Capítulo 1 FUNDAMENTOS

1. Fundamentos
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Capítulo 1
FUNDAMENTOS
1.1 Conceptos Fundamentales
1.1.1 Caudales de evacuación
La unidad de medida para valorar el volumen de agua residual evacuada por
unidad de tiempo, desde un determinado aparato o conjunto de aparatos sanitarios, es la llamada unidad de descarga o también llamada unidad de desagüe (UD).
Este parámetro de medida, aplicable exclusivamente en instalaciones de evacuación de aguas residuales, es equivalente a un caudal de 0,47 l/s (28 l/min).
De esta forma, a cada aparato sanitario se le asigna un determinado número de
unidades de descarga (UD), que dependerá lógicamente de su capacidad de
llenado y en consecuencia de su necesidad de evacuación.
Este valor asignado y equivalente en caudal, responde en parte, a la necesidad
de efectuar una evacuación rápida y eficaz de las aguas residuales de estos
mismos aparatos, que garantice un nivel óptimo de funcionalidad y confort
para los usuarios de las instalaciones donde se encuentran situados, por lo que
se establecerá una correspondencia directa entre estas unidades de descarga
con unos diámetros mínimos de cierres hidráulicos y tuberías de conexionado
a los mismos. Esta clasificación por UDs incluye de forma implícita, la posible
simultaneidad de uso estimada, para un determinado cuarto húmedo.
Para el cálculo ajustado de caudales y según el uso de la instalación, se aplican
comúnmente los siguientes coeficientes de simultaneidad (K), para el cálculo
del caudal total que puede transportar la tubería.
NOTA:
Claro está, que el desarrollo de estos cálculos será innecesario en la justificación del
cálculo mediante las prescripciones de la normativa HS5-CTE, ya que, como se ha
comentado, las UDs contemplan de forma implícita una cierta simultaneidad en el
utilización de los mismos, dependiendo de su clasificación de uso público o privado.
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Evacuación de Aguas Residuales en Edificios
Por último, y en relación a la clasificación por UDs asignada a cada aparato,
puntualizaremos que, con el propósito de asegurar la necesaria eficacia en la
evacuación de la aguas residuales de los aparatos existentes en instalaciones de
uso público, debidas en parte, a su mayor frecuencia de utilización y por tanto
de su probable simultaneidad, se asigna a estas instalaciones un índice de unidades de descarga mayor al requerido para instalaciones de uso doméstico.
Se presenta aquí la tabla clasificatoria con las unidades de descarga, reflejadas
en el actual CTE.
Tabla CTE
Tipo de aparato sanitario
Unidades de desagüe UD
Uso privado
Uso público
Lavabo
Bidé
Ducha
Bañera (con o sin ducha)
1
2
2
3
2
3
3
4
Inodoro
Con cisterna
Con fluxómetro
4
8
5
10
Urinario
Pedestal
Suspendido
En batería
-
4
2
3,5
Fregadero
De cocina
De laboratorio, restaurante, etc.
3
-
6
2
3
1
3
3
8
0,5
3
6
6
Lavadero
Vertedero
Fuente para beber
Sumidero sifónico
Lavavajillas
Lavadora
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1. Fundamentos
Tabla CTE (continuación)
Tipo de aparato sanitario
Unidades de desagüe UD
Uso privado
Cuarto de baño
(lavabo, inodoro,
bañera y bidé)
Cuarto de aseo
(lavabo, inodoro
y ducha)
Uso público
Inodoro con cisterna
7
-
Inodoro con fluxómetro
8
-
Inodoro con cisterna
6
-
Inodoro con fluxómetro
8
-
1.1.2 Velocidades, pendientes y secciones
Uno de los principales aspectos a considerar en el diseño de una red de evacuación es la selección de unas pendientes adecuadas a los recorridos horizontales de
la red (colectores), así como unas velocidades de circulación en cada tramo, que
aseguren una eficaz evacuación de las aguas residuales y/o pluviales, un adecuado nivel de aislamiento acústico (que no provoque molestias a usuarios propios
y/o colindantes), así como la seguridad mecánica y estructural de la propia red.
Definiremos en esta unidad, estos dos conceptos directamente relacionados.
Pendiente: Desnivel existente entre los dos extremos de una misma conducción, en instalaciones de evacuación y saneamiento, deben asignarse pendientes en los ramales correspondientes a tramos colectores, ya sean generales o de
derivación.
Las pendientes se expresaran siempre en porcentaje (%), en cuanto a estos, habrá que tener en cuenta, que deben ser tal que, a caudales bajos no se produzcan sedimentaciones y, por otro lado, a caudales altos, se eviten fuertes velocidades, que con presencia de materias y componentes abrasivos en su arrastre,
pudieran deteriorar las conducciones.
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Evacuación de Aguas Residuales en Edificios
Cuanto mayor sea el diámetro, menor será la pendiente mínima requerida, puesto que para grandes diámetros se alcanzan más fácilmente mayores velocidades con pendientes de menor valor.
En una conducción por gravedad, se tiene que:
Hg
——— = j
L
siendo:
Hg
altura geométrica, en m;
L
longitud de la conducción, en m;
j
pendiente unitaria en m/m.
Como ejemplo establecemos que:
Una pendiente del 1%, significará aumentar este desnivel en 1 metro por cada
cien metros de tubería, o bien (y hablando de recorridos más propios a la configuración de un edificio) aumentar 1 cm por cada metro de tubería (100 cm.).
Del mismo modo, la pendiente en instalaciones con circulación de agua por
gravedad, puede ser equivalente al concepto de pérdida de carga en las instalaciones con suministro por presión de red.
Las pendientes asignadas en instalaciones de EAR (evacuación de aguas
residuales) y pluviales oscilan entre el 0,5% como mínimo (con el propósito de
facilitar la evacuación y no provocar sedimentaciones u obstrucciones) y el 4%
como máximo (impidiendo que se provoque un incremento de la velocidad
peligroso para la instalación y molesto para los usuarios, propios o ajenos, de
la edificación).
En el vigente Código Técnico de la Edificación, apartado HS-5, se establecen los
mínimos y máximos porcentajes admitidos, para cada uno de los tramos colectores y sistemas horizontales de recogida y canalización de agua residual o
pluvial.
Velocidad: Este concepto físico nos expresa la relación existente entre el espacio recorrido y el tiempo invertido para ello. En instalaciones de evacuación y
saneamiento, es un factor vital en el que entre otros factores interviene, lógicamente, las pendientes asignadas a los diferentes tramos.
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En recorridos con plena verticalidad (bajantes) y en tramos de canalización con
pendiente, se deberá tener presente para el estudio de la velocidad, la llamada
aceleración de la gravedad, cuyo valor es de 9,81 m/s2.
El valor de la velocidad vendrá expresado, para este ámbito de las instalaciones,
en m/s. Por lo general, y a pesar de que la Normativa referida no contempla el
dimensionado mediante el estudio de velocidades, diremos que las velocidades
medias mínimas deberían establecerse entorno a los 0,6 m/s, mientras que las
máximas ideales se situaran entre 1,5 m/s y 2 m/s. Hay que tener en cuenta, no
obstante, que debido a la altura-longitud y plena verticalidad de los tramos
bajantes, la velocidad en éstos, puede llegar a superar fácilmente los 5 m/s.
En cierto modo, el estudio detallado de las velocidades, requeriría conocer otros
factores en juego, como son: el diámetro interior de la conducciones, la rugosidad interna de las mismas, la viscosidad cinemática del fluido que se canaliza,
etc; cálculos, en definitiva, más complejos e innecesarios para el ámbito que se
ocupa en esta obra, pautada por las prescripciones del actual CTE-HS 5.
En ocasiones, debido a los cambios de velocidad del agua en el recorrido por
las tuberías, pueden producirse sobrepresiones peligrosas que provoquen efectos de succión o “sifonamiento” sobre los cierres hidráulicos de los aparatos
sanitarios, a este efecto se le llama “salto hidráulico” y será estudiado con más
detalle en el capítulo dedicado a las instalaciones de ventilación, ya que la atenuación o eliminación de este efecto depende en gran parte de procurar una
adecuada circulación de aire por las tuberías.
Otros de los parámetros fundamentales en el comportamiento hidráulico de la
red, es la superficie útil de la canalización, o mejor llamada:
Sección: La sección de una tubería corresponde por definición, a la superficie
circular de un determinado conducto, la relación física de este concepto se relaciona con otros parámetros comentados en apartados anteriores, como la velocidad y el caudal, según la expresión:
Q=vxS
por lo que de otro modo obtendremos la siguiente expresión:
Q
S = ——
v
donde:
Q
caudal (l/s);
v
velocidad (dm/s);
S
sección (dm2).
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Evacuación de Aguas Residuales en Edificios
Recordaremos que el aumento de sección de una tubería, provocará el aumento
de su caudal máximo disponible, pero a su vez, esto puede provocar la disminución de la velocidad. Análogamente, la disminución de la sección provocará
el aumento de la velocidad de régimen y la disminución del caudal disponible.
En conclusión, el equilibrio entre estos factores debe ser el apropiado para evitar el empleo de diámetros excesivamente justos al caudal a evacuar, o demasiado grandes para las condiciones de trabajo de la red.
Dado que el término “sección” es un parámetro físico
aplicable a la ejecución de determinados cálculos hidráulicos y mecánicos, será mas frecuente, que tanto
técnica como comercialmente se hable del diámetro,
clasificando así las conducciones por su diámetro exterior y su espesor, atendiendo a la siguiente expresión:
Ø int. = Ø ext. – ( 2 x e )
donde:
Ø ext.
diámetro exterior de la tubería (mm);
Ø int.
diámetro interior de la tubería (mm);
e
espesor de la tubería (mm).
De aquí, recordamos también, que la sección de un conducto circular, responde
a la expresión:
S = π x r2
donde:
S
sección interior (mm2);
π
pi (válor = 3,1416);
r
rádio interior de la tubería.
Obteniendo el valor del radio interno de la tubería, obtendremos fácilmente su
diámetro correspondiente.
Otra expresión que permite hallar, de forma directa, mediante el desarrollo de
la ecuación de continuidad, el diámetro de la conducción a instalar, en función
de los parámetros expuestos anteriormente, sería la siguiente:
1. Fundamentos
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donde:
Ø int.
diámetro interior de la tubería (mm);
Q
caudal en mm3/s;
π
pi (válor = 3,1416);
V
velocidad en mm/s.
No obstante, en la utilización de esta fórmula no se contemplan, entre otros
parámetros, el factor de fricción o rozamiento de la tubería utilizada, por lo que su
empleo se verá muy limitado a obtener un diámetro de referencia aproximada.
Existen también otras tantas expresiones de carácter empírico para el desarrollo del diámetro de las conducciones, reflejadas en tratados específicos de hidráulica aplicada.
1.1.3 Intensidad de precipitación
El análisis y estudio minucioso de la pluviometría y de todos los factores que
de ella se derivan conlleva cierta complejidad, es por ello, que en esta obra se
sintetizarán algunos de los parámetros más importantes a tener en cuenta para
una adeacuada comprensión de este concepto.
Llamamos Intensidad de precipitación, o Intensidad pluviométrica, a la cantidad de
lluvia caida o precipitada sobre una cierta zona geográfica a lo largo de una
hora. Este dato, (obtenido de estudios estadísticos para cada zona geográfica de un
determinado territorio, analizando la frecuencia y duración de las lluvias caidas a lo
largo de un periodo de tiempo), permite establecer un valor de referencia aproximado con el que establecer el caudal y, en consecuencia, el diámetro de tubería
a instalar en la red de pluviales del edificio.
La Intensidad de precipitación se valora según la relación altura de agua acumulada-tiempo de acumulación, por ello y, entre otras, la unidad de medida a utilizar
serán mm/h.
Por establecer algunas equivalencias con otras unidades, apuntaremos que:
1 mm/h ⇒ 2,78 l/s x ha;
1 mm/min ⇒ 166,67 l/s/ha;
1 l/s/ha ⇒ 0,0001 mm/s ⇒ 0,006 mm/min ⇒ 0,36 mm/h;
1 mm ⇒ 1 l/m2.
La obtención de estos valores, como se ha dicho, irá en relación a las diferentes
zonas georáficas para un mismo territorio, sirviéndonos de gran ayuda los lla-
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Evacuación de Aguas Residuales en Edificios
mados planos pluvimétricos, los cuales representan mediante curvas de intensidad y tonalidades de color la intensidad de lluvia dada, para la zona en estudio.
1.2 Naturaleza de las aguas a evacuar en la
edificación
Dependiendo del origen o procedencia de las aguas a evacuar así como de la
naturaleza o composición de la materia en suspensión de las mismas, las aguas
residuales, pueden clasificarse en cuatro grupos:
a) Aguas pluviales.
b) Aguas fecales.
c) Aguas usadas.
d) Aguas de escorrentía superficial.
e) Aguas freáticas.
a) Las aguas pluviales, también llamadas aguas blancas, son aquéllas que como
su nombre indica, provienen de las precipitaciones o lluvias, son recogidas en
cubiertas, terrazas, patios y superficies planas o inclinadas que pudieran quedar a la intemperie.
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Se consideran, aunque con determinados matices, aguas limpias, por tanto, no
contaminadas, siendo por ello potencialmente aprovechables y recuperables.
El valor de estas aguas pluviales recogidas en una edificación, dependerá de
dos factores primordiales, como son:
• La situación geográfica en la que esté situado el edificio en estudio y que determinará inevitablemente un valor concreto de pluviometría.
• La superficie total de recogida de aguas en m2 (cómputo de superficies de cubierta, terraza, patios y accesos, etc).
b) Las aguas fecales o también llamadas aguas negras, son aquéllas que como su
nombre indica, arrastran fluidos con residuos sólidos en suspensión (procedentes de orines, deyecciones, etc.).
Este tipo de aguas, se recogen desde los inodoros, vertederos y placas turcas
existentes en la edificación. Su evacuación a lo largo de la red de saneamiento
interior, debe ser cómoda, rápida y eficaz para evitar el retorno de gases y olores hacia el interior de los aseos, baños y cuartos húmedos que los contienen.
El valor de estas aguas fecales en una edificación, dependerá en gran medida de:
• El número de aparatos de esta tipología, existentes en la edificación.
• Del uso del inmueble por parte de los usuarios (público, residencial, terciario).
c) Las aguas usadas o aguas grises son todas aquéllas aguas procedentes de
aparatos sanitarios o electrodomésticos con un porcentaje escaso o nulo de arrastre de sólidos en suspensión. Los aparatos cuya evacuación origina este tipo de
aguas son por ejemplo lavabos, bidés, urinarios, duchas, fregaderos, lavaderos,
bañeras, lavavajillas y lavadoras.
d) Las aguas de escorrentía son las aguas de lluvia recogidas directamente sobre un terreno no edificado, generalmente sobre suelo urbano. Dichas aguas,
en su recorrido, tenderán a formar un cauce natural o bién canalizado hacia el
alcantarillado.
Son aguas que por el arrastre de fluidos y vertidos diversos (hidrocarburos,
grasas industriales, resíduos orgánicos, etc.) y por su contacto con superficies
altamente contaminadas, se clasifican como aguas viciadas, no siendo equiparables a las aguas blancas recogidas desde el interior de las edificaciones.
Estas aguas se recogen normalmente mediante imbornales, sumideros y alcantarillas, situadas sobre la rasante del terreno o suelo urbano.
e) Las aguas freáticas son aguas de origen subterráneo que por infiltración penetran, en ocasiones, en las propias conducciones de saneamiento. Aunque sue-
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Evacuación de Aguas Residuales en Edificios
len ser aguas limpias, aumentan extraordinariamente los caudales a depurar y
en zonas salobres (cerca del mar) estas aguas salinas dificultan la depuración.
La infiltración, se produce por falta de estanqueidad en las conducciones, por
lo que es recomendable que en la construcción de una red de saneamiento a
profundidades tales que pueda estar en contacto con el nivel freático, se extremen las medidas para conseguir unas conducciones estancas.
1.2.1 Clasificación de las aguas de evacuación en la
edificación
Dado que la conducción, evacuación y tratamiento de estos cuatro tipos de aguas
podría realizarse de forma independiente, para un mejor aprovechamiento de
los recursos hídricos existentes, y puesto que este tratamiento tan selectivo no
es en la mayoría de los casos técnica y/o económicamente viable, se opta como
solución, agrupar bajo una sola red las aguas fecales junto a las usadas, pasando a recibir dicho agrupamiento la denominación de Aguas residuales.
De esta forma y como conclusión, las aguas a evacuar en el interior de una
edificación se clasifican principalmente y en relación al tipo de red que deba
provocar dicha evacuación en:
• Aguas pluviales: Si proceden, como se ha dicho, de la recogida de aguas de
lluvia sobre la edificación.
• Aguas residuales: Procedentes de la unión entre la red de aguas fecales y usadas en el propio edificio.