Información adicional cloacas

1. Acueductos y Cloacas. Lapso 2021-I
UNEFM
Facilitador: Ubaldo García
Departamento de Hidráulica
RECOLECCIÓN DE AGUAS SERVIDAS

2. Las aguas residuales en estos sistemas, se comportan
hidráulicamente similar a las aguas potables, limpias o puras
COMPORTAMIENTO HIDRÁULICO
SISTEMAS DE AGUAS RESIDUALES
Acueductos y Cloacas. Lapso 2021-I
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Facilitador: Ubaldo García
Departamento de Hidráulica
Se transportan o conducen a través de
Tuberías o Conductos
Tuberías a presión Tubería con flujo libre Canales abiertos

3. Acueductos y Cloacas. Lapso 2021-I
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Facilitador: Ubaldo García
Departamento de Hidráulica
Tipos de flujo en el Diseño de Colectores
- Flujo Uniforme
- Flujo Permanente
Estos tipos de flujo, para conductos con superficie libre,
utilizando la ecuación de Manning:
COMPORTAMIENTO HIDRÁULICO
SISTEMAS DE AGUAS RESIDUALES
2
1
3
2
*
*
1
S
R
n
V 
V: velocidad media (m/s)
n: coeficiente de rugosidad
R: radio hidráulico (m)
S: pendiente hidráulica (m/m)
VMÁX: en la superficie
VMEDIA: a 0.60 del tirante
VMEDIA= 85%*VMÁX
VMÁX
Vm

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Acueductos y Cloacas. Lapso 2021-I
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COMPORTAMIENTO HIDRÁULICO
SISTEMAS DE AGUAS RESIDUALES
Velocidad Mínima en Colectores
- En alcantarillados sanitarios a sección plena 0.60 m/s; En
alcantarillados pluvial a sección plena 0.75 m/s
-La velocidad de circulación en colectores sanitarios es por lo general
inferior a la velocidad a sección plena, Vr ≥0.40 m/s
Velocidad Máxima en Colectores
MATERIAL Vmáx (m/s)
Concreto Rcc-210 kg/cm2 5.00
Concreto Rcc-280 kg/cm2-Arcilla 6.00
Concreto Rcc-350 kg/cm2 7.50
Concreto Rcc-420 kg/cm2 9.50
P.V.C 4.50
H.F; Acero Sin límites
Las velocidades
máximas a sección
plena en colectores de
alcantarillados
estará en función del
material

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COMPORTAMIENTO HIDRÁULICO
SISTEMAS DE AGUAS RESIDUALES
Coeficiente de Rugosidad de Manning “n”
MATERIAL n
Colectores cerrados prefabricados
PVC; PEAD; Acero; HF; HFD 0.012
Arcilla vitrificada; Concreto Ø> 24” 0.013
Concreto Ø< 21” 0.015
Colectores cerrados vaciados en sitio
Concreto 0.014
Canales
Revestidos de asfalto o concreto 0.015
Excavados en tierra 0.022 – 0.03
Lechos pedregosos y taludes con grama 0.035
Las rugosidades de
diseño de colectores de
alcantarillados estará en
función del material de
la tubería. A medida que
pasan los años de uso,
aumenta la rugosidad

6. Facilitador: Ubaldo García
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Acueductos y Cloacas. Lapso 2021-I
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COMPORTAMIENTO HIDRÁULICO
SISTEMAS DE AGUAS RESIDUALES
1000
*







 

T
Rj
Ri
C
L
C
C
S
CTI
CTJ
CRI
CRJ
LT
SC
ST
1000
*







 

T
Tj
Ti
T
L
C
C
S
SC: pendiente hidráulica (%o)
CRi: cota de rasante(m)
ST: pendiente de terreno (%o)
CTi: cota de terreno (m)
LT: longitud del tramo (m)
Pendiente del Colector “S”
“La pendiente mínima corresponde a la velocidad mínima”
“La pendiente máxima corresponde a la velocidad máxima”
Se calculan con la ecuación de Manning

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COMPORTAMIENTO HIDRÁULICO
SISTEMAS DE AGUAS RESIDUALES
Relación Analítica de los Elementos Hidráulicos
4
D
P
A
m
m


2
1
3
2
*
*
1
S
R
n

Tirante = Diámetro: H = D
Perímetro mojado (Pm)
Área mojada (Am)
Radio hidráulico ( RH)
Velocidad (Vm)
Caudal (Q)
4
* 2
D


D
*


2
1
3
4
*
* S
R
n









 



sen
D
180
8
2


360

D













sen
D 180
1
4
2
1
3
2
*
*
1
S
R
n

2
1
3
4
*
* S
R
n


Tirante = Diámetro: H = D
Perímetro mojado (Pm)
Área mojada (Am)
Radio hidráulico ( RH)
Velocidad (Vm)
Caudal (Q)
Tubería a Sección Plena Tubería Parcialmente Llena

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COMPORTAMIENTO HIDRÁULICO
SISTEMAS DE AGUAS RESIDUALES
Relación Gráfica de los Elementos Hidráulicos

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COMPORTAMIENTO HIDRÁULICO
SISTEMAS DE AGUAS RESIDUALES
𝑄𝑟
𝑄𝐶
≤ 80%
𝐻
𝐷
≅ 67%
Capacidad Mínima de Colectores
Los colectores son diseñados para funcionar a una capacidad máxima de 80%,
con la finalidad de transportar el caudal máximo y permitir la ventilación
dentro del sistema de tuberías, y no propiciar el funcionamiento de colectores a
presión.
Del gráfico relaciones de elementos hidráulicos se observa lo siguiente:

10. Facilitador: Ubaldo García
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Acueductos y Cloacas. Lapso 2021-I
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Flujo Supercritico
Velocidades altas, y pequeñas
perturbaciones aguas abajo no
producen ninguna variación
aguas arriba. Flujo rápido.
Flujo Subcrítico
COMPORTAMIENTO HIDRÁULICO
SISTEMAS DE AGUAS RESIDUALES
Descripción de Regímenes de Flujo
Además de permanente, no permanente, uniforme y no uniforme,
también se puede identificar el tipo de flujo por el Número de Froude (F):
y
g
V
F
*

V: velocidad media (m/s)
y: profundidad media (m)
g: aceleración de la gravedad (m/s)
F > 1: Flujo supercrítico
F = 1: Flujo Crítico
F < 1: Flujo subcrítico
Velocidades bajas, donde pequeñas
perturbaciones aguas abajo producen
variación en las condiciones aguas
arriba. Flujo lento.
Flujo Critico
Cuando el flujo es tal que su
velocidad es exactamente
igual que la velocidad de una
onda elemental.

11. Acueductos y Cloacas. Lapso 2021-I
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COMPORTAMIENTO HIDRÁULICO
SISTEMAS DE AGUAS RESIDUALES
Cotas de Rasante
T
C
Rj
Ri L
S
C
C *

 SC: pendiente hidráulica (m)
CRi: cota de rasante agua arriba (m)
CRj: cota de rasante agua abajo (m)
LT: longitud del tramo de colector (m)
Ø: diámetro del colector (m)
ESCENARIO #1:
Cota rasante para un inicio de colector (diseño)
Cota rasante de un colector (sistema existente)
 



 15
.
1
Ti
Ri C
C
ESCENARIO #2:
Cota rasante para un tramo cualquiera (diseño)
CR: cota de rasante (m)
CT: cota de terreno (m)
Ø: diámetro del colector (m)

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C.T: cota de terreno (cota de tapa)
C.R: cota de rasante de la BV (cota de fondo)
C.R: cota de rasante del
colector de llegada(cota
de fondo)
Colector de llagada de la BV
Colector de salida de la BV
C.R: cota de rasante del
colector de salida (cota de
fondo)
Facilitador: Ubaldo García
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Departamento de Hidráulica
C.T: cota de terreno (cota de tapa)
Cota de rasante de la BV inicio
del tramo (cota de fondo)
Cota de rasante de la BV final
del tramo (cota de fondo)
Desnivel de salida:
diferencia de cotas de
rasante
Desnivel de entrada:
diferencia de cotas de
rasante

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Consideraciones finales
 Una buena selección de la pendiente, permite el desalojo eficiente de las aguas
residuales del sistema, así como de los sedimentos. También minimiza el
exceso de excavación.
 No se recomienda sistemas de aguas servidas funcionando a presión, estas
aguas se regresarían al interior de las viviendas
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SISTEMAS DE AGUAS RESIDUALES