viernes, 10 de diciembre de 2010

Accesorios Complementarios para Estanques.

1 Tubería de llegada

El diámetro de la tubería de llegada o alimentación estará definido por la línea de aducción. Deberá estar provisto de llave de igual diámetro antes de la entrada al estanque y proveerse de By-pass para atender situaciones de emergencia. Cuando se trate de estanque de dos celdas,  la  bifurcación  se  hará  manteniendo  el  diámetro  para  ambas  derivaciones  y proveyendo llaves a cada una. Fig. 4.13





2  Tubería de salida

El diámetro de la tubería de salida será el correspondiente al diámetro de la matriz de distribución, debiendo estar provista de llave. Similarmente cuando existen dos celdas, el diámetro de cada una de ellas será correspondiente a la matriz de distribución y se proveerá de llaves antes de la unión hacia una sola línea de distribución. Fig. 4.14


3  Tubería de limpieza (lavado)

La tubería de limpieza deberá ser de un diámetro tal que facilite el vaciado del estanque en un periodo que no exceda de 2 a 4 horas. La limpieza estará provista de llave y el fondo del tanque deberá contar con una pendiente no menor al 1%, hacia la salida. No es aconsejable que las tuberías de limpieza descarguen directamente en colectores cloacales, por lo cual deben tomarse las previsiones para evitar cualquier riesgo de contaminación posible. Fig. 4.15





4  Tubería de rebose

El tanque de almacenamiento deberá contar con una tubería de rebose, la misma que se conectará con descarga libre a la tubería de limpieza o lavado y no se proveerá de llave, permitiéndose la descarga en cualquier momento. En todo caso, es aconsejable que el diámetro de la tubería de rebose no sea menor que el de llegada.

5  Ventilación

Los tanques de almacenamiento deben proveerse de un sistema de ventilación, dotado de protección para evitar el ingreso de insectos y otros animales. Para ello es aconsejable la utilización de tubos en “U” invertida, protegidos a la entrada con rejillas o mallas metálicas y separadas del techo del estanque a no menos de 30cm. Fig. 4.16




6  Medidor

Es  recomendable  colocar  un  medidor  registrador  a  la  salida  del  tanque,  que  permita determinar los volúmenes suministrados en forma diaria, así como las variaciones de los caudales. Ello permitirá durante la fase de operación determinar las fallas del servicio, desperdicios y usos no controlados, pudiendo tomarse medidas correctivas para el mejor funcionamiento del sistema.

7 Otros accesorios


Todo tanque de almacenamiento deberá estar provisto de: control de niveles, flotantes, cámaras de visita con tapas sanitarias y escaleras de acceso interior y exterior.

Deberá preverse una altura de revancha, o altura libre por encima del nivel máximo de aguas, no menor a 0.20m, a fin de contar con un espacio de aire ventilado.

domingo, 5 de diciembre de 2010

Tipos de Estanques.

1 Tanques superficiales

Se recomienda este tipo de tanques cuando lo permita la topografía del terreno, asegurando las  presiones adecuadas  en  todos  los  puntos  de  la  red.  Estos  tanques  podrán  ser  de mampostería, hormigón simple o armado. Los estanques de concreto armado se construyen preferiblemente de dos o más celdas (de una sola celda para capacidades pequeñas).

Puede hacerse el prediseño seleccionando una relación h/L = 0.50 a 0.75, siendo “h” la altura y “L” el lado del cuadrado En caso de diseñarse más de una celda, la capacidad total del estanque será dividida en celdas de capacidades iguales.
Cuando los requisitos de capacidad sean grandes, en el diseño de los tanques superficiales debe tomarse en cuenta las siguientes recomendaciones:

a)  En  tanques  unitarios  es  recomendable  colocar  un  paso  directo  (by-pass)  que permita mantener el servicio mientras se efectúa el lavado o la reparación del tanque, con la debida consideración a la sobrepresión que pueda presentarse.

b)  Las tuberías de rebose descargarán mediante una interconexión a la tubería de desagüe  la  cual  se  conducirá  a  una  descarga  final  lejos  del  tanque  para  no comprometer la estructura.
c)  Se instalarán válvulas de compuerta en todas las tuberías. El número mínimo será de cuatro, cada una de ellas irá ubicada en:
-la tubería de entrada al tanque (prever el golpe de ariete)
-la tubería del by-pass
-la tubería de salida del tanque
-la tubería de desagüe (se deberá tener en cuenta la pendiente del fondo del tanque).

d)  Este tipo de tanques deberá ser construido con una cubierta protectora, con tapa de acceso sanitario e incluir accesorios tales como: escaleras ventiladores, aberturas de acceso, cámara de válvulas, etc.

2  Tanques elevados
Se recomienda este tipo de tanques cuando por razones de servicio se requiera elevarlos. Los estanques elevados se construyen de acuerdo a los requerimientos y características del proyecto, podrán ser de acero; hormigón armado, pretensado o postensado, o fibra de vidrio, sus diseños en muchos casos atienden también a razones ornamentales.
En el diseño de tanques elevados, deben tenerse en cuenta los siguientes aspectos:
a)  Que  el  nivel  mínimo  del  agua  en  el  tanque  sea  suficiente  para  conseguir  las presiones adecuadas en la red de distribución.
b)  Las tuberías de rebose y desagüe se interconectarán a un nivel accesible y por una sola tubería se descargará en un punto alejado del tanque.
c)  Se instalarán válvulas en las tuberías conforme a lo indicado anteriormente
d)  En tanques unitarios se recomienda disponer un paso directo (by-pass) que permita mantener el servicio mientras se efectué el lavado o la reparación del tanque.
e)  Deben ser construidos con una cubierta protectora y deben contar con los siguientes accesorios: escaleras, dispositivos de ventilación, abertura de acceso, cámaras de válvulas, pararrayos y otros dispositivos necesarios.
f)  En los tanques de regulación se diseñarán dispositivos que permitan controlar el nivel máximo del agua.

sábado, 4 de diciembre de 2010

Ubicación del Estanque.

La   ubicación   del   estanque   está   determinada   principalmente   por   la   necesidad   y conveniencia de mantener presiones en la red dentro de los límites de servicio, con lo que se logra una distribución con menores pérdidas de carga. Estas presiones en la red están limitadas por Normas, según la NB 689 se tiene:

-          En poblaciones rurales menores, a 5000 hab.:  5  m.c.a.
-          En poblaciones de 5000 a 15000hab:                          10 m.c.a.
-          En poblaciones de áreas urbanas:                                 20 m.c.a.
-          La presión estática no será en ningún caso mayor a:     70 m.c.a.

De preferencia los tanques elevados conviene situarlos en una zona opuesta al punto de alimentación  de  la red,  consiguiéndose  de  este  modo  una  mejor  disponibilidad  de presiones.

 FIG. 4.11 UBICACIÓN DE UN ESTANQUE DE ALMACENAMIENTO Y LINEAS DE PRESION

En la figura 4.11 se muestra las líneas de carga estática y dinámica para dos alternativas de ubicación  del  estanque,  la  ubicación  de  este  en  “C”  permitirá  aprovechar  la  mayor elevación del terreno para lograr con menor elevación de torre y/o menores diámetros, presiones residuales dentro los límites de servicio.

viernes, 3 de diciembre de 2010

Tanques de Regulación.

Los estanques de almacenamiento juegan un papel básico para el diseño del sistema de distribución de agua, tanto desde el punto de vista económico, así como por su importancia en el funcionamiento hidráulico del sistema y en el mantenimiento de un servicio eficiente.
Un estanque de almacenamiento cumple tres propósitos fundamentales:

1)  Compensar las variaciones de los consumos que se producen durante el día.
2)  Mantener las presiones adecuadas en la red de distribución.
3)  Mantener  almacenada  cierta  cantidad  de  agua  para  atender  situaciones  de emergencia tales como incendios e interrupciones por daños de tuberías de aduc- ción o de estaciones de bombeo.

Dependiendo de la topografía se hace indispensable separar la zona (alta, media, baja) para mantener las presiones en cada red, dentro de límites admisibles. Esta separación de redes puede hacerse mediante estanques o mediante válvulas reguladoras de presión

1 CAPACIDAD DEL SISTEMA DE ALMACENAMIENTO

La capacidad del estanque, o del conjunto de tanques para el caso de grandes sistemas, será igual al volumen que resulte de las siguientes consideraciones:
-Volumen de regulación.
-Volumen de lucha contra incendios
-Volumen de reserva

1.1 Volumen de regulación

El sistema de almacenamiento previsto como regulación  está destinado a proveer:

-Suministro de agua en las horas de demanda máxima.
-Presiones adecuadas en la red de distribución


El volumen de regulación se debe considerar entre el 15% y el 30% del consumo máximo diario si el sistema es por gravedad; si el sistema es por bombeo se considerarán los mites del 15 al 25% de acuerdo al mero y duración de los periodos de bombeo así como los horarios en los que se hallan previstos dichos bombeos.

1.2 Volumen  contra incendios 

Para poblaciones menores a 10000 habitantes, no es recomendable y resulta antieconómico el  proyectar  sistema  contra  incendio.  Se  deberá  justificar  en  los  casos  en  que  dicha protección sea necesaria. Para poblaciones mayores a 10000 habitantes se asume un tiempo de duración del incendio entre 2 y 4 horas, para caudales de incendio de 10, 16 o 32
[lts/seg] de acuerdo a la importancia y densidad poblacional dela zona.

Con lo cual se tiene una de las siguientes alternativas:

a)  10 [lts/seg] * 4 [horas] * 3600 [seg] = 140000 [lts] b)  16 [lts/seg] * 4 [horas] * 3600 [seg] = 230400 [lts] c)  32 [lts/seg] * 4 [horas] * 3600 [seg] = 460800 [lts]

1.3 Volumen de reserva

Ante la eventualidad de que en la línea de aducción puedan ocurrir daños que mantendrían una situación de déficit en el suministro de agua, ya sea mientras se hacen las reparaciones de los sistemas de toma, conducción, tratamiento y/o casos de falla de un sistema de bombeo,  es  aconsejable  un  volumen  adicional  que  de  oportunidad  a  restablecer  la conducción de agua hasta el estanque. En tal caso se recomienda considerar un volumen equivalente a 4 horas de consumo correspondiente al consumo máximo diario (Qmax_d)
1.4 Volumen total

Resultará como el mayor valor de la suma de cualquiera de las siguientes cantidades:

jueves, 2 de diciembre de 2010

Esfuerzos y Deformaciones Elásticas en los Suelos.


Cuando un material es sujeto a esfuerzos, este responde con deformaciones. Entonces es necesario trazar una historia de los cambios entre los esfuerzos y las deformaciones y así obtener una curva esfuerzo-deformación.
El ingeniero debe comprobar que las deformaciones producidas en el suelo al aplicar las cargas exteriores son menores a la deformación admisible y así asegurar la estabilidad del suelo. Para esto el ingeniero debe obtener la curva esfuerzo deformación del suelo.
El grado de deformación producido por un esfuerzo dependerá de la composición, relación de vacíos, historia del esfuerzo, y forma en que se apliquen los nuevos esfuerzos. Para poder hallar la deformación de un suelo muchas veces es mejor medir directamente las deformaciones producidas en un ensayo de laboratorio bajo los esfuerzos que existirán en el terreno real. En otros casos, suele ser muy útil recurrir a conceptos y formulas de la teoría de elasticidad.
Con este fin se han desarrollado ensayos y descripciones matemáticas que parten de las teorías clásicas de la elasticidad y plasticidad. Sin embargo, los suelos se diferencian mucho de otros materiales, debido a su naturaleza porosa y compuesta de partículas. El comportamiento de un material perfectamente elástico solo depende de sus condiciones inicial y final, independientemente del camino que tomen durante el cargado o descargado, esto debido a que presentan un comportamiento lineal. En cambio los suelos no solo depende de su condición inicial y final sino además del camino durante el cargado o descargado y de la historia previa al cargado o descargado.
En resistencia de materiales se estudio los esfuerzos en cuerpos rígidos, continuos, homogéneos, elásticos, afectados por fuerzas externas. Los suelos no son cuerpos ni rígidos, ni continuos, ni homogéneos, ni elásticos. Por lo tanto la determinación de los esfuerzos y deformaciones en los suelos es una tarea muy difícil. Sin embargo el análisis con la teoría de la elasticidad es muy simple y solo involucra a dos constantes, el modulo de Young y el índice de Poisson. Entonces si se asume que el suelo es un material isotrópico, elástico, se facilita muchísimo el análisis para poder predecir el comportamiento de los suelos cuando son sometidos a cargas externas. Para este análisis solo se tiene que determinar el modulo de Young y el índice de Poisson mediante ensayos de laboratorio o de campo.
Independientemente de que en algún caso particular pueda resultar útil usar valores del modulo de elasticidad y/o del índice de Poisson, debe tenerse muy en cuenta que el módulo de elasticidad o de Young y el índice de Poisson no son constantes de un suelo, sino más bien magnitudes que describen aproximadamente el comportamiento de un suelo para un estado de esfuerzos dado y que cambiarán, quizás radicalmente, si cambia el estado de esfuerzos o si los esfuerzos se aplican de distinta manera.
Es necesario asumir que las deformaciones en los suelos son pequeñas (infinitesimales) para poder aplicar el principio de la mecánica de los cuerpos elásticos a los suelos. El suelo solo puede sostener esfuerzos de compresión. A continuación se explicara detalladamente los conceptos de la teoría de la elasticidad, orientado a los suelos.

miércoles, 1 de diciembre de 2010

Cambio de Esfuerzos Efectivos


El suelo se diferencia de la parte de los materiales sólidos en la forma en que pueden variar las propiedades relativas de volúmenes de agua y sólido al aplicar esfuerzos. Cuando un suelo saturado es sujeto a un aumento de esfuerzos, entonces el agua en los poros tiende a querer fluir a zonas de menor presión lo que significa que se produce un aumento en la presión de poros del agua, la velocidad de este flujo depende de la permeabilidad del suelo.
La diferencia entre las características de corte de la arena y la arcilla y demás propiedades entre las partículas, no son tan amplias como la diferencia cerca de un millón de veces entre la permeabilidad de los distintos tipos de suelo. En el caso de las arenas y gravas el flujo del agua es rápido debido a que estos suelos son muy permeables, mientras que en las arcillas y limos el flujo del agua es lento debido a que son suelos muy poco permeables.
El comportamiento ingenieril en suelos saturados de grano fino deriva de la interacción entre estructura esquelética del suelo compresible y el agua en los poros relativamente incompresible. Los cambios rápidos en las cargas externas no producen un cambio inmediato en el volumen del suelo, debido a la resistencia al desplazamiento del agua en los poros. Por lo tanto, la configuración estructural del suelo no cambia inmediatamente. Sin embargo al transcurrir el tiempo el agua en los poros va evacuando a zonas de menor presión lo que provoca cambios en la configuración de la estructura del suelo que provocan cambios de volumen en el suelo, este fenómeno se conoce como consolidación y se lo entenderá mejor con el análisis del modelo mecánico que simula al comportamiento de un suelo sometido a un rápido cambio de esfuerzo.
Las condiciones al principio y al final de un cambio de esfuerzos, varían según el tipo de suelo, y según a esto se dividen en dos.

·        Condiciones a corto plazo o condiciones no drenadas.

Estas condiciones se presentan cuando en un suelo se produce un incremento de esfuerzos que provoca que el agua tienda a fluir hacia fuera y este flujo de agua en los poros es obstaculizado debido a que el suelo es poco permeable, como en el caso de arcillas y limos. También se presenta este caso cuando el ritmo de aplicación del incremento de esfuerzo es demasiado rápido y no permite el flujo del agua en los poros.

·        Condiciones a largo plazo o condiciones drenadas.

Estas condiciones se presentan cuando en un suelo se produce un incremento de esfuerzos que provoca que el agua tienda a fluir hacia fuera y este flujo de agua en los poros fluye casi sin obstáculos debido a que el suelo es muy permeable, como en el caso de las gravas y arenas. También se presenta este caso cuando el ritmo de aplicación del incremento de esfuerzo es lo suficientemente lento como para evitar que se produzca un aumento en la presión de poros del agua.

jueves, 25 de noviembre de 2010

Selección del Material para el Filtro.

Es sumamente importante que el material del filtro sea escogido cuidadosamente  tomando en cuenta las características del suelo que se protegerá. Terzaghi y Peck propusieron una serie de criterios para la selección de un filtro, tomando en cuenta las características del suelo adyacente a ser protegido. En la  Figura 5.18 el suelo a ser protegido es llamado material base.

Entonces según Terzaghi y Peck se recomiendan los siguientes criterios para satisfacer la estabilidad del filtro y proporcionar un aumento de permeabilidad. 
Donde:      
D15 (F), D15 (B) = diámetros a través de los cuales pasa el 15% del material para el filtro y la base, respectivamente.
                        D85 (B)  = diámetro a través del cual pasa el 85% del material para la base.

El primer criterio es para prevenir el movimiento de las partículas de suelo del material base  a través del filtro.
El segundo criterio es para asegurar la permeabilidad del filtro.

Figura 5.18 Definición del material base y material del filtro.

La aplicación del criterio de selección del material de un filtro puede ser explicado usando la Figura 5.19 en la cual la curva a es la curva de distribución tamaño de partículas del material base. Del criterio 1, D15(F ) < 4· D85(B) la abscisa del punto A es, D85(B) entonces la magnitud de 4· D85(B), puede ser calculada, y el punto B cuya abscisa es 4· D85(B), puede ser trazada. Similarmente, del criterio 2, D15(F) > 4·D15(B) las abscisas de los puntos C y D son D15(B) y 4·D15(B), respectivamente. Las curvas b y c son trazadas, las cuales son geométricamente similares a la curva a y están limitadas con los punto B y D. En general un suelo cuya curva de distribución de tamaño de partículas caiga dentro de las curvas b y c es un buen material para el filtro.
En algunos casos es necesaria la construcción de filtros de varias capas, lo cual no es aconsejable ya que son más costosos. Sin embargo a veces se tiene la necesidad obligada de construir este tipo de filtros, Para la selección del material de este tipo de filtros se sigue el mismo criterio, considerando al filtro mas fino como material base para la selección de la granulometría del filtro más grueso.

El diámetro de partículas máximo que se puede usar en un filtro no debe exceder de las 3” (75 mm.), esto con el fin de disminuir la segregación y el acuñamiento, formando huecos entre las partículas grandes durante la colocación de los materiales del filtro. Se debe tener cuidado en la colocación de los materiales del filtro para evitar la segregación.

Figura 5.19. Criterio para la selección de filtros. (Das, 1998)

miércoles, 17 de noviembre de 2010

Uso de Filtros para Aumentar el Factor de Seguridad contra el Levantamiento.

El objetivo de colocar filtros de drenaje, es permitir la descarga de las filtraciones y disminuir la posibilidad de fallas por levantamiento, ya sea por reventones o erosiones en el lado aguas abajo de la estructura hidráulica. Entonces como las fallas siempre ocurren en el área más débil susceptible a este tipo de fallas, que se vio que es en lado aguas abajo de la tablestaca, entonces se puede aumentar su resistencia a la fuerza de escurrimiento incrementando el peso de en esta sección débil. El filtro debe ser permeable para que pueda producirse el drenaje del flujo de agua ascendente que tiende a levantar esta parte del suelo. Una manera de evaluar el riesgo probable de falla es el factor de seguridad. Este factor de seguridad en muchos casos es muy bajo, entonces  se lo debe aumentar por medio de estos filtros. Se requiere un factor de seguridad mínimo de aproximadamente 4 a 5 para la seguridad de la estructura, el motivo por el que este factor de seguridad es tan elevado es principalmente debido a las inexactitudes que existen en el análisis. 

Un filtro es un material granular con aberturas bastante pequeñas para prevenir el movimiento de las partículas del suelo en las que es colocado y, al mismo tiempo, es bastante permeable para ofrecer pequeña resistencia al flujo que pasa a través de él. Es decir que el filtro debe tener una granulometría tal que los orificios del filtro no sean mucho mayores que las partículas mas finas del suelo base, ya que estas partículas finas poco a poco son arrastradas a los vacíos del filtro, terminando por taponar al filtro y evitando que cumpla con su función de drenaje. Si por el contrario, los vacíos del filtro son del mismo tamaño que los del suelo, el filtro puede ser poco a poco lavado hacia el conducto subterráneo. Por lo tanto el filtro debe estar formado por un material cuya granulometría debe ajustarse a ciertos requerimientos. Estos requerimientos serán detallados mas adelante.
En la Figura 5.17a, el espesor del material del filtro es d1, este espesor debe ser mayor a 3 pies (91 cm.). Como el factor de seguridad esta en función del peso del suelo en la zona de levante, al colocar el filtro este peso aumenta incrementando así el factor de seguridad. El factor de seguridad contra el levantamiento puede calcularse similar al caso anterior solo aumentando el peso del filtro, esto se ve en la Figura 5.17b.
La fuerza de levante causada por el flujo de agua U, es la misma que el caso anterior:
El peso de suelo y del filtro dentro la zona contra levantamiento por longitud unitaria es:

Figura 5.17. Uso de un filtro para aumentar el factor de seguridad contra el levantamiento. (Das, 1998)

Entonces el factor de seguridad contra el levante es:

martes, 16 de noviembre de 2010

Aplicaciones del Esfuerzo efectivo a Propósitos Ingenieríles.


El concepto del esfuerzo efectivo influye en gran parte en el comportamiento del suelo, de ahí es que la aplicación de estos criterios en las obras civiles es de gran importancia. El uso más común se presenta en el diseño de presas, terraplenes, diques, ataguías, o estructuras similares de retención de agua, además de obras que requieran excavaciones del terreno. En este tipo de obras es muy frecuente que se presenten infiltraciones que pongan en riesgo la estabilidad y vida útil de la estructura. Esta inestabilidad es debida a la infiltración del agua y se la conoce con el nombre de flotación. Cuando el esfuerzo efectivo es cero, la fuerza ascendente de escurrimiento es igual al peso sumergido del suelo y no puede desarrollarse una resistencia a la fricción entre partículas y por lo tanto la mezcla suelo y agua no tiene resistencia al corte y actúa como líquido. La falla por flotación o levante puede conducir a una falla total de la cimentación o incluso al derrumbe de una estructura de retención de agua, como el pie del talud de una presa o parte de una ataguía. Por lo tanto es necesario analizar esta inestabilidad al diseñar estructuras de retención de agua.
Existen varios métodos para disminuir la fuerza de escurrimiento ascendente causante de la flotación, los más comunes son el uso de filtros en las zonas más susceptibles y el aumentar la longitud del trayecto del flujo.
·      Al aumentar la longitud de trayecto del flujo se logra reducir la cantidad de infiltración, esto se puede lograr aumentando la profundidad del hincando de tablestacas, o alargando la base impermeable de la estructura de retención de agua.
·      Los filtros tienen como principal objetivo evitar las infiltraciones, reducir la presión de levante o empuje que se produce aguas abajo de la estructura de retención de agua, además de impedir el arrastre de partículas de un suelo a otro. Si es que hay arrastre de partículas se produce la erosión del suelo, que provocaría problemas de estabilidad en la estructura del suelo.
La presión de levante esta ligado directamente al esfuerzo efectivo, ya que esta fuerza de levante es provocada por un flujo de agua ascendente en el lado aguas abajo de la estructura de retención de agua. Esta fuerza de escurrimiento ascendente cuanto mayor sea producirá un mayor gradiente hidráulico
provoca que el esfuerzo efectivo sea cada vez menor, lo que ocasiona la falta de estabilidad en la cimentación, llegando a producir posteriormente la falla en la estructura de retención.

lunes, 15 de noviembre de 2010

Esfuerzos Efectivos.

El principio del esfuerzo efectivo es probablemente el concepto más importante en la ingeniería geotécnica. En el cálculo y análisis de problemas como el asentamiento de los suelos, capacidad de carga de fundaciones, estabilidad de presas, y presión lateral en estructuras de retención de tierra, la compresibilidad y resistencia al corte de un suelo son las propiedades que mas influyen en el diseño y estas propiedades dependen en gran parte del esfuerzo efectivo, lo cual hace que el concepto del esfuerzo efectivo sea muy importante en el análisis de estos problemas.
El suelo es una estructura esquelética de partículas sólidas en contacto, formando un sistema intersticial de interconexiones entre los vacíos o poros. Los poros están parcial o totalmente llenos de agua. Es por esta razón que los esfuerzos efectivos pueden presentarse en la naturaleza en diferentes maneras.

·         Suelos saturados con agua y cero de aire en los vacíos.
·         Suelos secos sin nada de agua en los vacíos
·         Suelos parcialmente saturados, con agua y aire en sus vacíos.

En este capitulo se analizara explícitamente los esfuerzos efectivos en suelos saturados, ya que la presión ejercida por el agua a diferencia de la del aire juega un papel muy importante en el análisis de los esfuerzos efectivos.
En los suelos a diferencia de otros materiales sus componentes (sólidos, agua y aire) no están firmemente unidos y es por esta razón que la respuesta del suelo en conjunto a cualquier carga o la transmisión de esfuerzos de esa carga al interior del suelo es la acumulación del comportamiento de sus tres componentes. El esqueleto del suelo es por lo general muy deformable, debido al deslizamiento y reorganización de las partículas. Por este motivo es que la deformación de una masa de suelo viene controlada por la interacción entre las partículas individuales. Esta interacción entre la estructura del suelo y el fluido en los poros determina el único comportamiento que depende del tiempo en la masa del suelo, esto es debido a que el agua y el aire dentro los espacios vacíos entre partículas se comportan en forma distinta según se apliquen las cargas muy rápida o muy lentamente
Para poder entender más fácilmente los esfuerzos y deformaciones que se producen en un suelo es necesario primeramente definir claramente que son los esfuerzos y las deformaciones que producen. A continuación se explica detalladamente esto.

jueves, 11 de noviembre de 2010

Alcantarillados: Caudal de Infiltración y Caudal de Conexiones Erradas


Caudal de Infiltración

No se puede evitar la infiltración de aguas subterráneas principalmente freáticas a través de fisuras en los colectores, juntas mal ejecutadas y en la unión de colectores con las cámaras de inspección. y en las mismas cámaras cuando permiten la infiltración del agua..

El coeficiente de infiltración varía según:

-La altura del nivel freático sobre el fondo del colector.
-Permeabilidad del suelo y cantidad de precipitación anual.
-Dimensiones,  estado  y  tipo  de  alcantarillas  y  cuidado  en  la  construcción  de  cámaras  de inspección.

En tabla 4.3, se presentan valores del caudal de infiltración por metro, en función del tipo de unión entre tuberías y la ubicación del nivel freático.

Cuando no existe la previsión de implementación de un sistema pluvial a corto  o mediano plazo, es necesario considerar un mayor aporte de aguas pluviales, desde patios interiores debido a las características especiales de la población, para este propósito se adopta un valor máximo de 2.0 L/s/Ha.

Caudal de conexiones erradas


En  los  caudales de  aguas  residuales se  deben considerar los  caudales pluviales provenientes de  malas conexiones o conexiones erradas, los cuales determinan fijar un coeficiente de seguridad del 5 – 10 % del caudal máximo previsto de aguas residuales.

miércoles, 10 de noviembre de 2010

Sistema Alcantarillado Sanitario y sus Componentes.

Es el sistema de recolección diseñado para evacuar exclusivamente aguas residuales domésticas e industriales de una población.

Componentes.
1.- Colector secundario.-  Colector domiciliario de diámetro menor a 150 mm (6”) que se conecta con un colector principal.

2.- Colector principal.- Capta el caudal proveniente de dos o más colectores secundarios domiciliarios.

3.- Interceptor.-  Colector que recibe la contribución de varios colectores principales, localizados en forma paralela y a lo largo de las márgenes de quebradas y ríos o en la parte más baja de la cuenca.

4.- Emisario final.-   Colector que tiene como origen el punto más bajo del sistema y conduce todo el caudal de aguas residuales a su punto de entrega, que puede ser una planta de tratamiento o un vertimiento a un cuerpo de agua como un río, lago o el mar. Se caracteriza porque a lo largo de su desarrollo no recibe contribución alguna.

viernes, 5 de noviembre de 2010

Sumideros Mixtos o Combinados.


Es una combinacion de reja y ventana. Para caicuiar ia capacidad combinada de estos sumideros, hay que considerar ia ubicacion reiativa deios mismos y ias variabies determinantes de ia capacidad de cada uno. La metodoiogía consiste en sumar juiciosamente ios caudaies de entrada, es decir, caicuiar por separado y sumar ios Q1  obtenidos. Ei caicuio debe hacerse con condiciones de aproximacion diferentes; rara vez se puede determinar ia capacidad sin recurrir a factores de seguridad.

Sumidero de Reja Normalizado.

a) Cálculo de la capacidad

Para determinar ia capacidad de ias rejas, se requiere conocer tanto ia pendiente transversai como ia pendiente iongitudinai de ias caiies, ademas de ias características de ia reja.

Los graficos para ei caicuio de ia capacidad de sumideros de rejas  normaiizados en caizada y en  cuneta respectivamente, se  muestran  en  ios  anexos  5.6  y  5.7.  La  nea  que  iimita  ia apiicabiiidad de ios graficos se refiere ai maximo caudai que puede ser interceptado por una reja de cierta iongitud, en una caiie de pendiente conocida. Tai como se puede observar en ios graficos, ei caudai maximo interceptado disminuye ai aumentar ia pendiente iongitudinai de ia caiie.
La Reja Tipo Calzada tiene 1.50 m x 0.90 m pero sus dimensiones útiies son 1.32 m x 0.72 m;
ei area neta de ranuras es de 0.68 m2, que representan un 72 % de ia superficie de ia camara.

 
Para ambos casos:
QI  = Caudal interceptado por el sumidero ( L / s )
So = Pendiente longitudinal de la calle.
Y  =  Altura de inundación de la calzada ( cm)
n  = Coeficiente de Manning.
SX = Pendiente transversal.
Figura 5.3   Reja tipo calzada y reja tipo cuneta

Sumideros de Ventana.

a) Cálculo de la capacidad
La capacidad de un sumidero de ventana depende principaimente de ios siguientes factores:
1.Condiciones de fiujo de  aproximacion. Expresada por ei caudai y ia aitura de agua en ei cordon  de  acera,  a  su  vez  interreiacionados por  ia  geometría de  ia  vía,  su  pendiente iongitudinai y su rugosidad n.
2.Longitud L de ia ventana
3.Para un mismo caudai y en reiacion a un sumidero de iongitudinai L, su capacidad de captacion Q1 disminuye con ia pendiente iongitudinai de ia vía, puesto que ia aitura se hace menor y por io tanto se reducen ias cargas hidrauiicas que inducen ai ingreso iaterai dei agua.
4.La  capacidad  de  ios  sumideros  de  ventana  aumenta  con  incrementos  de  ia  pendiente transversai de ia vía SX.
Aigunas recomendaciones de tipo practico que resuitan de investigaciones experimentaies deben ser consideradas.

-La  practica ha  demostrado que  ia  eficiencia dei  sumidero de  ventana, mejora ostensibiemente  si  en  su  proyecto  se  especifica  una  depresion  en  un  sector adyacente a ia abertura.
-Ei efecto de ias ondas superficiaies que se generan en ias aiteraciones de ios contornos, si ei régimen de aproximacion es supercritico.
-La dispersion de datos y por io tanto ia dificuitad en ia seieccion dei coeficiente de descarga que interviene en ia ecuacion dei fiujo de descarga iaterai.

b) Método de cálculo del sumidero de ventana normalizado.

Las iimitaciones estabiecidas4 en cuanto a ias características de este tipo de sumidero se indican a continuacion:

-Debera tener una iongitud mínima de 1.50 m.
-La depresion transversai en ia caizada con un ancho mínimo de 0.30 m y un maximo de 0.60 m. La pendiente de esta depresion sera hasta 8 %, con un vaior mínimo de 2.5 cm de abertura para un ancho de depresion de 0.30 m.
-La aiturea maxima de ia ventana, sera de 0.15 m.
-Ei fondo dei sumidero, debera tener pendiente mínima de 2 % hacia ia saiida.
Se   recomienda  ei   empieo   de   sumideros  de   ventana   preferibiemente  para   pendientes iongitudinaies de caiies menores ai 3 %.5

Cálculo hidráulico de Sumideros.

Los sumideros son ias estructuras encargadas de recoger ia escorrentía de ias caiies. Se ubican a iado y iado de ia caiie y en ia esquina aguas debajo de cada manzana.

1 Clasificación de los sumideros

En generai ios sumideros se dividen en cuatro tipos:

  -Sumideros de ventana o acera
  - Sumideros de reja o caizada
  - Sumideros mixtos o combinado



La descripción de ios detaiies de ias dimensiones y métodos constructivos de ios sumideros

2  Capacidad de agotamiento de un boca de tormenta

La capacidad de una boca de tormenta / sumidero, cuaiquiera sea su tipo, depende de ia aitura de agua en ei tramo de acera aguas arriba dei sumidero. Si esta estuviese ubicada en un tramo de pendiente uniforme, ia aitura de agua en ia cuneta dependera de sus características como conducto iibre. Taies características inciuyen ia sección transversai, ia pendiente y ia rugosidad de ia cuneta y de ias superficies dei pavimento sobre ei cuai escurre ei agua.

En ia determinación de ia capacidad dei sumidero ia primera condición es que ias características de escurrimiento en conducto iibre de ia cuneta aguas arriba sean conocidas.

3  Calculo de la capacidad de caudal de una cuneta
Cuando ia sección transversai de ia cuneta consiste esenciaimente de un pavimento con pendiente uniforme, ei  caudai  puede  ser  rapidamente  caicuiado  usando  ei  nomograma de  IZZARD  para escurrimiento en  un canai trianguiar (ver  Anexo 5.2).  Este  nomograma es  también apiicabie a secciones compuestas de dos o mas partes de secciones diferentes.

Ei nomograma de IZZARD, permite caicuiar ia aitura de agua en ei bordiiio de acera para un caudai dado o viceversa. En estos caicuios se debe tener presente que ia aitura de agua obtenida es para una iongitud  de  cuneta  suficiente  para  estabiecer  un  escurrimiento  uniforme,  siendo  esta  iongitud probabiemente 15m. Invariabiemente, una cuneta va graduaimente acumuiando agua de modo que ei caudai no es constante a io iargo de su iongitud.

Para ei caicuio dei caudai en cunetas es posibie ei empieo de ia formuia de Manning considerando una sección trianguiar.

Los vaiores dei coeficiente “n” de Manning adoptados, son ios que se muestran en ia tabia 5.4.

Para cunetas con pendientes pequeñas donde es posibie ia acumuiación de sedimentos, ios vaiores de “n” mencionados en ia tabia deben ser incrementados en 0.002 a 0.005.

4  Capacidad de drenaje de los sumideros

Ei nomograma de IZZARD fue construido para ia siguiente ecuacion:

donde:

Q = Caudal de drenaje de la cuneta ( L / s ) Y = Profundidad máxima ( cm.)
Z = Inverso de la pendiente transversal. n  = Coeficiente de Manning.
S = Pendiente longitudinal
Se recomienda utiiizar ei nomograma de Izzard para vaiores de Z > 8. Para vaiores de Z < 8 utiiizar

miércoles, 3 de noviembre de 2010

Criterios de Diseño en los Colectores de Aguas Pluviales.

Algunas de  las  consideraciones importantes para  el  diseño de  los colectores de  aguas pluviales, como diámetros mínimos, recubrimientos, límites de velocidad, tensión tractiva mínima.

1 Tipos de sección admitidos

Para conductos de dimensn interna hasta 1.20 m, es recomendable el empleo de una sección circular. Para conductos de dimensiones internas mayores 1.20 m, las uniones rectangulares son las mas recomendadas pudiendo ser adoptada con preferencia la sección cuadrada. Se debe cuidar que los lados verticales de las secciones rectangulares no sobrepasen los 3.0 m.

2 Altura de tirante de agua

Las tuberías serán normalmente dimensionadas para funcionar como conductos libres sin presión.
En caso de secciones rectangulares, el funcionamiento de los colectores a sección plena será siempre como conductos libres, dejando un colchón de aire de 0.10 m de altura, encima del nivel máximo de la lamina de agua.

3 Interconexión entre tramos de colectores

La  interconexión se  hará  siempre  mediante  la  instalación de  una  mara  de  inspección, bajo  las siguientes condiciones:

-Las dimensiones de los colectores no deben disminuir en la dirección aguas abajo.
-En la unión de colectores de diámetros diferentes, las claves deben mantener el mismo nivel.
-La caída máxima aceptable en una mara de inspección no debe exceder de 2.5m.
-En caso de que sea necesaria la adopción de una caída mayor a 2.50 m de altura, se deberá estudiar la disipación de energía existente.

4 Pendientes de los colectores

Como se indicó en el Capítulo 3, a tensión tractiva mínima es de 0.10 Kg/m2, con objeto de permitir la auto limpieza de colectores.
La fuerza tractiva debe ser suficiente para transportar el 90% del material granular que se estima entra al sistema de alcantarillado.
La condición de auto limpieza para determinar la pendiente mínima debe calcularse con el 10% de la capacidad a tubo lleno.
La pendiente de los colectores, siempre que sea posible, deberá ser igual a la del terreno. No obstante, para emplear secciones de menores dimensiones, pueden ser adoptadas inclinaciones mayores que la del terreno.

5 Cálculos hidráulicos.

Los calculos hidraulicos de dimensionamiento de los colectores seran realizados empleando la fórmula de Chezy:
La ecuación de continuidad:
 
Donde ei vaior dei coeficiente C de Chezy se representa por ia fórmuia de Manning:

Donde:
Q = Caudal (m3/s)
V = Velocidad media (m/s) A = sección mojada (m2) Rh = Radio hidráulico (m)
S = Pendiente longitudinal (m/m)
n = Coeficiente de rugosidad adimensionai