Cálculo de cunetas laterales y medianeras

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Diseño hidráulico de cunetas laterales y medianeras

Cálculo de cunetas compuestas

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Programa en excel para el diseño de cunetas compuestas

Drenaje superficial de pavimentos Parte 1

Nota Contiene ejemplo de  diseño de cuneta tradicional

El drenaje de pavimentos es esencial para mantener un buen nivel de servicio y seguridad en el tráfico. El agua sobre el pavimento puede interrumpir el tráfico, reducir la resistencia al patinaje, incrementar el potencial de “hidroplaneo”, limitar la visibilidad debido al salpique y rocío, y, causar la consecuente dificultad en la conducción del vehículo cuando las ruedas frontales se encuentran con charcas. 

El drenaje de pavimentos requiere de la consideración del escurrimiento superficial, del flujo en cunetas y de la capacidad de captación de los sumideros. El diseño de estos elementos depende de la frecuencia de la lluvia y del spread permisible del agua sobre la superficie del pavimento. Este capítulo presenta guías para el diseño de estos elementos.
Las cunetas son elementos hidráulicos utilizados para encausar las aguas lluvias de una vía, calle o avenida y pueden ser cunetas simples y compuestas hacia un sumidero.
Los sumidero son elementos hidráulicos que reciben el aporte de las cunetas para mediante tirantes depositar las aguas lluvias en cámaras o pozos de revisión.

Criterios principales para la selección de la frecuencia y el spread de diseño:

1. La identificación del tipo la carretera es un buen inicio en el proceso de selección puesto que define la expectativa pública respecto a la presencia del agua sobre la superficie del pavimento. 

2. La velocidad es importante para la selección del criterio de diseño. Se ha demostrado que para velocidades mayores a 70 km/hr, el agua sobre el pavimento puede causar “hidroplaneo”.

3. Los volúmenes de tráfico proyectados son un indicador de la importancia económica de mantener la vía abierta al tráfico. 

4. La intensidad de los eventos de lluvia puede significativamente afectar la selección de la frecuencia y el spread de diseño. 

5. Los costos de inversión no son ni la menor ni la última consideración. Su consideración es necesaria para formular una aproximación racional en la selección del criterio de diseño. 

Otras consideraciones incluyen los inconvenientes, peligros y molestias a los peatones.

La elevación relativa de la carretera y los terrenos que la rodean es una consideración adicional donde el agua puede ser drenada solamente a través de un sistema de drenaje como en el caso de tramos de carretera deprimidos y en pasos inferiores (paso de una carretera por debajo de otra carretera). 

El spread sobre los carriles de tráfico puede ser tolerado a anchos mayores en aquellas vías donde los volúmenes de tráfico y velocidades sean bajos. Los spreads que ocupan hasta medio carril o más son usualmente considerados como un diseño mínimo en caminos locales de bajo volumen.

La selección del criterio de diseño para carreteras tipo intermedias, puede ser más difícil. Por ejemplo, algunas vías arteriales con volumen de tráfico y velocidades relativamente altos  pueden no tener espaldones los cuales deberían conducir el escurrimiento de diseño sin inundación de las líneas de tráfico. En estas instancias, una evaluación de los riesgos y costos para diferentes spreads puede ser útil para la selección del apropiado criterio de diseño. La tabla 4-1 provee frecuencias y spreads mínimos recomendados en base al tipo de carretera y velocidades del tráfico.

La frecuencia de diseño recomendada para secciones deprimidas o pasos inferiores donde el agua puede ser removida solamente por un sistema de drenaje es de 50 años de período de retorno. El uso de una lluvia de menor frecuencia, tal como una de 100 años, utilizada como de chequeo,  permite evaluar riesgos en sitios críticos donde el agua pueda encharcarse a profundidades apreciables.

Tabla 4-1.  Frecuencia y Spread de Diseño Mínimos Sugeridos

Clasificación de la Carretera		Frecuencia de Diseño			Spread de Diseño
Alto Volumen ó Dividida ó Bi-direccional	< 70 Km/hr	10 años			Espaldón + 1 m
	> 70Km/hr	10 años			Espaldón
	Punto Deprimido	50 años			Espaldón + 1 m
Colector	<  70 Km/hr	10 años		½ Carril
	>70 Km/hr	10 años		Espaldón
	Punto Deprimido	10 años		½ Carril
Calles Locales	Bajo ADT	5 años		½ Carril
	Alto ADT	10 años		½ Carril
	Punto Deprimido	10 años		½ Carril

4.1.2    Selección del Spread y Lluvia de Chequeo     

Durante el proceso de diseño debe utilizarse una lluvia de chequeo, ya que en cualquier momento el escurrimiento sobre el pavimento puede causar inundaciones inaceptables cuando se presentan eventos de menor frecuencia. También, los sumideros deben siempre ser evaluados para una lluvia de chequeo cuando son colocados en serie y terminan en una curva vertical deprimida, donde podrían presentarse encharcamientos con profundidades de agua peligrosas para el tráfico vehicular. 

La frecuencia seleccionada para la lluvia de chequeo debe fundamentarse en los mismos criterios usados para la selección de la lluvia de diseño, es decir, las consecuencias de un spread que exceda aquel spread seleccionado con la de diseño y el potencial de encharcamiento. Donde no ocurran encharcamientos significativos las lluvias de chequeo son normalmente innecesarias.

Los criterios del spread durante la lluvia de chequeo son: (1) un carril abierto al tráfico durante la ocurrencia de la lluvia de chequeo, y (2) un carril libre de agua durante la ocurrencia de la tormenta de chequeo. Estos criterios difieren sustancialmente, pero cada uno establece un estándar mediante el cual el diseño puede ser evaluado.

 Drenaje Superficial

Cuando la lluvia cae sobre un pavimentado inclinado, forma una delgada capa de agua cuyo espesor se incrementa a medida que fluye hacia el extremo aguas abajo del pavimento. Los factores que influyen en la magnitud de la profundidad del agua son: la longitud de la ruta del flujo, la textura del pavimento, la pendiente superficial y la intensidad de la lluvia. A medida que la profundidad del agua sobre el pavimento se incrementa, el potencial de “hidroplaneo” también se incrementa. Más adelante se presenta una discusión sobre el “hidroplaneo”; y, también se presentan guías para el diseño de los siguientes elementos del sistema de drenaje:

• Pendiente longitudinal del pavimento
• Pendiente transversal del pavimento
• Bordillo y cuneta
• Zanjas medianeras y laterales
• Plataforma de puentes
• Barreras medianeras
• Atenuadores de Impacto  

 4.2.1    “Hidroplaneo”

El hidroplaneo ocurre cuando la capacidad de las estrías y de la superficie del pavimento es excedida y el agua comienza a elevarse enfrente de la llanta. A medida que el agua se eleva, se crea una cuña de agua y esta cuña produce una fuerza hidrodinámica la cual eleva la llanta por encima de la superficie del pavimento. Esto es considerado como un hidroplaneo dinámico total y, ya que el agua ofrece poca resistencia al corte, la llanta pierde su habilidad tractiva y el conductor pierde el control del vehículo. El hidroplaneo puede ocurrir en velocidades de 89 Km/hr con una profundidad de agua de 2 mm.⁽²⁰⁾.

 El hidroplaneo puede ser reducido aplicando las siguientes medidas:

1. Diseñe la geometría de la vía de manera de reducir la longitud de recorrido del agua que fluye sobre el pavimento. Esto evitará la formación de la cuña de agua.

2. Incremente la profundidad de la textura del pavimento mediante métodos tales como el estriado del concreto.  

3. El uso de pavimento asfáltico de gradación abierta, se ha demostrado, que reduce enormemente el potencial de hidroplaneo.  

4. El uso de estructuras de drenaje a lo ancho de la calzada, para capturar el flujo de agua sobre el pavimento, reducirá el espesor de la película de agua y reducirá también el potencial de hidroplaneo de la superficie de rodadura.

4.2.2    Pendiente Longitudinal

 La experiencia ha demostrado que los valores de la pendiente longitudinal mínima para calzadas, dados en el “AASHTO Policy on Geometric Design⁽²¹⁾”, proveerán un drenaje del pavimento seguro y aceptable. En adición, las siguientes reglas generales son recomendadas:

1. La pendiente longitudinal mínima es más importante en el caso de pavimentos con bordillos que sin ellos en razón de que el flujo del agua es controlado por el bordillo. En el caso de pavimentos sin bordillo, pero con pendientes relativamente planas, pueden presentarse problemas de spread si se permite que la vegetación crezca a lo largo del extremo del pavimento.

2. Las pendientes deseable para las cunetas no debe ser menor que 0.5% para pavimentos con bordillo con un mínimo absoluto de 0.3%. Estas pendientes mínimas pueden ser mantenidas en terrenos muy planos, conformando el perfil de la cuneta o ajustando la pendiente transversal para alcanzar un perfil conformado.

3. Para proveer un adecuado drenaje en curvas verticales deprimidas, una pendiente mínima de 0.3% debe ser mantenida dentro de los 15 m del punto bajo de la curva. Esto se logra cuando la longitud de la curva en metros dividida para la diferencia algebraica de las pendientes (K), en por ciento, es igual o menor que 50. Esto es representado como:

k = L /G2-G1                                     (4-1)

            Donde:

                        K = constante de curva vertical, m/por ciento

                        L = longitud horizontal de la curva, m

                        Gi = pendiente de la calzada, por ciento

4.2.3        Pendiente Transversal

La tabla 4-2 incluye un rango aceptable de pendientes transversales, especificadas en “AASHTO’s policy on geometric design of highways and streets⁽²¹⁾”.  

Tabla 4-2.   Pendientes Transversales Normales de Pavimentos

Tipo de Superficie	Rango de Pendientes Transversales
Superficie Tipo-Alta
2 carriles	0.015 – 0.020
3 ó más carriles, en ambas direcciones	0.015 mínimo; incremente 0.005 a 0.010          por carril; 0.040 máximo
Superficie intermedia	0.015 – 0.030
Superficie Tipo-Baja	0.020 – 0.060
Espaldones
Asfalto ó concreto	0.020 – 0.060
Con bordillos	>= 0.040

Bordillos y Cunetas

Los bordillos son utilizados, normalmente, en el borde exterior de pavimentos con tráfico de baja velocidad, en instalaciones viales y en ocasiones adyacentes a espaldones en carreteras con velocidades de  mediana a alta. Ellos sirven para los siguientes propósitos:

• Mantener el escurrimiento superficial dentro de la vía y lejos de propiedades adyacentes.
• Prevenir la erosión de los taludes laterales en tramos viales sobre terraplenes.
• Proveer alineación al pavimento
• Permitir un desarrollo ordenado de las propiedades adyacentes a la vía.

Las cunetas formadas en combinación con bordillos, son disponibles en anchos que varían de 0.30 a 1.0 m. La pendiente transversal de la cuneta puede ser igual a la del pavimento o puede ser diseñada con una pendiente transversal más pronunciada, usualmente 80 mm por metro más inclinada que el espaldón ó carril de estacionamiento (si es usado).  Las recomendaciones geométricas de la ASSHTO establecen que una pendiente del 8% es una pendiente transversal máxima común. 

La combinación bordillo-cuneta forma un canal triangular que puede conducir un escurrimiento igual o menor que el caudal de diseño sin interrupción del tráfico. Cuando ocurre el caudal de diseño se forma un spread que incluye no solamente el ancho de la cuneta sino también carriles de estacionamiento ó espaldones y porciones del carril transitado.

 El spread es lo que interesa al ingeniero hidráulico cuando el agua fluye en la cuneta-bordillo. El spread T, es el ancho del charco de agua sobre el pavimento medido perpendicularmente desde la cara del bordillo, tal como se muestra en la figura 4-1. El límite de este ancho es uno de los criterios más importante del diseño y será discutido en detalle en la sección 4-3.

Cunetas Laterales y Cunetas Medianeras

Las cunetas laterales son usadas en tramos de carretera sin bordillo para conducir el escurrimiento desde el pavimento y desde áreas que drenan hacia la carretera. Debido a limitaciones en el derecho de vía, las cunetas laterales no son usadas generalmente en vías arteriales urbanas. Ellas pueden ser utilizadas en tramos de vía con secciones de corte, en tramos deprimidos, y en otras localizaciones donde se dispone de suficiente derecho de vía y donde los accesos o intersecciones son poco frecuentes.

Para evitar que el drenaje desde las áreas medianeras cruce las líneas de tráfico se recomienda inclinar las áreas medianeras y los espaldones interiores hacia una zanja central. Este diseño es particularmente importante para vías de alta velocidad y para vías con dos o más líneas de tráfico en cada dirección.  

4.2.6    Plataforma en Puentes

El drenaje de estas plataformas es similar al de las calzadas con bordillos. El drenaje efectivo de estas plataformas es importante por las siguientes razones:

• La plataforma estructural con el acero que la refuerza, es susceptible a la corrosión debido a las sales usadas para el derretimiento del hielo.

• La humedad sobre la plataforma se congela antes que en la superficie de la calzada.

• El hidroplaneo ocurre a profundidades menores sobre debido a la reducida textura superficial del concreto de la plataforma.

El  drenaje en la plataforma de los puentes es a menudo menos eficiente que en las calzadas debido a que sus pendientes transversales son más planas, los parapetos acumulan grandes cantidades de basura y los sumideros u hoyos típicos para el drenaje en puentes, son hidráulicamente menos eficientes y de mas fácil obstrucción por la basura. Debido a estas dificultades para proveer y mantener un adecuado sistema de drenaje en plataformas, el flujo proveniente de las cunetas-bordillo  de las calzadas de acceso al puente debe ser interceptado. Por estas razones las pendientes longitudinales nulas ó casi nulas así como áreas deprimidas deben ser evitadas en la plataforma de los puentes.

Una cobertura detallada sobre drenaje en puentes se incluye en la referencia 23.

4.2.7.   Barras Medianeras

Incline los espaldones adyacentes a las barreras medianeras hacia el centro para evitar el escurrimiento a través del pavimento de los carriles transitados. Donde barreras medianeras sean usados, y particularmente sobre curvas horizontales asociadas con peraltes, es necesario instalar sumideros o sumideros ranurados para colectar el agua acumulada contra la barrera. Adicionalmente algunas agencias utilizan sistemas de tuberías para conducir el agua a través de la barrera.

4.2.8.   Atenuadores de Impacto

Debe revisarse  la localización de los atenuadores de impacto para determinar la necesidad de estructuras de drenaje en esta área. Con algunos sistemas de atenuadores de impacto es necesario tener una abertura clara (no obstruida) a medida que el tráfico se aproxima al punto de impacto para permitir que un vehículo impacte sobre el cabezal del sistema. Si el atenuador de impacto esta colocado en un área donde el peralte ú otra grada de separación ocurra, puede necesitarse de sumideros con rejilla o sumideros ranurados para evitar que el agua corra a través de la abertura y fluya sobre las líneas de tráfico o rampas de tráfico. Los bordillos, estructuras tipo bordillo ó zanja no pueden ser usadas para dirigir el agua a través de esta abertura puesto que puede producirse la volcadura de un vehículo.    

4.3       Flujo en Cunetas

                                              

La cuneta es definida, para propósito de este circular, como una sección del pavimento adyacente a la calzada, que conduce el escurrimiento durante la ocurrencia de una lluvia. Ella puede incluir una porción o todo el carril de tráfico. Las cunetas pueden ser clasificadas como de tipo convencional o tipo “shallow swale” (zanjas poco profunda), así ilustradas en la figura 4-1. Las cunetas-bordillo convencionales usualmente tienen una forma triangular con el bordillo formando el lado casi-vertical ó vertical del triangulo. Las cunetas-bordillo convencionales pueden tener una sección transversal recta con la pendiente transversal igual a la de la calzada (figura 4-1, a.1) ó pueden tener una sección transversal compuesta donde la pendiente de la cuneta es mayor que la del pavimento (figura 4-1, a.2), ó a una sección parabólica (figura 4-1, a.3). Las cunetas poco profundas (swale) típicamente tienen una sección en V ó semicircular así mostrado en la figura 4-1, b.1, b.2, y b.3, respectivamente y son a menudo utilizadas en áreas medianeras pavimentadas en vías con la corona invertida.    

4.3.1        Ecuaciones de Capacidad

Los cálculos del flujo en cunetas son necesarios para determinar el spread del agua sobre el espaldón, sobre el carril de estacionamiento o sobre el carril de rodadura. Una ecuación modificada de la fórmula de Manning puede ser usada para calcular el flujo de canales triangulares. La modificación es necesaria puesto que el radio hidráulico en la ecuación no describe adecuadamente la sección transversal de la cuneta, particularmente donde el ancho de superficie libre puede ser más de 40 veces la profundidad junto al bordillo. Para calcular el flujo en la cuneta, la ecuación de Manning es integrada para un incremento de ancho a través de la sección²⁴. La ecuación resultante es:

                                                                             

                                                                              

Donde:

            n   = coeficiente de rugosidad de Manning, (tabla 4-3)

            Q  = caudal, m³/s

            T   = ancho del flujo (spread), m

            S_X = pendiente transversal, m/m

            S_L = pendiente longitudinal, m/m

                   

 4.3.2    Secciones Convencionales Cuneta-Bordillo

 

Las cunetas convencionales comienzan en la base inferior del bordillo y usualmente se extienden desde la cara del bordillo hacia el eje de la vía una distancia de 0.30 a 1.0 m. Así mostrado en la figura 4-1, las cuentas pueden tener secciones uniformes, compuestas o curvas. Las secciones uniformes tienen una pendiente transversal igual a la pendiente transversal del espaldón o de la línea de tráfico adyacente a la cuneta. Las cunetas con secciones compuestas son deprimidas en relación a la pendiente del pavimento adyacente. Esto es, la cuneta pavimentada tiene una sección transversal que es más pronunciada que la del pavimento adyacente. Este concepto es ilustrado en el ejemplo 4-1. Las secciones curvadas son a veces encontradas a lo largo de calles antiguas ó carreteras con secciones pavimentadas curvadas. A continuación se presentan los procedimientos para calcular la capacidad de bordillos-cunetas.

Ejemplo de cunetas convencionales con pendiente transversal uniforme

  

PROGRAMA EN EXCEL PARA CALCULO DE VIGAS

Aquí te dejo un programa en Excel para el cálculo de vigas, el enlace para la descarga gratis es el siguiente

http://freakshare.com/files/ng2t1sxz/Calculo-de-Vigas.xls.html

Manual de Diseño Trampas de Grasa

Especificaciones técnicas para el diseño de trampa de grasa

Objetivo

 Normar el diseño de trampa de grasa como un medio de remoción del material graso de las aguas residuales de establecimientos en donde se preparen y expendan alimentos, así como de lavanderías.

 Definiciones

Admisión: Tubería de ingreso de las aguas residuales crudas a la trampa de grasa.

Descarga: Tubería de salida del efluente acondicionado.

Aplicación

 El empleo de trampa de grasa es de carácter obligatorio para el acondicionamiento de las descargas de los lavaderos, lavaplatos u otros aparatos sanitarios instalados en restaurantes, cocinas de hoteles, hospitales y similares, donde exista el peligro de introducir cantidad suficiente de grasa que afecte el buen funcionamiento del sistema de evacuación de las aguas residuales, así como de las descargas de lavanderías de ropa.

 Requisitos previos

a) Los desechos de los desmenuzadores de desperdicios no se deben descargar a la

trampa de grasa.

b) Las trampas de grasa deberán ubicarse próximas a los aparatos sanitarios que

descarguen desechos grasosos, y por ningún motivo deberán ingresar aguas

residuales provenientes de los servicios higiénicos.

c) Las trampas de grasa deberán proyectarse de modo que sean fácilmente accesibles

para su limpieza y eliminación o extracción de las grasas acumuladas.

d) Las trampas de grasa deberán ubicarse en lugares cercanos en donde se preparan

alimentos.

e) La capacidad mínima de la trampa de grasa debe ser de 300 litros.

 f) En el caso de grandes instalaciones como hospitales o restaurantes que atiendan a más de 50 personas, deberán considerar la instalación de dos trampas de grasa.

 g) No es obligatorio diseñar trampa de grasa para viviendas unifamiliares.

 h) Las trampas de grasa pueden ser construidas de metal, ladrillos y concreto, de forma rectangular o circular.

i) Las trampas de grasa se ubicarán en sitios donde puedan ser inspeccionadas y con

fácil acceso para limpiarlas. No se permitirá colocar encima o inmediato a ello

maquinarias o equipo que pudiera impedir su adecuado mantenimiento.

Diseño de la trampa de grasa

 a) La determinación del caudal de diseño se ejecutará a partir de las unidades de gasto según lo indicado en el cuadro 1.

 Cuadro 1: Unidades de gasto de los aparatos sanitarios que descargan a la trampa de grasa.

 (*) Debe asumirse este número de unidades de gasto por cada grifo instalado en el lavadero.

 b) El caudal máximo se calculará mediante la siguiente fórmula:

  Q= 0.30 (∑p)^0.5

Donde:

Q=        Caudal máximo en lt/seg.

∑p=  Suma de todas las unidades de gasto a ser atendido por la trampa de grasa

c) El volumen de la trampa de grasa se calculará para un período de retención entre 2,5 a 3,0 minutos.

 Características de la trampa de grasa

a) La relación largo:ancho del área superficial de la trampa de grasa deberá estar comprendido entre 2:1 a 3:2.

b) La profundidad no deberá ser menor a 0,80 m.

c) El ingreso a la trampa de grasa se hará por medio de codo de 90º y un diámetro mínimo de 75 mm. La salida será por medio de una tee con un diámetro mínimo de

75 mm.

 d) La parte inferior del codo de entrada deberá prolongarse hasta 0,15 m por debajo del nivel de líquido.

 e) La diferencia de nivel entre la tubería de ingreso y de salida deberá de ser no menor a 0,05 m.

 f) La parte superior del dispositivo de salida deberá dejar una luz libre para ventilación de no más de 0,05 m por debajo del nivel de la losa del techo.

 g) La parte inferior de la tubería de salida deberá estar no menos de 0,075 m ni más de 0,15 m del fondo.

 h) El espacio sobre el nivel del liquido y la parte inferior de la tapa deberá ser como mínimo 0,30 m.

 i) La trampa de grasa deberá ser de forma tronco cónica o piramidal invertida con la pared del lado de salida vertical. El área horizontal de la base deberá ser de por lo menos 0,25 x 0,25 m por lado o de 0,25 m de diámetro. Y el lado inclinado deberá tener una pendiente entre 45º a 60º con respecto a la horizontal (ver figura 1).

j) Se podrá aceptar diseños con un depósito adjunto para almacenamiento de grasas, cuando la capacidad total supere los 0,6 m³ o donde el establecimiento trabaje en forma continua por más de 16 horas diarias.

k) La trampa de grasa y el compartimento de almacenamiento de grasa estarán conectados a través de un vertedor de rebose, el cual deberá estar a 0,05 m por encima del nivel de agua. El volumen máximo de acumulación de grasa será de por lo menos 1/3 del volumen total de la trampa de grasa (ver figura 2).

Figura 1. Trampa de grasa simple

   Figura 2. Trampa de grasa con depósito de acumulación de grasa

  

EJEMPLO DE MANUAL DE OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO PARA SISTEMAS DE AGUAS SERVIDAS

MANUAL DE OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO

1          GENERALIDADES

1.1       Introducción

El propósito de este manual, es proporcionar un instrumento que posibilite la adecuada operación y mantenimiento del sistema de alcantarillado sanitario de ........., el que deberá ser perfectamente conocido por todo el personal involucrado en el manejo del sistema, siendo además un documento al que se puede recurrir en caso de dudas u ocurrencia de situaciones anómalas.

1.2       Alcance del manual de operación y mantenimiento

Es muy difícil que durante la elaboración del proyecto se hayan previsto en forma total los problemas que se puedan presentar en el funcionamiento de todo el sistema, por esta razón, es necesario que durante la operación se realicen cuadros sinópticos del funcionamiento de las redes y demás instalaciones y que se conozcan de la mejor manera las operaciones ordinarias y extraordinarias necesarias para asegurar la regularidad del servicio.

1.3       Grupo objetivo del manual de operación y mantenimiento

El conocimiento del funcionamiento del sistema de alcantarillado sanitario es indispensable no solo para quien deba dirigir la gestión sino para todas las personas involucradas en la operación y mantenimiento del sistema; esto permitirá realizar mantenimiento preventivo y operar el sistema en condiciones óptimas.

2          DESCRIPCION DEL SISTEMA PROYECTADO

2.1       Red de Colectores

2.1.1    Redes Matrices y Secundarias (describir el sistema proyectado)

El sistema consta de una red de tuberías de hormigón simple con una longitud total de 6,915 metros, con diámetros de 200 mm (5525 metros), 250 mm (444 metros),  300 mm (690 metros), 400 mm (227 metros), y 500 mm (29 metros).

El relleno mínimo, medido desde la tapa de la cámara de inspección hasta el lomo de la tubería, es de 1.00 metro, tal como se indica en el documento “Bases y Parámetros de Diseño ”. La profundidad de relleno máxima es de 4.50 metros y el promedio es de aproximadamente 2.15 metros

Adicionalmente, hay que tener en cuenta que gran parte de las calles por las cuales pasan los colectores matrices y secundarios (sobre todo aquellos proyectados para la segunda etapa) son calles que no están pavimentadas, y que la cota de referencia bajo la cual se ha considerado el relleno mínimo es la cota de la calle de tierra; la cota final de la rasante de la vía será aquella que contemple un futuro diseño vial de ........, lo que usualmente hará que las cotas de relleno aumenten en algunos centímetros. En todo caso, el diseño vial tiene que considerar que la altura de relleno no deberá ser en ningún caso menor a 1.00 metro.

Las pendientes de instalación de las tuberías consideradas en el diseño van desde 8‰ hasta 1%, que son pendientes que pueden permitir un adecuado escurrimiento e impedir sedimentaciones, siempre dependiendo de la velocidad del flujo.

La velocidad máxima es de 0.98 m/s y el promedio es de 0.46 m/s. En cuanto a la velocidad mínima, en casi todo el sistema la velocidad es mayor a 0.30 m/s, que es el mínimo valor adecuado para evitar sedimentaciones en las tuberías. Sin embargo, en unos pocos tramos se tienen velocidades menores de 0.30 m/s; al respecto hay que indicar que al ser tramos iniciales donde el caudal es relativamente pequeño, y al no poder (debido a las normas) reducir el diámetro del conducto a un valor menor a 200 mm, es una situación inevitable y deberá ponerse especial atención en la limpieza periódica de estos tramos.

El coeficiente de rugosidad de Manning usado en el diseño es el recomendado para tuberías de hormigón simple nuevas, es decir 0.013.

La distancia promedio entre cámaras es de aproximadamente 69 metros, siendo la distancia máxima 122 metros.

Las cámaras de inspección tienen el diseño típico de (Ver Plano...)

2.1.2    Redes Terciarias y Domiciliarias (Ver Planos.......)

Para las redes terciarias, se ha considerado el sistema convencional, es decir, tuberías por las aceras con cajas de hormigón que reciben las descargas domiciliarias.

En vista de que gran parte de la ciudad de ....... no dispone de aceras, se deberá considerar la ubicación de las futuras aceras de acuerdo al departamento de planificación urbana del cantón .......... para implantar las cajas domiciliarias. Se ha previsto en el diseño que una caja puede recibir las descargas de aguas residuales domésticas de uno o dos domicilios. Cuando se instalen las cajas intermedias se deberá respetar la pendiente que existe entre los inverts de las cajas esquineras.

Las pendientes con la que se han diseñado las redes terciarias son de 4‰ y  5‰ como general, aunque hay pocos casos donde la pendiente puede bajar hasta el 1‰, para evitar profundizar mucho el sistema de redes matrices y secundarias.

El diámetro nominal de las tuberías es de 160 mm de PVC y para las intradomiciliarias es de 110 mm de PVC.

La profundidad mínima de la caja es casi siempre 0.60 metros, excepto en casos extremos donde la profundidad es poco más de 0.50 metros, también para evitar profundizar mucho el sistema de redes matrices y secundarias. Hay que agregar que, al igual que en el caso de las redes matrices y secundarias, la profundidad final de las cajas dependerá del diseño de la acera, por lo cual esta profundidad seguramente aumentará y será siempre mayor a 0.60 metros.

Las cajas domiciliarias tienen el diseño típico de Ver Plano ........)

2.2  Estaciones de Bombeo y Líneas de Impulsión (Ver Planos ............)

El sistema de alcantarillado sanitario de ........... proyectado consta de cuatro estaciones de bombeo, siendo tres de ellas elevadoras y la otra es la que recoge todas las aguas residuales y las impulsa hacia el sistema de lagunas de tratamiento.

La estación de bombeo elevadora 1 está ubicada al noreste de ............, a una elevación de +6.87 msnm, y recibe las aguas residuales mediante un colector hormigón de Ø200mm que llega a la cota 3.43 msnm; el caudal que eleva es de 6.52 l/s. La estación consta de dos cámaras, la de bombas y la de válvulas, la primera tiene una profundidad de 5.5 metros, y la segunda de 1.50 metros. Esta estación servirá a partir de la Etapa II.

La estación de bombeo elevadora 2 está ubicada en la parte central de la ciudad, en los terrenos de un polideportivo, a una elevación de +5.50 msnm, y recibe las aguas residuales mediante un colector hormigón de Ø300mm que llega a la cota 1.04 msnm, el caudal que eleva es de 27.04 l/s. La estación consta de dos cámaras, la de bombas y la de válvulas, la primera tiene una profundidad de 6.5 metros, y la segunda de 1.50 metros.

La estación de bombeo elevadora 3 está ubicada al noroeste de la ciudad, en los terrenos donde el Municipio ha proyectado un área verde, a una elevación de +5.00 msnm, y recibe las aguas residuales mediante un colector de hormigón de Ø200mm que llega a la cota 1.77 msnm; el caudal que eleva es de 5.31 l/s. La estación consta de dos cámaras, la de bombas y la de válvulas, la primera tiene una profundidad de 4.60 metros, y la segunda de 1.50 metros.

La estación de bombeo matriz está ubicada al sureste de la ciudad, a una elevación de +5.50 msnm, y recibe las aguas residuales mediante un colector hormigón de Ø500mm que llega a la cota 2.07 msnm, el caudal que bombea a las lagunas es de 72.31 l/s. La estación consta de dos cámaras, la de bombas y la de válvulas, la primera tiene una profundidad de 5.50 metros, y la segunda de 1.50 metros.

La línea de impulsión consiste en una tubería de PVC de Ø250 mm de aproximadamente 1,600 metros, desde la estación de bombeo hasta su descarga en la laguna facultativa.

A la entrada de cada estación hay una rejilla (que debe limpiarse periódicamente), que evita la acumulación de basuras en el pozo. Los accesorios dentro de las estaciones son de hierro dúctil. Existen dos bombas, de las cuales sólo funciona una y la otra se utilizará para emergencias. El espesor de las paredes es de 0.30 metros.

Junto a la estación de bombeo se encuentra una caseta que servirá para facilitar labores de guardianía y para dar cabida a las instalaciones eléctricas. También se ha proyectado un cerramiento perimetral.

2.3  Sistema de Tratamiento: Lagunas de Oxidación (Ver Planos ...........)

El sistema de tratamiento consiste en una laguna facultativa y una laguna de maduración (un sistema por etapa). Las aguas residuales llegan a la laguna facultativa por medio de la línea de impulsión, y luego por gravedad van a la laguna de maduración, desde donde también por gravedad el efluente tratado descarga al cuerpo receptor, que es el río Vinces.

El sistema de transición de las aguas residuales en las lagunas consta de siete cajas; la línea de impulsión termina en la caja 1 donde las aguas se distribuyen por medio de tuberías de 160mm hacia las cajas 2 y 3 para depositarse en la laguna facultativa, luego están las cajas 4 y 5 que conducen las aguas, por medio de una tubería de 200mm, hacia la caja 6 que descarga en la laguna de maduración, finalmente la caja 7 recoge las aguas tratadas y mediante una tubería de 200mm descarga las aguas al cuerpo receptor.

3          MANUAL DE OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO DEL SISTEMA DE             REDES DE RECOLECCIÓN

3.1       Introducción

Al tratar sobre el mantenimiento de sistemas de alcantarillados separados, el principal problema que se presenta es la interconexión de los sistemas, es decir, la conexión de aguas negras domésticas al sistema pluvial y viceversa.  Este es un problema que existe en el casco central de la ciudad. A pesar de encontrarse previsto en el diseño del alcantarillado sanitario un caudal producto de estas conexiones, será necesario la vigilancia permanente para evitarlas, porque, caso contrario, darían lugar a un aumento peligroso de caudales en el sistema de alcantarillado sanitario y a la contaminación del río cuando la conexión es de aguas residuales al sistema pluvial, ya que todo el drenaje pluvial descarga sin ningún tratamiento en los cuerpos de agua.

Otro problema que se debe enfrentar es la necesidad de realizar todas las conexiones domiciliares previstas en el proyecto y tratar de vencer la resistencia de ciertos usuarios a recibir el servicio, para evitar un desfase entre los caudales previstos en el proyecto y los que realmente circularán por el sistema afectando el funcionamiento hidráulico de los colectores producto de la reducción de caudales, lo que podría propiciar el azolvamiento de los colectores, puesto que las cantidades de líquido en estos serían insuficientes para tener velocidades que puedan producir el arrastre de los sólidos.

3.2       Mantenimiento preventivo de las redes de alcantarillado

3.2.1    Conexiones domiciliarias

En el sistema proyectado se ha establecido que la caja intradomiciliaria sea un componente del sistema, formando parte de la red de colectores terciarios. Esta caja se deberá construir con los materiales, forma y dimensiones establecidas en los planos generales del proyecto; sobre todo se deberá tomar especial cuidado en la construcción del sistema de flujo del fondo de la caja.

Otro aspecto importante a considerar es la tubería de conexión a la caja cuyo diámetro mínimo debe ser 110 mm de PVC, la pendiente mínima debe ser del 1 %, puesto que los caudales a circular por las tuberías son reducidos.

La limpieza de las cajas domiciliarias se hará con varillas metálicas y cucharones, obedeciendo a una programación semanal que prevea la atención a todos los sectores de la ciudad de Salitre.

3.2.2    Colectores terciarios

El inconveniente que caracteriza a los colectores terciarios, es la posibilidad de taponamientos u obstrucciones que, en condiciones de escasa circulación, se forman lentamente por efecto de algún cuerpo sólido que se pega al fondo, lo que ni el caudal propio de la tubería ni el de aparatos de limpieza consiguen arrastrar, teniéndose que al dorso de esta pequeña barrera se incrustan materias que se consolidan con el paso del tiempo. La atenuación de la pendiente, que de ello resulta, favorece posteriores depósitos de materias en suspensión y por ende, la obstrucción compromete cada vez a longitudes mayores de tubería. El hecho de haber utilizado tuberías de PVC bastante más lisas que las tuberías de hormigón, limita en alto grado la formación de obstrucciones, pero esto no quiere decir que éstas no se van a presentar por lo que es importante tomar las precauciones necesarias.

Una forma de prever la presencia de obstrucciones es la continua y sistemática revisión de las cajas esquineras, observando durante las horas pico la forma corno circula el agua. Durante estos períodos se deberá presentar un flujo continuo, con presencia de sólidos flotantes.

La frecuencia de las observaciones estará de acuerdo a la pendiente y velocidad de circulación del agua en los colectores. Es decir, deberán realizarse observaciones en forma más continua en los colectores terciarios donde, de acuerdo con los cálculos hidráulicos, se producen velocidades mínimas con pendientes muy cercanas a los limites inferiores establecidos para el diseño.

De todas maneras es necesario anotar que por experiencia en sistemas similares, las obstrucciones son poco frecuentes, y en su mayoría se deben al mal uso que dan los usuarios al sistema, especialmente cuando arrojan grasa, desperdicios de vegetales o prendas de vestir, o cualquier otro objeto no degradante o voluminoso.

Los colectores terciarios serán limpiados con varillas metálicas y su mantenimiento preventivo estará sujeto a una programación que solamente podrá ser cambiada para atender solicitudes de mantenimiento correctivo.

Se debe llevar un registro del mantenimiento preventivo de los colectores terciarios y de las cajas domiciliarias. Este registro debe ser en un cuaderno empastado para evitar la destrucción o alteración de los datos.

El formato de registro debe incluir lo siguiente:

-          Tramos y cajas limpiados, incluyendo diámetros, longitud y Tipo de tubería.

-          Fecha de realización del mantenimiento.

-          Personal que laboró.

-          Observaciones.

3.2.3    Colectores matrices y secundarios

Al mismo tiempo que se realiza la inspección de las cajas esquineras, en los colectores terciarios, deberá efectuarse la inspección de los pozos de revisión, determinando al igual que en el caso anterior una mayor frecuencia en la inspección para los tramos de menor diámetro y los de mínima pendiente. De todas maneras la determinación de la frecuencia en la inspección se hará de acuerdo a las necesidades del sistema.

Idéntica actividad deberá cumplirse con los colectores secundarios y terciarios, especialmente en los tramos con condiciones limite de velocidad y pendiente.

3.2.4    Pozos de revisión

El problema de arrojar basura o cualquier tipo de desperdicios a las calles o, peor aún, el utilizar los pozos de revisión como botaderos de basura, son las principales causas de fallas en los sistemas de alcantarillado.

Es necesario educar a la comunidad sobre la importancia de recoger la basura y disponerla en forma adecuada, evitando arrojarla a la vía pública o a los pozos de revisión del sistema de alcantarillado sanitario.

Otro problema surge cuando se utilizan los pozos de revisión para eliminar estancamientos de aguas lluvias, levantando las tapas y permitiendo el desfogue de las mismas por el alcantarillado sanitario. Dependiendo de la magnitud del estancamiento, los caudales generados podrían hacer funcionar los colectores a presión con los daños consecuentes, o peor aún sobrecargar las instalaciones de bombeo.

Cuando se realice la inspección de pozos para determinar las condiciones de flujo, en los colectores, es necesario hacer una revisión del estado en el que se encuentran los pozos, en especial las líneas de flujo en el fondo, sobre todo cuando por necesidades de diseño o constructivas se han realizado saltos.

En muchas ciudades del país ha sido práctica común el robo sistemático de las tapas y cercos de los pozos de revisión; es necesario hacer conciencia a la ciudadanía, para que hagan la denuncia respectiva cuando esto ocurra. Dado el costo del material como los costos de colocación, resulta onerosa la reposición continua de estos elementos.

3.2.5    Pérdidas y filtraciones

A pesar de que durante la construcción se realizan las pruebas correspondientes de hermeticidad de las juntas, en ciertas ocasiones, por diferentes motivos, pueden producirse fallas en las juntas y se produce pérdida de la estanquidad. Estos casos se detectan al cabo de algunos años de producida la falla, aunque en la gran mayoría de los casos los materiales que arrastran las aguas servidas pueden obturar dichas aberturas.

En la mayoría de los casos las fallas por filtraciones se detectan cuando se ha producido algún daño en la calzada o en las edificaciones vecinas. Por experiencias anteriores en ningún caso se ha producido el colapso de estructuras relativamente nuevas, generalmente lo que se produce es el humedecimiento de paredes o el levantamiento de la calzada o la calle por efecto del problema de expansión.

En caso de presentarse las anomalías anotadas será preciso descubrir los colectores para determinar el sitio exacto de la filtración y proceder a realizar los correctivos que el caso amerite.

3.2.6    Actividades de mantenimiento preventivo

De cuanto se ha dicho anteriormente se desprende que las principales operaciones de mantenimiento de las redes de alcantarillado pueden resumirse de la siguiente manera:

a)        Inspección continua y sistemática de los colectores a través de los pozos de revisión y cajas esquineras, con el fin de poder intervenir oportunamente en caso que se produzcan obstrucciones.

b)        Inspección continua de las conexiones domiciliarias para evitar que se introduzcan a las redes materiales voluminosos y basuras y poder corregir a tiempo el mal uso del sistema y las conexiones ilícitas.

c)        Vigilancia sobre las aguas de desechos industriales.

d)        Inspección de los aparatos y equipos para mantenimiento y limpieza, evitando el desperdicio de agua potable.

3.3       Mantenimiento correctivo de las redes de alcantarillado

El mantenimiento correctivo deberá ser realizado por el mismo personal que realiza el mantenimiento preventivo. Se debe dar atención especial cuando existan obstrucciones, las mismas que puedan producirse por las siguientes situaciones:

·      Por la introducción de objetos extraños al sistema que provoca una obstrucción repentina (obstrucción total).

·      Por el bloqueo progresivo del sistema de alcantarillado motivado por la falta de limpieza periódica y constante (obstrucción parcial)

·      Por el acarreo de cantidades de tierra, lodo y otros materiales arrastrados por el agua lluvia.

·      Por el colapso o movimiento de las tuberías debido a:

·      Asentamiento de tuberías en base no apropiada

·      Falta de altura suficiente de relleno sobre la tubería

·      Movimientos naturales del suelo

·      Crecimientos de raíces de los árboles junto a las tuberías

·      Rotura de tuberías

3.3.1 Cajas domiciliarias y colectores terciarios.

En caso de detectarse una obstrucción, se debe realizar un seguimiento, destapando las cajas domiciliarias hasta determinar con exactitud el tramo en el que se ha producido la obstrucción. Se procederá luego a utilizar agua a presión con chorros intermitentes. De no conseguirse la limpieza del tramo, será entonces necesaria la utilización de desatascadores mecánicos. En caso de no lograr resultados favorables, se procederá entonces a retirar el tramo de tubería en el que se encuentre la obstrucción y si resulta imposible limpiarlo, se lo sustituirá por uno nuevo.

3.3.2    Colectores principales y secundarios

En caso de detectarse una obstrucción, se procederá a eliminarla mediante el uso de chorros de agua intermitentes (hidrocleaner) con la presión suficiente para lograr la desobstrucción sin dañar la tubería.

Herramientas mecánicas pueden utilizarse, en el caso que el agua no pueda romper la obstrucción. Si luego de utilizar medios mecánicos no se ha conseguido eliminar la obstrucción, se procederá a destapar la tubería y romperla por la parte superior hasta determinar el sitio de la obstrucción y de ser posible limpiarla, en todo caso es necesario reparar o reponer si fuera el caso la tubería rota.

3.3.3    Pozos de revisión

En caso de observarse daños de cualquier naturaleza en los pozos, estos deberán repararse lo más rápido posible para evitar problemas mayores.

4          MANUAL DE OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO DE LAS         ESTACIONES         DE BOMBEO

4.1       Introducción

La operación de las estaciones de bombeo en forma satisfactoria es posible cuando sus operadores conocen los cambios de volúmenes de agua que se producen durante el día, para ello debe conocerse los niveles de agua en el cárcamo y la carga por fricción que debe vencerse en la tubería de impulsión.

Esta carga varia con los años, debido a obstrucciones e incrustaciones en las tuberías y a los mayores servicios que demanda el sistema.

Se recomienda una capacidad de bombeo tal que pueda absolver las variaciones horarias de caudales, a las presiones requeridas, sin necesidad que se presenten situaciones de emergencia.

Otras buenas normas para la operación y mantenimiento de los sistemas de bombeo son las siguientes:

·         Mantener y seguir los manuales instructivos sobre operación y mantenimiento preventivo preparados por el fabricante.

·         Mantener registros de operación y mantenimiento.

4.2       Operación y mantenimiento de bombas

Una inspección regular y un mantenimiento preventivo garantizan un trabajo más seguro.

La bomba deberá ser inspeccionada por lo menos una vez al año y con más frecuencia en condiciones malas de funcionamiento.

En condiciones normales de funcionamiento, la bomba deberá someterse a una revisión general en un taller de servicio cada tres años.

Esto requiere herramientas especiales y deberá realizarse en un taller de servicio autorizado.

Cuando la bomba es nueva o cuando se han cambiado las juntas mecánicas se recomienda una inspección después de la primera semana de funcionamiento.

Las observaciones de las siguientes normas generales, que se cumplieron en la fase de diseño, permiten prolongar el período útil de servicio de las bombas:

a)         Instalar las bombas en lugares de fácil acceso, para efectos de reparación e inspección.

b)         Resguardar los pozos de succión contra inundaciones.

c)         Colocar las bombas tan cerca como sea posible del cárcamo para hacer las líneas de succión cortas y directas.

d)         Prever suficiente espacio vertical en el edificio de bombas para la instalación de grúas y montacargas.

e)        Alinear correctamente el eje de unión entre la bomba y el motor.

El cumplimiento de las recomendaciones específicas hace posible obtener el apropiado funcionamiento de las bombas:

a)        Cerrar la válvula de descarga cuando se va a iniciar la operación de una bomba centrífuga y abrirla gradualmente hasta que se haya alcanzado la velocidad de operación.

b)        Cerrar la válvula de compuerta en la tubería de descarga antes de desconectar el motor, para evitar golpes de ariete en la tubería.

c)        Inspeccionar periódicamente la línea de succión para determinar rajaduras o fugas.

d)        Lubricar los cojinetes en forma apropiada y de acuerdo con las recomendaciones del fabricante. La falta de aceite lubricante aumenta al desgaste de las partes móviles. El exceso de grasa o uso de grasa de consistencia muy espesa aumenta la fricción y por tanto se produce un calentamiento y pérdida de potencia.

e)        Evitar la operación de la bomba en seco. El agua dentro de la bomba sirve como lubricante entre los anillos y los cojinetes.

f)        Operar todas las bombas de una manera alternada, aún cuando la capacidad instalada sea muy superior a la demanda.

g)        Iniciar la operación de la bomba con la válvula de descarga casi cerrada, cuando la carga inicial es pesada para el motor. Después de alcanzarse la velocidad requerida, debe abrirse completamente la válvula. Operar con la válvula medio abierta significa desperdicio de energía eléctrica o térmica.

h)        Operar la bomba cerca de la carga de diseño. La operación a otras cargas reduce la eficiencia de la vida útil de la bomba. Por otra parte, la cavitación a altas velocidades, ocasiona el desgaste de los impelentes.

La adecuada localización de una bomba facilita su correcta operación. Para ello se recomienda.

a)  Mantener aceites y suciedades alejados de las partes móviles del equipo de bombeo. La vida de los cojinetes se acorta cuando ellos entran en contacto con aceites y suciedades.

b)  Evitar aceitar o engrasar demasiado los cojinetes porque esto ocasiona un sobrecalentamiento de ellos.

c)        Remover el aceite o la grasa de la tasa cada 6 o 12 meses, de acuerdo con las horas de operación del equipo, llenarla con cerne o kerosén, vaciarla y volverá a llenar con aceite o grasa libre de impurezas. La frecuente adición de aceites o grasa resulta innecesaria y produce dificultades.

d)     Investigar el origen de ruidos o vibraciones continuas. Las bombas centrífugas están construidas de hierro fundido y no resisten esfuerzos para los cuales no han sido construidas. Cualquier distorsión en el alineamiento de una bomba centrífuga, aunque no ocasione daños físicos a la bomba, causará no solamente desgastes internos sino también desgastes externos y pérdidas de eficiencia.

e)        Comprobar que la bomba puede girar libremente a mano, cuando la bomba no requiere más de 75 caballos de fuerza para su operación. Si la bomba no gira cuando se acciona a mano, debe cerciorarse si existe una glándula apretada o un cojinete en mal estado.

f)         Mantener registros adecuados en los cuales se indique, como mínima información: volumen diario bombeado, presiones de succión y descarga, número de horas de bombeo por día y consumo diario de energía eléctrica, gasolina, aceite, diesel. Otros registros adicionales que pueden ser de utilidad son: temperatura, voltaje, amperaje, factor de potencia, costos de reparaciones y otros que se consideren de utilidad, de acuerdo con las condiciones locales.

4.3       Operación y mantenimiento de motores

Para obtener una apropiada operación y reducir los costos de mantenimiento de motores, se recomienda:

a)        Evitar que el motor se ensucie con aceite. El buen contacto es imposible en conmutadores y anillos sucios. Nunca se debe aceitar los depósitos de los anillos mientras el motor se encuentra en operación porque el aceite puede resbalarse y extenderse, cuando el motor cesa de funcionar.

b)        Mantener la bomba y el motor en correcto alineamiento. Cojinetes quemados, ejes doblados y daños a la bomba pueden resultar como consecuencia del desalineamiento, el cual puede ser originado por una instalación defectuosa, por asentamiento de la fundación, tensión excesiva en la faja o desgaste de los cojinetes. La vibración o el ruido puede ser un indicio de la existencia de una o varias de estas condiciones.

c)        Eliminar la vibración producida por desalineamiento, tornillos de montaje flojos o falta de balance dinámico de las partes rotatorias del motor o de la bomba.

d)        Mantener lisa la superficie del conmutador y de las escobillas. Se deben reinstalar o remover los anillos colectores si estos están gastados. Se debe también revisar la presión de las escobillas y limpiar los sostenedores de las escobillas si estos se encuentran sucios.

e)        Evitar cargas bajas en motores de inducción.

f)         Examinar cada semana el iniciador de marcha, switch, fusibles y otros controles. El motor nunca debe sobrecalentarse tanto que el operador no resista colocar su mano sobre él. Los puntos de contacto en el switch del iniciador de marcha deben mantenerse en buenas condiciones o de otra manera puede producirse bajo voltaje en los terminales del motor. Debe mantenerse un registro de las inspecciones periódicas. Las reparaciones deben ser ejecutadas sólo por un electricista bien calificado.

Los motores eléctricos deben ser protegidos contra voltajes deficientes o excesivos, contra cargas grandes o pequeñas, contra corrientes reversibles, contra fases reversibles, rayos y otras sobrecargas de corriente eléctrica.

La instalación de algún medio efectivo para interrumpir o enviar a tierra el circuito eléctrico son formas eficientes para salvaguardar el sistema contra estos peligros. Fusibles de diferentes tipos son también empleados para permitir aumentos momentáneos de corriente al arrancar el motor, puesto que interrumpen el circuito si la temperatura se eleva excesivamente.

Las conexiones a tierra de las cajas de los motores deben ser cuidadosamente inspeccionadas y mantenidas para evitar cargas eléctricas ocasionadas por fugas de corriente, debido a materiales aislantes dañados o a corrientes inducidas. Estas cargas constituyen un peligro para los motores y para los generadores.

Debe tenerse presente que los motores eléctricos pueden producir chispas o corto circuitos internos los cuales pueden originar incendios cuando algún material combustible ha sido almacenado cerca de ellos.

Las interrupciones repentinas de servicio eléctrico no tienen efectos serios en motores de inducción, a menos que estén conectados a una carga reversible tal corno una bomba centrífuga. En tales condiciones el motor y la bomba deben estar protegidos contra movimientos giratorios reversibles, mediante la instalación de válvulas de retención para detener el flujo. Si un motor no está equipado con medios automáticos para iniciar la operación, debe protegérsele entonces contra las posibilidades de reiniciación repentina de la operación.

Otras actividades de mantenimiento en la estación de bombeo serán:

·         Limpiar las rejas cada día, tantas veces sean necesarias para un correcto flujo del agua.

·         Los sólidos retenidos deben ser retirados y dispuestos corno desechos sólidos.

·         Las válvulas de compuerta deben ser abiertas y cerradas semanalmente para mantener la libertad de operación. En caso de que la válvula no funcione debidamente, hay que darle mantenimiento en seguida para asegurar la eficiencia de la operación.

·         Limpiar cada 6 meses los bornes de la conexión eléctrica de las bombas.

·         Pintar cada año los accesorios y válvulas de succión y descarga.

·         Comprobar cada día el funcionamiento de flotadores de protección.

·         Cuidar, reparar y pintar los letreros informativos.

Se debe llevar un registro del mantenimiento preventivo y otro para mantenimiento correctivo y de emergencias. Estos registros deben ser en un cuaderno empastado para evitar la destrucción o alteración de los datos.

El archivo de condiciones de emergencia se lleva para tener datos de reparaciones especializadas con personal contratado de afuera. El archivo debe indicar si una condición fue reconocida y tratada, aún si se hubiere podido tratar mejor. Este reporte también puede servir de ayuda en cualquier problema operacional futuro.

4.4       Precauciones de seguridad para el personal

La bomba será usada para aguas residuales que son peligrosas para la salud. Con el fin de evitar daños en los ojos y en la piel, tener en cuenta los siguientes puntos al trabajar con la bomba:

·         Llevar siempre gafas protectoras y guantes de goma.

·         Antes de empezar a trabajar, enjuagar bien la bomba con agua limpia.

·         Después del desmontaje enjuagar los componentes con agua.

Proceder tal como se indica si ha sido Ud. afectado por productos químicos peligrosos:

En los ojos:

·         Enjuagarlos inmediatamente con agua corriente Durante 1 5 minutos. Mantener los párpados separados con los dedos.

·         Ponerse en contacto con un oculista. Sobre la piel:

·         Quitarse la ropa contaminada

·         Lavarse con agua y jabón

·         Consultar al módico si fuera necesario

4.5              Mantenimiento correctivo de estaciones de bombeo

Se hará mantenimiento correctivo cuando existan fallas en el sistema eléctrico o de las bombas. Este trabajo necesariamente debe ser evaluado y corregido por personal competente y especializado.

4.6              Línea de Impulsión

La capacidad de una tubería de conducción, aún cuando ella se encuentre en buenas condiciones físicas, puede ser grandemente reducida por condiciones deficientes de operación y mantenimiento. Las siguientes condiciones pueden dar origen a una reducción en la capacidad de conducción.

El crecimiento de bacterias que se adhieren a las paredes de las tuberías ocasiona una reducción de la capacidad de conducción. En algunos casos, la pérdida de conducción se debe a organismos que no son bacterias verdaderamente, sino que tienen características de algas.

El control de crecimiento de organismos en tuberías, a base de substancias químicas, demanda el cuidadoso análisis del agua antes de iniciarse un programa de esterilización. Por ejemplo, las aguas que contienen manganeso no deben ser tratadas con agentes oxidantes, permitiéndose luego que fluyan en una línea de conducción sin efectuar la remoción de dióxido de manganeso formado, el cual es depositado en las tuberías con la subsecuente reducción de capacidad de conducción.

La aplicación de cloro para controlar bacterias y algas en aguas que contienen manganeso, ocasiona también la deposición de este mineral. El control químico inadecuado ocasiona la deposición y la necesidad de la remoción mecánica de residuos orgánicos o de precipitados inorgánicos, en algunos casos la limpieza mecánica es la única forma práctica de restaurar la capacidad de conducción de la tubería.

Los crecimientos orgánicos y los depósitos minerales ocurren cualquiera que sea el material de que ha sido construida la tubería y son principalmente una función de la clase de agua que se transporta por ella. Si el agua contiene alimento para bacterias o sólidos disueltos que precipitan bajo ciertas condiciones, existen entonces los factores necesarios para ocasionar la reducción de capacidad de la línea.

En algunos casos es difícil prevenir la obstrucción de la tubería después de haberla limpiado con medios mecánicos. Sin embargo dicha obstrucción puede ser controlada en muchos casos mediante el tratamiento químico del agua.

5          MANUAL DE OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO DE LAS LAGUNAS DE             ESTABILIZACIÓN

5.1       Introducción

La operación de una laguna en la que se está llevando a cabo un proceso natural de purificación de las aguas negras, resulta bastante simple. En efecto, la labor principal la lleva a cabo la naturaleza misma en forma espontánea, reduciéndose la intervención del hombre a eliminar cualquier fenómeno perturbador que pudiera afectar en forma desfavorable dicho proceso.

A efecto de que las lagunas de estabilización pueden llevar a cabo su acción purificadora y de renovación de la calidad de las aguas negras que a ellas llegan, se requiere el cumplimiento de lo que a continuación se indica:

a)         Se debe mantener un nivel de operación adecuado sin que exista una tendencia de la laguna a secarse o desbordarse.

b)         Que la luz solar, pueda actuar sobre la capa superior de la laguna sin que existan en el espejo de agua de la misma elementos perturbadores que impidan su acción.

c)         Que la laguna esté libre de la influencia de substancias que puedan afectar el normal desarrollo del proceso estabilizador.

d)         Que la carga orgánica aplicada no exceda las tasas de diseño.

5.2       Operación de las lagunas de estabilización

La operación de las lagunas de estabilización debe analizarse bajo dos circunstancias diferentes:

a)         Lagunas que no presentan ningún problema especial

b)         Lagunas que presentan problemas no previstos en el diseño de las mismas.

5.2.1    Operación de lagunas que no presentan problemas especiales.

En estos casos la operación resulta ser completamente simple, pudiendo llevar a cabo las operaciones de rutina personales no especializadas, que hayan recibido las instrucciones correspondientes, por tanto los costos de operación de las lagunas resultan ser sumamente bajos.

Para que la operación y mantenimiento de las lagunas de estabilización resulte ser eficiente se necesita:

a)                  Conservar los diques libres de hierbas y malezas que puedan estimular la presencia de mosquitos y otras clases de insectos.

b)                  Mantener los terrenos adyacentes a las lagunas bien desherbados, no solo para evitar los problemas mencionados en el punto anterior, sino con el propósito de que el lugar tenga un aspecto agradable. En este sentido las lagunas de estabilización deben cuidarse con el mismo esmero que se acostumbra en las plantas para tratar aguas negras de tipo convencional.

c)        Cuidar las cercas y las señales que se pongan en los linderos del terreno de las lagunas, esto con el fin de evitar que a efecto del deterioro de éstas haya acceso de personas y animales al sitio en que se encuentren ubicadas las lagunas.

d)        Mantener control sobre el nivel de operación de las lagunas con el propósito de que la posibilidad de procreación de mosquitos sea mínima. Cuando el nivel del agua en la laguna se hace descender varios centímetros las larvas que estaban en la zona de los diques cercana a la superficie perecen al secarse esa zona: cuando el caso contrario ocurre, es decir cuando el nivel del agua en la laguna se lo hace subir las larvas perecen por efecto de la inundación provocada. Por esto, la oscilación periódica del nivel del agua en la laguna contribuye a mantener control sobre las plagas e insectos que se puedan generar en ella.

e)        Aplicar insecticidas en el caso de que fuera necesario.

f)        Cuidar las estructuras de entrada, interconexión y salida para evitar que haya obstrucciones.

g)        Mantener la superficie de la laguna libre de cuerpos flotantes que puedan estorbar la acción de la luz solar. En algunas lagunas de estabilización se presentan colonias de algas macroscópicas que perjudican su funcionamiento al impedir el paso de la luz solar. Si estás colonias de las algas son removidas periódicamente por medio de rastrillos, u otros equipos, se evita que lleguen a multiplicarse en forma excesiva.

h)        Medir el caudal que llega a la laguna y determinar las cargas aplicadas, lo mismo que la remoción lograda en la DBO y en NMP de coliformes.

Esta labor no precisa llevarse a cabo continuamente, sino unas dos semanas al año, o cuando se considere necesario, debiendo la misma realizarse con personal competente.

5.2.2    Mantenimiento correctivo

Los problemas que se pueden presentar debido a la ocurrencia de fenómenos no considerados y/o previstos en la etapa de diseño son múltiples y variados.

Se presenta a continuación un listado de los casos más importantes:

a)        Tendencia de la laguna a secarse, por haber infiltración excesiva.

b)        Producción de malos olores.

c)        Problemas con los diques.

d)       Dificultades al iniciar la operación cuando el caudal afluente es menor que el previsto en el diseño.

En estos casos, además de seguir todas las recomendaciones dadas en el párrafo anterior, con respecto a operación y mantenimiento, se hace necesario tomar medidas especiales para tratar de resolver el problema planteado.

Se presenta a continuación con mayor detalle cada uno de los problemas enunciados en líneas anteriores y las posibles formas de resolver estos inconvenientes que suelen presentarse.

5.2.2.1 Tendencia de la laguna a secarse por haber infiltración excesiva.

El hecho de que una laguna de estabilización llegue a secarse después de haber sido puesta en operación puede traer muchos problemas, entre los que se puede anotar la presencia de malos olores puesto que al secarse la laguna se convertiría en un lecho de secado de lodos sin digerir, con las molestias consiguientes. También se puede presentar el problema de que germine vegetación en el fondo de estas lagunas, vegetación que muchas veces resulta difícil eliminarla.

Por lo general este problema se presenta cuando en la etapa de diseño no se cuenta con los estudios suficientes, que determinen las características del material que será empleado en la construcción de los diques, así como del terreno donde se implantará la laguna.

La solución a este problema puede encontrarse en la colocación de una tela de material impermeable (vinil o similar) o en la sustitución de parte del material del fondo de la laguna o de los diques de la misma, por una capa de arcilla impermeable debidamente compactada.

Cuando las lagunas son muy grandes la solución de usar una tela o película impermeable puede ser muy onerosa por lo que, por lo general resulta más económico la sustitución de parte del material por material arcilloso de baja permeabilidad, este trabajo se haría de acuerdo con las recomendaciones dadas, luego de realizado el correspondiente estudio.

Muchas veces la infiltración se produce a través de grietas existentes en el terreno aunque de acuerdo a los ensayos el mismo resulte ser bastante impermeable. En estos casos la solución está en proceder a cerrar las grietas con arcilla, pudiendo ser útil también en estos casos el uso de la película o tela impermeable.

Para llevar a cabo cualquiera de los trabajos mencionados anteriormente se hace necesario secar la laguna. A efecto de evitar malos olores es recomendable que ésta operación se realice después de haber mantenido la laguna sin recibir aguas negras por un período mayor de un mes, esto a fin de que se hayan digerido los sólidos sedimentables. Durante este período previo al secado debe tratar de mantenerse el nivel de operación, sustituyendo las pérdidas con agua de relativa buena calidad procedente de algún río o quebrada cercana, pudiendo muchas veces ser necesario recurrir al bombeo.

Cuando se tiene varias lagunas es más fácil resolver un problema de este tipo.

5.2.2.2 Producción de malos olores

Las lagunas de estabilización pueden presentar el problema de malos olores por diversas circunstancias entre las cuales podemos anotar las siguientes:

a)       Presencia de materias flotantes que al impedir el paso de la luz solar eliminan la producción de oxigeno a través del proceso de fotosíntesis. Por lo general este problema se presenta cuando la operación de la laguna ha sido descuidada.

Una labor continua de limpieza de la superficie, con el correspondiente enterramiento, secado y quema de las materias recogidas resuelve este problema.

b)       Población de algas escasa debido a que el líquido cloacal sea de naturaleza muy ácida, muy alcalina, o que no tenga los nutrientes necesarios para la procreación de las mismas.

Este problema se presenta poco con aguas negras de tipo doméstico, las cuales casi siempre tienen un pH cercano a 7 y con los nutrientes necesarios para la formación de las algas. Por lo general problemas de este tipo se han presentado con lagunas utilizadas para tratar desechos industriales.

Problemas de este tipo se logran resolver agregando los nutrientes que faltan, principalmente nitratos y fosfatos, la acidez se puede controlar agregando cal. Para tener una idea de cuales podrían ser los nutrientes que están haciendo falta a las algas, puede ser de utilidad un análisis químico del liquido que llega a las lagunas.

5.2.2.3 Problemas de asentamiento en los diques o fallas por tubificación

Este tipo de problemas se presenta cuando la construcción ha sido defectuosa, o el diseño inadecuado. El problema de asentamientos que se puede presentar en los diques se resuelve agregando el material requerido a fin de darle al mismo la forma con que originalmente fue planificado, este problema se presenta solo durante los primeros años de vida de la laguna.

El problema de falla por tubificación se presenta cuando las dimensiones de los diques no son las correctas, la solución en estos casos puede estar en la construcción de una pared impermeabilizante en el centro de los diques, o en el caso extremo reconstruirlos de acuerdo con las recomendaciones dadas luego de realizar el estudio de suelos correspondiente. Si para llevar a cabo este trabajo fuera necesario secar la laguna, deben seguirse las mismas recomendaciones dadas en los párrafos anteriores.

5.2.2.4 Dificultades al iniciar la operación cuando el caudal afluente es menor que el previsto en el diseño

Cuando una laguna de estabilización inicia su ciclo de operación, las pérdidas por filtración son mayores debido a que el terreno absorbe mucha agua mientras todos los estratos del mismo logran saturarse, además hay una tendencia a que la permeabilidad vaya disminuyendo con el tiempo, debido a la colmatación por efecto de los sólidos que trae las aguas negras que llegan a la laguna.

Como el período inicial, que hace crítica la obtención del nivel de operación adecuado en la laguna, puede coincidir con la inauguración de un sistema de alcantarillado, existe la posibilidad de que se presente una situación aún más difícil al coincidir la época en que las pérdidas son máximas con la época en que el caudal sanitario es mínimo. Si no se toman medidas para lograr de alguna manera obtener el nivel de operación, se pueden presentar algunos problemas tales corno, la germinación de vegetación en el fondo de la laguna, lo que muchas veces es difícil eliminar con la producción consiguiente de malos olores, si la laguna se llegara a secar por completo.

Para evitar estos problemas existen dos posibles soluciones que son tener una fuente adicional de agua o tener varias lagunas en vez de una sola, lo que permite utilizar al principio un área proporcional a la carga que se está recibiendo.

Las ventajas de tener varias lagunas en vez de una sola son notorias en los casos en que hay que hacer reparaciones, pues si la reparación demanda secar la laguna se puede enviar el caudal sanitario a otras lagunas mientras una de ellas se seca para ser reparada.

5.3       Guía para operadores

El mejor programa para el manejo y mantenimiento de las lagunas es tener en cuenta que siempre será necesario efectuar tanto el mantenimiento preventivo como el de emergencia.

Algunos de los aspectos más obvios del manejo y mantenimiento de las lagunas se pueden ilustrar con la discusión de temas específicos, control de insectos, mantenimiento de diques, control de olores y reconocimiento de colores característicos.

5.3.1 Control de manejo

Será necesario disponer de personal y equipos para medir el caudal afluente a la laguna así como la conservación de la demanda bioquímica de oxígeno (DBO).

Se requiere también efectuar mediciones de los cambios o variaciones del pH durante el día tanto del caudal efluente a la laguna como del efluente de ella, debiéndose también efectuar mediciones del oxígeno disuelto en la laguna.

5.3.2    Control de insectos

La producción de mosquitos en las lagunas está en proporción directa con la cantidad de maleza que crece a orillas del agua, larvas tanto de Culex como de Anófeles se han encontrado en varios tipos de laguna. De ser posible, se deben llenar las lagunas a su nivel funcional, haciendo que la maleza que se ha cortado se la retire a sitios fuera de la laguna, no se debe permitir que esta maleza cortada flote en la laguna ya que proporciona albergue para los mosquitos.

En caso de que sea necesario se pueden emplear varios larvicidas, pudiéndose usar una capa delgada de aceite diesel o un rocío de 2 % DDT y aceite, polvo de BHC 3 % de sorne o goma y 2 % malathion.

Las larvas también se pueden controlar con la cría de pececillos (Gambuside) en las lagunas secundarias o terciarias.

Las capas gruesas de natas que se producen en las lagunas anaeróbicas, principalmente en los meses de frío, favorecen la cría de moscas. Tanto la mosca común, mosca doméstica, y la mosca de filtro (Psychoda), que abunda en los filtros percoladores, se pueden engendrar en o cerca de lagunas anaeróbicas y en las orillas llenas de nata de lagunas facultativas que no están bien cuidadas, un método de control de moscas es el de frecuente rocío de agua con mangueras a presión.

Mosquitas de tipo Chironomidae a veces han causado serios problemas, la mosquita según la especie tiene un propio ámbito natural. Las etapas de larva y pupa las pasa en el lodo donde hay mucha materia orgánica. El adulto de la mosquita frecuentemente aparece en multitudes. La larva de la mosquita Heleidae y Tenipedidae son de las más predominantes.

Las mosquitas a veces se encuentran en el área de estanques de diseminación y en los canales del afluente. El número de mosquitas se controla al aumentar la carga orgánica a la laguna, efectuándose este control con compuestos químicos que se pueden esparcir alrededor de las orillas de la laguna.

5.3.3    Mantenimiento de los diques

Los diques se deben revisar periódicamente, esto permite efectuar un chequeo regular que posibilita descubrir los efectos de erosión por el viento, la acción de las olas, escurrimiento superficial y las madrigueras de animales.

La cara externa del terraplén que no se encuentra en contacto con el agua se debe sembrar con hierbas de raíces cortas. Plantas de raíces largas como el alfalfa no se deben usar, ya que éstas perjudican la impermeabilidad del dique.

La esterilización de la tierra en el área de implantación de las lagunas y a poca profundidad, ha dado resultados en el control de maleza.

5.3.4    Control de olores

Los olores se pueden originar por la descomposición de natas de algas que se han acumulado en las esquinas. Por ejemplo, las Chlamydomonas pueden crecer muy rápidamente, propagarse por toda la superficie, reducir la penetración de luz en el resto de la laguna y con la ayuda del viento, acumularse en las esquinas donde se descompone con la producción de olores ofensivos.

En otros casos, en particular durante períodos de altas temperaturas en el agua, trozos de lodo suben del fondo de la laguna, estos trozos de desechos orgánicos se acumulan en las esquinas y, si permanecen en reposo, se cubren completamente de algas azules. Por lo general la actividad bacteriana es intensa, y los olores abrumadores.

El problema de las natas se resuelve con inmediata dispersión, la agitación de la superficie por lo general causa que la masa flotante se disperse y se hunda al fondo de la laguna.

5.3.5  Reconocimiento de olores y colores característicos

Un cambio en el olor o color de la laguna, con toda seguridad indica un cambio radical en el funcionamiento del sistema de lagunas, por lo que el operador debe estar alerta para reconocer cambios inminentes en su funcionamiento.

Frecuentemente, olores ofensivos se producen por la introducción ilícita de desechos que causan un cambio rápido del cultivo biológico.

Cuando el color verde característicos de la laguna comienza a cambiar o desaparece por completo, es hora que el operador del sistema de tratamiento esté buscando la razón del cambio.

Cambios en el volumen, carga orgánica, temperatura, luz, turbiedad, etc., pueden causar los cambios en el cultivo real de algas. Un cambio en el color, de verde a negro, acompañado de natas flotantes de materia del fondo, por lo general indica una fermentación rápida en los sedimentos del fondo, lo que frecuentemente resulta ser causa de cambios en la temperatura de la laguna o en las características del agua residual.

De vez en cuando, las lagunas adquieren un color rosado que se debe a ciertas bacterias. Los tipos más comunes de estas bacterias son: Chromatium, Thiospirillum, y Ihiopedia.

También se han notado otras de forma espiral y vara pequeña. Las bacterias grandes del azufre de género Chromatiurn y Thiospirillum están restringidas a lagunas que reciben aguas negras, mientras que las otras bacterias del azufre como Thiopedia rosea y otras formas más pequeñas se presentan en lagunas que reciben aguas residuales de industrias.

5.3.6    Reconocimiento de la influencia de la mezcla

La hidrodinámica y la forma física de la laguna, afecta de manera característica su funcionamiento. La aireación, a través de la superficie y la oxigenación fotosintética, mejoran por medio de la mezcla causada por la temperatura y la acción del viento.

Cuando la temperatura está disminuyendo la laguna se puede mezclar sin la ayuda del viento, sin embargo, durante períodos de aumento de temperatura, se requiere la acción del viento porque la laguna se puede estratificar.

La acción de las olas se determina principalmente por la extensión de agua expuesta al viento, la mezcla se puede asegurar con 220 m de la laguna libre al viento y con una profundidad de un metro.