Alcantarillado

Red de evacuación de desagües

Un sistema de evacuación de aguas servidas de un centro urbano o localidad, se hace a través de

ductos de sección, a los que s e les denomina tuberías de desagüe, los que se encuentran

enlazados formando verdaderos canales tributarios, a los que la ingeniería denomina red de

colectores.

Condiciones: Su porque son circular

1. La fabricación de los ductos de sección circular no tiene problemas con los bordes, que son

aristas.

2. La superficie circular hidráulicamente tiene menos Hf de agua.

Clasificación :

Alcantarilla primaria: Es la que recibe las aguas servidas de los domicilios, en otros

términos recoge los desagües de conexiones intradomiciliarias.

Alcantarilla secundaria: Es el colector que recibe el flujo de otras alcantarillas.

Alcantarilla principal: Se le denomina alcantarillado principal o maestra, recoge los

desagües de todas las demás alcantarillas y transfiere estos desagües al emisor

Emisor: Es la alcantarilla que transporta los desagües de la alcantarilla maestra hacia el punto

final o plantas de tratamientos.

Plantas de tratamiento: Son estructuras especiales que tratan las aguas servidas hasta

conseguir su estabilización biológica, condición que permite descargar a un punto elegido sin

que se produzcan mayores efectos de contaminación.

En el Perú por razones de las áreas libre es de mejor aplicación las lagunas de oxidación o

también llamadas lagunas de estabilización.

La distancia mínima de una laguna de oxidación a la ciudad es como mínimo 0.5km.

Presión en redes: Las redes de desagüe trabajan como canal y no se admiten presiones en las

tuberías.

Velocidades: La velocidad mínima es de 0.60 m/s con la finalidad de evitar sedimentaciones de

las partículas y la velocidad máxima es de 5 m/s para evitar la erosión en la superficie interna

de las tuberías.

Ubicación: Las tuberías se colocan en los ejes de las calles y siguen sus pendientes. En casos

especiales las pendientes de las tuberías seguirán en sentido contrario.

Cálculos: Los cálculos de las tuberías se hacen siguiendo los principios de hidráulica para

canales. Se aplican las ecuaciones de maning.

Enterramiento de las tuberías: Las tuberías de desagüe irán a una profundidad mínima de un

metro con respecto a la superficie del terreno con el objeto de evitar roturas en las tuberías

por causa de efectos de fuerzas físicas y variables.

Desde el punto de vista hidráulico que permita drenar todos los lotes quedaran frente a la

calle, considerando que por lo menos dos terceras partes, cada uno de ellos en profundidad

pueda descargar por gravedad partiendo de 0.30 m por debajo del nivel de terreno y con una

línea de conexión al sistema de desagüe de 1% de pendiente.

La condición de que la tubería este a una profundidad mínima de un metro (1m) con respecto a

la superficie del terreno, nos obliga a tener buzones de una profundidad mínima de 1.20.

Cálculos que se aplicaran en la red de colectores.

Los cálculos de los flujos en las tuberías se hacen ampliando los conocimientos de hidráulica para

los escurrimientos en canales, la formula por el RNE es la ecuación de MANNING, teniendo en

presente los coeficientes de MANNING “n”

Cerámica vidriada 0.010

Asbesto cemento 0.010

P.V.C 0.010

Concreto 0.013

Acero 0.015

*Estos coeficientes solo son para tuberías mas no para canales

1.00m

20m

1.20m

8”

Buzones:

El único elemento accesorio en un sistema de desagüe es la cámara de inspección al que se le

denomina buzón. El buzón tiene por finalidad permitir la inspección de los flujos de desagüe a

través de las alcantarillas y en caso de producirse una obstrucción permitir la limpieza de la

alcantarilla.

Hidrojet: Para desatorar, es un carro que tiene una manguera que funciona a grandes presiones.

Los buzones se ubican en los cambios de pendientes.

Varilla metálica para desatorar

Obstrucción

8”

10” 0.0125 m/m

0.18 m/m

Cambio de diametro

La ecuación fundamental para el cálculo de las alcantarillas como canales es la fórmula de CHEZY.

Para cálculos de las alcantarillas transformo el radio hidráulico en función del diámetro

De acuerdo a las consideraciones de Manning:

8”

8”

Cambio de dirección

Tapa de fierro fundido 125 kg

Charnela o

Bisagra

Se tiene presente que el coeficiente de Chezy dependerá la rugosidad del tubo, del radio, de la

pendiente y del coeficiente n.

Para hacer uso de la fórmula de manning en secciones circulares se transforma el radio hidráulico

en función del diámetro.

Calculo de una alcantarilla

Para el cálculo de una alcantarilla de conducto circular (Tubería) cuando la escorrentía

corresponde a un estado libre, como si se tratara de un canal, el procedimiento para conocer el

tirante del gasto que circula es el siguiente:

1. Determinar el caudal que circula en el tubo como si se tratara de un gasto utilizando toda

el área de la sección ( Lo que comúnmente en ingeniería se llama a tubo lleno) utilizando

el ábaco cuya formulación se ha hecho a base de la fórmula de manning. Y a continuación

buscamos la proporcionalidad de los gastos entre el supuesto y el encontrado en el ábaco.

x

8”=200

mm

2. Con el valor numérico del porcentaje de proporcionalidad que ha resultado vamos al

ábaco de los elementos hidráulicos proporcionales para mayor esclarecimiento haremos el

siguiente ejemplo:

Ejemplo

¿Con que velocidad fluirá un gasto de 15 l/s en una tubería de un diámetro de 200 mm con

una pendiente de 12m/km y cuál será su tirante?

Use un coeficiente de manning e n=0.010

Solución:

Para los valores: n: 0.010

S: 12 m/km

d: 200 mm

Obteniendo un gasto de 46.6 litros/s

%Q: 15.00/46.6 = 0.321

46.6 litros/s

12 mm 200 mm

Para el valor de 75%.

El trazo de la línea horizontal y paralelo al eje de las abscisas determinamos los valores

provisionales para el gasto y la velocidad.

Abaco de elementos hidráulicos proporcionales:

% Q = 0.92

%V= 1.14

Con estos valores podemos determinar la velocidad en las condiciones de como fluye la

escorrentía en el canal

V= 1.14* 1.35

Para B= 1.54 m/s

Q= 0.92*42.6

Q= 39.19 L/s

Cálculo de una alcantarilla aplicando a las ecuaciones de Manning.

En un conducto circular de 18” de diámetro, fluye un caudal ocupando las 3/4 partes del diámetro

de gasto que conducirá y la pendiente S es igual a 0.002 m/m y el coeficiente de manning para la

tubería es n= 0.013 se trata de una tubería de concreto.

Solución:

Conocemos por la ecuación de maning que el caudal para una tubería de sección circular a tubo

lleno está dado por la expresión.

200 mm 75%

V= 1.54 m/s

Q= 39.19 L/s

Dando los valores a la expresión

n= 0.013

d= 18*2.54/100 = 0.4572

S= 0.002

Q= 0.132 L/s

La velocidad está dada por la ecuación de manning

n= 0.013

d= 18*2.54/100 = 0.4572

S= 0.002

v= 0.81 m/s

Como la condición del problema es que tiene las 3/4 partes de la altura del diámetro ocupado por

el agua, buscamos en la tabla de los elementos hidráulicos proporcionales para el valor:

Q= 0.9119

v= 1.1335

Entonces el caudal que transporta el alcantarillado en las condiciones indicadas son:

Q= 0.9119*132.97L/s = 121.26 L/s

Entonces:

v= 1.1335*0.81m/s = 0.918 m/s

0.918 m/s > 0.81 m/s > 0.60 m/s

Trabaja a óptimas condiciones no hay sedimentación.

V min en un alcantarillado = 0.60 m/s

Velocidad a tubo lleno

Problema 02

Con que velocidad fluirá un gasto de 40 litros en un conducto de 12” de diámetro, teniendo una

pendiente S= 0.004 m/m ¿Cuál será el tirante de flujo para la condición dada? Utilizar el valor n=

0.0013 para la fórmula de manning.

Solución:

Sabemos por la ecuación de manning que el caudal para una tubería de sección circular a tubo

lleno está dado por la expresión.

Q= 0.006378 m3/s = 63.78 l/s

La velocidad estará dada por la ecuación:

v= 0.87 m/s

La proporcionalidad del caudal será la siguiente:

Q=40/63.78

Q=0.627

Ingresos a la tabla de los elementos hidráulicos proporcionados

Proporcionalidad de los diámetros resulta igual

%D= 0.57

%V= 1.0533

Con Valores encontrados determinamos la velocidad y el tirante en las condiciones solicitadas

D= 0.57*12

D= 6.84”

D= 0.57*(12*2.54/100)

D= 0.1749m = 17.49 cm

Ejemplo de cálculo de un sistema de redes de desagüe.

En el ejemplo siguiente se utiliza las fórmulas de manning para los cálculos de gasto y velocidad de

flujo.

Dónde:

n: 0.013

Para facilitar los cálculos se emplea tabla de los elementos hidráulicos proporcionales.

La contribución de las descargas domiciliarias se a calculado de la siguiente forma:

Para cada vivienda se ha asignado 5 habitantes y el consumo de agua por cada habitante es igual a

250 L/día.

250*50 = 1250 Lt/día

Consideremos así mismo que en cada frente de 100 metros de longitud que has asignado a cada

manzana, se ubica 10 viviendas por frente.

En consecuencia el consumo de agua por calle donde se ubican dos frente de 100 metros c/u es de

consumo de agua.

20*1250= 25000 Litros -------- Por el frente

1 2 3 … 10

1 2 3 … 10

150L/día

Considerando la producción de agua que se debe asignar a un centro poblado es de:

25000*1.8 = 45000L

Obtenemos un coeficiente de descarga por metro y por segunde de:

45000/(100*86400)=0.005208 L/s/m

Coeficiente de descarga= 5.208 * 10^-3

CAPACIDAD MÁXIMA DE LA ALCANTARILLA A TUBO LLENO.

Dando valores a anterior considerando la sección a tubo lleno y de acuerdo a las normas de RNE

d= 200mm, S= 0.01 y n= 0.013

Q= 32.7845 L/s

El trabajo normal de la alcantarilla en las condiciones establecidas su capacidad es de 75% del

diámetro para esas condiciones la tabla de los elementos hidráulicos proporcionales el valor es

%Q= 0.9119

Y para la velocidad: %v=1.1335

En consecuencia el gasto que transporta la alcantarilla:

Q= 0.9119*32.78= 29.90 L/s

3/4*220 mm

200 mm= 8”

La velocidad a tubo lleno esta dada por la expresión:

v= 1.043 m/s

Para las condiciones de 75% de tirante la velocidad del flujo es de :

1.043*1.1335= 1.18 m/s

Diámetro mínimo de una alcantarilla es de 8” y en zonas rurales queda a criterio si se utiliza 6” u

8”

Caudal total=3.0245

El caudal o tubo= 32.78 L/s

%= 3.02/32.78 = 0.092

En la tabla E.H para 0.092 ------------ será: 0.096

Para el valor 0.096

Tirante de agua= 0.21*200= 42 mm

Velocidad= 0.63*1.093= 0.66 m/s

V%= 0.633

D%= 0.21

1 m 1.20 m

Q= 3.02 1%

D= 200mm

100 m