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UNIVERSIDAD RAFAEL URDANETA
FACULTAD DE INGENIERIA
ESCUELA DE INGENIERIA CIVIL
OPTIMIZACION DE LOS DRENAJES Y RED DE CLOACAS EN LA URBANIZACIN ALTOS DEL PILAR
Br: JORGE L. ROMERO G. C.I: V-16.197.142
MARACAIBO, ABRIL 2008
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UNIVERSIDAD RAFAEL URDANETA
FACULTAD DE INGENIERIA
ESCUELA DE INGENIERIA CIVIL
OPTIMIZACION DE LOS DRENAJES Y RED DE CLOACAS EN LA URBANIZACIN ALTOS DEL PILAR
TRABAJO ESPECIAL DE GRADO PARA OBTAR
POR EL TITULO DE INGENIERO CIVIL
Br: JORGE L. ROMERO G. C.I: V-16.197.142
MARACAIBO, ABRIL 2008
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.Este jurado aprueba el trabajo especial de grado OPTIMIZACION DE LOS
DRENAJES Y RED DE CLOACAS EN LA URBANIZACIN ALTOS DEL
PILAR, que el bachiller JORGE L. ROMERO G. Presenta para optar al titulo de
Ingeniero Civil.
JURADO EXAMINADOR. Maracaibo, ABRIL 2008.
___________________________________ TUTOR ACADEMICO
___________________________________ Ing.
JURADO
___________________________________ Ing.
JURADO
___________________________________ Ing. Nancy Urdaneta
C.I: DIRECTOR DE LA ESCUELA DE INGENIERIA CIVIL
___________________________________ Ing. Jos Bohrquez
DECANO DE LA FACULTAD DE INGENIERIA
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DEDICATORIA.
A mis padres y hermanas.
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AGRADECIMIENTOS.
Agradezco principalmente a Dios.
La investigacin no se hubiese llevado a cabo sin la ayuda de muchas
personas. Agradezco a:
9 Mis Padres por brindarme su apoyo incondicional en las dificultades
que se presentaron durante la realizacin de la tesis.
9 Mi tutor acadmico por haberme prestado su colaboracin en la
realizacin de la investigacin.
9 Ing. ngel Arcaya por su apoyo en la ciudad de Punto Fijo.
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Romero Gmez, Jorge Luis C.I: 16.197.142. Trabajo Especial de Grado. Ttulo:
Optimizacin de los drenajes y red de cloacas en la Urbanizacin Altos del Pilar.
Ao: 2008. UNIVERSIDAD RAFAEL URDANETA.
RESUMEN
Esta investigacin tuvo como objetivo optimizar los drenajes y red de cloacas en la
Urbanizacin Altos del Pilar. El tipo de investigacin utilizada fue la de carcter
descriptivo, ya que los estudios descriptivos miden de forma independiente la
variable sin la formulacin de hiptesis. La informacin se obtuvo por medio de la
observacin directa en el sitio y los anlisis realizados a la topografa y secciones
de la vialidad de la Urbanizacin. Estos revelan que la Urbanizacin presenta
problemas de drenaje de aguas de lluvia en sus calles y en los sistemas cloacales.
Esto ocurre debido a la adicin de aguas provenientes de otras urbanizaciones y
al uso de los sistemas cloacales como conductos recolectores de aguas de lluvias
provenientes de las casas.
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INDICE GENERAL
ACEPTACIN III DEDICATORIA IV AGRADECIMIENTO V RESUMEN VI NDICE VII INTROUCCIN
1
CAPTULO I. El Problema.
11. Planteamiento y Formulacin del Problema 31.2 Objetivos de la Investigacin. 4
1.2.1 Objetivo General 41.2.2 Objetivos Especficos 4
1.3 Justificacin e Importancia de la Investigacin 41.4 Delimitacin
5
CAPTULO II. Marco Terico. 6
2.1
2.2
Antecedentes de la investigacin
Fundamentacin Terica
7
9
2.2.1 Componentes de los sistemas cloacales 9
Sistema urinario 10
Sistema separado 10
Ramal de empotramiento 11
Tanquilla de empotramiento 11
Boca de visita 11
Tramos 12
Red de colectores 13
2.2.2 Determinacin del caudal de diseo 13
2.2.3 Aguas servidas provenientes del acueducto 14
2.2.4 Aguas que se infiltran al colector 16
2.2.5 Aguas de lluvias empotradas clandestinamente 16
2.2.6 Periodo de diseo 17
2.2.7 Configuracin de redes cloacales 17
2.2.8 Nomenclatura 18
2.2.9 Trazado de colectores 18
2.2.10 reas tributarias a cada colector 19
2.2.11 Comportamiento hidrulico del sistema
Tipo de rgimen hidrulico de los colectores cloacales
19
19
2.2.12 Velocidad de flujo y velocidad de arrastre 20
2.2.13 Velocidad de arrastre 23
2.2.14 Pendiente de los colectores 24
2.2.15 Tirante o altura de la lmina de agua 24
2.2.16 Elementos hidrulicos de una seccin circular
a seccin llena 25
2.2.17 Elementos hidrulicos para un tirante H 25
2.2.18 Radio hidrulico 26
2.2.19 Determinacin de la velocidad correspondiente
a cualquier tirante de agua 27
2.2.20 Determinacin del gasto correspondiente a
cualquier tirante de agua
28
2.2.21 Dimetro y clase de tubera 29
2.2.22 Expresiones para el calculo, bacos y tablas 29
2.2.23 Modificaciones de las formulas de Manning 30
2.2.24 Colectores cloacales a presin 31
2.2.25 Colectores sobrecargados 32
2.2.26 Clase de tuberas 33
Tuberas de arcilla vitrificada 34
Tubera de asbesto cemento 34
Tubera plstica 34
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2.2.27 Sistema de recoleccin de agua de lluvias 35
2.2.28 Caractersticas de la zona 36
2.2.29 Estimacin del caudal 36
2.2.30 Drenaje de la carretera 36
2.2.31 Drenaje superficial 37
2.2.32 Mtodos de drenaje superficial 37
Canales abiertos 37
Sumideros
Sumideros de ventana
Sumideros de rejillas en cunetas
Sumideros de rejas en calzada
38
39
39
39
Ubicacin 39
2.3 Definicin de la variable 41
2.4 Sistema de variables e indicadores 43
CAPITULO III: Marco Metodolgico. 443.1 Nivel de investigacin 45
3.2 Poblacin 45
3.3 Muestra 45
3.4 Tcnicas e Instrumentos de Recopilacin de Informacin 46
3.5 Fases de la Investigacin
46
CAPITULO IV: Anlisis de resultados. 474.1 Anlisis de la situacin actual 48
4.2 Anlisis de la situacin propuesta 49
Conclusiones 50
Recomendaciones 51
Bibliografas 52
Anexos 53
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INTRODUCCIN
La hidrulica es la ciencia que estudia el comportamiento de los fluidos y en
la ingeniera civil, la hidrulica cubre un amplio espacio. Un ingeniero civil estudia
la mecnica de fluidos, la hidrologa y otros temas ms especficos como lo son
las instalaciones sanitarias, acueductos y cloacas y las obras hidrulicas.
El desarrollo de las ciencias, en general, se ha venido dando por las
necesidades de las personas de poder solventar problemas en la vida cotidiana.
Los problemas de operacin en las redes de cloacas y de drenajes de
aguas de lluvias en algunas ciudades se vienen presentando desde hace muchos
aos. A medida que una ciudad crece los problemas se hacen presentes con
mayor intensidad y sobre todo los de este tipo.
El propsito de este proyecto es promover la optimizacin del sistema de
drenaje y aguas servidas de un pequeo sector de la ciudad de Maracaibo como
lo es la Urbanizacin Altos del Pilar, que ao tras ao sufre las consecuencias de
un servicio que se encuentra en mal estado.
A medida que se avanza en el proyecto se desarrollaran los conceptos
bsicos y/o necesarios que se requieren para lograr el objetivo principal del
proyecto.
Realizando una investigacin descriptiva, cualitativa y cuantitativa sobre las
caractersticas del sistema de drenaje y la red de cloacas conjunto con la cantidad
de habitantes se puede observar fcilmente que este servicio colapsa sobre todo
en las pocas de lluvia. Para la obtencin de mejores resultados en el proyecto se
tomar una muestra de la poblacin para mejorar el servicio de drenajes y red de
cloacas.
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1.1 Planteamiento y Formulacin del Problema.
El desarrollo de las zonas urbanas en el mundo implica la dotacin de servicios, esto supone vialidad, servicios sociales, acueductos, cloacas, drenajes,
electrificacin, redes telefnicas, etc. Algunos de estos servicios estn
interrelacionados de tal manera que la existencia de uno, es consecuencia de la
presencia y/o desarrollo de otro. Esta relacin se puede observar entre los
acueductos y cloacas, ya que, si se construye un acueducto para un determinado
sector, es de gran necesidad recoger y dar salida a las aguas servidas (aguas
negras), si es que se pretende a travs de estos servicios mejorar las condiciones
de salubridad de la poblacin.
Estas aguas usadas y recolectadas deben ser enviadas a un sitio de
disposicin final, donde no tengan efectos ofensivos ni dainos a la comunidad.
Los colectores cloacales reciben aportes de aguas servidas de todo tipo,
procedentes tanto de uso domstico como comercial, lo cual hace que en su
cuantificacin intervengan algunos criterios similares a los que determinan los
consumos de agua en los sistemas de abastecimiento.
Por otra parte, las aguas provenientes de las lluvias que son tambin
recolectadas en cada edificacin, pueden ser conducidas conjunta o
separadamente de las aguas servidas, dando as origen a un sistema recolector
unitario o combinado, o por el contrario, a un sistema de recoleccin separado
(utilizado en Venezuela), siendo determinante para el sistema combinado, las
consideraciones de carcter econmico para la eleccin del mtodo ms
aconsejable.
En la urbanizacin Altos del Pilar, ubicada en el Municipio Maracaibo del
Estado Zulia, ocurren inundaciones ya que es probable, que el sistema recolector
de agua, se encuentre averiado y/o, que ya haya cumplido su perodo de diseo.
Cabe destacar que en los ltimos aos se han realizado algunas construcciones
que han aumentado el caudal de las aguas servidas, llegando a un colector ya
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existente y diseado para transportar las aguas servidas de la zona, con una
densidad de poblacin relativamente baja.
Todas estas posibles causas de dicho problema, conducen a la siguiente interrogante: Ser posible la optimizacin de los drenajes y red de cloacas en la
urbanizacin Altos del Pilar?
1.2 Objetivos de la Investigacin
1.2.1 Objetivo General.
9 Optimizar el sistema de drenajes y red de cloacas en la urbanizacin Altos del Pilar.
1.2.2 Objetivos Especficos.
9 Evaluar la magnitud de los caudales de las aguas negras y aguas de lluvia provenientes de las viviendas.
9 Verificar si el rea requiere estudio para la construccin de un nuevo colector.
9 Redisear el sistema de recoleccin de aguas con la finalidad de cumplir con las solicitudes y normas sanitarias.
1.3 Justificacin e Importancia de la Investigacin.
En Venezuela y en la regin zuliana el problema es relevante debido a inundaciones producidas por la infiltracin de aguas pluviales a los sistemas
colectores de aguas servidas, lo que trae como consecuencia el ascenso de las
aguas servidas a la red vial de los sectores y urbanizaciones. Tambin los
drenajes viales han sido encubiertos por falta de mantenimiento e importancia, lo
que conduce al deterioro prematuro de las carreteras y al desarrollo de
condiciones adversas de seguridad. Estas inundaciones producen en los
habitantes de los sectores enfermedades infecciosas como alergias, erupciones,
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diarrea entre otros. Las calles se tornan intransitables, hay acumulacin de basura
y residuos fecales trayendo como consecuencia malos olores.
Con la optimizacin del sistema de drenajes y red de cloacas, se
beneficiarn los habitantes del sector, ya que se eliminaran los estancamientos e
inundaciones de las aguas negras y de lluvia para que as haya un mejor
desenvolvimiento del trfico tanto vehicular como peatonal. Tambin se obtendr
una condicin adecuada se salubridad y de seguridad para el medio ambiente y
por consiguiente para los habitantes del sector.
1.4 Delimitacin.
La investigacin se llevar a cabo en Maracaibo, estado Zulia, en el periodo de Septiembre del 2.007 y Abril del 2.008. El rea a estudiar estar conformada
por las viviendas multifamiliares, unifamiliares y establecimientos comerciales de
la urbanizacin Altos del Pilar. Se incluye la revisin de los posibles aportes
provenientes de urbanizaciones y sectores vecinos, sin profundizar en la magnitud
de caudales, pero estableciendo la recomendacin de redireccionarlos dentro de
sus propias reas o recomendar otras soluciones.
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2.1 Antecedentes de la Investigacin.
Segn el trabajo de investigacin de Cristbal Villanueva, estudiante del
INSTITUTO UNIVERSITARIO POLITECNICO SANTIAGO MARIO, en el ao
1998, quien realiz un MODELO MATEMTICO PARA EL CLCULO DE TIPO,
TAMAO Y COSTO DE OBRAS DE DRENAJE URBANO A NIVEL PRELIMINAR,
se puede decir que este constituye una herramienta fundamental para obtener el
clculo, tamao y costo de obras de drenajes urbanos en Venezuela,
especficamente en algunos sectores del Estado Zulia de manera rpida y
efectiva, ya que no se cuenta con una forma exacta para determinar estos
parmetros. Al establecer el modelo matemtico se busca que las obras aporten
soluciones adecuadas y confiables a cada problema en particular con informacin
inicial bsica. Para la realizacin de su trabajo de investigacin fue necesario
recolectar la informacin bsica existente y el uso de clculos ya desarrollados por
otros autores, as como tambin datos, curvas de Intensidad Frecuencia
Duracin actuales del estado Zulia y tablas establecidas por el INOS. Dando como
resultado la creacin de un diagrama de flujo donde el Ingeniero pueda desarrollar
el proyecto que permita predimensionar y estimar costos de las Obras de Drenajes
Urbanos. Dicho trabajo suministra a la optimizacin de los drenajes y red de
cloacas en la urbanizacin Altos del Pilar los indicadores y estndares desde el
punto de vista de magnitud y costo del proyecto, los cuales se tomarn en cuenta
al momento de disear o mejorar el servicio ya descrito.
El trabajo de investigacin SOLUCION DEL DRENAJE SUPERFICIAL DE
LA VIALIDAD COMO ALTERNATIVA EN LA POBLACION DE CARRASQUERO,
realizado por Yolmary Crdenas y Keila Fernndez, en abril del 2004 tuvo como
objetivo el determinar una solucin de drenaje superficial de la vialidad en la
poblacin de Carrasqueo. La investigacin utilizada fue la de carcter
tecnolgico, ya que permiti analizar de manera cualitativa el problema. La
informacin se obtuvo por medio de la observacin directa en el sitio, toma de
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fotografas y entrevistas realizadas a las entidades gubernamentales y habitantes
del lugar. Develan que la poblacin de Carrasqueo presenta severos problemas
de drenaje externo e interno de las aguas de lluvias lo que dificulta su conduccin
a los puntos de descarga natural (quebradas). El desage de la zona es deficiente,
debido entre otras razones, a lo anegadizo del rea y al ancho de la va fijado ya
por las viviendas existentes, los cual permiti construir un sistema de drenaje que
permita conducir las aguas de lluvia a una quebrada existente, a objeto de no
sobrecargas las vas ni las descargas finales, considerando al mximo su
direccin natural. Este trabajo de investigacin proporciona para la optimizacin de
los drenajes y red de cloacas en la urbanizacin Altos del Pilar las herramientas
para determinar de manera cualitativa el deterioro del drenaje vial, as como las
formas para adecuarlo o mejorarlo.
El Trabajo Especial de Grado realizado por Alirio Rodrguez y David
Socorro O, es cual se titula ANLISIS DE LAS CAUSAS DE LAS INUNDACIONES
POR LLUVIA EN LA URBANIZACIN ALTOS DEL PILAR del Municipio
Maracaibo del Estado Zulia. Esta investigacin tuvo como objetivo analizar las
causas de inundaciones por lluvia en la Urbanizacin altos del Pilar. El tipo de
investigacin utilizada fue la de carcter descriptivo cuya informacin se obtuvo
por medio de la observacin directa en el sitio y entrevistas realizadas a los
habitantes de la Urbanizacin. Estos revelan que su Urbanizacin presenta
problemas de drenaje de aguas de lluvia en sus calles y en los sistemas cloacales,
esto ocurre debido a la adicin de aguas provenientes de otras urbanizaciones y al
uso de los sistemas cloacales como conductos recolectores de aguas de lluvias
provenientes de las casas. Este trabajo de investigacin aporta los diferentes
datos y parmetros en los cuales se basarn parte de los clculos para la
optimizacin de los drenajes y red de cloacas en la urbanizacin Altos del Pilar.
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2.2 Fundamentacin Terica
En la fundamentacin terica se exponen las conceptualizaciones y
caractersticas de los sistemas cloacales, drenajes, y las definiciones de sus
componentes.
2.2.1 Componentes de los Sistemas Cloacales.
Recopilaciones y trabajos realizados por Simn Arocha (basado en las
Normas de proyectos, Construccin, Operacin y mantenimiento de los Servicios
de Cloacas I.N.O.S. 1965), permiten saber que la recoleccin de las aguas
servidas se hace en el interior de las edificaciones a travs de las piezas sanitarias
y caeras internas de la construccin. Estas constituyen las instalaciones de la
edificacin, y su diseo atiende a consideraciones de orden prctico que por
razones econmicas se basa en las probabilidades de simultaneidad del uso
conjunto de las piezas sanitarias.
Hasta el presente, el mtodo sanitariamente ms aconsejable para el
transporte de las aguas servidas es mediante la construccin de tuberas
subterrneas que denominamos cloacas y que conducen dichas aguas a puntos
distantes para su tratamiento y disposicin final.
Adicionalmente a la atencin a dar a estas aguas usadas, las zonas
urbanizadas modifican la topografa del terreno, alterando as la permeabilidad del
suelo, de forma que es necesario canalizar y conducir las aguas de lluvias con la
finalidad de evitar daos a las edificaciones propias y vecinas.
La recoleccin de las aguas pluviales puede hacerse en forma separada de
las aguas servidas o combinadas con ellas, siendo determinante consideraciones
de tipo econmico para la eleccin del mtodo ms aconsejable.
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El trmino de aguas negras se refiere a aquellas aguas que contienen
excretas o han sido contaminadas por ellas y el de aguas servidas generalmente
se emplea para definir aquellas aguas que han sido usadas para fines domsticos como lavado de ropa, fregado, higiene personal. Sin embargo, todas estas aguas
recolectadas en las viviendas o edificaciones y conducidas hacia el exterior de las
mismas reciben la denominacin de aguas negras, toda vez que ellas han sido
contaminadas por excretas.
Por otra parte, las aguas provenientes de las lluvias que tambin son
recolectadas en cada edificacin pueden ser conducidas conjunta o
separadamente de las aguas negras, dando as origen a un sistema de
recoleccin unitario o combinado, o por el contrario, a un sistema separado.
Sistema Unitario.
Cuando en una zona urbanizada se recogen conjuntamente las aguas
negras y las aguas de lluvia, se disean y construyen colectores que
denominamos sistema unitario, mixto o combinado, el cual debe ser capaz de
recibir los aportes de aguas de lluvia y aguas negras, descargadas directamente
desde las edificaciones ms retiradas o comienzo de red, hasta el ltimo punto de
recoleccin.
El sistema unitario debe ser capaz de recibir los empotramientos de las
edificaciones, tanto las negras como las aguas de lluvia, y que contemple adems
la incorporacin de las aguas de lluvia que se escurren superficialmente por calles,
aceras y reas pblicas a travs de obras de captacin (sumideros) ubicados
convenientemente.
Sistema Separado.
Un sistema separado contempla una red cloacal para conducir las aguas
negras y otra red de tuberas, que conjuntamente con estructuras especiales de
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recoleccin conducirn exclusivamente aguas de lluvia, constituyendo as al
alcantarillado de las aguas pluviales.
Este sistema supone que, tambin las edificaciones recogen
separadamente sus aguas: descargando a la calle las aguas de lluvias, donde
sern recogidas en sumideros y enviadas por la red de colectores pluviales hasta
el cauce natural, y por otra parte, conduciendo las aguas negras o servidas hasta
la tanquilla de empotramiento de la edificacin para incorporarlas al sistema cloacal.
Ramal de Empotramiento.
Es la tubera, que partiendo de la tanquilla en el borde de la acera, va hasta
el colector cloacal que est enterrado en la calle y pasa ms cerca de la vivienda.
Este ramal de empotramiento tendr un dimetro de acuerdo al gasto
correspondiente de la edificacin que sirve, pero en ningn caso dicho
empotramiento debe ser inferior a 150 mm de dimetro siendo 1 por 100 la
pendiente mnima aconsejable.
Para cada parcela deber instalarse una tubera de empotramiento, cuyo
dimetro mnimo estar de acuerdo a la dotacin de agua correspondiente.
Tanquilla de Empotramiento.
La tanquilla de empotramiento normalmente se ubica debajo de la acera,
preferiblemente en el punto ms bajo del frente de la parcela. Generalmente se
construye con tubera de concreto, cuyo dimetro mnimo es de 250 mm,
incrementndose este de acuerdo a la dotacin.
Boca de Visita.
En los colectores de aguas negras, as como en los de aguas de lluvia,
deben ubicarse convenientemente estructuras que permitan la inspeccin y
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faciliten su limpieza. A estas estructuras se les llaman bocas de visita, las cuales
son estructuras generalmente compuestas de un cono excntrico, cilindro y base
que permiten el acceso a los colectores cloacales y cuya ubicacin, tipo y
caractersticas estn sealadas en el art. 336 de las Normas e instructivos para el
proyecto de alcantarillado, Ministerio del Ambiente y Recursos Naturales (MARN) que normatiza al los organismos como Hidroven, antes conocido como el Instituto
Nacional de Obras Sanitarias (INOS).
Las bases se proyectan con canales, para conducir los caudales que llegan
a la boca de visita, y generalmente son de concreto armado, o sin armar, vaciado
en sitio.
La parte central de forma cilndrica se construye generalmente con anillos
prefabricados de aproximadamente 1.50 m de dimetro interior, y en longitudes de
0.30, 0.60 y 0.90 m, con los cuales se logran las variaciones de altura para
diferentes profundidades.
La parte superior consiste en un cono excntrico, terminando en un
dimetro interior de aproximadamente 60 cm, dimensin mnima recomendable
para hacerla visitable, y en la cual se apoya la tapa, generalmente de hierro
fundido.
De acuerdo al artculo sealado, debern proyectarse bocas de visita:
9 En toda interseccin de colectores del sistema 9 En el comienzo de todo colector 9 En los tramos rectos de los colectores, a una distancia entre ellas de
120 m, para colectores hasta 0.30 m (12) y 150 m para colectores
mayores de 0.30 m (12).
9 En todo cambio de direccin, pendiente, dimetro y material empleado en los colectores
9 En los colectores alineados en curva, al comienzo y fin de la misma y en la curva a una distancia de 30 m entre ellas, cuando corresponda.
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Tramos
Se denomina tramo a la longitud de colector cloacal comprendido entre dos
bocas de visita contiguas. El dimetro y dems caracterstica de cada tramo, estn
determinados por el gasto o caudal de diseo correspondiente. El tramo se
identifica por las bocas de visita que lo comprenden.
Red de Colectores.
La red est constituida por todo el conjunto de tramos; y en ella podemos
definir a un colector principal, el cual recibe los aportes de una serie de colectores
secundarios que, de acuerdo a la topografa, sirven a diversos sectores de la zona
urbanizada. El colector principal toma la denominacin de colector de descarga o
emisario a partir de la ltima boca de visita del tramo que recibe aportes
domiciliarios, hasta el sitio de descarga en la planta de tratamiento o en un curso
superficial.
Las Normas del Ministerio de Salud y Desarrollo Social (MSDS), antes
conocido como el Ministerio de Sanidad y Asistencia Social (MSAS), definen al
colector principal como una sucesin de tramos de cloacas, que partiendo de la
boca de visita de comienzo del emisario y, en sentido contrario al flujo, sigue la
ruta de los gastos mayores.
2.2.2 Determinacin del Caudal de Diseo.
Una estimacin del caudal de aguas negras como base para el diseo de la
red de colectores cloacales, comprende determinaciones de varios aportes que de
la manera ms aproximada o exacta posible, debe hacerse a fin de lograr un
diseo ajustado a condiciones reales. Con frecuencia se observan colectores
trabajando sobrecargados o desbordndose por las bocas de visita, a causa de
imprecisin en los clculos.
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Investigaciones realizadas en diversas ciudades han evidenciado que los
colectores de aguas negras reciben los aportes de agua de tres procedencias
diferentes.
Las aguas servidas provenientes del acueducto, las aguas que se infiltran al
colector procedente del subsuelo, y aguas de lluvia que clandestinamente empotra
cierto porcentaje de las viviendas de la localidad.
tan inf( )andQ C Q Q= +
En donde 2=C , segn las Normas de Proyectos, Construccin, Operacin y mantenimiento de los Servicios de Cloacas del Instituto Nacional de Obras
Sanitarias. 1965.
2.2.3 Aguas Servidas Provenientes del Acueducto.
Si bien es cierto que no todo el volumen de agua del acueducto que se
consume en una edificacin regresa a las cloacas, tambin es verdad que en una
gran mayora de ciudades existen fuentes privadas de abastecimiento, ya sea con
fines industriales, comerciales o domsticos que compensan una disminucin, y
que como no forman parte del sistema del acueducto, no se contabilizan.
A menos que se tengan ciudades cuyo grado de control sobre la posibilidad
de explotacin de fuentes privadas de abastecimiento de agua sea tal que
garantice su no utilizacin; el considerar un factor de disminucin del gasto de
diseo (factor de reingreso), por razones de riesgo, procesos industriales y otros,
puede resultar una temeridad en el diseo.
Cuando no se dispone de una curva tipo, puede asumirse como un
consumo per cpita por da, o bien, basndose en las Normas Sanitarias, utilizar
cifras de consumo de acuerdo al uso de la tierra.
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Cuando para el diseo de una red cloacal se utilizan los datos de
abastecimiento de agua, obteniendo como mediciones del registrador totalizador,
no hay diferenciacin entre las aguas usadas de origen domestico, de las de
origen comercial, industrial o institucional, y se asume, por tanto, que todo el
caudal que entrega el acueducto a la poblacin, lo reciben los colectores cloacales
en forma similar, con cierto desplazamiento en el tiempo. Para fines prcticos, este
desplazamiento no afecta al diseo, pues debe darse capacidad a las
instalaciones para satisfacer el mximo caudal que en forma instantnea pueda
recibirse de toda el rea a servir.
Vale la pena sealar nuevamente, que si bien es verdad que no toda el
agua que entrega el acueducto a la poblacin, regresa al sistema cloacal, existen
otras fuentes de abastecimiento privado que no contabiliza el medidor del
acueducto y cuyo aporte compensa las disminuciones del gasto por razones de
perdidas o fugas en las tuberas de abastecimiento, riego, lavado de carros, etc.
Basado en este criterio, en el que se estima que el gasto a considerar como
aporte para el caudal de diseo de los colectores cloacales, proveniente del
acueducto, sea equivalente al del consumo mximo horario.
. .a n d mQ Q K R=
( )( ) ( )( )1 12 218 /1000 / 4 /1000K Pob Pob= + + ( . ) / 86400m diariaQ Pob Dot=
.Pob A D= andQ : (lts/seg)
K : Coeficiente adimensional.
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R : Coeficiente de Reingreso 0,80
Pob : Poblacin (hab).
A : reas (ha).
d i a r i aD o t : Dotacin diaria.
D : Densidad de Poblacin (hab/ha).
2.2.4 Aguas que se Infiltran al Colector.
Dado a que generalmente los colectores cloacales se disean como
canales abiertos, existen muchas posibilidades de que se infiltren aguas del
subsuelo hacia los colectores. Ello depender de diversos factores, entre otros del
nivel de la mesa de agua, de la porosidad del material de la tubera, del tipo de
junta, etc.
Los colectores de aguas negras deben disearse con capacidad para recibir
este gasto adicional que de manera inevitable penetra a los conductos,
principalmente a travs de juntas o uniones. La caracterstica de una buena junta
en colectores cloacales, incluye estanquidad, resistencia a penetracin de races,
resistencia a corrosin y durabilidad.
Cabe destacar que el dimetro de la tubera es importante, debido a que las
tuberas de grandes dimetros poseen mayores dificultades en su reparacin y
construccin de juntas respecto a las tuberas de dimetros pequeos. Adems
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ellos representan las mayores longitudes de la red, y tambin, a travs de los
ramales de empotramiento penetra una cantidad relativamente apreciable de
aguas de infiltracin. La Norma del Instituto Nacional de Obras Sanitarias
contemplan en el aparte 3.12 El gasto mximo de infiltracin a considerar en un
sistema de cloacas, ser de 20.000 l/Km/da y que al multiplicarlo por la longitud
del colector resulta el Qinf. das
daKmlLLQ empcol
8640020000*)(
inf
+= ; Donde:
colL : Longitud del colector.
empL : Longitud de empotramiento.
2.2.5 Aguas de Lluvia Empotradas Clandestinamente.
Si bien en un sistema separado de aguas negras y aguas de lluvias, es de
suponer que no se permitir el empotramiento de aguas provenientes de los
techos y patios interiores al sistema de aguas negras, se sabe que esto no se
logra en un 100 % y que por el contrario existe un porcentaje de viviendas que por
ignorancia, negligencia o pequeas ventajas econmicas en la construccin de las
instalaciones internas, empotran sus aguas de lluvia conjuntamente con las aguas
servidas, incrementando por tanto los caudales de escurrimiento en los colectores
cloacales.
2.2.6 Periodo de Diseo.
Es el tiempo para el cual el sistema es eficiente 100%, ya sea por
capacidad en la conduccin del gasto deseado o por la resistencia fsica de las
instalaciones. En el caso de colectores cloacales, este debe ser cuidadosamente
seleccionado, ya que la impresin en la determinacin de los aportes, aunados a
periodos de diseo inadecuado para resultar en limitaciones de desarrollo para
nuevas reas u nuevas zonificaciones, o bien un gran incremento de costos por
amortizacin de colectores.
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En el caso de colectores principales, un periodo de diseo entre 40 y 50
aos se puede considerar aconsejable, en virtud de los inconvenientes y costos de
aplicaciones para recibir caudales mayores.
Las tuberas secundarias hasta 15 pulgadas (38 cm.) de dimetro, pueden
estimarse para periodos de diseo de 25 aos o ms.
Los emisarios de descarga, al igual que colectores principales, deben
considerarse con periodos de diseo suficientemente largos para evitar
inconvenientes y costos mayores.
2.2.7 Configuracin de Redes Cloacales.
Un rea cualquiera podr presentar varias alternativas de trazado de
colectores principales y secundarios atendiendo a su topografa. Evidentemente
habr una que logre la mxima economa y aproveche al mximo aconsejable su
capacidad, a fin de obtener el mejor funcionamiento hidrulico del sistema.
Tambin debern contemplarse las extensiones futuras, incluyendo las
posibles reas que por condiciones topogrficas se vern obligadas a drenar a
travs del sector en estudio.
2.2.8 Nomenclatura.
La utilizacin de los ejes de las calles para dar una identificacin a los
colectores, usando letras en un sentido y nmeros en otro, resulta prctico y de
fcil ubicacin para cualquier revisin.
2.2.9 Trazado de Colectores.
Partiendo del punto de descarga, el cual puede ser un cuerpo de agua
(previa aprobacin), un colector existente o una planta de tratamiento (existente o
a disear) se trata de definir el posible trazado del colector principal siguiendo
hacia arriba por las calles de menor pendiente, procurando que este cubra toda el
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rea a ser servida. Durante este recorrido podemos visualizar varias tentativas de
trazado, seleccionando y realizando los varios embozos posibles, tomando el que
a la postre resulte ms conveniente.
En ocasiones podemos configurar sistemas en abanico, cuando las
facilidades de concentracin a un punto, ms que un eje, nos resulte ventajoso
para el mejor aprovechamiento de los dimetros mnimos de colectores.
Generalmente, el la elaboracin del trazado de colectores, un factor
determinante para el diseo es la diferencia de elevacin entre el punto de
descarga y el punto del extremo superior. Es aconsejable para el diseo tener bien
definida esta condicin antes de proceder a proyectar colectores secundarios y
laterales, ya que ello puede evitar tener que disear totalmente el sistema.
2.2.10 reas Tributarias a cada Colector.
La forma ms practica de determinar los gastos o caudales para el diseo
de cada tramo y cada colector es haciendo una reparticin del gasto total del
parcelamiento en funcin de su rea. Al delimitar el rea a servir por cada tramo
podemos obtener el caudal de diseo correspondiente.
2.2.11 Comportamiento Hidrulico del Sistema.
Tipo de Rgimen Hidrulico de los Colectores Cloacales.
Las aguas negras, constituidas principalmente por aguas y un pequeo
porcentaje de slidos, tienen un comportamiento bajo el punto de vista hidrulico
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similar al de las aguas puras, de modo que sobre esa premisa se desarrollan los
clculos hidrulicos en los colectores cloacales.
Esta consideracin nos conduce a conclusiones similares a las
determinadas para flujo en canales abiertos, y a la aplicacin de las leyes que
rigen para esta condicin, ya que la mayora de los colectores se disearan como
canales. Excepciones a esta se tendr:
A.- cuando los colectores trabajan sobrecargados;
B.- cuando se trate de colectores en zonas bajas que precisen un bombeo; y
C.- en el caso particular de sifones invertidos.
En tales casos el diseo se considera como conductos a presin.
En trminos generales, se puede decir entonces que la superficie del agua
cloacal ser igual a la que tomara si fuera agua pura.
Asimismo, para efectos de diseo el rgimen es permanente, lo cual se
mantiene cuando la descarga es constante y uniforme. Esto requiere que la
velocidad media sea constante en secciones sucesivas a lo largo de un tramo.
2.2.12 Velocidad de Flujo y Velocidad de Arrastre.
Roberto Manning, en 1890 propuso una expresin para el clculo de la velocidad
de flujo en colectores trabajando como canales abiertos, partiendo de la
expresin de Chezy ( )1/ 2.HV C R S= ; y basado en sus propias experiencias estableci una modificacin de la constante C como funcin del radio hidrulico y
del coeficiente de rugosidad.
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1 / 6
1( ) HHRC F n R
n= =
Que sustituido en la expresin original de CHEZY, concluye en:
2 / 3 1 / 21HV R SN
=
Donde:
N : Coeficiente de rugosidad.
V : Velocidad de escurrimiento (mts/seg).
HR : Radio hidrulico (mts).
S : Pendiente hidrulica (unitaria).
El gradiente o pendiente hidrulica coincide con la superficie en flujos de
canales, y generalmente la pendiente hidrulica la expresamos como la pendiente
de la rasante del colector, lo cual supone flujo uniforme.
La velocidad determinada se refiere a la velocidad media para un caudal Q
que fluye bajo condiciones de canal. Esta velocidad media es aproximadamente el
85 por 100 de la mxima y ocurre a 0,20 y 0,80 de la profundidad.
Esta velocidad reviste especial importancia, toda vez que debe producir el
arrastre o acarreo de los slidos, es decir, no debe producirse la sedimentacin de
los slidos a lo largo de los colectores.
Es por tanto conveniente la velocidad mnima a mantener en el colector, a
fin de que produzca el arrastre de los slidos presentes. Se han hecho estudios
para determinar la capacidad de arrastre para diversos materiales. De acuerdo a
estudios realizados por Du Buat (citado por Simn Arocha), se estableci
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similitud con las velocidades requeridas para el arrastre de material granular como
arena, grava, piedra, etc.
El ingeniero Anastasio Guzmn (citado por Simn Arocha) considera que
los slidos de las aguas negras requieren una velocidad similar a la grava media,
por lo cual ellas pueden tomarse como base para la fijacin de la velocidad
mnima en los colectores cloacales.
En ste sentido una buena practica seria el considerar la capacidad del
colector como cuatro veces el gasto diario medio anual y el caudal mnimo de flujo
del orden de 0,5 el gasto diario medio anual.
Una reserva moderada y suficiente, se logra diseando el colector con una
capacidad comprendida entre 0,50 y 0,67 del gasto de diseo, considerando todos
los factores sealados como aportes para el diseo. Asimismo, que el caudal
mnimo a considerar debe proveer un tirante de agua no menor de 5 cm.
Tambin puede estimarse que en caso de colectores mayores de 60cm
(24 ) un borde libre de 30 cm, puede ser suficiente para prever incremento de
gasto, accin de olas, etc.
Si con estos criterios satisfacemos condiciones de velocidad de arrastre,
pocos problemas de sedimentacin han de tenerse en los colectores cloacales:
Las normas del MARN establecen la velocidad mnima en 0, 60 m/seg, para
colectores de aguas negras trabajando a seccin plena, as:
art. 3.23. Velocidad mnima:
La velocidad mnima a seccin plena, en colectores de alcantarillado de
aguas servidas ser de 0, 60 m/seg. La velocidad mnima a seccin plena, en
colectores de alcantarillado de aguas pluviales y nico, ser de 0,75m / seg
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Sin embargo, al no establecer condicin para la del gasto real de flujo,
pudieran presentarse situaciones de colectores que satisfaciendo una condicin
terica a seccin llena, no provoquen velocidades de arrastre para el gasto real de
funcionamiento o viceversa. Por ello el autor estima conveniente determinar la
velocidad de flujo para el caudal de diseo y el valor del tirante de agua por el
mismo caudal.
En el manual n. 9 de la Water Pollution Control Federation (citado por
Simn Arocha), establece al respecto muchos proyectistas prevn un factor de
seguridad en el diseo de cloacas sanitarias tales que en los colectores pequeos,
hasta 12 o 15 en dimetro, el caudal no fluye a ms de la mitad lleno para el
gasto mximo de diseos. Colectores de mayor dimetro pueden ser diseados de
modo que el gasto mximo de diseo fluya entre medio lleno y 7 /10 del dimetro
para colectores de 30 pulgadas y ms.
El grado de conservacin con el cual se estableci el caudal mximo puede
afectar la seleccin de la profundidad de flujo. Es deseable evitar la condicin de
colectores cloacales fluyendo a seccin llena por razones de ventilacin .
Esta apreciacin concuerda con la nuestra, en el sentido de dejar suficiente
capacidad de reserva, dada la impresin que se tiene en la determinacin de los
gastos de diseo, y ms aun, ante la realidad de gastos pluviales incorporados
clandestinamente a colectores cloacales.
Admitida esta condicin para el diseo, ser conveniente determinar la
velocidad correspondiente y verificar si es igual o superior que la de arrastre, con
lo cual tendremos un colector atendiendo a criterios ms que una normativa que,
aunque satisfecha, no cumple el objetivo para la cual fue concebida ms adelante
veremos el clculo correspondiente a velocidades, para distintos tirantes de agua
en un colector.
2.2.13 Velocidad de Arrastre.
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El desplazamiento de una masa de agua en un canal puede asemejarse al
de un slido deslizndose sobre un plano inclinado, y el arrastre que el agua hace
de los sedimentos en aguas negras es anlogo a la friccin que se ejerce sobre
este plano.
La fuerza Fi de desplazamiento se opondr la resistencia FR en las cuales
intervienen ciertos factores, fcilmente identificables unos, poco controlados otros.
Por tanto interesa determinar el valor de la fuerza cortante para arrastrar el
material slido, as como la velocidad requerida para vencer la friccin del
conducto.
Asumiendo flujo permanente y uniforme, la superficie de contacto de un
cierto volumen de agua desplazndose sobre un canal estar dada por el
permetro mojado correspondiente. Se supone que el agua no tiene friccin
interior.
Pero al considerar el rea transversal o seccin, resulta evidente que
cuanto mayor sea el caudal, mayor ser el rea mojada y menor la resistencia.
R HF R S=
Donde:
RF : Intensidad de la fuerza de arrastre
HR : Radio hidrulico
S : Pendiente del fondo
: Peso especifico del agua
2.2.14 Pendiente de los Colectores.
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La seleccin de la pendiente de los colectores cloacales es principalmente
funcin de la topografa de la zona a desarrollar, procurando el menor costo en la
excavacin. Esto conduce a tratar de lograr diseos que se adapten en lo posible
a la superficie del terreno. En otras condiciones, pueden resultar inconveniencias,
en razn de altas velocidades que ocasionen erosin en los conductos.
En este caso, dos son los factores primordiales que privan en la seleccin
de una pendiente de un colector cloacal: por una parte, razones de economa en la
excavacin, y por la otra, la velocidad de flujo por limitaciones tanto inferior como
superior.
Al concebir el trazado de colectores deber tambin preverse condiciones
muy particulares en cuanto a pendiente, que pueden obligar a los colectores a
profundidades tales que modifiquen las pendientes de algunos tramos:
intersecciones, puntos obligados de descarga, etc., son ejemplos tpicos de esta
consideracin.
Al fijar las pendientes deben considerarse las cotas de los extremos y las
profundidades de rasante, a fin de preparar el diseo de la tubera bajo el punto de
vista de su resistencia estructural.
2.2.15 Tirante o Altura de la Lmina de Agua.
La variacin del gasto en los colectores es una condicin inevitable, ya que
por una parte el colector es diseado para un determinado periodo, al principio del
cual el colector recibe una porcin pequea del gasto de diseo, y por otra, existen
variaciones horarias en las descargas que tambin alteran la condicin de flujo en
el conducto. Por razones de facilidad de limpieza y de mantenimiento que impidan
la obstruccin de colectores, se ha fijado un dimetro mnimo permisible, lo cual
tambin hace que en la mayora de los casos estos no trabajen a seccin plena, si
no que normalmente fluyan parcialmente llenos.
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2.2.16 Elementos Hidrulicos de una Seccin Circular a Seccin Llena.
Tirante de agua: ( H ) ser igual al dimetro del colector, H D=
Permetro mojado: .P D=
rea mojada: 2.
4DA =
Radio hidrulico: 1/ 2.
. 4HD DRD
= =
Velocidad: 2 / 3 1 / 21HV R SN
=
Gasto o caudal: .Q V A=
4 / 3 1/ 2HQ R SN
=
2.2.17 Elementos Hidrulicos para un Tirante H.
a) Permetro mojado AJB=
360P D =
360
DP =
b) rea mojada = rea de casquete CAJBC
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Segmento CAJBC = sector OAJBO triangulo OAB
Sector OAJBO ( ) 12
D A JB= /2
Sector OAJBO ( )[ ]1 (1 / 2) ( / 360 )2
D D = /2
( )2 2 sin 2AB AC R = = cos 2CO R
=
Tringulo ( ) ( ) ( )( )21 sin cos sin cos2 2 2 22 4DOAB R = = Pero:
( ) ( ) ( )sin cos sin2 2 2 = Triangulo
2 2
sin sin24 8D DOAB = =
rea mojada: ( )2( /8) /180 sinmA D = (Ver anexo 1) 2.2.18 Radio Hidrulico
( )2( / 8) /180 sin360
H
DAR DP
= =
( )1 180 sin /4HDR =
Relacin entre el ngulo y el tirante de agua H:
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-
cos cos /2 2OC R OC R = = ; pero OC R H=
Luego:
cos ( ) / 1 ( / ) 1 ( / 2)2 R H R H R H D = = =
Relacin de reas
( )[ ]2 2/ ; / 8 ( /180) sin ; ( / 4)r c r cA A A D A D = = 2.2.19 Determinacin de la Velocidad Correspondiente a cualquier
Tirante de Agua
Aplicando la expresin de Manning, para canales abiertos, se tendr que la
velocidad a seccin llena es:
2 / 3 1 / 21
c cV R SN=
Y para un tirante cualquiera:
2 / 3 1 / 21R rV R SN=
N y S constantes:
2 / 32 / 3 1/ 2 2 / 3 1/ 2
2 / 3
1 1/r rr cc c
V RR S R SV N N R
= =
Pero:
4cDR =
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DOS
-
2 / 3 2 / 3 2 / 32 / 3
2 / 3
4( / 4)
r cr R
c
R RV RV D D2/3
= =
2.2.20 Determinacin del Gasto Correspondiente a Cualquier Tirante
de Agua.
Mediante la aplicacin de la ecuacin de continuidad Q = V x A, conocidas
las velocidades de flujo y el rea mojada para cualquier tirante se puede encontrar
el gasto o caudal correspondiente y su relacin a seccin plena. Esto permite
mltiple usos y determinaciones grficas, as: llamando Qc la capacidad de un
colector cualquiera, se tiene:
c c cQ V A= siendo:
cV : Velocidad a seccin plena.
cA : rea del colector
y llamando Qr al gasto de un tirante de agua cualquiera:
r r rQ V A= relacin
( ) ( ) ( )/ /r c r r c cQ Q V A V A= Con las relaciones de reas y de velocidades ya calculadas podemos
obtener las relaciones de gasto para las diferentes relaciones de tirantes de agua.
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-
2.2.21 Dimetro y Clase de Tuberas.
Para la seleccin de dimetros es necesario considerar dos aspectos en el
comportamiento del flujo y tuberas:
9 Conductos trabajando como canales abiertos 9 Como conductos a presin.
2.2.22 Expresiones para el Clculo, bacos y Tablas.
La expresin ms generalizada para el diseo de colectores trabajando
como canales abiertos es la ecuacin de Manning.
2 / 3 1 / 21
c cV R SN=
La cual tiene su origen en la fuerza de friccin que se genera al fluir agua a travs
de un conducto
( , , , , ) ( / ) ( / )u tRF f n A p L V C p A L n= = Cuya estimacin por Chezy conduce a expresin de velocidad media
z x
rP C S= Por razones de orden prctico y a fin de facilitar el diseo, se trabaja con la
frmula de Manning usando bacos preparados para diferentes valores de n,
trabajando a seccin plena.
Los coeficientes de rugosidad N dependen del material de conducto, de la
seccin, de las irregularidades del colector, y su cuantificacin es difcil e
imprecisa, habiendo sido determinado experimentalmente por diversos
investigadores con resultados que ofrecen variaciones unos de los otros.
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En casos donde se utilizan tuberas de concreto se aplican valores de n =
0.015 para tuberas hasta 21 (53 cm.) de dimetro y 0,013 para dimetro de 21.
En el anexo 2, se presenta el baco que representan los clculos para la
ecuacin de Manning en colectores fluyendo a seccin plena, para los valores de
n mencionados anteriormente.
Los bacos permiten preseleccionar dimetros en funcin de gasto y
pendiente para valores de n = 0,009; 0,010; 0,011; 0,012; 0,013; 0,015 en aquellos
casos en que la superficie interna de la tubera permite tales coeficientes de
friccin. (Ver Anexos 2 al 8)
2.2.23 Modificaciones de las Formulas de Manning.
Mohan y Kanna presentaron una expresin que intenta corregir las
limitaciones que la formula de Manning tiene. Este error se debe al uso de un solo
valor para n, independientemente del dimetro, de la velocidad del flujo y de la
velocidad del lquido y al uso de una ecuacin dimensionalmente no homognea,
son motivos de consideracin de dicho anlisis. Mohan y Kanna plantean un error
comprendido entre 100 y 150 % en la frmula de Manning. Para cubrir flujos
turbulentos se ha derivado una frmula dimensionalmente homognea y exacta
similar a la de Hazen-Williams basada en la ecuacin de Colebrooks.
0,6575 0,5525
0,105
(3,83. . ( . )RC D g SV =
Que para agua a 20C se convierte en:
0,6575 0,5525143,534. .RV C R S=
Y ( ) ( ) ( ) ( )0,5 0,1052(2) / 3,83. log / 3, 7 1, 78 /R R RC R K D R = +
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D : Dimetro.
g : Aceleracin de Gravedad.
S : Pendiente hidrulica.
: Viscosidad Absoluta.
RC : Coeficiente de rugosidad
( ). /RR D g D S = . : Viscosidad cinemtica.
En su trabajo, Mohan y Kanna presentan un baco, elaborado para CR = 1,
que con el auxilio de tablas para diferentes valores de CR, obtenidos de
experiencias realizadas en tuberas de varios dimetros y clases, permite la
determinacin exacta de los gastos y velocidades para condiciones de flujo
variables.
2.2.24 Colectores Cloacales a Presin.
Si bien generalmente se procura disear los sistemas de recoleccin de
aguas servidas, para trabajar como canales abiertos, en ciertas circunstancias se
hace necesario el diseo de algunos tramos o colectores para trabajar como
conductos a presin. Estas condiciones pueden presentarse en varias situaciones
distintas:
9 Cuando se tiene necesidad de bombear las negras de una zona baja. 9 Cuando se hace necesario para depresiones mediante sifones
invertidos.
9 Cuando se tengan zonas donde, ante la imposibilidad de aumentar los dimetros, los colectores deban actuar sobrecargados.
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En tales situaciones el diseo debe atender a diseos de conductos a
presin, por lo cual deben tomarse en cuenta aquellos parmetros que puedan
afectar la operacin del sistema, entre ellos, se considera de fundamental
importancia el gasto mnimo y la velocidad mnima para el arrastre de sedimentos.
Segn Mc Pherson, Ticket y Hobbe la velocidad mnima de arrastre puede
estimarse mediante la siguiente expresin:
1, 35V D 1/2= V : Velocidad (m/s)
D : Dimetro (m)
La seleccin de la clase de tubera a utilizar depender de la presin de
trabajo; as como el tipo de material en su fabricacin depender de las
condiciones de trabajo y de los costos en la regin, que garanticen los
requerimientos tcnicos y logren un diseo econmico.
El dimetro se seleccionara en base a un anlisis econmico, que tome en
cuenta la variable que determinan las dimensiones del costo.
2.2.25 Colectores sobre Cargados.
Cuando por alguna razn (incremento de densidad de poblacin, sedimento
en tuberas, aporte de lluvias, etc.) un colector con una determinada capacidad,
diseado como canal abierto recibe un caudal superior, se produce un remanso en
una cierta longitud a veces hasta la boca de visita. Sobre el tramo afectado se
ejercer una presin hidrosttica cuyo valor mximo lo definir el nivel en la boca
de visita, donde la presin ejercida levantara la tapa y provocar un
desbordamiento.
Si bien, generalmente, la magnitud de la presin no es lo suficientemente
grande como para afectar la tubera, mayor inconveniente es el desbordamiento
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por las bocas de visita o hacia las viviendas y el retorno hacia los puntos ms
bajos.
Para el clculo de estos tramos a presin, se recomienda la utilizacin de la
expresin de Hazen-Williams nJ LQ= o la de Darcy-Weisbach
2( / ( / 2 )h f L D V g= )
En la primera hacemos J h= (carga hidrosttica tolerable) y en la segunda determinamos v para la h permisible.
2.2.26 Clases de Tuberas.
La generalidad de los sistemas cloacales se disean para trabajar como
canales abiertos, por lo cual los conductos utilizados no atienden a factores de
presin interna, sino ms bien a que ofrezcan buenas caractersticas para el flujo
(rugosidad) y resistencia para resistir erosin, agresividad por cidos y gases, y
resistencia estructural a las cargas exteriores.
Las tuberas ms comnmente usadas son las fabricadas de concreto,
arcilla vitrificada, asbesto cemento y las tuberas a base de polmeros.
Tuberas de Concreto: (C1, C2, C3, C4, C5, C6, C7)
Es la tubera ms utilizada en Venezuela, fabricndose sin armadura de
acero o armados. Los tubos fabricados de acuerdo con estas normas atienden a
una denominacin de acuerdo a su resistencia estructural, as se tiene:
Tuberas sin armaduras de acero, clases 1, 2 y 3.
Tuberas armadas (con alambres de alta resistencia, con malla de alambre
o con barras de acero) clases 4, 5, 6 y 7.
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El coeficiente de rugosidad para tuberas hasta dimetros de 21 (23cm)
inclusive se utiliza con coeficiente de rugosidad n = 0.015 y para dimetros
mayores a 21 se usa n = 0.013 en las formulas de Manning.
Tuberas de Arcilla Vitrificada.
Esta tubera cuya materia prima, la arcilla, es sometida a un proceso de
vitrificacin mediante la aplicacin de tres diferentes ciclos a una mxima
temperatura de 2000 a 2400 F, logrando la fusin de los granos de arcilla entre si
y complementndose con un barnizado, al aplicar sal comn en la fase de
temperatura mxima.
El coeficiente de rugosidad es mucho menor que para tuberas de concreto
n = 0.011.
Tuberas de Asbesto-Cemento.
Son tuberas fabricadas por el enrollado a presin de una mezcla de
asbesto y cemento en capas mltiples y sometidas al fraguado mediante procesos
especiales. Pueden estimarse un valor de n = 0.011 a 0.012.
Tuberas Plsticas.
Las tuberas plsticas de cloruro de polivinilo (PVC) o de copolmero de
Acrilonitrilo-Butano-Estreno (ABS) que se fabrican de acuerdo a normas
especficas de la ASTM, presentan algunas ventajas en la utilizacin de
conduccin de aguas con caractersticas agresivas por su alta resistencia a cidos
y sustancias agresivas.
Estas tuberas tienen paredes internas no absorbentes y las juntas se
hacen por soldadura qumica, lo cual representa una ventaja por que elimina el
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aporte de infiltraciones y ello adicionalmente significa eliminacin de obstruccin
por crecimiento de races.
Presenta menor resistencia fraccional, pudiendo estimarse un valor de n =
0.009 a 0.010; o si se aplica la ecuacin de Hazen-William un valor de C = 140.
2.2.27 Sistema de Recoleccin de Aguas de Lluvias.
La recoleccin de aguas servidas en un sistema separado supone tambin
la existencia de una red de alcantarillado para recolectar las aguas de lluvias y
conducirlas hasta los cauces de quebradas existentes en la zona, sin provocar
daos a propiedades vecinas o de las zonas mismas. Por ello, las viviendas y
edificaciones del sector deben proyectar y construir sus instalaciones sanitarias de
forma tal que permitan conducir sus aguas servidas a las tanquillas de
empotramiento cloacal, y sus aguas de lluvias, proveniente de techos y patios
interiores para ser descargados libremente a las calles, donde sern recolectadas
en sumideros convenientemente ubicados.
Para trabajar en un buen diseo deben tomarse en cuenta todas las
variables que pueden intervenir en la determinacin de un gasto de aguas de lluvia
acumulndose, y que puede crear inconvenientes a la comunidad. En general,
podemos considerar cinco factores importantes, para efectos de diseo de un
sistema de recoleccin de aguas de lluvia.
2.2.28 Caractersticas de la Zona.
El tipo de superficie y sus pendientes, as como los porcentajes de construccin,
son factores que influyen sobre el grado de impermeabilidad que facilita o retarda
el escurrimiento de las aguas de lluvia que puedan concretarse en un punto. Por
ello, al considerar la zona a proyectarse debemos medir las reas
correspondientes a cada caracterstica.
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La superficie total a considerar en el proyecto estar constituida por el rea
propia, ms el rea natural de la hoya que drena a travs de ella.
2.2.29 Estimacin del Caudal.
La determinacin del gasto de diseo para un sistema de recoleccin de
aguas de lluvias en zonas pobladas atiende generalmente al mtodo racional.
El mtodo racional asume que el caudal mximo que se acumula en un
determinado punto, como consecuencia de la escorrenta de aguas pluviales, esta
expresado por la ecuacin:
Q C iA= Q : Caudal (lts/seg).
C : Coeficiente de escorrenta.
i : Intensidad de lluvia (lts/seg/ha).
A : rea (ha).
El mtodo considera la intensidad de lluvias, para una duracin igual al
tiempo de concentracin, ya que se estima que habr un incremento de caudal a
medida que se incrementa el rea, puesto que la disminucin en intensidad con el
tiempo es compensado con el mayor incremento de rea. Cuando toda el rea ha
contribuido, sta permanece constante pero habr disminucin de intensidad a
mayor tiempo, y por tanto el gasto disminuir.
2.2.30 Drenaje de la Carretera.
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El drenaje apropiado, segn Frederick S. Merritt, es una consideracin
importante en el diseo de una carretera. Las instalaciones inadecuadas para
drenaje pueden conducir al deterioro prematuro de la carretera y al desarrollo de
condiciones adversas de seguridad, como el hidroplaneo. Por lo tanto, es comn
que se designe una parte apreciable del presupuesto de construccin de la
carretera a las instalaciones de drenaje.
En esencia, la funcin general del sistema de drenaje de una carretera es
extraer agua de lluvia del camino, as como el agua del derecho de va de la
propia carretera.
2.2.31 Drenaje Superficial.
Deben tomarse medidas para la extraccin de agua, proveniente de la lluvia
o de la fusin de la nieve, o de ambas, que cae directamente sobre un camino o
viene del terreno adyacente. Al camino se le debe dar la inclinacin adecuada
para que drene el agua, alejndola de los carriles de circulacin y de los
acotamientos y, a continuacin, dirigirla hacia los canales de drenaje del sistema,
como son bajos de tierra natural, canales de concreto y cunetas, para descargarla
hacia una masa adyacente de agua. Los canales deben ubicarse y conformarse
para minimizar el potencial de riesgos para el trfico y tener capacidad para los
flujos anticipados de agua de tormentas. Deben colocarse bocas de alcantarillas
para el drenaje, segn necesite, para prevenir el encharcamiento y limitar la
diseminacin del agua hacia los carriles de trfico.
2.2.32 Mtodos de Drenaje Superficial.
En los ambientes urbanos y en las zonas en desarrollo, el uso de canales
de drenaje en las orillas puede verse severamente limitado por los usos de los
terrenos circundantes. En la mayor parte de los casos, el costo para adquirir el
derecho de va necesario para implementar esas instalaciones de drenaje es
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prohibitivo. En las zonas urbanas es posible que sea necesario construir
colectores de agua de lluvia de longitud considerable para llegar hasta la masa de
agua ms cercana, con el fin de descargar el escurrimiento.
Canales Abiertos.
Se pueden usar cunetas laterales para captar el escurrimiento de una
carretera ubicada en un corte. Las cunetas pueden ser trapezoidales o con forma
de V. La cuneta trapezoidal tiene mayor capacidad para una profundidad dada. Sin
embargo, en la mayor parte de las secciones transversales de carreteras se
incluye alguna forma de canal V, como parte de la configuracin geomtrica de
esa seccin. En la mayor parte de los casos, no resulta econmico variar el
tamao de estos canales. Como resultado, este tipo de canal en general tiene
capacidad para economizar, ya que debe mantenerse una profundidad normal
para drenar las capas de la subbase del pavimento.
A los canales en la orilla a menudo se les da dimensiones para el
escurrimiento anticipado y para el flujo de canal abierto calculado a partir de la
ecuacin de Manning. En esta ecuacin se incluye un coeficiente de rugosidad, N,
que puede ser tan bajo como 0,02, para el concreto y legar hasta 0.10 para el
csped grueso. Es probable que el flujo hacia debajo de pendientes suaves sea
subcrtico, en tanto que el flujo hacia debajo de pendientes pronunciadas puede
ser supercrtico. Cuando la profundidad del agua es mayor que la crtica, se tiene
flujo subcrtico. En consecuencia, cuando la profundidad del agua es menor que la
crtica se tiene flujo supercrtico. La brusca transicin de flujo subcrtico a
supercrtico toma la forma de un salto hidrulico.
Los canales abiertos se deben disear para evitar el flujo supercrtico. La
razn para esto es que el agua que se mueve por un canal a altas velocidades
puede generar olas y hacer que esa agua sobresalga de los lados del canal y
formar causes en la salida corriente abajo. Para limitar los efectos de las
formacin de causes en la salida, se pueden incorporar disipadores de energa en
el canal. Un disipador de energa puede ser un salto que altere la pendiente del
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canal de pronunciada a suave. De modo alterativo, pueden colocarse elementos
speros, como bloques largueros, en el canal para incrementar la resistencia al
flujo y disminuir la probabilidad de que ocurra el salto hidrulico.
Sumideros.
Los sumideros son obras de captacin sugeridas por Simn Arocha. Los
sumideros son dispositivos de captacin pueden ser de varios tipos y su seleccin
esta determinada por las caractersticas topogrficas, grado de eficiencia del
sumidero, importancia de la va y por la posibilidad de arrastre y acumulacin de
sedimentos en el sector.
Determinado el caudal para las condiciones de riesgo en determinado
punto, y definidos los puntos de recoleccin de esas aguas de lluvia, conviene
seleccionar el tipo de sumidero que logre la mayor eficiencia de captacin y
proceder a su dimensionado.
Los principales tipos de sumideros que se emplean para ello son:
Sumideros de ventana.
Consiste en una tanquilla de recoleccin, ubicada directamente debajo de la
acera, con ventana lateral coincidiendo con el borde de la misma que permita la
captacin del agua que escurre en la cuneta o borde de acera.
Sumideros de Rejillas en Cunetas.
Consiste en una tanquilla colocada en la cuneta, la cual se cubre con una
rejilla, preferiblemente con barras en sentido a la corriente; sin embargo, a fin de
lograr mayor resistencia estructural con frecuencia se colocan inclinadas, esto
tambin favorece al transito de bicicletas. Presentan inconvenientes frecuentes por
el deterioro de las rejillas, ocasionado por el transito y estacionamiento de
vehculos, Sin embargo, su mayor ventaja radica en su mayor capacidad de
captacin para pendientes pronunciadas en las calles.
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Sumideros de Rejas en Calzada.
Consiste en un tanquilla transversal a la va y a todo lo ancho de ella,
cubierta con rejas, con barras diagonales. Generalmente el ancho es de 0,90 m.
Se usan pletinas de 75 x 12 mm y un espaciamiento entre ellas no mayor de 6 cm,
centro a centro.
Ubicacin.
En general puede decirse que la ubicacin y espaciamiento entre sumideros
estar definida por la magnitud del caudal de aguas de lluvia que para
determinadas caractersticas se concentre en un punto, creando situaciones de
incomodidad a peatones y al trfico.
En ciertos casos, la ubicacin del sumidero esta determinada por las
siguientes consideraciones:
9 Puntos Bajos y depresiones de las calzadas. 9 Aguas arriba de las intersecciones, especialmente de los cruces para
peatones, en - avenidas y calle.
9 En los cambios de pendiente longitudinal y transversal de las calzadas. 9 En accesos a los puentes y terraplenes sobre quebradas. 9 En calles donde la acumulacin de agua moleste el trnsito, en sectores
comerciales y zonas residenciales de importancia.
9 En todos aquellos sitios, donde el proyectista lo considere necesario, previa justificacin correspondiente.
El proyectista mediante la observacin del plano de topografa modificado y
de pendientes longitudinales de calles, podr ubicar tentativamente un cierto
nmero de sumideros, el cual ser posteriormente incrementado o disminuido,
mediante la determinacin de caudales, que justifiquen su decisin.
Conociendo la pendiente transversal y longitudinal de la calle, puede
determinarse el ancho mojado en la calzada que provea un determinado caudal,
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mediante la ecuacin de Manning, as como la altura que dicho gasto alcanza en
el borde de la acera o en la cuneta.
Generalmente se toma 2 por 100 como pendiente transversal de calle;
pudiendo en algunos casos incrementarse la depresin en el borde, creado la
cuneta que aumenta la capacidad de escurrimiento.
Considerando la condicin de calle con pendiente trasversal de 2 por 100,
pero sin cuneta, se tiene:
rea mojada21 1 50
2 2o oW Y Y= =
Permetro Mojado ( ) 1/ 222 50 51o o o oY Y Y Y = + + =
Radio hidrulico2 55 1 o
A YP
= =
y considerando el coeficiente de Manning n = 0.016, el doctor J. A. Ayala (citado
por Simn Arocha), elabor un baco en funcin de las pendientes longitudinales
de la calle (para pendientes transversales St = 2 %) el cual permite estimar la
magnitud de ancho mojado en la calzada y altura en el borde de la acera.
Ayala en su estudio seala la inconveniencia de permitir el libre
escurrimiento de las aguas de lluvia en la calzada (a cada lado) con gasto superior
a 100 lt/seg.
Por su parte las normas del MARN establecen la condicin de ancho
mojado en la calle que establece en 1.5 m para ciertas zonas y permite a la
totalidad de la calzada como zona inundable en otros casos. Esto puede en
algunos casos representar caudales de circulacin superiores a los 100 lt/seg, lo
cual puede ser similarmente estimado mediante el baco del doctor Ayala.
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2.3 Definicin de la variable.
Definicin conceptual
Se define como sistema de drenajes al conjunto de los drenajes viales que
contiene una zona para mantenerla libre de inundaciones, siendo este sistema
conformado por las cunetas (canales abiertos) y alcantarillas (drenaje
subterrneo).
Por otra parte la red de cloacas es la interconexin de tuberas
subterrneas capaz de recibir aportes de aguas negras descargadas directamente
desde las edificaciones ms retiradas o comienzo de la red hasta el ltimo punto
de recoleccin, conducindolas a puntos distantes de la zona urbana para su
tratamiento o disposicin final. Estas tuberas tambin son denominadas
colectores, los cuales reciben aportes de otras redes que sirven a diversos
sectores urbanos.
Definicin operacional:
Se entiende por sistema de drenaje al conjunto de acciones, materiales o
no, destinadas a evitar, en la medida de lo posible, que las aguas pluviales causen
daos a las personas o propiedades en las ciudades u obstaculicen el normal
desenvolvimiento de la vida urbana; es decir, dirigidas al logro de los objetivos
planteados para un determinado proyecto.
La red de cloacas se encarga de remover las aguas de desecho en flujo
libre, como si se desplazasen a travs de una corriente tributaria hacia el canal
troncal principal de un sistema pluvial subterrneo. El caudal en estos sistemas
fluye continuamente cuesta abajo, excepto cuando se intercalan estaciones de
bombeo o tuberas de impulsin para elevar los flujos a conductos situados a una
cota superior, evitando la costosa construccin de conductos profundos en un
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terreno plano y transfiriendo aguas residuales de reas bajas subayacentes a la
tubera principal de dicho sistema. Hidrulicamente estos sistemas estn
diseados como canales abiertos, fluyendo parcialmente llenos o cuando mucho
exactamente llenos.
2.4 Sistema de Variables e Indicadores.
Objetivos Variable Dimensiones Indicadores Evaluar la magnitud de los caudales de aguas negras y aguas de lluvia provinientes de las viviendas.
Magnitud de los caudales de las aguas negras y de lluvia.
lts/seg
Verificar si el rea requiere estudio para la construccin de un nuevo colector.
Solicitades de un colector.
Capacidad (), pendiente,
banqueo, cotas rasantes.
Redisear el sistema de recoleccin de aguas con la finalidad de cumplir con las solicitudes y normas sanitarias. S
iste
mas
de
dren
ajes
y re
d de
cl
oaca
s.
Sistema de recoleccin propuesto.
Redireccin del flujo.
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3.1 Nivel de Investigacin.
El nivel la de investigacin es descriptiva, la cual consiste en el anlisis e
interpretacin de los datos que han sido reunidos con un propsito definido, el de
la comprensin y solucin el problema. La investigacin descriptiva puede ser
utilizada para identificar metas u objetivos y a su vez sealar los caminos por los
que pueden ser alcanzados.
Los estudios descriptivos miden de forma independiente la variable y an
cuando no se formulen hiptesis, las primeras aparecern enunciadas en los
objetivos de la investigacin.
3.2 Poblacin.
La poblacin se refiere al conjunto para el cual sern vlidas las
conclusiones que se obtengan: a los elementos o unidades (personas,
instituciones y cosas) involucradas en la investigacin. (Arias Fidias G, 1999, p.51)
La poblacin a estudiar ser la urbanizacin Altos del Pilar, ubicada en la
parroquia Olegario Villalobos del Municipio Maracaibo.
3.3 Muestra.
La muestra es un sub-conjunto representativo de un universo o porcin,
sendo el tipo de muestreo en este caso intencional u opintico (Arias Fidias G,
1999, p. 51; p.53). Las calles 57, 57-A, 58 y las avenidas 14 - B, C, D, E, F y G
son la muestra de la poblacin en estudio.
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3.4 Tcnicas e Instrumentos de Recopilacin de Informacin.
El instrumento para la recoleccin de informacin a utilizar fue la
observacin directa, lectura evaluativa y el anlisis de documentos. Los
instrumentos que se utilizaron fueron los planos de parcelamiento y cotas de la
zona en estudio, tesis anteriores, ya que estos aportarn los datos que se
utilizarn en la parte de clculo.
3.5 Fases de la Investigacin.
La investigacin consta de varias etapas:
En primer lugar se revis el plano de la zona en estudio con las cotas del
terreno para trazar las posibles rutas de los colectores. Una vez trazada la ruta de
los colectores se procedi al parcelamiento de la zona en reas que aportan
caudales al sistema de colectores y por consiguiente el rea total, el caudal
unitario y de cada tramo.
Tomando en cuenta los caudales que se puedan infiltrar al colector de una
manera u otra, o ya sea porque los habitantes conectan la tubera de aguas de
lluvia al colector de aguas servidas.
Basado en los resultados obtenidos anteriormente y considerando el caudal
de aguas negras que aporta la cuenca situada aguas arriba de la zona en estudio,
se procedi al calculo de los nuevos dimetros, cotas de rasante de salida y
llegada de cada tramo entre la bocas de visita, teniendo presente los parmetros
de velocidad, pendiente para cada colector y el banqueo mnimo.
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4.1 Anlisis de la situacin actual.
La hoya hidrogrfica que recoge las aguas que se dirigen a esta
urbanizacin, tiene un rea de 18,48 hectreas. La intensidad de lluvia de esta
zona fue tomada de las curvas de Intensidad-Duracin-Frecuencia construidas por
el Ministerio de Obras Pblicas para la regin VII, que comprende fragmentos de
los Estados Zulia y Falcn. La ciudad de Maracaibo pertenece a la regin VII. La
Curva de frecuencia utilizada fue la de 15 aos y se obtuvieron los valores de
intensidad siguientes, 340 lps/ha para 15 min. y 260 lps/ha para 30 min.
Tomando en cuenta un coeficiente de escurrimiento de 0,85, se obtuvieron
dos valores de gastos de la hoya hidrogrfica. (Ver anexo 11)
La Calle 57, es la que sufre mayores problemas. Las dimensiones de la
seccin transversal de la calzada son de 10,55 mts de ancho con 0,15 mts. de
altura en los brocales. La calzada est dividida por dos pendientes casi
despreciables de 0,372 %. (Ver anexo 12)
Tomando en cuenta la seccin de la calzada como canal, los caudales
obtenidos de la hoya hidrogrfica, y utilizando la ecuacin de Manning con un
coeficiente de rugosidad igual a 0,016, los tirantes obtenidos con los dos caudales
de aguas de lluvia han sido de 0,31 mts. y 0,27 mts., mayores a 0,15 mts. Esto
trae como consecuencia inundaciones dentro de las viviendas. (Ver anexo 12)
Las reas individuales por parcela arrojan una sumatoria total igual a 4,02
ha. Los sistemas de aguas negras en la urbanizacin estn compuestos por tubos
de concreto de 0,20 mts. de dimetro con pendientes de 4% de principio a fin.
Tomando en cuenta una densidad de poblacin de 150 hab/ha, se obtiene un
caudal de aguas negras igual a 10.96 lts/seg. Utilizando la ecuacin de Manning y
un coeficiente de rugosidad de 0,015, se obtiene un tirante igual a 0,1662 mts, lo
que significa que la tubera del ltimo tramo del sistema normalmente trabaja a
seccin plena, adems de que los habitantes de la zona han empotrado el
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desage de lluvias al colector de aguas servidas, por esta razn el sistema
colapsa en pocas de lluvias. Ya que con la sumatoria del gasto de aguas de lluvia
y el gasto de aguas servidas, se calcula un tirante de agua para el ltimo tramo del
colector principal, resulta este mayor al dimetro del tubo de dicho tramo. (Ver
anexo 14)
4.2 Anlisis de la situacin propuesta.
Eliminar los desages de los patios de las viviendas de la urbanizacin y
dirigir el escurrimiento de las aguas de lluvia a las calles y avenidas, con el fin de
evitar el colapso del sistema en la red de aguas negras.
La construccin de un sistema de cloacas el cual posea tuberas de mayor
dimetro a los existentes, ya que as los colectores seran capaces de soportar las
cargas tanto de las aguas servidas como una parte provenientes de las lluvias,
que se puedan infiltrar de alguna u otra manera al colector. As mismo dndoles a
estas aguas servidas unas nuevas rutas dentro del sistema, se podra aligerar la
carga que soporta el colector principal, dejando ste solo para los caudales
provenientes de aguas arriba.
Cabe destacar que en algunos tramos del sistema de cloacas poseen
pendientes elevadas en relacin con el caudal que pasa por ellos, esto se debe a
que si se disminuye la pendiente aumenta el tirante de agua en la tubera pero a
su vez desminuye la velocidad, resultando esta menor que el valor mnimo de
velocidad. De igual manera sucede con respecto al banqueo, ya que si se
disminuye la pendiente del colector, resulta un valor de banqueo menor al mnimo.
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CONCLUSIN
Con los resultados obtenidos se observa que se presenta un problema de
colapso de los colectores de aguas negras ya que emergen por las bocas de visita
hacia la superficie debido a que el sistema est trabajando en estos momentos a
seccin plena, adems que tiene inclusin de aguas de lluvia a sus colectores.
Mediante la verificacin de las reas, se determin un nuevo caudal de
aguas negras para el sistema de cloacas as como un nuevo diseo del mismo, el
cual evitara el desbordamiento de las aguas negras por las bocas de visita debido
a que se aumenta la seccin del colector, disminuyendo la posibilidad de que los
colectores trabajen a seccin plena en pocas de lluvia.
La escarificacin y repavimentacin de las calles de la urbanizacin para
aumentar la profundidad, mantener la misma altura en los brocales y as poder
alcanzar unos 30-35 cms de profundidad, de esta forma la calle servir como
canal para drenar las aguas de lluvia sin afectar las viviendas de las zonas ms
bajas.
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RECOMENDACIONES
Aumentar la seccin del colector principal y en algunos tramos de los
colectores secundarios ya que as disminuye la posibilidad de que los colectores
trabajen a seccin plena en pocas de lluvia.
Eliminar los empotramientos de aguas de lluvia a los colectores de aguas
negras, dirigindolas hacia el drenaje de las calles con el fin de evitar el colapso
del sistema en la red de aguas negras.
Al momento de realizar la repavimentacin se recomienda recurrir al uso de
cunetas en los bodes de la va, para un mejor funcionamiento del sistema de
drenaje de lluvias en la urbanizacin, de este modo las aguas de lluvia seguiran
su camino por las calles, sin estancamientos.
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BIBLIOGRAFA
MERRITT, F; LOFTIN, M; RICKETTS, J. Manual del Ingeniero Civil. Ediciones McGraw - Hill, cuarta Edicin, Mxico, D.F. 1999.
MONSALVE, Germn. Hidrologa en la Ingeniera. Editorial Escuela Colombiana de Ingeniera, 1995. AROCHA R., Simn. Cloacas y Drenajes. Ediciones Vega, S.R.L., 1983. CARCIENTE., Jacob. Carreteras: Estudio y Proyecto. Ediciones Vega, S.R.L., 1980. ARIAS, Fidias G. El Proyecto de Investigacin. Editorial Episteme, 1999. TAMAYO Y TAMAYO, Mario. Diccionario de la Investigacin Cientfica. Editorial Limusa, 1993.
I.N.O.S. Normas de Proyectos, Construccin, Operacin y mantenimiento de los Servicios de Cloacas. Instituto Nacional de Obras Sanitarias. 1965.
Bolinaga I, Juan J. Drenaje Urbano. Ministerio del Ambiente y de los Recursos Naturales Renovables, Instituto Nacional de Obras Sanitarias. Caracas 1979.
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Anexo 1. Altura de agua (H) en conducto circular.
Relaciones hidrulicas.
R R
A B
O
C
J
H
D
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Anexo 2.
baco el clculo de los conductos circulares trabajando a seccin plena.
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Anexo 3.
baco para el clculo de las caractersticas de un conducto circular.
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Anexo 4.
baco para el clculo de las caractersticas de un conducto circular.
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Anexo 5.
baco para el clculo de las caractersticas de un conducto circular.
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Anexo 6.
baco para el clculo de las caractersticas de un conducto circular.
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Anexo 7.
baco para el clculo de las caractersticas de un conducto circular.
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Anexo 8.
baco para el clculo de las caractersticas de un conducto circular.
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Anexo 9 Curva de intensidad duracin y frecuencia de la regin
VII.
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Anexo 10.
Direccin de las Aguas de Lluvia, calle 57 Colector de Dimetro de 0.20 mts.
Plano de la Urb. Altos del Pilar.
8
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Hoya Hidrogrfica
Curva IDF = 15 (aos)
Intensidad (lps/ha)
rea de la cuenca
(ha)
C. de escurrimiento(ponderado)
Gasto pico (l/s)
t =15 min 340 18.48 0.85 5340.72 t =30 min 260 18.48 0.85 4004.88
Anexo 11.
Cuadro de clculo del caudal pico de la hoya hidrogrfica.
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Gasto pico
(m3/s) N RH (m) S
A (m2)
H (m)
5.3472 0.016 (10.55H-0.15825) (2(H+5.2708)) 0.00372(10.55Y-0.15825) 0.31
4.00488 0.016 (10.55H-0.15825) (2(H+5.2708)) 0.00372(10.55Y-0.15825) 0.27
Anexo 12.
Cuadro de clculo del tirante en la seccin transversal de la calzada.
Seccin transversal de la Calle 57
Pendiente de la calle.
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Anexo 13.
Divisin del parcelamiento en la Urb. Altos del Pilar. rea total = 4.02 ha
Clculo del caudal total de Aguas Negras
Curva IDF = 15 (aos)
Intensidad (lps/ha)
rea de la cuenca
(ha)
C. de escurrimiento(ponderado)
Gasto pico (l/s)
t = 15 min 340 4.02 0.40 546.72 t = 30 min 260 4.02 0.40 418.08
Anexo 14. Cuadro de clculo del caudal de aguas de lluvia en la Urbanizacin Altos del Pilar.
Densidad (Hab/ha)
Poblacin (Hab)
Qm (l/s) K
Qand (l/s) C
Qtan (l/s)
150 630 1.744 3.93 5.48 2 10.96
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
16 15 14
13 11
12
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Gasto pico m.3/seg N
RH mts. S
A mts.2
H mts.
0.01096 0.015 H/4 0.004 (3.14H2)/4 0.1662 0.41808+0.01096 0.015 H/4 0.004 (3.14H2)/4 0.6573 0.54672+0.01096 0.015 H/4 0.004 (3.14H2)/4 0.7252
Anexo 15. Clculo del tirante de aguas negras ms el agua de lluvia.
Pendiente y Dimetro del ltimo tramo de tubera existente de Aguas
Negras de la Urbanizacin
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Anexo 16. Ruta de colectores y nomenclatura del sistema.
rea externa A1 B1
A2
A3 C3 D3
D3 F3
Salida
F2
F2
F1
E2 D2 C2 B2
C1 D1 E1
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Calculo de reas reas Internas (urbanizacin) (ha)= 4,02
reas Externas (cuenca) (ha)= 18,48 reas total (ha)= 22,5
Calculo de Caudal Total de Aguas Negras Qm (l/seg)= 9,77 K= 2,90
R= 0,8
QAN (l/s)= 22,64 Long Colec= 1,585 Km
Long. Colector Nuevo= 4,5 Km Long. Empotramiento = 3,15 Km
Qinfil (l/seg)= 2,14
R.G (l/seg/ha)= 2,20 QTAN (l/seg)= 49,56
Anexo 17. Clculo del caudal total y unitario de aguas negras.
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TRAMO AREA (ha)
ARRIBA ABAJO
Long (m)
DIRECTA ARRIBA TOTAL
qunitario (l/s/ha)
Qtramo (l/s)
A1 A2 114 0,26 0,00 0,26 2,20 0,57 A2 B2 60 0,15 0,26 0,41 2,20 0,90
B1 B2 108 0,52 0,00 0,52 2,20 1,15 B2 C2 60 0,15 0,93 1,08 2,20 2,38
C1 C2 105 0,52 0,00 0,52 2,20 1,15 C2 D2 60 0,15 1,6 1,75 2,20 3,85
D1 D2 103 0,52 0,00 0,52 2,20 1,15 D2 D3 63 0,1 2,27 2,37 2,20 5,22
A3 C3 93 0,23 0,00 0,23 2,20 0,50 C3 D3 85 0,23 0,23 0,45 2,20 0,99 D3 D3' 74 0,15 2,82 2,97 2,20 6,54 D3' F3 57 0,10 2,97 3,07 2,20 6,76
A1 B1 60 0,00 18,48 18,48 2,20 41,26 B1 C1 60 0,00 18,48 18,48 2,20 41,26 C1 D1 60 0,00 18,48 18,48 2,20 41,26 D1 E1 62 0,00 18,48 18,48 2,20 41,26
E2 E1 100 0,56 0,00 0,56 2,20 1,78 E1 F1 67 0,00 19,04 19,04 2,20 42,49 F1 F2 73 0,15 19,04 19,19 2