lOMoARcPSD|13624236 01-Sistema de Calculo Alcantarillado Particlular simplificado Taller de construcción sismorresistente (Universidad Tecnológica de Chile) StuDocu is not sponsored or endorsed by any college or university Downloaded by Raúl Aravena ([email protected]) lOMoARcPSD|13624236 Manual para Diseñar Sistemas Tradicionales de Alcantarillado Particular SISTEMAS TRADICIONALES DE ALCANTARILLADO PARTICULAR Presentación: A continuación se presenta los métodos, parámetros y cálculos que se deben tener presente para diseñar sistemas tradicionales de alcantarillado particular, como solución para aquellas viviendas que no cuentan con la factibilidad de conectarse al servicio de alcantarillado publico. Los sistemas tradicionales a los que se hace mención corresponde al conformado por una fosa séptica y un sistema de infiltración en el terreno que puede ser pozo absorbente, drenes de absorción o ambos. Se debe tener presente que para diseñar este tipo de solución, el problema principal radica no el proyecto de la fosa séptica, cuyo diseño se obtiene de parámetros conocidos o fáciles de obtener; si no que en el diseño del sistema de infiltración al terreno, que depende de las condiciones y características del terreno donde se emplazara la solución. Para ello, se debe tener como parámetro conocido el Índice de Absorción del Terreno, el que se obtiene al realizar el Ensaye de Absorción del Terreno, el que debe ser certificado por un laboratorio de mecánica de suelos autorizado. El ensaye de Absorción del Terreno consiste en realizar una calicata en el terreno (sector más desfavorable o donde se emplazara el sistema de infiltración) de sección de 1.00 x 1.00 m y 1.50 m de profundidad. En el fondo de la excavación se ejecuta otra calicata de sección 0.30 x 0.30 m y 0.15 m de profundidad, la que se debe llenar de agua y medir, con piédemetro, el tiempo que se demora en bajar el nivel de agua 2.5 cm. Cabe señalar, que antes de medir el tiempo la calicata pequeña debe ser llenada a lo menos una vez, antes de realizar el ensaye. Una vez realizadas las mediciones de terreno, se procede a obtener el valor de infiltración (absorción) que presenta el terreno donde se proyectará el sistema de infiltración, vale decir, cuanto litros absorbe por m2 el terreno en un día. Este valor se obtiene del gráfico indicado en El Reglamento de Alcantarillados Particulares. Dicho grafico se adjunta en este manual y está representado en los ejes coordenados (plano XY). La Abscisa (eje X), esta conformada por los valores que señalan el tiempo, en minutos, en que se demora en disminuir el nivel de agua 2.5 cm. Ingresando con este valor al grafico (valor que se obtuvo en terreno), se obtiene de la Ordenada (eje Y), el Índice de Absorción del Terreno en litros/m2/día. Autor: Patricio Alejandro Pacheco Castro – Ingeniero Constructor UCM Downloaded by Raúl Aravena ([email protected]) 1 lOMoARcPSD|13624236 Manual para Diseñar Sistemas Tradicionales de Alcantarillado Particular El objetivo principal de este manual es poder contar con una guía de fácil acceso para realizar proyectos de sistemas de alcantarillado particulares, para los sectores que no cuentan con este servicio. Autor: Patricio Alejandro Pacheco Castro – Ingeniero Constructor UCM Downloaded by Raúl Aravena ([email protected]) 2 lOMoARcPSD|13624236 Manual para Diseñar Sistemas Tradicionales de Alcantarillado Particular CÁLCULO DE FOSAS SÉPTICAS A continuación se da a conocer una minuta de cálculo para determinar las dimensiones de una fosa séptica, la que corresponde a un sistema tradicional ejecutada in situ. La fosas sépticas tradicionales se ejecutan con muros de albañilería, los que deben ser revestidos interiormente con mortero de estuco, cuya preparación debe contemplar aditivo hidrófugo; para evitar que los líquidos que ingresan a la fosa se infiltren al terreno, y además, las napas freáticas existentes puedan ingresar al interior de la fosa pudiendo colapsar el sistema. Como piso se contempla una losa de hormigón armado la que debe presentar una pendiente mínima de 3% hacia el sector donde ingresan las aguas servidas. La cubierta de la fosa tambien comprende una losa de hormigón armado y dos tapas cámaras ubicadas en tanto en el lugar donde ingresan y salen las aguas servidas. Sin embargo, las condiciones de mínimas para la construcción serán indicadas por el Servicio de Higiene Ambiental correspondiente. 1. VOLUMEN DE LA FOSA (V): Se obtiene aplicando la siguiente fórmula V = N x (D x T + 100 x Lf) (1) Donde: N : N° de habitantes servidos (dato). Por lo general se considera 5 habitantes por vivienda. D : Dotación de aguas servidas, expresadas en lts/hab./día (ver Tabla N° 1). Si no se usan las dotaciones recomendadas, se asume una. T : Período de retención en días (ver Tabla N° 2). Lf : Contribución de lodos (ver Tabla N° 1). Si la dotación no corresponde a la indicada en la Tabla N° 1, se obtiene aplicando la fórmula siguiente: Lf = 1.8 x 10^(-3) x D (2) 2. DIMENSIONES DE LA FOSA: Para las dimensiones de la fosa séptica, se consultó la bibliografía existente, y se elaboró la Tabla N° 3; de la que se obtiene la Profundidad útil (h) de la fosa en función del caudal afluente (Q). Se señala como límite de profundidad 2.50 m, por razones constructivas y de operación en la extracción del lodo; y una profundidad mínima de 1.00 m, para permitir una buena operación de la fosa. El volumen de un cubo, está dada por : Autor: Patricio Alejandro Pacheco Castro – Ingeniero Constructor UCM Downloaded by Raúl Aravena ([email protected]) 3 lOMoARcPSD|13624236 Manual para Diseñar Sistemas Tradicionales de Alcantarillado Particular V=axLxh (3) La relación más conveniente de largo (L) y ancho (a) para la fosa es 2:1, vale decir: L=2xa (4) Reemplazando ecuación (4) en (3), se obtiene: V=ax2axh Despejando la incógnita “a” se obtiene la ecuación (5): a = ( V / (2h) ) ^ ( 1/2) (5) Una vez obtenido el valor “a”, se reemplaza en ecuación (4), obteniendo el Largo interior de la fosa. Donde: a : Ancho interior de la fosa (m). L : Largo interior de la fosa (m). V : Volumen interior de la fosa (m3). h : Profundidad útil interior, se obtiene de la Tabla N° 3. Q : Caudal afluente Q = N x D (lts/día). - OBS.: De la formula para obtener el VOLUMEN DE LA FOSA, los datos se ingresa directamente de las tablas señaladas, y se obtiene el Volumen en litros. Posteriormente, este valor se debe transformar a m3, vale decir, el resultado se divide por 1000. ( V (m3) = V (lts)/1000) - A la profundidad útil (h), se deberá adicionar (sumar) 0.25 a 0.40 m; los que corresponden al colchón de aire. A continuación se presentan los parámetros adoptados para el diseño de fosas sépticas, basados en la bibliografía existente. Autor: Patricio Alejandro Pacheco Castro – Ingeniero Constructor UCM Downloaded by Raúl Aravena ([email protected]) 4 lOMoARcPSD|13624236 Manual para Diseñar Sistemas Tradicionales de Alcantarillado Particular Tabla N° 1 TIPO DE EDIFICIO Ocupantes Permantes Hospitales Departamentos Residentes Escuelas (internados) Casas populares rurales Hoteles (sin incluir cocina y lavandería) Alojamientos provisorios Ocupantes Transitorios Fábrica (solo desechos domésticos) Escuelas Edificios públicos y comerciales Restaurantes Cines y teatros UNIDAD DOTACIÓN (D) CONTRIBUCIÓN DE LODOS (Lf) lt/lecho/día lt/hab/día lt/hab/día lt/hab/día lt/hab/día lt/hab/día lt/hab/día 250 150 150 150 120 120 80 0.4500 0.2700 0.2700 0.2700 0.2160 0.2160 0.1440 lt/operario/día lt/hab/día lt/hab/día lt/colación/día lt/butaca/día 70 50 50 25 2 0.1260 0.0900 0.0900 0.0450 0.0036 Tabla N° 2 CAUDAL Q (lts/día) PERÍODO DE RETENCIÓN T (días) < ó = 6000 6000 – 7000 7000 – 8000 8000 – 9000 9000 – 10000 10000 – 11000 11000 – 12000 12000 – 13000 13000 – 14000 > 14000 1.00 0.88 0.80 0.75 0.70 0.66 0.62 0.58 0.54 0.50 Autor: Patricio Alejandro Pacheco Castro – Ingeniero Constructor UCM Downloaded by Raúl Aravena ([email protected]) 5 lOMoARcPSD|13624236 Manual para Diseñar Sistemas Tradicionales de Alcantarillado Particular Tabla N° 3 CAUDAL Q (lts/día) h (metros) < ó =750 750 – 2250 2250 – 3000 3000 – 4500 4500 – 6000 6000 – 7000 > 7000 1.00 1.20 1.40 1.75 2.10 050 0.54 Autor: Patricio Alejandro Pacheco Castro – Ingeniero Constructor UCM Downloaded by Raúl Aravena ([email protected]) 6 lOMoARcPSD|13624236 Manual para Diseñar Sistemas Tradicionales de Alcantarillado Particular Autor: Patricio Alejandro Pacheco Castro – Ingeniero Constructor UCM Downloaded by Raúl Aravena ([email protected]) 7 lOMoARcPSD|13624236 Manual para Diseñar Sistemas Tradicionales de Alcantarillado Particular Ejemplo: Diseñar una fosa séptica para una vivienda emplazada en el sector rural, considerando que los integrantes de la vivienda corresponde a 5 habitantes. Procedimiento: Paso N° 1: Establecer parámetros conocidos y, posteriormente, dirigirse a tabla N° 1, y obtener los valores señalados anteriormente, vale decir, de una vivienda rural. De lo anterior, se obtiene los siguientes datos: N = 5 habitantes. D = 120 lt/hab/día. Lf = 0.216 Paso N° 2: Con los datos anteriormente obtenidos, se debe obtener el caudal para dirigirse a tabla N° 2 y obtener el parámetro correspondiente al periodo de retención. Q = N x D = 5 x 120 = 600 lt/día. T = 1 día. Paso N° 3: Se procede a determinar el volumen que debe tener la fosa séptica, para lo cual debe aplicarse la ecuación (1). V = N x (D x T + 100 x Lf) = 5 x (120 x 1 + 100 x 0.216) = 708 lts = 0.708 m3 Paso N° 4: Una vez obtenido el valor del volumen de la fosa, se prodece a determinar las dimensiones que esta debe tener. Para ello, nos dirigimos a la tabla N° 3, donde obtenemos la altura útil, y posteriormente, aplicamos la ecuación (5). h = 1.00 m a = ( V / (2 h) ) (1/2) = ( 0.708 / (2 x 1) ) (1/2) = 0.595 m L = 2 x a = 1.19 m Autor: Patricio Alejandro Pacheco Castro – Ingeniero Constructor UCM Downloaded by Raúl Aravena ([email protected]) 8 lOMoARcPSD|13624236 Manual para Diseñar Sistemas Tradicionales de Alcantarillado Particular Paso N° 5: Se procede a definir las dimensiones (dejando números enteros), y ratificando que el volumen de la fosa con los valores adoptados, cumpla con el volumen mínimo establecido con los parámetros definidos. a = 0.60 m L = 1.20 m h = 1.00 m Luego, el volumen total es: V = a x L x h = 0.60 x 1.20 x 1.00 = 0.72 m3 El valor obtenido 0.72 m3 > 0.708 m3. Por lo tanto, cumple las condiciones. Ahora que se han obtenido las dimensiones interiores, se debe realizar el plano de la fosa, manteniendo las características descritas en el detalle que se muestra en la pagina 7 de este manual. Autor: Patricio Alejandro Pacheco Castro – Ingeniero Constructor UCM Downloaded by Raúl Aravena ([email protected]) 9 lOMoARcPSD|13624236 Manual para Diseñar Sistemas Tradicionales de Alcantarillado Particular CÁLCULO DE POZO ABSORBENTE Este sistema consiste en la confección de un pozo de forma cónica que recibirá el afluente proveniente de la fosa séptica, cuto objetivo es realizar la infiltración de los líquidos al terreno. La ejecución del pozo contempla una excavación de forma cónica cuyos diámetros superior e inferior serán de 2.00 m y 1.00 m, respectivamente. La profundidad del sistema deberá ser calculada y dependerá del índice de absorción del terreno. Cabe señalar que la excavación deberá realizarse hasta encontrar un estrato filtrante. Posteriormente, la excavación será rellenada con material permeable, en este caso grava de Diámetro Nominal mayor que 3”, hasta una altura que contemple dejar un colchón de aire de aproximadamente 1.50 m desde el nivel superior del pozo hasta el relleno interior. El pozo deberá contemplar una cubierta que sea segura e impida el acceso a este, para ello lo que se recomienda es realizar una losa de hormigón armado. Como sistema de ventilación se debe consultar la colocación de una tubería de PVC sanitario de diámetro mínimo de 75 mm, la que deberá quedar inserta en la losa de hormigón y sobrepasar esta en una longitud mínima de 3 m. Este tipo de solución resulta ser bastante conveniente, sin embargo presenta desventajas en lo referido a que no funciona en terrenos impermeables, lo que se traduce en realizar excavaciones bastante profundas hasta encontrar un estrato filtrante. La fórmula utilizada es para determinar la profundidad útil del pozo absorbente es la que se señala a continuación: H = (N x D) / (PI X Dm x K5) (6) Donde: H : altura útil del pozo absorbente (m). N : N° de habitantes. D : Dotación (lt/hab./día). PI : Constante algebraica correspondiente a 3.141592654. Dm : Diámetro medio del pozo, asumido (m). K5 : índice de absorción del terreno. Autor: Patricio Alejandro Pacheco Castro – Ingeniero Constructor UCM Downloaded by Raúl Aravena ([email protected]) 10 lOMoARcPSD|13624236 Manual para Diseñar Sistemas Tradicionales de Alcantarillado Particular OBS.: 1. El talud de los muros dependerá del tipo de terreno. Por lo general se recomienda 1:3 (H:V). 2. El valor asignado para Dm, no debe ser demasiado elevado; para no elevar el costo, ya que la cubierta del pozo está conformada por una losa de hormigón armado. Se recomienda asignar un valor de 1.50 m para Dm. Autor: Patricio Alejandro Pacheco Castro – Ingeniero Constructor UCM Downloaded by Raúl Aravena ([email protected]) 11 lOMoARcPSD|13624236 Manual para Diseñar Sistemas Tradicionales de Alcantarillado Particular Ejemplo: Diseñar un sistema de infiltración al terreno correspondiente a un pozo absorbente, para una vivienda emplazada en el sector rural, considerando que los integrantes de la vivienda corresponde a 5 habitantes. Asumir, que se realiza el ensaye de absorción el que arroja un parámetro de 60 lt/m2/día. Procedimiento: Paso N° 1: Establecer parámetros conocidos y, posteriormente, dirigirse a tabla N° 1, y obtener los valores señalados anteriormente, vale decir, de una vivienda rural. De lo anterior, se obtiene los siguientes datos: N = 5 habitantes. D = 120 lt/hab/día. Dm = (Ds + Di) / 2 = (2.00 + 1.00 ) / 2 = 1.50 m K5 = 60 lt/m2/día Paso N° 2: Con los datos anteriormente obtenidos, ingresamos a la ecuación N° 6, de la que obtenemos la profundidad del pozo: H = (N x D) / ( PI x Dm x K5) = (5 x 120) / ( PI x 1.50 x 60) = 2.12 m. Paso N° 3: Se procede a definir las dimensiones (dejando números enteros), ratificando que el volumen del pozo cumpla con la absorción señalada al principio como parámetro definido. H = 2.20 m Luego, el Índice de Absorción que se obtiene es: K5 = (N x D) / ( PI x Dm x H) = (5 x 120) / ( PI x 1.50 x 2.20) = 72.34 lt/m2/día. El valor obtenido 72.34 lt/m2/día > 60 lt/m2/día. Por lo tanto, cumple las condiciones. Ahora que se ha obtenido la altura interior, se debe realizar el plano, manteniendo las características descritas en el detalle que se muestra en la pagina 11 de este manual. Autor: Patricio Alejandro Pacheco Castro – Ingeniero Constructor UCM Downloaded by Raúl Aravena ([email protected]) 12 lOMoARcPSD|13624236 Manual para Diseñar Sistemas Tradicionales de Alcantarillado Particular CÁLCULO DE DRENAJES: Este sistema contempla la confección de una cámara domiciliaria de la cuál se proyectan los ramales que infiltraran los líquidos provenientes de la fosa séptica al terreno. El largo del sistema deberá ser calculado y dependerá del índice de absorción del terreno. La ejecución del sistema, contempla excavaciones de forma rectangular (zanja) de una profundidad mínima de 1.00 m. Dichas excavaciones serán rellenadas con material permeable (grava y arena) en su base sobre la cuál se colocará una tubería de PVC sanitario de Diámetro mínimo 110 mm, la que deberá ser perforada para realizar la infiltración de los líquidos al terreno. Una vez instalada esta tubería deberá ser cubierta con material permeable y antes de completar el relleno, deberá colocarse una lamina de polietileno para evitar que las aguas superficiales puedan saturar el sistema. Este tipo de solución resulta ser bastante conveniente, sin embargo presenta desventajas en lo referido a que no funciona en terrenos saturados superficialmente y requiere bastante espacio par poder funcionar en forma adecuada. continuación: La fórmula utilizada es para determinar el largo del drenaje es la que se señala a L = (N x D) / (A x K5) (7) Donde: L : Largo de la zanja (m). N : N° de habitantes. D : Dotación (lt/hab./día). A : Ancho de la zanja (m). Se recomienda utilizar anchos entre 0.70 m y 1.00 m K5 : índice de absorción del terreno. Autor: Patricio Alejandro Pacheco Castro – Ingeniero Constructor UCM Downloaded by Raúl Aravena ([email protected]) 13 lOMoARcPSD|13624236 Manual para Diseñar Sistemas Tradicionales de Alcantarillado Particular DETALLE DE RED DE DRENAJES L1 Drenes L2 C. I. L3 L = L1 + L2 + L3 DETALLE DE DREN TIPO N.T.N Relleno de material de excavación Lámina Polietileno PVC sanitario 110 mm perforado 0.70 – 1.00 m Cama de Arena e: 0.10 – 0.15 m 0.70 – 1.00 m OBS.: Se recomienda utilizar varios ramales para optimizar la superficie del terreno, lo que implica dividir la Longitud total del sistema, por el numero de drenes que se adopte. Autor: Patricio Alejandro Pacheco Castro – Ingeniero Constructor UCM Downloaded by Raúl Aravena ([email protected]) 14 lOMoARcPSD|13624236 Manual para Diseñar Sistemas Tradicionales de Alcantarillado Particular Ejemplo: Diseñar un sistema de infiltración al terreno correspondiente a una red de drenajes, para una vivienda emplazada en el sector rural, considerando que los integrantes de la vivienda corresponde a 5 habitantes. Asumir, que se realiza el ensaye de absorción el que arroja un parámetro de 60 lt/m2/día. Procedimiento: Paso N° 1: Establecer parámetros conocidos y, posteriormente, dirigirse a tabla N° 1, y obtener los valores señalados anteriormente, vale decir, de una vivienda rural. De lo anterior, se obtiene los siguientes datos: N = 5 habitantes. D = 120 lt/hab/día. A = 0.70 m K5 = 60 lt/m2/día Paso N° 2: Con los datos anteriormente obtenidos, ingresamos a la ecuación N° 7, de la que obtenemos la longitud del sistema de drenaje: L = (N x D) / ( A x K5) = (5 x 120) / ( 0.70 x 60) = 14.29 m. Paso N° 3: Se procede a definir las dimensiones (dejando números enteros), ratificando que la longitud del sistema de drenaje cumpla con la absorción señalada al principio como parámetro definido. L = 14.00 m Lt = L1 + L2 + L3 = 5 + 4 + 5 = 14 m. Luego, el Índice de Absorción que se obtiene es: K5 = (N x D) / ( A x L) = (5 x 120) / ( 0.70 x 14.00) = 61.22 lt/m2/día. El valor obtenido 61.22 lt/m2/día > 60 lt/m2/día. Por lo tanto, cumple las condiciones. Autor: Patricio Alejandro Pacheco Castro – Ingeniero Constructor UCM Downloaded by Raúl Aravena ([email protected]) 15 lOMoARcPSD|13624236 Manual para Diseñar Sistemas Tradicionales de Alcantarillado Particular Ahora que se ha obtenido la longitud que debe cumplir el sistema de drenaje, se debe realizar el plano, manteniendo las características descritas en el detalle que se muestra en la pagina 14 de este manual. Autor: Patricio Alejandro Pacheco Castro – Ingeniero Constructor UCM Downloaded by Raúl Aravena ([email protected]) 16
