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Redes de saneamiento (II):

Diseño de conducciones en redes

separativas sanitarias

Infiltracionesy aportaciones incontroladas

Escorrentía urbana (pluviales)

Doméstica o sanitaria

(zonas residenciales, comerciales y públicas)

Agua residual urbana

Industrial

Red separativa sanitaria(por gravedad o a presión)

… y de aguas pluviales(por gravedad)

Red (o sistema) unitaria(por gravedad)

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Infiltracionesy aportaciones incontroladas

Escorrentía urbana (pluviales)

Doméstica o sanitaria

(zonas residenciales, comerciales y públicas)

Agua residual urbana

Industrial

Red separativa sanitaria(por gravedad o a presión)

… y de aguas pluviales(por gravedad)

Red (o sistema) unitaria(por gravedad)

Objetivos del tema

Aprender a determinar el diámetro de alcantarillas y colectores (conducciones) en redes separativas

sanitariasA. ¿Cómo estimamos caudales de proyecto en redes

separativas sanitarias? B. Procedimiento para el dimensionado de colectores,

teniendo en cuenta criterios hidráulicos (pendientes, diámetros y velocidades mínimos y máximos, …)

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Referencias

• [1] Ingeniería de aguas residuales: redes de alcantarillado y bombeo. Ed. McGraw-Hill.

• [2] Ingeniería de las aguas residuales. Tratamiento, vertido y reutilización. Ed. McGraw-Hill.

• [3] Saneamiento y alcantarillado: vertidos de aguas residuales. Aurelio Hernández. Ed. Paraninfo.

• [4] EMASESA. Instrucciones Técnicas para redes de saneamiento

• [5] Cálculo de caudales en las redes de saneamiento. Catalá, F. Ed. Paraninfo. Colección Seinor no. 5.

• [6] CEDEX. Guía Técnica sobre redes de saneamiento y drenaje urbano.

A. Caudales de aguas negras

Se deben estimar los valores medios Qm y los valores punta Qp (relacionados por un factor punta Cp)

Qp = Cp x Qm

• Redes ya existentes– series históricas – aforos (vertederos, canales Parshall, trazadores,

molinetes, …)

• Redes de nueva construcción– a partir de datos de abastecimiento de agua– a partir de estimaciones/mediciones de caudales de

agua residual en poblaciones de características similares

Caudal de diseño

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A. Caudales de aguas negras

Se deben estimar los valores medios Qm y los valores punta Qp (relacionados por un factor punta Cp)

Qp = Cp x Qm

• Redes ya existentes– series históricas – aforos (vertederos, canales Parshall, trazadores,

molinetes, …)

• Redes de nueva construcción– a partir de datos de abastecimiento de agua– a partir de estimaciones/mediciones de caudales de

agua residual en poblaciones de características similares

Caudal de diseño

Caudal unitario(Tablas y gráficos)

Valor extensivo(Planificación)

Horizonte temporal = 10 años (zonas rurales); 20-30 años (zonas urbanas); 50 años (pasos subterráneos de tráfico y ferroviarios). Fuentes de informaciónorganismos de planificación locales, regionales o estatales, o utilizando métodos de estimación de la población

Qm = Volumen / pers. día x Población

Qm = Volumen / viv. día x Población

Infiltracionesy aportaciones incontroladas

Escorrentía urbana (pluviales)

Doméstica o sanitaria

Agua residual urbana

Industrial

Qm = Volumen / ha día x Superficie

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• Qu = 0.7 l/s/ha (EMASESA)

• Qu = 4000 m3/año/ha (Recomendaciones para la elaboración de los Planes de Cuenca, 1992)

Caudales unitarios

Doméstica o sanitaria

Agua residual urbana

Industrial

• Qu = 0.017 l/s/vivienda (EMASESA)

• Qu = 200-400 litros / pers. día [6]

2. Factores punta Cp y caudal de diseño Qp

Infiltraciones

El abastecimiento tiene poca capacidad de embalse y, por tanto, las curvas de caudales de ARU son parecidas a las de abastecimiento,

pero desfasada en el tiempo y algo más suaves.

Cp representa la razón entre el caudal máximo horario de ARU en el día de máxima producción y el caudal medio horario en un día promedio

Qp = Cp x Qm

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2. Factores punta Cp y caudal de diseño Qp

Cp representa la razón entre el caudal máximo horario de ARU en el día de máxima producción y el caudal medio horario en un día promedio

Qp = Cp x Qm

Agua residual doméstica

Valores guía [3]

Cp ≥ 2.4 Núcleos pequeños1.8 ≥ Cp ≥ 2.4 > 100,000 hab1.4 ≥ Cp ≥ 1.8 > 800,000 hab

Fórmulas empíricas [3]

Stanley & Kauffman (1953)Nota: P = población (miles de hab.)

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141

PCp

+

+=

Industrial /Comercial

Cp ≈ 2-3

B. Dimensionado hidráulico

‘Dado el caudal encontrar el diámetro’

¿Cómo?

1) La red debe funcionar de modo general en lámina libre (excepcionalmente en carga) y supondremos condiciones permanentes y uniformes

2) Existen velocidades mínimas (pendientes o diámetros mínimos) que restringen las opciones de diseño.

3) ¿Cuál es el procedimiento de cálculo para poder acomodar la condición que el 15 ó 20% de la altura de la sección debe quedar libre?

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Ecuaciones de flujo uniforme

estacionario por gravedad

g

V

D

Lfh

h

f2

2

=

2/12/12/12/18hfhf RCSRS

f

gV ==

2

8.14log2

−

=

ε

hRf

Flujo completamente turbulento

Chezy

= 0.013-0.015

3/22/12/12/1

6/11

hfhfh RS

nRS

n

RV == Manning

= C (Chezy)

B. Dimensionado hidráulico

‘Dado el caudal encontrar el diámetro’

¿Cómo?

1) La red debe funcionar de modo general en lámina libre (excepcionalmente en carga) y supondremos condiciones permanentes y uniformes

2) Existen velocidades mínimas/máximas (pendientes mínimas/máximas o diámetros mínimos) que restringen las opciones de diseño.

3) ¿Cuál es el procedimiento de cálculo para poder acomodar la condición que el 15 ó 20% de la altura de la sección debe quedar libre?

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Sistema separativo Criterios

Conducto A. Negras

Conducto A. Pluviales

Sistema unitario

D≤ 500 mm 0,5 h/D

D>500 mm 0,7

0,8 (0,9

máximo)

0,8 (0,9

máximo)

Vmáx (m/s) 3,0 5,0 5,0

Vmín (m/s) 0,3 (0,6) 1,0 0,6 (0,9)

Dmín (mm) 300

Prof. mín (m) 2,0

Pendientes recomendadas Diámetro de la conducción (mm) Mínima Máxima Óptima

Acometidas 2:100 7:100 3:100

D200-D300 1:1000 7:100 2:100 / 7:1000

D300-D600 1:1000 4:100 1:100 / 5:1000

D600-D1000 1:1000 2:100 5:1000 / 2:1000

D1000-D2000 1:10000 1:100 3:1000 / 2:1000

Dimensionado hidráulico

‘Dado el caudal encontrar el diámetro’

¿Cómo?

1) La red debe funcionar de modo general en lámina libre (excepcionalmente en carga) y supondremos condiciones permanentes y uniformes � Manning

2) Existen velocidades mínimas/máximas (pendientes mínimas/máximas o diámetros mínimos) que restringen las opciones de diseño.

3) Se debe cumplir que el 15 ó 20% de la altura de la sección debe quedar libre (aireación).

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D

h/D = 1

Qll, Vll

h

=

=

D

hf

V

V

D

hf

Q

Q

ll

p

ll

p

21 ,

Detalles en el capítulo 10.2 de White – Mecánica de Fluidos y en la página web (procedimiento en EXCEL)

Qp, Vp

h

h/D = 0.85

D

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Ejemplo 1

Determina el calado y la velocidad del agua en una alcantarilla parcialmente llena de 300 mmde diámetro y 0.005 m/m de pendiente, con un valor de n = 0.015, si descarga un caudal Q = 0.01 m3/s

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Ejemplo 2

Determina el diámetro requerido para una alcantarilla que transporta 0.15 m3/s, cuando fluye un 65% llena. La pendiente es S0 = 0.001 y n = 0.013.

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Otras secciones

para alcantarillas

Analizamos por zonas(1) Media caña (agua

residual)(2) Zona visitable (agua

residual y pluvial)(3) Bóveda semicircular

Visitable

A = áreaP = perímetroR = Radio hidráulico

Circular (llena)

A = 9.785 D2

P = 3.142 DR = 0.25 D

Ovoidal(llena)

A = 0.510 H2

P = 2.643 HR = 0.193 H

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Ejemplo 3

Dimensiona un colector de sección ovoidal para evacuar un caudal de 1350 l/s, con una pendiente de 0.008 y n = 0.014, con un grado de llenado del 80%. Una vez seleccionado el tamaño comercial, se deberá calcular el calado y la velocidad media.

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Ejemplo 4

Un colector visitable de una alcantarilla unitaria es de hormigón (n = 0.015) y tiene una pendiente del 0.005. Determina el calado y la velocidad media cuando circula un caudal punta Q = 3.5 m3/s.

1500

mm

600

mm

250

700 mm

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