facultad de ciencias matemÁticas y fÍsicas carrera …

FACULTAD DE CIENCIAS MATEMÁTICAS Y FÍSICAS

CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL

TRABAJO DE TITULACIÓN PREVIO A

LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE

INGENIERO CIVIL

SANITARIA

REACONDICIONAMIENTO Y REDISEÑO DEL SISTEMA DE

AA.SS. Y AA.LL. EN EL SANTUARIO DE SCHOENSTATT

UBICADO EN EL CANTÓN GUAYAQUIL.

AUTORES: ARIAS FALQUEZ ANDREA JESSENIA

ORDOÑEZ RODRIGUEZ MAYRA PIEDAD

TUTOR: ING. ARMANDO SALTOS SANCHEZ, MSc.

GUAYAQUIL, SEPTIEMBRE 2019

ii

Agradecimiento

Agradezco en mi primer lugar a Dios y a la Virgen María por darme las fuerzas

necesarias en este proceso universitario. A mi familia y en especial a mis padres por

estar siempre a mi lado, a mis amigos por su apoyo incondicional y sobre todo a mi

amiga de tesis Mayra por su apoyo en este proceso. También le agradezco al Ing.

Armando Saltos Sánchez por su ayuda en este camino para la obtención del título

universitario y sus grandes enseñanzas.

Arias Falquez Andrea Jessenia

Agradezco a Dios, por guiarme en las decisiones que he tomado, a mis padres por el

apoyo moral y económico durante cada etapa de mi vida, por ser el motor que me

impulsa a seguir adelante día a día, a mis hermanos por darme la fuerza necesaria

para no rendirme y superar los momentos difíciles.

A mi abuelita por el apoyo, consejos y sobre todo por la paciencia y amor, que me ha

brindado durante mi vida y mi carrera universitaria. A mis tías por el cariño y apoyo

económico. A mi prima-hermana por ser mi mejor amiga y confidente, por

escucharme, aconsejarme y apoyarme en los peores momentos de mi vida.

A mis amigos por acompañarme y ayudarme en este largo proceso de aprendizaje,

por demostrarme que nunca estaré sola sin importar lo lejos que esté de mi hogar y

mi familia.

A mi tutor por guiarme durante la elaboración del presente trabajo.

Ordoñez Rodríguez Mayra Piedad

iii

Dedicatoria

Dedico este gran logro a Dios y a la Virgen María ya que fueron mis guías espirituales

en este camino.

A mis padres por ser mis pilares fundamentales, a mi hermano por su apoyo cuando

más lo necesité y a mi familia en general por darme los mejores consejos en mi carrera

universitaria; y de igual manera a mis mejores amigos Norma y Giordann.

A mis amigos por acompañarme en este proceso y la confianza que siempre me

brindaron para seguir adelante y a mi tía abuela por impulsarme desde el cielo y

porque esta meta principalmente es para ella.

Arias Falquez Andrea Jessenia

Dedico este trabajo a mis padres, en especial a mi madre por ser mi apoyo y

enseñarme que con esfuerzo y dedicación puedo conseguir todo lo que me proponga.

A mis hermanos por brindarme su cariño y apoyo en los momentos que decaía, por

sus palabras de aliento que me ayudaron a no rendirme, a mis familiares y amigos

que estuvieron presentes en estos 5 años de estudio.

A mí, por la constancia y dedicación, por no rendirme en los momentos más críticos

de mi vida y la carrera universitaria, por mi firmeza y coraje para superar los

obstáculos que se han presentado.

Ordoñez Rodríguez Mayra Piedad

iv

Declaración Expresa

Artículo XI.- del Reglamento Interno de Graduación de la Facultad de Ciencias

Matemáticas y Físicas de la Universidad de Guayaquil.

La responsabilidad de los hechos ideas y doctrinas expuestas en este Trabajo de

Titulación corresponden exclusivamente al Autor y al Patrimonio Intelectual de la

Universidad de Guayaquil.

v

Tribunal de Graduación

--------------------------------------------- --------------------------------------------- Ing. Fausto Cabrera Montes, M.Sc. Ing. Armando Saltos Sánchez, M.Sc.

Decano Tutor

--------------------------------------------- ----------------------------------------------

Vocal Vocal

viii

Índice General

Capítulo I

Situación Actual del Sistema de AA.SS. y AA.LL.

1.1. Introducción .................................................................................................. 1

1.2. Objetivos ....................................................................................................... 1

1.2.1. Objetivo General. .................................................................................... 1

1.3. Alcance del Trabajo ...................................................................................... 2

1.4. Descripción General de la Zona .................................................................... 3

1.4.1. Ubicación del Sitio de Estudio. ............................................................... 3

1.4.2. Topografía y Relieve. ............................................................................. 4

1.4.3. Vías de Acceso. ...................................................................................... 5

1.4.4. Infraestructura y Servicios Básicos. ........................................................ 6

1.4.5. Condiciones Climatológicas. ................................................................... 6

1.4.6. Uso de Suelo. ......................................................................................... 7

1.5. Planteamiento del Problema ......................................................................... 7

1.6. Evaluación y Diagnóstico .............................................................................. 8

1.7. Justificación ................................................................................................ 10

1.8. Condiciones Generales para el Diseño de AA.SS. y AA.LL. ....................... 11

1.8.1. Estudios Previos. .................................................................................. 11

1.8.2. Estudios Topográficos. ......................................................................... 11

Capítulo II

Marco Referencial

2.1. Marco Conceptual ....................................................................................... 15

2.1.1. Alcantarillado Separado. ....................................................................... 15

2.1.2. Alcantarillado Combinado. .................................................................... 15

2.1.3. Alcantarillado Mixto. ............................................................................. 16

2.1.4. Componentes de las Redes del Alcantarillado Sanitario. ..................... 17

2.1.5. Consideraciones Básicas del Diseño de Alcantarillado Sanitario y

Cálculo…… ....................................................................................................... 20

ix

2.1.6. Componentes del Sistema de Alcantarillado Pluvial. ............................ 29

2.1.7. Diseño del Sistema de Alcantarillado Pluvial. ....................................... 35

2.2. Marco Legal ................................................................................................ 41

Capítulo III

Metodología de Investigación

3.1. Metodología ................................................................................................ 42

3.2. Investigación de Campo .............................................................................. 42

3.3. Investigación Documental ........................................................................... 43

3.4. Bases de Evaluación ................................................................................... 43

3.5. Análisis e Interpretación de los Resultados ................................................ 43

Capítulo IV

Desarrollo

4.1. Diseño del Alcantarillado Sanitario.............................................................. 45

4.1.1. Parámetros de Diseño. ......................................................................... 45

4.1.2. Diseño Hidráulico de la Red de Colectores de Aguas Servidas. .......... 51

4.1.3. Cajas Domiciliarias del Alcantarillado Sanitario. ................................... 65

4.1.4. Cámaras de Registro del Alcantarillado Sanitario. ............................... 65

4.2. Diseño del Alcantarillado Pluvial ................................................................. 68

4.2.1. Parámetros de Diseño. ......................................................................... 68

4.2.2. Diseño de Caudal de Aguas Lluvias e Hidráulico para la Red de

Colectores. ........................................................................................................ 71

4.2.3. Cámaras de Registro del Alcantarillado Pluvial. ................................... 86

4.2.4. Especificaciones de la Tubería de PVC para el Alcantarillado Pluvial. . 87

4.3. Propuesta para el Reacondicionamiento .................................................... 89

4.4. Presupuesto de Obra .................................................................................. 91

Capítulo V

Conclusiones y Recomendaciones

5.1. Conclusiones ................................................................................................. 93

5.2. Recomendaciones ......................................................................................... 94

Bibliografía

Anexos

x

Índice de Ilustraciones

Ilustración 1: Vista Satelital del Santuario de Schoenstatt. ...................................... 3

Ilustración 2: Vista Satelital de las Coordenadas UTM. ............................................ 4

Ilustración 3: Vista Satelital del Santuario de Schoenstatt. ..................................... 5

Ilustración 4: Señalización de las vías internas del Santuario de Schoenstatt. ........ 5

Ilustración 5: Tabla Climática de Guayaquil. ............................................................ 7

Ilustración 6: Uso de Suelo del Santuario de Schoenstatt. ....................................... 7

Ilustración 7: Ubicación de los pozos existentes del Santuario de Schoenstatt. ...... 8

Ilustración 8: Sistema de AA.SS. existente del Santuario de Schoenstatt. .............. 9

Ilustración 9: Sistema de AA.LL. existente del Santuario de Schoenstatt. ............... 9

Ilustración 10: Sistema de AA.LL. existente del Santuario de Schoenstatt. ........... 10

Ilustración 11: Plano Topográfico del Santuario de Schoenstatt. ........................... 12

Ilustración 12: Plano Planimétrico del Santuario de Schoenstatt. .......................... 13

Ilustración 13: Sectores del Santuario de Schoenstatt. .......................................... 24

Ilustración 14: Sumidero tipo ventana. ................................................................... 31

Ilustración 15: Sumidero de piso. ........................................................................... 32

Ilustración 16: Canal abierto para conducción de agua lluvia. ............................... 33

Ilustración 17: Pozos de inspección. ...................................................................... 34

Ilustración 18: Sifón invertido. ................................................................................ 35

Ilustración 19: División del Santuario de Schoenstatt en sectores. ........................ 46

Ilustración 20: Caja domiciliaria. ............................................................................. 65

Ilustración 21: Manhole Modular ............................................................................ 66

Ilustración 22: Detalle de unión de tubería. ............................................................ 67

Ilustración 23: Especificaciones Técnicas de tuberías PVC. .................................. 68

Ilustración 24: Áreas para el coeficiente de escurrimiento. .................................... 69

xi

Ilustración 25: Curvas IDF de la ciudad de Guayaquil (Zona 8). ............................ 70

Ilustración 26: Manhole Modular ........................................................................... 86

Ilustración 27: Detalle de unión de tubería. ............................................................ 87

Ilustración 28: Especificaciones Técnicas de tuberías PVC. .................................. 88

Ilustración 29: Detalle de Cunetas.......................................................................... 90

xii

Índice de Tablas

Tabla 1: Coordenadas UTM del Santuario de Schoenstatt. ....................................... 4

Tabla 2: Diámetros recomendados de pozos de revisión. ....................................... 19

Tabla 3: Distancia máxima entre pozos. .................................................................. 19

Tabla 4: Vida útil sugerida para los elementos de un sistema de agua. .................. 20

Tabla 5: Dotaciones recomendadas. ....................................................................... 22

Tabla 6: Dotaciones para edificaciones de uso específico. ..................................... 22

Tabla 7: Velocidades máximas a tubo lleno y coeficientes de

rugosidad recomendados. ........................................................................................ 27

Tabla 8: Valores de coeficiente de escurrimiento. ................................................... 36

Tabla 9: Valores de C para diversos tipos de superficies. ....................................... 36

Tabla 10: Frecuencia de diseño en tuberías de alcantarillado pluvial. .................... 37

Tabla 11: Cálculo de caudales del alcantarillado sanitario. ..................................... 58

Tabla 12: Cálculo del diseño del alcantarillado sanitario. ........................................ 59

Tabla 13: Cálculo de cotas del sistema de alcantarillado sanitario. ......................... 63

Tabla 14: Intensidad (mm/h) con su respectivo período de retorno y duración. ...... 70

Tabla 15: Cálculo de coeficiente de escurrimiento ponderado de los sectores. ...... 81

Tabla 16: Cálculo del diseño del alcantarillado pluvial............................................. 82

Tabla 17: Cálculo de cotas del sistema de alcantarillado pluvial. ............................ 85

Tabla 18: Presupuesto referencial del sistema de alcantarillado sanitario. ............. 91

Tabla 19: Presupuesto referencial del sistema de alcantarillado pluvial. ................. 92

xiii

RESUMEN

El Santuario de Schoenstatt está ubicado en la parroquia Tarqui del cantón Guayaquil,

en la provincia del Guayas, actualmente no cuenta con un sistema de alcantarillado

sanitario y pluvial en óptimas condiciones.

En el presente trabajo se realizó la propuesta para la implementación del

reacondicionamiento y el rediseño de los sistemas de alcantarillado sanitario y pluvial

tomando en cuenta la evaluación de las estructuras de captación, transporte y

descarga existentes.

Para evitar el sobredimensionamiento del sistema de alcantarillado sanitario y pluvial,

se dividió el área de estudio en tres sectores tomando una población de 10.000

habitantes para el sector 1, 5.000 para el sector 2 y 100 habitantes para el sector 3

donde existe una aldea de niños huérfanos.

En el cálculo del caudal de diseño de agua servida no se consideró el caudal de

conexiones erradas debido a que no existen viviendas adicionales a las preexistentes

dentro del área del proyecto.

Para la implementación del proyecto se usarán 23 cámaras tipo Manhole, 7 sumideros

tipo piso, 5 cajas domiciliarias de polietileno y tubería PVC de diámetro interno 200,

250 y 400 mm. El presupuesto referencial será de $164.148,96.

PALABRAS CLAVES: ALCANTARILLADO - CONEXIONES ERRADAS -

DESCARGA – MANHOLE - TUBERÍA.

xiv

ABSTRACT

Schoenstantt Sanctuary is located in Tarqui urban parish, Guayaquil canton, Guayas

province, nowadays it doesn’t have sanitary sewage system and storm sewage

system with optimal conditions.

In the present work performance for the implantation of the readjustment and redesign

were made for the sanitary and storm sewage system considering an appraisal of the

catchment, shipment, and unloading structures.

To avoid the oversize, the sanitary sewage system and storm sewage system, the

analysis area was divided in three sectors taking dwellers of 10000 people for sector

1, 5000 for sector 2 and 100 people for sector 3 where is located a village for orphan

children.

For the estimation of the waste water flow it was not considerate the wrong

connections flow due to doesn’t exist additional households than the actual

households that are inside of the project area.

In order to the implementation for the project there will be used 23 Manhole type tanks,

7 catch basins, 5 polyethylene household septic tank and PVC pipes with 200, 250,

400 mm internal diameter. The referential budget will be of $164.148,96.

KEYWORDS: SEWAGE SYSTEM - WRONG CONNECTIONS - UNLOADING -

MANHOLE - PIPE.

1

Capítulo I

Situación Actual del Sistema de AA.SS. y AA.LL.

1.1. Introducción

En la ciudad de Guayaquil existen áreas que cuentan con diseños de alcantarillado

sanitario y pluvial deficientes, generando problemas de insalubridad e inundaciones

ocasionados por la mala implementación de los sistemas de conducción de las aguas

residuales que no descargan de manera correcta.

En el presente trabajo se realizará la propuesta para el rediseño del sistema de

alcantarillado sanitario y pluvial del Santuario de Schoenstatt ubicado al norte de

Guayaquil con la finalidad de la regeneración de los sistemas de alcantarillado

sanitario y pluvial, mejorando la vida de los habitantes y visitantes del lugar con

referencia de los datos topográficos tomados en campo y estudios hidrológicos que

fueron tomados en referencia del INAMHI.

La implementación de los sistemas de alcantarillado sanitario y pluvial está

relacionada al ámbito profesional obteniendo sustentabilidad para los habitantes y de

los visitantes generando mejoras durante la vida útil del proyecto, buscando las

mejores soluciones para satisfacer las necesidades del sector.

1.2. Objetivos

1.2.1. Objetivo General.

Proponer el rediseño y reacondicionamiento del Sistema de AA.SS. y AA.LL. del

Santuario de Schoenstatt, en el cantón Guayaquil.

1.2.2. Objetivos Específicos.

Identificar los elementos del alcantarillado sanitario y pluvial existentes.

2

Analizar las condiciones en las que se encuentran los colectores, cámaras y

pozos que conforman el sistema actual de alcantarillado sanitario y pluvial.

Plantear soluciones de evacuación a cámaras existentes del alcantarillado

sanitario y pluvial.

Realizar el presupuesto referencial para la implementación del nuevo sistema

de aguas servidas y aguas lluvias.

1.3. Alcance del Trabajo

El proyecto constará de la evaluación de las redes de alcantarillado existente y la

propuesta del rediseño del alcantarillado sanitario y pluvial del Santuario Schoenstatt

ubicado en el cantón Guayaquil, con el cumplimiento respectivo de las

especificaciones técnicas (SENAGUA y Norma Ecuatoriana de la Construcción NEC-

11), procesos y cálculos que satisfagan las necesidades de los habitantes y visitantes

del lugar.

El presente trabajo contiene información del levantamiento topográfico (planimetría

y altimetría), que fue realizado con un grupo de estudiantes de la Facultad de Ciencias

Matemáticas y Físicas de la Universidad de Guayaquil con los que se debe

implementar el diseño adecuado de los sistemas y desarrollo de la red de colectores

para el alcantarillado sanitario y pluvial propuesto, y el mismo que se presentará un

presupuesto referencial para la implementación del nuevo sistema de aguas servidas.

Los parámetros para los cálculos se basarán en las características de la zona tales

como, la topografía del terreno, hidrología, y climatología, además los datos de

población excedente en tiempos de eventos del Santuario de Schoenstatt.

3

1.4. Descripción General de la Zona

1.4.1. Ubicación del Sitio de Estudio.

“El Santuario de Schoenstatt”, es una comunidad católica que está ubicada al

Noroeste de la ciudad de Guayaquil en la avenida Juan Tanca Marengo kilómetro

4,5., aproximadamente a 60 minutos del centro de la ciudad. Tiene un área alrededor

de 11 hectáreas. Mediante datos proporcionados por el personal encargado del lugar

tiene una población de 100 habitantes y la población mayoritaria en tiempo de eventos

religiosos es de aproximadamente 10.000 peregrinos incluyendo los habitantes del

mismo.

Ilustración 1: Vista Satelital del Santuario de Schoenstatt.

Fuente: (Google Earth, 2004)

UBICACIÓN GEOGRÁFICA: 2° 8' 13.92" S: 79°55'21.32"O

4

Ilustración 2: Vista Satelital de las Coordenadas UTM. Fuente: (Google Earth, 2004)

Tabla 1: Coordenadas UTM del Santuario de Schoenstatt.

PUNTO ESTE NORTE

P1 619598 9763540

P2 619801 9763571

P3 619877 9763448

P4 620128 9763571

P5 620085 9763780

P6 619963 9763768

P7 619926 9763830

P8 619855 9763765

P9 619735 9763755

P10 619686 9763787

P11 619644 9763750

P12 619600 9763620

Elaborado: Arias Andrea – Ordoñez Mayra.

1.4.2. Topografía y Relieve.

El Santuario posee una zona con pendientes pronunciadas en ciertos sectores y

en otros presenta una topografía con relieves ondulados con pendientes que varían

del 1 al 20 %.

5

1.4.3. Vías de Acceso.

El acceso al lugar del proyecto se lo puede realizar en bus o vehículo particular, a

través de la Avenida Juan Tanca Marengo hasta la Avenida del Santuario que

conduce al sitio.

Ilustración 3: Vista Satelital del Santuario de Schoenstatt. Fuente: (Google Earth, 2004)

Para la circulación interna, existen vías que conectan los diferentes las

diferentes viviendas.

Ilustración 4: Señalización de las vías internas del Santuario de Schoenstatt.


6

1.4.4. Infraestructura y Servicios Básicos.

El santuario es una comunidad religiosa está subdividida por dos áreas

predestinadas que se detallan a continuación:

La primera área es de aproximadamente 8 hectáreas de terreno cuenta con

viviendas para acceso de los peregrinos, además una cafetería, oficinas de atención

al público, una capilla pequeña, una iglesia, parqueaderos, bar, librería, espacios de

servicio alimenticio y área de vegetación.

La segunda área es de aproximadamente 3 hectáreas cuenta con viviendas en

donde albergan a niños huérfanos y áreas recreativas para el uso de los huéspedes.

Estas áreas constan de un sistema de alcantarillado sanitario que no cumple todas

las normas técnicas al igual que su sistema pluvial, aunque hay que recalcar que si

tiene servicios básicos de agua potable y energía eléctrica.

1.4.5. Condiciones Climatológicas.

El Santuario de Schoenstatt está ubicado en la ciudad de Guayaquil, tiene un clima

tropical con una temperatura media anual de 25,7 °C, cuenta con una época lluviosa

(enero a mayo) y seca (junio a diciembre). En época seca la ciudad tiene una

temperatura cálida y húmeda en el día mientras que, en verano tiene un clima fresco.

(Climate-Data, 2019)

7

Ilustración 5: Tabla Climática de Guayaquil.

Fuente: (Climate-Data, 2019)

1.4.6. Uso de Suelo.

El Santuario de Schoenstatt es una comunidad religiosa que, está registrada como

propiedad privada en el Sistema del Dpto. de Avalúos y Registros, está exenta de

pago de impuestos por esta razón el predio consta como vacío.

Ilustración 6: Uso de Suelo del Santuario de Schoenstatt.

Fuente: (Gobierno Autónomo Descentralizado Municipal de Guayaquil, 2019)

1.5. Planteamiento del Problema

Las instalaciones del santuario cuentan con un sistema de evacuación de aguas

servidas mediante sistemas de pozos sépticos interconectados con cámaras hacia la

descarga de los mismos; estos pozos sépticos se infiltran directamente al terreno

natural y que por la falta de mantenimiento no se realiza limpieza de los lodos del

fondo de los pozos y con el tiempo rebosan, causando problemas de insalubridad en

los sectores periféricos al pozo.

8

Ilustración 7: Ubicación de los pozos existentes del Santuario de Schoenstatt.


La ubicación de estos pozos actualmente se muestra en la ilustración anterior. Las

interconexiones entre cámaras tienen un diámetro mínimo de 110 mm y máxima de

175 mm, las mismas que presentan poca pendiente.

1.6. Evaluación y Diagnóstico

Los accesos internos en el santuario no cuentan con calles ni asfaltadas ni

pavimentadas, solamente se encuentran adoquinadas y reconformadas en tierra.

La red de alcantarillado sanitario existente en el Santuario de Schoenstatt consta

de cajas domiciliarias que recogen las aguas residuales de las descargas de las

viviendas y las transportan a un colector principal que envía el agua a un pozo séptico,

la misma que no cumple las especificaciones técnicas descritas en el capítulo VIII de

las Normas de diseño de alcantarillado de la Secretaría del Agua (SENAGUA).

9

Ilustración 8: Sistema de AA.SS. existente del Santuario de Schoenstatt.


En cuanto al sistema de alcantarillado pluvial, la mayor parte del Santuario no

cuenta con tuberías y colectores adecuados para el transporte de agua lluvia, aunque

ciertas áreas como la Casa de Retiro, la Casa de las Hermanas y el sector donde se

encuentra la Capilla cuentan con canales cubiertos de rejillas que no se encuentran

en buen estado y tienen errores de construcción.

Ilustración 9: Sistema de AA.LL. existente del Santuario de Schoenstatt.


El sistema de aguas lluvias, escurre directamente por las pendientes de las calles.

Por lo que se presentan problemas de evacuación de aguas lluvias ya que existe

10

arrastre de partículas que en muchos casos drenan a sistemas de descarga como

pozos sépticos. Razón por la cual se está realizando la evaluación y se plantea una

reconformación de los accesos para diseñar cunetas, sumideros y un buen diseño de

AA.LL. para el sector en mención.

Ilustración 10: Sistema de AA.LL. existente del Santuario de Schoenstatt.


Del levantamiento topográfico se ha determinado que existen sectores con

pendiente, que drenan bruscamente y hay arrastre de partículas, ya que las calles se

encuentran reconformadas en tierra por lo que se amerita un estudio y replanteo de

acceso vial con bordillos y aceras, cunetas y sumideros, para un buen drenaje de

aguas lluvias del sector de Schoenstatt.

1.7. Justificación

El presente trabajo de titulación tiene como la finalidad de aportar con el

dimensionamiento de redes de evacuación y saneamiento adecuado para el

11

Santuario de Schoenstatt. Este proyecto incluye la evaluación del sistema de

alcantarillado sanitario existente, reacondicionamiento y rediseño del sistema de

AA.SS., diseño adecuado del sistema de AA.LL., presupuesto referencial y planos de

obra civil.

Por tales motivos se considera el reacondicionamiento y rediseño de los sistemas

de alcantarillado sanitario y pluvial para reducir los problemas de insalubridad y

contaminación que se producen por la deficiencia de los sistemas existentes.

1.8. Condiciones Generales para el Diseño de AA.SS. y AA.LL.

1.8.1. Estudios Previos.

Se realizó una inspección general del proyecto, para localizar las cajas, pozos y

estructuras de drenaje de aguas lluvias existentes, para proceder con el

levantamiento topográfico.

1.8.2. Estudios Topográficos.

Para la toma de datos en campo se utilizaron instrumentos como la Estación Total,

GPS, nivel, prisma, etc.

El levantamiento fue realizado por un grupo de estudiantes de la Facultad de

Ciencias Matemáticas y Físicas de la Universidad de Guayaquil. La información

obtenida se encuentra en planos con su respectiva simbología y cálculos.

12

Ilustración 11: Plano Topográfico del Santuario de Schoenstatt.


1.8.2.1. Planimetría del Santuario.

El “Santuario de Schoenstatt” se encuentra dividido en dos áreas, la primera

corresponde a las Hermanas, la cual abarca la casa de María, la casa de las

hermanas, la casa José Engling, la casa de Retiros y la Capilla, y la segunda

corresponde a los padres abarca la iglesia, una Hermita y la aldea de niños huérfanos

y familias de pocos recursos, no está delimitado por un cerramiento, si no por una

línea imaginaria. El Santuario consta de aproximadamente 13 hectáreas.

13

Ilustración 12: Plano Planimétrico del Santuario de Schoenstatt.


1.8.2.2. Altimetría del Área.

El “Santuario de Schoenstatt” tiene una superficie ondulada, con pendientes que

van desde 1 al 20 %, esto quiere decir que se observan desniveles, a excepción de

algunas zonas como el parqueadero, la Casa de Retiro, La iglesia y la capilla, en la

cuales se aprecia un nivel casi plano, esta condición produce cierta complicación en

el diseño del sistema de alcantarillado pluvial ya que las pendientes pronunciadas

provocan que el agua lluvia alcance velocidades altas dañando las áreas verdes y

estructuras existentes, por lo que se debe diseñar rompe velocidades para disminuir

la velocidad.

Para el rediseño del sistema de alcantarillado se ha tomado como nivel, las cotas

de las cajas y pozos existentes en cada conjunto de viviendas, con el fin de evitar

pendientes altas que provoquen problemas al momento de la reconstrucción de dicho

sistema.

14

1.8.2.3. Trabajo de Oficina.

Se aplicarán las Normas Vigentes de nuestro país, tales como la Norma

Ecuatoriana de la Construcción NEC-11 y SENAGUA para calcular, diseñar y elaborar

los planos a partir de la información obtenida en campo. Para esto se usa

computadoras, software y herramientas tecnológicas disponibles.

15

Capítulo II

Marco Referencial

2.1. Marco Conceptual

Alcantarillado

Un sistema de alcantarillado es una red de saneamiento o de drenaje que consiste

en un conjunto de tuberías y obras complementarias, necesarias para recibir,

conducir, ventilar y evacuar las aguas residuales de la población. En el caso que no

existan estas redes de recolección de agua, pueden presentarse problemas de salud

para los habitantes como enfermedades epidemiológicas y, además, se causarían

importantes pérdidas materiales. (Comisión Nacional del Agua, 2009)

Los sistemas de alcantarillado pueden ser de tres clases: separados, combinados

y mixtos.

2.1.1. Alcantarillado Separado.

Los sistemas de alcantarillado separados consisten en dos redes independientes

la primera, para recoger exclusivamente aguas residuales domésticas y efluentes

industriales pre tratados; y, la segunda, para recoger aguas de escorrentía pluvial.

(SENAGUA, 2005)

2.1.2. Alcantarillado Combinado.

Los sistemas de alcantarillado combinado transportan todas las aguas residuales

producidas por un área urbana y, a la vez, las aguas de escorrentía pluvial.

(SENAGUA, 2005)

16

2.1.3. Alcantarillado Mixto.

Los sistemas de alcantarillado mixtos son una combinación de los dos anteriores

dentro de una misma área urbana que principalmente se refiere a un sistema que

conduce la mayor parte de las aguas negras que son producidas en el área como un

alivio al sistema pluvial para no causar inundaciones; esto es, una zona tiene

alcantarillado separado y otra, combinado. (SENAGUA, 2005)

En Ecuador el sistema más usado para transportar las aguas residuales es el

separado.

Para la selección del tipo de alcantarillado existen tres niveles de alcantarillado, los

mismos que van desde el más sencillo (nivel 1), hasta el alcantarillado convencional

(nivel 3). Se debe tener en cuenta las siguientes consideraciones:

Topografía del lugar.

Situación económica del lugar.

Densidad de la población.

Tipo de abastecimiento de agua potable existente.

En el nivel 1 para el alcantarillado sanitario se utilizan en zonas rurales que tienen

casas dispersas con calles que no cuentan con ningún tipo de asfaltado. La

conducción de las aguas servidas se la puede realizar a través de tuberías con un

diámetro de 75 mm de PVC u otro material apropiado y de canales abiertos que

descargan en pozos sépticos.

Para el sistema de alcantarillado pluvial se deben diseñar cunetas que tangan

suficiente capacidad de transportar el agua lluvia directamente al cuerpo receptor, en

17

las calles se deben colocar un tipo de pavimento económico para evitar el arrastre

excesivo de sólidos.

En el alcantarillado sanitario del nivel 2 se deben colocar tuberías de diámetro

mínimo de 100 mm de hormigón simple. Se usan cajas de mampostería en vez de

pozos de revisión.

Para el alcantarillado pluvial en los costados de las calles se colocan canales con

una velocidad mínima de 9m/s cubiertos de rejillas metálicas para impedir el paso de

sólidos gruesos.

Para el alcantarillado sanitario convencional y para el alcantarillado pluvial se usa

una red de tuberías y colectores como se describe en el numeral 2.2.1 de esta

sección. El nivel 3 se utilizará en ciudades o en comunidades más desarrolladas en

las que los diámetros calculados caigan dentro del patrón de un alcantarillado

convencional. (SENAGUA, 2005)

Alcantarillado Sanitario

2.1.4. Componentes de las Redes del Alcantarillado Sanitario.

Los componentes principales que conforman una red de alcantarillado, son los

siguientes:

2.1.4.1. Colectores e Interceptores.

Los colectores son las tuberías principales del sistema es decir que representan la

parte medular.

Se los conoce también como interceptores, dependiendo de su acomodo en la red.

Su función es juntar el agua recolectada por los subcolectores y llevarla hasta el punto

de salida de la red. (Comisión Nacional del Agua, 2009)

18

Se clasifican en colectores primarios, secundarios y terciarios se detallan a

continuación:

Colectores terciarios: Son tuberías de pequeño diámetro interno que son de

150 mm pueden estar colocados debajo de las veredas y a los cuales se

conectan las acometidas domiciliarias. (Comisión Nacional del Agua, 2009)

Colectores secundarios: Son tuberías que recogen las aguas de los

colectores terciarios y los conducen a los colectores primarios generalmente

se encuentran enterrados en las vías públicas. El diámetro mínimo es de 200

mm. (SENAGUA, 2005)

Colectores primarios: Son tuberías que recolectan aguas residuales de

varios afluentes de menores dimensiones de acuerdo con determinadas áreas

de drenaje. El diámetro mínimo es de 200 mm. (Comisión Nacional del Agua,

2009)

2.1.4.2. Emisores.

Son los conductos que recogen las aguas de uno o varios colectores o

interceptores. No recibe ninguna aportación adicional (atarjeas o descargas

domiciliarias) en su marcha y su función es conducir las aguas residuales a una planta

depuradora y darles su receptivo tratamiento. (Comisión Nacional del Agua, 2009)

2.1.4.3. Conducción 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. Es decir que se necesita el

uso de equipos a presión para llevar las aguas de un punto bajo a un alto mediante

sistemas de bombeo. (Comisión Nacional del Agua, 2009)

19

2.1.4.4. Pozos de Revisión.

Los pozos de revisión sirven para facilitar la limpieza y mantenimiento de las redes

de alcantarillado; con esto se evita que las redes se obstruyan por acumulación de

sedimentos. (SENAGUA, 2005)

Se usan en:

Cambio de pendiente.

Cambio de dirección.

Cambio de diámetro.

Confluencias de dos o más tuberías o los colectores.

El diámetro del cuerpo de los pozos está en función del máximo diámetro de tubería

que se conecta al mismo.

Tabla 2: Diámetros recomendados de pozos de revisión.

Diámetro de la tubería (mm) Diámetro del pozo (m)

Menor o igual a 550 0,9

Mayor a 550 Diseño especial Fuente: (SENAGUA, 2005)

Según las NORMAS PARA ESTUDIO Y DISEÑO DE SISTEMAS DE AGUA

POTABLE Y DISPOSICIÓN DE AGUAS RESIDUALES PARA POBLACIONES

MAYORES A 1000 HABITANTES, la distancia máxima entre pozos de revisión será:

Tabla 3: Distancia máxima entre pozos.

Diámetro (mm) Distancia máxima (m)

< 350 100

400 – 800 150

> 800 200 Fuente: (SENAGUA, 2005)

Elaboración: Arias Andrea – Ordoñez Mayra.

20

Las tapas de los pozos deben ser de hierro fundido, si se colocan tapas de otro tipo

de material como hormigón debe ser aprobado por la Subsecretaría de Agua Potable

y Saneamiento Básico (SAPYSB).

Se debe evitar el flujo de escorrentía pluvial hacia los pozos de revisión.

2.1.5. Consideraciones Básicas del Diseño de Alcantarillado Sanitario y

Cálculo.

Para el diseño de los sistemas de alcantarillado, se debe tomar en cuenta los

aspectos que se muestran a continuación:

2.1.5.1. Período de Diseño.

El período de diseño está relacionado con el costo inicial del proyecto, la vida útil,

capacidad del sistema para atender la demanda futura, la densidad actual y de

saturación, la durabilidad de los materiales y equipos empleados, la calidad de la

construcción y su operación y mantenimiento. (SENAGUA, 2005)

De acuerdo a la tabla se tomará un periodo mínimo de 30 años debido a las

tuberías que conducen las aguas son de PVC, tomando en cuenta las Normas de

diseño de alcantarillado de la Secretaría del Agua (SENAGUA).

Tabla 4: Vida útil sugerida para los elementos de un sistema de agua.

Componente Vida útil (años)

Pozos 10 a 25

Conducciones de asbesto cemento o PVC

20 a 30

Subcolectores, emisarios y descargas

25

Fuente: (SENAGUA, 2005)

21

2.1.5.2. Población de Diseño.

La población de diseño se calculará a base de la población futura determinada

mediante censos poblacionales.

Según los encargados de administrar el Santuario de Schoenstatt, existe una

población de 10.000 habitantes en eventos religiosos de mayor concurrencia. Debido

a que existen alrededor de 50 personas que habitan diariamente en el Santuario y la

población máxima se produce en días específicos no se proyectará la población.

2.1.5.3. Áreas Tributarias.

Son superficies que drenan hacia un tramo o punto determinado

fundamentalmente en base a la topografía, se consideran los diversos usos de suelo

(residencial, comercial, industrial, institucional y público). (SENAGUA, 2005)

Para el alcantarillado pluvial será necesario definir las cuencas que drenan a través

de la ciudad.

2.1.5.4. Dotaciones.

Se conoce como la producción de agua para satisfacer las necesidades de la

población y otros requerimientos, se basan en las consideraciones de acuerdo a las

condiciones de la población como se detallan a continuación:

Las condiciones climáticas del sitio

Las dotaciones fijadas para los distintos sectores de la ciudad, considerando

las necesidades de los distintos servicios públicos.

Las necesidades de agua potable para la industria.

Los volúmenes para la protección contra incendios.

Las dotaciones para lavado de mercados, camales, plazas, calles, piletas, etc.

22

Las dotaciones para riego de jardines.

Otras necesidades, incluyendo aquellas destinadas a la limpieza de sistemas

de alcantarillado, etc.

A falta de datos, y para estudios de factibilidad, se podrán utilizar las dotaciones

indicadas en la tabla.

Tabla 5: Dotaciones recomendadas.

Población (habitantes) Clima Dotación media futura (l/hab/día)

Hasta 5000

Frío 120 – 150

Templado 130 – 160

Cálido 170 – 200

5000 a 50000

Frío 180 – 200

Templado 190 – 220

Cálido 200 – 230

Más de 50000

Frío > 200

Templado > 220

Cálido > 230 Fuente: (SENAGUA, 2005)

Cabe recalcar que para poblaciones menores a 5.000 habitantes, se debe tomar la

dotación mínima fijada. (SENAGUA, 2005)

De acuerdo a la tabla de la Norma Ecuatoriana de la Construcción NEC-11 se dan

las diferentes dotaciones para edificaciones de uso específico.

Tabla 6: Dotaciones para edificaciones de uso específico.

Tipo de edificación Unidad Dotación Bloques de viviendas L/habitante/día 200 a 350 Centro comercial L/m2 área útil/día 15 a 25 Cines, templos y mausoleos L/concurrente/día 5 a 10 Cuarteles L/persona/día 150 a 350 Escuelas y colegios L/estudiante/día 20 a 50 Hospitales L/cama/día 800 a 1300 Bares, cafeterías y restaurantes L/m2 área útil/día 40 a 60 Oficinas L/persona/día 50 a 90 Universidades L/estudiante/día 40 a 60

Fuente: (Norma Ecuatoriana de la Construcción, 2011)

23

2.1.5.5. Caudal de Diseño.

2.1.5.5.1. Caudales de Diseño de Aguas Residuales.

El caudal de aguas residuales de una población está compuesto por los siguientes

aportes:

Caudal de aguas residuales domésticas.

Caudal de aguas residuales industriales.

Caudal de aguas residuales comerciales.

Caudal de aguas residuales institucionales.

Caudal de aguas residuales de infiltración.

Caudal de aguas residuales de conexiones erradas.

En el presente trabajo de titulación utilizaremos tres de la clasificación de las aguas

residuales.

Los caudales de aguas residuales domésticas, de infiltración y de conexiones

erradas.

Caudal de aguas residuales domésticas.

Es el caudal medio diario, el cual se define como la contribución durante un período

de 24 horas, obtenida como el promedio durante un año. (SENAGUA, 2005)

El aporte doméstico (Qdom) está dado por las expresiones:

𝐐𝐝𝐨𝐦 = (𝐂𝐫∗𝐂∗𝐏

𝟖𝟔𝟒𝟎𝟎)

Siendo:

𝒒𝒅𝒐𝒎 es el aporte de aguas residuales domésticas (L/s)

Ecuación # 1

Fuente: Normas RAS

24

𝑪𝒓 es el coeficiente de retorno 60% en zonas rurales y 80% en zonas urbanas según

las normas vigentes

𝑪 es el consumo neto de agua potable (L/hab/día)

𝑷 es la población (hab).

El caudal de aguas residuales domésticas dado que el Santuario de Schoenstatt

es una comunidad religiosa en donde habitan 100 personas y la población mayoritaria

en tiempo de eventos religiosos es de aproximadamente 10.000 peregrinos

incluyendo los habitantes del mismo, sin embargo, se considerará tres sectores con

diferentes poblaciones.

Ilustración 13: Sectores del Santuario de Schoenstatt.


En el sector 1 del santuario se tomará en cuenta una población de 10.000

peregrinos con una dotación de 7 l/peregrino/día.

25

En el sector 2 del santuario se tomará en cuenta una población de 5.000


Para el sector 3 del santuario se tomará en cuenta una población de 100


Caudal de Infiltración (Qinf).

Este caudal se origina por:

Tuberías fisuradas.

Juntas mal puestas.

Sistema no se encuentra impermeable.

Unión de tuberías con las cámaras de inspección.

Para el cálculo de esta infiltración se la puede determinar por medio de la siguiente

expresión que está diseñada para áreas menores a 40,5 hectáreas. (Saldarriaga,

Diseño de Alcantarillados de Alta Tecnología II, 2012)

𝑸𝒊𝒏𝒇 =𝟏𝟒.𝟎𝟎𝟎𝒍𝒕𝒔 𝒔⁄ 𝒉𝒂⁄

𝟖𝟔.𝟒𝟎𝟎∗ 𝑨 = 𝟎, 𝟏𝟔 ∗ 𝒉𝒆𝒄𝒕á𝒓𝒆𝒂

Caudal de conexiones erradas o ilícitas (Qce).

En el caudal de aguas residual es necesario considerar el caudal de agua que se

origina por conexiones erróneas de aguas lluvias domiciliarias de bajantes de tejados

y patios, y de conexiones clandestinas. (Saldarriaga, Diseño de Alcantarillados de Alta

Tecnología II, 2012).

Este aporte adicional se puede estimarse mediante la siguiente ecuación que toma

como base la población de diseño y es la siguiente:

𝐐𝐜𝐞 =𝟖𝟎𝐥𝐭𝐬 𝐬⁄ 𝐡𝐚𝐛⁄

𝟖𝟔.𝟒𝟎𝟎𝟎∗ 𝐏 =

𝟎,𝟎𝟎𝟎𝟗𝟐𝟔𝐥

𝐬 ∗ 𝐡𝐚𝐛𝐢𝐭𝐚𝐧𝐭𝐞𝐬

Ecuación # 3

Fuente: Normas RAS

Fuente: Normas RAS

Ecuación # 2

26

Caudal máximo horario de aguas residuales.

El caudal de diseño de la red de colectores debe contemplar el caudal máximo

instantáneo que depende de varios factores y principalmente de las condiciones de

consumo, tamaño y estructura de la red de recolección. Este caudal es el producto de

un coeficiente de mayoración por el caudal medio diario de aguas residuales, los

cuales se seleccionan de acuerdo con las características propias de la población.

(SENAGUA, 2005)

El caudal máximo horario es el producto del caudal medio diario de aguas

domesticas por un coeficiente de mayoración.

𝐐𝐌𝐇 = (𝐐𝐦𝐝 ∗ 𝐊)

Dónde:

𝑸𝑴𝑯= caudal máximo horario (L/s).

K= coeficiente de flujo máximo de mayoración.

𝑸𝒎𝒅= caudal medio diario de aguas domesticas (L/s).

El coeficiente de variación del consumo máximo horario debe establecerse en base

a estudios en sistemas existentes. Para el caso de Ecuador el coeficiente de

mayoración es K= (2 a 2,3) Qmd, pero para el presente trabajo utilizaremos un valor

de 2.

2.1.5.5.2. Caudal de diseño.

El caudal a utilizarse para el diseño de los colectores de aguas residuales será el

que resulte de la suma de los caudales de aguas residuales domésticas e industriales

Ecuación # 4

27

afectados de sus respectivos coeficientes de retorno y mayoración, más los caudales

de infiltración y conexiones ilícitas. Las poblaciones y dotaciones serán las

correspondientes al final del período de diseño. El caudal de diseño mínimo para

cualquier colector debe ser de 1,5 L/s. (SENAGUA, 2005)

𝐐𝐝𝐢𝐬𝐞ñ𝐨 = 𝐐𝐌𝐇 + 𝐐𝐢𝐧𝐟 + 𝐐𝐜𝐞

2.1.5.6. Velocidades.

Las velocidades mínimas y máximas de las tuberías y colectores de alcantarillado

dependen del material de fabricación de la tubería.

La velocidad del flujo en los colectores, primarios, secundarios o terciarios, durante

el caudal máximo instantáneo, en cualquier año del período de diseño, no debe ser

menor que 0,45 m/s y mayor que 0,6 m/s, para impedir la acumulación de gas

sulfhídrico en el líquido. (SENAGUA, 2005).

Tabla 7: Velocidades máximas a tubo lleno y coeficientes de rugosidad recomendados.

Material Velocidad máxima

m/s Coeficiente de

rugosidad

Hormigón simple:

Con uniones de mortero. 4 0,011

Con uniones de neopreno para nivel freático alto 3,5 – 4 0,013

Asbesto cemento 4,5 - 5

0,009 Plástico 4,5


2.1.5.6.1. Velocidad Mínima.

Es importante que el flujo tenga suficiente velocidad para asegurar la autolimpieza

de las alcantarillas durante los caudales mínimos donde los sólidos transportados

pueden depositarse dentro de las tuberías.

Para lograr esto, se establece la velocidad mínima como criterio de diseño.

Ecuación # 5

28

Cuando la verificación se realice atendiendo al criterio de velocidad de flujo, se

deberá tender a alcanzar la condición V > 0,60 m/s. (SENAGUA, 2005)

2.1.5.6.2. Velocidad Máxima.

El exceso de la velocidad del flujo puede provocar erosión de la tubería, la

velocidad máxima depende del material, en función de su sensibilidad a la abrasión.

En general, la velocidad máxima real no debe sobrepasar los 5 m/s. (SENAGUA,

2005)

2.1.5.7. Relaciones Hidráulicas.

Las relaciones hidráulicas en el sistema de alcantarillado tienen una clasificación

de varios flujos que son:

Flujos en tubería llena.

Flujos en tubería parcialmente llena.

Lo más recomendable que se conserve un flujo en tubería parcialmente llena, ya

que, esto permitirá el exceso de los caudales generados por los usuarios y a la vez

evitar que los conductos trabajen a presión.

De las ecuaciones fundamentales de la hidráulica se tiene:

Q = V ∗ A

Q: caudal (m3/s)

V: velocidad (m2/s)

A: Área de sección (m2)

Para el dimensionamiento de la sección transversal de la tubería o de colectores

parcialmente llenos, es imprescindible relacionar este sistema con las condiciones del

sistema a tubo lleno. (Saldarriaga, Diseño de Alcantarillados de Alta Tecnología,

2008)

Ecuación # 6

29

Dichas condiciones, toman el nombre de elementos hidráulicos, basándose en la

fórmula de Manning.

V = Kn

n∗ R

2

3 ∗ S1

2

V: es la velocidad

R: es el radio hidráulico

S: es la pendiente del lecho

El valor d Kn = 1,0 con R en m y V en m/s y Kn = 1,49 para R en pie y V en pies/s.

2.1.5.7.1. Esfuerzo Cortante Mínimo de Aguas Residuales.

En ciertos casos en donde la topografía del terreno no permita alcanzar la velocidad

mínima antes establecida, el diseño debe asegurar que en éstas se tenga un valor

mayor a 1,5 N/m2. (Saldarriaga, Diseño de Alcantarillado de Alcantarillado de Alta

Tecnología, 2008)

Alcantarillado pluvial

El alcantarillado pluvial tiene como objetivo recolectar, transportar y descargar

adecuadamente la escorrentía producida por el agua de las lluvias. Inicialmente el

agua se capta a través de sumideros ubicados en las calles, luego es transportada

por tuberías o canales para finalmente descargar aun cuerpo receptor. (Doménech,

2014)

2.1.6. Componentes del Sistema de Alcantarillado Pluvial.

El alcantarillado Pluvial debe tener estructuras que permitan la operación, el

mantenimiento y la reparación del sistema:

Ecuación # 7

30

Estructuras de Captación

Estructuras de Conducción

Estructuras de Vertido

Estructuras de Conexión y Mantenimiento.

Estructuras Complementarias

Estructuras de Captación. - La función de las estructuras de captación es recoger

el agua producida por la lluvia. En las viviendas, el agua lluvia escurre por los techos

y es captada a través de canaletas y conducida mediante bajantes hasta el sistema

de alcantarillado. (Doménech, 2014)

Los elementos que se usan para captar el agua lluvia son las cunetas y sumideros,

que están cubiertos por una rejilla para impedir el paso de sólidos gruesos que

taponen el sistema. Las calles y contra cunetas también son consideradas estructuras

de captación. (Doménech, 2014)

Cunetas. - Son estructuras ubicadas en la parte lateral de las vías, captan el agua y

la transportan hasta los sumideros. Cabe recalcar que según SENAGUA las cunetas

deben tener una pendiente mínima de 4 % longitudinal y 1 – 2 % transversal y una

profundidad mínima de 15 cm y 60 cm de ancho en vías rápidas y para vías lentas el

ancho de las cunetas puede ser de 1 m. (SENAGUA, 2005)

Sumideros. - Son estructuras que sirven para captar el agua de la escorrentía

superficial producto de las lluvias, poseen una rejilla.

Los sumideros deben instalarse:

Cuando la cantidad de agua en la vía exceda a la capacidad admisible de

conducción de la cuneta.

31

En los puntos bajos, donde se acumula el agua.

Otros puntos, donde la conformación de las calles y manzanas lo haga

necesario.

Tipos de sumideros. - Existen varias maneras de clasificar los sumideros, pero la

más utilizadas es de acuerdo a la manera de captar el agua:

De ventana. - la captación es lateral al sentido del flujo. Consiste en una

abertura rectangular en forma de ventana ubicada en la cara vertical del

bordillo.

Ilustración 14: Sumidero tipo ventana.


De piso. - la captación es transversal a la dirección de flujo. Son aberturas que

pueden estar colocadas en el fondo de las cunetas o en sentido transversal de

las vías.

Por lo general los sumideros se ubican cada 50 m lineales o cada 200 m2 de área

impermeable. (Doménech, 2014)

32

Ilustración 15: Sumidero de piso.


Estructuras de Conducción. – Sirven para transportar el agua que se recoge por

medio de las estructuras de captación hasta la descarga. La conducción del agua

lluvia se lo realiza mediante tuberías que pueden ser de diferentes materiales como:

Concreto reforzado.

Hierro dúctil.

Termoplásticos: PVC, Polietileno y Polipropileno.

Fibra de vidrio

Poliéster.

Acero.

Mortero plástico reforzado.

Las tuberías más usadas son las de PVC y si la escorrentía es abundante se diseña

un ducto cajón o un canal abierto e concreto reforzado. (Doménech, 2014)

33

Ilustración 16: Canal abierto para conducción de agua lluvia.


Las principales estructuras de conducción son:

Colectores secundarios o ramales. – Son conductos que transportan el

agua de las viviendas hasta una estructura de captación.

Subcolectores. Son conductos de mayor diámetro que los colectores

secundarios, que reciben directamente las aportaciones de dos o más

colectores secundarios y las conducen hacia los colectores

Colectores. Son los conductos de mayor diámetro de la red. Su función es

reunir el agua recolectada por los subcolectores y llevarla hasta el punto de

descarga o hasta el emisor.

Emisores. Son estructuras que conducen el flujo hasta el punto de

descarga, no reciben aportaciones de subcolectores, solo transportan el

agua hasta el punto final. Pueden existir varios emisores dependiendo del

área.

Estructuras de Vertido: Las estructuras de vertido son obras finales del sistema de

alcantarillado que asegura una descarga continua a una corriente receptora. Tales

estructuras pueden verter las aguas de emisores consistentes en conductos cerrados

o de canales. (Doménech, 2014)

34

La estructura de vertido que existe en el Santuario de Schoenstatt es un canal

abierto que conduce el agua recolectada hacia las áreas verdes.

Estructuras de conexión y mantenimiento. - Son elementos subterráneos

construidos hasta el nivel del suelo que facilitan la conexión y el mantenimiento de las

obras de conducción del sistema, permitiendo conectar tuberías de diferentes

diámetros y/o material. (Doménech, 2014)

Ilustración 17: Pozos de inspección.

Fuente: (Universidad de Chile, 2015)

Estructuras Complementarias. – Son estructuras se considera dentro del sistema

de alcantarillado, pero no necesariamente forma parte de él. Los más comunes son:

cárcamo de bombeo, los sifones invertidos, los cruces elevados, las alcantarillas

pluviales y puentes, disipadores de energía. (Doménech, 2014)

Sifón Invertido. – Son conductos cerrados que trabajan a presión y permiten conducir

el agua por debajo de obstrucciones tales como arroyos, ríos, otras tuberías, túneles,

vías de comunicación, por medio de dos pozos, uno de caída y otro de ascenso, los

cuales están conectados en su parte inferior por una tubería que pasa por debajo del.

Así, cuando el agua alcanza el pozo de caída es conducida a presión por la tubería

hacia el pozo de ascenso donde puede prácticamente recuperar el nivel que tenía

35

antes de la estructura y continuar con la dirección original del colector. (Comisión

Nacional del Agua, 2007)

Ilustración 18: Sifón invertido.

Fuente: (Comisión Nacional del Agua, 2007)

2.1.7. Diseño del Sistema de Alcantarillado Pluvial.

2.1.7.1. Caudal de Diseño de Aguas Lluvias.

Para el cálculo de los caudales para el diseño de un sistema de alcantarillado

pluvial, se deberá tomar en cuenta tres métodos de acuerdo a los datos observados

de escurrimiento superficial, que se detallan a continuación:

2.1.7.2. Método Racional.

Este método se utiliza en cuencas tributarios con una superficie inferior a 100 ha.

El caudal de escurrimiento se lo calculará mediante la fórmula. (SENAGUA, 2005)

𝐐 = 𝟐, 𝟕𝟖 𝐂 ∗ 𝐈 ∗ 𝐀

En donde:

C es el coeficiente promedio ponderado del área.

I es la intensidad de la lluvia (l/s).

A es el área total acumulada del colector (ha).

Ecuación # 8

36

Para la determinación del coeficiente C (coeficiente de escurrimiento) deberá

considerarse los efectos de infiltración, almacenamiento por retención superficial,

evaporación, etc. Para frecuencias entre 2 y 10 años se recomienda los siguientes

valores de C. (SENAGUA, 2005)

Tabla 8: Valores de coeficiente de escurrimiento.

Tipo de Zona Valores de C

Zonas centrales densamente construidas, con vías y calzadas pavimentadas.

0,7 – 0,9

Zonas adyacentes al centro de menor densidad poblacional con calles pavimentadas.

0,7

Zonas residenciales medianamente pobladas.

0,55 – 0,65

Zonas residenciales con baja densidad. 0,35 – 0,55

Parques, campos de deporte. 0,1 – 0,2 Fuente: (SENAGUA, 2005)

Cuando sea necesario calcular un coeficiente de escurrimiento compuesto, basado

en porcentajes de diferentes tipos de superficie se podrá utilizar los valores que se

presentan en la siguiente tabla.

Tabla 9: Valores de C para diversos tipos de superficies.

Tipo de Superficie C

Cubierta metálica o teja de vidrio. 0,95

Cubierta con teja ordinaria o impermeabilizada.

0,9

Pavimentos asfálticos en buenas condiciones.

0,85 - 0,9

Pavimentos de hormigón. 0,8 - 0,85

Empedrados (juntas pequeñas). 0,75 - 0,8

Empedrados (juntas ordinarias). 0,4 - 0,5

Pavimentos de macadam. 0,25 - 0,60

Superficies no pavimentadas. 0,1 - 0,3

Parques y jardines. 0,05 - 0,25


37

2.1.7.2.1. Intensidad de la Lluvia.

Este es un parámetro principal para el cálculo del caudal de aguas lluvias y para el

diseño de la red de alcantarillado pluvial y se lo puede establecer mediante curvas

de intensidad, duración y frecuencia (Curvas IDF). (SENAGUA, 2005)

2.1.7.2.2. Frecuencia de la Lluvia.

En general, las frecuencias utilizadas varían entre dos años como mínimo, y los

valores del orden de cien años. Para la toma del valor de este parámetro dependerá

de diversos criterios, tales como la importancia relativa de la zona, su uso, los

perjuicios aleatorios que una inundación del sector pueda tener y de la dimensión del

área que se está drenando. (López Cualla, 2003)

Tabla 10: Frecuencia de diseño en tuberías de alcantarillado pluvial.

Área de drenaje Frecuencia de diseño (años)

Mínimo Aceptable Recomendable

Tuberías iniciales con áreas de drenajes inferior a 2 ha

Zona residencial 2 2 3

Zona industrial o comercial 2 3 5

Tuberías con área de drenaje entre 2 y 10 ha, independientemente del uso.

2 3 5

Tuberías con áreas de drenaje mayor de 10 ha.

5 5 10

Fuente: (López Cualla, 2003)

38

2.1.7.2.3. Duración de la Lluvia.

La pluviosidad de un sector no sólo está determinada por la cuantía de las

precipitaciones sino también por su duración, que oscila desde unos pocos minutos a

varios días. El tiempo que dura la lluvia en ciertos casos tiene mayor relevancia que

la cantidad de la misma.

El tiempo de concentración se define como el tiempo que tarda el agua en llegar

desde el punto más alejado de la cuenca hasta el primer colector. Este tiempo puede

dividirse en dos:

Tiempo de concentración inicial. – Es el lapso requerido para que el agua

fluya por la superficie del terreno (calles, tejados, jardines) hasta el primer

sumidero u obra de captación. Esta dada por la siguiente ecuación:

Ecuación de Kirpich: desarrollada para pequeñas cuencas montañosas por

California Culverts Practice (1942).

𝐓𝐂𝐢 = 𝟔𝟎 [𝟎, 𝟖𝟕 (𝐋𝟑

𝐇)]𝟎,𝟑𝟖𝟓

Dónde:

Tci es el tiempo de concentración inicial de la lluvia. (min)

L es la longitud del curso de agua más largo. (m)

H es la diferencia de nivel entre la divisoria de agua y la salida. (m)

Tiempo de escurrimiento. - El tiempo de escurrimiento se lo obtendrá a partir

de las características hidráulicas de los colectores recorridos por el agua. Esta

dada por la siguiente ecuación:

𝐓𝐑 =𝐋

𝟔𝟎∗𝐕

Ecuación # 9

Ecuación # 10

39

Dónde:

TR es el tiempo de recorrido de la lluvia. (min)

L es la longitud del curso de agua más largo. (m)

El tiempo de concentración se lo determina con la siguiente ecuación:

𝑻𝒕 = 𝑻𝑪𝒊 + 𝑻𝑹

Dónde:

Tt es el tiempo de concentración de la lluvia. (min)

Ti es el tiempo inicial de la lluvia. (min)

Te es el tiempo de escurrimiento de la lluvia. (min)

2.1.7.3. Método del Hidrograma Unitario Sintético.

Se utiliza en cuencas con una superficie superior a las 100 ha. A partir de los

hidrogramas unitarios y las tormentas seleccionadas, se obtendrán los hidrogramas

del escurrimiento superficial para las cuencas de drenaje. La verificación de la

capacidad de los grandes colectores, se hará transitando simultáneamente, a través

de estos, los hidrogramas del escurrimiento superficial, calculados para cada área

aportante. (SENAGUA, 2005)

2.1.7.4. Método del Análisis Estadístico.

Se recomienda este método para considerar las descargar de las aguas, para

grandes áreas de drenaje cuya superficie de contribución sea superior a 25 Km2, que

se filtren por medio de las áreas urbanas. Esto será posible únicamente cuando exista

un período de registro que haga confiable el análisis, y cuando el proceso de

Ecuación # 11

40

urbanización no haya afectado o no vaya a afectar el régimen de escurrimiento en la

cuenca. (SENAGUA, 2005)

Cabe recalcar que en el caso que no exista información, se debe aplicar cualquier

otro método para el debido análisis de escurrimiento superficial. Los métodos

recomendados para el análisis estadístico son el de GUMBEL y el LOG-PEARSON

TIPO III.

2.1.7.5. Velocidad.

Según la Senagua el diámetro mínimo para Alcantarillado Pluvial es de 250 mm, y

la velocidad mínima debe ser 0,9 m/s para evitar la sedimentación. Debido a que los

caudales de diseño para el alcantarillado pluvial ocurren con poca frecuencia, las

velocidades máximas permisibles pueden ser mayores que las de alcantarillado

sanitario. Cuando se usa canales para transportar el agua lluvia, la profundidad del

canal debe tener un borde libre del 5 al 30 % de la profundidad de operación, y la

velocidad máxima de diseño será 2 m/s en caso de canales de piedra y de 3,5 m/s a

4 m/s, en caso de canales de hormigón. (SENAGUA, 2005)

2.1.7.6. Esfuerzo Cortante Mínimo de Aguas Lluvias.

Con el objeto de verificar la condición de auto limpieza de la tubería con las

condiciones iniciales de operación del sistema. El valor del esfuerzo cortante mínimo

es de 3,0 N/m2 para el caudal de diseño y debe ser mayor o igual a 1,5 N/m2 para el

10 % de la capacidad a tubo lleno. (Saldarriaga, Diseño de Alcantarillados de Alta

Tecnología, 2008)

41

2.2. Marco Legal

Los criterios de diseño del siguiente proyecto se basarán en las Normas para estudio

y diseño de sistemas de agua potable y disposición de aguas residuales para

poblaciones mayores a 1.000 habitantes.

Esta norma tiene como propósito conseguir que los diseños de los sistemas de

alcantarillado encargados de la evacuación de aguas residuales y aguas lluvias, se

encuentren dentro de las especificaciones técnicas adecuadas, y se asemeje a la

realidad de cada zona ecuatoriana.

42

Capítulo III

Metodología de Investigación

3.1. Metodología

Para lograr el objetivo de este trabajo se seguirán una serie de procedimientos

tanto en campo para evaluar el sistema existente como en oficina mediante el

procesamiento de datos obtenidos y la aplicación de la Norma Ecuatoriana vigente

para el correcto reacondicionamiento y rediseño del sistema de alcantarillado sanitario

y pluvial.

Como parte de la metodología se efectuaron estudios de campo mediante el

levantamiento topográfico del santuario, el mismo que fue realizado por un grupo de

estudiantes de la Facultad de Ciencias Matemáticas y Físicas de la Universidad de

Guayaquil, además, se ejecutaron trabajos de oficina en el cual se procesaron los

datos obtenidos para obtener los planos del sector.

3.2. Investigación de Campo

La investigación de campo se realizó mediante varios procesos:

Reconocimiento general del santuario de Schoenstatt para identificar el

área donde se va a realizar el reacondicionamiento y rediseño propuesto

en el presente trabajo de tesis.

Levantamiento topográfico del sector para determinar las estructuras

existentes, las zonas verdes y áreas donde se implantará el presente

proyecto.

Catastro de cajas y pozos para determinar la ubicación de los diferentes

elementos existentes del sistema de alcantarillado sanitario y pluvial y a la

43

vez mediar tanto las dimensiones de las cajas de acera, así como los

diámetros y cotas de los colectores.

3.3. Investigación Documental

Se partirá de un plano base con la topografía que se obtuvo del levantamiento

topográfico para identificar las pendientes que existen en el sector, y los parámetros

para el rediseño se tomarán de la Norma Ecuatoriana Senagua, la Norma INEN 2059

(Instituto Ecuatoriano de Normalización) y del Instituto Nacional de Meteorología e

Hidrología INHAMI.

En cuanto a las características de las tuberías como diámetro y cota invert tanto

para alcantarillado sanitario como pluvial se tomó como referencia los datos obtenidos

en la investigación de campo mediante el catastro de cajas.

Además, se elaborará un presupuesto referencial con la finalidad de proporcionar

un valor estimado del proyecto.

3.4. Bases de Evaluación

Las bases de diseño como la población y el caudal se obtendrán mediante datos

proporcionados por el personal encargado del Santuario, en cuanto a áreas de

aportación y cotas del terreno se analizarán de acuerdo al levantamiento realizado,

para la velocidad de las tuberías se aplicarán los parámetros y criterios descritos en

la Norma ecuatoriana vigente SENAGUA y el diámetro y cotas de fondo de tubería se

usarán como referencia los datos recabados en el catastro.

3.5. Análisis e Interpretación de los Resultados

Se evaluarán ciertos parámetros para el cumplimiento del diseño del sistema de

alcantarillado sanitario y pluvial.

44

Cumplimiento de pendientes del terreno y diámetros mínimos

comerciales de la tubería de acuerdo al diseño de los alcantarillados del

Santuario de Schoenstatt.

La velocidad a tubo lleno no debe ser mayor a 5 m/s caso contrario se

deberá aumentar la profundidad a cota invert (1,20 m) o se deberá

aumentar el diámetro mínimo/diseño comercial del colector.

Se tendrá en cuenta la relación del caudal de diseño y el caudal a tubo

lleno de cada colector para las relaciones hidráulicas para conductos

circulares del anexo # 1.

Las velocidades mínimas y máximas soportadas por la tubería a trabajar

deben cumplir según lo descrito en las normas vigentes.

El esfuerzo cortante mínimo en el que evalúa la presión que puede

ejercer la tubería por el cambio de la velocidad del fluido dentro de la

tubería deberá cumplir según lo descrito en las normas vigentes.

Se deberá tomar en consideración la relación de la altura de lámina de

agua y su diámetro mínimo/diseño comercial de la tubería debe ser

menor a 0,75 para que la tubería no esté presurizada.

45

Capítulo IV

Desarrollo

4.1. Diseño del Alcantarillado Sanitario

Para el diseño del sistema de alcantarillado sanitario del Santuario de Schoenstatt

se utilizará como base de datos la información obtenida del plano topográfico. El tipo

de sistema de alcantarillado que se implementará en el presente proyecto es el

alcantarillado separado que es el adecuado.

4.1.1. Parámetros de Diseño.

4.1.1.1. Período de Diseño.

El período de diseño del sistema de alcantarillado sanitario se basará en el tiempo

de vida útil de los materiales de los diferentes elementos que lo conforman y la

población mayoritaria en tiempo de eventos religiosos que se diseña para un período

de 25 años.

4.1.1.2. Población de Diseño.

Debido a la topografía del sector y las características de la población que habita y

visita el Santuario de Schoenstatt se ha dividido el área del proyecto en 3 sectores tal

como se muestra en la ilustración siguiente:

46

Ilustración 19: División del Santuario de Schoenstatt en sectores.


Para el sector 1 que abarca la iglesia principal, Casa de las Hermanas, Casa de

María, Casa José Engling y Centro pedagógico Kennettenich se considera una

población de 10.000 habitantes datos proporcionados por la Administración del

Santuario, debido a que en esta área se desarrollan las principales actividades y

eventos religiosos del Santuario por lo que existe mayor concurrencia de feligreses,

en el sector 2 está ubicada la Casa de Retiro y la biblioteca por lo que se pondera un

total de 5.000 personas ya que en esta área existen comedores en donde no todos

los peregrinos usan estas instalaciones y en el sector 3 funciona una aldea para niños

huérfanos donde habitan 100 personas incluyendo los trabajadores.

4.1.1.3. Área Total del Santuario.

El área total del Santuario de Schoenstatt dentro del perímetro de análisis es de

aproximadamente 13 hectáreas. El área de construcción es aproximadamente 4

hectáreas y de vegetación es de 9 hectáreas.

47

4.1.1.4. Consumo Neto.

El consumo neto de agua potable se indica en el capítulo 2, teniendo en cuenta los

tres sectores descritos y la dotación de uso específico para iglesias de la tabla 6.

A continuación, se desglosará cada caudal doméstico de los tres diferentes

sectores del santuario utilizando la ecuación 1.

Sector 1

𝐐𝐝𝐨𝐦 =𝟎, 𝟖 ∗ 𝟕 𝐥/𝐩𝐞𝐫𝐞𝐠𝐫𝐢𝐧𝐨𝐬/𝐝í𝐚 ∗ 𝟏𝟎. 𝟎𝟎𝟎 𝐩𝐞𝐫𝐞𝐠𝐫𝐢𝐧𝐨𝐬

𝟖𝟔. 𝟒𝟎𝟎= 𝟎, 𝟔𝟓 𝐥/𝐬

Sector 2

𝐐𝐝𝐨𝐦 =𝟎, 𝟖 ∗ 𝟒𝟎 𝐥/𝐩𝐞𝐫𝐞𝐠𝐫𝐢𝐧𝐨𝐬/𝐝í𝐚 ∗ 𝟓. 𝟎𝟎𝟎 𝐩𝐞𝐫𝐞𝐠𝐫𝐢𝐧𝐨𝐬

𝟖𝟔. 𝟒𝟎𝟎= 𝟏, 𝟖𝟓 𝐥/𝐬

Sector 3

𝐐𝐝𝐨𝐦 =𝟎, 𝟖 ∗ 𝟏𝟖𝟎 𝐥/𝐩𝐞𝐫𝐞𝐠𝐫𝐢𝐧𝐨𝐬/𝐝í𝐚 ∗ 𝟏𝟎𝟎 𝐩𝐞𝐫𝐞𝐠𝐫𝐢𝐧𝐨𝐬

𝟖𝟔. 𝟒𝟎𝟎= 𝟎, 𝟏𝟕 𝐥/𝐬

4.1.1.5. Caudal de Infiltración.

Para el cálculo del caudal de infiltración se usará la ecuación 2 descrita en el

capítulo 2 para cada uno de los tres sectores.

Sector 1

𝑸𝒊𝒏𝒇 = 14.000

86.400∗ 1,22 𝐻𝑎 = 0,20 𝑙/𝑠

Sector 2

𝑸𝒊𝒏𝒇 =14.000

86.400∗ 0,98 𝐻𝑎 = 0,16 𝑙/𝑠

48

Sector 3

𝑸𝒊𝒏𝒇 = 14.000

86.400∗ 1,08 𝐻𝑎 = 0,17 𝑙/𝑠

4.1.1.6. Caudal de Conexiones Erradas o Ilícitas.

Para el cálculo del caudal de conexiones erradas o ilícitas se usará la ecuación 3

descrita en el capítulo 2 para cada uno de los tres sectores, pero en este caso no se

considerará debido a que no constan con viviendas adicionales de las existentes.

4.1.1.7. Caudal Máximo Horario de Aguas Residuales.

Para el cálculo del caudal máximo horario de aguas residuales se utilizará la

ecuación 4 del capítulo 2 con un coeficiente de mayoración de 2, para cada uno de

los tres sectores.

Sector 1

𝐐𝐌𝐇 = 0,65 l/s ∗ 2 = 1,30 l/s

Sector 2

𝐐𝐌𝐇 = 1,85 l/s ∗ 2 = 3,70 l/s

Sector 3

𝐐𝐌𝐇 = 0,17 l/s ∗ 2 = 0,33 l/s

4.1.1.8. Caudal de Diseño.

Para el cálculo del caudal de diseño se usará la ecuación 5 descrita en el capítulo

2, para cada uno de los tres sectores, pero no se tomará en cuenta el valor del caudal

de conexiones erradas debido a que no constan con viviendas adicionales de las

existentes.

49

Sector 1

𝐐𝐝𝐢𝐬𝐞ñ𝐨 = 1,30 + 0,20 = 𝟏, 𝟓𝟎 𝐥/𝐬

Sector 2

𝐐𝐝𝐢𝐬𝐞ñ𝐨 = 3,70 + 0,16 = 𝟑, 𝟖𝟔 𝐥/𝐬

Sector 3

𝐐𝐝𝐢𝐬𝐞ñ𝐨 = 0,33 + 0,17 = 𝟎, 𝟓𝟎 𝐥/𝐬

Para el cálculo del rediseño del alcantarillado sanitario se debe considerar un

caudal de diseño adoptado mínimo de 1,5 l/s.

En la Tabla 11 se presentan los resultados del cálculo de caudales del

alcantarillado sanitario de cada sector. A continuación, se presentan la descripción,

columna por columna, del cuadro de cálculo realizado.

Columna (1): Número del sector. - En esta columna se indica la división de

los sectores del santuario.

Columna (2): Población del sector (habitantes). - Corresponde a la

población del sector, de acuerdo a la ilustración 13 del capítulo 2.

Columna (3): Dotación (l/hab/día). – Se presenta la dotación para cada uso

específico de cada uno de los sectores del santuario, de acuerdo a las tablas

5 y 6 detallado en el capítulo 2.

Columna (4): Área (Ha). – Se presenta el área de cada sector de la

implementación del sistema de alcantarillado sanitario actual, de acuerdo a la

ilustración 13 del capítulo 2.

50

Columna (5): Factor de mayoración. – Se detalla el coeficiente de

mayoración para el caso de Ecuador un valor de K = 2, descrito en el capítulo

2.

Columna (6): - Caudal de aguas residuales domesticas (L/s). – Calculado

por la ecuación #1 mencionada en el capítulo 2.

𝐐𝐝𝐨𝐦 =𝐂𝐫 ∗ 𝐂 ∗ 𝐏

𝟖𝟔. 𝟒𝟎𝟎

𝑸𝒅𝒐𝒎 es el aporte de aguas residuales domésticas (L/s).

𝑪𝒓 es el coeficiente de retorno 60% en zonas rurales y 80% en zonas urbanas según

las normas vigentes.

𝑪 es el consumo neto de agua potable (L/hab/día).

𝑷 es la población (hab).

Columna (7): Caudal de infiltración (L/s). – El aporte total de aguas por

infiltración se calcula haciendo uso de la ecuación # 2 descrito en el capítulo 2.

𝐐𝐢𝐧𝐟 =𝟏𝟒. 𝟎𝟎𝟎 𝐥𝐭𝐬 𝐬⁄ 𝐡𝐚⁄

𝟖𝟔. 𝟒𝟎𝟎∗ 𝐀

Columna (8): Caudal máximo horario (L/s). – Corresponde al producto del

caudal de aguas residuales por el coeficiente de mayoración.

𝐐𝐌𝐇 = (𝐊 ∗ 𝐐𝐝𝐨𝐦)

(Columna 8) = (Columna 5) x (Columna 6)

𝑸𝑴𝑯= caudal máximo horario (L/s).

K= coeficiente de flujo máximo de mayoración, se utilizará un K = 2.

𝑸𝒎𝒅= caudal medio diario de aguas domesticas (L/s).

51

Columna (9): Caudal de diseño calculado (L/s). – Corresponde a la

sumatoria entre los caudales de infiltración y máximo horario, en este caso no

asumiremos el cálculo del caudal de conexiones erradas o ilícitas debido a que

no constan con viviendas adicionales de las existentes.

Columna (10): Caudal de diseño adoptado (L/s). – En algunos sectores

iniciales el caudal calculado es muy pequeño y el caudal de diseño mínimo

para cualquier colector debe ser de 1,5 L/s.

4.1.2. Diseño Hidráulico de la Red de Colectores de Aguas Servidas.

El sistema de alcantarillado sanitario está diseñado a gravedad siguiendo la

pendiente natural del terreno, para favorecer el transporte de las aguas servidas y

abaratar el costo de construcción, para esto se deberá cumplir con los parámetros y

recomendaciones descritas en la Norma de ecuatoriana para alcantarillado sanitario

para poblaciones mayores a 1.000 habitantes.

En la Tabla 12 se presentan los resultados del cálculo del rediseño del

alcantarillado sanitario de cada sector. A continuación, se presentan la descripción,

columna por columna, del cuadro de cálculo realizado.

Columna (A): Numeración del colector. - En esta columna se indica el

número de la cámara inicial y final del tramo.

Columna (B) Longitud de cada colector (m). – Determinado del trazado en

el plano topográfico.

Columna (C): Caudal de diseño (l/s). – Es el caudal que fue determinado en

la columna 10 de la tabla 11.

Columna (D): Caudal de diseño (m3/s). – Es el caudal que fue determinado

en la columna 10 de la tabla 11 pero con la conversión a m3/s.

52

Columna (E): Pendiente del colector. - Se calcula inicialmente con las

curvas del nivel del plano topográfico.

Columna (F): Diámetro calculado teórico de la tubería (m). – Se calcula con

la ecuación descrita a continuación:

𝐃 = 𝟏, 𝟓𝟒𝟖(𝐧𝐐

𝐒𝟏𝟐

)

𝟑𝟖

= 𝟏, 𝟓𝟒𝟖

(

𝟎, 𝟎𝟏𝟏 ∗ (𝐂𝐨𝐥𝐮𝐦𝐧𝐚 𝐃)

(𝐂𝐨𝐥𝐮𝐦𝐧𝐚 𝐄

𝟏𝟎𝟎 )

𝟏𝟐

)

𝟑𝟖

(Columna 8) = (Columna 5) x (Columna 6)

Q = caudal de diseño (m3/s).

n = coeficiente de rugosidad.

S = pendiente del colector.

Y en la misma columna el diámetro calculado teórico de la tubería se lo transforma

a mm.

Columna (G): Diámetro mínimo diseño/comercial nominal de la tubería

(m). – El diámetro nominal mínimo es de 8 pulgadas (200 mm) según indica en

la norma de diseño para estudio y diseño de sistemas de agua potable y

disposición de las aguas residuales para poblaciones mayores a 1.000

habitantes. Y en la misma columna el diámetro mínimo diseño/comercial

nominal de la tubería se lo transforma a mm.

Columna (H): Caudal a tubo lleno (l/s). – Es la capacidad máxima de la

tubería, calculada para la sección de flujo máxima con el diámetro interno real

según la ecuación descrita a continuación:

53

𝐐𝟎 = 𝟑𝟏𝟐(𝐃𝟖𝟑 ∗ 𝐒

!𝟐

𝐧) = 𝟑𝟏𝟐

(

(𝐂𝐨𝐥𝐮𝐦𝐧𝐚 𝐆)

𝟖𝟑 ∗ (

𝐂𝐨𝐥𝐮𝐦𝐧𝐚 𝐄𝟏𝟎𝟎 )

𝟏𝟐

𝟎, 𝟎𝟏𝟏

)

D = Diámetro mínimo diseño/comercial real de la tubería (m).



Columna (I): Velocidad a tubo lleno (m/s). – Es determinada con la ecuación

de continuidad:

𝐕𝟎 =𝐐𝟎𝐀=

(𝐂𝐨𝐥𝐮𝐦𝐧𝐚 𝐇)𝟏. 𝟎𝟎𝟎 ∗ 𝟒

𝛑 ∗ (𝐂𝐨𝐥𝐮𝐦𝐧𝐚 𝐆)𝟐

Qo = caudal a tubo lleno (l/s).

A = Diámetro mínimo diseño/comercial (m) * Pi (π).

Columna (J): Relación caudal de diseño y el caudal a tubo lleno. – Se

utiliza para definir el borde libre requerido.

𝐐

𝐐𝟎=(𝐂𝐨𝐥𝐮𝐦𝐧𝐚 𝐂)

(𝐂𝐨𝐥𝐮𝐦𝐧𝐚 𝐇)

Columna (K): Relación velocidad real y la velocidad a tubo lleno. – Se la

puede determinar en la tabla 8.2 (Relaciones hidráulicas para conductos

circulares) especificada en el anexo # 1 a partir de la relación entre caudal de

diseño y el caudal a tubo lleno.

Columna (L): Relación lámina de agua y diámetro interno de la tubería. -

Se la puede determinar en la tabla 8.2 (Relaciones hidráulicas para conductos

54



Columna (M): Relación radio hidráulico de la sección de flujo y diámetro

interno de la tubería. - Se la puede determinar en la tabla 8.2 (Relaciones

hidráulicas para conductos circulares) especificada en el anexo # 1 a partir de

la relación entre caudal de diseño y el caudal a tubo lleno.

Columna (N): Relación profundidad hidráulica de la sección de flujo y

diámetro interno de la tubería. - Se la puede determinar en la tabla 8.2

(Relaciones hidráulicas para conductos circulares) especificada en el anexo #

1 a partir de la relación entre caudal de diseño y el caudal a tubo lleno.

Columna (O): Velocidad real de la sección de flujo (m/s). – La velocidad

real mínima recomendada según la norma de diseño para estudio y diseño de

sistemas de agua potable y disposición de las aguas residuales para

poblaciones mayores a 1.000 habitantes, es 0,45 m/s.

𝐕 = (𝐂𝐨𝐥𝐮𝐦𝐧𝐚 𝐈) ∗ (𝐂𝐨𝐥𝐮𝐦𝐧𝐚 𝐊)

Columna (P): Altura de velocidad (m). – Se determina con la siguiente

ecuación:

𝐕𝟐

𝟐𝐠=(𝐂𝐨𝐥𝐮𝐦𝐧𝐚 𝐎)𝟐

𝟐𝐠

Columna (Q): Radio hidráulico de la sección de flujo (m). – Se determina

con la relación de la columna (M).

𝐑 = (𝐂𝐨𝐥𝐮𝐦𝐧𝐚 𝐌) ∗(𝐂𝐨𝐥𝐮𝐦𝐧𝐚 𝐆)

𝟒

Columna (R): Esfuerzo cortante medio de aguas residuales (𝑵/𝒎𝟐). – El

esfuerzo cortante mínimo de operación según la norma de diseño para estudio

y diseño de sistemas de agua potable y disposición de las aguas residuales

55

para poblaciones mayores a 1.000 habitantes, es de 1,5 N/m2. Se lo determina

con la ecuación descrita a continuación:

𝛕 = 𝛄 ∗ 𝐑 ∗ 𝐒 = 𝟗. 𝟖𝟏𝟎 ∗ (𝐂𝐨𝐥𝐮𝐦𝐧𝐚 𝐐) ∗𝐂𝐨𝐥𝐮𝐦𝐧𝐚 𝐄

𝟏𝟎𝟎

Columna (S): Altura de lámina de agua (m). – Se determina con la relación

de la columna (L).

𝐘 = (𝐂𝐨𝐥𝐮𝐦𝐧𝐚 𝐋) ∗ (𝐂𝐨𝐥𝐮𝐦𝐧𝐚 𝐆)

Columna (T): Y/Ø: Es la relación de la altura de lámina de agua (m) y el

diámetro mínimo diseño/comercial (m), para indicar que la tubería no está

presurizada.

Debe cumplir la siguiente condición, caso contrario se debe aumentar su pendiente

o aumentar el diámetro.

𝐘

∅ < 0,75

Columna (U): Energía específica (m). – Es la suma de alturas de velocidad y

lámina de agua. Se la determina con la siguiente ecuación:

𝐄 = 𝐘 +𝐕𝟐

𝟐𝐠= (𝐂𝐨𝐥𝐮𝐦𝐧𝐚 𝐒) + (𝐂𝐨𝐥𝐮𝐦𝐧𝐚 𝐏)

Columna (V): Profundidad hidráulica en la sección de flujo (m). – Se

determina con la relación de la columna (N).

𝐇 = (𝐂𝐨𝐥𝐮𝐦𝐧𝐚 𝐆) ∗ (𝐂𝐨𝐥𝐮𝐦𝐧𝐚 𝐍)

En la Tabla 13 se presentan las cotas definitivas del proyecto tales como las cotas

de la rasante del pozo inicial y final, las cotas claves de la tubería en el pozo inicial y

final, las cotas invert de la tubería en el pozo inicial y final, las cotas de lámina de agua

de la tubería en el pozo inicial y final y la profundidad a las cotas invert sobre el pozo

56

para cada colector. A continuación, se presentan la descripción, columna por

columna, del cuadro de cálculo que se realizó.

Columna (A): En esta columna se indica el inicio y el final de cada colector.

Columna (B): Cota de rasante del pozo inicial. – Obtenida del plano

topográfico del pozo.

Columna (C): Cota de rasante del pozo final. – Obtenida del plano


Columna (D): Cota clave de la tubería en el pozo inicial. – Se la determina

con la siguiente expresión:

Cota clave = (cota rasante) + (diámetro de tubería)

(𝐂𝐨𝐥𝐮𝐦𝐧𝐚 𝐃) = (𝐂𝐨𝐥𝐮𝐦𝐧𝐚 𝐁) + (𝐂𝐨𝐥𝐮𝐦𝐧𝐚 𝐆 𝐝𝐞 𝐥𝐚 𝐭𝐚𝐛𝐥𝐚 𝟏𝟐)

Columna (E): Cota clave de la tubería en el pozo final. – Se la determina


Cota clave final = (cota clave inicial) – (pendiente x longitud)

(𝐂𝐨𝐥𝐮𝐦𝐧𝐚 𝐄) = (𝐂𝐨𝐥𝐮𝐦𝐧𝐚 𝐃) − [(𝐂𝐨𝐥𝐮𝐦𝐧𝐚 𝐄 𝐝𝐞 𝐥𝐚 𝐭𝐚𝐛𝐥𝐚 𝟏𝟐)

𝟏𝟎𝟎∗ (𝐂𝐨𝐥𝐮𝐦𝐧𝐚 𝐁 𝐝𝐞 𝐥𝐚 𝐭𝐚𝐛𝐥𝐚 𝟏𝟐)]

Columna (F): Cota invert de la tubería en el pozo inicial. – Se la determina


Cota invert = (cota rasante) – (profundidad a la cota invert) – (diámetro

exterior de la tubería)

(𝐂𝐨𝐥𝐮𝐦𝐧𝐚 𝐅) = (𝐂𝐨𝐥𝐮𝐦𝐧𝐚 𝐁) − (𝟏, 𝟐𝟎) − (𝟎, 𝟐𝟐)

Nota: La profundidad a la cota invert varía en los tramos D-E, G-F y J-I del sector

1 por tener cotas en contrapendiente, se utiliza 2,50 m.

57

Columna (G): Cota invert de la tubería en el pozo final. – Se la determina


Cota invert final = (cota invert inicial) – (pendiente x longitud)

(𝐂𝐨𝐥𝐮𝐦𝐧𝐚 𝐆) = (𝐂𝐨𝐥𝐮𝐦𝐧𝐚 𝐅) − [(𝐂𝐨𝐥𝐮𝐦𝐧𝐚 𝐄 𝐝𝐞 𝐥𝐚 𝐭𝐚𝐛𝐥𝐚 𝟏𝟐)


Columna (H): Cota lámina de agua de la tubería en el pozo inicial. – Se la

determina con la siguiente expresión:

Cota lámina de agua = (cota invert inicial + altura lámina de agua)

(𝐂𝐨𝐥𝐮𝐦𝐧𝐚 𝐇) = (𝐂𝐨𝐥𝐮𝐦𝐧𝐚 𝐅) + (𝐂𝐨𝐥𝐮𝐦𝐧𝐚 𝐒 𝐝𝐞 𝐥𝐚 𝐭𝐚𝐛𝐥𝐚 𝟏𝟐)

Columna (I): Cota lámina de aguas de la tubería en el pozo final. – Se la


Cota lámina final = (cota lámina inicial) – (pendiente x longitud)

(𝐂𝐨𝐥𝐮𝐦𝐧𝐚 𝐈) = (𝐂𝐨𝐥𝐮𝐦𝐧𝐚 𝐇) − [(𝐂𝐨𝐥𝐮𝐦𝐧𝐚 𝐄 𝐝𝐞 𝐥𝐚 𝐭𝐚𝐛𝐥𝐚 𝟏𝟐)


Columna (J) (K): Profundidad a la cota invert sobre el pozo. – Se la


Profundidad = (cota rasante) – (cota invert)

(𝐂𝐨𝐥𝐮𝐦𝐚 𝐉) = (𝐂𝐨𝐥𝐮𝐦𝐚 𝐁) − (𝐂𝐨𝐥𝐮𝐦𝐚 𝐅)

(𝐂𝐨𝐥𝐮𝐦𝐚 𝐊) = (𝐂𝐨𝐥𝐮𝐦𝐚 𝐂) − (𝐂𝐨𝐥𝐮𝐦𝐚 𝐆)

58

Tabla 11: Cálculo de caudales del alcantarillado sanitario.


Población Dotación Área Q doméstico Q infiltración Q MH.AA.SS Q diseño

calculadoQ diseño

hab l/hab/día Ha l/s l/s l/s l/s l/s

(1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10)

Sector 1 10000 7 1,22 2 0,65 0,20 1,30 1,49 1,50

Sector 2 5000 40 0,98 2 1,85 0,16 3,70 3,86 3,86

Sector 3 100 180 1,08 2 0,17 0,17 0,33 0,51 1,50

SectorFactor de

Mayoración

CÁLCULO DE CAUDALES DEL ALCANTARILLADO SANITARIO

59

Tabla 12: Cálculo del diseño del alcantarillado sanitario.

DE HASTA m l/s m3/s % m mm m mm l/s m/s

Columna (B) (C ) (D) ( E) (H) (I)

A B 32 1,50 0,0015 5,00 0,0437 43,68 0,20 200 90,5 2,79

B C 40 1,50 0,0015 1,25 0,0566 56,64 0,20 200 45,3 1,40

C D 33,55 1,50 0,0015 2,98 0,0481 48,13 0,20 200 69,9 2,15

D E 31,70 1,50 0,0015 14,83 0,0356 35,62 0,20 200 156 4,81

E F 23,20 1,50 0,0015 12,93 0,0366 36,55 0,20 200 146 4,49

G F 39 1,50 0,0015 14,62 0,0357 35,72 0,20 200 155 4,77

F H 46 1,50 0,0015 2,17 0,0511 51,06 0,20 200 59,7 1,84

H I 98 1,50 0,0015 1,02 0,0588 58,84 0,20 200 40,9 1,26

J I 60,45 1,50 0,0015 14,88 0,0356 35,60 0,20 200 156 4,81

I K 63,10 1,50 0,0015 4,75 0,0441 44,09 0,20 200 88,3 2,72

KColector

existente17 1,50 0,0015 5,88 0,0424 42,37 0,20 200 98,2 3,03

Diámetro

CalculadoSECTORES

(A)

Longitud Qd Qd S

(F)

Diámetro mínimo

diseño/comercial

(G)

Qo Vo

S

E

C

T

O

R

1

COLECTOR

60

m/s m m N/m2 m m m m

(J) (K) (L) (M) (N) (O) (P) (Q) (R ) (S) (T) (U) (V)

0,02 0,362 0,124 0,315 0,067 1,01 0,052 0,02 7,85 0,03 0,12 0,1 0,01

0,03 0,4 0,148 0,37 0,086 0,56 0,0159 0,02 2,3 0,03 0,15 0 0,02

0,02 0,362 0,124 0,315 0,067 0,78 0,031 0,02 4,68 0,03 0,12 0,1 0,01

0,01 0,292 0,092 0,239 0,041 1,4 0,1004 0,01 17,7 0,02 0,09 0,1 0,01

0,01 0,292 0,092 0,239 0,041 1,31 0,0876 0,01 15,4 0,02 0,09 0,1 0,01

0,01 0,292 0,092 0,239 0,041 1,39 0,099 0,01 17,4 0,02 0,09 0,1 0,01

0,03 0,4 0,148 0,37 0,086 0,74 0,0276 0,02 4,01 0,03 0,15 0,1 0,02

0,04 0,427 0,165 0,41 0,102 0,54 0,0148 0,02 2,08 0,03 0,17 0 0,02

0,01 0,292 0,092 0,239 0,041 1,41 0,1008 0,01 17,7 0,02 0,09 0,1 0,01

0,02 0,362 0,124 0,315 0,067 0,99 0,0495 0,02 7,46 0,03 0,12 0,1 0,01

0,02 0,362 0,124 0,315 0,067 1,1 0,0612 0,02 9,23 0,03 0,12 0,1 0,01

V Q/Qo V/Vo d/D R/Ro H/D

Y/ØR Y E H T ^ /

61

DE HASTA m l/s m3/s % m mm m mm l/s m/s

Columna (B) (C ) (D) ( E) (H) (I)

1 2 32,50 3,86 0,00386 3,08 0,0682 68,19 0,20 200 71 2,19

2 3 128,75 3,86 0,00386 1,55 0,0775 77,52 0,20 200 50,5 1,56

4 5 50,50 1,50 0,0015 1,00 0,0591 59,06 0,20 200 40,5 1,25

5 6 94,5 1,50 0,0015 1,06 0,0584 58,44 0,20 200 41,6 1,28

6 7 31,25 1,50 0,0015 3,20 0,0475 47,49 0,20 200 72,4 2,23

7 8 70,15 1,50 0,0015 4,28 0,0450 44,98 0,20 200 83,7 2,58

8 3 60,7 1,50 0,0015 11,53 0,0373 37,34 0,20 200 137 4,24

3Colector

existente100 5,36 0,00536 1,00 0,0952 95,22 0,20 200 40,5 1,25

Diámetro

CalculadoSECTORES

(A)

Longitud Qd Qd S

(F)

Diámetro mínimo

diseño/comercial

(G)

SECTOR 2

S

E

C

T

O

R

3

Qo Vo COLECTOR

62


m/s m m N/m2 m m m m

(J) (K) (L) (M) (N) (O) (P) (Q) (R ) (S) (T) (U) (V)

0,05 0,453 0,182 0,449 0,116 0,99 0,0501 0,02 6,88 0,04 0,18 0,1 0,02

0,08 0,505 0,22 0,53 0,151 0,79 0,0315 0,03 4,1 0,04 0,22 0,1 0,03

0,04 0,427 0,165 0,41 0,102 0,53 0,0145 0,02 2,04 0,03 0,17 0 0,02

0,04 0,427 0,165 0,41 0,102 0,55 0,0153 0,02 2,16 0,03 0,17 0 0,02

0,02 0,362 0,124 0,315 0,067 0,81 0,0333 0,02 5,02 0,03 0,12 0,1 0,01

0,02 0,362 0,124 0,315 0,067 0,93 0,0445 0,02 6,71 0,03 0,12 0,1 0,01

0,01 0,292 0,092 0,239 0,041 1,24 0,0781 0,01 13,7 0,02 0,09 0,1 0,01

0,13 0,58 0,28 0,65 0,197 0,72 0,0267 0,03 3,24 0,06 0,28 0,1 0,04

V Q/Qo V/Vo d/D R/Ro H/D

Y/ØR Y E H T ^ /

63

Tabla 13: Cálculo de cotas del sistema de alcantarillado sanitario.

DE HASTA DE A DE A DE A DE A DE A

Columna (B) (C ) (D) (E ) (F) (G) (H) (I) (J) (K)

A B 52,8 51,2 53,00 51,40 51,38 49,78 51,41 49,81 1,42 1,42

B C 51,2 52 51,40 50,90 49,78 49,28 49,81 49,31 1,42 2,72

C D 52 51 52,20 51,20 50,58 49,58 50,61 49,61 1,42 1,42

D E 51 45 51,20 46,50 48,28 43,58 48,30 43,60 2,72 1,42

E F 45 42 45,20 42,20 43,58 40,58 43,60 40,60 1,42 1,42

G F 49 42 49,20 43,50 46,28 40,58 46,30 40,60 2,72 1,42

F H 42 41 42,20 41,20 40,58 39,58 40,61 39,61 1,42 1,42

H I 41 40 41,20 40,20 39,58 38,58 39,61 38,61 1,42 1,42

J I 49 40 49,20 40,21 46,28 37,29 46,30 37,30 2,72 2,71

I K 40 37 40,20 37,20 38,58 35,58 38,61 35,61 1,42 1,42

KColector

existente37 36 37,20 36,20 35,58 34,58 35,61 34,61 1,42 1,42

SECTORESCOLECTOR COTA RASANTE COTA CLAVE

COTA

INVERTCOTA LÁMINA

PROFUNDIDAD A

COTA INVERT

(A)

S

E

C

T

O

R

1

64




1 2 40 39 40,20 39,20 38,58 37,58 38,62 37,62 1,42 1,42

2 3 39 37 39,20 37,20 37,58 35,58 37,62 35,62 1,42 1,42

4 5 48 49 48,20 47,70 46,58 46,08 46,61 46,11 1,42 2,93

5 6 49 48 49,20 48,20 47,58 46,58 47,61 46,61 1,42 1,42

6 7 48 47 48,20 47,20 46,58 45,58 46,61 45,61 1,42 1,42

7 8 47 44 47,20 44,20 45,58 42,58 45,61 42,61 1,42 1,42

8 3 44 37 44,20 37,20 42,58 35,58 42,60 35,60 1,42 1,42

3Colector

existente37 36 37,20 36,20 35,58 34,58 35,64 34,64 1,42 1,42

S

E

C

T

O

R

3

SECTORESCOLECTOR COTA RASANTE COTA CLAVE

COTA

INVERTCOTA LÁMINA

PROFUNDIDAD A

COTA INVERT

(A)

SECTOR 2

65

4.1.3. Cajas Domiciliarias del Alcantarillado Sanitario.

Las cajas domiciliarias tienen ciertas ventajas tales como: larga vida útil, diseño

especial, uniones 100 % herméticas y fácil instalación. Ádemas tienen un ancho de

43 cm, largo de 47,80 cm y tienen 4 alturas disponibles de 25, 32, 40 y 47 cm.

(Plastigama, 2018)

Ilustración 20: Caja domiciliaria.

Fuente: (Plastigama, 2018)

4.1.4. Cámaras de Registro del Alcantarillado Sanitario.

Las cámaras de revisión son estructuras que se colocan cuando se produce cambio

de dirección, cambio de pendiente o cambio de diámetro, además sirven para dar

mantenimiento al sistema de colectores para su correcto funcionamiento. Las

cámaras de registro pueden ser de diversos materiales siendo los más usados los de

hormigón armado y los prefabricados de polietileno. (Plastigama, 2018)

Para este proyecto se optó por la colocación de pozos de revisión prefabricados

Manhole Modular de Polietileno (PE) de la empresa Plastigama debido a su bajo peso

y estructura modular que permite su fácil instalación.

66

Ilustración 21: Manhole Modular


Están fabricados con 100% de Polietileno por lo cual son altamente durables,

facilitan la conexión de las tuberías de descarga de agua servida debido a que en las

paredes de la base se permiten realizar conexiones de tuberías de cometidas

colectoras de 175, 220, 280 y 335 utilizando un inserto de PVC, además consta de un

cuello de 60 cm de altura que es compatible con las tapas convencionales tanto de

hormigón como metálicas.

En la base cuenta con entradas y salidas (pasantes) para colectores de 175, 220,

280, 335, 440 y 540 mm de diámetro. Su entrada de borde superior con sección de

1000 mm de diámetro permite recibir los elevadores para extender la altura a la cota

Invert deseada. (Plastigama, 2018)

67

4.1.5. Especificaciones de la Tubería de PVC para el Alcantarillado Sanitario.

Para el transporte de aguas servidas se usarán tuberías de PVC, las mismas que

deberán cumplir los requisitos mínimos especificados en norma INEN 2059:2004

Tercera Revisión. (Instituto Ecuatoriano de Normalización, 2010)

Deben soportar rellenos con densidad no menor a 1750 Kg/cm2 y

compactación entre el 85 % y 95 % de la máxima densidad seca según el

ensayo de proctor estandarizado.

Se suministrarán en longitudes de 6 m con un extremo corrugado y otro con

campana y debe ser unido entre sí mediante unión por sellado elastomérico.

Ilustración 22: Detalle de unión de tubería.

Fuente: (Instituto Ecuatoriano de Normalización, 2010)

Se seleccionó este tipo de tubería debido a sus múltiples ventajas, entre ellas:

Larga vida útil (mayores 50 años).

Mayor rendimiento en la instalación. No requiere uso de equipos pesados.

Fácil limpieza y mínimo mantenimiento.

Mayor longitud útil, 6 metros + campana.

Gran resistencia a la acción corrosiva del ácido sulfhídrico y a los gases de

alcantarilla.

Superficie interior lisa.

Mayor capacidad de conducción hidráulica.

68

Buena resistencia a la abrasión.

Ilustración 23: Especificaciones Técnicas de tuberías PVC.


4.2. Diseño del Alcantarillado Pluvial

Para el diseño de alcantarillado pluvial del Santuario de Schoenstatt se tomará

como base de datos obtenidos a partir del plano topográfico, la información

proporcionada por el personal del Sector y lo establecido en la Norma ecuatoriana,

además se usará los datos de precipitación del INHAMI.

4.2.1. Parámetros de Diseño.

4.2.1.1. Caudal de Diseño de Aguas Lluvias.

Para el cálculo de los caudales de aguas lluvias del presente trabajo, utilizaremos

el Método Racional ya que se presentan cuencas tributarias con una superficie inferior

a 100 hectáreas usando la relación siguiente:

𝑸 = 𝟐, 𝟕𝟖 𝑪 ∗ 𝑰 ∗ 𝑨


I es la intensidad de la lluvia (l/s).

69


4.2.1.2. Coeficiente de Escurrimiento.

Para la determinación del coeficiente de escurrimiento se toma en consideración el

tipo de zona de cada sector a evaluar descrito en la tabla 9 del capítulo 2, a

continuación, se detalla en la siguiente ilustración:

Ilustración 24: Áreas para el coeficiente de escurrimiento.


4.2.1.3. Intensidad de la Lluvia.

Los datos de la intensidad de la lluvia se obtuvieron de las curvas IDF (intensidad,

duración y frecuencia) con una duración máxima analizada de 120 minutos. En la

Ilustración 19 se presenta las curvas IDF para Guayaquil, recopilada en el repositorio

de la Universidad de Guayaquil.

Es de gran importancia elegir el período de retorno con el que se diseñará el

sistema pluvial del santuario.

70

Ilustración 25: Curvas IDF de la ciudad de Guayaquil (Zona 8).

Fuente: (Interagua, 2018)

Tabla 14: Intensidad (mm/h) con su respectivo período de retorno y duración.

Fuente: (Interagua, 2018)

En base a los datos proporcionados por el INHAMI y la ecuación de intensidad de

la lluvia usada por INTERAGUA para el diseño de la mayor parte de sistemas de

alcantarillado pluvial de la ciudad de Guayaquil. Esta ecuación se elaboró con

duración de lluvias máximas anuales de hasta 10 horas. Esta ecuación es de

tendencia exponencial y se la representa de la siguiente manera. (INAMHI, 2013)

𝑰 = 𝟐𝟓𝟕, 𝟏𝟑 ∗ 𝑻𝒄−𝟎,𝟑𝟐𝟖

INTENSIDAD (mm/h)

Duración ( minutos )

Periodo Retorno (años)

5 10 15 20 30 60 120

2 años 90,5 75,2 66,7 61,0 53,3 39,3 28,2

5 años 124,2 103,2 91,3 83,3 72,5 56,1 42,5

10 años 146,8 121,3 107,3 98,00 85,7 67,3 52,0

25 años 175,3 144,1 127,5 116,6 102,5 81,4 64,0

50 años 196,5 161,0 142,5 130,4 114,9 91,8 72,9

100 años 217,6 177,7 157,4 144,2 127,2 102,2 81,8

71

4.2.2. Diseño de Caudal de Aguas Lluvias e Hidráulico para la Red de

Colectores.

El sistema de alcantarillado pluvial de igual manera que el alcantarillado sanitario

seguirá la pendiente natural del terreno favoreciendo de esta manera el trabajo a

gravedad del sistema, además se seguirá las recomendaciones especificadas en la

norma ecuatoriana de diseño para estudio y diseño de sistemas de agua potable y

disposición de aguas residuales para poblaciones mayores a 1.000 habitantes.

(SENAGUA)

A continuación, se realiza el proceso para el cálculo del coeficiente de

escurrimiento ponderado para cada uno de los sectores del santuario, con sus

detalles de cálculo en la tabla 15 de la cual se referencia los tipos de superficie de

acuerdo a la tabla 9 del capítulo 2.

𝐂 = [(𝜮Área parcial

Área total(Coeficiente de escurrimiento))]

𝐂𝟏 =1,22

3,66(0,82 ) +

2,44

3,66( 0,20) = 𝟎, 𝟒𝟏

𝐂𝟐 =0,98

2,34(0.82 ) +

1,36

2,34( 0,20) = 𝟎, 𝟒𝟔

𝐂𝟏 =1,08

2,08(0,82 ) +

1,00

2,08( 0,20) = 𝟎, 𝟓𝟐

En la Tabla 16 se presentan los resultados finales del diseño para cada colector.

A continuación, se presentan la descripción, columna por columna, del cuadro de

cálculo que se realizó.

72

Columna (A): Numeración del colector. - En esta columna se indica el

número de la cámara inicial y final del tramo.

Columna (B): Área propia de drenaje (ha). – Corresponde al área de aporte

que recibe el colector.

Columna (C): Área total acumulada de drenaje (ha). – Corresponde al área

total acumulada de aporte que recibe el colector

Columna (D): Coeficiente de escorrentía. – Es el coeficiente adoptado según

los criterios de las normas expuestas en la tabla 9 del capítulo 2, con referencia

a cada sector a evaluar.

Columna (E): Tiempo concentración inicial (minutos). - Tiempo de

concentración del área de drenaje aguas arriba del colector. Para el presente

proyecto se ha asumido un tiempo de concentración inicial de 15 minutos. Para

los demás tramos, es igual al máximo valor entre la suma de los tiempos de

concentración aguas arriba concurrentes al pozo y su propio tiempo de

recorrido en el colector.

Columna (F): Tiempo de recorrido en el colector (minutos). – Es el tiempo

de recorrido en el colector asumiendo una velocidad, utilizando la ecuación 10

del capítulo 2.

𝐓𝐑 =𝐋

𝟔𝟎 ∗ 𝐕

𝑻𝑹 es el tiempo de recorrido de la lluvia (min).

L es la longitud del curso de agua más largo (m).

V es la velocidad (m).

73

Columna (G): Tiempo total de concentración del colector (minutos). – Es

el tiempo calculado por la suma de los tiempos de concentración inicial y

tiempos de recorrido, utilizando la ecuación 11 del capítulo 2.

𝐓𝐭 = 𝐓𝐂 + 𝐓𝐑

Tt es el tiempo de concentración de la lluvia. (min)

Tc es el tiempo inicial de la lluvia. (min)

TR es el tiempo de escurrimiento de la lluvia. (min)

Columna (H): Frecuencia de diseño (años). – Se adopta el criterio

establecido en la tabla 10 del capítulo 2, es decir para nuestro caso se toma

un área de drenaje entre 2 a 10 ha con una frecuencia recomendada de 10

años.

Columna (I): Intensidad de la lluvia (mm/h). – Es la intensidad de

precipitación obtenida de las curvas IDF o como en este caso, a la aplicación

de la ecuación definida en los datos iniciales.

𝐈 = 𝟐𝟓𝟕, 𝟏𝟑 ∗ 𝐓𝐜−𝟎,𝟑𝟐𝟖

Tc = es el tiempo inicial de la lluvia.

Columna (J): Intensidad de la lluvia (L/s). – Es la intensidad anterior

multiplicada por el factor de conversión de unidades de 2,78.

Columna (K): Caudal de diseño (L/s). – Es el caudal de la escorrentía

superficial, definido por el método racional.

𝐐 = 𝟐, 𝟕𝟖 𝐂 ∗ 𝐈 ∗ 𝐀


74

I es la intensidad de la la lluvia (l/s).


Columna (L): Caudal de diseño (m3/s). – Es el caudal de la escorrentía

superficial, pero con la conversión a m3/s.

Columna (M): Longitud de cada colector (m). – Es determinada del plano

topográfico.

Columna (N): Pendiente de diseño (%). - Se adopta la pendiente que cumpla

con los parámetros de diseño como la velocidad mínima y el esfuerzo cortante

mínimo, de acuerdo con las respectivas curvas del nivel del plano topográfico.

Columna (O): Diámetro calculado teórico de la tubería (m). – Se calcula

con la ecuación descrita a continuación:

𝐃 = 𝟏, 𝟓𝟒𝟖(𝐧𝐐

𝐒𝟏𝟐

)

𝟑𝟖

= 𝟏, 𝟓𝟒𝟖

(

𝟎, 𝟎𝟏𝟏 ∗ (𝐂𝐨𝐥𝐮𝐦𝐧𝐚 𝐋)

(𝐂𝐨𝐥𝐮𝐦𝐧𝐚 𝐍

𝟏𝟎𝟎 )

𝟏𝟐

)

𝟑𝟖

Q = caudal de diseño (m3/s).



Y en la misma columna el diámetro calculado teórico de la tubería se lo transforma

a mm.

Columna (P): Diámetro mínimo diseño/comercial nominal de la tubería

(m). – El diámetro nominal mínimo es de 10 pulgadas según indica en la norma

75

de SENAGUA. Y en la misma columna el diámetro mínimo diseño/comercial

nominal de la tubería se lo transforma a mm.

Columna (Q): Caudal a tubo lleno (L/s). – Es la capacidad máxima de la

tubería, calculada para la sección de flujo máxima con el diámetro interno real

según la ecuación detallada a continuación:

𝐐𝟎 = 𝟑𝟏𝟐(𝐃𝟖𝟑 ∗ 𝐒

𝟏𝟐

𝐧) = 𝟑𝟏𝟐

(

(𝐂𝐨𝐥𝐮𝐦𝐧𝐚 𝐏)

𝟖𝟑 ∗ (

𝐂𝐨𝐥𝐮𝐦𝐧𝐚 𝐍 𝟏𝟎𝟎 )

𝟏𝟐

𝟎, 𝟎𝟏𝟏

)

D = Diámetro mínimo diseño/comercial real de la tubería (m).



Columna (R): Velocidad a tubo lleno (m/s). – Es determinada con la

ecuación de continuidad:

𝐕𝟎 =𝐐𝟎𝐀=

(𝐂𝐨𝐥𝐮𝐦𝐧𝐚 𝐐)𝟏. 𝟎𝟎𝟎 ∗ 𝟒

𝛑 ∗ (𝐂𝐨𝐥𝐮𝐦𝐧𝐚 𝐏)𝟐

Qo = caudal a tubo lleno (l/s).

A = Diámetro mínimo diseño/comercial (m) * Pi (π).

Columna (S): Relación caudal de diseño y el caudal a tubo lleno. – Se

utiliza esta relación para definir el borde libre requerido.

𝐐

𝐐𝟎=(𝐂𝐨𝐥𝐮𝐦𝐧𝐚 𝐊)

(𝐂𝐨𝐥𝐮𝐦𝐧𝐚 𝐐)

76

Columna (T): Relación Hidráulica de caudales al 10 %. – Se determina la

relación hidráulica de caudales para el 10 % de la capacidad a tubo lleno, el

coeficiente de utilización de la sección (𝑄/𝑄0) es 0,1.

Columna (U): Relación velocidad real y la velocidad a tubo lleno. – Se la

puede determinar en la tabla 8.2 (Relaciones hidráulicas para conductos



Columna (V): Relación lámina de agua y diámetro interno de la tubería. -

Se la puede determinar en la tabla 8.2 (Relaciones hidráulicas para conductos



Columna (W): Relación radio hidráulico de la sección de flujo y diámetro

interno de la tubería. - Se la puede determinar en la tabla 8.2 (Relaciones

hidráulicas para conductos circulares) especificada en el anexo # 1 a partir de

la relación entre caudal de diseño y el caudal a tubo lleno.

Columna (X): Relación profundidad hidráulica de la sección de flujo y

diámetro interno de la tubería. - Se la puede determinar en la tabla 8.2

(Relaciones hidráulicas para conductos circulares) especificada en el anexo #

1 a partir de la relación entre caudal de diseño y el caudal a tubo lleno.

Columna (Y): Velocidad real de la sección de flujo (m/s). – Se lo determina

con la relación de la columna de la columna (U). La velocidad real mínima

recomendada según la norma SENAGUA es 0,90 m/s.

𝐕 = (𝐂𝐨𝐥𝐮𝐦𝐧𝐚 𝐑) ∗ (𝐂𝐨𝐥𝐮𝐦𝐧𝐚 𝐔)

Columna (Z): Radio hidráulico de la sección de flujo (m). – Se determina

con la relación de la columna (W).

77

𝐑 = (𝐂𝐨𝐥𝐮𝐦𝐧𝐚 𝐖) ∗(𝐂𝐨𝐥𝐮𝐦𝐧𝐚 𝐏)

𝟒

Columna (AA): Esfuerzo cortante mínimo (𝑵/𝒎𝟐). – El valor del esfuerzo

cortante mínimo es de 3,0 N/m2 para el caudal de diseño. Se lo determina con

la ecuación a continuación:

𝛕 = 𝛄 ∗ 𝐑 ∗ 𝐒 = 𝟗. 𝟖𝟏𝟎 ∗ (𝐂𝐨𝐥𝐮𝐦𝐧𝐚 𝐙) ∗(𝐂𝐨𝐥𝐮𝐦𝐧𝐚 𝐍)

𝟏𝟎𝟎

Columna (AB): Esfuerzo cortante para el 10% de la capacidad a tubo lleno

(𝑵/𝒎𝟐). - Se determina el esfuerzo cortante para el 10% de la capacidad a

tubo lleno teniendo en cuenta que la relación de caudales al 0,1 y debe ser

mayor o igual a 1,5 N/m2. Se lo determina con la ecuación a continuación:

𝛕𝟏𝟎 = 𝛄 ∗ 𝐑 ∗ 𝐒 =∗ (𝟎, 𝟓𝟖𝟔 ∗(𝐂𝐨𝐥𝐮𝐦𝐧𝐚 𝐏)

𝟒) ∗ 𝟗. 𝟖𝟏𝟎 ∗

(𝐂𝐨𝐥𝐮𝐦𝐧𝐚 𝐍)

𝟏𝟎𝟎

Columna (AC): Altura de velocidad (m). – Se determina con la siguiente

ecuación:

𝐕𝟐

𝟐𝐠=(𝐂𝐨𝐥𝐮𝐦𝐧𝐚 𝐘)𝟐

𝟐𝐠

Columna (AD): Altura de lámina de agua (m). – Se determina con la relación

de la columna (V).

𝐘 = (𝐂𝐨𝐥𝐮𝐦𝐧𝐚 𝐕) ∗ (𝐂𝐨𝐥𝐮𝐦𝐧𝐚 𝐏)

Columna (AE): Y/Ø: Es la relación de la altura de lámina de agua (m) y el

diámetro mínimo diseño/comercial (m), para indicar que la tubería no está

presurizada.

Debe cumplir la siguiente condición, caso contrario se debe aumentar su

pendiente o aumentar el diámetro.

𝐘

∅ < 0,75

78

Columna (AF): Energía específica (m). – Es la suma de alturas de velocidad

y lámina de agua. Se la determina con la siguiente ecuación:

𝐄 = 𝐘 +𝐕𝟐

𝟐𝐠= (𝐂𝐨𝐥𝐮𝐦𝐧𝐚 𝐀𝐃) + (𝐂𝐨𝐥𝐮𝐦𝐧𝐚 𝐀𝐂)

Columna (AG): Profundidad hidráulica en la sección de flujo (m). – Se

determina con la relación de la columna (X).

𝐇 = (𝐂𝐨𝐥𝐮𝐦𝐧𝐚 𝐗) ∗ (𝐂𝐨𝐥𝐮𝐦𝐧𝐚 𝐏)

En la Tabla 17 se presentan las cotas definitivas del proyecto tales como las cotas

de la rasante del pozo inicial y final, las cotas claves de la tubería en el pozo inicial y

final, las cotas invert de la tubería en el pozo inicial y final, las cotas de lámina de agua

de la tubería en el pozo inicial y final y la profundidad a las cotas invert sobre el pozo

para cada colector. A continuación, se presentan la descripción, columna por

columna, del cuadro de cálculo que se realizó.

Columna (A): En esta columna se indica el inicio y el final de cada colector.

Columna (B): Cota de rasante del pozo inicial. – Obtenida del plano


Columna (C): Cota de rasante del pozo final. – Obtenida del plano


Columna (D): Cota clave de la tubería en el pozo inicial. – Se la determina


Cota clave = (cota rasante) + (diámetro de tubería)

(𝐂𝐨𝐥𝐮𝐦𝐧𝐚 𝐃) = (𝐂𝐨𝐥𝐮𝐦𝐧𝐚 𝐁) + (𝐂𝐨𝐥𝐮𝐦𝐧𝐚 𝐏 𝐝𝐞 𝐥𝐚 𝐭𝐚𝐛𝐥𝐚 𝟏𝟔)

Columna (E): Cota clave de la tubería en el pozo final. – Se la determina


Cota clave final = (cota clave inicial) – (pendiente x longitud)

79

(𝐂𝐨𝐥𝐮𝐦𝐧𝐚 𝐄) = (𝐂𝐨𝐥𝐮𝐦𝐧𝐚 𝐃) − [(𝐂𝐨𝐥𝐮𝐦𝐧𝐚 𝐍 𝐝𝐞 𝐥𝐚 𝐭𝐚𝐛𝐥𝐚 𝟏𝟔)

𝟏𝟎𝟎∗ (𝐂𝐨𝐥𝐮𝐦𝐧𝐚 𝐌 𝐝𝐞 𝐥𝐚 𝐭𝐚𝐛𝐥𝐚 𝟏𝟔)]

Columna (F): Cota invert de la tubería en el pozo inicial. – Se la determina


Cota invert = (cota rasante) – (profundidad a la cota invert) – (diámetro

exterior de la tubería)

Nota:

o La profundidad a la cota invert varía en los tramos 1-2, 3-2 y 8-3 del sector 1

es de 3 m, 2.5 m y 3 m respectivamente. En todos los tramos del sector 1 se

aplica un diámetro exterior de 440 mm a excepción del tramo 1-2 que tiene un

diámetro exterior de 280 mm.

o La profundidad a la cota invert varía en los tramos A-B, y C – Colect. existente

del sector 3 es de 2 m y 1,5 m respectivamente. En todos los tramos del sector

3 se aplica un diámetro exterior de 440 mm.

Columna (G): Cota invert de la tubería en el pozo final. – Se la determina


Cota invert final = (cota invert inicial) – (pendiente x longitud)

(𝐂𝐨𝐥𝐮𝐦𝐧𝐚 𝐆) = (𝐂𝐨𝐥𝐮𝐦𝐧𝐚 𝐅) − [(𝐂𝐨𝐥𝐮𝐦𝐧𝐚 𝐍 𝐝𝐞 𝐥𝐚 𝐭𝐚𝐛𝐥𝐚 𝟏𝟔)


Columna (H): Cota lámina de agua de la tubería en el pozo inicial. – Se la


Cota lámina de agua = (cota invert inicial + altura lámina de agua)

(𝐂𝐨𝐥𝐮𝐦𝐧𝐚 𝐇) = (𝐂𝐨𝐥𝐮𝐦𝐧𝐚 𝐅) + (𝐂𝐨𝐥𝐮𝐦𝐧𝐚 𝐀𝐃 𝐝𝐞 𝐥𝐚 𝐭𝐚𝐛𝐥𝐚 𝟏𝟔)

Columna (I): Cota lámina de aguas de la tubería en el pozo final. – Se la


80

Cota lámina final = (cota lámina inicial) – (pendiente x longitud)

(𝐂𝐨𝐥𝐮𝐦𝐧𝐚 𝐈) = (𝐂𝐨𝐥𝐮𝐦𝐧𝐚 𝐇 ) − [(𝐂𝐨𝐥𝐮𝐦𝐧𝐚 𝐍 𝐝𝐞 𝐥𝐚 𝐭𝐚𝐛𝐥𝐚 𝟏𝟔)


Columna (J) (K): Profundidad a la cota invert sobre el pozo. – Se la


Profundidad = (cota rasante) – (cota invert)

(𝐂𝐨𝐥𝐮𝐦𝐚 𝐉) = (𝐂𝐨𝐥𝐮𝐦𝐚 𝐁) − (𝐂𝐨𝐥𝐮𝐦𝐚 𝐅)

(𝐂𝐨𝐥𝐮𝐦𝐚 𝐊) = (𝐂𝐨𝐥𝐮𝐦𝐚 𝐂) − (𝐂𝐨𝐥𝐮𝐦𝐚 𝐆)

81

Tabla 15: Cálculo de coeficiente de escurrimiento ponderado de los sectores.

SECTORES Área Total

Área Pavimentada

Área Verde

Coeficiente Área

Pavimentada

Coeficiente Área Verde

Coeficiente de

Escurrimiento Ponderado

SECTOR 1 3,66 1,22 2,44 0,82 0,20 0,41

SECTOR 2 2,34 0,98 1,36 0,82 0,20 0,46

SECTOR 3 2,08 1,08 1,00 0,82 0,20 0,52 Elaborado: Arias Andrea – Ordoñez Mayra.

82

Tabla 16: Cálculo del diseño del alcantarillado pluvial.

Área

propia

Área total

acumuladaTci Tr Tt

DE HASTA Ha Ha min min min años mm/hr l/s l/s (m3/s)

Columna (B) (C ) (D) ( E) (F) (G) (H) (I) (J) (K) (L)

1 2 0,51 0,51 0,41 15 0,55 15,55 10 105,78 294,06 170,94 0,1709

3 2 0 1,55 0,41 35,12 0,54 35,66 10 80,02 222,46 393,02 0,3930

4 5 0,19 0,39 0,41 15 0,92 15,92 10 105,78 294,06 130,72 0,1307

5 8 0,19 0,77 0,41 15,92 0,78 16,70 10 103,73 288,38 253,09 0,2531

6 7 0,37 0,49 0,46 15 1,39 16,39 10 105,78 294,06 184,26 0,1843

7 8 0 1,26 0,41 33 0,83 33,93 10 81,60 226,84 325,77 0,3258

8 3 0,29 1,55 0,41 33,93 1,19 35,12 10 80,93 224,99 397,49 0,3975

A B 0 0,76 0,52 15 0,97 15,97 10 105,78 294,06 323,07 0,3231

BColector

existente0 0,76 0,52 15,97 1,53 17,50 10 103,63 288,08 316,50 0,3165

CColector

existente0,28 0,28 0,52 15 0,62 15,62 10 105,78 294,06 119,03 0,1190

SECTOR 3

S

E

C

T

O

R

1

SECTORES

(A)

Qd Qd

I

COLECTOR

Área de aportación Tiempo de concentración

F

C. Promedio

Ponderado

Intensidad de la lluvia

83

m % m mm m mm l/s m/s(M) (N) (Q) (R ) (S) (T) (U) (V)

29,56 10,83 0,22 223,16 0,25 250 242 4,77 0,71 0,1 0,951 0,699

29,05 5,85 0,34 342,26 0,40 400 596 4,74 0,66 0,1 0,927 0,666

49,92 1,60 0,29 288,83 0,40 400 312 2,48 0,42 0,1 0,806 0,510

42,28 5,44 0,29 294,17 0,40 400 575 4,57 0,44 0,1 0,816 0,523

75,21 1,33 0,34 340,10 0,40 400 284 2,26 0,65 0,1 0,922 0,658

45,08 4,66 0,33 332,90 0,40 400 532 4,23 0,61 0,1 0,903 0,632

64,26 3,73 0,37 373,98 0,40 400 476 3,79 0,84 0,1 0,997 0,785

52,15 6,14 0,32 315,14 0,40 400 610 4,86 0,53 0,1 0,865 0,582

82,46 4,00 0,34 338,88 0,40 400 493 3,92 0,64 0,1 0,918 0,651

33,60 2,08 0,27 265,47 0,4 400 355 2,83 0,33 0,1 0,750 0,447

V/VoL S

(O)

Diámetro mínimo

diseño/comercial

(P)

d/DQo Vo

Q/Qo10%

Q/Qo

Diámetro

calculado

84


m/s m N/m2 N/m2 m m m m m

(W) (X) (Y) (Z) (AA) (AB) (AC) (AD) (AE) (AF) (AG)

1,179 0,633 4,53 0,075 79,54 39,53 1,05 0,18 0,70 1,22 0,16

1,160 0,585 4,40 0,116 66,57 33,63 0,98 0,27 0,67 1,25 0,23

1,021 0,402 2,00 0,102 16,03 9,20 0,2 0,20 0,51 0,41 0,16

1,035 0,415 3,73 0,104 55,23 31,27 0,71 0,21 0,52 0,92 0,17

1,155 0,576 2,08 0,116 15,07 7,65 0,22 0,26 0,66 0,48 0,23

1,139 0,542 3,82 0,114 52,07 26,79 0,74 0,25 0,63 1,00 0,22

1,214 0,798 3,78 0,121 44,42 21,44 0,73 0,31 0,74 1,04 0,32

1,100 0,479 4,20 0,11 66,26 35,3 0,9 0,23 0,58 1,133 0,19

1,151 0,568 3,60 0,1151 45,17 22,99 0,66 0,26 0,65 0,921 0,23

0,931 0,341 2,12 0,0931 19,00 11,96 0,23 0,18 0,45 0,408 0,14

Y/ØR/Ro H/D

V H TR T10 Y E

𝟐

𝟐

85

Tabla 17: Cálculo de cotas del sistema de alcantarillado pluvial.




1 2 47 42 47,25 44,05 43,72 40,52 43,90 40,70 3,28 1,48

3 2 45 42 45,40 43,70 42,06 40,36 42,33 40,63 2,94 1,64

4 5 51 51 51,40 50,60 49,36 48,56 49,56 48,77 1,64 2,44

5 8 51,5 49,2 51,90 49,60 49,86 47,56 50,07 47,77 1,64 1,64

6 7 51 50 51,40 50,40 49,36 48,36 49,62 48,62 1,64 1,64

7 8 50 49,2 50,40 48,30 48,36 46,26 48,61 46,51 1,64 2,94

8 3 49,2 45 49,60 47,20 45,76 43,36 46,07 43,68 3,44 1,64

A B 45 40 45,40 42,20 42,56 39,36 42,79 39,59 2,44 0,64

BColector

existente40 38 40,40 37,10 38,36 35,06 38,62 35,32 1,64 2,94

CColector

existente39 38 39,40 38,70 37,06 36,36 37,24 36,54 1,94 1,64

(A)

S

E

C

T

O

R

1

SECTOR 3

SECTORESCOLECTOR COTA RASANTE COTA CLAVE COTA INVERT COTA LÁMINA

PROFUNDIDAD A

COTA INVERT

86

4.2.3. Cámaras de Registro del Alcantarillado Pluvial.

Las cámaras de revisión son estructuras que se colocan cuando se produce cambio

de dirección, cambio de pendiente o cambio de diámetro, además sirven para dar

mantenimiento al sistema de colectores para su correcto funcionamiento. Las

cámaras de registro pueden ser de diversos materiales siendo los más usados los de

hormigón armado y los prefabricados de polietileno. (Plastigama, 2018)

Para este proyecto se optó por la colocación de pozos de revisión prefabricados

Manhole Modular de Polietileno (PE) de la empresa Plastigama debido a su bajo peso

y estructura modular que permite su fácil instalación.

Ilustración 26: Manhole Modular

Fuente: (Plastigama, 2018).

Están fabricados con 100 % de Polietileno por lo cual son altamente durables,

facilitan la conexión de las tuberías de descarga de agua servida debido a que en las

paredes de la base se permiten realizar conexiones de tuberías de cometidas

colectoras de 175, 220, 280 y 335 utilizando un inserto de PVC, además consta de un

87

cuello de 60cm de altura que es compatible con las tapas convencionales tanto de

hormigón como metálicas.

En la base cuenta con entradas y salidas (pasantes) para colectores de 175, 220,

280, 335, 440 y 540 mm de diámetro. Su entrada de borde superior con sección de

1000 mm de diámetro permite recibir los elevadores para extender la altura a la cota

invert deseada. (Plastigama, 2018)

4.2.4. Especificaciones de la Tubería de PVC para el Alcantarillado Pluvial.

Para el transporte de aguas servidas se usarán tuberías de PVC, las mismas que

deberán cumplir los requisitos mínimos especificados en norma INEN 2059:2004

Tercera Revisión. (Instituto Ecuatoriano de Normalización, 2010)

Deben soportar rellenos con densidad no menor a 1750 Kg/cm2 y

compactación entre el 85 % y 95 % de la máxima densidad seca según el

ensayo de proctor estandarizado.

Se suministrarán en longitudes de 6 m con un extremo corrugado y otro con

campana y debe ser unido entre sí mediante unión por sellado elastomérico.

Ilustración 27: Detalle de unión de tubería.

Fuente: (Instituto Ecuatoriano de Normalización, 2004)

Se seleccionó este tipo de tubería debido a sus múltiples ventajas, entre ellas:

Larga vida útil (mayores 50 años).

88

Mayor rendimiento en la instalación. No requiere uso de equipos pesados.

Fácil limpieza y mínimo mantenimiento.

Mayor longitud útil, 6 metros + campana.

Gran resistencia a la acción corrosiva del ácido sulfhídrico y a los gases de

alcantarilla.

Superficie interior lisa.

Mayor capacidad de conducción hidráulica.

Buena resistencia a la abrasión.

Ilustración 28: Especificaciones Técnicas de tuberías PVC.


89

4.3. Propuesta para el Reacondicionamiento

Para el reacondicionamiento se propone lo siguiente:

En la Casa José Engling ubicada en el sector 1 existe tres cajas domiciliarias

que presentan fisuras, lo que genera que las aguas residuales se infiltren

ocasionando contaminación y malos olores, éstas deberán ser removidas y

reemplazadas por las cajas domiciliarias de Polietileno que se muestran en la

ilustración 20. Las medidas de las cajas domiciliarias serán:

Ancho = 43 cm

Largo = 47,80 cm

Altura = 40 cm

Reemplazar dos cajas domiciliarias en la Aldea de los niños huérfanos del

sector 3, 1 debido a que su estructura se encuentra deteriorada y

reemplazarlas por cajas de Polietileno que se muestran en la ilustración 20.

Las cajas domiciliarias tendrán las siguientes dimensiones:

Ancho = 43 cm

Largo = 47,80 cm

Altura = 40 cm

Las cunetas para el transporte de escorrentía se encuentran deterioradas, por

lo que es necesario mejorar las condiciones tomando en cuenta los parámetros

mínimos descritos en el Capítulo VIII de la Norma para diseño de alcantarillado.

90

Las cunetas tendrán las siguientes dimensiones:

Pendiente transversal: 1 %.

Pendiente longitudinal: 4 %.

Ancho: 0,60 m.

Altura: 0,25 m.

Ilustración 29: Detalle de Cunetas


91

4.4. Presupuesto de Obra

Tabla 18: Presupuesto referencial del sistema de alcantarillado sanitario.


RUBRO DESCRIPCIÓN DEL RUBRO UNIDAD CANTIDADPRECIO

UNITARIOPRECIO TOTAL

1.1 Trazado y replanteo. ml 1052,35 0,78$ 820,83$

1.2 Excavación con máquina hasta 1 m de profundidad. m3 5,00 0,83$ 4,15$

1.3 Cajas domiciliarias de Manhole AA.SS. u 5,00 189,00$ 945,00$

1.4 Relleno compactado mecánicamente con material de sitio. m3 2,00 6,23$ 12,46$

1.5 Desalojo de material a 15 km (incluye esponjamiento). m3 5,00 4,61$ 23,05$

1.6 Tapas de cajas domiciliarias incluye marco y contramarco. u 5,00 50,12$ 250,60$

1.7 Excavación con máquina hasta 2 m de profundidad. m3 1157,59 1,83$ 2.118,38$

1.8 Replantillo de arena. m3 231,52 15,94$ 3.690,38$

1.9 Entibado metálico para excavación cámara colectora/ tubería colectora. m2 2104,70 14,38$ 30.265,59$

1.10 Suministro e instalación de tubería PVC 220 mm (Di 200 mm). ml 1052,35 14,70$ 15.469,55$

1.11 Relleno compactado mecánicamente con material de sitio. m3 590,37 6,23$ 3.677,99$

1.12 Perfilado de pavimento rígido ml 513,90 2,50$ 1.284,75$

1.13 Rotura de pavimento rígido en calle e= 0,25 m, con minicargadora con martillo m2 128,48 13,62$ 1.749,83$

1.14 Desalojo de material a 15 km (incluye esponjamiento). m3 567,22 4,61$ 2.614,87$


1.16 Replantillo de arena. m3 42,90 15,94$ 683,83$







1.23 Acero de refuerzo fy= 4200 Kg/cm2. Kg 874,6 2,14$ 1.871,64$

1.24 Hormigón simple f´c = 280 Kg/cm2 (incluye encofrado). m3 2,19 238,11$ 521,46$

1.25 Tapa metálico Brios clase D 400. u 21,00 238,60$ 5.010,60$

1.26 Cámara Manhole base 220 mm altura 2,20 m. u 17,00 603,32$ 10.256,44$

1.27 Cámara Manhole base 320 mm altura 3,20 m. u 4,00 973,43$ 3.893,72$

1.28 Instalación de cámaras de revisión de Manhole polietileno. u 21,00 41,78$ 877,38$


89.606,82$ Subtotal A

CAJA DE REGISTRO DE MANHOLE DOMICILIARIA

PRELIMINARES

COLECTORES

PRESUPUESTO REFERENCIAL

SISTEMA DE ALCANTARILLADO SANITARIO

CÁMARAS DE COLECTORES MANHOLE DE POLIETILENO (PE) Y TAPAS METÁLICAS

TIRANTES

92

Tabla 19: Presupuesto referencial del sistema de alcantarillado pluvial.


Se obtuvo un valor referencial total de $ 164.148,96 en el análisis del presupuesto

que se realizó para el Reacondicionamiento y Rediseño del Alcantarillado Sanitario y

Pluvial del Santuario de Schoenstatt ubicado en el cantón Guayaquil, provincia del

Guayas.

RUBRO DESCRIPCIÓN DEL RUBRO UNIDAD CANTIDADPRECIO

UNITARIOPRECIO TOTAL

1.1 Trazado y replanteo. ml 503,57 0,78$ 392,78$

1.2 Excavación con máquina hasta 3,5 m de profundidad. m3 3,50 2,97$ 10,40$


1.4 Sumidero (incluye rejilla). u 7,00 151,28$ 1.058,96$


1.6 Excavación con máquina hasta 3,5 m de profundidad. m3 1762,50 2,97$ 5.234,61$

1.7 Replantillo de arena. m3 201,43 15,94$ 3.210,76$

1.8 Entibado metálico para excavación cámara colectora/ tubería colectora. m2 1762,50 14,38$ 25.344,68$

1.9 Suministro e instalación de tubería PVC 280 mm (Di 250 mm). ml 29,56 17,89$ 528,83$


1.11 Relleno compactado mecánicamente con material de sitio. m3 1339,50 6,23$ 8.345,06$

1.12 Perfilado de pavimento rígido ml 503,57 2,50$ 1.258,93$

1.13 Rotura de pavimento rígido en calle e= 0,25 m, con minicargadora con martillo m2 125,89 13,62$ 1.714,66$

1.14 Desalojo de material a 15 km (incluye esponjamiento). m3 423,00 4,61$ 1.950,02$

1.15 Excavación con máquina hasta 3,5 m de profundidad. m3 7,88 2,97$ 23,39$



1.18 Acero de refuerzo fy= 4200 Kg/cm2. Kg 462,18 2,14$ 989,07$

1.19 Hormigón simple f´c = 280 Kg/cm2 (incluye encofrado). m3 0,98 238,11$ 233,35$

1.20 Tapa metálico Brios clase D 400. u 2 238,60$ 477,20$

1.21 Cámara Manhole base 335 mm altura 2,20 m. u 1 629,28$ 629,28$

1.22 Cámara Manhole base 540 mm altura 3,20 m. u 1 778,76$ 778,76$

1.23 Instalación de cámaras de revisión de Manhole polietileno. ml 2 1.478,18$ 2.956,36$


74.542,14$

CÁMARAS DE COLECTORES MANHOLE DE POLIETILENO (PE) Y TAPAS METÁLICAS

Subtotal B

PRESUPUESTO REFERENCIAL

SISTEMA DE ALCANTARILLADO PLUVIAL

PRELIMINARES

SUMIDEROS

COLECTORES

93

Capítulo V

Conclusiones y Recomendaciones

5.1. Conclusiones

En la evaluación del sistema de alcantarillado sanitario existente se determinó

que no se encuentra en óptimas condiciones por lo que genera insalubridad y

contaminación al medio ambiente. En cuanto al sistema de alcantarillado

pluvial existente no cuenta con las estructuras adecuadas para la evacuación

de las aguas de escorrentía producidas por las lluvias.

Para el rediseño de los sistemas de alcantarillado sanitario y pluvial se dividió

el área de estudio en tres sectores, tomando una población de 10.000

habitantes para el sector 1, 5.000 habitantes para el sector 2 y 100 habitantes

para el sector 3 con la finalidad de que no exista sobredimensionamiento y

debido a que la población con la que se diseñó no habita en el santuario, sino

que se presenta en eventos religiosos de mayor concurrencia no se la

proyectó. En el diseño del alcantarillado pluvial en el sector 2 no se consideró

estructuras de captación y descarga de aguas lluvias debido a la presencia de

un canal.

Se obtuvo un presupuesto referencial de $ 89.606,82 para la implementación

del alcantarillado sanitario y el valor de $ 74.542,14 para el alcantarillado

pluvial, teniendo un total de $ 164.148,96 para la ejecución del proyecto.

94

5.2. Recomendaciones

Se recomienda el cambio de tres cajas de aceras en el sector 1 y dos cajas

domiciliarias en el sector 3, debido a que no se encuentran en buen estado

generando contaminación al medio ambiente.

Se recomienda el uso de cajas domiciliarias de polietileno y cámaras de

revisión tipo Manhole debido a que las profundidades son menores a 3,5 m y

son fáciles de instalar y tienen costos económicos.

Para que el alcantarillado pluvial tenga un buen funcionamiento, es necesario

mejorar el diseño de las cunetas para lograr la correcta captación y transporte

de la escorrentía producidas por las aguas lluvias.

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Anexos

Marco Legal

Secretaria Nacional del Agua

SENAGUA

NORMAS PARA ESTUDIO Y DISEÑO DE SISTEMAS DE AGUA POTABLE Y

DISPOSICIÓN DE AGUAS RESIDUALES PARA POBLACIONES MAYORES A

1000 HABITANTES

1. INTRODUCCIÓN

1.1 Las normas que se presentan a continuación tienen como propósito conseguir

que los diseños de sistemas de abastecimiento de agua potable y de eliminación de

aguas residuales se realicen dentro de un marco técnico adecuado para la realidad

ecuatoriana. Para ello, se han escogido sistemas y procesos que utilicen un mínimo

de equipos importados y que no empleen tecnología inadecuada que, en una gran

cantidad de casos, ha resultado en costosos fracasos.

1.2 Estas normas representan una actualización de los criterios de diseño utilizados

tradicionalmente en el Ecuador y se espera que futuras revisiones permitan

adaptarlas aún más a la realidad de nuestro país.

2. OBJETO Y ALCANCE

2.1 El objetivo fundamental de estas normas es proporcionar al Ingeniero Civil

relacionado con la Ingeniería Sanitaria un conjunto de criterios básicos de diseño para

el desarrollo de proyectos de abastecimiento de agua potable y de alcantarillado y

tratamiento de aguas residuales en el Ecuador. En muchos casos y de acuerdo a lo

indicado en cada uno de ellos, estos criterios son simples recomendaciones. En otros,

sin embargo, se pide su cumplimiento para garantizar que un sistema funciones de

acuerdo a lo diseñado.

2.2 El alcance de estas normas es a nivel nacional. Todas las Instituciones Públicas

o Privadas, Concejos Municipales, Consejos Provinciales, Empresas o Juntas de

Agua Potable y Alcantarillado y otras Instituciones que tengan a su cargo, o que

contratan el diseño o la fiscalización de diseños de sistemas de agua potable,

alcantarillado, potabilización de aguas y depuración de aguas residuales, deberán

utilizar obligatoriamente las normas presentadas en este código. En caso contrario,

esos proyectos no podrán ser aprobados por la Subsecretaría de Agua Potable y

Saneamiento Básico ni por las Instituciones que otorgan préstamos para la

construcción de obras sanitarias, tanto a nivel nacional como a nivel internacional.

2.3 El presente documento es parte del código ecuatoriano de la construcción y es

aplicable para poblaciones con más de mil habitantes.

APENDICE Z

OCTAVA PARTE (VIII)

SISTEMAS DE ALCANTARILLADO

1. Objeto

2. Alcance

3. Definiciones

4. Disposiciones generales

4.1. Clasificación

4.2. Etapas del proyecto

5. Disposiciones específicas

6.1. Bases de diseño

6.2. Red de tuberías y colectores

6.3. Diseño de sistemas de alcantarillado sanitario

6.4. Diseño de sistemas de alcantarillado pluvial

6.5. Diseño de sistemas de alcantarillado combinado

Anexo 1: Relaciones hidráulicas para conductos circulares

Universidad de Guayaquil

Facultad de Ciencias Matemáticas y Físicas

Escuela de Ingeniería Civil

UNIDAD DE TITULACION Telf: 2283348

ANEXO 10

REPOSITORIO NACIONAL EN CIENCIA Y TECNOLOGÍA

FICHA DE REGISTRO DE TESIS/TRABAJO DE GRADUACIÓN

TÍTULO Y SUBTÍTULO: Reacondicionamiento y Rediseño del Sistema de AA.SS. y

AA.LL. en el Santuario de Schoenstatt ubicado en el Cantón

Guayaquil AUTOR(ES) (apellidos/nombres): Arias Falquez Andrea Jessenia

Ordoñez Rodriguez Mayra Piedad

REVISOR(ES)/TUTOR(ES (apellidos/nombres):

Ing. Cevallos Revelo Zoila, M. Sc.

INSTITUCIÓN: Universidad de Guayaquil

UNIDAD/FACULTAD: Ciencias Matemáticas y Físicas

MAESTRÍA/ESPECIALIDAD:

GRADO OBTENIDO: Ingeniero Civil

FECHA DE PUBLICACIÓN: No. DE PÁGINAS: 94 ÁREAS TEMÁTICAS: Sanitaria

PALABRAS CLAVES/ KEYWORDS:

ALCANTARILLADO, CONEXIONES ERRADAS, DESCARGA,

MANHOLE, TUBERÍA.

RESUMEN/ABSTRACT (150-250 palabras): El Santuario de Schoenstatt está ubicado en la parroquia Tarqui del cantón Guayaquil, en la provincia del Guayas, actualmente no cuenta con un sistema de alcantarillado sanitario y pluvial en óptimas condiciones. En el presente trabajo se realizó la propuesta para la implementación del reacondicionamiento y el rediseño de los sistemas de alcantarillado sanitario y pluvial tomando en cuenta la evaluación de las estructuras de captación, transporte y descarga existentes. Para evitar el sobredimensionamiento del sistema de alcantarillado sanitario y pluvial, se dividió el área de estudio en tres sectores tomando una población de 10.000 habitantes para el sector 1, 5.000 para el sector 2 y 100 habitantes para el sector 3 donde existe una aldea de niños huérfanos. En el cálculo del caudal de diseño de agua servida no se consideró el caudal de conexiones erradas debido a que no existen viviendas adicionales a las preexistentes dentro del área del proyecto. Para la implementación del proyecto se usarán 23 cámaras tipo Manhole, 7 sumideros tipo piso, 5 cajas domiciliarias de polietileno y tubería PVC de diámetro interno 200, 250 y 400 mm. El presupuesto referential será de $164.148,96.

ADJUNTO PDF: X SI NO

CONTACTO CON AUTOR/ES:

Teléfono:

0995188653

0982722287

E-mail:

[email protected]

[email protected] CONTACTO CON LA

INSTITUCIÓN:

Nombre: FACULTAD DE CIENCIAS MATEMÁTICAS Y

FÍSICAS Teléfono: 2-283348 E-mail: fmatemá[email protected]

mailto:[email protected]

mailto:[email protected]

mailto:fmatemá[email protected]

facultad de ciencias matemÁticas y fÍsicas carrera …

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