UNIDAD X

AGUAS RESIDUALES

10.1 Origen de las aguas residuales

10.2 Reseña histórica

10.3 Cantidad de agua residual

10.4 Velocidad y pendientes

10.5 Cálculo del caudal y velocidad

10.6 Buzones de inspección

10.7 Conexión domiciliaria de desagüe

10.1 ORIGEN DE LAS AGUAS RESIDUALESLos residuos de las aguas domésticas e industriales de una ciudad, se les denomina aguas residuales, aguas servidas, aguas negras. Estas aguas deben ser evacuadas a través de la conexión domiciliaria de desagüe a la red recolectora, llamada alcantarillado

Las aguas de las alcantarillas se evacuan por gravedad, a través de tuberías o cloacas, no sometidas a presión interna. La recolección de las aguas de las alcantarillas, se hacen en emisores, que son de grandes diámetros, recorriendo distancias para llevar las aguas a su disposición final; por lo general la disposición final son plantas de tratamiento.

Por reglamento y por salubridad ambiental no se pueden evacuar esta agua a las calles, a los causes de ríos, acequias de regadío, lagos, al mar, a terrenos de cultivo o terrenos ere aseos, quebradas o depósitos naturales, sin haber sido tratadas.

Las agua servidas, contienen sólidos orgánicos, excretas humanas y de animales, elementos químicos de fábricas y todas las aguas de servicio que produce el ser humano en su doméstico y son evacuados por los aparatos sanitarios. En resumen son aguas sumamente contaminadas.

10.2 RESEÑA HISTORICALa evacuación de las aguas residuales se remonta a las civilizaciones más antiguas. Los egipcios poseían ya mil quinientos años de nuestra Era, alcantarillas que acarreaban las inmundicias de sus ciudades a terrenos cultivados. La limpieza de esta alcantarilla era efectuada por presos.Las investigaciones realizadas entre las ruinas de las antiguas ciudades, han demostrado que sus habitantes se habían preocupado por las cuestiones de higiene pública, y en particular, por conseguir el alejamiento rápido de los residuos que se consideraban nocivos para el hombre.En 1848, entre las ruinas de Babilonia, encontró Layard restos de vastas alcantarillas, en la que las viviendas vertían sus aguas sucias por medio de ramales particulares.

En Jerusalén, conductos especiales recibían las aguas sucias del templo y las transportaban a estanques, en los cuales se depositaban los materiales en suspensión que luego eran sustraídos para su venta. Las aguas clarificadas se utilizaban para el riego de los jardines circundantes; tenemos aquí un ejemplo de depuración y aprovechamiento agrícola de las aguas residuales.Son los romanos quienes principalmente se distinguieron en los trabajos de higiene pública. Roma tuvo pronto alcantarillas que conducían las inmundicias al río Tiber. Tarquino el Viejo hizo construir en el siglo VI antes de J.C. la Cloaca Máxima, extensa alcantarilla abovedada de 5 metros de altura, 4 m. de ancho y 735 metros de longitud. Esta alcantarilla se completó a medida que la ciudad crecía con otras alcantarillas afluentes de sección más reducida (cloacas), en la que se empalman los conductos particulares de las viviendas, constituidos por tubos de alfarería o por canales cimentados.

Agripa, yerno de Augusto, encargó a una comisión especial la limpieza de las alcantarillas en general, y de la cloaca máxima en particular, estableciendo con este objeto un nuevo impuesto. En roma, muchas casas estaban previstas de letrinas en comunicación con la alcantarilla. Los palacios de los emperadores y de los edificios públicos, tenían letrinas públicas que eran sostenidas por medio de un impuesto denominado “or ilustral”. En Pompeya existían letrinas públicas enlazadas a una alcantarilla que llevaba todas las aguas residuales al mar

En los países conquistados, los romanos construyeron alcantarillas que desaguaban en los ríos o en pozos absorbentes. Se han hallado restos de alcantarillas romanas en Francia (Nimes, Arlés, Hesancon, etc.). En España tenemos las de Astorga (León), que se conservan casi en su totalidad.

En la Edad Media no había ni higiene pública ni higiene privada. El alcantarillado era prácticamente desconocida; los excrementos se conservan en fosas situadas bajo las viviendas, contaminando así el terreno y los ríos vecinos; la vía pública fue transformada en albañal y la limpieza del cuerpo tan en boga en la antigüedad fue completamente descuidada. Nada de extraño, pues que las grandes epidemias asolaron diversos países, en diferentes ocasiones, durante este periodo.

Hasta los tiempos modernos no se reanudó la construcción de alcantarillas; en Alemania, Hamburgo (1848) y Altona (1857) fueron las primeras poblaciones que tuvieron un sistema perfecto de alcantarillado; a estas siguieron Francfort de Main (1867), Dantzin (1869) y Berlin (1873).

En Inglaterra, donde muchas ciudades antes que en Alemania, las cloacas desembocaban en los ríos, y como estos son en general poco caudalosos, la cantidad de inmundicias que se depositaban hacía inhabitables sus cercanías. Por ello se prohibió verter las aguas residuales en los ríos y se dispusieron acequias de fertilización y riego, conque, al mismo tiempo que se alejaban de la ciudad, se empleaban para abonar los campos aprovechando de esta forma su valor fertilizante.Estas reseñas históricas prueban que ha sido preciso, desde el origen de la humanidad, preocuparse por hacer desaparecer las causas de peligro que podían resultar de la aglomeración en un punto de un gran número de individuos.

En nuestra Era moderna las alcantarillas se instalan a cierta profundidad por las calles, en las avenidas o en las vías peatonales o de tránsito de una ciudad, de preferencia por el centro de la vía, debido a que sus conductos son de grandes dimensiones y sus registros de control y mantenimiento son tipo buzón.

10.3 CANTIDAD DE AGUA RESIDULA

Las aguas domésticas e industriales, dependerán en gran manera del agua suministrada. La proporción de agua consumida que llegarán a las redes de alcantarillado, debe ser considerada su cantidad, después de cuidadosos estudios acerca de las condiciones de la ciudad.

Muchas de las aguas consumidas no llegarán a las alcantarillas, en otros casos algunas industrias tienen sus propios manantiales, pero, descargan sus aguas residuales en las alcantarillas. El porcentaje de variación es del 70% al 130% del agua consumida.

En cuanto al agua de filtración, se denomina a la que penetra en las alcantarillas por las uniones defectuosas, tubos rotos, por los buzones de inspección. Las infiltraciones no deben existir, pero en tiempos de lluvias la infiltración se incrementa grandemente.

10.4 VELOCIDADES Y PENDIENTES

Ningún estudio del comportamiento de las aguas puede ser completo si no se determina su velocidad en cualquier situación, y como se ha señalado debe estar dentro de los límites del reglamento.

La velocidad mínima en una alcantarilla es de 0,60 m/seg., para evitar se produzca sedimentos en la tubería y la máxima es 3,00 para evitar que el agua produzca desgaste a las paredes interiores de la tubería

Según la fórmula de Manning es:

Vm = K/η R2/3 i1/2 (1)

Donde:

Vm = Velocidad media en m/seg.

K = Coeficiente que depende de la forma del conducto, sin unidad.

Η = Coeficiente de flujo, dado por la rugosidad de las paredes del conducto, sin unidad.

R = Radio medio hidráulico, en metros.

i = Pendiente del conducto, en tanto por uno.

Para tubería de concreto o PVC es η = 0,013; para tuberías de hierro fundido es η = 0,014.

Las pendientes de las alcantarillas son importantes para no superar los límites de velocidad. En pendientes muy bajas y con velocidad menor que la mínima, puede producirse la auto depuración dentro del conducto, ocasionando gases que pueden ser mortales para el ser humano si entra en contacto. La pendiente mínima del alcantarillado es del 1 % o 10 .‰

Como quiera que la utilización de los ábacos tiene límites de máximos y mínimos en lo referente a caudales y velocidades, donde es determinante el diámetro y la pendiente, por lo que se recomienda conocer estos límites para una mejor orientación en el diseño. Se presenta el siguiente cuadro:

VALORES LÍMITES DE CAUDALES Y PENDIENTES

DIÁMETRO EN PULGADAS

CAUDAL EN lts/seg PENDIENTES ‰

MÁXIMO MÍNIMO MÁXIMO MÍNIMO

6 53 11 114,10 5,80

8 94 19 91,10 3,65

10 148 30 64,30 2,60

12 213 43 48,60 1,95

14 219 58 38,50 1,55

16 379 76 31,60 1,30

18 479 96 26,50 1,10

20 592 119 22,80 0,95

22 716 144 19,80 0,80

24 853 174 17,50 0,70

27 1079 216 14,80 0,60

30 1333 267 12,70 0,55

10.5 CÁLCULO DEL CAUDAL Y VELOCIDAD

Dentro de las diversas fórmulas contamos con la de Manning y Kutter, simplificada por H.E. Babbit, que derivan de la fórmula de Chézy.

Q = CR1/2 i1/2 (2)

A partir de la fórmula de Manning, para diferentes caudales y diámetros de tubería, considerando n= 0,013; se utiliza los ábacos que a continuación se muestran, para tuberías de sección circular y llenas.

Las alcantarillas que trabajan a medio llenas, ya que el radio hidráulico y la velocidad son los mismos que cuando están llenas. En este caso es necesario, duplicar el caudal previsto antes de utilizar el ábaco. También es necesario utilizar diámetros comerciales, si en el cálculo no se obtiene tomar el inmediatamente superior.

ABACO N° 1

Caudal en aguas residuales

Q = CR1/2 i1/2

ABACO N° 2

ABACO N° 3

ABACO N° 4

EJEMPLO:

¿Calcular el diámetro de la tubería necesaria para conducir 60 lts/seg. con una pendiente media de 35 o/oo ?

En el ábaco N° 1, mediante una regla se coloca en la escala de caudal 60 lts/seg. y en la escala de pendiente 0,035, corta a la escala de diámetro en 21 y a la de velocidad en 1,9

Resultado D = 21 cm. (8”); Vm = 1,9 m/seg.

10.6 BUZONES DE INSPACCIÓN

Las redes de alcantarillas, se instalan de preferencia en los ejes de calles o vías, para su mantenimiento se necesita registros, denominados buzones, que permiten inspeccionar las redes de un tramo a otro en caso de atoro. También tiene otra función, cambiar el sentido de recorrido del afluente

El buzón es una estructura cilíndrica de diámetro 1,20 metros y profundidad mínima de 1,20 metros, en cuyo fondo llega y sale el tubo de la alcantarilla. No son recomendable buzones con profundidad de más de 5,00 metros. Los buzones deben instalarse cada 50 metros en rectas de redes de alcantarilla. Cuando una calle tiene menos de 100 metros, puede instalarse un buzón intermedio. Preferentemente debe colocarse un buzón en el cruce de calles o vías. Puede llegar en el fondo un ingreso de alcantarilla a 0,60 metros máximo del piso.

El buzón es una estructura de concreto simple o de concreto armado, que depende de su profundidad. A las paredes del cilindro se le denomina fuste. Su techo es una losa de concreto armado, donde se instala una tapa de hierro fundido o de concreto armado, de 0,60 metros de diámetro, que sirve para el ingreso de personas, esta losa tiene que estar al mismo nivel de la calzada. En el fondo lleva una mesa de concreto simple o concreto armado con una pendiente del 1% hacia las medias cañas, la media caña se construye según el sentido del flujo, que puede ser media caña recta, o media caña en forma de codo sanitario, o media caña en forma de doble yee sanitaria. Sus paredes internas deben ser lisas y puede llevar una escalera gato.

BUZON DE MENOS DE 3,00 m.

BUZON PROFUNDIDAD MAYORES DE 3,00 M.

LOSA DE TECHO PARA BUZÓN

ARMADURA SUPERIOR

LOSA DE FONDO PARA BUZÓN

10.7 CONEXIÓN DOMICILIARIA DE DESAGÜE

La conexión domiciliaria de desagüe es la red que va desde la alcantarilla general al lote de terreno, esta red puede ser de 4” de diámetro o mayores de 4”, generalmente se usa tubería de concreto o de PVC, cuenta con dos accesorios un codo especial para ser instalado sobre el cuadrante superior del tubo, que ha sido perforado previamente; otro accesorio la caja de registro prefabricada de forma circular, que tiene un fondo, una tapa y anillos prefabricados para dar diferente profundidad. Esta la caja de registro recibe las aguas residuales del edificio.