Entibamiento Discontinuo y Continuo.


ENTIBAMIENTO  DISCONTINUO


 
Ø 6"ENTIBAMIENTO  CONTINUO

Detalle de Entibamiento.

Hallar la carga transmitida a la tubería - zanja.

Una estructura en concreto de 0.91 m de ancho con un peso de 1340 kg./m atraviesa una zanja de 1.22 m de arcilla húmeda. La estructura se encuentra enterrada en el suelo 1.83 m sobre la parte superior de la tubería. Hallar la carga transmitida a la tubería.

Solución:

La carga aplicada a la estructura es.

     F = 1340 x 1.22 =1635 kg.

La presión aplicada al suelo sobre la tubería es:



la relación de la profundidad a ancho es de:







De acuerdo con la tabla 6.9, la proporción máxima de la carga que alcanza la tubería será de 0.51. Por tanto, la carga que alcanza la tubería será:

    P = 1795 x 0.51 = 915 kg./m

Esta carga debe ser agregada a la carga del suelo calculada a partir de la formula de Marston antes de que el tipo de tubería y de cimentación sean seleccionados.

Ejemplo: Determinación de la carga sobre la tuberia y el tipo de cimentación requerido.

Una alcantarilla de arcilla de 610 mm será utilizada en una zanja ordinaria de 3.66 m de profundidad y 1.22 m de ancho, la cual será rellena con arcilla hümeda que pesa 1920 kg/m3. Determinar  la carga sobre la tuberia y el tipo de cimentacion requerido si la instalacion tendrá un factor de seguridad de 1.5

Solución:


De acuerdo con la ecuacion 6.2, tenemos.




aplicando la ecuacion 6.1:




De acuerdo a la tabla 6.1, la tuberia de resistencia normal y la tuberia de resistencia extra tienen resistencias al
aplastamiento, de 3780 y 6550 kg./m respectivamente.
Para aplicar el factor de seguridad, uno bien puede incrementar la carga aplicada mediante un factor de 1.5 o bien reducir la resistencia al aplastamiento por un factor de 1.5. En cualquier caso, la relacion de:

- Para la tuberia de resistencia normal

Carga x factor de seguridad /  resistencia = 2.44

- Para la tuberia de resistencia extra

Carga x factor de seguridad /  resistencia = 1.4

Si consideramos la figura 6.8, se puede observar que solo la cubierta en concreto (clase A) suministrará un factor de carga de 2.44, mientras que la cimentacion minima clase C (Fig. 6.10) suministrará un factor de carga de 1.4.

A pesar de la tubería de resistencia extra es algo más costosa que la tubería de resistencia normal, el costo adicional de la cimentación en concreto seria mucho mayor que la diferencia en el costo de las tuberías. Por tanto, la sección más económica seria tubería de resistencia extra con cimentación clase C. Cuando la cimentación es la misma para las dos resistencias, se selecciona la tubería de resistencia normal. La selección entre la clase B (fig. 6.10) con tubería normal y la clase C con tubería de resistencia extra puede ser apropiadamente dejada al contratista.

Figura 6.10. Métodos de cimentación en tuberías de concreto y factores de carga aplicables a la resistencia


Figura 6.8. Métodos de cimentación para tuberías de arcilla y factores de carga aplicables a la resistencia

   Tabla 6.1 Resistencia mínima al aplastamiento de tuberías de arcilla

Ventilación - Sifones.

Considerables cantidades de aire y gases son arrastrados por el escurrimiento de Aguas Servidas en los colectores que funcionan en lámina libre. En cambio, éste flujo es interrumpido en la cámara de salida del sifón, ya que el escurrimiento en el sifón se efectúa en conducto forzado.

Debido a esa interrupción, se produce una acumulación de aire y gases que origina una presión positiva en la cámara de entrada, y puede provocar el escape de gases con olor desagradable a través de orificios y aberturas en las tapas de acceso a las cámaras.

Si la cámara de entrada fuese completamente hermética, los gases efectuarían un camino en sentido inverso al escurrimiento hasta conseguir salir por las cámaras de inspección aguas arriba del sifón.

En éste caso, todo el oxigeno extraído de la cámara y los gases (principalmente el sulfhídrico que se desprende del liquido debido al aumento de turbulencia) se concentran pudiendo ocasionar serios problemas de olor. Con la acumulación del sulfatos en la cámara de entrada, el ambiente se torna altamente tóxico, y puede ocasionar la muerte de los operadores que visiten la cámara sin la debida mascara de protección.

Para minimizar este problema, se puede interconectar la cámaras de entradas y salida por medio de una tubería, de modo que los gases sean transferidos para la cámara de salida y arrastrados por el flujo de aguas residuales aguas abajo del sifón. Dependiendo de la ubicación de la cámara de entrada, los gases pueden ser lanzados a la atmósfera siempre que las condiciones ambientales locales no sean afectadas.

La evacuación de aire y gases se produce a través de una tubería con diámetro que varia desde un décimo hasta la mitad del diámetro del sifón. Cuando se interconectan las cámaras, esta tubería generalmente es ubicada en forma paralela a las tuberías del sifón.

Cámaras Visitables - Sifones.

El sifón invertido debe ser proyectado con dos camaras visitables, camara de entrada y camara de salida.

1.- Cámara de entrada

La camara d entrada debe ser proyectada de manera de orientar el escurrimiento hacia las tuberias que constituyen el sifón propiamente dicho, debe prever ademas dispositivos que permitan:

a)   El aislamiento de cualquiera de las linea para su limpieza.
b)   El desvio del caudal afluente para cualquiera de las lineas, aisladamente o en conjunto con otra.
c)    El desvio o by – pass directamente para un curso de agua o galeria.
d)   La entrada de un operador o equipos para desobstrucción o agotamiento.

Los dispositivos para aislamiento de tuberias pueden ser compuertas de madera , que deslizan en ranuras apropiadas, o vertederos adecuadamente dispuestos para permitir la entrada en servicio de la nueva tuberia después de alcanzar el limite de la capacidad de la anterior.

Generalmente han sido utilizadas compuertas que tienen la ventaja de poder distribuir mejor los caudales, de modo de mantener siempre una velocidad minima de autolimpieza; sin embargo, ésta alternativa tiene la desventaja de requerir la entrada de personas en la camara para efectuar la operación de las compuertas.

La utilización del vertedor lateral tiene la ventaja de evitar la entrada frecuente de personas en la camara,  sin  embargo  ocasiona  mayor  pérdida  de  carga,  pues  es  considerado  un  obstaculo sumergido, cuando el escurrimiento pasa sobre él. Cuando es utilizado el vertedor lateral, deben ser tomados los debidos cuidados en relación a las velocidades para atender las condiciones de auto-limpieza.

2.- Cámara de salida

Debe ser también adecuadamente proyectada de modo de permitir la inspección, al aislamiento y la limpieza de cualquier linea del sifón. Las soleras de los tubos afluentes y de la tuberia de salida quedaran rebajadas, en relación a la tuberia de llegada en la camara de entrada, en 1/3 del valor correspondiente a la pérdida de carga a lo largo del sifón, mas las pérdidas localizadas.

Las camaras de Entrada y Salida deben ser proyectadas con dimensiones adecuadas, de modo que permitan al acceso y movimiento de personas y equipos, en forma cómoda durante las operaciones que se realicen en las mismas.

Perfil del Sifón.


La facilidad de limpieza y las pérdidas de carga son dos aspectos que deben ser considerados para la definición del perfil del sifón. El perfil de mayor uso es el que se asemeja a un trapecio con la base menor para abajo y sin la base mayor.

Asi la elección del perfil sea función de las condiciones locales y del espacio para su implantación, es de importancia fundamental que se procure proyectar el sifón con angulos suaves que permitan la utilización de equipos simples para la limpieza y desobstrucción.

Número de Tuberías - Sifiones.

El sifón invertido debera tener, como minimo dos lineas, a fin de hacer posible el aislamiento de una de ellas sin perjuicio del funcionamiento, cuando sea necesaria la ejecución de reparaciones y/o desobstruccines.

En el caso de existir grandes variaciones de caudal, el número de lineas debe ser determinado convenientemente para  garantizar el  mantenimiento de  la  velocidad adecuada a  lo  largo  del tiempo.

Diámetro Mínimo - Sifones.


Considerando  que para tuberías de menor dimensión es mayor la posibilidad de obstrucción, es recomendable que el diámetro mínimo del sifón tenga un valor similar al fijado para los colectores, esto es, 150mm.

Por tanto se recomienda un diámetro de 150 mm como diámetro mínimo.

Velocidades: Auto-Limpieza en el Sifón.


Para obtener una buena auto-limpieza en el sifón, el objetivo fundamental de un proyecto consiste en garantizar una condición de escurrimiento tal, que por lo menos una vez por día propicie la auto-limpieza de  las  tuberías a  lo  largo  del  periodo de  proyecto. Para  esto,  es  necesaria la determinación minuciosa de los caudales de aguas Residuales afluentes al sifón.

Un criterio de dimensionamiento, qué esta siendo adoptado con gran éxito en Brasil, es el de garantizar una velocidad igual o superior a 0.60 m/s, para el caudal medio, a lo largo de todo el periodo de proyecto.

Este criterio, da resultados próximos a aquellos obtenidos por el uso del criterio considerado racional de garantizar la auto-limpieza con velocidad de 0.9 m/s para el caudal máximo de una día cualquiera.  Esto  ocurre  por  que  éste  caudal  máximo  de  Aguas  Residuales  es  obtenido multiplicando el caudal medio (excepto el de infiltración) por el coeficiente de la hora de mayor contribución, K2, que normalmente es admitido igual a 1.5.

La  velocidad máxima, es  función de  las características del  material del  sifón y de  la  carga disponible, de un modo general, la misma no debe ser mayor a 3.0 ó 4 m/s.

Tipos de Sifones.

Los principales tipos de sifones son los que se indican a continuación:

a)    Ramas oblicuas, se emplea para cruces de obstaculos para lo que se cuenta con suficiente desarrollo, y en terrenos que no presentan grandes dificultades de ejecución.




b)   Pozo vertical, con una o dos ramas verticales, son preferidos para emplazamientos de poco desarrollo o en caso de grandes dificultades construidas. Sus caracteristicas;    de facil limpieza y reducido espacio, los hacen muy aconsejables.


c)    Ramas verticales, similar al inciso b


d)     Con cámaras de limpieza, tiene su aplicación en obras de cruce de vias subterraneas




El sifón invertido es una obra de costo relativamente elevado y presenta dificultades de limpieza y desobstrucción, razón por la cual debe ser utilizado solamente después de un estudio comparativo con otras alternativas.

Sifones.

En el proyecto de los sistemas de la evacuación de las aguas residuales, la topografia local puede exigir la ejecución de obras especiales denominadas Sifones Invertidos con el  fin de evitar obstaculos tales como quebradas, rios, canalizaciones de aguas pluviales, carreteras, etc. Tales alcantarillas fluiran llenas y estaran bajo alguna presión, de modo que deben ser disefadas  para resistir presiones internas bajas, asi como también cargas externas. Asi mismo es importante que la velocidad  sea mantenida relativamente alta (al menos 0.9 m/s) para evitar la deposición de sólidos en lugares que seran muy dificiles o imposibles de limpiar.

Las estructuras de entrada y salida para los sifones invertidos deben estar instaladas en pozos de inspección u otros accesos que deben ser construidos para su mantenimiento y limpieza.



Tipos de Sumideros.

La selección del tipo de sumidero apropiado es importante, ya que de ello depende la capacidad de captación del caudal y en consecuencia del caudal que ingresa al colector.

En general los sumideros se dividen en cuatro tipos:

-Sumideros de ventana o acera
-Sumideros de reja o calzada
-Sumideros mixtos o combinado
-Sumideros especiales

a) Sumidero de ventana o acera
Consiste en una abertura a manera de ventana practicada en el bordillo o cordón de la acera, generalmente deprimida con respecto a la cuneta. El sumidero posee además  de la ventana, un

canal lateral de desagüe, una pequefla camara de recolección de sedimentos y una tuberia  de conexión con el colector publico

La longitud de la ventana normalmente es de 1.50m con una depresión minima de 2.5cm
El funcionamiento hidraulico de este sumidero es ineficiente, en especial cuando no existe la depresión o se encuentra en calles con pendiente pronunciada. Su mayor ventaja radica en su poca interferencia con  el  transito    vehicular, la  margen de  ello  son  costosos y  captan facilmente desperdicios (basuras), que perjudican su normal funcionamiento.

Para  decidir  la  utilización  de  este  tipo  de  sumideros  debemos  considerar  las  siguientes recomendaciones:

-Razones de tipo vial en función a una prioridad de la via
-Es recomendable su uso en puntos bajos
-No  deben  ser  utilizados  cuando  existe  la  posibilidad  de  acarreo  cuantiosos  de sedimentos y desperdicios

b) Sumidero de reja o calzada

Consiste en la ejecución de una camara donde penetran las aguas pluviales, esta se cubre con una reja para impedir la precipitación de vehiculos, personas u objetos de cierto tamaflo. Generalmente consta de una reja propiamente dicha, la camara de desagüe y la tuberia de conexión al colector.

Existen numerosos tipos de rejas, tales como de barras paralelas a la dirección del flujo (mas común) en la calzada, de barras normales a dicha dirección. Existen diferentes formas de barras siendo las mas comunes las rectangulares y las redondas.

La mayor ventaja de este sumidero, es su capacidad hidraulica bastante superior al de  ventana, en especial con pendientes pronunciadas. Su mayor desventaja son los inconvenientes que causa el transito y la facilidad de captación de desperdicios que tapona el area útil de la reja, ademas del ruido que se produce cuando un vehiculo pasa sobre ella.

Las recomendaciones para la utilización de este tipo de sumidero a continuación:
-Utilizarlos preferentemente en calles o avenidas de pendientes pronunciadas (de un 3% o mas)
-Las rejas de barras dispuestas en forma diagonal, por su uso generalizado y por su ventaja para la circulación de bicicletas.
-No se deben utilizar sumideros deprimidos de rejas cuando estos ocupen parte o la totalidad de la calzada
-No se deben utilizar en puntos bajos, salvo cuando no sea posible colocar los de tipo ventana

c)    Sumidero mixto o combinado

Es una combinación de los dos anteriores, tratando de tomar de cada uno de ellos lo mas positivo, mejorando la eficiencia del sumidero de ventana y reduciendo la ocupación de la calzada para el sumidero de rejas.

Las recomendaciones practicas para su utilización son las siguientes:

-Utilizarlos en lugares donde seria en principio, preferibles los sumideros de ventana, pero donde la eficiencia de captación de estos sea menor del 75%
-Es recomendable suponer un area efectiva del 67% del area total de la reja y la ventana.

d) Sumideros especiales

Son aquellos que tienen una configuración algo diferente de los anteriores. Son utilizados en los siguientes casos:

-Conexión de calles con canales abiertos o caudales naturales
-Colección de aguas superficiales de areas extensas
-Conexión directa entre colectores y pequefas calles naturales

Para  el calculo de los diferentes tipos de sumideros, ver el capitulo de referente al “Disefo del alcantarillado pluvial”

Separación entre Sumideros.


Esta determinado en función de la intensidad de la precipitación, del tipo de calzada y del área de aporte. Sin embargo, en general se mantienen distancias fijas como ser:

Fuente: Reglamento técnico de diseño para sistemas de alcantarillado

Se establece como norma de referencia el espaciamiento máximo entre sumideros en función a la pendiente de la calle según:


Fuente: Reglamento técnico de diseño para sistemas de alcantarillado

Ubicación de Sumideros.


Existe una serie de reglas y criterios para determinar la correcta ubicación de los sumideros, lo detallamos a continuación:

-Ubicar los sumideros en puntos bajos y depresiones
-En lugares donde se produzca la pendiente longitudinal de las calles

-Ubicar justo antes de puentes y terraplenes
-Preferiblemente antes de los cruces de calles (esquinas) o de pasos de peatones
-Ubicar en vías de longitud considerable y cuando el escurrimiento puede sobrepasar la capacidad de la cuneta se instala un sumidero intermedio

También  es necesario tener en cuenta un conjunto de recomendaciones que deben llevarse a la práctica durante la etapa de la construcción, las cuales son:

-Analizar el esquema geométrico de cada calle, particularmente su sección transversal, de tal forma de decidir si se debe o no construir un sumidero a cada lado, o solo en el lado bajo.
-En las intersecciones de calles y en especial cuando se deba impedirse el flujo transversal, pueden crearse pequeñas depresiones para garantizar la completa captación de las aguas.
-No se deben ubicar sumideros en lugares donde no puedan interferir otros servicios públicos como electricidad y teléfonos.

Características de los Sumideros.


Los sumideros pueden tener o no una capacidad establecida pata interceptar el caudal que corre por la cuneta. Todos los tipos de sumideros captan mas agua a medida que aumenta la altura de agua en la cuneta, pudiendo parte del caudal, sobrepasar el sumidero

Un sumidero ubicado en un punto bajo de una cuneta, captará eventualmente toda el agua que alcance (siempre que no quede completamente ahogado), pero la altura de agua puede tornarse excesiva si el sumidero no tuviese una altura suficiente. En los casos más comunes,  de cuneta con pendiente uniforme en un único sentido longitudinal, las dimensiones significativas son el ancho de la reja normal y el ancho de abertura libre paralela al sentido de escurrimiento en la cuneta.

Sumideros de Aguas de Lluvia

Los sumideros son las estructuras encargadas de recoger  el agua que fluye por las cunetas de la vías con el mínimo de interferencia para el tráfico vehicular y peatonal, evitando se introduzca a los colectores material de arrastre.

 


Cámaras de Inspección con Caída.


En los pozos de inspección o visita, pueden existir desniveles en la entrada y salida de las alcantarillas de  30  cm o excepcionalmente hasta  de  100  cm.  para  caudales pequeños,  estos desniveles se absorben en los canales semicirculares de enlace mediante pendiente uniforme. Para mayores desniveles que provocan velocidades elevadas, se procede a utilizar los pozos can caída con elementos de enlace.

Los  niveles  entre  20  y  40  cm  pueden  solucionarse  incluyendo  los  mismos  en  los  canales semicirculares. 

Para desniveles entre 40 y 80 cm, la cámara deberá ser ampliada en el sector inferior del cuerpo de la misma. 

Para mayores desniveles se procede a utilizar pozos de caída con accesorios de enlace.

Fig 7.2. Armaduras de pozos de inspección. (a) planta; (b) sección de armadura pesada

Aspectos Constructivos de los Pozos de Inspección.


Las cámaras de inspección se construyen en concreto simple y armado, mampostería de piedra y mampostería de ladrillo. Pueden ser de sección circular o cuadrada. Las paredes en mampostería tendrán un espesor mínimo de 20 a 25 cm, las juntas se realizarán con mortero de cemento y arena fina en proporción 1:3 ó 1:4, las paredes internas deben ser enlucidas con una capa de 2.0 cm de espesor con mortero de cemento-arena fina 1:2 ó 1:3.

Las tapas de las cámaras de inspección, preferentemente serán de hierro fundido, sin embargo, por razones económicas pueden ser también de  concreto armado,  debiendo ser  el diámetro  libre de
0.60 m.

Existen diversos tipos de tapas de hierro fundido que incluyen variaciones con o sin articulación, su elección depende de la carga a la que estarán sometidas, aspecto que se relaciona con la importancia de la vía o avenida donde será instalada. Las tapas y armaduras más pesadas pesan alrededor de 340 Kg. (750 lb.); las destinadas a las calles de ciudad, alrededor de 245 Kg. (540 lb.); y las más livianas, alrededor de 70 Kg. (150lb.). Las armaduras livianas y pesadas son ilustradas mas adelantes (Figura 7.2).

Separaciones de las Cámaras de Inspección.


Las separaciones recomendables entre cámaras de inspección son las siguientes:

-70 metros para colectores de pequeño diámetro 150 a 400 mm.
-100 metros para colectores visibles mayores a 700 mm de diámetro.
-150 metros para colectores visibles mayores a 1000 mm de diámetro.

Las cámaras de inspección y limpieza se ubican sobre el eje de las alcantarillas o con ligera desviación y su diámetro debe tener como dimensión minima 0.60 m y 0.60 x 0.60 m para cámaras rectangulares.

El acceso a la cámara puede ser de forma cónica con un diámetro de 0.60 m o cuadrada con dimensiones de 0.60 x 0.60 cm.
Las cámaras de inspección circulare, debería tener 1.2 m de diámetro en su base inferior aunque actualmente se acepta hasta 1.0 m.

La base de las cámaras puede ser de concreto o de mamposteria, en todo caso debe tener una altura mayor o igual a 15 cm. La base se apoya sobre capa de hormigón pobre o gravilla con espesor de 5.0 cm. Los canales de conducción construidos en la base deben ser de sección semicircular, de manera que permitan el flujo de las diferentes conexiones. La superficie del fondo de la cámara debe tener un pendiente hacia los canales de enlace no menor al 2 % para evitar acumulación de depósitos orgánicos y no mayor al 10 % por razones de seguridad para el personal de limpieza.

Ubicación de las Cámaras de Inspección.


-Ubicar en los arranque de colectores.
-En los cambios de dirección,
-En los cambios de diámetro,
-En cambios de pendiente,
-Para vencer desniveles,
-En las intersecciones de colectores,
-En tramos largos, de modo que la distancia entre dos cámaras  consecutivas varíe entre 70 a 150 m.

Construcción de Cámaras de Inspección.

La norma de construcción para pozos o cámaras de inspección estándar, serán sin entibado, y deberán tener las dimensiones de la proyección en planta de los muros y serán ejecutadas hasta  la profundidad necesaria para alcanzar la cota de desplante de la base, indicada en los planos de construcción respectivos. El minimo diámetro interno será de 1.2 m. El minimo diámetro  de la boca de ingreso a la cámara de inspección, será de 0.6 m.

En fondo de las cámaras de inspección, se construirán canaletas media caña, que permitan el escurrimiento del flujo en dirección aguas abajo. Su ejecución deberá evitar la turbulencia y la retención de material en suspensión.

Provisión y Tendido de Tuberías de Hormigón.


Comprende el suministro de todas las tuberías de hormigón simple o armado, material de las juntas, herramientas, equipos, mano de obra, trabajos y servicios requeridos para la instalación de los colectores, conexiones de los sumideros y bocas tormenta.

Las tuberías así como todos los materiales necesarios, deberán ser provistos y almacenados  en una bóveda próxima a la obra.

El material deberá ser adquirido al comenzar la obra y será provisto en las cantidades indicadas o no en las listas de los planos y que sean necesarias para su correcta instalación. El material deberá estar disponible con antelación a la ejecución de los trabajos. La colocación de los tubos se hará de aguas abajo hacia aguas arriba, de tal manera que la campana quede situada hacia la parte alta del tramo y cuidando de que el cuerpo de los tubos esté íntegramente en contacto con el lecho de apoyo.
A medida que los tubos se colocan, deberán limpiarse las juntas. Cada vez que se interrumpa la colocación de los tubos, la boca de extremo será protegida convenientemente para evitar el ingreso de animales o elementos ajenos.