de 20 l/s y en la pendiente, expresada en milésimas, el valor = 1.25 (en milésimas) y uniendo estos dos puntos, por medio de una recta, se puede leer directamente de las escalas del diámetro y la velocidad de los siguientes valores: Diámetro: D = 25 cm Velocidad: V = 0.42 m/seg Resolviendo el problema por medio de la ecuación de Manning y la ecuación general para determinar el gasto, se obtienen los siguientes valores: 1 2/3 2 1/ V * Rh * S... a n Q AV... b Para un conducto circular que trabaja lleno, se tienen los siguientes valores para el radio hidráulico y área de la sección D R n 4 D A 4 2 Sustituyendo en la ecuación b, se tiene: 2/3 2 1 D D 1/ 2 * Q n * * S * 4 4 Despejando el diámetro de la ecuación anterior, queda: 3/8 3.21( Q)( n) D... c 1/ 2 S Sustituyendo en la ecuación los valores Q, S y n y realizando las operaciones, se tiene que el valor del diámetro es igual a: D = m = 24.5 cm ING. PEDRO RODRIGUEZ RUIZ 69

71 Sustituyendo el valor de D en la ecuación a, se obtiene que el valor de la velocidad 2/ / 2 V * * V 0.423m / s Se observa que los valores obtenidos por el nomograma de Manning se aproxima bastante a los calculados con la formula de Manning. Ejemplo III.9 Se desea determinar el menor diámetro de tubería y la mínima pendiente que garantice la conducción de un gasto de 328 lts/seg con una velocidad no menor de 60 cm/seg a tubo lleno. Considere que el coeficiente de rugosidad n = Solución: De la ecuación general de gasto D Q R n = AV Donde: 4 2 D A 4 V = 0.6 m/s (velocidad mínima permisible) Q = m 3 / s Sustituyendo: = (Π*D 2 )/4 * (0.6) Despejando el diámetro, queda que: D D 0.83m 4(0.328) 0.6(3.1416) Diámetro necesario El diámetro comercial que se debe aportar es el de 0.91 m. La pendiente mínima para este caso se obtiene a partir de Ejemplo III.12 En un proyecto de alcantarillado se tendrá una línea de conducción con tuberías de 45 cm de diámetro y una pendiente de 18 milésimas. Se sabe que los tirantes varían desde 0.1D hasta D y se pregunta si la pendiente que se considera es adecuada para que la velocidad máxima del escurrimiento que pueda presentarse, no sea mayor de 2.5 m/seg. En caso de que la pendiente no sea adecuada, indicar el valor máximo de la pendiente que satisfaga las condiciones del problema. Considere que el coeficiente de rugosidad n= Solución: Sabemos que la velocidad máxima se presenta para un tirante igual a 0.813D aproximadamente y que la ecuación que nos determina la velocidad máxima es la siguiente: ING. PEDRO RODRIGUEZ RUIZ 70

72 V V V max max max 1/ 2 2/3 S * D * n 1/ 2/ *0.45 * m / seg 2 La velocidad máxima no satisface la condición del problema, por lo que calcularemos la pendiente que nos permita obtener la velocidad de 2.5 m/seg, despejando de la ecuación de la velocidad máxima la pendiente. Entonces: ( Vmax )* n S ( ( D)) Sustituyen do : 2/3 (2.5)*0.013 S ( (45)) 2/ La pendiente máxima para obtener el valor de la velocidad de 2.5 m/s. Para un diámetro de tubería de 45 cm es de 15 milésimas. Si hubiésemos considerado que la velocidad máxima se presentara a tubo lleno, obtendríamos el siguiente valor de la velocidad. 2/3 1 1/ V * V 2.41m / seg * ING. PEDRO RODRIGUEZ RUIZ 71

73 Ejemplo III.14 Para el tramo que tiene una longitud de 85 m y la elevación de la plantilla y del terreno en el punto 72 si el colchón mínimo en el punto 71 es de 1.20 m. Solución: El planteamiento grafico será el siguiente: Terreno m St = m Plantilla Sp = 1.5 a x? m? El problema se resuelve determinando la profundidad α, en virtud de que la elevación de la plantilla en el punto 72 vale: Elevación de la plantilla 72 = α Sabemos que la pendiente es igual a la tangente del ángulo que forma una horizontal imaginaria con la línea de conducción. Cat Ady = 85 m a Cat Op = x Tan Despejando x 85* Tan Tan x 85*(0.0015) x 0.13m Catop Catady x 85m ING. PEDRO RODRIGUEZ RUIZ 72

74 La elevación de la plantilla en el punto 72 es igual a: = m De la misma manera la elevación del terreno en el mismo punto es igual a: *( ) = m La profundidad de excavación es por tanto igual a: = 1.89 m Gráficamente tendríamos: Terreno m St = m 1.89 m Plantilla Sp = 1.5 Ejemplo III.15 Una tubería esta tendida en una zanja de 90 cm de ancho y la altura del relleno sobre la parte superior del tubo es de 2.10 m. Cual sera la carga sobre el tubo si el relleno es: a) Arcilla saturada b) Arcilla húmeda Solución: A partir de la formula tenemos: a) Para arcilla saturada El peso volumétrico de la arcilla saturada es: ω = 2, 080 kg/m 3 (de la tabla III.6) El coeficiente C1 se determina de la tabla III.7 para una relación h/b que se determina de la siguiente forma: Según las normas de proyecto para un ancho de zanja de 90 cm corresponde a una tubería de 38 cm de diámetro (ver tabla III.5) La profundidad de la zanja será igual a: H = = 2.48 m La relación h/b = 2.48/0.9 = 2.76 ING. PEDRO RODRIGUEZ RUIZ 73

75 Con este valor de la relación h/b podemos encontrar el valor del coeficiente C1 de la tabla III.7. Sin embargo para este caso hay necesidad de hacer una interpolación para conocer el valor exacto de C1, de esta manera, C1 = 2.05 para arcilla saturada. Sustituyendo los valores encontrados en la formula de Marston tenemos: W W W c * * B *(2,080)*(0.9) 3,453.84kg/ m 2 2 b) Para arena húmeda De la misma manera procedemos a calcular la carga sobre la tuberia para un material de relleno de arena húmeda. ω = 1, 920 kg/m 3 Para una relación h/b = 2.76, tenemos que de la tabla III.7 y haciendo una interpolación obtenemos el valor de C1 = 1.88 Sustituyendo en la formula de Marston, tenemos: W = 1.88 (1, 920) (0.9) 2 W = 1, kg/m ING. PEDRO RODRIGUEZ RUIZ 74

76 1.3.7.INSTALACION DEL NOVAHOL. ESPECIFICACIONES Normas. El tubo Novahol Omega se fabrica según las especificaciones de la norma mexicana NMX-E-222/1-vigente-SCFI.- Tubos de PVC sin plastificante, de pared estructurada longitudinalmente, con junta Hermética de Material Elastometrico, utilizados en sistemas de alcantarillado. Especificaciones. Las conexiones, fabricadas bajo la norma Alemana DIN 19534, pueden ser aprobadas con la norma Mexicana NMX- E-215/2-vigente-SCFI.- Conexiones de PVC sin plastificante con junta hermética de material elastometrico, serie métrica, empleadas para sistemas de alcantarillado. Especificaciones, también con la norma internacional ISO Tubos y conexiones de poli (cloruro de vinilo) sin plastificante para sistemas de drenaje y alcantarillado subterráneo. Especificaciones. Dimensiones básicas Tubos. Los tubos Novahol se fabrican en longitudes totales de 6 Mt., sus diámetros y espesores se muestran en la tabla 3.1 TABLA 3.1 DIMENSIONES BASICAS DE LOS TUBOS NOVAHOL. EN mm Diámetro nominal igual al Diámetro exterior (Dn)=(D) SISTEMA DE UNION Diámetro interior (Di) Espesor total de pared (et) La hermeticidad y buen comportamiento estructural ante diferentes situaciones, como por ejemplo: asentamientos diferenciales, movimientos sísmicos, contracción o dilatación por cambios de temperatura, pequeñas desviaciones, etc. Se logran a través del sistema de unión espiga-campana, con anillo elastometrico que esta diseñado para tener una cámara de dilatación que se forma al unir cada tramo de tubo hasta la marca tope. En la figura 4.1 puede observarse. Las campanas del sistema Novahol omega tienen integrado el anillo, con esto se evita el riesgo (que existe con tuberías de otras marcas), de que se extravié, maltrate, coloque incorrectamente y/o se muerdan en el momento del acoplamiento. ING. PEDRO RODRIGUEZ RUIZ 75

77 HIDRAULICA Criterios de diseño. El análisis y la investigación de las características del flujo hidráulico, han permitido que los sistemas de alcantarillado, construidos con tuberías plásticas, puedan ser diseñados conservadoramente utilizando la ecuación de Manning. La relativamente pequeña concentración de sólidos (600 ppm) usualmente presente en las aguas negras y de tormenta, no es suficiente para hacer que el comportamiento hidráulico difiera al de agua limpia, siempre que se mantengan velocidades mínimas de auto-limpieza. En general, para simplificar el diseño de sistemas de alcantarillado, es aceptable asumir condiciones constantes de flujo; auque la mayoría de los sistemas de drenaje o alcantarillado funciona con caudales sumamente variables. Cuando se diseña permitiendo que la altura del flujo en el conducto varié, se considera como flujo a superficie libre; si esa condición no se cumple se dice que la tubería trabaja bajo carga o presión interna. La ecuación de Manning para flujos a superficie libre es la siguiente: Q A n R 2/3 S 1/ 2 Donde: Q = caudal, m 3 /s A = área hidráulica de la tubería, m 2 R = radio hidráulico, m; r= Di/4 para conductos circulares a sección llena y a media sección. n = coeficiente de Manning, n = para tubería NOVAHOL. S = pendiente hidráulica, m/m Di = diámetro interior del tubo, m; Di = D-2e t e t = espesor total de Novahol, m La pendiente hidráulica, s, se obtiene la diferencia de altura entre dos puntos respecto a la distancia horizontal o separación entre ellos. Es decir: s H1 H 2 L Donde: H1 = elevación aguas arriba, m H2 = elevación aguas abajo, m L = longitud horizontal entre puntos, m Coeficiente de rugosidad ING. PEDRO RODRIGUEZ RUIZ 76

78 El valor de n ha sido determinado experimentalmente para los materiales más comunes usados en sistemas de alcantarillado. Su valor puede ser tan bajo como en pruebas de laboratorio para tuberías plásticas utilizando agua limpia, o tan alto como en tuberías de acero corrugado bajo condiciones menos favorables. En la grafica se presentan los resultados obtenidos por el ing. Fadiz Z. Kamand, miembros de la asociación Americana de Ingenieros Civiles ASCE, referente a la variación de la n de Manning con respecto a la velocidad del flujo y al diámetro de la tubería de PVC. Para NOVAHOL se recomienda un valor de n = ya que las pequeñas ondulaciones longitudinales que se forman por la estructuración no repercuten en el comportamiento del flujo. Velocidades recomendadas. Es recomendable que la velocidad de flujo en líneas de alcantarillado no sea menor de 0.60 m/s para proporcionar una acción de auto-limpieza, es decir, capacidad de arrastre de partículas en suspensión. En casos especiales podrán emplearse velocidades de 0.40 m/s en tramos iniciales y con bajo caudal. La velocidad máxima recomendada es de 5.0 m/s. Para velocidades mayores se deben tomar en cuenta ciertas consideraciones especiales para la disposición de energía, evitando la erosión de los pozos de visita o de cualquier estructura de concreto. En el caso de alcantarillado pluvial, bajo estas condiciones deberán instalarse rejillas o construirse estructuras que eviten el ingreso del material rocoso de gran tamaño. En la tabla 5.1 se muestran las pendientes hidráulicas y caudales correspondientes a las velocidades mínima y máxima recomendadas, y en la tabla 2 del anexo los caudales y velocidades en función de la pendiente hidráulica de la tubería. ING. PEDRO RODRIGUEZ RUIZ 77

79 TABLA 5.1 CONDICIONES HIDRAULICAS PARA VELOCIDADES MINIMA Y MAXIMA DE LA TUVERIA NOVAHOL DIAM NOM. (mm) DIMENSIONES DIAM. ESP. EXT TOTAL (mm) (mm) DIAM. INT (mm) CONDICIONES HIDRAULICAS (n=0.009) Pendiente velocidad = 0.6 m/s Vel=5m/s mínima (al millar) Gasto mínimo (L/s) pendiente máxima (al millar) Gasto máxima (L/s) DETERMINACION DEL CAUDAL. Para la determinación de caudales a sección llena se utiliza la ecuación de Manning, descrita anteriormente, o el ábaco de la grafica 5.2. En aquellos casos en que el tirante t (altura del flujo) no sea igual a la de flujo a sección llena (Di), o a media sección (Di/2), se utiliza la grafica 5.3 que relaciona los parámetros de caudal (Q) y velocidad (V) con la altura de flujo (t), partiendo de los datos obtenidos para la sección llena. Ejemplo 1: Calcular el diámetro para una tubería que tiene una pendiente s de 10 al millar y un caudal Q de 40 l/s. estudiar dos alternativas una empleando tubería Novahol y otra con tubo de concreto. Revisar las velocidades de diseño. Utilizando el ábaco grafica 5.2, trazamos una línea vertical en el valor de pendiente s = que interseca la línea horizontal de 40 l/s. Con lo cual se determina que el diámetro de Novahol requerido es de 200 mm. (8 ). Repitiendo el ejercicio para tubería de concreto, encontramos que el diámetro debe ser 250 mm. (10 ). La velocidad se determina utilizando las graficas 5.2 y 5.3 e3n combinación, de la siguiente manera: a) calculo de velocidad para Novahol: del ábaco obtenemos que para sección llena el caudal Q es 40.9 l/s. La relación q/q lleno es igual Ahora, utilizando la grafica 5.3 de elementos Hidráulicos obtenemos que: V/v lleno = 1.14; o sea v = 1.14 v lleno. El valor de v lleno lo obtenemos de la grafica 5.2 y es: V lleno = 1.45 m/s; por lo tanto, V = 1.14 * 1.45 = 1.65 m/s. Esta velocidad esta dentro del rango permitido. b) para el tubo de concreto de 250 mm, el cálculo de velocidades es el siguiente: De la misma forma, del ábaco obtenemos que Q lleno es 59.5 l/s. De modo que: q/q lleno = 0.67 De la grafica 5.3 de elementos hidráulicos se obtiene que: ING. PEDRO RODRIGUEZ RUIZ 78

80 v/v lleno = 1.08; o sea v = 1.08 v lleno. Luego, utilizando la formula de caudal Q = V*A; donde a es área hidráulica de la tubería, tenemos: V lleno = Q lleno /A c (A c = área tubo concreto = m 2 ) V lleno = 1.21 m/s Finalmente; v = 1.08 v lleno = 1.31 m/s; que también esta dentro del rango permisible. Como puede observarse, la ventaja de utilizar Novahol se refleja en una reducción sustancial del diámetro y una mejor velocidad de arrastre. GRAFICA 5.2 ABACO PARA EL CALCULO HIDRAULICO DE TUBOS NOVAHOL PARA ALCANTARILLADO HERMETICO C A U D A L (Q), l/s ING. PEDRO RODRIGUEZ RUIZ 79

81 Para el cálculo en computadora de las condiciones a tubo parcialmente lleno, es necesario ingresar las siguientes ecuaciones: Dt r? t 1/ 2 8 S r cossen 1/ 3 Q { }...(1) 2 n 4 t ang cos(1 ), enradianes r 1/ 2 S r( cossen ) 2 / 3 V { }...(2) n 2 5 DONDE: Q = caudal o gasto, m 3 /s v = velocidad del agua, m<7s t = altura del tirante, m r = radio de la tuberías, m; r =Di/2 n = coeficiente de Manning, n = para novahol s = pendiente hidráulica, m/m (milésimas) Di = diámetro interior del tubo, m; Di = D 2et et = espesor total de novahol, m Con la ecuación (1), mediante un algoritmo como el de iteraciones se obtiene el tirante correspondiente al gasto y pendiente dados. Una vez obtenido el valor del tirante (y el ángulo θ), con la ecuación (2) se calcula la velocidad. Si se desea, el área hidráulica se calcula dividiendo el gasto entre la velocidad correspondiente. Las ecuaciones anteriores también son útiles cuando se desea conocer el gasto, velocidad y área hidráulica en función del tirante; a partir de la pendiente y el diámetro que se trate. ING. PEDRO RODRIGUEZ RUIZ 80

82 INSTALACION DE TUBOS NOVAHOL. ZANJAS Excavación y dimensiones: La zanja deberá ser lo suficientemente amplia para permitir un acomodo correcto de la tubería y del material de relleno para garantizar un adecuado soporte lateral. Deberá tomarse en cuenta que una zanja angosta hace difícil el ensamble y la correcta instalación de la tubería, además la poca amplitud limita la adecuada compactación del material alrededor de la tubería. En la tabla 8.1, se presentan los anchos mínimos de zanjas recomendados para suelos estables. El material producto de la excavación deberá colocarse a un costado de la zanja, a una distancia no menor que 60 cm. del borde y la altura del montículo no mayor de 1.25 mts. Para evitar que la carga produzca derrumbes en la zanja. Como regla general, no debe excavarse las zanjas con mucha anticipación a la colocación de la tubería. Tabla 8.1 ANCHOS MINIMOS DE ZANJA PARA SUELOS ESTABLES. Diámetro exterior milímetros Anchos de zanja recomendables metros La profundidad mínima de la zanja podrá variar según las circunstancias, se recomienda un recubrimiento de 0.90 m sobre la corona del tubo en lugares con trafico vehicular, o 0.60 m sobre la corona cuando no exista trafico. Profundidades menores (hasta de 0.31 m) pueden tenerse cuando se controla el tipo de relleno y su grado de compactación, consulte con el Departamento Técnico de Amanco México. ING. PEDRO RODRIGUEZ RUIZ 81

83 En la tabla 8.2 se presentan las profundidades mínimas y máximas de instalación, según el modulo de reacción E del relleno lateral del tubo. TABLA 8.2 PROFUNDIDADES MINIMAS Y MAXIMAS DE INSTALACION DE NOVAHOL. (Sobre la corona del tubo) Modulo de reacción del suelo E' Sin carga viva (metros) Con carga viva H20(metros) kgf/cm 2 mínima máxima mínima máxima NR NR * * * NR = no recomendable * para fines prácticos, la profundidad mínima recomendada es de 0.90 m y la máxima de 5.00 m; aunque pueden ser utilizados valores mayores. Forma de la zanja: Dependiendo de la estabilidad del suelo y de la profundidad a la que deben colocarse la tubería, las zanjas podrán hacerse de la manera mostrada en la figura 8.1. CAMA DE APOYO O BASE: El tubo debe descansar sobre un lecho de material selecto libre de rocas, para proporcionarle un adecuado y uniforme soporte longitudinal. Si el material producto de la excavación es compactable, podrá utilizarse colocándolo en una capa con espesor de 5 a 10 cm. como mínimo. En caso de que el fondo de la zanja sea de roca u otro material abrasivo, será necesario formar una cama de arena o material selecto de 15 cm. de espesor. Si hay presencia de agua en el fondo de la zanja, se debe colocar a manera de filtro una capa de piedra o grava con un espesor de 15 cm. El tamaño de las partículas no debe ser mayor de 12 mm. (1/2 pulg.). Sobre esta capa se colocará posteriormente la cama de apoyo. ING. PEDRO RODRIGUEZ RUIZ 82

84 COLOCACION DE TUBOS NOVAHOL Como en todo proceso constructivo de sistemas de alcantarillado, la instalación de la tubería deberá iniciarse a partir del extremo aguas abajo de cada tramo, siguiendo la alineación y nivelación de proyecto a través de crucetas de madera, hilo reventón y un escantillón. La unión de los tubos Novahol Omega se efectúa mediante los sistemas de espiga-campana con anillo de hule integrado en fábrica, que elimina los riesgos de una junta defectuosa y contribuye a mejorar la flexibilidad del sistema, ver figura 4.1. A continuación, se describe el procedimiento para realizar la unión: 1. Con un trapo húmedo, limpie cuidadosamente el extremo del tubo, hasta la marca tope, y el interior de la campana, no hay razón para remover el anillo elastomerico (empaque). 2. Aplique lubricante, jabón o grasa vegetal en el extremo del tubo hasta la marca tope y un poco en el anillo de la campana. 3. Inserte el extremo lubricado del tubo dentro de la campana, hasta la marca tope.. Para realizar esta operación es necesario utilizar una placa o equipo mecánico, protegiendo siempre, con madera, el extremo del tubo. 4. La tubería NOVAHOL se suministra en longitudes de 6.0 m (20 ), sin embargo es frecuente cortarla para alcanzar las longitudes exactas de cada tramo. Los cortes deben hacerse lo mas recto posible, utilizando una sierra guiada con una plantilla de corte a escuadra. A continuación, con una lima, se hace un chaflán, de aproximadamente 15 y del ancho indicado en la tabla 8.3, a fin de facilitar la unión de las piezas. Las celdas que quedan abiertas quedan dentro del sistema por lo que no se permite la hermeticidad. 5. Una vez efectuado el chaflán, trace la marca tope de acuerdo con lo indicado en la tabla 8.3. Diámetro exterior (mm) Ancho recomendado del chaflán en cm. Longitud penetración tope) en cm. de (marca En la tabla 8.4 se indican los rendimientos promedios de instalación sin interrupciones y cantidad de lubricante necesario por unión, para todos los diámetros de los tubos Novahol, estos rendimientos pueden ser mayores si se cuenta con personal calificado. Tabla 8.4 Rendimientos de instalación de tubos Novahol y cantidad de lubricante por unión. Diametros nominales Tubos de 6 m que se instalan por cuadrilla e una jornada Numero de operarios por cuadrilla Numero de uniones por cada lata de 500 grs. Peones Oficiales 110* 130 (780m) a mano (720m) a mano (540m) con barreta (450m) con barreta (408m) con barreta ING. PEDRO RODRIGUEZ RUIZ 83

85 En la figura 8.2 se presenta el procedimiento para realizar las uniones y cortes de la tubería Novahol. RELLENO Y COMACTACION. El relleno de la zanja debe seguir a la colocación de la tubería tan pronto como sea posible. De esta manera se disminuye el riesgo de que la tubería sufra algún daño. Inmediatamente después de la colocación del tubo, se debe proceder al relleno, compactando en capas de 0.10m, iniciando por los costados de la tubería, ver figura 8.3. Se utilizara para ello material granular fino o material seleccionado de la excavación, este material debe alcanzar un modulo de reacción del suelo (E ) por lo menos de 28 kgf/cm2 (400psi). El relleno se continuara hasta una altura mínima de 15 cm sobre la corona del tubo. Esta zona de la zanja es conocida como RELLENBO INICIAL y no debe ser lanzado desde alturas superiores a 1.5 m para evitar, localmente, posibles deflexiones adicionales a la tubería. El relleno se completara con el mismo material proveniente de la excavación y, en zonas con circulación vehicular, se deberá alcanzar un grado de compactación del 85 al 95 % Proctor estanadar, pudiendo utilizarse parta ello equipo mecánico apropiado. Esta zona se denomina RELLENO FINAL. ING. PEDRO RODRIGUEZ RUIZ 84

86 En zonas sin tráfico de vehículos, el RELLENO FINAL se podrá efectuar mediante volteo manual o mecánico, dejando un borde o lomo sobre el nivel del terreno para compensar el asentamiento ocasionado por la consolidación de los materiales FIGURA 8.3 RELLENO DE ZANJAS En la figura 8.4 se muestran las diferentes zonas de la sección transversal de una zanja típica, tato en condición de transito vehicular como sin este. ING. PEDRO RODRIGUEZ RUIZ 85

87 RELLENO FINAL (sin compactar) CAMA DE APOYO ZANJA EN ZONA SIN TRANSITO VEHICULAR DESCARGAS DOMICILIARIAS Y UNION A POZOS DE VISITA. Instalación de descargas domiciliarias Criterios de selección Como puede observarse existen yees y varios tipos de silletas para conectar las descargas domiciliarias a la red, ya sea a 45 o a 90 (por la parte superior de la atarjea). La selección depende del momento de su instalación (durante o después de la construcción de las atarjeas, o cuando ya este funcionando el sistema), de las condiciones ambientales (temperaturas altas, lluvias frecuentes), de las experiencias o especificaciones del organismo operador, del soto de instalación de cada descarga, y de la disponibilidad de diámetro y facilidad de instalación hermética de cada pieza. Hidráulicamente, una conexión a 45 funciona mejor que una A 90 porque genera menor pérdida de velocidad del fluido conducido, y contribuye a la capacidad de arrastre de la atarjea; además el riesgo de taponamiento es menor. Sin embargo, se ha observado que las descargas domiciliarias a 90, conectadas por la parte superior de las atarjeas ING. PEDRO RODRIGUEZ RUIZ 86

88 no se tapan como se piensan 8 casi todos los países europeos se conectan de esta forma, Por otra parte, en los edificios con espacios reducidos se utilizan siempre codos de 87 * 110 mm de diámetro). El agua, al entrar por la parte superior de la atarjea, cae dispersa (como regadera) sobre el cual de la atarjea sin alterar su velocidad. Mecánicamente una conexión a 90 esta menos expuesta a falla porq1ue en ella las descargas externas, por ser paralelas al eje vertical de la silleta, pueden generar únicamente esfuerzos de compresión. Una conexión a 45 puede trabajar a flexión con lo cual existe el riesgo de falla en la unión atarjea-silleta donde se generan los máximos esfuerzos de tensión y compresión. Lo anterior se agudiza en zonas con suelos compresibles. Este caso se resuelve, en buena parte, permitiendo que las uniones atarjea-silleta puedan tener movimiento, como sucede en las yee acopladas con el sistema de unión espiga-campana. Entonces, bajo este planteamiento, la pieza más vulnerable a falla es la silleta cementar. Los volúmenes de obra pueden reducirse si el albañal exterior se instala con una pudiente del 20 al millar (la mínima), para reducir al máximo la profundidad de su zanja (respetando el colchón mínimo de 90 cm, en el arroyo de la calle) y, mediante el codo y un tramo de tubo con campana, conectarse a la silleta acoplada en la atarjea, ver figura 9.1 Procedimiento de instalación Una vez que se realicen las operaciones de descubrir ( si la red de atarjeas ya existe), marcar los puntos (aguas arriba y aguas abajo) donde se conectara la descarga domiciliaria y excavar la zanja con la profundidad y pendiente adecuadas, pueden llevarse acabo los siguientes procedimientos: Descargas conectadas a 45 Instalación con yees: Conectar el tubo en el punto marcado y acoplar el cople conexión, la yee y el codo de 45 colocándolos para recibir el albañal. Si el punto donde se colocara la descarga coincide con la campana de un tubo, o se conecta a otro yee, no se requiere el cople conexión, cada yee contribuye a la longitud de la atarjea, ver figura 9.2. ING. PEDRO RODRIGUEZ RUIZ 87

89 Instalación con silleta cementar La silleta cementar puede acoplarse con un anillo de hule o pegada con cemento. Para garantizar que permanecerá unida a la tubería, la silleta debe ser fijada por medio de un par de abrazaderas metálicas que, en el caso de haber cementado la silleta, podrán retirarse después de tres horas para utilizarse nuevamente. El codo se inserta a la silleta de la misma forma que la tubería y en dirección apropiada para recibir el albañal, ver figura 9.3. FUGURA 9.3 DESCARGA DOMICILIARIA UTILIZANDO SILLETA CEMENTAR ING. PEDRO RODRIGUEZ RUIZ 88

90 Los pasos para su instalación son: Paso 1 Marcado: Presentar la silleta, codo y albañal; localizar el punto exacto de la descarga y marcara el contorno de la silleta. Usando la silleta como guía, marcar la perforación que se hará al tubo, ampliando luego el marcado en 1.5 cm. en todo el contorno; también pueden utilizarse plantillas con el contorna ya ampliado. Paso 2 Perforación. Con una broca hacer varias perforaciones sobre la marca y a través de ella introducir un serrucho de mano o una sierra caladora para hacer el corte. A continuación, con una esponja metálica (fibra), una lima plana o navaja limpiar las rebabas y sobrantes en la perforación. Montar la silleta en el tubo a fin de verificar que el corte fue hacho correctamente, ver figura 9.4 Figura 9.4 Paso 3. Acoplamiento. Montar las abrazaderas sobre el tubo dejando una holgura para recibir la silleta. Si se utiliza anillo de hule, montar este alrededor de la perforación del tubo, montar la silleta de acuerdo al marcado y apretar los fletes hasta evitar que la silleta gire o se deslice. Si no, limpiar las áreas de contacto de la silleta y el tubo. Aplicar una capa uniforme y bondadosa de cemento en las áreas de contacto que se limpiaron previamente, esto se logra al utilizar un aplicador (para tinte de pelo) y aplicar cordones de cemento perimetrales a la perforación (primero en la silleta y luego en el tubo) espaciados de 3 a 5 mm., en toda el area de contacto. Se requiere 125 ml de cemento por cada unión. El cemento y limpiador utilizados deben ser Omega o similar. Montar inmediatamente la silleta en el tubo (para evitar que el cemento se volatice), apretar los flejes alrededor de ella dándoles una tensión que no permita su desplazamiento. La silleta debe permanecer sin movimiento cuando menos tres horas. Paso 4. Recepción del albañal. Una vez instalada la silleta, proceder a la instalación del codo y albañal exterior e iniciar el relleno apisonado. Observaciones: Existe la opción, previa autorización de la supervisión, de utilizar flejes de plástico o alambre recocido trenzado (torsales). Descargas conectadas a 90 por la parte superior de la atarjea. Silleta clic: La silleta clic esta diseñada para conectarse por la parte superior del tubo y para evitar que la unión de la descarga domiciliaria pueda concentrar cargas externas sobre la parte del tubo donde se apoya, esta provista de una canastilla de polipropileno, colocada en el interior de cada campana, que permite el deslizamiento vertical, a largo plazo, de la espiga acoplada, ver figura 9.5. Al accionar sus dos brazos hasta el broche, desliza hacia arriba un niple engrosado de un extremo (abocinado) que expande su empaque y lo presiona contra las paredes de la perforación del tubo y logra hermeticidad; se sujeta al quedar la parte abocinada dentro del tubo, ver figura 9.7. ING. PEDRO RODRIGUEZ RUIZ 89

91 Figura 9.5 SILLETA CLIC DE PALANCAS Paso 1. Marcado y perforación del tubo Trace el eje longitudinal del tubo y, con una línea perpendicular a este, marque el centro. Si la descarga domiciliaria es de 110 mm de diámetro, prepare la perforadora de sierra o de calor de 127 mm; si la descarga es de 160 mm, prepare la perforadora de 159 mm. Con la perforadora de sierra o de calor, bien vertical, perfore lentamente un circulo en el tubo, ver figura 9.6. Quite las rebabas con una esponja de metal y, si hubiere rebabas grandes, con navaja o una lima. FIGURA 9.6 Paso 2. Preparación de la silleta. Los brazos de la silleta deben estar en posición vertical. Tome la silleta y cerciórese que el empaque este dentro de un nicho (no debe estar montado sobre el abocinado del niple) para asegurara que pase por la perforación. Paso3. Acoplamiento y sello. Perpendicularmente al tubo introduzca la silleta hasta que su base se asiente bien sobre la corona del tubo. Los ejes longitudinales de silleta y tubo deben ser colineales ver figura 9.7. Presione hacia abajo la silleta y gire simultáneamente los brazos hacia su posición horizontal asegurándose que pase por el broche. Paso 4. Recepción del albañal. Una vez instalada la silleta, acople el tubo vertical (sin chaflán ni rebabas), el codo y el albañal exterior e inicie el relleno apisonado. El tubo vertical o el codo (según corresponda), de la descarga de 110 mm se acoplan a la silleta con una reducción de 125 a 110 milímetros. ING. PEDRO RODRIGUEZ RUIZ 90

92 FIGURA 9.7 Conexión con silleta W 90 Paso 1. Marcado y perforación del tubo Trace el eje longitudinal del tubo, y con una línea perpendicular a este, marque el centro. Si la descarga domiciliaria es de 110 mm de diámetro, prepare la perforadora de sierra o de calor de 127 mm; si la descarga es de 160 mm, prepare la perforadora de 159 mm. Para esta silleta puede utilizar también cualquier otra herramienta de corte como sierra caladora o serrotillo. Con la herramienta seleccionada haga la perforación circular. Quite las rebabas con una esponja de metal y, si hubiere rebabas grandes, con navaja o una lima. Paso 2. Preparación de la silleta. Tome la silleta, cerciórese que el empaque este dentro de su nicho. Paso 3. Acoplamiento y sello. Abra el cuerpo de la silleta y móntelo (como brazalete) en el tubo cuidando que la ceja de la silleta entre en la perforación. Alinie el cuerpo de la silleta y una sus partes con la cuña de sujeción, que debe quedar centrada. Ver figura 9.8. Paso 4. Recepción del albañal. Una vez instalada la silleta, acople el tubo vertical, el codo y albañal exterior e inicie el relleno apisonado, ver figura 9.8. FIGURA 9.8 UNION DE TUBOS NOVAHOL A POZOS DE VISITA. Mediante las mangas de empotramiento, fabricadas con poliuretano, es posible hacer la unión hermética a cualquier pozo de visita construido con mampostería de tabique o piedra, de concreto, o prefabricado de concreto reforzado; y proteger el tubo, en la unión, de posibles asentamientos diferenciales. La unión de tubos Novahol a pozos de visita debe realizarse siempre con extremos espiga para poder colocar las mangas de empotramiento. En el extremo aguas arriba de cada tramo comprendido entre dos pozos de visita, se colocara un niple o tramo de tubo para llegar al pozo; en este caso, puede utilizarse tubería de pared compacta si no se desea que, en la sección de Novahol cortado, queden los alveolos longitudinales expuestos dentro del pozo, ver figura 9.9. También es posible sellar los alveolos con silicón de alta temperatura (como el silicón 936 de Dow Corning). ING. PEDRO RODRIGUEZ RUIZ 91

93 FIGURA 9.9 UNION A POZOS DE VISITA EN LOS EXTREMOS AGUAS ARRIBA DE CADA TRAMO ING. PEDRO RODRIGUEZ RUIZ 92

94 1.3.8.INSTALACION NOVALOC. ESPECIFICACIONES Normas. La materia prima con que se produce la tubería NOVALOC cumple con las especificaciones de la norma ASTMD Las uniones de NOVALOC cumple con la hermeticidad requerida por la norma ASTMD Los empaques con la norma ASTMF 477. Con lo anterior, aseguramos que la tubería NOVALOC cumpla con las especificaciones de lo norma de cada uno de los Países de Latinoamérica. Dimensiones. La tubería NOVALOC se fabrica de acuerdo con las dimensiones de diámetro interno mínimo establecidas en las normas ASTMF 794, las cuales se presentan en la tabla 3.1. TABLA 3.1 DIMENSIONES BASICAS DE LA TUBERIA NOVALOC DIAMETRO NOMINAL (Dn) Diámetro interior Mínimo ASTM F- 794 Diámetro exterior mm pulgadas mm Pulgadas mm pulgadas En la figura 3.1 se muestra el perfil utilizado para la fabricación corresponde al perfil cerrado establecido en la norma ASTM F 794. de NOVALOC, cuya configuración básica Figura 3.1 PPERFIL NOVALOC ING. PEDRO RODRIGUEZ RUIZ 93

95 SISTEMA DE UNION La tubería NOVALOC se une mediante coples fabricados en polietileno de alta densidad, diseñados para garantizar la hermeticidad y un buen comportamiento estructural ante diferentes situaciones, como por ejemplo: asentamientos diferenciales, movimientos sísmicos, contracción o dilatación por cambios de temperatura y pequeñas desviaciones. En la figura 4.1, SE MUESTRA EL COPLE NOVALOC. Figura 4.1 Cople Novaloc (Sección longitudinal) HIDRAULICA Criterios de diseño. El análisis y la investigación de las características del flujo hidráulico, han permitido que los sistemas de alcantarillado, construidos con tuberías plásticas, puedas ser diseñados conservadoramente utilizando la ecuación de Manning. La relativamente pequeña concentración de sólidos (600 ppm) usualmente presente en las aguas negras y de tormenta, no es suficiente para hacer que el comportamiento hidráulico difiera al de agua limpia, siempre que se mantengan velocidades mínimas de auto-limpieza. En general, para simplificar el diseño de sistemas de alcantarillado, es aceptable asumir condiciones constantes de flujo; auque la mayoría de los sistemas de drenaje o alcantarillado funciona con caudales sumamente variables. Cuando se diseña permitiendo que la altura del flujo en el conducto varié, se considera como flujo a superficie libre; si esa condición no se cumple se dice que la tubería trabaja bajo carga o presión interna. La ecuación de Manning para flujos a superficie libre es la siguiente: Q A n Donde: R 2/3 S 1/ 2 Q = caudal, m 3 /s A = área hidráulica de la tubería, m 2 R = radio hidráulico, r= D/4 para conductos circulares a sección llena y a media sección, m ING. PEDRO RODRIGUEZ RUIZ 94

96 N = coeficiente de Manning, n = para tubería NOVALOC S = pendiente hidráulica, m/m Di = diámetro interior del tubo, m L a pendiente hidráulica, s, se obtiene la diferencia de altura entre dos puntos respecto a la distancia horizontal o separación entre ellos. Es decir: s H1 H 2 L Donde: H1 = elevación aguas arriba, m H2 = elevación aguas abajo, m L = longitud horizontal entre puntos, m Coeficiente de rugosidad El valor de n ha sido determinado experimentalmente para los materiales más comunes usados en sistemas de alcantarillado. Su valor puede ser tan bajo como en pruebas de laboratorio para tuberías plásticas utilizando agua limpia, o tan alto como en tuberías de acero corrugado bajo condiciones menos favorables. En la grafica se presentan los resultados obtenidos por el ing. Fadiz Z. Kamand, miembros de la asociación Americana de Ingenieros Civiles ASCE, referente a la variación de la n de Manning con respecto a la velocidad del flujo y al diámetro de la tubería de PVC. Para NOVALOC se recomienda un valor de n = GRAFICA 5.1 VARIACION DE LA N DE MANNING EN TUBERIAS DE PVC ING. PEDRO RODRIGUEZ RUIZ 95

97 Velocidades recomendadas. Es recomendable que la velocidad de flujo en líneas de alcantarillado no sea menor de 0.60 m/s para proporcionar una acción de auto-limpieza, es decir, capacidad de arrastre de partículas en suspensión. En casos especiales podrán emplearse velocidades de 0.40 m/s en tramos iniciales y con bajo caudal. La velocidad máxima recomendada es de 5.0 m/s. Para velocidades mayores se deben tomar en cuenta ciertas consideraciones especiales para la disposición de energía, evitando la erosión de los pozos de visita o de cualquier estructura de concreto. En el caso de alcantarillado pluvial, bajo estas condiciones deberán instalarse rejillas o construirse estructuras que eviten el ingreso del material rocoso de gran tamaño. DETERMINACION DEL CAUDAL. Para la determinación de caudales a sección llena se utiliza la ecuación de Manning, descrita anteriormente, o el ábaco de la grafica 5.2. En aquellos casos en que el tirante t (altura del flujo) no sea igual a la de flujo a sección llena (Di), o a media sección (Di/2), se utiliza la grafica 5.3 que relaciona los parámetros de caudal (Q) y velocidad (V) con la altura de flujo (t), partiendo de los datos obtenidos para la sección llena. Ejemplo 1: Calcular el diámetro para una tubería que tiene una pendiente s de 1/1000 y un caudal Q de 500 l/s. estudiar dos alternativas una empleando tubería Novaloc y otra con tubo de concreto. Revisar las velocidades de diseño. Utilizando el ábaco grafica 5.2, trazamos una línea vertical en el valor de pendiente s = que interseca la línea horizontal de 500 l/s. Con lo cual se determina que el diámetro de Novaloc requerido es de 750 mm. (30 ). Repitiendo el ejercicio para tubería de concreto, encontramos que el diámetro debe ser 900 mm. (36 ). La velocidad se determina utilizando las graficas 5.2 y 5.3 en combinación, de la siguiente manera: b) calculo de velocidad para Novaloc: del ábaco obtenemos que para sección llena el caudal Q es 520 l/s. La relación q/q lleno es igual Ahora, utilizando la grafica 5.3 de elementos Hidráulicos obtenemos que: V/v lleno = 1.15; o sea v = 1.15 v lleno. El valor de v lleno lo obtenemos de la grafica 5.2 y es: V lleno = 1.10 m/s; por lo tanto, V = 1.15 * 1.10 = 1.27 m/s. Esta velocidad esta dentro del rango permitido. b) para el tubo de concreto de 900 mm, el cálculo de velocidades es el siguiente: De la misma forma, del ábaco obtenemos que Q lleno es 570 l/s. De modo que: q/q lleno = 0.88 De la grafica 5.3 de elementos hidráulicos se obtiene que: v/v lleno = 1.14; o sea v = 1.14 v lleno. Luego, utilizando la formula de caudal Q = V*A; donde A es área hidráulica de la tubería, tenemos: ING. PEDRO RODRIGUEZ RUIZ 96

98 V lleno = Q lleno /A c (A c = área tubo concreto) V lleno = 0.90 m/s Finalmente; v = 1.14 v lleno = 1.03 m/s; que también esta dentro del rango permisible. Como puede observarse, la ventaja de utilizar Novaloc se refleja en una reducción sustancial del diámetro y una mejor velocidad de arrastre. ING. PEDRO RODRIGUEZ RUIZ 97

99 INSTALACION ZANJAS Excavación y dimensiones: La zanja deberá ser lo suficientemente amplia para permitir un acomodo correcto de la tubería y del material de relleno para garantizar un adecuado soporte lateral. Deberá tomarse en cuenta que una zanja angosta hace difícil el ensamble y la correcta instalación de la tubería, además la poca amplitud limita la adecuada compactación del material alrededor de la tubería. En la tabla 8.1, se presentan los anchos mínimos de zanjas recomendados para suelos estables. ING. PEDRO RODRIGUEZ RUIZ 98

100 Tabla 8.1 ANCHOS MINIMOS DE ZANJA PARA SUELOS ESTABLES. DIAMETRO DIAMETRO ANCHO DE NOMINAL EXTERIOR ZANJAS mm pulgadas mm pulgadas metros pulgadas El material producto de la excavación deberá colocarse a un costado de la zanja, a una distancia no menor que 60 cm. del borde y la altura del montículo no mayor de 1.25 m, para evitar que la descarga produzca derrumbes en la zanja. Como regla general, no deben excavarse las zanjas con mucha anticipación a la colocación de la tubería. La profundidad de la zanja podrá variar según las circunstancias, pero no podrá tener en ningún caso un recubrimiento menor que 0.90 m sobre la corona del tubo en lugares con trafico vehicular, o 0.60 m sobre la corona cuando no exista trafico. Para profundidades de instalación menores, consulte con el Departamento Técnico de su Empresa AMANCO. En la tabla 8.2 se presentan las profundidades máximas de instalación, según el modulo de reacción E alrededor del tubo. Modulo de reaccion del suelo E' kg/cm2.(psi) Sin carga viva, metros (pies) Con carga viva H20 metros (pies) NR * * NR = no recomendable * = La profundidad máxima para fines prácticos es 9.00 m, aunque pueden ser utilizados valores mayores. Consulte el departamento técnico de su empresa AMANCO. ING. PEDRO RODRIGUEZ RUIZ 99

101 Forma de la zanja: Dependiendo de la estabilidad del suelo y de la profundidad a la que deben colocarse la tubería, las zanjas podrán hacerse de la manera mostrada en la figura 8.1. a) Suelos estables b) Suelos inestables c) Suelos inestables o estables o zanja profunda A partir de 2.50 m de profundidad, independientemente de la estabilidad del suelo y la forma de la zanja, se recomienda utilizar además de tipo abierto o cerrado, según sea el caso. CAMA DE APOYO O BASE: El tubo debe descansar sobre un lecho de material selecto libre de rocas, para proporcionarle un adecuado y uniforme soporte longitudinal. Si el material producto de la excavación es compactable, podrá utilizarse colocándolo en una capa con espesor de 10 cm. Como mínimo. En caso de que el fondo de la zanja sea de roca u otro material abrasivo, será necesario formar una cama de arena o material selecto de 15 cm. de espesor. Si hay presencia de agua en el fondo de la zanja, se debe colocar a manera de filtro una capa de piedra o grava con un espesor de 15 cm. El tamaño de las partículas no debe ser mayor de 12 mm. (1/2 pulg.). Sobre esta capa se colocará posteriormente la cama de apoyo. ING. PEDRO RODRIGUEZ RUIZ 100

102 COLOCACION DE TUBERIA Como en todo proceso constructivo de sistemas de alcantarillado, la instalación de la tubería deberá iniciarse a partir del extremo aguas abajo de cada tramo. Figura 9.8 PROCEDIMIENTO DE UNION DE TUBERIA NOVALOC La unión de los tubos se efectúa mediante el cople NOVALOC, mostrado en la figura 4.1. A continuación, se describe el procedimiento para realizar la unión: 6. Limpie cuidadosamente el extremo del tubo y el interior del cople. Por ninguna razón deberá remover el anillo elastomérico (empaque). 7. Aplique lubricante, jabón o grasa vegetal en el extremo del tubo y en el interior del cople. 8. Inserte el extremo lubricado del tubo dentro del cople o viceversa, según sea el caso, hasta la marca tope. Para realizar esta operación es necesario utilizar una placa o equipo mecánico, protegiendo siempre los extremos del tubo. Los pasos 1,2 y 3 se muestran en la figura. Procedimiento de unión tubería NOVALOC. 9. La tubería NOVALOC se suministra en longitudes de 6.0 m (20 ), sin embargo es frecuente cortarla para alcanzar las longitudes exactas de cada tramo. Los cortes deben hacerse lo mas recto posible, utilizando una sierra guiada con una plantilla de corte a escuadra. A continuación elimine los rebordes con una lima a fin de facilitar la colocación del empaque. 10. En la cara interna y externa del extremo libre del niple, aplique cemento de contacto utilizando una brocha. Coloque cuidadosamente el empaque, verificando que no queden pliegues. 11. Una vez efectuado el corte y colocado el empaque, trace la marca tope de acuerdo con lo indicado en la tabla 8.3. En la figura 8.3 se presenta el procedimiento para realizar los cortes e la tubería NOVALOC. ING. PEDRO RODRIGUEZ RUIZ 101

103 Tabla 8.3 Longitud de marca tope Longitud de Diámetro nominal penetración mm pulgadas mm pulgadas FIGURA 8.3 PROCEDIMIENTO DE CORTES EN TUBERIA NOVALOC RELLENO Y COMACTACION. El relleno de la zanja debe seguir a la colocación de la tubería tan pronto como sea posible. De esta manera se disminuye el riesgo de que la tubería sufra algún daño. El relleno deberá efectuarse en capas de 0.15 m (6 ), iniciando por los costados de la tubería en el extremo libre del tubo, con el objeto de mantener el alineamiento horizontal de la tubería. Se utilizara para ello material granular fino o material seleccionado de la excavación apisonándolo hasta alcanzar un grado moderado de compactación que genera un modulo de reacción del suelo (E ) por lo menos de 28 kgf/cm 2 (400 psi), ver tabla 6.1. El relleno se continuara hasta una altura mínima de 15 cm (6 ) sobre la corona del tubo. Esta zona de la zanja es conocida como RELLENO INICIAL. El relleno se completara con el mismo material proveniente de la excavación y, en zonas con circulación vehicular, se deberá alcanzar un grado de compactación mínimo del 85% Proctor estanadar, pudiendo utilizarse parta ello equipo mecánico apropiado. Esta zona se denomina RELLENO FINAL. En zonas sin trafico de vehículos, el RELLENO FINAL se podrá efectuar mediante volteo manual o mecánico, dejando un borde o lomo sobre el nivel del terreno para compensar el asentamiento ocasionado por la consolidación de los materiales. El material de relleno no debe ser lanzado desde alturas superiores a 1.5 m parra evitar daños locales a la tubería. ING. PEDRO RODRIGUEZ RUIZ 102

104 En la figura 8.4 se muestran las diferentes zonas de la sección transversal de una zanja típica, tato en condición de transito vehicular como sin este. RELLENO FINAL (sin compactar) COBERTURA MINIMA = 15 cm linea media del tubo RELLENO INICIAL (compactado % proctor estandard) CAMA DE APOYO ZONA ZANJA EN SIN ZONA TRANSITO SIN VEHICULAR ZONA CON TRANSITO VEHICULAR ING. PEDRO RODRIGUEZ RUIZ 103

105 1.3.9.NORMAS PARA PRUEBAS A LAS TUBERIAS NORMA Oficial Mexicana NOM-001-CNA-1995, Sistema de alcantarillado sanitario-especificaciones de hermeticidad. Al margen un sello con el Escudo Nacional, que dice: Estados Unidos Mexicanos.- Secretaría de Medio Ambiente, Recursos Naturales y Pesca.- Comisión Nacional del Agua. GUILLERMO GUERRERO VILLALOBOS, Director General de la Comisión Nacional del Agua, con fundamento en lo dispuesto por los artículos 32 Bis fracciones I, II, III, IV y V de la Ley Orgánica de la Administración Pública Federal; 1o., 2o. fracción II, 3o. fracción XI, 38 fracción II, 40 fracciones I, X y XIII, 41, 43, 44, 45, 46, 47, 51, 52, 62, 63 y 64 de la Ley Federal sobre Metrología y Normalización; 9o. fracciones I, IV, XII y 12 de la Ley de Aguas Nacionales; 10 segundo párrafo y 14 fracciones XI y XV del Reglamento de la Ley de Aguas Nacionales y, CONSIDERANDO Que habiéndose cumplido el procedimiento establecido en la Ley Federal sobre Metrología y Normalización para la elaboración de Proyectos de Normas Oficiales Mexicanas, el C. Presidente del Comité Consultivo Nacional de Normalización del Sector Agua ordenó la publicación del Proyecto de Norma Oficial Mexicana NOM-001-CNA-1995, que establece las especificaciones de hermeticidad del sistema de alcantarillado sanitario, publicado en el Diario Oficial de la Federación el día 3 de noviembre de 1995, a efecto de que los interesados presentaran sus comentarios al citado Comité Consultivo. Que durante el plazo de noventa días naturales contados a partir de la fecha de publicación de dicho Proyecto de Norma Oficial Mexicana, los análisis a que se refiere el citado ordenamiento disciplinario, estuvieron a disposición del público para su consulta. Que dentro del plazo referido, los interesados presentaron sus comentarios al Proyecto de Norma, los cuales fueron analizados en el citado Comité Consultivo Nacional de Normalización del Sector Agua, realizándose las modificaciones pertinentes, mismas que fueron publicadas en el Diario Oficial de la Federación el día 1 de julio de 1996 por la Secretaría de Medio Ambiente, Recursos Naturales y Pesca. Que previa aprobación del Comité Consultivo Nacional de Normalización del Sector Agua, en sesión de fecha 20 de marzo de 1996, he tenido a bien expedir la siguiente: NORMA OFICIAL MEXICANA NOM-001-CNA-1995, SISTEMA DE ALCANTARILLADO SANITARIO- ESPECIFICACIONES DE HERMETICIDAD. CONTENIDO 0. Introducción 1. Objetivo 2. Campo de aplicación 3. Referencias 4. Definiciones 5. Clasificación 6. Especificaciones 7. Métodos de prueba 8. Observancia de esta Norma 9. Recomendaciones 10. Bibliografía 11. Grado de concordancia con normas y recomendaciones internacionales 12. Vigencia Apéndice A 0. Introducción El 80% del abastecimiento de agua potable del país proviene de pozos profundos, por lo que el sistema de alcantarillado sanitario no debe ser fuente de contaminación de los acuíferos. ING. PEDRO RODRIGUEZ RUIZ 104

106 Cuando las tuberías de las redes de alcantarillado se unen con mezcla de mortero cemento-arena y se presentan asentamientos diferenciales en el terreno, se generan fallas originadas por un junteo deficiente o por agrietamiento debido a la rigidez de la unión. Las fallas en las juntas de una red de alcantarillado presentan algunas de las siguientes situaciones, consideradas como nocivas: - Las aguas residuales fluyen hacia el exterior de la tubería, contaminando acuíferos y suelos. - Con un nivel freático localizado por encima de las tuberías, se presenta en éstas una infiltración que drena parcialmente el acuífero, ocasionando una disminución en la capacidad hidráulica del sistema de alcantarillado y permitiendo la recepción de azolves, además de incrementar el caudal a la planta de tratamiento, provocando la disminución de su eficiencia y el incremento de costos de operación. - Incorporaciones de elementos extraños al sistema de alcantarillado sanitario, como son hidrocarburos, aceites, grasas y raíces de árboles, que provocan riesgos y alteran sus condiciones de funcionamiento. Con el objeto de evitar lo antes citado, uno de los principales requisitos que debe considerarse en el proyecto e instalación del sistema de alcantarillado sanitario, es que éste sea hermético. 1. Objetivo Esta Norma Oficial Mexicana establece las condiciones de hermeticidad que deben cumplir los sistemas de alcantarillado sanitario que trabajen a superficie libre. 2. Campo de aplicación La presente Norma Oficial Mexicana es de observancia obligatoria para los responsables del diseño e instalación de los sistemas de alcantarillado sanitario y los fabricantes de los componentes de los sistemas de alcantarillado sanitario de manufactura nacional y extranjera que se comercialicen dentro del territorio nacional. 3. Referencias NMX-C Asbesto cemento-tubos para alcantarillado-especificaciones. Publicada en el Diario Oficial de la Federación el 14 de enero de NMX-C ONNCCE Industria de la construcción-tubos-tubos de concreto simple con junta hermética- Especificaciones. Publicada por el Organismo Nacional de Normalización y Certificación de la Construcción y Edificación, S.C., en el Boletín No. 2 de abril de NMX-C ONNCCE Industria de la construcción-tubos-tubos de concreto reforzado con junta hermética-especificaciones. Publicada por el Organismo Nacional de Normalización y Certificación de la Construcción y Edificación, S.C., en el Boletín No. 2 de abril de NMX-E SCFI NMX-E-211/ SCFI NMX-E-211/ SCFI NMX-E-215/ SCFI NMX-E-215/ SCFI Industria del plástico-tubos y conexiones-anillos de material elastomérico usados como sello en la tubería de poli(cloruro de vinilo) (PVC)-Especificaciones. Publicada en el Diario Oficial de la Federación el 12 de abril de Industria del plástico-tubos y conexiones-tubos de poli(cloruro de vinilo) (PVC) sin plastificante con junta hermética de material elastomérico, utilizados para sistemas de alcantarillado-especificaciones. Publicada en el Diario Oficial de la Federación el 12 de abril de Industria del plástico-tubos y conexiones-conexiones de poli(cloruro de vinilo) (PVC) sin plastificante con junta hermética de material elastomérico, utilizadas para sistemas de alcantarillado-especificaciones. Publicada en el Diario Oficial de la Federación el 7 de julio de Industria del plástico-tubos y conexiones-tubos de poli(cloruro de vinilo) (PVC) sin plastificante con junta hermética de material elastomérico, serie métrica, utilizados para sistemas de alcantarillado-especificaciones. Publicada en el Diario Oficial de la Federación el 20 de septiembre de Industria del plástico-tubos y conexiones-conexiones de poli(cloruro de vinilo) (PVC) sin plastificante con junta hermética de material elastomérico, serie métrica, empleados para sistemas de alcantarillado-especificaciones. Publicada en el Diario Oficial de la Federación el 22 de septiembre de ING. PEDRO RODRIGUEZ RUIZ 105

107 NMX-E SCFI NMX-E-222/ SCFI NMX-T SCFI INGENIERIA SANITARIA Y ALCANTARILLADO Industria del plástico-tubos de polietileno-tubos de polietileno de alta densidad (PEAD) para sistemas de alcantarillado-especificaciones. Publicada en el Diario Oficial de la Federación el 20 de septiembre de Industria del plástico-tubos y conexiones-tubos de poli(cloruro de vinilo) (PVC) sin plastificante de pared estructurada longitudinalmente con junta hermética de material elastomérico, utilizados en sistemas de alcantarillado-especificaciones. Publicada en el Diario Oficial de la Federación el 11 de enero de Industria hulera-anillos de hule empleados como sello en las tuberías de asbesto cemento. Publicada en el Diario Oficial de la Federación el 25 de octubre de Las normas de referencia podrán consultarse en el domicilio del Comité Consultivo Nacional de Normalización del Sector Agua, sito en la calle de J. Sánchez Azcona número 1723, piso 7, colonia Del Valle, Delegación Benito Juárez, código postal 03100, México, D. F. 4. Definiciones Para los efectos de esta Norma Oficial Mexicana, se establecen las definiciones siguientes: 4.1 Accesorios: Son estructuras que comunican al alcantarillado con el exterior permitiendo realizar trabajos de inspección, limpieza y reparación; los principales son: pozos de visita común, con caída y especiales, cajas de unión y estructuras de descarga. 4.2 Agua freática: Es el agua natural que se encuentra en el subsuelo, a una profundidad que depende de las condiciones geológicas, topográficas y climatológicas de cada región. La superficie del agua se designa como nivel del agua freática. 4.3 Agua residual: Líquido de composición variada, resultante de cualquier uso primario del agua, por el que haya sufrido alteración de sus características originales. 4.4 Alcantarillado sanitario: Red de conductos, generalmente tuberías, a través de las cuales se deben evacuar en forma eficiente y segura las aguas residuales domésticas y de establecimientos comerciales, conduciéndose a una planta de tratamiento y finalmente, a un sitio de vertido (véase fig. 1). 4.5 Anillo de hule: Elemento elastomérico que se usa como sello en las juntas o uniones de las tuberías, para conseguir su hermeticidad. 4.6 Estanquidad: Característica de un sistema sanitario de no permitir el paso del agua a través de las paredes de los tubos, las conexiones y los accesorios. 4.7 Hermeticidad: Característica de una red de conductos de no permitir el paso del agua a través de sus juntas. 4.8 Junta: Es el sistema de unión entre tubos y accesorios. 4.9 Tubería: Es la unión de dos o más tubos. 5. Clasificación Por el material, las tuberías se clasifican en: - Concreto (C) - Fibrocemento (FC) - Poli(cloruro de vinilo) (PVC) - Polietileno de alta densidad (PEAD) y cualquier otro material o producto que cumpla con una norma de producto emitida por una institución acreditada y con lo establecido en los incisos 6.1 y 6.3 de esta Norma. 6. Especificaciones 6.1 Generales El conjunto de elementos que conforman el sistema de alcantarillado sanitario (descargas domiciliarias, tuberías y pozos de visita), debe garantizar su estanquidad y hermeticidad, tanto hacia el exterior como al interior (infiltraciones), cumpliendo con las pruebas de fábrica establecidas en las normas de producto (véase capítulo 3) y con las de campo establecidas en el capítulo 7 de esta Norma. En este sentido, los fabricantes o proveedores de las tuberías y accesorios que conforman el sistema de alcantarillado sanitario deben obtener la debida certificación de sus productos, en los términos que estipula la Ley Federal sobre Metrología y Normalización. ING. PEDRO RODRIGUEZ RUIZ 106

108 6.2 Elementos En las tuberías, juntas, accesorios y descargas domiciliarias que se señalan a continuación, se utilizarán como mínimo, las características, especificaciones y métodos de prueba que se establecen en la Norma Mexicana correspondiente Tuberías Tuberías de concreto (C) Para los tubos de concreto simple con junta hermética corresponde lo indicado en la Norma NMX-C-401 y para los de concreto reforzado con junta hermética la Norma NMX-C Tuberías de fibrocemento (FC) Para los tubos, coples y conexiones de fibrocemento, lo señalado en la Norma NMX-C-039. La unión de las tuberías de fibrocemento se realiza mediante coples y anillos de hule Tuberías de poli(cloruro de vinilo) (PVC) Para los tubos de poli(cloruro de vinilo) (PVC) sin plastificante, con junta hermética de material elastomérico, lo correspondiente en las normas NMX-E-211/1 para sistema inglés, NMX-E-215/1 para sistema métrico y NMX-E-222 para tubos de pared estructurada longitudinalmente. Para las conexiones de poli(cloruro de vinilo) (PVC) sin plastificante, con junta hermética de material elastomérico, lo señalado en la Norma NMX-E-211/2 para sistema inglés y NMX-E-215/2 para sistema métrico Tuberías de polietileno de alta densidad (PEAD) En los tubos de polietileno de alta densidad con unión por termofusión, corresponde lo indicado en la Norma NMX-E Juntas Las juntas en la tubería deben ser herméticas, independientemente del material de que se trate. En tuberías de poli(cloruro de vinilo) (PVC) se debe utilizar anillo de hule tipo II, siguiendo como mínimo, las características, especificaciones y métodos de prueba que se señalan en la Norma NMX-E-111; para tubería de fibrocemento se debe utilizar anillo de hule tipo III, de acuerdo a la Norma NMX-T-021. Cualquier otro material o producto que se use en el junteo debe ser especificado en la norma de producto de la tubería de acuerdo con los incisos 6.1 y 6.3 de esta Norma Accesorios Para los pozos de visita prefabricados se utilizarán como mínimo, las características, especificaciones y métodos de prueba que se señalen en la norma de producto correspondiente Descargas domiciliarias Para los elementos que conforman la descarga domiciliaria se utilizarán como mínimo, lo indicado en la norma de producto correspondiente. 6.3 De instalación La construcción de la red de alcantarillado sanitario se iniciará con el emisor, continuando con los colectores, subcolectores, atarjeas y albañales. La instalación de las tuberías se hará de aguas abajo hacia aguas arriba. Los que tengan a su cargo los sistemas de alcantarillado sanitario, son los responsables de la correcta aplicación de las especificaciones de construcción que se hayan establecido en el contrato para asegurar la hermeticidad del sistema de alcantarillado y su correcta funcionalidad. Terminada la instalación de un tramo y sus pozos de visita extremos, se procederá a realizar la prueba de hermeticidad como se indica en el capítulo 7 de esta Norma. El informe de estas pruebas debe ser presentado a la entidad encargada de vigilar la presente Norma, por una unidad de verificación acreditada Prueba de hermeticidad en campo En tuberías Se debe probar en campo la hermeticidad de la tubería instalada sometiéndola a una presión hidrostática de 0,05 MPa (0,5 kgf/cm 2 )i 1 siguiendo el método establecido en el inciso 7.1 de esta Norma. ING. PEDRO RODRIGUEZ RUIZ 107

109 Cuando los responsables de los sistemas de alcantarillado sanitario consideren factible la ejecución de la prueba neumática, ésta se podrá aplicar para diámetros nominales que no excedan de 630 mm considerando una presión neumática de 0,03 MPa (0,3 kgf/cm 2 ) siguiendo el método descrito en el apéndice A de esta Norma En accesorios Los pozos de visita comunes, los especiales, de caja y con caída adosada, deben asegurar hermeticidad en la unión con las tuberías y estanquidad en toda la estructura, sometiéndolos a una carga hidráulica equivalente a la altura que se tenga a nivel brocal, siguiendo el método descrito en el inciso 7.2 de esta Norma En descargas domiciliarias El sistema de conexión para las descargas domiciliarias debe garantizar hermeticidad en su unión entre las atarjeas y el albañal domiciliario, sometiéndolo a una presión hidrostática de 0,05 MPa (0,5 kgf/cm 2 ), siguiendo el método establecido en el inciso 7.3 de esta Norma. Cuando los responsables de los sistemas de alcantarillado sanitario consideren factible la ejecución de la prueba neumática, ésta se podrá aplicar para diámetros nominales que no excedan de 450 mm considerando una presión neumática de 0,03 MPa (0,3 kgf/cm 2 ), siguiendo el método descrito en el apéndice A de esta Norma. 7. Método de prueba Para verificar la hermeticidad de la instalación, los responsables de los sistemas de alcantarillado sanitario deben aplicar el siguiente método de prueba: 7.1 Prueba hidrostática en tuberías La prueba se debe llevar a cabo en la tubería y en tramos comprendidos entre dos pozos de visita, asegurando su posición, esto es, cubriendo la tubería con material de relleno (centros) y dejando descubiertas sus juntas Equipo y material Se debe contar como mínimo con el equipo y material siguiente: - Agua (de preferencia no potable) - Tapones herméticos para los extremos del tubo a probar, del diámetro adecuado - Bomba provista de manómetro de capacidad apropiada para esta prueba [amplitud de escala de 0 a 0,1 MPa (0 a 1 kgf/cm 2 ) y división mínima de escala de 0,001 MPa (0,01 kgf/cm 2 )] - Cronómetro - Dispositivo para medir volumen (división mínima de escala de 0,5 litros) - Dispositivo para purga de aire Preparación Todas las incorporaciones a la línea por probar, incluyendo las descargas domiciliarias (cuando existan), deben ser selladas herméticamente y aseguradas de tal manera que no se tengan deslizamientos durante la prueba. Las tuberías deben ser llenadas lentamente con agua, de manera que se pueda expulsar el aire acumulado en la parte superior, por lo que el llenado debe ser a partir de los puntos más bajos de la tubería, para asegurar que el aire contenido sea expulsado por el punto más alto. Las tuberías deben ser prellenadas con los tiempos especificados en la tabla 1, de acuerdo al material de la tubería. Después del tiempo de prellenado y antes de iniciar la medición del tiempo de prueba, se debe alcanzar una presión manométrica de 0,05 MPa (0,5 kgf/cm 2 ); si el tiempo de prellenado es de una hora, dicha presión debe mantenerse durante 15 minutos previos al inicio de la prueba. La lectura estará referida al centro del diámetro de la tubería y en el punto más bajo del tramo de prueba. TABLA 1.- VALORES PERMISIBLES DE ACUERDO AL MATERIAL DE LA TUBERIA Material de la Diámetro nominal Tiempo de Agua agregada en Presión de prueba tubería (mm) prellenado L/m 2 de superficie (horas) interna mojada MPa ( kgf/cm 2 ) Fibrocemento (FC) Todos los diámetros 24 0,02 0,05 (0,5) ING. PEDRO RODRIGUEZ RUIZ 108

110 nominales Plástico (PVC y Todos los diámetros 1 0,02 0,05 (0,5) PEAD) nominales Concreto simple Hasta ,15 0,05 (0,5) (C) INGENIERIA SANITARIA Y ALCANTARILLADO Concreto reforzado Todos los diámetros 24 0,10 0,05 (0,5) (C) Procedimiento nominales La presión de prueba de 0,05 MPa (0,5 kgf/cm 2 ) debe ser mantenida durante 15 minutos, si es necesario agregando constantemente la cantidad de agua requerida para sustituir el volumen absorbido. En este caso la cantidad de agua agregada debe ser medida. La base para calcular la cantidad admisible de agua por agregar es el diámetro interno de la tubería. En el caso de tuberías de concreto simple o concreto reforzado, las manchas de humedad en la pared del tubo debido a la saturación inicial no necesariamente indican falta de estanquidad. Si el junteo es defectuoso, los responsables de los sistemas de alcantarillado sanitario deben determinar con sus propios medios, el origen de la(s) fuga(s) o trabajos defectuosos y repararlos. El tramo se volverá a probar hasta alcanzar los requerimientos de esta prueba. Si el tiempo transcurrido entre la ejecución de una prueba y otra es superior a 24 horas, la tubería deberá ser saturada nuevamente Aceptación de la prueba La línea de alcantarillado se considera hermética si el agua agregada durante los 15 minutos del periodo de prueba no excede el valor dado en la tabla Tamaño de la muestra Para verificar la instalación se debe aplicar la prueba de hermeticidad establecida en el inciso 7.1 (o en su caso en el apéndice A ) de esta Norma, a la totalidad de la longitud de los emisores y colectores a partir de la estructura de descarga y hacia aguas arriba de acuerdo con el orden normal del proceso constructivo. Para la red de atarjeas se aplicará el siguiente plan de muestreo (tabla 2): se tomarán 10 muestras; cada una será equivalente al 10% de la longitud total de la red de alcantarillado por instalar. Las pruebas de hermeticidad se aplicarán a tramos comprendidos entre dos pozos de visita y se efectuará el número de pruebas necesarias que cubra el porcentaje señalado según el plan de muestreo. a) Se comenzará aplicando la prueba a la primera muestra en su totalidad, cuantificando el porcentaje de rechazo, en función del número de juntas o tubos fallados. b) La siguiente muestra se probará de acuerdo a los resultados obtenidos de la muestra anterior, como se indica a continuación: Si en la muestra anterior el rechazo fue menor del 5% del total de las pruebas, éstas se reducen a un 50% en la siguiente muestra. Si en la muestra anterior el rechazo fue mayor del 5% del total de las pruebas, se probará el 100% de la longitud de la siguiente muestra. c) En los siguientes tramos se continuará con el muestreo descrito en el inciso (b). TABLA 2.- PLAN DE MUESTREO 1a. MUESTRA 2a. MUESTRA n MUESTRA (10% del total de la longitud de la red) (10% del total de la (10% del total de la longitud de longitud de la red) la red) % de prueba % de rechazo % de % de % de prueba prueba rechazo <5 50 < >5 100 >5 100 <5 50 ING. PEDRO RODRIGUEZ RUIZ 109

111 >5 100 Nota: En cada una de las muestras se debe llevar la cuantificación del porcentaje de rechazo. INGENIERIA SANITARIA Y ALCANTARILLADO Los responsables de los sistemas de alcantarillado sanitario, podrán establecer su propio porcentaje de muestreo, pero en ningún caso se podrá aplicar un porcentaje menor al descrito en este plan Informe de la prueba El informe de la prueba debe incluir lo siguiente: - Identificación completa del tramo probado - Resultado obtenido de la prueba y comentarios relevantes - Referencia del método de prueba - Nombre y firma del responsable 7.2 Prueba hidrostática en pozos de visita La prueba se debe llevar a cabo en pozos de visita construidos o instalados (prefabricados) en obra y con la conexión de las tuberías que se unen al pozo Equipo y material Se debe contar como mínimo con el equipo y material siguiente: - Agua (de preferencia no potable) - Tapones herméticos para los extremos de los tubos, del diámetro o diámetros adecuados - Cronómetro Preparación Las líneas conectadas al pozo de visita se deben bloquear herméticamente con tapones, de forma tal que se garantice que no sean un punto de fuga. Los pozos prefabricados de concreto, de fibrocemento, los fabricados en sitio de concreto o mampostería o de cualquier otro material que cumpla con una norma emitida por una institución acreditada, se deben mantener llenos de agua hasta el nivel de brocal con 24 horas de anticipación a la prueba, con objeto de garantizar su saturación Procedimiento Los pozos de visita se deben probar con una presión hidrostática equivalente a la altura que se tenga a nivel de su brocal; esta carga hidráulica se debe mantener durante un tiempo mínimo de 15 minutos, si es necesario agregando constantemente la cantidad de agua requerida para sustituir el volumen absorbido. La cantidad de agua agregada debe ser medida. En el caso de pozos de concreto o de fibrocemento prefabricados o fabricados en sitio de concreto y/o mampostería, las manchas de humedad en la pared debidas a la saturación inicial, no necesariamente indican falta de estanquidad. Si al término de la prueba el volumen de agua sobrepasa el límite permisible, los responsables de los sistemas de alcantarillado sanitario deben determinar, con sus propios medios, el origen de la(s) fuga(s) o trabajos defectuosos y proceder a repararlos. El pozo se volverá a probar hasta alcanzar los requerimientos de esta prueba Aceptación de la prueba El pozo se considera hermético si el agua agregada durante la prueba no excede el valor que resulte de la siguiente expresión: V = 4 Ø h donde: V = Volumen permitido por agregar en una hora (litros por hora) Ø = Diámetro de la base del pozo de visita (metros) h = Carga hidráulica (metros) El volumen (V) resultante de esta expresión debe ser directamente proporcional al tiempo de la prueba Tamaño de la muestra ING. PEDRO RODRIGUEZ RUIZ 110

112 Se deben probar todos los pozos construidos o instalados que se encuentren dentro del muestreo establecido en el inciso Informe de la prueba El informe de la prueba debe incluir lo siguiente: - Identificación completa del pozo probado - Resultado obtenido de la prueba y comentarios relevantes - Referencia del método de prueba - Nombre y firma del responsable. 7.3 Prueba hidrostática en descargas domiciliarias La prueba se debe llevar a cabo en las descargas domiciliarias individualmente, seccionando en tramos o entre dos pozos de visita cuando esto sea posible, asegurando la posición del albañal exterior y dejando descubiertas sus juntas y la junta albañal-atarjea Equipo y material Se debe contar como mínimo con el equipo y material siguiente: - Agua (de preferencia no potable) - Tapones herméticos para los extremos del tubo a probar, del diámetro o diámetros adecuados - Bomba provista de manómetro de capacidad apropiada para esta prueba [amplitud de escala de 0 a 0,1 MPa (0 a 1 kgf/cm 2 ) y división mínima de escala de 0,001 MPa (0,01 kgf/cm 2 )] - Cronómetro - Dispositivo para medir volumen (división mínima de escala de 0,5 litros) - Dispositivo para purga de aire Preparación Todas las incorporaciones (descargas domiciliarias) a la línea por probar, deben ser selladas herméticamente y aseguradas de tal manera que no se tengan deslizamientos durante la prueba. Las tuberías y las descargas domiciliarias (albañal exterior) que se encuentren en un tramo comprendido entre dos pozos de visita, deben ser llenadas lentamente con agua, de manera que se pueda expulsar el aire acumulado en la parte superior, por lo que el llenado debe ser a partir de los puntos más bajos, para asegurar que el aire contenido sea expulsado por el punto más alto. Después del tiempo de prellenado (tabla 1) y antes de iniciar la medición del tiempo de prueba, se debe alcanzar una presión manométrica de 0,05 MPa (0,5 kgf/cm 2 ); si el tiempo de prellenado es de una hora, dicha presión debe mantenerse durante 15 minutos previos al inicio de la prueba. La lectura estará referida al centro del diámetro de la tubería y en el punto más bajo del tramo de prueba Procedimiento Las descargas domiciliarias se deben probar a una presión de 0,05 MPa (0,5 kgf/cm 2 ); la lectura estará referida al centro de la tubería en el punto más bajo del tramo de prueba. La presión se debe mantener durante 15 minutos, si es necesario agregando constantemente la cantidad de agua requerida para sustituir el volumen absorbido; esta cantidad de agua agregada deberá ser medida. El diámetro interno de la tubería es la base para calcular la cantidad admisible de agua por agregar. En las tuberías de concreto simple, las manchas de humedad o gotas en la pared del albañal exterior o atarjea debidas a la saturación inicial no necesariamente indican falta de estanquidad. Si la junta albañal-atarjea o el albañal exterior son defectuosos, los responsables de los sistemas de alcantarillado sanitario deben determinar con sus propios medios, el origen de la(s) fuga(s) o trabajos defectuosos y repararlos. Las descargas domiciliarias se volverán a probar hasta alcanzar los requerimientos de esta prueba. Si el tiempo transcurrido entre la ejecución de una prueba y otra es superior a 24 horas, la tubería deberá ser saturada nuevamente. La cantidad de agua permisible por agregar, así como el tiempo de prellenado está dado en la tabla 1 (inciso 7.1.2) para cada material de la tubería Aceptación de la prueba ING. PEDRO RODRIGUEZ RUIZ 111

113 Las descargas domiciliarias se consideran herméticas si el agua agregada durante los 15 minutos del periodo de prueba no excede el valor dado en la tabla correspondiente Tamaño de la muestra Cuando las descargas domiciliarias sean construidas simultáneamente con la red de atarjeas, se efectuará la prueba de hermeticidad conjuntamente con las tuberías, de acuerdo al plan establecido en el inciso Cuando las descargas domiciliarias se conecten en una etapa posterior a la instalación de las tuberías, éstas podrán quedar exentas de la prueba si garantizan que cumplen con la norma de producto correspondiente mediante certificado emitido por una institución acreditada. De lo contrario, será necesario probar el 100% de ellas Informe de la prueba El informe de la prueba debe incluir lo siguiente: - Identificación completa del tramo probado - Resultado obtenido de la prueba y comentarios relevantes - Referencia del método de prueba - Nombre y firma del responsable 8. Observancia de esta Norma La Comisión Nacional del Agua será la encargada de vigilar el cumplimiento de la presente Norma Oficial Mexicana, quien promoverá la coordinación de acciones con los gobiernos de las entidades federativas y de los municipios, sin afectar sus facultades en la materia y en el ámbito de sus correspondientes atribuciones. El incumplimiento de la presente Norma Oficial Mexicana será sancionado conforme a lo dispuesto por la Ley de Aguas Nacionales y su Reglamento, la Ley Federal sobre Metrología y Normalización y demás ordenamientos jurídicos aplicables. 9. Recomendaciones 9.1 De proyecto En el proyecto de sistemas de alcantarillado sanitario se recomienda emplear los Lineamientos técnicos para la elaboración de estudios y proyectos de agua potable y alcantarillado sanitario, editados por la Comisión Nacional del Agua, o la última publicación oficial que al respecto ésta edite. 9.2 De instalación Para la instalación de tubos, accesorios y descargas domiciliarias de una red de alcantarillado sanitario, se recomienda cumplir con las Especificaciones generales para la construcción de sistemas de agua potable y alcantarillado de la Comisión Nacional del Agua, siendo las principales actividades: excavaciones, plantillas, instalación de tuberías, construcción de pozos de visita, rellenos y conexiones de descargas domiciliarias. 10. Bibliografía - NOM-008-SCFI-93, Sistema general de unidades de medida "Lineamientos técnicos para la elaboración de estudios y proyectos de agua potable y alcantarillado sanitario", Comisión Nacional del Agua (CNA), México, D.F "Especificaciones generales para la construcción de sistemas de agua potable y alcantarillado", Comisión Nacional del Agua (CNA), México, D.F DIN-4033, "Sewers and sewage pipelines - Code of Practice for Construction". - UNI-B-6-90, "Recommended practice for low-pressure air testing of installed sewer pipe", Uni-Bell PVC Pipe Association, U.S.A Grado de concordancia con normas y recomendaciones internacionales Esta Norma Oficial Mexicana no concuerda con ninguna norma internacional por no existir referencia alguna en el momento de la elaboración. 12. Vigencia La presente Norma Oficial Mexicana entrará en vigor a los 120 días naturales posteriores a su publicación en el Diario Oficial de la Federación. ING. PEDRO RODRIGUEZ RUIZ 112

114 Dada en la Ciudad de México, Distrito Federal, a los quince días del mes de agosto de mil novecientos noventa y seis.- El Director General de la Comisión Nacional del Agua, Guillermo Guerrero Villalobos.- Rúbrica. APENDICE "A" PRUEBA DE AIRE A BAJA PRESIONii 2 La prueba se debe llevar a cabo en tuberías con diámetro nominal de hasta 63 cm, asegurando su posición con material de relleno y dejando descubiertas las juntas (centros) de la tubería; la prueba deberá desarrollarse en tramos comprendidos entre dos pozos de visita. A.1 Equipo y material Se debe contar como mínimo con el equipo y material siguiente: - Tapones herméticos para los extremos del tramo a probar, del diámetro o diámetros adecuados - Una válvula de cierre, una válvula de regulación de presión y una válvula de alivio - Manómetro con amplitud de escala de 0 a 0,1 MPa (0 a 1,0 kgf/cm 2 ) y división mínima de escala de 0,001 MPa (0,01 kgf/cm 2 ) - Compresor de 1000 litros de capacidad - Cronómetro A.2 Seguridad A.2.1 Restricciones de la conexión Los tapones deben ser instalados de manera que se prevengan los reventamientos, ya que la expulsión repentina de una conexión mal instalada es peligrosa; por ello, se recomienda que todas las conexiones se instalen y atraquen adecuadamente contra la pared del pozo y registro y que no se utilicen presiones mayores de 0,06 MPa (0,6 kgf/cm 2 ). A.2.2 Válvulas de alivio Todo equipo de presión utilizado en la prueba debe tener un regulador y una válvula de alivio calibrada a 0,06 MPa (0,6 kgf/cm 2 ) para evitar la sobrepresión y con ello el desplazamiento de los tapones o el reventamiento de la tubería. Como medida precautoria la presión en el tramo de prueba debe monitorearse para asegurar que en ningún momento se exceda dicha presión. A.3 Preparación Después de que la tubería ha sido instalada entre dos pozos de visita con un relleno para su empotramiento (centros), los tapones serán colocados y asegurados en cada pozo y registro. Es aconsejable probar los tapones en todas las conexiones antes de iniciar la prueba; esto puede hacerse en un tramo de tubería sin instalar, sellando sus extremos con los tapones por revisar; se presuriza a 0,06 Mpa (0,6 kgf/cm 2 ) y los tapones no se deberán mover. No debe haber personas en el alineamiento de la tubería durante la prueba. Se recomienda colocar primero el tapón del extremo aguas arriba del tramo, para impedir que el agua penetre y se acumule en la línea de prueba. Esto es importante cuando se tienen altos niveles de aguas freáticas. Se inspeccionará visualmente la tubería adyacente al pozo, para detectar cualquier falla de cortante por ajustes entre el pozo y la tubería. Un punto de fuga probable se encuentra en el acoplamiento de la tubería con el pozo; este defecto puede no ser visible, y por tanto no ser evidente en la prueba de aire. A.4 Procedimiento El aire se introduce lentamente hasta alcanzar 0,03 MPa (0,3 kgf/cm 2 ) por encima de la carga de agua producida por el nivel freático sobre la tubería en su caso, pero no mayor de 0,06 MPa (0,6 kgf/cm 2 ). Una vez alcanzada la presión establecida, se regula el suministro de aire para mantener la presión interna por lo menos dos minutos; este tiempo permite que la temperatura del aire que entra se iguale con la de las paredes de la tubería. Cuando la temperatura se ha igualado y la presión se ha estabilizado, la manguera de suministro de aire se desconectará, o la válvula de control se cerrará y se iniciará el conteo del tiempo con un cronómetro. ING. PEDRO RODRIGUEZ RUIZ 113

115 Para determinar la aceptabilidad de la prueba se usa un tiempo predeterminado para una caída de presión especificada, generalmente de 0,007 MPa (0,07 kgf/cm 2 ); no obstante, se pueden especificar otros valores, siempre que los tiempos requeridos se ajusten adecuadamente. Se puede aceptar una caída de presión de 0,0035 MPa (0,035 kgf/cm 2 ), en lugar de 0,007 MPa (0,07 kgf/cm 2 ); entonces los tiempos de prueba requeridos para ésta deben ser divididos entre dos. Si el tiempo transcurrido para la caída de presión de 0,007 MPa (0,07 kgf/cm 2 ) o 0,0035 MPa (0,035 kgf/cm 2 ) es mayor al mostrado en las tablas A.1 o A.2, para el diámetro y longitud de tubería que se trate, el tramo de prueba habrá pasado y se considerará libre de defectos. La prueba puede ser suspendida una vez que el tiempo mostrado en las tablas A.1 o A.2 ha transcurrido, aun cuando la caída de presión de 0,007 MPa (0,07 kgf/cm 2 ) o de 0,0035 MPa (0,035 kgf/cm 2 ) no haya ocurrido. Si la caída de presión de 0,007 MPa (0,07 kgf/cm 2 ) o 0,0035 MPa (0,035 kgf/cm 2 ) ocurre antes del tiempo especificado en las tablas A.1 o A.2, la pérdida de aire será excesiva y se considera que el tramo no ha pasado la prueba; los responsables del sistema de alcantarillado determinarán con sus propios medios, el origen de la(s) fuga(s), y reparará o sustituirá los materiales y trabajos defectuosos a satisfacción del ingeniero supervisor. El tramo se volverá a probar hasta alcanzar los requerimientos de esta prueba. A.4.1 Cálculo del tiempo de prueba Para calcular el tiempo de prueba (sistema métrico) se utiliza la siguiente expresión, establecida por Ramseier: Tsm = 0, donde: Tsm = Tiempo de prueba (en s) permisible para una caída de presión de 0,007 MPa (0,07 kgf/cm 2 ) DK Q D = Diámetro nominal en pulgadas Q = 0, m 3 /min/m 2 de superficie interna K = 0, DL, pero no menor a 1,0 L = Longitud de tubo bajo prueba (m) TABLA A.1. TIEMPO REQUERIDO PARA UNA CAIDA DE PRESION DE 0,007 MPa (0,07 kgf/cm 2 ) PARA LAS LONGITUDES Y DIAMETROS DE TUBERIA INDICADOS Y Q = 0, m 3 /min/m 3 DIAMETRO TIEMPOLONG. MAX. TIEMPO NOMINAL MINIMO PARA PARATIEMPO EN MIN:SEG PARA OTRAS LONGITUDES (L) DEL TUBO TIEMPO OTRAS MINIMO LONG. (mm) (min:seg) (m) (seg) 25 m 50 m 75 m 100 m 125 m 150 m 150 5:40 121,3 2,803 L 5:40 5:40 5:40 5:40 5:50 7: :34 90,8 5,000 L 7:34 7:34 7:34 8:20 10:25 12: :26 72,8 7,775 L 9:26 9:26 9:43 12: : :20 60,7 11,203 L 11:20 11:20 14:00 18:40 23:20 28: ,0 15,250 L 13:13 13:13 19:03 25:25 31:46 38: :07 45,5 19,934 L 15:07 16:36 24:55 33:13 41:31 49: :00 40,5 25,111 L 17:00 20:55 31:23 41:51 52:19 62: :53 36,3 31,212 L 18:53 26:00 39:00 52:00 65:00 78: :40 30,2 45,033 L 22:40 37:31 56:17 75:03 93:49 112:35 ING. PEDRO RODRIGUEZ RUIZ 114

116 TABLA A.2. TIEMPO REQUERIDO PARA UNA CAIDA DE PRESION DE 0,0035 MPa (0,035 kgf/cm 2 ) PARA LAS LONGITUDES Y DIAMETROS DE TUBERIA INDICADOS Y Q = 0, m 3 /min/m 3 DIAMETRO TIEMPOLONG. MAX. TIEMPO NOMINAL MINIMO PARA PARATIEMPO EN MIN:SEG PARA OTRAS LONGITUDES (L) DEL TUBO TIEMPO OTRAS MINIMO LONG. (mm) (min:seg) (m) (seg) 25 m 50 m 75 m 100 m 125 m 150 m ,3 1,402 L 2:50 2:50 2:50 2:50 2:55 3: ,8 2,500 L 3:47 3:47 3:47 4:10 5:13 6: ,8 3,888 L 4:43 4:43 4:52 6:29 8:06 8: :40 60,7 5,602 L :00 9:20 11:40 14: :37 52,0 7,625 L :32 12:43 15:53 19: :34 45,5 9,967 L :18 12:28 16:37 20:46 24: :30 40,5 12,556 L :28 15:42 20:56 26:09 31: ,3 15,606 L 9:27 13:00 19:30 26:00 32:30 39: :20 30,2 22,517 L 11:20 18:46 28:09 37:32 46:55 56:18 A.5 Tamaño de la muestra Para tamaño de la muestra véase el inciso de esta Norma. En el caso de las descargas domiciliarias que se conecten en una etapa posterior a la instalación de las tuberías, se probará el 100% de ellas, salvo que éstas cuenten con un certificado de que cumplen con la norma de producto correspondiente. A.6 Informe de la prueba En el informe de la prueba se debe incluir lo siguiente: - Identificación completa del tramo probado - Resultado obtenido de la prueba y comentarios relevantes - Referencia del método de prueba - Nombre y firma del responsable. ING. PEDRO RODRIGUEZ RUIZ 115

117 1.4 Costos de operación y construcción de una red de alcantarillado Presupuesto de una red de alcantarillado. Se elaborara el presupuesto detallado de las obras aplicando los precios unitarios que tengan en vigor la secretaria, de acuerdo con la tarifa que corresponda a la localidad de que se trate. En el presupuesto se desglosaran los conceptos tanto de la parte de la obra que se considere como carácter de construcción inmediata, como de la que sea de construcción futura, permitiendo que se pueda precisar el monto de la distintas etapas de construcción, de acuerdo con las partidas de numerario de que se disponga y tomando en cuenta las necesidades que del servicio tengan las partes mas densamente pobladas de la localidad. Se consideran por separado las estaciones de bombeo, el emisor y la planta de tratamiento. Se hará un resumen del presupuesto de acuerdo con los renglones principales que constituye la obra. Para la elaboración del presupuesto se atenderá a las consideraciones respecto a profundidades de las excavaciones y de los pozos de visita y pozos caja. Si es necesario se formulara un catalogo para concursar la obra, idéntico en su formato al presupuesto detallado, pero omitiendo los precios unitarios, el importe de cada renglón y el importe total del presupuesto de la obra. ING. PEDRO RODRIGUEZ RUIZ 116

118 1.5.DESCRIPCION DEL PROCESO CONSTRUCTIVO DE UN SISTEMA DE ALCANTARILLADO INGENIERIA SANITARIA Y ALCANTARILLADO 1.- Se puede apreciar el ancho adecuado de excavación que tiene que seguir el ancho marcado con cal y a profundidad adecuada. 2.- Excavación terminada, se debe notar el alineamiento, algun pasilo para poder maniobrar al bajar los tubos, asi como la pendiente. 3.- Se debe dejar sin excavar el sitio donde estara un pozo de visita, primero se debe terminar la excavación de la tubería y luego las del pozo. 4.- Ya excavado el sitio donde estara el pozo, se comienza a construir. 5.- El proceso se debe hacer de manera conica con el pozo a base de tabicon, cuidando que exista una cirunferencia dentro del pozo que varie de radio, debiendo verificar los niveles. 6.- Se debe realizar un chueado al final del pozo y ademas que este anivelado perfectamente y chocarlo con el plano. ING. PEDRO RODRIGUEZ RUIZ 117

119 7.- Se debe aplanar el pozo por dentro y se debe colocar un tubo, el que llega a el ya que es el punto donde se comenzara a instalar la tubería y este sera la referencia. 8.-Se hace el tendido de la tubería y se realizan las pruebas. 9.- Al final del pozo de visita se coloca una tapa metalica que se colara con un concreto adecuado para resistir el paso de carga viva En las juntas se dejara descubierto para verificar la hermeticidad al realizar la prueba Al realizar el firme en el interior del pozo de visita se realizara las medias cañas para el paso o conducción del agua y en este caso la subdivisión de la media caña. 12.-Se realiza el rellenado final con maquinaria a volteo. Pero primero se realiza a mano con un pison hasta la altura de 15 cm para esta tubería. ING. PEDRO RODRIGUEZ RUIZ 118