Diseño y evaluación de un sistema de tuberías de alcantarillados sanitarios en un área de La Paz

Introducción

Con el objetivo de diseñar y evaluar un sistema
de tuberías de alcantarillados sanitarios en un
área de la Paz, Carazo se desarrollaron diversos y amplios
trabajos hidráulicos, los cuales a partir de estos se
garantizará el funcionamiento normal del sistema que
interconectará 164 viviendas, beneficiando de esta manera
a 984 habitantes en el lugar.

Por tanto, se ha propuesto un sistema de tuberías
que actúe bajo efecto de la gravedad, posibilitando la
conducción efectiva del agua potable a cada vivienda. La
metodología aplicada incluye trabajos de análisis
de información, consultas a autoridades municipales en la
materia de agua, así como cálculos
hidráulicos y análisis de mapa apoyados de los
programas de cómputo Excel avanzado; AutoCad
versión 2012; y EPANET.

El sitio tiene forma irregular, seleccionado por la
disponibilidad de datos, es un área de fácil
acceso, zona de interés comercial e industrial, con amplio
desarrollo geográfico.

Con los resultados obtenidos se contribuye al manejo y
administración de la red de agua potable; la
planificación física y uso adecuado del sistema de
tuberías; la gestión eficiente del agua residual
doméstica. Igualmente, se está cumpliendo con las
normas técnica del Instituto Nicaragüense de
Acueductos y Alcantarillados (INAA), y la generación de
conocimientos actualizados y provechosos por académicos e
investigadores de universidades, instituto politécnicos,
entre otros. Con ello se ofrece una mayor seguridad ante
problemas sanitarios serios.

El trabajo se realizó siguiendo la línea
de acción relacionada con el diseño y
evaluación de proyectos de agua potable y saneamiento
desarrollado en la Universidad Nacional de Ingeniería
(UNI-IES, Sede Managua), en donde participan 03 consultores
especialista en la materia referidos en la sección de la
portada, y autores del presente informe. Contando por la
participación efectiva y acertada del MSc. Ingeniero
José Ángel Baltodano, igualmente consultor
especialista en Ingeniería Sanitaria y Medio
Ambiente

Criterios de
diseños utilizados

A continuación se definen 10 modelos
analíticos empleados para la determinación de
parámetros hidráulicos que influyen en el sistema
de tuberías de alcantarillados sanitarios. Para los cuales
fue posible obtener variados y amplios datos que explican y
pronostican el comportamiento del sistema evaluado:

Resultados

• Criterios de diseños desarrollados para el
  Sistema de Tuberías de Alcantarillados
  Sanitarios

En la Tabla No 1, se presentan poco más o
menos de 10 modelos hidráulicos determinados, para los
cuales se muestran altos valores en la medición de
longitudes de tuberías, sobretodo, en tres (03) tramos de
tuberías que comprenden los pozos de visitas sanitarios,
PVS5 – PVS4; PVS15 – PVS5; y PVS9 – PVS8, las
cuales tienen 99,5; 98,2; y 70,7 metros de largo respectivamente.
Representando el 7,2; 7,198; y 5,1823% del total evaluado (1,364
metros de tubería en todo el sistema). Siendo beneficiados
en esos 03 tramos unas 37 viviendas aproximadamente, repartidas
de la manera siguiente, en una 16; en otra 16; y finalmente 05 en
el último caso.

Por otro lado, se indican variaciones de Caudal Promedio
(Qpromedio) entre 0,03 a 1,38 litros/segundo (l/s); asimismo,
valores importantes para Caudal Máximo (Qmàximo)
entre 0,10 a 4,13 litros/segundo (l/s), siendo iguales que los
valores de Caudales de Diseño (Qdiseño) basado en
densidades de 6 habitantes/vivienda; dotaciones de 151
litros/persona-dia; factor de retorno de 0,8; y producción
de agua residual estimada en 120,8 litros/persona-dia usando
Factor de Harmon (FH) con valores entre 3,80 a 4,37, siendo el
valor seleccionado de 3. Cabe mencionar que las longitudes
propias y acumulada de las tuberías oscilan para las
primeras entre 36,5 hasta 100.10 metros de largo; y en las
segundas valores acumulados entre 36,8 hasta 1,259.2 metros de
largo.

Todo ello sugiere, el funcionamiento normal y desarrollo
efectivo del sistema actuante, el cual drena por efecto de la
gravedad. Siendo las velocidades evaluadas para esa red de 0,28 a
0.73 metros/segundos en pendiente de terreno entre 0.10 a 3.45%,
y pendiente de tubería no superior a 3.45%; asimismo,
contando con longitudes de tuberías que alcanzan valores
de 36,5 hasta 100.10 metros de largo, ocasionando que la
excavación alcance máximos valores de 141,48
metros cúbicos (m3), aumentando de manera progresiva
en el tiempo.

De igual manera, se han determinado valores de
diámetro de la tubería del orden de 18.7 hasta 77,7
milímetros (mm), siendo el valor seleccionado de 150mm por
razones estructurales y técnicas. A su vez, se han
calculados Caudales a tubo lleno (Qll) entre 4,92 a 12,91
litros/segundo (l/s), para los cuales se han estimado
considerando las velocidades a tubo lleno (Vll) mencionadas en el
párrafo anterior, las siguientes relaciones
numéricas:

• Q/Qll entre 0.01 a 0.51

• V/Vll entre 0.292 a 0.505

• d/D entre 0.092 a 0.220

• R/Rll entre 0.239 a 0.530

• Velocidades (V) entre 0.14 a 0.37 metros/segundo
  (m/s)

Variando los valores de 0.25V2/2g para los Calculados
entre 0.000 a 0,001; y para el Seleccionado en 0,03. Siendo la
elevación de fondo en el Nivel Inferior (Ni) de
entre 687.45 hasta 692.45 metros; y el Nivel de Fondo (NF) de
entre 686.63 hasta 690.90 metros. Con profundidades en el Nivel
Inferior de entre 1,35 hasta 3,45 metros; y en su Nivel de Fondo
de entre 0.83 hasta 3.45 metros. Y profundidades medias del orden
de 0.83 hasta 3.45 metros.

Finalmente, el ancho de zanja no supera los 0.60 metros;
sugiriendo valores de excavación entre los 30,58 hasta
141,48 metros tal como se había indicado anteriormente, y
se muestra en la tabla No.1 (a y b)

CÁLCULOS DE PARÀMETROS
HIDRÁULICOS EN EL SISTEMA

• a) Vista del tratamiento de
  datos desarrollados.

• b) Continuación del
  trabajo de procesamiento de datos realizado.

Tabla No. 1 (a y b).
Criterios de diseños usados para el diseño y
evaluación de un sistema de tuberías de
alcantarillados sanitarios en el área apoyado del
Microsoft Excel Avanzado.

• Diseño de la Red de tuberías de
  alcantarillados sanitarios Propuesto

En definitiva, en el esquema del sistema de
tuberías que se presenta abajo, se muestra la
ubicación de las cotas de elevación que ocupan las
tuberías que componen la red, los cuales oscila entre los
686 a 694.5 metros de altura; sistema y longitudes de
tuberías de distribución que se contabiliza en los
1259.2 metros lineales; 01 punto de acople; y las viviendas
beneficiadas por la red de abastecimiento; así como la
instalación de 21 pozos de visita sanitarios (PVS), que
suministrarán agua a 164 viviendas. En color celeste, se
muestra la red de tubería de alcantarillados propuesta tal
como se observa en el esquema a continuación:

DISEÑO DE RED DE TUBERIAS DE
ALCANTARILLADOS SANITARIOS.

Esquema No. 1. Elementos que componen la red de
tuberías de alcantarillados sanitarios construidas en el
área de interés a escala detalle usando AutoCad
versión 2012.

Conclusiones

• Todo el sistema drena por gravedad, pero ello
  depende de la pendiente del terreno (= 50%); velocidad del
  flujo oscilando entre 0,28 a 0.73 metros/segundos; longitudes
  de tuberías desde 36,5 hasta 100.10 metros de largo, y
  demás factores, los cuales hacen que la
  excavación tienda a aumentar desde 30,58 hasta 141,48
  metros cúbicos (m3). Cabe mencionar que hay cantidades
  de pozos de caída con mejoras en la
  pendiente.

• Debido a la topografía y la ubicación
  de pozos de caída se satisface y cumple con las normas
  del Instituto Nicaragüense de Acueductos y
  Alcantarillados (INAA), por tanto, se cumple con las normas
  de velocidad y diámetro de tuberías
  según lo que establece las regulaciones
  vigentes.

• Se diseño y evaluó el sistema de
  tuberías de alcantarillados sanitario con una
  configuración irregular que interconectará a
  las 164 viviendas dentro de la red, beneficiando de esta
  manera a 984 habitantes del lugar.

Recomendaciones

• Según se estime conveniente, se deberá
  instalar válvulas de presión en aquellos
  puntos de alta inestabilidad considerando los criterios de
  diseños aquí evaluados.

• Considerar en el diseño de tuberías de
  alcantarillado sanitario, la potencia de la energía
  para levantar la bomba que absorberá el agua en los 21
  pozos de visita sanitario (PVS) que se construya hasta
  hacerle llegar a tanques de almacenamientos a través
  de este sistema de tuberías instalado.

• Tomar en cuenta desniveles del terreno entre las
  casas (ubicadas en puntos más altos) con
  relación a la ubicación del sistema de
  tratamiento de agua natural, y la altura que ocupa el tanque
  séptico en el terreno, los cuales estarán
  interconectados por este sistema de tuberías de
  alcantarillados sanitarios.

• Considerar los resultados aquí obtenidos, e
  incluirlos en el diseño propuestos por los
  constructores y urbanizadores previo a ejecutar los trabajos
  de construcción del sistema de tuberías de
  alcantarillados sanitarios. De esta manera se benefician 984
  personas, quienes podrán acceder a la posibilidad de
  interconexión desde sus viviendas con el sistema de
  tuberías evaluado en tiempo y forma

• Tomar en cuenta criterios de diseños
  desarrollados del presente trabajo y corroborarlo con las
  actuales normas técnicas del Instituto
  Nicaragüense de Acueductos y Alcantarillados (INAA)
  siguiendo las características y mediciones ajustadas a
  el sistema de tuberías de alcantarillados sanitarios
  propuesto. De ello depende el garantizar el normal
  funcionamiento del sistema, y el desarrollo de actividades
  sanitarias intrínsecas a estos dentro del
  área.

• Dar seguimiento y monitoreo a los trabajos de
  ingeniería que se realicen para evitar problemas
  sanitario relacionados con el sistema de tubería de
  alcantarillado sanitario.

• Control y seguimiento minucioso de cada uno de los
  modelos hidráulicos desarrollados para un mejor
  funcionamiento y desarrollo del sistema evaluado. Para
  mencionar algunos por ejemplo, Qmax; Qprom ; Qdiseño,
  condiciones del terreno, y otros.

Autor:

Tupak Ernesto Obando Rivera

Miguel Ernesto Mayorga
Noguera

Emilio Ulises Silva
Zamora

Revisado por:

José Ángel
Baltodano

UNIVERSIDAD NACIONAL DE
INGENIERÌA

Recinto Universitario Simón
Bolívar

PROGRAMA DE ADMINISTRACIÒN DE
UNIDADES DE SERVICIOS (UNI-PAUS)

(MANAGUA-NICARAGUA)

Managua, Marzo 2012