4 Criterios Diseno Colectores Aguas Servidas

El proyecto hidráulico-sanitario implica en primera instancia tres aspectos

fundamentales:

1. Hidráulicos: las tuberías funcionando como conductos con escurrimiento

libre deberán transportar los caudales máximos previstos en el proyecto

2. Sedimentación de materiales sólidos presentes en las aguas residuales:

acción de autolimpieza.

3. Reacciones bioquímicas: control del ácido sulfhídrico (H2S)

CRITERIOS DE DISEÑO/DIMENSIONAMIENTO

DE COLECTORES DE AGUAS SERVIDAS

•Régimen hidráulico

•Caudal mínimo

•Diámetro mínimo

•Pendiente mínima/máxima

•Lámina de agua máxima

•Velocidad crítica

•Trazado de la red

CRITERIOS DE DISEÑO/DIMENSIONAMIENTO

DE COLECTORES DE AGUAS SERVIDAS

Las redes de colectores son proyectadas para funcionar como

conductos libres en régimen permanente y uniforme

=> la pendiente de la línea de energía equivale a la de la tubería, y es

igual a la pérdida de carga unitaria.

En la realidad, el escurrimiento en la red está sometido a condiciones

extremadamente variables debido a:

CRITERIOS DE DISEÑO - Régimen Hidráulico

•Conexiones domiciliarias, principalmente en los tramos iniciales

•Aumento de caudales en el sentido del escurrimiento

•Variación de caudal a lo largo del día

•Cambio de pendientes o de cotas en los registros

La experiencia demuestra, que aún cuando proyectadas con las

simplificaciones mencionadas, las redes trabajan adecuadamente.

CRITERIOS DE DISEÑO - Régimen Hidráulico

•Según el criterio de la norma NBR 9649 (ABNT), se recomienda un

caudal mínimo de 1.5 l/s, correspondiente a la descarga de una

cisterna.

CRITERIOS DE DISEÑO – Caudal Mínimo

•Este generalmente resulta de condiciones locales (equipos

desobstrucción y mantenimiento), en nuestro país en general se ha

adoptado 200 mm.

CRITERIOS DE DISEÑO – Diámetro Mínimo

•OBJETIVO:

Los colectores son proyectados de modo de alcanzar su autolimpieza,

desde el inicio de su período de funcionamiento.

•Criterio de velocidad mínima

•Criterio de la tensión tractiva

CRITERIOS DE DISEÑO – Pendiente Mínima

Criterio de velocidad mínima

El criterio propuesto por Metcalf & Eddy es proyectar las redes de modo

de asegurar velocidades mínimas de 0.6 m/s, cuando el escurrimiento

se produce a sección semillena.


Tramos

iniciales????

Criterio de la tensión tractiva

•Introducido en 1879 para problemas de hidráulica fluvial y de canales

no revestidos.

•Basado en el hecho de que el mecanismo básico de autolimpieza es

una fuerza hidrodinámica ejercida sobre las paredes del conducto por el

escurrimiento del agua servida.

•Desde 1986 este criterio ha sido recogido en la Norma NBR 9649, y es

ampliamente reconocido en nuestro país y considerado por los

organismos competentes (OSE, IMM).



•La tensión tractiva es definida entonces como una tensión tangencial T,

correspondiente a la componente del peso del líquido sobre la unidad de

área de la pared del colector en el caso de una tubería circular.



En el caso de una tubería circular para escurrimiento uniforme, se

obtiene la tensión tractiva media (σ) :


F = γ*A*L

T = F*senα

T = γ*A*L*senα

σ = T/P*L= γ*RH*senα

α pequeño =>senα~tgα, y tgα= I

σ = γ*RH*I


σ = γ*RH*I

donde:

σ = tensión tractiva media (Pa = N/m2)

γ = peso específico del líquido (~104 N/m3 para aguas servidas)

RH = radio hidráulico (m)

I = pendiente del colector (m/m)

El valor así calculado representa un valor medio de la tensión a lo largo

del perímetro mojado de la sección transversal considerada.



Resultados experimentales para distintas alturas de la lámina de agua


=> para tirantes mayores que D/2, la tensión tractiva tiende a ser uniforme a

lo largo del perímetro mojado, y su valor es prácticamente igual a la tensión

tractiva media σ.


Tensión tractiva y el arrastre de materiales sólidos

La tensión tractiva crítica es definida como una tensión mínima

necesaria para el inicio del movimiento de las partículas depositadas en

los colectores.

Su valor (determinado en investigaciones de campo o laboratorio)

depende de:

•Peso específico de la partícula y del líquido

•Dimensiones de la partícula

•Viscosidad del líquido



Tensión tractiva y el arrastre de materiales sólidos

También debe tenerse en cuenta las condiciones de variación del caudal

la mayoría de los trabajos realizados, determinan que el valor de

tensión tractiva crítica para promover condiciones de autolimpieza en

colectores, varía entre 1.0 y 2.0 Pa.

En particular, la norma NBR 9649 adoptó el valor de σcrit = 1.0 Pa, y

es el usualmente empleado en nuestro país



Determinación de pendiente mínima considerando σcrit = 1.0 Pa

Se determinan entonces los valores de pendiente que satisfagan la

condición σ > σcrit (empleando las fórmulas de Manning y de la tensión

tractiva media):


n = 0.013 (Manning),

100 mm < D < 400 mm

Y < 0.75D


Determinación de pendiente mínima considerando σcrit = 1.0 Pa

Rectas de ajuste para valores del coeficiente n de Manning variando

entre 0.009 y 0.016:


Criterio de la tensión tractiva - síntesis

Para proyectar una red de colectores verificando su autolimpieza, se

debe garantizar alcanzar, por lo menos una vez al día, una tensión

tractiva de 1.0 Pa.

Imin = 0.0055 * Qi-0.47 (n = 0.013)

donde

Imin = pendiente mínima (m/m) aproximada

Qi = caudal aguas abajo del tramo al inicio del período (l/s)



Tensión tractiva y el control de sulfuros

La película de limo formada en las partes sumergidas de las tuberías es

la principal fuente de generación de sulfuros, y el control del crecimiento

de la misma está influenciado (entre otros elementos) por la tensión

tractiva.



Tensión tractiva y el control de sulfuros

Estudios realizados en Brasil (San Pablo) demostraron que para una

agua cloacal con DBO 250-300 mg/l, T = 25 º C, la tensión tractiva de

1.0 Pa no previene la formación de sulfuros.

=> en colectores principales, interceptores y emisarios (D> 500 mm), el

mantener una tensión de 1.5 Pa inhibe la formación de sulfuros ,y ese

es entonces el criterio empleado, también en nuestro país


Criterio: NO sobrepasar velocidad del flujo de 5 m/s, para el caudal al fin

del período.

Análogamente al caso anterior, puede ser determinada mediante la

expresión aproximada

Imax = 4.65 * Qf-0.67 (n = 0.013)

donde

Imax = pendiente máxima (m/m)

Qf = caudal aguas abajo del tramo al fin del período (l/s)

CRITERIOS DE DISEÑO – Pendiente Máxima

Las redes son proyectadas para funcionar con una lámina igual o

inferior al 75 % del diámetro (siempre que no se supere la velocidad

crítica), destinándose la parte superior a ventilación y como margen de

seguridad para imprevisiones y fluctuaciones excepcionales del nivel de

líquidos.

Este diámetro puede ser calculado por la ecuación:

D = ( 0.0463 * Qf / √ I ) 0,375

donde:

D = diámetro (m)

Qf = caudal a fin de período (m3/s)

I = pendiente (m/m)

CRITERIOS DE DISEÑO – Tirante Máximo

NO se establece criterio alguno para la lámina de agua mínima, toda vez

que el criterio de la tensión tractiva garantiza condiciones de

autolimpieza.

CRITERIOS DE DISEÑO – Tirante Mínimo??

Prevenir entrada de burbujas de aire en la superficie del líquido por

escurrimiento muy turbulento => La mezcla agua-aire ocasiona un

aumento en la altura de la lámina de agua, debiendo verificarse

entonces, si el colector efectivamente por escurrimiento funciona como

conducto libre.

CRITERIOS DE DISEÑO – Velocidad Crítica

Mecanismo de incorporación de aire:


Este fenómeno refiere a aire

arrastrado en forma de burbujas

por el escurrimiento, y es un

proceso físico de

aprisionamiento de las burbujas

a través de la tensión

superficial, NO tiene que ver con

el fenómeno físico químico de

adsorción de moléculas de aire

por las moléculas de agua (aire

disuelto)

El número adimensional que mejor ilustra el fenómeno es el número de

Boussinesq:

B = v / √ g * RH

Estudios realizado por Volkart, concluyeron que en tuberías

parcialmente llenas, la mezcla agua-aire comienza cuando B = 6.

=> vc = 6* √ g * RH

Criterio (norma NBR 9649): si la velocidad final vf > vc, la lámina

máxima admisible será de 50 % del diámetro del colector.


•Realización de estudios básicos

•Revisión de condicionantes/bases de diseño

•Proyecto: trazado y dimensionado

•Peparación de recaudos para ejecución de las obras:

- planos

- pliegos de especificaciones del proyecto

PROYECTO DE REDES DE COLECTORES

Realización de estudios básicos

Recopilación de antecedentes (gráficos y otros) disponibles, y planes

futuros

Trabajos de campo

Relevamiento topográfico


Realización de estudios básicos: Recopilación de antecedentes

(gráficos y otros) disponibles, y planes futuros

•Cartas SGM

•Fotos aéreas

•Datos/planos UTE, OSE, ANTEL (canalizaciones existentes)

•Datos/planos Intendencias (ídem, planes directores, vialidad)


Realización de estudios básicos: Recopilación de antecedentes

•Datos hidrológicos cursos de agua (DNH)

•Datos/planos censales (INE)

•Identificación de Industrias, edificios públicos singulares (hospitales,

cuarteles)


Realización de estudios básicos: Trabajos de campo

•Visita al lugar (siempre!!!)

•Ubicación de industrias, conjuntos habitacionales y otros

•Cursos de agua (niveles de máxima crecida, áreas de uso público)

•Relevamiento de pavimentos y veredas

•Cateos preliminares

•Relevamiento topográfico


Realización de estudios básicos: Trabajos de campo

•Relevamiento topográfico

- Definir/delimitar área

- Densificar en zonas críticas (emisarios, interceptores, bombeo o

plantas de tratamiento→ necesidad de preanteproyecto en base a

antecedentes y visita)

- Relevar cada 25 o 50 m, en función de topografía (mínimo:

intersecciones de calles y cambios de pendiente) y requerimientos:

LP, bordes y tipos de pavimentos, columnas, árboles, otros

servicios, cursos de agua, alcantarillas, y todo elemento singular.

- Identificar solares bajos/evaluar saneabilidad de predios


Revisión de condicionantes/bases de diseño

•Determinación de caudales de agua residual (proyecciones de

población, actividad industrial y otros, infiltración y otros)

•Selección de fórmula para dimensionamientos, criterios de

diseño/dimensionamiento (materiales, pendientes, etc.)

•Selección de instalaciones complementarias (registros, conexiones,

etc.)


Evaluación y planteo de trazados / proyecto

•Topografía

•Cargas hidráulicas

•Necesidad y tipo de tratamiento (ubicación de la planta, valor de los

terenos, inst. existentes, punto de vertimiento)

•Posibilidades de realizar bombeo

•Terrenos disponibles (expropiaciones, realojos)


Evaluación y planteo de trazados / proyecto

•Áreas inundables

•Anchos de calle y pavimentos existentes

•Interferencias con canalizaciones y otros servicios existentes,

patrimonio subterráneo

•Características del subsuelo (roca, napa freática)

=>se plantean trazados alternativos, para toda la red o parte de ella, los

que generalmente son evaluados a nivel de anteproyecto, en base a

criterios técnico-económicos.


Preparación de planos y pliegos de condiciones – Planos:

Plano índice, sobre planimetría general de toda el área de proyecto

Plano de servicios y otras infraestructuras existentes

Plano de relevamiento topográfico de base

Plano de ubicación de cateos (también se indican en perfiles)

Plantas del proyecto (escala 1/1000) y perfiles (escala 1/1000 y 1/100)

Detalles de obras especiales

Planos generales (registros, tapas, conexiones, etc.)


Preparación de planos y pliegos de condiciones – Pliegos:

Memoria descriptiva y Especificaciones técnicas de construcción

Pliegos de condiciones generales (de construcción, de contratación)

Pliegos de condiciones particulares

Rubrado y metraje


Documents

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