Proyecto De Aguas Negras

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ASPECTOS GENERALES

El principal objetivo de un sistema separado de aguas negras es evitar la contaminación y proteger la salud de los habitantes.

La estimación de la población por servir es el parámetro primordial es que se basa el proyecto, porque definirá la capacidad del sistema. En otras palabras, de la población de proyectos dependerá el caudal de aguas negras a desalojar o eliminar y este deberá ser calculado de acuerdo al periodo económico de proyecto o vida útil del sistema.

DATOS NECESARIOS PARA LA ELABORACIÓN DE UN PROYECTO SISTEMA SEPARADO DE AGUAS NEGRAS.

Datos generales

Categoría política

Localización geográfica

Climatología e Hidrología

Vías de comunicación

Servicios públicos

Economía

Aspectos de la localidad

Datos censales (Actuales y de 3 decenios anteriores)

Plano actualizado de la planimetría de la población a escala 1:2000 en el cual se indique:

Número de habitantes por manzana

Numero de predios por frente de calle

Edificios públicos, jardines y lugares notables

Plano del plan de desarrollo urbano en el cual se indiquen:

Cobertura del proyecto

Uso del suelo con sus densidades correspondientes

Plano de la localidad en el cual se indiquen:

Clases de pavimentos y banquetas

Sondeos en diferentes puntos de la población para determinar su clasificación con fines de excavación

Profundidad del agua freática

Plano topográfico actualizado de la localidad a escala 1:10000, con curvas de nivel a una equidistancia de un metro.

Plano topográfico actualizado de la localidad a escala 1:2000 en el cual se indiquen:

Curvas de nivel a una equidistancia de un metro

Nomenclatura de sus calles

Elevaciones de terreno obtenidas de nivelación directa, en los cruceros de las calles y en puntos donde existan cambios de pendiente o de dirección del eje de las calles.

Levantamiento topográfico de la localización del trazo del emisor (planta y perfil) a escala horizontal 1:1000, hasta el lugar donde se ubicara la planta de tratamiento y sitio vertido.

Levantamiento topográfico de la zona de tratamiento con curvas de nivel a una equidistancia de 50 cm, indicando:

Valor por hectárea

Características geológicas del terreno

Profundidad del agua freática

Pruebas de permeabilidad

Temperatura media

Precipitación pluvial

Evaporación

Vientos dominantes

Levantamiento del sitio de vertido:

Sección transversal del cruce receptor

Niveles de aguas: mínimo, medio, máximo y máximo previsto

Caudales correspondientes

Plano actualizado de la red existente (emisor, colectores, subcolectores y atarjeas), indicando de las tuberías existentes:

Elevaciones de terreno y plantilla en cada pozo de visita

Pendiente geométrica

Diámetro

Sentido de escurrimiento

Estado de conservación de las mismas

Localización de las estaciones de bombeo y planta de tratamiento, indicando sus características y estado de conservación.

Trabajos previos al cálculo hidráulico

Como parte del proceso de diseño de una red de alcantarillado sanitario y previo al cálculo hidráulico y geométrico de le red, se deberán realizar algunos trabajos que servirán de apoyo para este cálculo. A continuación se describen brevemente:

Trazo de ejes:

Los ejes deberán trazarse por medio de líneas delgadas que irán por el centro de las calles, cuidando que se intercepten en un mismo punto. Cuando la calle sea muy ancha, se colocara doble eje; es decir, en ambos lados de la calle. Estas líneas representaran las tuberías por diseñar.

Medición de longitudes:

Se medirán las distancias entre crucero y crucero, y se anotara el valor en la parte superior izquierda correspondiente a cada manzana. Esto se realizara tanto en forma horizontal como vertical, tomando en cuenta que la distancia máxima entre crucero debe ser de 125 metros.

Colocación de pozos de visita:

Se colocaran en cada crucero de calle, cambio de pendiente, de diámetro y de dirección; se verificara que la separación entre pozo y pozo no sea mayor de 125 m, de lo contrario, se colocara el número de pozos necesarios para cumplir con esta especificación. Los primero trabajos de diseño se muestran en la figura

Determinación de las cotas de terreno:

Dependiendo de la topografía de la población y de acuerdo con las curvas de nivel, se determinaran cada una de las cotas de terreno correspondiente a cada uno de los pozos como se muestra en la figura

Planeación y trazo de la red

Con la ayuda de la topografía y tomando en cuenta que la eliminación del sistema será por gravedad, se localizaran las tuberías principales (colectores, subcolectores y emisor), estas deberán ser localizadas en las partes mas bajas de la población.

CALCULO HIDRAULICO DE LA RED DE ALCANTARILLADO

Una vez realizado los trabajos previos de apoyo al proyecto, se estará en condiciones de realizar el cálculo hidráulico y geométrico del sistema. Para estos cálculos se requiere conocer los datos básicos del proyecto como son:

Población actual…………………………………..………………..24,024 hab.

Población proyecto………………………………………...……..60,059 hab.

Dotación………………………………………………………………350 l/hab/día

Aportación…………………………………………………………...262.50 l/hab/día

Formulas………………………………………………………..……Harmon Manning

Sistema………………………………………………………………..Separado de Aguas Negras

Eliminación…………………………………………………….…....Por Gravedad

Vertido……………………………………………………………..….Planta de Tratamiento

Velocidades Min……………………………………………..……0.30 m/s

Max……………………………………………………..3.50 m/s

-Cálculo de la población actual = población proyecto * o.40 = (60,059*0.40) =24,024.

-Aportación = Dotación * 0.75 = (350*0.75) = 262.50 l/hab./día.

TABLA DE CÁLCULO

Solamente se realizara el cálculo hidráulico de las tuberías principales (colector, subcolector, emisor), ya que las atarjeas se proyectaran por especificación con un diámetro mínimo de 20 cm.

En esta sección se desarrollara el cálculo del funcionamiento hidráulico y geométrico de un colector, a partir de los datos básicos de proyecto arriba citados. Para esto se hará uso de la tabla de cálculo.

A continuación se describen los procedimientos de cálculo por columna.

Cruceros (columna 1)

Se numeran todos los pozos del colector a partir de aguas arriba y continuando aguas abajo. Se colocan en cada renglón, dejando un espacio entre crucero y crucero.

Longitud propia (columna 2)

Es la longitud propia del tramo en estudio.

Longitud tributaria (columna 3)

Es la suma de las longitudes de todos los tramos de la tubería (atarjeas) que llegan o descargan en cada crucero o pozo de visita, a partir del cual se considera que recibe aportaciones importantes para efectuar el cálculo hidráulico.

Longitud acumulada (columna 4)

Es la suma de la longitud propia mas la longitud tributaria (Long.propia + Long. Tributaria)

Población (columna 5)

Para obtener la población servida en cada tramo, se calculara la densidad de población.

Densidad de población = (población proyecto/ longitud total de la red)

= (60,059 / 12,138)

= 4.95

La población servida en cada tramo será igual a la densidad de población por la longitud acumulada en cada tramo.

P = Dp * La = hab.

Crucero Población Servida POBLACION

1 a 2 P1 = 4.9480 * 768 = 3800

2 a 3

P2= 4.9480 * 2190 = 10836

3 a 4 P3= 4.9480 * 3490 = 17269

3 a 5 P4= 4.9480 * 4840 = 23948

5 a 6 P5= 4.9480 * 6248 = 30915

6 a 7 P6= 4.9480 * 7690 = 38050

7 a 8 P7= 4.9480 * 9146 = 45254

9 a 10 P8= 4.9480 * 10490 = 51905

10 a 11 P9= 4.9480 * 10560 = 52251

11 a 12 P10= 4.9480 * 12138 = 60059

GASTOS ( Columnas 6,7,8)

Las siguientes columnas de la tabla de cálculo de aguas negras, corresponde a la cuantificación de los gastos que se harán en función de la población servida en cada tramo. En este caso se calcularan los gastos mínimos, medios y máximos, tomando en cuenta la aportación que es el 75% de la dotación, considerando que el restante se consume antes de llegar a las atarjeas.

En las localidades que tienen zonas industriales con un volumen considerable de agua residual, se debe obtener el porcentaje de aportación para cada una de estas zonas independientemente de las anteriores.

GASTOS MINIMOS (Columna 6)

Generalmente se consideran como gastos mínimos la mitad del gasto medio. Sin embargo, como una cuantificación más rigurosa, especialmente para aquellos casos en pendientes muy pequeñas o muy grandes, acepta en la práctica, como gasto mínimo probable de aguas negras por conducir a la descarga de un excusado estimada en 1.5 lps. En la inteligencia de que además se deberá tomar en cuenta que el número de descargas simultaneas al alcantarillado está de acuerdo, según el diámetro del conductor receptor.

GASTO MAXIMO INSTANTANEO (Columna 8)

El gasto máximo también es llamado gasto máximo instantáneo y se calcula afectando un coeficiente M Harmon maning al gasto medio.

Qmax=MQmed=l/s

M=1+14/(4+√p)

P =población en miles

Donde P es la población servida acumulada hasta el punto final (aguas abajo) del tramo de tubería considerada en miles de habitantes.

Este coeficiente de variación máxima instantánea, se aplica considerando que:

En tramos con una población acumulada menor a los 1000 habitantes, el coeficiente M es constante e igual a 3.8.

Para una población acumulada mayor que 63454, el coeficiente M se considera constante e igual a 2.17, es decir, se acepta que su valor a partir de esa cantidad de habitantes no sigue la ley de variación establecida por harmon.

GASTO MAXIMO EXTRAORDINARIO O PREVISTO (Columna 9)

En función de este gasto se determina el diámetro de los conductos y su valor debe calcularse multiplicando el gasto máximo por un coeficiente de seguridad generalmente de 1.5, es decir:

Qmaximoprevisto = Coef.seguridad(Qmax)

Qmaxprevisto = 1.5 Qmax l/s

CALCULOS DE LOS GASTOS

PENDIENTES (Columna 10)

Las pendientes de las tuberías deberán seguir, hasta donde sea posible, la inclinación del terreno con objeto de tener excavaciones mínimas. Para cada tramo se propone una pendiente. Al efectuar el cálculo geométrico se verifica con el nomograma de manning y con las tablas de pendientes las velocidades máximas y mínimas que se requieren en un conducto y por especificación del proyecto.

S = (Diferencias de cotas de terreno / longitud) * 1000 = milésimos.

DIAMETRO ( Columna 11)

Deberá seleccionarse el diámetro de las tuberías, de manera que su capacidad permita que el gasto máximo del agua escurra sin presión interior y con un tirante p[ara gasto mínimo que permita arrastrar las partículas solidas de suspensión.

Con los valores que Qmax previsto y la pendiente, se busca en el nomograma de manning el diámetro que corresponda.

Los diámetros se buscaran en el lado derecho de la escala. Cuando el diámetro sea menor de 20 cm, se utilizara 20cm por especificación.

DIAMETRO Y VELOCIDAD A TUBO LLENO (columna 12 y 13)

Nuevamente se recurre al nomograma de manning y con los valores obtenidos de la pendiente y el diámetro, se determinaran el gasto y la velocidad a tubo lleno.

DETERMINACION DE LA VELOCIDAD REAL A GASTO MINIMO Y GASTO MAXIMO (columnas 14 y 15)

Para conocer la velocidad real a gasto mínimo (Qmin) y a gasto máximo previsto (Qmaxprev), es necesario utilizar la última escala del nomograma de manning, en donde aparecen dos tipos de relaciones. Una es de gasto y otra de velocidad. Ambas se intercalan y así se obtiene la velocidad real.

RQmin = Qtpll / Qtll RQmax = Qtpll / Qtll

Vtpll = Rv * Vtll Vtpll = Rv * Vtll

CALCULOS DE LAS PENDIENTES

S = (Diferencias de cotas de terreno / longitud) * 1000 = milésimos.

PEND.

(miles)

1 S = ((48.30 - 46.85) / 96) = 15

2 S = ((46.85 - 45.80) / 92) = 11

3 S = ((45.80 - 44.30) / 88) = 17

4 S = ((44.30 - 42.59) / 94) = 18

5 S = ((42.59 - 41.13) / 98) = 15

6 S = ((41.13 - 39.35) / 106) = 17

7 S = ((39.35 - 37.78) / 92) = 17

8 S = ((37.78 - 36.60) / 68) = 17

9 S = ((36.60 - 35.25) / 70) = 19

10 S = ((36.60 - 35.25) / 70) = 19

CALCULO DE LA VELOCIDAD REAL A GASTO MINIMO Y MAXIMO.

Relación de Gasto = (Gasto tubo parcialmente lleno / Gasto tubo lleno)

Relación de velocidad = (Velocidad tubo parcialmente lleno / velocidad tubo lleno)

V. REAL m

A GASTO

RQmin = Qtpll / Qtll RQmax = Qtpll / Qtll

Vtpll = Rv * Vtll Vtpll = Rv * Vtll

MIN MAX

Qmin = (5.78/73) = 0.079

Rv =0.58

Vtpll = 0.58 * 1.5 = 0.87 Qmin = (58.10/73) = 0.79

Rv =1.11

Vtpll = 1.11 * 1.5 = 1.67

Qmin = (16.46/190) = 0.086

Rv =0.62

Vtpll = 0.62 * 1.7 = 1.05 Qmin = (141.21/190) = 0.74

Rv =1.09

Vtpll = 1.09 * 1.7 = 1.85

Qmin = (26.23/240) = 0.109

Rv =0.77

Vtpll = 0.77 * 2.1 = 1.62 Qmin = (213.74/240) = 0.89

Rv =1.13

Vtpll = 1.13 * 2.1 = 2.38

Qmin = (36.38/390) = 0.093

Rv =0.63

Vtpll = 0.63 * 2.4 = 1.51 Qmin = (281.01/390) = 0.72

Rv =1.08

Vtpll = 1.08* 2.4 = 2.60

Qmin = (46.96/750) = 0.062

Rv =0.58

Vtpll = 0.58 * 2.7= 1.57 Qmin = (347.23/750) = 0.46

Rv =0.97

Vtpll = 0.97 * 2.7= 2.63

Qmin = (57.80/800) = 0.072

Rv =0.61

Vtpll = 0.61 * 2.8 = 1.71 Qmin = (412.10/800) = 0.52

Rv =1.01

Vtpll = 1.01 * 2.8 = 2.83

Qmin = (68.75/800) = 0.085

Rv =0.62

Vtpll = 0.62 * 2.8 = 1.74 Qmin = (475.32/800) = 0.59

Rv =1.04

Vtpll = 1.04 * 2.8 = 2.91

Qmin = (78.85/800) = 0.098

Rv =0.64

Vtpll = 0.64 * 2.8 = 1.79 Qmin = (532.24/800) = 0.67

Rv =1.06

Vtpll = 1.06 * 2.8 = 2.97

Qmin = (79.37/820) = 0.096

Rv =0.63

Vtpll = 0.63 * 2.9 = 1.83 Qmin = (356.66/820) = 0.43

Rv =0.96

Vtpll = 0.96 * 2.9 = 2.78

Qmin = (79.37/820) = 0.096

Rv =0.63

Vtpll = 0.63 * 2.9 = 1.83 Qmin = (356.66/820) = 0.43

Rv =0.96

Vtpll = 0.96 * 2.9 = 2.78

Calculo geométrico de un colector en un proyecto de alcantarillado de aguas negras

Para iniciar el cálculo primero se anota la diferencia de cotas entre pozos (cotas de plantilla), para el cálculo geométrico se deberá tomas las siguientes consideraciones y pasos para el buen diseño:

Primero se buscara la atarjea más desfavorable ósea la que no tenga pendiente o se comprenda dentro de dos curvas de nivel sea menor a 4 milésimas así como también esta deberá de ser la de mayor longitud:

Longitud de la atarjea más desfavorable: 476.00 mts

Después se procederá a multiplicarla por la pendiente mínima para el proyecto que es de 4 milésimas:

Profundidad del pozo= 476.00 mts * 0.004= 1 .90mts

Por último se analizará la zona de estudio y se propondrá un porcentaje del cual sus pendientes no sea mayor a 4 % en el caso del proyecto será del 50 % así que se le sumara 0.50 mts.

Profundidad del pozo= 1 .90 mts+ 0.50 mts = 2.40 mts

Crucero 1-2

Profundidad del pozo

48.30 mts - 2.4 mts = 45.90 mts

45.90 mts -(96.00 mts*0.015)=44.46mts

Cambio de diámetro

44.46 mts-(0.25 mts -0.38 mts)= 44.33 mts

Crucero 2-3

Profundidad del pozo

44.33 mts-(92 mts*0.011)= 43.32 mts

Crucero 3-4

Profundidad del pozo

43.32 mts -(88.00 mts *0.017)= 41.82 mts

Cambio de diámetro

41.82. mts-(0.45 mts -0.38 mts)= 41.75 mts

Crucero 4-5

41.75 mts-(94.00 mts*0.018)=40.06mts

Cambio de diámetro

40.06 mts-(0.61 mts -0.45 mts)= 39.90 mts

Crucero 5-6

39.90 mts -(98.00 mts*0.015)=38.43 mts

Crucero 6-7

38.43 mts-(106.00 mts*0.017)=36.63 mts

Crucero 7-8

36.63 mts-(92.00 mts *0.017)=35.07 mts

Crucero 8-9

35.07 mts-(68.00 mts *0.017)= 33.91 mts

Crucero 9-10

33.91 mts-(70.00 mts *0.019)=32.58 mts

CALCULO DE LAS COTAS DE PLATILLA EN LA UNIONES DE LA TUBERIA DE ALCANTARILLADO Y COLECTOR.

Crucero 1

Diámetro de la tubería de alcantarillado = 20 cm.

Diámetro de tubería de colector = 25cm

Cota de platilla = ((Diámetro de tubería de colector) – (Diámetro de tubería de alcantarillado) + (cota de plantilla de Crucero 1)) = (0.25-0.20) + (45.90)= 45.95

Crucero 2

Diámetro de la tubería de alcantarillado = 20 cm.

Diámetro de tubería de colector = 38cm

Cota de platilla = ((Diámetro de tubería de colector) – (Diámetro de tubería de alcantarillado) + (cota de plantilla de Crucero 2)) = (0.38-0.20) + (44.33)= 45.51

Crucero 3

Diámetro de la tubería de alcantarillado = 20 cm.

Diámetro de tubería de colector = 38cm

Cota de platilla = ((Diámetro de tubería de colector) – (Diámetro de tubería de alcantarillado) + (cota de plantilla de Crucero 3)) = (0.38-0.20) + (43.32)= 43.50

Crucero 4

Diámetro de la tubería de alcantarillado = 20 cm.

Diámetro de tubería de colector = 45cm

Cota de platilla = ((Diámetro de tubería de colector) – (Diámetro de tubería de alcantarillado) + (cota de plantilla de Crucero 4)) = (0.45-0.20) + (41.75)= 42.00

Crucero 5

Diámetro de la tubería de alcantarillado = 20 cm.

Diámetro de tubería de colector = 61cm

Cota de platilla = ((Diámetro de tubería de colector) – (Diámetro de tubería de alcantarillado) + (cota de plantilla de Crucero 5)) = (0.61-0.20) + (39.90)= 40.31

Crucero 6

Diámetro de la tubería de alcantarillado = 20 cm.

Diámetro de tubería de colector = 61cm

Cota de platilla = ((Diámetro de tubería de colector) – (Diámetro de tubería de alcantarillado) + (cota de plantilla de Crucero 6)) = (0.61-0.20) + (38.43)= 38.84

Crucero 7

Diámetro de la tubería de alcantarillado = 20 cm.

Diámetro de tubería de colector = 61cm

Cota de platilla = ((Diámetro de tubería de colector) – (Diámetro de tubería de

alcantarillado) + (cota de plantilla de Crucero 7)) = (0.61-0.20) + (36.63)= 37.04

Crucero 8

Diámetro de la tubería de alcantarillado = 20 cm.

Diámetro de tubería de colector = 61cm

Cota de platilla = ((Diámetro de tubería de colector) – (Diámetro de tubería de alcantarillado) + (cota de plantilla de Crucero 8)) = (0.61-0.20) + (35.07)= 35.48

Crucero 9

Diámetro de la tubería de alcantarillado = 20 cm.

Diámetro de tubería de colector = 61cm

Cota de platilla = ((Diámetro de tubería de colector) – (Diámetro de tubería de alcantarillado) + (cota de plantilla de Crucero 9)) = (0.61-0.20) + (32.58)= 32.99

CALCULO DE LOS TRES PRIMEROS CRUCEROS PARTE IZQUIERDA DEL PLANO.

Para empezar a calcular en las profundidades a las que vana estará las tuberías se necesitan sacar las pendientes por lo cual empezaremos a obtenerlas de la siguiente manera:

CALCULOS DE LAS PENDIENTES

S = (Diferencias de cotas de terreno / longitud) * 1000 = milésimos.

Nota: por normativa la pendiente mínima es de 4 si en dado caso saliera nuestra pendiente menor a cuatro por normativa se poner la mínima.

Crucero 1

Crucero 2

Crucero 3

CALCULO DE LAS PROFUNDIDADES

Para el cálculo de las profundidades de los pozos de visita se multiplica lo que es la longitud del tramo a analizar por la pendiente al milésimo y se le suma la cota de platilla del tramo anterior.

En el caso de las cabezas de atarjea se le resta 1.35 a la cota de terreno y también se le resta la cota de plantilla del pozo de visita anterior, al resultado se divide entre la longitud de la tubería estudiada y se multiplica por 1000 esto nos arrojara la pendiente corregida del tramo, se coloca la nueva pendiente en el tramo.

Ya obtenida la nueva pendiente se multiplica por la longitud en el tramo al resultado se le suma la cota de plantilla del pozo anterior, el resultado es la cota de plantilla de nuestra cabeza de atarjea teniendo en cuenta que se debe de cumplir con la siguiente normativa:

S = 4 = H = Long. * 1000

Profundidades mínimas

1.60 min.

1.35 a 1.40

Crucero 1

1.-C.P = ((98 x 0.004) + 45.95)

C.P = 46.34