HDT 55: Tecnologías de bajo costo para sistemas de alcantarillado
Ing. Roberto Mejia; Universidad de Antioquia, Colombia. Setiembre 1993.
English version: HDT 55: Low cost technologies for sewer systems
Indice general
Introducción
Una de las principales causas de morbilidad y mortalidad en los países de América Latina es la baja cobertura de los servicios de disposición de aguas servidas y excretas; solo 49% de la población cuenta con servicio de alcantarillado, el 38% dispone sus excretas por medio de letrinas y el 13% (60 millones de latinoamericanos) práctica el fecalismo al aire libre. Esto ha motivado diferentes investigaciones que han tratado de buscar soluciones sencillas de bajo costo que involucran a la comunidad en la planificación, diseño, construcción y operación del sistema de alcantarillado.
La presente Hoja de Divulgación Técnica reseña, para los no especialistas, las principales características de los nuevos sistemas de alcantarillado de bajo costo. Para mayores detalles de diseño y construcción, consúltese la bibliografía adjunta.
Estas nuevas opciones son:
- Redes de alcantarillado sin arrastre de sólidos.
- Redes de alcantarillado simplificado.
- Sistema de alcantarillado en régimen de condominio.
Redes de alcantarillado sin arrastre de Sólidos
El alcantarillado sin arrastre de sólidos también es conocido como alcantarillado de pequeño diámetro o redes de aguas residuales decantadas. El sistema se concibió originalmente en el Departamento de Agricultura de los Estados Unidos, en la década de los años setenta para solucionar problemas de infiltración en terrenos con escasa capacidad para absorber los efluentes de los tanques sépticos; esta tecnología se ha difundido a nivel mundial y su primera aplicación en América Latina fue en 1979 en el Brasil.
En el sistema de redes para aguas residuales decantadas (RAD), estas se decantan o sedimentan antes de ser conducidas a las redes con el fin de retener la parte sólida; la parte liquida fluye hacia los colectores.
El proceso de sedimentación de sólidos se realiza en tanques sépticos o tanques interceptores de una sola cámara y pueden recibir las aguas residuales de una o varias viviendas.
- Ventajas y desventajas del sistema
La principal ventaja es la reducción de costos en:
- Excavaciones, pues al no existir sólidos en el sistema, no es necesario garantizar el flujo con velocidades minimas de autolimpieza, lo cual disminuye la pendiente de los colectores.
- Tuberías, pues se emplean colectores de pequeño diámetro.
- Obras auxiliares, ya que se reemplazan los pozos de registro por estructuras mas simples como son las cajas de visita y registros de limpieza e inspección.
- Tratamiento de las aguas residuales, porque el tratamiento primario se realiza en las fosas sépticas, y ya no es necesario proyectar este proceso en las unidades de tratamiento.
La principal desventaja del sistema está en el mantenimiento del tanque séptico que requiere evacuación y disposición periódica de los sólidos allí acumulados. Por este motivo, las redes de alcantarillado decantado deben construirse solamente cuando exista una organización que garantice el mantenimiento.
Esta organización debe efectuar un estricto control para evitar las conexiones ilegales a las que les podría faltar el tanque interceptor o tener conexiones erradas que posibilitarían la introducción de sólidos o aguas lluvias que causarían serios problemas de operación y mantenimiento.
- Componentes del sistema Las redes de alcantarillado decantado constan de las siguientes partes:
- Conexión domiciliaria.
- Tanque interceptor.
- Colectores.
- Registros de limpieza e inspección y cajas de visita.
a. Conexión domiciliaria Esta conexión se coloca a la entrada del tanque interceptor. Por ella entran al sistema todos los desechos domésticos; deben excluirse las aguas lluvias y los desechos sólidos. El diámetro de estos colectores es de 75-100 mm.
b. Tanque interceptor Es un tanque séptico y componente esencial del sistema. Este tanque debe adaptarse y construirse facilmente; debe remover los sólidos flotantes y los sedimentables. Cuenta con tuberias de entrada y salida, esta ultima se conecta al sistema por medio de una tee y un codo y puede tener un diámetro menor que la tubería de entrada.
c. Colectores Los colectores son tubos de cloruro de polivinilo (PVC) de pequeño diámetro (mínimo 50 mm) que se entierran a una profundidad suficiente para recolectar las aguas sedimentadas. A diferencia de los colectores convencionales, estos no se colocan necesariamente sobre un gradiente uniforme con alineamiento recto entre los registros de limpieza e inspección.
Como no transportan sólidos, permite la existencia de tramos de la tubería que funcionan adecuadamente, aún bajo presión, con pendientes positivas o negativas, siempre que la presión en las tuberías no provoque el reflujo de los desagües hacia las fosas sépticas conectadas al tramo. No es necesario considerar la pendiente y velocidad mínimas y máximas porque el liquido esta libre de sólidos; por lo tanto, las tuberías pueden seguir la topografía del terreno, aprovechando al máximo la energía resultante de la diferencia de cotas entre aguas arriba y aguas abajo.
Los colectores podrán trazarse por las zonas verdes o peatonales, para disminuir los riesgos por cargas vivas debidas al trafico vehicular, con lo cual se disminuyen las excavaciones.
d. Registros de limpieza e inspección y cajas de visita Los registros de limpieza e inspección y las cajas de visita permiten el acceso a los colectores para su inspección y mantenimiento. En muchas circunstancias se prefieren los registros de limpieza antes que las cajas de visita porque cuestan menos y pueden sellarse herméticamente; se evita así la mayor parte de la infiltración y arena que comúnmente ingresan a través de las paredes y tapas de las cajas de visita. Las cajas de visita se recomiendan en los encuentros principales de los colectores, en cambios muy bruscos de dirección, o en sitios donde es difícil construir un registro, por tener muy profunda la tubería. Ver Figuras 1 y 2 (Ref 4.)
Figura 1. Caja de visita.
Figura 2. Caja de visita.
Los registros de inspección y limpieza deben estar dispuestos en las cabeceras de la red, en el cruce de dos o mas colectores, en cambios muy bruscos de dirección, en los puntos altos para evitar la acumulación de gases y en tramos rectos cada 200 m. Ver figuras 3 y 4 (Refs. 4 y 1).
Figura 3. Registro de inspección y limpieza.
Figura 4. Registro de inspección y limpieza.
- Condiciones para su instalación El alcantarillado de redes decantadas es un sistema que se adapta mejor a pequeñas comunidades, zonas periféricas de baja densidad demográfica, nivel freático alto, poblados costeros, para grupos aislados de viviendas y asentamientos rurales.
- Costos Los costos de construcción representan aproximadamente una quinta parte del alcantarillado convencional; ademas el sistema proporciona el tratamiento primario de las aguas residuales domésticas. En localidades relativamente grandes y con recursos económicos es factible la adquisición de equipos mecánicos al vacío para realizar la limpieza de los tanques interceptores. Para comunidades pequeñas, la limpieza debe ser realizada por los usuarios, con la supervisión de una entidad experimentada en este campo.
Redes de alcantarillado simplificado
Las redes de alcantarillado simplificado (RAS) están formadas por un conjunto de tuberías y accesorios que tienen la finalidad de colectar y transportar los desagües para su disposición. Las RAS difieren de los alcantarillados convencionales en la simplificación y minimización del uso de materiales y en los criterios de construcción. Las principales diferencias de las RAS con los alcantarillados convencionales son las siguientes:
- Se diseñan a partir de las conexiones domiciliarias.
- Su profundidad de excavación es reducida. Por este motivo, las tuberías se proyectan por zonas verdes o peatonales para evitar zonas vehículares que exigirían la protección de la tubería contra choques mecánicos. En algunos casos se proyectan redes dobles.
- Su periodo de diseño es mas corto y se puede construir por etapas.
- Se dimensionan de acuerdo al consumo per capita y a las condiciones socio económicas de la población.
- Se controla la sedimentación en las tuberías, con el concepto de fuerza de arrastre, que resulta mas práctico que controlar la sedimentación a través del criterio de una velocidad mínima nominal.
- Requiere menos pozos de registro y el costo de construcción de estas estructuras es reducido.
- Utiliza tuberías con uniones elásticas a fin de disminuir la infiltración.
- El tirante relativo (h/d) debe ser menor o igual a 0.8 con el fin de no aumentar el diámetro de la tubería y permitir la libre circulación de gases.
- Acepta un diámetro mínimo de 100 mm.
- Innovaciones de diseño
a.Tensión de arrastre
La tensión de arrastre (O) es el esfuerzo tangencial unitario ejercido por el liquido sobre el colector y sobre el material en el depositado. También se le considera como la fuerza de arrastre dividida por el área sobre la cual actúa.
La fuerza de arrastre es el componente tangencial del peso del líquido que se desplaza en un plano inclinado. Para considerar la porción del líquido contenido en un tramo de longitud L, se aplica la formula siguiente:
Formula para determinar la Fuerza de Arrastre
| F = y * A * L |
|
| Ft = Y*A*L*sen o |
|
| o = Y*A*L*sen o/P*L |
|
o = Y*Rh*sen o
|
Y peso especIfico, kg/m3
|
| o = 1000 * Rh*I | I pendiente del colector, m/m |
Es importante anotar que este radio hidráulico debe ser el radio hidráulico real y no el que corresponde al flujo nominal o tubo lleno.
Para que no se presente sedimentación en las tuberías el valor de la fuerza de tracción es de 0.15 kg/m2 para la remoción de partículas hasta de 2.0 mm de diámetro.
Cuando no se desee diseñar con el criterio de fuerza de arrastre, puede evitarse la sedimentación controlando la velocidad del flujo real y no la velocidad nominal o a tubo lleno; esta velocidad puede fijarse en un valor mayor de 0.3 m/s, pues según estudios realizados en Brasil, con valores de 0.3 m/s los colectores no sufrieron ningún deterioro.
b.Dispositivos de inspección y limpieza
En los alcantarillados convencionales es necesario proyectar pozos de inspección en arranques, cambio de pendiente, cambios de diámetro o dirección, en la intersección de dos o mas colectores y en tramos rectos con longitudes superiores a 100 m. El modelo de estos pozos es similar para cada una de estas condiciones mientras que los alcantarillados simplificados utilizan modelos diferentes para cada caso. Las soluciones propuestas son:
Dispositivos de inspección y limpieza
| Alcantarillado convencional | Solución alternativa |
| Tramo inicial o arranque. | Terminal de inspección. |
| Cambio de pendiente o diámetro. | Caja de visita. |
| S Colector recto largo. | Tubo de inspección vertical. |
| Intersección de colectores. | Caja de visita. |
Las estructuras de la propuesta alternativa son mas simples y de menor costo; con los nuevos equipos mecánicos para limpiar alcantarillados, no es necesario que un trabajador baje por un pozo de registro para inspeccionarlos. Es necesario que todo proyecto de alcantarillado incluya una descripción de estos equipos con sus especificaciones técnicas para poder realizar el mantenimiento.
- Costos
Los costos de construcción del alcantarillado de redes simplificadas son 30% o 40% inferiores a los costos de un alcantarillado convencional, sin incluir el ahorro de costos por instalaciones de bombeo y tratamiento de las aguas residuales.
Sistema de alcantarillado en régimen de condominio
Este sistema comprende las redes de alcantarillado en las propiedades horizontales dentro de una cuadra; dicho en otras palabras, las redes en régimen de condominio se proyectan por los solares o patios de las viviendas, con el fin de disminuir al máximo la longitud de las redes internas, (dentro de la vivienda) y externas.
El sistema básico de recolección esta diseñado como un alcantarillado de redes simplificadas. La derivación en régimen de condominio dentro de cada cuadra consiste en una tubería superficial de í 100 mm y por lo general con una pendiente mínima superior al 1%.
Como el alcantarillado en régimen de condominio dentro de una cuadra se construye a lo largo de propiedades privadas sucesivas, se debe contar previamente con el consentimiento de los dueños. Por este motivo es primordial realizar programas de educación sanitaria, higiene personal y participación comunal con el fin de promover el proyecto, explicar el sistema, convencer a los interesados y asegurar la participación de la comunidad en la construcción, el mantenimiento y la operación del sistema.
- Ventajas
- Fácil construcción y costo mas bajo de las conexiones intradomiciliarias.
- Menor extensión de los colectores principales.
- Mayor participación de la comunidad.
- Bajo costo de construcción y operación de todo el sistema.
- Desventajas
- Su instalación depende de la distribución arquitectónica de las viviendas; los servicios sanitarios deben estar ubicados en la parte posterior de estas y contar con zonas libres para extender las redes.
- Pueden presentarse problemas legales ya que la entidad administradora debe contar con autorizaciones legales para inspeccionar y reparar el sistema; ademas los propietarios no podrán construir sobre las tuberías.
- En otros casos, puede estar prohibido que el desagüe de un predio se descargue en los terrenos del vecino.
- Algunos usuarios pueden hacer uso indebido de la conexión, descargando desechos sólidos o aguas lluvias que causarían serios daños al sistema.
Conclusiones
Estas nuevas tecnologías de alcantarillado son prácticas, sencillas y económicas. Se deben implementar para aumentar la cobertura de los servicios de alcantarillado y disminuir así, las tasas de morbilidad por enfermedades de origen hídrico.
Esta nueva tecnología debe promoverse conjuntamente con el uso de los inodoros de baja descarga (4 o 6 litros), regaderas y mezcladoras de bajo consumo, con lo cual se reduce considerablemente el consumo per capita de agua y, por lo tanto, el volumen de las aguas residuales.
Bibliografía
(Documentos disponibles en la biblioteca del CEPIS)
- Otis, Richard J.: Mara, Duncan D. Diseño de alcantarillado de pequeño diámetro. Washington, D.C., World Bank, 1985. (TAG Nota Técnica, 14).
- Rizo Pombo, J.E. Asas; una nueva solución de saneamiento. Acodal, 28 (124):441-68, Mayo -Ago. 1985.
- Guimaraes, Augusto Sergio Pinto. Alternativas tecnologicas de baixo custo. Trabajos presentados al Seminario Regional de Investigación sobre Alternativas de Tecnología de Saneamiento de Bajo Costo para Zonas Urbano Marginadas. Lima, 1985.
- .Brasil. Ministerio de Desenvolvimento Urbano e Meio Ambiente. Redes de alcantarillado simplificado (RAS). Lima, CEPIS, 1987. Manual Técnico, 1.
- Vines, Marus; Reed, Bob. Low-cost unconventional sewerage. Waterlines: Journal of Appropriate Water Supply and Sanitation Technologies; 9(1):26-29, jul. 1990.
- Azevedo Netto, Jose Martiniano de. Esgotamento sanitario; soluçoes apropriadas. Sao Paulo, s.n., 1986.
Nota:- La presente Hoja de Divulgación Técnica ha sido elaborada por el Ing. Roberto Mejia, de la Universidad de Antioquia (Colombia), durante su pasantía en el CEPIS como participante del Programa de Educación Continua para Profesores Universitarios Latinoaméricanos del Convenio GTZ/OPS/CEPIS. Se agradece la revision técnica del Ing. Ricardo Torres, de CORPOSANA, Asunción, Paraguay.
