4 Criterios Diseno Colectores Aguas Servidas
Transcript of 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.
CRITERIOS DE DISEÑO – Pendiente Mínima
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).
CRITERIOS DE DISEÑO – Pendiente Mínima
Criterio de la tensión tractiva
•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.
CRITERIOS DE DISEÑO – Pendiente Mínima
Criterio de la tensión tractiva
En el caso de una tubería circular para escurrimiento uniforme, se
obtiene la tensión tractiva media (σ) :
CRITERIOS DE DISEÑO – Pendiente Mínima
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
Criterio de la tensión tractiva
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.
CRITERIOS DE DISEÑO – Pendiente Mínima
Criterio de la tensión tractiva
Resultados experimentales para distintas alturas de la lámina de agua
CRITERIOS DE DISEÑO – Pendiente Mínima
=> 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.
Criterio de la tensión tractiva
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
CRITERIOS DE DISEÑO – Pendiente Mínima
Criterio de la tensión tractiva
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
CRITERIOS DE DISEÑO – Pendiente Mínima
Criterio de la tensión tractiva
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):
CRITERIOS DE DISEÑO – Pendiente Mínima
n = 0.013 (Manning),
100 mm < D < 400 mm
Y < 0.75D
Criterio de la tensión tractiva
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:
CRITERIOS DE DISEÑO – Pendiente Mínima
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)
CRITERIOS DE DISEÑO – Pendiente Mínima
Criterio de la tensión tractiva
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.
CRITERIOS DE DISEÑO – Pendiente Mínima
Criterio de 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
CRITERIOS DE DISEÑO – Pendiente Mínima
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:
CRITERIOS DE DISEÑO – Velocidad Crítica
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.
CRITERIOS DE DISEÑO – Velocidad Crítica
•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
PROYECTO DE REDES DE COLECTORES
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)
PROYECTO DE REDES DE COLECTORES
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)
PROYECTO DE REDES DE COLECTORES
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
PROYECTO DE REDES DE COLECTORES
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
PROYECTO DE REDES DE COLECTORES
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.)
PROYECTO DE REDES DE COLECTORES
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)
PROYECTO DE REDES DE COLECTORES
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.
PROYECTO DE REDES DE COLECTORES
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.)
PROYECTO DE REDES DE COLECTORES
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
PROYECTO DE REDES DE COLECTORES