Diapositiva n°14 sani-ejer

Tema 14
CURSO: INGENIERIA SANITARIA MG. CESAR ANTONIO IDROGO
PÉREZ

Objetivos
 Formar ingenieros con capacidad para responder a las demandas actuales y futuras del desarrollo
económico, científico, tecnológico, social y cultural del país, desde una perspectiva sanitaria y ambiental
y enfoque de desarrollo sostenible.
 Formar profesionales competentes en la aplicación de tecnologías limpias que diseñen e implementen
recursos para la producción de bienes y servicios con el mínimo deterioro y que planifiquen el uso
racional del agua.
Contenidos de aprendizaje
RECOLECCIÓN DE AGUAS RESIDUALES
1. PARTES DE UN SISTEMA DE ALCANTARILLADO
2. NORMAS PARA PROYECTOS DE SISTEMAS DE DESAGÜES SANITARIOS
3. CONCEPCIÓN DE LAS REDES DE DESAGÜES
4. TIPOS DE REDES COLECTORAS DE DESAGÜES.
5. TEORÍA DEL CÁLCULO DE REDES DE ALCANTARILLADO
6. CRITERIOS DE DISEÑO.
7. CONDICIONES PARA EL DIMENSIONAMIENTO HIDRÁULICO

Tema 14
RECOLECCIÓN DE AGUAS RESIDUALES
2. NORMAS PARA PROYECTOS DE SISTEMAS DE DESAGÜES SANITARIOS
4. TIPOS DE REDES COLECTORAS DE DESAGÜES.
5. TEORÍA DEL CÁLCULO DE REDES DE ALCANTARILLADO
6. CRITERIOS DE DISEÑO.

RECOLECCIÓN DE AGUAS
RESIDUALES

Red colectora.- Conjunto de tuberías destinadas a recibir y conducir los
desagües de los edificios; el sistema de desagües predial se conecta
directamente a la red colectora por una tubería denominada conexión
domiciliaria. Una red colectora esta compuesta de colectores secundarios
que reciben directamente las conexiones domiciliaríais colectores principales.
Un colector principal es un colector troncal de una cuenca de drenaje que
recibe las contribuciones de los colectores secundarios, conduciendo sus
efluentes a un interceptor o emisor.

Interceptor.- Tubería que recibe colectores a lo largo de su recorrido o
longitud, no recibiendo conexiones prediales directas.

Emisor.- Tuberías destinadas a conducir los desagües a un destino
conveniente – estación de tratamiento y/o vertimiento – sin recibir
contribuciones en marcha.

Cuerpo de agua receptor.- Cuerpo de agua donde son vertidos los
desagües

Estación de bombeo o elevadora.- Conjunto de instalaciones destinadas a
transferir los desagües de una cota más baja a otra más alta.

Estación de Tratamiento o depuradora.- Conjunto de instalaciones destinadas a la
depuración de los desagües, antes de su vertimiento.

Sifones invertidos.- Obras destinadas a la transposición de desagües, funcionando a
sobre presión.

2. NORMAS PARA PROYECTOS DE SISTEMAS DE DESAGUES SANITARIOS
Reglamento Nacional de Edificaciones
Redes de aguas Residuales Norma OS.070
Estaciones de Bombeo de Aguas Residuales Norma OS.080
Plantas de Tratamiento de Aguas Residuales Norma OS.090
Consideraciones Básicas de Diseño de Infraestructura Sanitaria Norma OS.100

Desarrollo del concepto de las diversas fases del proyecto
En la fase de informe preliminar son desarrolladas las siguientes actividades
relativas al concepto de red colectora:
- Estudio de la población de la ciudad y de su distribución en el área;
delimitación en planta de los sectores de densidades demográficas
diferentes.
- Establecimiento de criterios para provisión de caudales, dotación de
consumo de agua por habitante por día; relación entre consumo de agua y
contribución de desagües; coeficientes de día y hora de mayor contribución;
caudal de infiltración
- Estimación de caudales de los grandes contribuyentes: Industrias,
hospitales, grandes edificios en general. Estos contribuyentes deben ser
localizados en planta de la ciudad, con el valor de su caudal.
- Determinación para cada sector de la densidad demográfica, de su caudal
de desagües especifico en l/seg.ha o l/seg por metro de tubería.
- División de la ciudad en cuencas y sub cuencas de contribución.Trazado y
predimensionado de los colectores principales

-Cuantificación preliminar de las cantidades de servicios que serán ejecutados; para la red de
colectores, será hecha una pre estimación de la extensión de los diversos diámetros, con base a
los caudales de los desagües.
La presentación de los trabajos debe ser hecha en:
-Memoria descriptiva y sustentada, donde son reunidos todos los criterios de cálculos,
descripción del sistema, cálculos hidráulicos, etc.
-Planta altimétrica de la ciudad, en escala 1/5.000 o 1/10.000 con curvas de nivel cada 5 metros,
en que son diseñadas: la sectorización de las densidades demográficas, la división de cuencas y
sub cuencas de contribución y el trazado de los colectores principales con sus diámetros y
extensiones.
-Pre estimación de las cantidades de servicios y costos.
El concepto de red de colectores secundarios es normalmente desarrollado en la fase de
proyecto propiamente dicho y constituye en resumen, en trazado de la red de colectores.
Para el estudio del trazado se necesita la planta topográfica plañí altimétrica en escala 1/2000 o
1/1000, con nivelación geométrica de los puntos donde deben ser proyectados los órganos
accesorios (buzones).
Las actividades que deben ser desarrolladas deben ser las siguientes:
-Delimitación de la planta en escala 1/2000 o 1/1000 de las cuencas y sub cuencas de
contribución y de los sectores de densidades demográficas diferentes.
-Localización de los órganos accesorios de la red en planta, identificándolos por convención
adecuada.
-Localización de tuberías, uniendo los órganos accesorios con la indicación del sentido de
escurrimiento por una flecha en el trazado de la tubería.

4. TIPOS DE REDES COLECTORAS DE DESAGUES
Sistema perpendicular sin interceptor

Sistema perpendicular con interceptor

Sistema perpendicular con interceptor y aliviadero

5. TEORIA DEL CÁLCULO DE REDES DE ALCANTARILLADO
5.1. Cálculo de los caudales
Procedimiento cuando no existen mediciones de caudal utilizables en el proyecto
Para el inicio del Plan
Qi = k2 Q pi + Qinfi + Qci
Para el final del Plan
Qf = k2 Q pf + Qinff + Qcf
Donde: Qi Qf = Caudal máximo inicial y final en l/seg.
K2 = Coeficiente de máximo horario
Qpi Qpf = Caudal promedio inicial y final en l/seg.
Qinfi Qinff = Caudal de contribución por infiltración en l/seg.
Qci Qcf = Caudal de contribución singular inicial en l/seg.

5.2. Determinación de coeficientes para cálculo de las redes
Los coeficientes para el cálculo de las redes de desagüe son normalmente referidos a
unidades de longitud de los colectores o a unidades de área desaguada hectáreas.
Para cada área de ocupación homogénea debe ser definido un determinado
coeficiente. Por tanto en una cuenca puede haber más de un coeficiente de
contribución.
El coeficiente referido a área generalmente es utilizado en la estimación de caudales
de áreas previstas para la expansión futura, donde no están definidos los trazos de las
vías públicas.
Para la determinación de los coeficientes de cálculo es necesario considerar las
siguientes contribuciones a la red: Desagües domésticos y aguas de infiltración.
Si en el área existen contribuciones significativas, tales como: industrias, escuelas,
hospitales, etc., esas contribuciones no serán consideradas en el cálculo del
coeficiente de contribución. Tales caudales, como son concentrados, deben ser
incrementados a los caudales ya calculados en determinado punto de un tramo de red
de desagües.

La tasa de contribución por unidad de longitud para el inicio del plan será:
k2 Qpi
Txi = ---------- + Tl i
L i
La tasa de contribución por unidad de longitud para el final del plan será:
k2 Qpf
Txf = ---------- + Tl f
L f
Donde: L i , L f = Longitud de colectores de desagües inicial y final
Tl = Tasa de contribución de infiltración por metros de Colector en l/seg.m
La tasa de contribución por unidad de área para el inicio del plan será:
k2 Qpi
Tai = ---------- + Tla i
a i
La tasa de contribución por unidad de área para el final del plan será:
k2 Qpf
Taf = ---------- + Tla f
a f
Donde: a i a f = área de contribución de desagües inicial y final
Tla i Tla f = Tasa de contribución de infiltración por unidad de área en l/seg.ha

6. CRITERIOS DE DISEÑO
Criterios hidráulicos para el dimensionamiento de las tuberías de desagües
a) Hidráulico: Las tuberías funcionarán como conductos libres y deberán
transportar los caudales máximos y mínimos previstos en el proyecto.
b) Auto limpieza bajo el criterio de la tensión tractiva.
c) Control del sulfito de hidrógeno considerando el índice de Pomeroy
6.1. Régimen hidráulico de escurrimiento en tuberías de desagües
Las tuberías de los colectores e interceptores de desagües deben ser
proyectados para funcionar siempre como conducto libre. Los sifones invertidos y
líneas de impulsión de las estaciones de bombeo funcionan como conductos
forzados. Los emisarios pueden funcionar como conductos libres o forzados, no
reciben contribuciones en marcha. Son conductos forzados en el caso de líneas
de impulsión y emisarios submarinos.
6.2. Criterio de auto limpieza
Actualmente se utiliza el criterio de la tensión tractiva en substitución al criterio de
la velocidad de auto limpieza (establecido en el campo de transporte de
sedimentos).

6.2.1. Velocidades de auto limpieza
El criterio convencional adoptado para acciones de auto limpieza es proyectar las
tuberías de desagüe con pendientes suficientes para tener velocidades mínimas de
0.60 m/seg, con un escurrimiento a media o a sección plena. En esas condiciones,
para laminas menores que la media sección, la velocidad será menor que 0.60 m/seg
y para láminas mayores, la velocidad será mayor.
Para Metcalf y Eddy, la velocidad media de 0.30 m/seg., en general es suficiente para
prevenir la deposición de partículas orgánicas de desagüe, en tanto para que no haya
la sedimentación de partículas inorgánicas, tales como la arena, la velocidad media de
0.75 m/seg es considerada adecuada para el proyecto de las tuberías de desagüe.
6.2.2. Lámina mínima
Antiguamente en el Brasil se recomendaba en zonas de franco pendiente, láminas o
tirantes de agua de 20% del Diámetro con velocidad mínima de escurrimiento de 0.60
m/*seg. Para el caudal inicial. Hasta hace poco se recomendaba que para velocidades
inicial variando entre 0.50 a 0.60 m/seg., la relación yi/D deberá ser superior a 20%
siendo yi la lámina correspondiente a caudal de dimensionamiento para inicio del plan.
Para velocidades superiores a 0.60 m/seg pueden ser tolerados valores menores que
20%.
Las instituciones técnicas interministeriales de Francia sugieren como límites mínimos
para lámina en las tuberías de desagüe, los valores D/4 o D/5.

6.2.3. Tensión Tractiva
θ θ
L
P
Pt
En la figura:
Pt P sen θ p = Perímetro mojado
σ = --------- = ------------- L = Longitud del tramo
p L p L
γ A L sen θ
σ = ------------------- = γ Rh sen θ
p L
Para un ángulo pequeño θ, el sen θ ≈ tang θ o tang θ = S; luego:
Pt P sen θ
σ = --------- = -------------
pL S pL S
γ A L sen θ
σ = ------------------- = γ Rh sen θ
p L
σ = γ Rh S
En la figura:
Pt P sen θ p = Perímetro mojado
σ = --------- = ------------- L = Longitud del tramo
p L p L
γ A L sen θ
σ = ------------------- = γ Rh sen θ
p L
Para un ángulo pequeño θ, el sen θ ≈ tang θ o tang θ = S; luego:
Pt P sen θ
σ = --------- = -------------
pL S pL S
γ A L sen θ
σ = ------------------- = γ Rh sen θ
p L
σ = γ Rh S
Donde: σ = Tensión tractiva media en Pa
P = Peso de un tramo L del líquido de desagüe, N
Pt = Componente tangencial de P, N
Θ = Ángulo de inclinación del conducto, grados
γ = Peso específico del líquido, 104
N/m3, para desagües
Rh = Radio hidráulico, m
I = pendiente de la tubería, m/m
Donde: σ = Tensión tractiva media en Pa
P = Peso de un tramo L del líquido de desagüe, N
Pt = Componente tangencial de P, N
Θ = Ángulo de inclinación del conducto, grados
γ = Peso específico del líquido, 104
N/m3, para desagües
Rh = Radio hidráulico, m
I = pendiente de la tubería, m/m

La tensión tractiva calculada por la ecuación representa un valor medio de la tensión a
lo largo del perímetro mojado del conducto.
Las partículas sólidas son normalmente depositadas en las tuberías de desagüe en
las horas de menor contribución. La tensión tractiva crítica es definida como una
tensión mínima necesaria para el inicio del movimiento de las partículas depositadas
en las tuberías de desagüe. Su valor es normalmente determinad a través de
investigaciones de campo, o en laboratorio, pues depende de varios factores, tales
como:
 Peso específico de la partícula y del líquido
 Dimensiones de la partícula, y
 Viscosidad del líquido.
Tensiones tractiva crítica para ser utilizada en el dimensionamiento de las tuberías de
desagüe, obtenida por diferentes investigadores
Autor Tensión Tractiva
Kg/m2 Pa
Gustatsson 0.10 – 0.15 1.0 – 1.5
Schultz 0.15 – 0.20 1.5 – 2.0
Lynse 0.20 – 0.39 2.0 – 3.9
Paintal 0.39 3.9
Yao 0.10 – 0.20 1.0 – 2.0
Fuente: Concepción de Sistemas de Desagües Sanitarios. Dpto. de Desagües Sanitarios de la
Universidad de Sao Paulo

6.3. Criterio de la tensión tractiva y el control de sulfitos
Debido a que los desagües llegan en proceso de descomposición en los colectores de
aguas arriba, se ha considerado técnicamente apropiado en todos los casos, implantar
tuberías de PVC para tuberías hasta de 450 mm o de fibra de vidrio para tuberías de
500 mm o mas; no obstante, se ha tenido en cuenta la utilización de una tensión tractiva
mínima de 1 Pascal, para tener condiciones poco probables con valores menores a Z =
5000, o a lo mas posible, con valores de Z próximos a 5000 para la generación de gas
sulfhídrico, considerando el Índice de Pomeroy para caudal promedio actual como
instrumento referencial.
El índice de Pomeroy tiene en cuenta el fenómeno de corrosión de las tuberías, en
tuberías de concreto, asbesto cemento, hierro solubles en ácido, que puede llevar a la
falla de la tubería por destrucción de la corona de la misma.
Z = 3 (DBO5) (1.07) t-20
. P/(S½
. Q1/3
. H)
GeneracióndeH2S IndicedePomeroy,Z
Pocoprobable <5.000
Posible 5.000–10.000
Muyprobable >10.000
Z= Í n d i c e d e P o m e r o y
D B O 5 = D e m a n d a B i o q u í m i c a d e O x i g e n o d e
l a s a g u a s r e s i d u a l e s , m g r / l
t = T e m p e r a t u r a ° C
P= P e r í m e t r o , m
S = P e n d i e n t e d e l c o l e c t o r , m / m
Q = C a u d a l p r o m e d i o , m 3 / s e g .
H = A n c h o d e l p e l o d e a g u a m .
D o n d e :

Caudal mínimo
Cuando no existen datos investigados o comprobados, con valides estadística, el menor valor
de caudal a ser considerado debe ser 1.5 l/seg., en cualquier tramo.
Diámetro mínimo
El diámetro mínimo no debe ser menor a 100 mm
Pendiente mínima
La pendiente mínima a ser adoptada deberá proporcionar una tensión tractiva media no
inferior a 1 Pa, calculada para el caudal inicial. La pendiente que satisface esa condición es
la determinada por la expresión:
I o min = 0.0055 . Qi
-0.47
Donde: I o min = pendiente en m/m
Qi = Caudal al inicio del plan en l/seg.
Cada tramo debe ser verificado por el criterio de la tensión tractiva media, con un valor mínimo
de 1 Pa, calculada para el caudal inicial, valor correspondiente para un coeficiente de Manning
n= 0.013.
Pendiente máxima
La pendiente máxima admisible es la que corresponde a una velocidad final Vf = 5 m/seg.
Cuando la velocidad final es superior a la velocidad crítica (Vc), la mayor altura de lámina de
agua admisible debe ser 50% del diámetro del colector, asegurando la ventilación del tramo.
La velocidad crítica es definida por la siguiente expresión:
Vc = 6 √ g . Rh
Donde: g = aceleración de la gravedad (m/seg2
)
Rh = Radio hidráulico (m)

Cámaras de inspección
Las cámaras de inspección podrán ser buzonetas y buzones de inspección.
Las buzonetas se utilizarán en vías peatonales cuando la profundidad sea menor a 1. 00 m
sobre la clave del tubo.
Se proyectarán solo para colectores de hasta 200 mm de diámetro.
Los buzones de inspección se usan cuando la profundidad sea mayor a 1.00 m sobre la clave
del tubo.
Se proyectarán cámaras de inspección en todos los lugares donde sea necesario por razones
de inspección, limpieza y en los siguientes casos:
En el inicio de todo colector
En todos los empalmes de colectores
En los cambios de dirección
En los cambios de pendiente
En los cambios de diámetro
En los cambios de materiales de las tuberías.
Resumiendo:
Las condiciones de diseño son:
 El menor valor de caudal a ser considerado debe ser 1.5 l/seg., en cualquier tramo.
 El diámetro mínimo no debe ser menor a 100 mm
 La pendiente mínima I o min = 0.0055. Qi
-0.47
 La pendiente máxima admisible es la que corresponde a una velocidad final Vf = 5 m/seg.
 Cuando la velocidad final es superior a la velocidad crítica (Vc), la mayor altura de lámina
de agua admisible debe ser 50% del diámetro del colector, asegurando la ventilación del
tramo.
 Las tuberías tendrán un enterramiento mínimo considerando el criterio estructural para
protegerla del bulbo de presiones sobre la tubería por efectos de la carga viva.
 Se proyectar cámaras de inspección por razones de inspección, limpieza y en los casos:
Inicio de colector, en los empalmes de colectores, cambios de: dirección, pendiente,
diámetro y de materiales.

Determinar los caudales de diseño de un emisor que sirve a una población inicial y futura de 10000
y 15000 habs. respectivamente que se desarrollan en 45 y 60 has al inicio y final del plan. Considere
una dotación de 150 l/(hab.día), k1=1,3, k2=2,5 y una contribución de aguas de infiltración de 0.10
l/(seg.ha).
Datos
Pob inicial=10000hab, Pob Final= 15000hab, Area inicial= 45ha, Area final=60ha, Dotación
=150L/hab*d, k1=1.3, k2=2.5, Tasa de infiltración =0.1L/s*ha
Solución
Coeficiente de retorno = 0.80
a. Calculo de Caudales promedio inicial y final
Caudal promedio inicial= Qpi= 10000x150x0.80/86400= 13.89L/s
Caudal promedio final= Qpf=15000x150x0.80/86400= 20.83L/s
b. Calculo de Caudal máximo horario inicial y final
Caudal máximo horario inicial= Qmhi= Qpixk2= 34.72L/s
Caudal máximo horario final= Qmhf= Qpfxk2= 52.08L/S
c. Caudales de infiltración inicial y final
Caudales de infiltración inicial = Tasa x Area inicial= 4.50L/s
Caudales de infiltración final = Tasa x Area final = 6L/s
d. Calculo de caudales de diseño inicial y final
Caudal de diseño = Qmh +Qinf
Caudal de diseño inicial = Qmhi +Qinf= 39.22L/s
Caudal de diseño inicial = Qmhf +Qinf= 58.08L/s
APLICACIÓN N°01

APLICACIÓN N°02
Determinar si se presenta arrastre de solidos en el tramo de colector de 400 mm que conduce
60 l/seg a una pendiente de 3.8 %o.
Datos
Diametro =0.4m, Caudal =60l/seg, Pendiente S =3.8o/oo
Solución
1.Asumiendo n= 0,013
2.Formulas de aplicación
Formula de Manning
Q = 0.312*D^(8/3)*S^(0.5)/n .....1
V = 0.397*(D^2/3)*(S^0.5)/n .....2
3.Aplicando la formula ..1
Caudal a tubo lleno (Qo) = 128.51l/seg
4.Aplicando la formula ..2
Velocidad a tubo lleno (Vo) = 1.022m/seg
5.Calculando las relaciones hidráulicas
q/Qo= 60/128.51 = 0.4669
6. Calculando y/D y v/Vo del cuadro de relaciones hidráulicas
y/D =0.4801, v/Vo =0.9831
7.Calculando la velocidad real
Vr= v/Vo x Vo = 0,9831 x 1,022 = 1.0047m/seg
8. Calculando el Radio medio hidráulico
Rh= (V.n/(S^0.5))^1.5 = 0.0975m
9. Calculando la tensión tractiva (t)
t = 1000x9,81x RhxS
t = 1000kg/m3x9,81m/s2x0,0975mx0,0038m/m = 3.63Pascal
Respuesta: Se presentará arrastre hidráulico, por tener tensión tractiva mayor que 1 Pascal.

APLICACIÓN N°03
Verificar si en un colector, de alcantarillado sanitario, el escurrimiento es suficiente para
transportar los sedimentos depositados. El colector tiene un diámetro de 150 mm, situado
sobre una pendiente de 0.008 m/m, con un caudal de diseño de 2 l/s.

Uno de los tramos de la red de alcantarillado tiene una longitud de 80 m. Calcular el caudal
de diseño para este colector, tomando en cuenta los siguientes datos:
- Población de influencia para el colector = 50 Hab.
- Coeficiente de retorno C = 80 %
- Dotación = 150 l/hab/día.
- Se empleará tubos de concreto.
- El nivel freático en el tramo es alto.
- Considerar un 10 % del caudal máximo, por conexiones erradas.
APLICACIÓN N°04

Calcular el caudal máximo horario Qmax para el colector que sirve a un área de 0.23 Ha. Por
las características de la región se establece una dotación de 100 l/hab/día. La región cuenta
con una densidad poblacional D = 150 hab/Ha.
APLICACIÓN N°05

 CONCLUSIONES
 El reglamento de la OS.070 a través de su análisis e
interpretación, nos proporciona los criterios necesarios para el
diseño del sistema de alcantarillado.
 La ecuación de Manning es la más recomendable por su
sencillez y los resultados satisfactorios, que da su aplicación
en alcantarillas, colectores, canales de dimensiones grandes y
pequeñas.
 En los sistemas sanitarios y pluviales, las alcantarillas
circulares se proyectan para funcionar a tubo parcialmente
lleno.

REFERENCIA BIBLIOGRAFICAS
 Agüero, R. (1997). Agua potable para poblaciones rurales, lima, Editorial SER.
 Azevedo, N. (2005). Manual de hidráulica, Brasil, Editora: Edgar Blucher.
 Comisión Nacional del agua. (2009). Alcantarillado Sanitario,México, Editor: secretaria de
medio ambiente y recursos naturales.
 Ibáñez, W. (2012). Obras Hidráulicas y de Saneamiento, Primera edición.
 López, R. A. (2000). Elementos de diseño para acueductos y alcantarillado,
Colombia, Centro Editorial, Escuela Colombiana de Ingeniería.
 Olivarez, J. L. (2013). Abastecimiento de agua,lima.
 Rodríguez, P. (2001). Abastecimiento de agua. Vierendel, R. (2009). Abastecimiento de
agua y alcantarillado, Cuarta edición.
 Enríquez, H. (2013). Calculo de instalaciones Hidráulicas y Sanitarias.

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