hidráulica
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Practica 06: Resalto hidráulico
1. OBJETIVOS - Estudiar a través del experimento el comportamiento de un resalto hidráulico. mediante el uso de un canal rectangular.
- Observar las diferentes clases de resalto que se forman en la experiencia.
2. BASE TEÓRICAEl resalto hidráulico es una sobreelevación de la superficie liquida, el cual se presenta al pasar de una profundidad menor a mayor, a la cual se le llama profundidad crítica o energía mínima. El resalto hidraulico ocurre cuando se pasa de un flujo rápido a uno tranquilo es decir pasa de un tirante menor al crítico mayor.
Este fenómeno se presenta muy frecuentemente en la base de embalses, aguas debajo de compuertas y en los alrededores de obstáculos sumergidos.
- Tipos de resalto hidráulico
- Resalto claro. Se presenta con gran turbulencia, el cual hace que cierta porción del líquido retorne contra la corriente.
- Resalto barrido. Se presenta como una superficie agitada pero sin remolinos y sin retorno del líquido.
3. APARATOS- Canal rectangular
- Compuertas
- Cinta métrica
- Medidor de caudales de ultrasonido
- Cronómetro
4. PROCEDIMIENTO- Encender la motobomba
- Abrir la válvula para permitir el flujo sobre el canal. El caudal debe ser aproximadamente de 6 a 15 l/s. Equivalentes a unas diferencias de presión en el codo aforador de 10 a 35 cm. respectivamente.
- Se abre la compuerta de entrada del canal 2 cm, Aprox.
- Se abre la compuerta de salida con el fin de dejar pasar el agua.
- Registrar los datos correspondientes a Y1, Y2, l para cada caudal a salir.
- Tomar los volúmenes de agua aforado, con el fin de compararlo con el estipulado.
5. ANÁLISIS, INTERPRETACIÓN DE RESULTADOS Y CALCULO TIPO Datos:
D p = 15 cm
Y1 = 2.1 cm.
Y2 = 3.6 cm.
V = 0.9 m/s.
Cálculos:
Q = (0.08)(0.9)(0.1016)² = 0.007 m³/s.= 7 l/s.---à Primer caudal
q = 0.006/0.54 = 0.01296m³/s.
Yc = (q²/g)^(1/3) = 2.57 cm.
Fr = v/(g.y)^(1/2) = 1.6303 -------à V=Q/A=0.74 m./s.
Y2 = Y1/2((1+8Fr²)^½-1)= 3.63 cm.--à Altura del resalto
Yf = (V1²/2g+Y1)-(V²/2g+Y2) = -0.15 cm --à pérdida de energia entre las 2 secciones
Emin.= (3/2) Yc = 3.855 cm.
q² = g.(Y1+Y2).Y1.Y2 = 0.000422 m³/s.m.
L = 5(Y2-Y1) = 5(0.036-0.021) = 7.5 cm.
Para el segundo caudal:
?p=30 cm.
V = 1.3 m/s.
Q = 10.7 l/s.
q = 0.018814 m³/s.m
Yc = 3.208 cm.
Fr = v/(g.y)^(1/2) = 2.138381
Y2 = Y1/2((1+8Fr²)^½-1) = 4.3 cm.
Yf = -1.6 cm.
Emin. = 4.812 cm.
q² = g.(Y1+Y2).Y1.Y2 = 0.0079 m³/s.m
L = 5(Y2-Y1) = 8 cm.
CONCLUSIONES - Se pudo hacer el estudio experimental de un resalto hidráulico en un canal rectangular.
- Al ocurrir un resalto hidráulico el tirante será siempre inferior al crítico.
- El flujo para los dos caudales es de régimen turbulento.
- Existen dos tipos de resaltos claro y barrido, la cual en el laboratorio observamos el claro con turbulencia y retorno de una porción de líquido.
- A mayor caudal, mayor es el Y2 calculado
- La energía crítica y el Yc es mas alto en el caudal mayor.
BIBLIOGRAFÍA MOTT, ROBERT. Mecánica de fluidos aplicada. De. Prentice hall.
H.W. KING, MANUAL DE HIDRÁULICA
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Practica 07: Perdidas de Energía
INTRODUCCIÓN A medida que un fluido fluye por un conducto, tubo o algún otro dispositivo, ocurren pérdidas de energía debido a la fricción; tales energías traen como resultado una disminución de la presión entre dos puntos del sistema de flujo.
Hay tipos de pérdidas que son muy pequeñas en comparación, y por consiguiente se hace referencia de ellas como pérdidas menores, las cuales ocurren cuando hay un cambio en la sección cruzada de la trayectoria de flujo o en la dirección de flujo, o cuando la trayectoria del flujo se encuentra obstruida como sucede en una válvula.
En este laboratorio se calcularán las magnitudes de dichas pérdidas ocurridas por estas fuentes mediante datos experimentales.
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Practica 08: Ensayo completo Bomba Centrifuga
PRACTICA
ENSAYO COMPLETO BOMBA CENTRIFUGA
1. OBJETIVOS
- Determinación de la altura Ht, caudal Q, potencia consumida P, potencia hidráulica Ph, rendimiento n y cabeza neta de succión positiva.
- Elaborar las curvas características de la bomba: Ht, Ph, n, vs Q del ensayo elemental.
- trazar las curvas en concha o colina de rendimientos de la bomba para el ensayo completo.
2. BASE TEÓRICA
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Practica 09: Canaleta Parshall como estructura de Aforo
OBJETIVOS - Realizar un estudio de las características y aplicaciones de la canaleta parshall como estructura de aforo.
- Determinar el caudal que pasa por la canaleta.
BASE TEÓRICA La canaleta Parshall está constituida por tres partes fundamentales que son: la entrada, la garganta y la salida. La entrada está formada por dos paredes verticales simétricas y convergentes, el fondo es inclinado con pendiente ascendente 4:1
La garganta esta formada por dos paredes verticales paralelas, el fondo es inclinado con una pendiente descendente 2,67:1. la distancia de la sección de la garganta determina el tamaño del medidor y se designa por w.
La salida está formada por dos paredes verticales divergentes y el fondo es ligeramente inclinado con una pendiente ascendente de 17,9:1
En la canaleta parshall se pueden presentar dos tipos de flujo. Un flujo a descarga libre para lo cual es solo necesario medir la carga Ha para determinar el caudal; un flujo en que se presenta la sumersión o ahogamiento para el cual se toman las cargas Ha y Hb.
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Practica 10: Viscosidad de Fluidos
1. OBJETIVOS - Medir la viscosidad del fluido en el viscosímetro HOPPLER a diferentes temperaturas con ayuda de un termóstato.
- Analizar como varia la viscosidad del fluido al aumentarla de la temperatura ambiente.
- Aprender a manejar el viscosímetro Hoppler con destreza así como el termóstato.
2. MARCO TEÓRICODefinición de fluido
Se define fluido como una sustancia que se deforma continuamente bajo la acción de un esfuerzo de corte, por tanto, en ausencia de este, no habrá deformación. Los fluidos pueden clasificarse de manera general de acuerdo con la relación entre el esfuerzo de corte aplicado y la relación de deformación.
Consideremos un elemento de fluido entre dos placas paralelas infinitas. La placa superior se mueve a una velocidad constante, du, bajo la influencia de una fuerza aplicada constante, dFx. El esfuerzo de corte tyxaplicado al elemento de fluido está dado por:
tyx= limdAy-->0 dFx/dAy = dFx/dAy (1)
donde dAyes el área del elemento de fluido en contacto con la placa. Durante el intervalo de tiempo dt el elemento de fluido se deforma de la posición MNOP a la posición M'NOP'. La relación de deformación del fluido está dada por:
relación de deformación = limdt-->0 da/dt = da/dt (2) 
Para calcular el esfuerzo de corte tyx, es deseable expresar da/dt en términos de cantidades medibles fácilmente. Esto puede hacerse sin dificultades. La distancia dl entre los puntos M y M' es
dl = du·dt (3) o de manera alternativa para ángulos pequeños,
dl =dy·da (4) Igualando estas dos expresiones para dl obtenemos:
da/dt = du/dy (5) Tomando el límite de ambos lados de la igualdad, obtenemos
da/dt = du/dy (6) Por lo tanto el elemento de fluido de la figura cuando se somete a un esfuerzo de corte, experimenta una relación de deformación (relación de corte) dada por du/dy. Los fluidos en que los esfuerzos de corte es directamente proporcional a la tasa de deformación son fluidos newtonianos. El término no newtoniano se utiliza para clasificar todos los fluidos en los cuales el esfuerzo de corte no es directamente proporcional a la relación de corte.
Fluidos Newtonianos.
Los fluidos más comunes tales como el agua, el aire y la gasolina son newtonianos en condiciones normales. Si el fluido de la figura anterior es newtoniano entonces:
tyxadu/dy (7) Si consideramos la deformación de dos fluidos newtonianos diferentes, digamos glicerina y agua podemos darnos cuenta de que se deformarán a diferentes proporciones ante la acción del mismo esfuerzo de corte aplicado. La glicerina presenta una resistencia mucho mayor a la deformación que el agua y por ello podemos decir que es mucho más viscosa. La constante de proporcionalidad de la ecuación (7) es la viscosidad absoluta(dinámica), m. Así, en términos de las coordenadas de la figura, la ley de viscosidad de Newton está dada para un flujo unidimensional por:
tyx= m·(du/dy) (8) Las dimensiones de la viscosidad dinámica son [Ft/L2] o en forma equivalente [M/Lt]. En el sistema métrico, la unidad básica de viscosidad se denomina poise (poise = g/cm*s).
En la mecánica de fluidos a menudo surge la relación entre la viscosidad absoluta y la densidad. Esta relación recibe el nombre de viscosidad cinemática y se representa mediante el símbolo n. Las dimensiones de n son [L2 /t]. La unidad para n es un stoke (stoke = cm2/s).
Fluídos no newtonianos.
Los fluidos en los cuales el esfuerzo de corte no es directamente proporcional a la relación de deformación son no newtonianos. Estrictamente hablando la definición de un fluido es válida solo para materiales que tienen un esfuerzo de deformación cero. Por lo común, los fluidos no newtonianos se clasifican con respecto a su comportamiento en el tiempo, es decir, pueden ser dependientes del tiempo o independientes del mismo.
Un gran número de ecuaciones empíricas se han propuesto para modelar las relaciones observadas entre tyxy du/dy para fluidos independientes del tiempo. Pueden representarse de manera adecuada para muchas aplicaciones de la ingeniería mediante un modelo de la ley de potencia, el cual se convierte para un flujo unidimensional en
tyx = k·(du/dy)n(9) donde el exponente n se llama índice de comportamiento del flujo y k el índice de consistencia. Esta ecuación se reduce a la ley de viscosidad de newton para n = 1 y k = m.
Si la ecuación (9) se reescribe de la forma
tyx = k · |du/dy| n -1·(du/dy) = h ·(du/dy)(10) entonces h = k |du/dy| n - 1se denomina viscosidad aparente. La mayor parte de los fluidos no newtonianos tienen viscosidades aparentes que son relativamente altas comparadas con la viscosidad del agua.
Los fluidos en los cuales la viscosidad aparente disminuye con el aumento de la relación de deformación (n < 1) se llaman seudoplásticos. Casi todos los fluidos no newtonianos entran en este grupo; los ejemplos incluyen soluciones poliméricas, suspensiones coloidales y pulpa de papel en agua. Si la viscosidad aparente aumenta con el incremento de la relación de deformación (n > 1) el fluido se nombra dilatante.
El fluido que se comporta como un sólido hasta que se excede un esfuerzo de deformación mínimo tyy exhibe subsecuentemente una relación lineal entre el esfuerzo y la relación de deformación se conoce como plástico de Bingham o ideal.
El estudio de fluidos no newtonianos es aún más complicado por el hecho de que la viscosidad aparente puede depender del tiempo. Los fluidos tixotrópicos muestran una reducción de n con el tiempo ante la aplicación de un esfuerzo de corte constante. Los fluidos reopécticos muestran un aumento de n con el tiempo. Después de la deformación, algunos regresan parcialmente a su forma original cuando se libera el esfuerzo aplicado. A tales fluidos se les llama viscoelásticos.
La naturaleza Física de la Viscosidad
La viscosidad es una medida de la fricción interna del fluido, esto es, la resistencia a la deformación. El mecanismo de la viscosidad en gases se entiende razonablemente bien, pero la teoría se ha desarrollado muy poco para los líquidos. Podemos obtener mayor información acerca de la naturaleza física del flujo viscoso analizando este mecanismo brevemente.
La viscosidad de un fluido newtoniano está determinado por el estado del material. De tal modo m = m(T, p). La temperatura es la variable más importante por lo que la consideraremos primero. Se dispone de excelentes ecuaciones empíricas para la viscosidad como una función de la temperatura.
Efecto de la temperatura en la viscosidad
a) Gases
Todas las moléculas de un gas están en un continuo movimiento aleatorio. Cuando hay un movimiento en bloque debido a un flujo, dicho movimiento se superpone a los movimientos aleatorios y luego se distribuye por todos el fluido mediante colisiones moleculares. Los análisis basados en la teoría cinética predicen:
maT1/2 (11) La predicción de la teoría cinética concuerda perfectamente con las tendencias experimentales, aunque debe determinarse la constante de proporcionalidad y uno o más factores de corrección; esto limita la aplicación práctica de esta sencilla ecuación.
Si se dispone de dos o más puntos experimentales, los datos deben correlacionarse mediante la correlación empírica de Sutherland
m = b·T1/2 / (1 + S/T) (12) Las constantes b y S pueden determinarse simple escribiendo
m = b·T3/2 / (S + T) (13) o
T3/2 / m = T/b + S/b (14) b) Líquidos
No es posible estimar teóricamente las viscosidades para líquidos con exactitud. El fenómeno de la transferencia de momento por medio de colisiones moleculares parece oscurecerse en líquidos por efecto de los campos de fuerza que interactúan entre las moléculas líquidas apiñadas y muy cercanas unas a otras.
Las viscosidades de líquidos son afectadas drásticamente por la temperatura. Esta dependencia de la temperatura absoluta se representa bien mediante la ecuación empírica:
m = A·exp(B/T) (15) En resumen: en gases el aumento de temperatura provoca un aumento en la viscosidad mientras que en los líquidos un aumento de la temperatura disminuye la viscosidad.
Efectos de la presión en la viscosidad
a) Gases
La viscosidad de los gases es esencialmente independiente de la presión entre unos cuantos centésimos de una atmósfera y unas cuantas atmósferas. Sin embargo, la viscosidad a altas presiones aumenta con la presión (o densidad)
b) Líquidos
Las viscosidades de la mayoría de los líquidos no son afectadas por presiones moderadas pero se han encontrado grandes incrementos a presiones sumamente elevadas. Por ejemplo la viscosidad del agua a 10.000 atm es el doble que a 1 atm. Compuestos de mayor complejidad muestran un aumento en la viscosidad de varios ordenes de magnitud sobre el mismo intervalo de temperatura
El flujo de un fluido al rededor de una esfera ha sido estudiado por stokes para valores del número de reynolds UD/n menores que uno. La solución de este problema es de gran utilidad en la resolución de problemas tales como los de sedimentos de partículas de polvo. Stokes encontró que el empuje (fuerza ejercida sobre la esfera por el flujo de un fluido alrededor de ella) vale
resistencia = 6·p·a·m·U (1) Siendo a el radio de la esfera y U la velocidad de la esfera relativa la fluido situado a gran distancia. Para encontrar la velocidad final de la esfera que cae en un fluido en reposo, debe tenerse en cuenta que la fuerza de empuje hidrostático más la fuerza de arrastre o resistencia debe ser igual al peso, es decir
4/3 ·p·a3 ·g + 6·p·a·m·U = 4/3 ·p · a3· gs(2) siendo g el peso específico del líquido y gsel de la esfera. Despejando U se encuentra la velocidad final de caída de la esfera:
U = 2/9 · a2/m · (gs- g) (3) 3. EQUIPO - Viscosímetro de Hoppler
- Termómetro
- Cronómetro
- Densímetro o hidrómetro
- Esfera de prueba.
- Sustancia problema.
4. PROCEDIMIENTO - Se procede a medir la densidad del fluido a calcularle la viscosidad pro me dio del hidrómetro.
- Asegurarse de que las condiciones iniciales sean óptimas para empezar el ensayo como son: nivel de agua en el termóstato y en el viscosímetro.
- Se deposita la sustancia problema (ACPM) en el capilar del viscosímetro y se deja caer la esfera #2, y se empieza a medir el tiempo de caída de esta tres veces, con las siguientes temperaturas: 29.5°C (ambiente), 40°C, 50°C, 60°C.
- Se debe asegurar que al penetrar la esfera en el fluido no produzca burbujas que afecten el resultado del experimento.
5. CÁLCULOS TIPOLa viscosidad que se va a hallar es dinámica y se mide en centipoises
1 poise=Dina-s/cm²=0.01019 Kg-s/m²=0.0000'1 N-s/m² m = K (r 1-r 2).T
K = constante de la esfera a utilizar = 0.075413
r 1 = densidad de la esfera ( gr/cm³) = 2.233 gr./cm³
r 2 = densidad del fluido = 0.85 gr/cm³
T = tiempo de caída de la esfera.
Temperatura(°C) Tiempos de caída ( s ) Tiempo promedio Viscosidad (centipoises) 29.5 42 42.55 42.85 42.47 4.429 40 32.98 32.9 31.86 32.58 3.397 50 26.26 25.92 26.22 26.13 2.725 60 22.53 21.61 21.18 21.77 2.271
6. ANÁLISIS E INTERPRETACIÓN DE RESULTADOS - Con los datos obtenidos de tiempo se calcula el valor de la viscosidad para cada una de la temperaturas ( Ver tabla anterior ).
- Realizar una gráfica de viscosidad vs. temperatura. ( No se muestra aqui ).
Otros métodos para hallar viscosidad- Viscosímetro de Tambor giratorio.
Este aparato mide la viscosidad utilizando la definición de la viscosidad dinámica
m = t / (D V/D y) El procedimiento consiste en hacer girar el tambor exterior a una velocidad angular constante w , mientras que el tambor interiro se mantiene estacionario. por consiguiente el fluido que queda en contacto con el tambor giratorio tiene una velocidad v conocida; si conocemos D y de la muestra del fluido podemos calcular la relación D V/D y .
Debido a la viscosidad del fluido, se presenta una fuerza de arrastre sobre la superficie del tambor interior que ocasiona el desarrollo, cuya magnitud es una medida de tensión de corte t , y así se podrá calcular la viscosidad.
- Viscosímetro de tubo capilar.
Consiste en 2 recipientes conectados por un tubo largo de diámetro pequeño conocido como tubo capilar. Conforme al fluido fluye a través del tubo con una velocidad cte. el sistema pierde energía, ocasionando una caída de presión.
La magnitud de la caída de presión está relacionada con la viscosidad del fluido mediante la siguiente ecuación:
m = (r 1-r 2).D²/32.V.L - Viscosímetro universal de Saybolt
La facilidad con que un fluido fluye a través de un orificio de diámetro pequeño es una indicación de su viscosidad , este es el principio por el cual está basado el viscosímetro universal.
La muestra del fluido se coloca en el aparato después de que se establece el flujo se mide el tiempo requerido para colectar 60 ml. de fluido. El tiempo resultante se reparta como la velocidad del fluido en segundos universales de Saybolt.
- Grados de viscosidad
SAE
La sociedad de ingenieros automotrices (SAE) ha desarrollado un sistema que irradica la viscosidad de los aparatos a temperaturas específicas.
Las especificaciones de valores de viscosidad maxima a bajas temperaturas para aceites está relacionada con la capacidad del aceite para fluir hacia las superficies que necesitan calibración.
Las especificaciones de viscosidad a altas temperaturas se relaciona con la capacidad del aceite de proporcionar una película de aceite satisfactoria para llevar las cargas esperadas mientras no se tenga una viscosidad excesivamente alta que pudiera aumentar la fricción.
Los aceites que tienen el sufijo W deben tener viscosidades cinemáticas en los intervalos indicados a 100°C.
- ISO
Los lubricantes que se utilizan en aplicaciones industriales deben estar disponibles en un amplio intervalo de viscosidades, para cumplir este requerimiento la norma ASTM D422, clasificación estándar de lubricantes fluidos industriales por sistema de viscosidad define un conjunto de 18° de viscosidad ISO.
La designación estándar incluye el prefijo ISO VG seguido por un número que representa la viscosidad nominal en cst (mm²/s) para una temperatura de 40°C.
- Índice de viscosidad
Una medida del cambio de la viscosidad de un fluido con la temperatura está dada por su índice de viscosidad .
Un fluido con un alto índice de viscosidad muestra un cambio pequeño de viscosidad con respecto a la temperatura. Un fluido con un bajo índice de viscosidad exhibe un cambio grande en su viscosidad con respecto a la temperatura.
7. CONCLUSIONES - De acuerdo a la gráfica que se le agregó una línea de tendencia logarítmica se puede deducir que la temperatura y la viscosidad son inversamente proporcionales.
- La viscosidad es una propiedad muy importante de los fluidos ya que de acuerdo ella y a la temperatura en que esté el fluido son de utilidad en muchas ramas, una de ellas es la de mecánica automotriz.
- Los tiempos de caída están sujetos a errores como es la precisión del cronómetro de mano ya que una persona media el tiempo y otra indicaba el instante de paro del cronómetro.
BIBLIOGRAFÍA MECÁNICA DE FLUIDOS APLICADA, Robert L. Mott. Prentice-Hall. 1994. 4 ed
MANUAL DE LABORATORIO DE HIDRÁULICA DE LA UNIVERSIDAD DE LOS ANDES.
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Practica 11: Número de Reynolds
OBJETIVOS
- Observar y determinar mediante el aparato de Reynolds la diferencia entre flujo laminar, transición y turbulento.
- De acuerdo a los conceptos adquiridos en el anterior curso de Mecánica de Fluidos identificar con certeza las características del flujo.
- Conocer y aprender a manejar con destreza el aparato de Reynolds y sus aditamentos de ayuda.
2. MARCO TEÓRICO
En el curso de Mecánica de Fluidos e hidráulica se determinó que las perdidas de un flujo dependen casi que exclusivamente del tipo de flujo, ya sea laminar, transición o turbulento; esto se sabe hallando una medida adimensional llamada número de Reynolds:NR = V.D. Þ/µ -
Presentación: Diseño Hidráulico
Realizado por: Ing. Miguel Morán Parrales
Proporcionado Por: Erika Liseth Vinces Rodriguez -
Tesis 10: Procesos constructivos sistemas de abastecimiento y alcantarillado
Procesos constructivos para el diseño y elaboración de los sistemas de abastecimiento y alcantarillado
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Tesis 3 - Presas
INDICE
CAP I. HIDROLOGÍA
CAP II. GENERALIDADES DE LOS MODELOS
CAP III. CORTINAS DE TIERRA
CAP IV. CORTINAS DE CONCRETO TIPO GRAVEDAD
CAP V. CORTINAS DE ENROCAMIENTO
CAP VI. ANÁLISIS DE CORTINAS Y ESTABILIDAD Tesis 5 - Simulacion Hudraulica del Rio Nuevo en Mexicali Baja California
I.- Introducción
II.- Objetivos
III.- Antecedentes
3.1 Localización geográfica
3.2 Hidrología
3.3 Agua Potable y drenaje.
3.4 Contaminación del aguaTrabajo 1 - Fosas Sépticas Prefabricadas, Especificaciones y Métodos de Prueba
Trabajo 1 - Fosas Sépticas Prefabricadas, Especificaciones y Métodos de Prueba
Trabajo Proporcionado por:
Antonio Ortega Maldonado
ÍNDICE
0.- INTRODUCCIÓN 1.- OBJETIVO 2.- CAMPO DE APLICACIÓN 3.- REFERENCIAS
4.- DEFINICIONES
5.- CLASIFICACIÓN / 6.-ESPECIFICACIONES
7.- MUESTREO
8.- MÉTODOS DE PRUEBA
8.1 Método de prueba para medir las dimensiones de las fosas sépticas
8.2 Método de prueba para determinar la capacidad de trabajo y la capacidad total de la fosa séptica
8.3 Método de prueba para verificar la existencia de los componentes de la fosa séptica
8.4 Método de prueba para verificar la estanquidad y hermeticidad de la fosa séptica
8.5 Método de prueba para medir la resistencia de las fosas sépticas.
APÉNDICES INFORMATIVOS
A. Instalación de las fosas sépticas
B. Instalaciones para la disposición final del efluente de una fosa séptica
C. Inspección y mantenimiento de sistemas para tratamiento séptico
FIGURAS
BIBLIOGRAFÍA
0. INTRODUCCIÓN
La forma más común para evacuar las aguas residuales de tipo doméstico es mediante su descarga a un sistema de alcantarillado sanitario. Sin embargo, esto no siempre es económicamente factible, sobre todo en sitios donde se tengan formaciones geológicas que hacen costoso este tipo de solución o cuando la población está bastante dispersa o bien, cuando no se tenga agua en disponibilidad suficiente para realizar el desalojo mediante un sistema hidráulico adecuado.
En dichos casos, es necesario instalar unidades específicas de evacuación y tratamiento para evitar la contaminación de las fuentes de abastecimiento de agua potable, ya sean superficiales o subterráneas. En este sentido, el sistema de tratamiento a base de fosas sépticas que incluye el proceso séptico y el proceso de oxidación, son una opción (véase figura 1) para resolver los problemas antes mencionados, que pueden utilizarse en los ámbitos urbano y rural.
Uno de los fines que persigue la presente Norma es evitar que se contaminen las aguas nacionales, ya sean superficiales o subterráneas, por lo que se hace necesario establecer especificaciones mínimas en la fabricación de fosas sépticas prefabricadas, a efecto de lograr un aprovechamiento sustentable de dichas aguas.
1. OBJETIVO
Esta Norma Oficial Mexicana establece las especificaciones y métodos de prueba de las fosas sépticas prefabricadas, para el tratamiento preliminar de las aguas residuales de tipo doméstico, con el fin de asegurar su confiabilidad y contribuir a la preservación de los recursos hídricos y del ambiente.
2. CAMPO DE APLICACIÓN
Esta Norma Oficial Mexicana es aplicable a las fosas sépticas prefabricadas de fabricación nacional o de importación, que se comercialicen dentro del país. Corresponde a los fabricantes y proveedores el cumplimiento de la presente Norma.
Esta Norma Oficial Mexicana, únicamente normará lo correspondiente a la primera parte del sistema de tratamiento, es decir, a la fosa séptica, entendiéndose su concepto tal como se describe en el capítulo 4. Definiciones.
3. REFERENCIAS
NMX-Z-12/2-1987, Muestreo para la inspección por atributos - Parte 2. Publicada en el Diario Oficial de la Federaciónel 28 de octubre de 1987.
La norma de referencia podrá consultarse en el domicilio del Comité Consultivo Nacional de Normalización del Sector Agua, sito en la calle Privada del Relox No. 16, piso 3 (ala Sur), Colonia Chimalistac, Delegación Alvaro Obregón, código postal 01070, México, D. F.
4. DEFINICIONES
Para los efectos de aplicación de esta Norma se establecen las definiciones siguientes:
4.1 Agua freática: Agua que se encuentra en el subsuelo, a una profundidad que depende de las condiciones geológicas, topográficas y climatológicas de cada región. La superficie del agua se designa como nivel del agua freática.
4.2 Agua residual doméstica: Aguas de composición variable, proveniente de las descargas de usos domésticos.
4.3 Capacidad nominal: Capacidad con que la fosa se conoce comercialmente, asentada en la información del fabricante y referida al número de usuarios.
4.4 Digestión anaerobia: Proceso de metabolismo bacteriano que en ausencia de oxígeno libre, es capaz de transformar la materia orgánica presente en las aguas residuales principalmente en lodos y biogas.
4.5 Efluente: Descarga de aguas residuales procedentes de la fosa séptica.
4.6 Estanquidad de la fosa séptica prefabricada: Característica de la estructura que no permite el paso de agua a través de la misma.
4.7 Fosa séptica prefabricada: Elemento de tratamiento, diseñado y construido para recibir las descargas de aguas residuales domiciliarias que al proporcionar un tiempo de permanencia adecuado (tiempo de retención) es capaz de separar parcialmente los sólidos suspendidos, digerir una fracción de la materia orgánica presente y retener temporalmente los lodos, natas y espumas generadas.
4.8 Grieta: Abertura producida en una fosa séptica producto de la carga exterior que tiene como mínimo un ancho de 0,25 mm y una longitud de 300 mm.
4.9 Hermeticidad de la fosa séptica prefabricada: Característica de la estructura de no permitir fugas de agua a través de sus conexiones.
4.10 Infiltración: Paso de agua a través de una superficie permeable.
4.11 Influente: Aguas residuales domésticas que entran al tanque séptico.
4.12 Permeabilidad: Capacidad de un material para transmitir un fluido.
4.13 Registro de inspección: Acceso que permite la inspección y limpieza de la fosa séptica; este registro, en ciertos casos, puede corresponder a la misma tapa de la fosa séptica (véase figura 2).
4.14 Sedimentación: Proceso físico que, debido a la diferencia de densidades y disminución de velocidad y turbulencia del agua, permite que parte de los sólidos suspendidos se depositen.
4.15 Tasa de infiltración: Volumen de agua capaz de infiltrarse de forma natural por unidad de superficie de suelo y por unidad de tiempo.
4.16 Uso doméstico: Utilización del agua nacional destinada al uso particular de las personas y del hogar, riego de sus jardines y de sus árboles de ornato, incluyendo el abrevadero de sus animales domésticos que no constituya una actividad lucrativa.
5. CLASIFICACIÓN
Las fosas sépticas prefabricadas objeto de esta Norma se clasifican en: urbanas y rurales.
5.1 Urbanas
Se consideran urbanas aquellas que sirven a localidades mayores de 2 500 habitantes.
5.2 Rurales
Se consideran rurales aquellas que sirven a localidades menores de 2 500 habitantes.
6. ESPECIFICACIONES6.1 Dimensiones
El tirante de agua debe ser como mínimo de 0,90 m y la longitud mínima de paso de agua a través de la fosa séptica debe ser de 1,20 m medida desde la entrada a la salida de la fosa séptica (figura 2). El nivel máximo del líquido se debe indicar en el folleto del fabricante.
El tirante de agua y la longitud mínima de paso se debe medir siguiendo el método establecido en el apartado 8.1.
6.2 Capacidades
6.2.1 Capacidad de trabajo
La capacidad de trabajo de la fosa séptica debe ser determinada en función del número de usuarios por servir y debe cumplir como mínimo con lo establecido en la tabla 1. La capacidad puede ser cubierta por una, o por varias unidades instaladas en paralelo.
La capacidad de trabajo de la fosa séptica debe ser determinada siguiendo el método establecido en el apartado 8.2.
TABLA 1. CAPACIDAD DE TRABAJO DE LA FOSA SÉPTICA EN FUNCIÓN
DEL NÚMERO DE USUARIOSCapacidad nominal (No. de usuarios)
Capacidad de trabajo (m3)
medio rural
medio urbano
hasta 5 0,60 1,05 6 a 10 1,15 2,10 11 a 15 1,75 3,10 16 a 20 2,30 4,15 21 a 30 3,50 6,25 31 a 40 4,65 8,30 41 a 50 5,80 10,40 51 a 60 6,95 12,45 61 a 80 9,25 16,60 81 a 100 11,55 20,75 Nota.- Se acepta una tolerancia del 5% respecto a los valores de capacidad establecidos.
6.2.2 Capacidad total
En la capacidad total de la fosa séptica se debe considerar, además de la capacidad de trabajo, el volumen correspondiente al espacio libre por encima del tirante de agua, equivalente al 20% de la capacidad de trabajo como mínimo (figura 2).
La capacidad total de la fosa séptica debe ser determinada siguiendo el método establecido en el apartado 8.2.
6.3 Registro de inspección
La fosa séptica debe contar, como mínimo, con un registro para su inspección y limpieza. El registro debe localizarse en la parte superior de la fosa séptica (figura 2).
La dimensión más pequeña del registro debe ser como mínimo 0,50 m. En el caso de fosas sépticas de cámaras múltiples, se debe contar con registros compartidos habilitados para la inspección de dos cámaras. La dimensión más pequeña de este registro debe ser como mínimo 0,60 m. Si las cámaras no pueden compartir un registro, se debe instalar uno por cámara.
Las dimensiones y ubicación del registro de inspección de la fosa séptica se deben determinar siguiendo los métodos establecidos en los apartados 8.2 y 8.3 respectivamente.
6.4 Elemento de entrada
La sección terminal del elemento de entrada de agua a la fosa séptica debe estar sumergida como mínimo 0,15 m por debajo del tirante de agua y la parte inferior de la junta del elemento de entrada (tubería/pared de la fosa) debe ubicarse como mínimo 0,05 m por arriba del tirante de agua, bajo condiciones normales de funcionamiento (figura 2). El diámetro mínimo interior de la tubería de entrada debe ser de 0,10 m.
El diámetro y la ubicación del elemento de entrada de la fosa séptica se deben verificar siguiendo los métodos establecidos en los apartados 8.2 y 8.3 respectivamente.
6.5 Elemento de salida
La sección inicial del elemento de salida de agua de la fosa séptica debe estar sumergido como mínimo 0,15 m por debajo del tirante de agua (figura 2).
El diámetro y la existencia del elemento de salida de la fosa séptica se deben verificar siguiendo los métodos establecidos en los apartados 8.2 y 8.3 respectivamente.
6.6 Elementos de control
Las fosas sépticas deben tener elementos de control (p. ej: mampara) a la entrada y la salida, que eviten la turbulencia y el rompimiento de natas (véase figura 2).
El método de prueba será mediante verificación ocular.
6.7 Estanquidad y hermeticidad
La fosa séptica no debe presentar fugas después de 4 horas de haber sido llenada a su máxima capacidad, de acuerdo al método establecido en el apartado 8.4.
6.8 Resistencia
Las fosas sépticas prefabricadas deben soportar una carga vertical uniformemente distribuida. Su valor mínimo se calcula de acuerdo a la siguiente ecuación:
P = 2 000 S b Donde:
2 000 es el peso volumétrico del material en kg/m3.
P es la carga, en kg.
S es la superficie horizontal, en m2.
b es la máxima profundidad de relleno medida verticalmente entre el terreno y la parte superior de la fosa según recomendación o especificación del fabricante, en m.La resistencia a la carga de la fosa séptica prefabricada se debe comprobar siguiendo el método establecido en el apartado 8.5.
7. MUESTREOEl muestreo del producto se debe efectuar de acuerdo a los métodos de muestreo establecidos en la Norma NMX-Z-12/2 o en el plan de muestreo que el organismo de certificación o unidad de verificación considere pertinente.
Nota: El organismo de certificación o unidad de verificación deben estar acreditados según lo establece la Ley Federal sobre Metrología y Normalización.
8. MÉTODOS DE PRUEBA
8.1 Método de prueba para medir las dimensiones de las fosas sépticas
8.2 Método de prueba para determinar la capacidad de trabajo y la capacidad total de la fosa séptica
8.3 Método de prueba para verificar la existencia de los componentes de la fosa séptica
8.4 Método de prueba para verificar la estanquidad y hermeticidad de la fosa séptica
8.5 Método de prueba para medir la resistencia de las fosas sépticas.
8.1 Método de prueba para medir las dimensiones de las fosas sépticasEste método de prueba establece los procedimientos para verificar las dimensiones del cuerpo, nivel máximo de agua (tirante de agua), longitud de paso de agua, registro de inspección, elemento de entrada y elemento de salida de la fosa séptica.
8.1.1 Equipo y material
Se debe contar como mínimo con el equipo y material siguiente:
- Instrumento flexible para medir longitudes (flexómetro).8.1.2 Preparación
Colocar la fosa séptica vacía con la disposición tal y como estará en servicio.
8.1.3 Procedimiento
Realizar las siguientes mediciones:
a) Tirante de agua
Este nivel debe ser medido y comparado respecto a la referencia indicada en el folleto del fabricante.
b) Longitud de paso de agua
Esta distancia debe ser medida desde el eje vertical del elemento de entrada hasta el de salida (figura 2). En caso de que los elementos de entrada y salida sean complementados por mamparas, esta distancia será medida entre el eje vertical de las mamparas y el del elemento de salida.
c) La dimensión más pequeña del registro de inspección
d) Diámetro interno del elemento de entrada
e) Diámetro interno del elemento de salida
En el caso de fosas sépticas horizontales o verticales rectangulares medir:
a) Largo
b) AnchoEn el caso de fosas sépticas horizontales o verticales cilíndricas medir:
a) Largo
b) DiámetroPara otras formas de fosas sépticas, las dimensiones a medir deben ser aquellas que definan una forma geométrica, que permitan calcular la capacidad de trabajo y la capacidad total de la misma.
8.1.4 Aceptación de la prueba
Los resultados de las mediciones realizadas para el tirante de agua, longitud de paso de agua, registro de inspección, elemento de entrada y elemento de salida de la fosa séptica, se consideran aceptados si cumplen con las dimensiones mínimas especificadas en los apartados 6.1, 6.2, 6.3 y 6.4 respectivamente.
8.1.5 Informe de la prueba
El informe de la prueba debe incluir lo siguiente:
- Identificación de la fosa séptica sometida a prueba (fabricante, material, clasificación, lote de fabricación, capacidad y forma.
- Dimensiones de la fosa séptica según corresponda: largo, ancho, diámetro, tirante de agua, longitud de paso de agua, registro de inspección, diámetro interno del elemento de entrada, diámetro interno del elemento de salida. Todas las dimensiones se indicarán en metros.
- Resultado obtenido de la prueba y comentarios relevantes.
- Nombre y firma del responsable.
8.2 Método de prueba para determinar la capacidad de trabajo y la capacidad total de la fosa sépticaPara verificar la capacidad de trabajo y la capacidad total de la fosa séptica, se debe utilizar uno de los siguientes métodos:
a) Cálculo del volumen a partir de la medición de sus dimensiones
b) Medición volumétrica del agua empleada para su llenado
8.2.1 Equipo y material
Se debe contar como mínimo con el equipo y material siguientes:
- Instrumento flexible para medir longitudes (flexómetro)
- Dispositivo para medir volumen
- Agua (de preferencia no potable)
8.2.2 Procedimiento
a) Para el cálculo de la capacidad de trabajo (Ct) de la fosa séptica a partir de sus dimensiones, se deben considerar los resultados obtenidos en el apartado 8.1 utilizando las siguientes ecuaciones:
- Para fosas sépticas rectangulares
Ct = (l) (a) (h)
- Para fosas sépticas cilíndricas horizontales
Calcular el ángulo q con la siguiente ecuación
q = [ 2 angcos (( r - h) / r) ] [0,0175 ]
Calcular el área
A= (D2 / 8) ( q - sen q )
Calcular la capacidad de trabajo (Ct)
Ct = A l
- Para fosas sépticas cilíndricas verticales
Ct = 0,785 D2 h
- Para otras formas de fosas sépticas, se debe definir una ecuación que permita calcular la capacidad de trabajo de la misma.
La capacidad total (CT) de la fosa séptica se debe calcular utilizando las siguientes ecuaciones:
- Para fosas sépticas rectangulares
CT = (l) (a) (y)
- Para fosas sépticas cilíndricas horizontales
CT = p r2 l
- Para fosas sépticas cilíndricas verticales
CT = p r2 y
- Para otras formas de fosas sépticas, se debe definir una ecuación que permita calcular la capacidad total de la misma.
Donde:
CT es la capacidad total, en m3
Ct es la capacidad de trabajo, en m3
A es el área correspondiente al tirante h para fosas sépticas horizontales, en m2
y es la altura, en m
l es el largo, en m
a es el ancho, en m
D es el diámetro, en m
r es el radio (D /2), en m
h es el tirante de agua, en m
q es el ángulo comprendido entre los radios que subtienden la superficie libre del agua (figura 4)
p es 3,1416 adimensional
0,0175 es el factor para convertir a radianesb) Para verificar la capacidad total y la capacidad de trabajo de la fosa séptica a partir de la medición del volumen de agua, se debe seguir el procedimiento siguiente:
- Para la capacidad total, la fosa séptica se debe llenar a su máxima capacidad
- Para la capacidad de trabajo la fosa séptica se debe llenar al nivel del tirante de agua
En ambos casos el volumen de agua utilizado debe ser medido, en metros cúbicos.
8.2.3 Aceptación de la prueba
La prueba se considera aceptada si la capacidad de trabajo y la capacidad total obtenidas por cualquiera de los métodos propuestos es como mínimo lo especificado en la tabla 1 y el subapartado 6.2.2 respectivamente.
8.2.4 Informe de la prueba
En el informe de la prueba se debe incluir lo siguiente:
- Identificación de la fosa séptica sometida a prueba (fabricante, material, clasificación, lote de fabricación, forma y dimensiones).
- Método utilizado para determinar la capacidad
- Capacidades obtenidas en m3 (de trabajo y total)
- Resultado obtenido de la prueba y comentarios relevantes
- Nombre y firma del responsable
8.3 Método de prueba para verificar la existencia de los componentes de la fosa sépticaLa prueba se debe realizar para verificar mediante inspección visual la existencia del elemento de entrada, elemento de salida y registro de inspección de la fosa séptica.
8.3.1 Equipo y material
Para la verificación de esta prueba no se requiere de equipo y material.
8.3.2 Preparación
Colocar la fosa séptica vacía con la disposición tal y como estará en servicio.
8.3.3 Procedimiento
Verificar mediante inspección visual la existencia y localización de:
a) Registro de inspección
b) Elemento de entrada
c) Elemento de salida
d) Elemento de control
8.3.4 Aceptación de la prueba
Se considera que los resultados son aceptados si cumplen con las especificaciones indicadas en los apartados 6.3, 6.4 y 6.5.
8.3.5 Informe de la prueba
El informe de la prueba debe incluir lo siguiente:
- Identificación de la fosa séptica sometida a prueba (fabricante, material, clasificación, lote de fabricación, forma y dimensiones).
- Resultados obtenidos de la prueba y comentarios relevantes
- Nombre y firma del responsable
8.4 Método de prueba para verificar la estanquidad y hermeticidad de la fosa sépticaEste método de prueba establece los procedimientos para verificar la estanquidad y hermeticidad de la fosa séptica.
8.4.1 Equipo y material
Se debe contar como mínimo con el equipo y material siguientes:
- Agua (de preferencia no potable)
- Cronómetro
- Tapones herméticos compatibles con los elementos de entrada y salida
- Instrumento flexible para medir longitudes (flexómetro)
- En el caso de fosas sépticas verticales, tres polines de madera de primera de 0,50 m de largo como mínimo por 0,10 m de ancho por 0,10 m de alto o utilizar la base mostrada en la figura 5.
- En el caso de fosas sépticas horizontales, un lecho de arena seca de área suficiente y no menor de 0,10 m de profundidad o la base mostrada en la figura 6.
8.4.2 Preparación
a) La fosa séptica vertical se debe colocar vacía sobre los polines (figura 3) o sobre la base mostrada en la figura 5.
b) La fosa séptica horizontal se debe colocar vacía en el lecho de arena seca hasta una profundidad no mayor a 0,10 m (figura 4) o sobre la base mostrada en la figura 6.
c) Tapar los orificios de entrada y salida de la fosa séptica con tapones herméticos
8.4.3 Procedimiento
La fosa séptica se debe llenar con agua hasta 0,05 m por encima de la parte superior de la junta del elemento de entrada. Dejar transcurrir 4 horas e inspeccionar visualmente la fosa y sus conexiones e identificar fugas de agua.
8.4.4 Aceptación de la prueba
Se considera que la fosa séptica cumple con los requisitos de hermeticidad y estanquidad si en sus paredes o juntas no hay fugas o escurrimientos de agua que se aprecien a simple vista.
Las manchas de humedad en las fosas sépticas de concreto y fibrocemento no serán consideradas como fugas.
8.4.5 Informe de la prueba
El informe de la prueba debe incluir lo siguiente:
- Identificación de la fosa séptica sometida a prueba (fabricante, material, clasificación, lote de fabricación, capacidad, forma y dimensiones).
- Número y localización de fugas
- Número y localización de manchas de humedad
- Identificación de fugas o escurrimientos en las conexiones
- Comentarios relevantes
- Nombre y firma del responsable
8.5 Método de prueba para medir la resistencia de las fosas sépticas.Este método de prueba establece los procedimientos para verificar la resistencia estructural de las fosas sépticas prefabricadas.
8.5.1 Equipo y material
Se debe contar como mínimo con el equipo y material siguientes:
- Cronómetro
- Báscula
- Bolsas llenas de arena, equivalentes al peso solicitado
- Instrumento flexible para medir longitudes (flexómetro)
- Catálogo del fabricante
8.5.2 Preparación
Colocar la fosa séptica vacía en una cama de arena seca hasta una profundidad no mayor a 0,10 m, y determinar la dimensión de la superficie horizontal que recibirá la carga.
Para fosas sépticas que no tengan una superficie horizontal plana (S) (ej. fosas sépticas cilíndricas horizontales), se debe considerar como tal la proyección del máximo ancho y largo o en su caso el diámetro de la fosa séptica.
En caso de que no se tenga la superficie plana adecuada para colocar las bolsas de arena, se podrá utilizar cualquier accesorio que permita acomodarlas y que asegure que el peso será recibido uniformemente por la fosa séptica.
8.5.3 Procedimiento
Cargar la parte superior de la fosa séptica con bolsas llenas de arena, equivalentes a una carga (P), según se establece en la ecuación indicada en el apartado 6.8; dicha carga deberá tener una distribución uniforme en toda la superficie de la fosa.
El tiempo cero para propósitos de esta prueba se debe considerar cuando la carga esté completa.
Para fosas sépticas prefabricadas de acero, concreto, fibrocemento y resina reforzada con fibra de vidrio, se debe inspeccionar visualmente si la fosa presenta grietas, cuando haya transcurrido al menos una hora de colocada la carga.
La fosa séptica de polietileno de alta densidad se debe inspeccionar visualmente por deformaciones u otros daños. En caso de presentar deformaciones después de una hora con la carga, se debe medir perpendicularmente a la carga las dimensiones de: ancho y largo o el diámetro de la fosa séptica (W1); el procedimiento debe ser repetido a las 48 horas después del tiempo cero y a las 72 horas.
Al final de las 48 horas bajo la carga total (P), reducir la carga al 10% de P (P10) y medir el ancho (W48).
Al final de las 24 horas adicionales bajo la carga P10, medir el ancho (W72) y remover la carga restante.
8.5.4 Aceptación de la prueba
Las fosas sépticas prefabricadas de acero, concreto, fibrocemento y resina reforzada con fibra de vidrio deben soportar la carga vertical uniformemente distribuida durante una hora sin que sufra agrietamiento.
Las fosas sépticas prefabricadas de polietileno de alta densidad deben cumplir con las siguientes condiciones, una vez sometidas a la carga vertical:
- W1 no debe exceder 1,07 W0; donde W0 es el ancho inicial (hora cero, cuando la carga se haya completado).
- W48no debe exceder (1,07 W1 - 0,70 W0); y
- W72 no debe exceder 1,05 W0
8.5.5 Informe de la prueba
El informe de la prueba debe incluir lo siguiente:
- Identificación de la fosa séptica sometida a prueba (fabricante, material, clasificación, lote de fabricación, capacidad, forma y dimensiones).
- Superficie horizontal expuesta a la carga, en m2
- Carga a la que fue sometida la fosa séptica, en kg
- Resultados obtenidos de la prueba incluyendo: cargas, valores de deformación (W1, W48 y W72) y comentarios relevantes.
- Nombre y firma del responsable
APÉNDICE INFORMATIVO A. INSTALACIÓN DE FOSAS SÉPTICASA.1 Localización
Se recomienda que en la instalación de la fosa séptica se eviten los terrenos pantanosos, de relleno o sujetos a inundación, asimismo, que se localice al menos a 3 metros de distancia de cualquier paso de vehículos.
Su ubicación debe considerar las necesidades de espacio para localizar la instalación de disposición del efluente. Las distancias mínimas requeridas para la ubicación de las fosas sépticas se presentan en la TABLA A.1.
TABLA A.1 DISTANCIAS MÍNIMAS RECOMENDADAS PARA LA UBICACIÓN DE UNA FOSA SÉPTICA LocalizaciónDistancia (m)Distancia a embalses o cuerpos de agua utilizados como fuentes de abastecimiento 60 Distancia a pozos de agua 30 Distancia a corrientes de agua 15 Distancia a la edificación o predios colindantes 5 A.2 Dispositivos previos a la fosa séptica
Es recomendable instalar un registro antes de la entrada a la fosa.
En el caso de que el diseñador o fabricante considere necesaria la utilización de mamparas en la fosa séptica, se recomienda no exceder 3 compartimientos.
En el caso de que las aguas residuales provengan de sitios que descargan grasas en cantidad considerable, como es el caso de restaurantes, escuelas y hoteles entre otros, se recomienda instalar una trampa de grasas. En caso de que la fosa reciba sólo las aguas provenientes de inodoros, este elemento no será necesario.
Dadas las características de funcionamiento del sistema séptico, se recomienda evitar en lo posible las descargas de sustancias tóxicas o químicas que puedan afectar la actividad biológica.
A.3 Excavación
La excavación para la instalación de la fosa séptica dependerá de las dimensiones de ésta; si el terreno es rocoso o presenta dificultad para que la fosa se apoye uniformemente, se recomienda tener una plantilla en el fondo de 0,10 m de espesor, compactada con pisón de mano o una plantilla de concreto pobre de 0,05 m de espesor.
A.4 Tuberías
El diámetro mínimo recomendable del albañal será de 0,10 m y su pendiente superior o igual al 2%.
Los tubos que unen el dispositivo previo a la fosa séptica con la edificación y la salida de la fosa al último registro, deben juntearse adecuadamente.
A.5 Registro de inspección
Se recomienda que el registro de inspección de la fosa séptica sea fácilmente removible sin el empleo de herramientas, así como evitar infiltraciones de agua freática y pluvial.
APÉNDICE INFORMATIVO B. INSTALACIONES PARA LA DISPOSICIÓN DEL EFLUENTE DE UNA FOSA SÉPTICAB.1 Oxidación del efluente séptico
La fosa séptica efectúa solamente un proceso preparatorio en la depuración de las aguas residuales domésticas, por lo tanto el efluente no posee las características físico-químicas ni microbiológicas adecuadas para ser descargado directamente a un cuerpo receptor. Por esta razón, es necesario proporcionar un tratamiento al efluente, con el propósito de disminuir los riesgos de contaminación y de perjuicio a la salud pública.
Las aguas del efluente no contienen oxígeno disuelto (condición que requiere la flora bacteriana anaeróbica para ejercer su acción desintegrante), pero si se favorece su contacto con el aíre, el oxígeno se absorbe rápidamente permitiendo la oxidación de los sólidos disueltos, mejorando su calidad.
Las bacterias aerobias efectúan este nuevo proceso. La materia orgánica se mineraliza y en las aguas oxidadas es menos probable que perduren los gérmenes patógenos. Es por tanto recomendable, si se requiere aprovechar el proceso séptico, la oxidación del efluente.
Para este efecto, a continuación se presentan recomendaciones para el tratamiento del efluente.
B.1.1 Zanjas de infiltración (véase figura 7)
La zanja de infiltración recibe directamente el efluente de la fosa séptica y está conformada por una serie de tuberías convenientemente localizadas. El diseño de dichas zanjas depende de la forma y tamaño del área disponible, de la capacidad requerida, de la topografía del terreno y de la tasa de infiltración del subsuelo.
Primeramente, es recomendable realizar un análisis cualitativo de las principales propiedades indicativas de la capacidad absorbente del suelo, como lo son: textura, estructura, color y espesor de los estratos permeables.
Por otra parte, las características de permeabilidad de un suelo se miden a través de una prueba de infiltración, que permite obtener un valor estimativo de la capacidad de absorción de un determinado sitio.
El procedimiento recomendado para realizar tales pruebas se presenta a continuación:
Prueba de Infiltración
- Realizar como mínimo seis pozos espaciados uniformemente dentro del área propuesta para el campo de infiltración.
- Los pozos deben tener lados o un diámetro de 0,30 m, excavados hasta la profundidad de la zanja de absorción propuesta.
- Las paredes del pozo deben ser raspadas, con el propósito de lograr una interfase natural del suelo, y agregar una capa de arena gruesa o grava fina de 0,05 m de espesor para proteger el fondo.
- Inundar el pozo con un tirante de 0,30 m al menos 4 horas
- A las 24 horas de haberse llenado el pozo, determinar la tasa de infiltración de acuerdo a las siguientes consideraciones:
- Si permanece agua en el pozo, ajustar el tirante de agua hasta aproximadamente 0,25 m sobre la grava. Medir el descenso de nivel durante un periodo de 30 minutos. Este descenso se usa para calcular la tasa de infiltración.
- Si no permanece agua en el pozo, añadir agua hasta lograr un tirante de 0,15 m por encima de la capa de grava. Medir el descenso del nivel de agua a intervalos de 30 minutos aproximadamente, durante un periodo de 4 horas. El descenso que ocurre durante el periodo final de 30 minutos se usa para calcular la tasa de infiltración.
- En suelos arenosos el intervalo entre las mediciones debe ser de 10 minutos y la duración de la prueba una hora. El descenso que ocurra en los últimos 10 minutos se usa para calcular la tasa de infiltración.
Un valor aproximado de la tasa de infiltración podrá establecerse de acuerdo a los valores promedios presentados en la TABLA B.1:
TABLA B.1 TASA DE INFILTRACIÓN DEL EFLUENTE TASA DE INFILTRACIÓN* (min/cm)TASA DE INFILTRACIÓN DEL EFLUENTE PARA POZOS DE 0,30 m DE DIÁMETRO (L/m2/día)0,41 189 0,83 130 1,25 109 1,66 94 2,08 83 4,16 60 6,25 49 12,50 34 18,75 30 25,00 22 * Tiempo en minutos que tarda el agua en bajar un centímetro, durante la prueba de infiltración
El efluente de la fosa séptica a través de las zanjas se infiltrará en el subsuelo, permitiendo su oxidación y disposición final. Los criterios de dimensionamiento son:
A = QP/R Donde:
A es el área de absorción en m2
<FONT=SIZE=5>Q es la aportación en litros/habitante/día
P es el número de habitantes
R es la tasa de infiltración en litros/m2/díaArea de absorción: es el número necesario de metros cuadrados de suelo para infiltrar la aportación efluente de la fosa séptica. Considerando que el fenómeno de absorción tendrá lugar en una zanja de sección rectangular, se asume para efectos de diseño que el área efectiva de infiltración será el mayor valor entre las áreas del fondo y de las paredes laterales, a partir del tubo de distribución hacia abajo.
Para valores superiores a 25 min/cm en la tasa de percolación, se considera que el terreno no es apto para la construcción de zanjas de infiltración y por lo tanto debe adoptarse otra solución alternativa para el tratamiento y disposición del efluente de la fosa séptica.
La profundidad de las zanjas se determinará de acuerdo con la elevación del nivel freático y la tasa de infiltración. La profundidad mínima será de 0,60 m procurando mantener una separación mínima de 1,20 m entre el fondo de la zanja y el nivel freático. Durante la construcción es importante señalar que la tubería debe estar rodeada de grava.
El ancho de las zanjas se determinará de acuerdo con la tasa de infiltración. La dimensión recomendable es de 0,50 m, con un mínimo de 0,25 m para terreno de alta permeabilidad.
El espaciamiento entre los ejes de las zanjas será de 2 m con un mínimo de 1,50 m para terrenos de alta permeabilidad.
La pendiente promedio recomendable es de 0,25%, no debiendo exceder al 0,50%.
Las zanjas no se deben excavar cuando el suelo tiene altas concentraciones de humedad.
Las zanjas de infiltración poseen una vida útil de aproximadamente 10 años. Por lo tanto, es recomendable prever un espacio para la construcción de un sistema adicional, que pueda reemplazar o complementar el sistema proyectado cuando éste falle o cuando aumente la aportación de agua por tratar.
Para construir una zanja de infiltración son necesarios los siguientes materiales:
a) Grava o piedras trituradas de granulometría variable comprendida entre 20 y 50 mm
b) Tubería de 100 mm de diámetro con perforaciones
c) Cubierta impermeable de polietileno
Una vez excavada la sección de la zanja efectuar un raspado a las paredes y fondo para eliminar el remoldeo del área absorbente, retirar el material sobrante y rellenar la zanja con una capa de 0,15 m de espesor mínimo de grava o piedras trituradas de la granulometría especificada, hasta obtener el nivel sobre el cual deben localizarse las tuberías de distribución. Esta tubería deberá ser instalada sin juntear con aberturas de 0,05 m. Para evitar obstrucciones, recubrir las juntas en la parte superior con una nueva capa de grava o piedras trituradas de manera que cubra los tubos y deje una capa de 50 mm de espesor mínimo por encima del borde superior de la tubería. A continuación, colocar la cubierta impermeable de polietileno, cuya función será mantener el lecho de grava libre de partículas de tierra y finalmente, cubrir la zanja con una capa de tierra compactada de 0,30 m de espesor mínimo para aislar la zanja (figura 7).
Como ocurre con la fosa séptica, el funcionamiento de las zanjas de infiltración debe llevarse a cabo sin intervención humana, ya que el proceso de percolación y eliminación se produce en forma natural, debido a las propiedades y características del suelo y al flujo del efluente de la fosa. Sin embargo, para mantener la capacidad absorbente se impedirá el paso de vehículos pesados, que podrían dañar la tubería y hacer fallar el sistema. Así mismo, si existen árboles, arbustos o vegetación abundante cerca de las zanjas de infiltración, es previsible que las raíces penetren a la tubería causando su taponamiento. Para prevenir este problema, se dosificará al registro entre la fosa y el campo de absorción, una vez al año, 1 ó 1,50 kg de cristales de sulfato de cobre diluido en 15 litros de agua.
La vida útil de las zanjas de infiltración dependerá de la granulometría del suelo, de la capacidad de infiltración, de la altura y variaciones del nivel freático, y del correcto funcionamiento y limpieza de la fosa séptica, que evitará el paso de sólidos a las zanjas de infiltración. Debido a esta cantidad de variables, es difícil predeterminar la duración probable de las zanjas de infiltración y por esta razón es conveniente disponer de un sitio de reemplazo en caso de falla o término de la vida útil del sitio original.
B.1.2 Filtros Subterráneos de Arena (véase figura 8)
Cuando el suelo disponible es relativamente impermeable, con tasas de percolación por encima de los 25 min/cm, el empleo de zanjas de infiltración no es recomendable, debido a la extensión del terreno requerido y a su correspondiente costo, especialmente en regiones en donde el valor de la tierra es alto. En tales casos se puede recurrir a filtros subterráneos de arena como una alternativa de tratamiento complementario para efluentes de fosas sépticas.
Los filtros subterráneos de arena consisten en una serie de zanjas similares a las de infiltración pero con dos grandes diferencias: la primera, debajo de la capa de grava que contiene la tubería de distribución, se adiciona una capa de arena que sirve como medio filtrante, y la segunda, porque el efluente de la fosa séptica no es infiltrado en el subsuelo sino drenado en una tubería localizada en la parte inferior de la zanja abajo de la capa de arena.
Los parámetros básicos de los filtros subterráneos de arena son:
- Área Horizontal.- Es el área requerida para el lecho filtrante. Se determina utilizando la siguiente relación:
A* = QP/R* Donde:
A* es el área de absorción en m2
Q es la aportación en litros/habitante/día
P es el número de habitantes
R* es la tasa de infiltración en litros/m2/díaLa tasa de aplicación R*, podrá tener los siguientes valores, según el caso:
Hospitales, restaurantes, escuelas: R* = 30 litros/m2/día
Servicios residenciales: R* = 50 litros/m2/día- Ancho de la zanja de absorción.- Se recomienda usar el ancho de zanja aproximado de 1,50 m. Si es necesario el uso de una segunda línea, ésta podrá construirse colindando con la primera, duplicándose el ancho de la zanja. En este caso, sólo se requerirá una tubería de recolección localizada a la distancia media entre las dos tuberías de distribución.
- Las capas de grava que rodean las tuberías de distribución y recolección tendrán un espesor de 0,30 m; la capa de arena tendrá un espesor entre 0,60 y 0,80 m, y el recubrimiento de tierra tendrá una profundidad de 0,30 m.
- Dosificador.- Cuando el área de las zanjas de absorción sobrepase 170 m2, se recomienda la instalación de un elemento dosificador a la salida de la fosa séptica. Dicho elemento podrá ser un sifón, una bomba o cualquier otro sistema que cumpla con esta función. El tamaño del tanque y del elemento dosificador estarán determinados por las aportaciones a tratar.
Para construir un filtro subterráneo de arena se requieren los siguientes materiales:
a) Grava o piedras trituradas de granulometría variable comprendida entre 20 y 50 mm.
b) Arena lavada gruesa que pase 100% la malla No. 4, con un tamaño efectivo de 0,30 a 0,60 mm y un coeficiente de uniformidad no mayor de 3,5
c) Tubería de 100 mm de diámetro con perforaciones
d) Cartón alquitranado
Las tuberías de distribución y recolección deberán estar rodeadas de grava o piedra partida con tamaños entre 20 y 50 mm. El lecho de arena por encima de las tuberías recolectoras deberá ser consolidado, preferiblemente por inundación antes de colocar la tubería distribuidora, con el objeto de evitar asentamientos y falta de alineación en la misma.
Tanto las tuberías distribuidoras como las colectoras serán instaladas sobre el lecho de grava dejando una abertura de 5 mm entre cada tramo de tubo, cubriendo éstas con el cartón alquitranado encima de las aberturas, colocando en su parte superior una capa de grava de por lo menos 0,10 m de espesor.
Las tuberías recolectoras del efluente filtrado deberán conectarse a una tubería común colectora perpendicular a la dirección de las zanjas, la cual llevará el efluente filtrado a su disposición final y debe tener una pendiente no menor al 0,5%.
La duración de un sistema de infiltración depende en gran parte de los materiales empleados y de una correcta y cuidadosa construcción. Al final de la vida útil del sistema, la arena podrá ser removida y reemplazada por material nuevo.
B.1.3 Pozo de absorción (véase figura 9)
Cuando no se dispone de terreno suficiente para un campo de oxidación o un filtro subterráneo se puede usar como medio complementario para el tratamiento de las aguas residuales el pozo de absorción.
El pozo de absorción es un sistema vertical de infiltración al subsuelo de las aguas provenientes de una fosa séptica, a través de sus paredes y piso permeables. Dicho sistema proporciona al agua un tratamiento físico y biológico a través de la infiltración en un medio poroso.
Las dimensiones y número de pozos necesarios dependerán de la permeabilidad del terreno y se diseñarán de acuerdo con la experiencia que se tenga en la región donde se construyen.
Para el correcto dimensionamiento de la profundidad del pozo de absorción debe considerarse:
- La permeabilidad del suelo. Esta característica debe ser definida de acuerdo a los resultados de las pruebas de percolación (véase B.1.1).
- Profundidad del nivel freático. Debe mantenerse una distancia mínima de 1,50 m entre el nivel freático y el nivel de desplante de la capa de grava del fondo del pozo.
Las características constructivas de un pozo de absorción son:
- Registro de concreto situado al nivel de terreno
- Mampostería de tabique de 0,28 m o piedra junteada con mortero desde el registro hasta 0,20 m por debajo de la conexión del influente, con el objeto de dar resistencia estructural.
- Mampostería sin juntear en el sentido vertical, dejando huecos de 0,05 m como mínimo, desde el nivel de la mampostería junteada hasta el nivel de desplante.
- Relleno interior de guijarro, roca porosa o tezontle (de tamaño de 0,07 a 0,10 m), colocado desde el nivel de desplante del pozo, hasta una distancia de 0,20 m como mínimo de la conexión del influente.
- Cuando se trate de un arreglo de pozos de absorción, estos deben estar dispuestos a una distancia mínima de 3 veces el diámetro de los pozos, medidas entre los paños exteriores de los pozos. El diámetro interior mínimo recomendado es de 1 m.
- Cuando la profundidad de diseño del pozo de absorción sea mayor a 3 m, se recomienda disponer de otro pozo de absorción, con el objeto de disminuir la profundidad de desplante, facilitar el procedimiento constructivo
APÉNDICE INFORMATIVO C. INSPECCIÓN Y MANTENIMIENTO DE SISTEMAS PARA TRATAMIENTO SÉPTICOC.1 Inspección y limpieza
Para garantizar el adecuado funcionamiento de la fosa séptica se recomienda realizar una inspección visual del contenido de la misma cuando menos cada seis meses, asimismo se limpie antes que se acumule demasiado material flotante que pudiera obstruir las tuberías de entrada o de salida y que los lodos acumulados en el fondo de la unidad sean retirados por lo menos cada doce meses.
C.2 Mantenimiento
Para el mantenimiento adecuado de la fosa séptica se recomienda que:
- Para hacer la inspección o la limpieza, al abrir el registro evitar respirar los gases del interior y esperar 30 minutos hasta tener la seguridad de que la fosa se ha ventilado adecuadamente, pues los gases que se acumulan en ella pueden causar explosiones o asfixia. Nunca se usen cerillos o antorchas para inspeccionarla.
- La limpieza se efectúe por medio de un cubo provisto de un mango largo, o por medio de un camión-tanque equipado con una bomba para extracción de lodos (en este caso se debe prever que la fosa esté ubicada en un lugar tal que se permita el acceso al camión-tanque). Es conveniente no extraer todos los lodos, sino dejar una pequeña cantidad (10% aproximadamente) que servirá de inoculo para las futuras aguas residuales.
- No se lave ni desinfecte después de haber extraído los lodos. La adición de desinfectantes u otras sustancias químicas perjudican su funcionamiento, por lo que no se recomienda su empleo.
- Los lodos extraídos sean rociados con cal para su manejo, transportación y ser dispuestos adecuadamente, (enterrar en zanjas de unos 0,60 m de profundidad).
- La instalación para la disposición del efluente (zanjas de infiltración, filtros subterráneos de arena o pozos de absorción) se inspeccionen periódicamente, pues con el tiempo se irán depositando materias sólidas que tienden a obturar los huecos del material filtrante, con lo que el medio oxidante comenzará a trabajar mal y en ese caso habrá de cambiar el material filtrante o construir nuevas zanjas.
- Las personas encargadas del mantenimiento y conservación de las fosas sépticas usen guantes, botas de hule y tapabocas.
- Las fosas sépticas que se abandonen o clausuren, se rellenen con tierra o piedra.
FIGURAS
FIGURA 1. SISTEMA DE TRATAMIENTO "FOSA SÉPTICA"
(figura ilustrativa)
FIGURA 2. FOSA SÉPTICA PREFABRICADA
(figura ilustrativa)
a) Vista frontal
b) Vista en planta
FIGURA 3. COLOCACIÓN DE FOSA SÉPTICA VERTICAL SOBRE POLINES DE MADERA
(figura ilustrativa)
FIGURA 4. COLOCACIÓN DE FOSA SÉPTICA HORIZONTAL SOBRE LECHO DE ARENA
(figura ilustrativa)
FIGURA 5. BASE PARA FOSA SÉPTICA VERTICAL
(figura ilustrativa)
FIGURA 6. BASE PARA FOSA SÉPTICA HORIZONTAL
(figura ilustrativa)
FIGURA 7. ZANJAS DE INFILTRACIÓN
(figura ilustrativa)
FIGURA 8. FILTROS SUBTERRÁNEOS DE ARENA
(figura ilustrativa)
FIGURA 9. POZO DE ABSORCIÓN
(figura ilustrativa)BIBLIOGRAFÍAFosas Sépticas, métodos de tratamiento para pequeños volúmenes de aguas negras domésticas, Secretaría de Recursos Hidráulicos, Jefatura de agua potable y alcantarillado, México, D. F., 1960.
AS 1546-1990, Standards Australia, "Australian Standard Small Septic Tanks", Fourth Edition, Australia, 1990.
CAN/CSA-B66-M90, Canadian Standards Association, "Prefabricated Septic Tanks and Sewage Holding Tanks", Canada, 1990.
METCALF & EDDY, "Wastewater Engineering, treatment, disposal reuse", Third Edition, McGraw-Hill International Editions, Civil Engineering Series, USA, 1991.
LARRY W. CANTER & ROBERT G. KNOX, "Septic tank system effects on ground water quality", Lewis Publishers, Inc., USA, 1985.
MINISTÈRE DE L’ENVIRONNEMENT, Cahiers Techniques de la Direction de la prévention des pollutions, "Assainissement individuel", France, 1981.
DEPARTMENT OF HEALTH, Education and Welfare, "Manual of septic - tank practice", USA, 1959.
Chinesse National Standard, Classified No. k3086, No. General 11658, "Construction Parts of Glassfiber Reinforced Plastic Septic Tank", China, 1986.
Norma Oficial Mexicana NOM-008-SCFI-1993 "Sistema general de unidades de medida", Secretaría de Comercio y Fomento Industrial, México, 1993.
Norma Oficial Mexicana NOM-050-SCFI-1994 "Información comercial. Disposiciones generales para productos", Secretaría de Comercio y Fomento Industrial, México, 1994.
Trabajo 4 - Las Aguas Freáticas en la Construcción
ÍNDICE
Definición de aguas freáticas --- Reconocimiento de aguas freáticas
Congelamiento de Aguas en el Suelo --- Efectos del congelamiento --- Soluciones al problema
Capilaridad de Aguas Freáticas --- Problemas de Capilaridad en la construcción
Contracción de suelos finos por efecto de la capilaridad --- Muros de retención y el nivel freático
Taludes y el Nivel Freático --- El nivel freático en excavaciones
Definición de Aguas Freáticas
Cuando tenemos una masa de suelo, esta estará constituida por una parte de material sólido, otra parte por líquidos, y otra parte por gases. Pero si empezamos a bajar de la superficie de la tierra, empezamos a ver que cada vez va a ver mayor contenido de agua, hasta el punto que el contenido de aire es totalmente ocupado por el agua, en este punto donde hallamos solo parte sólida, y parte de agua, la llamamos Nivel Freatico.
Las aguas Freáticas, son entonces las aguas que encontramos cuando el suelo esta saturado, y están por debajo de este nivel freático.
Este nivel freático es muy variable, y encontramos que en el verano, cuando el calor se hace más intenso, el nivel freático baja, por el proceso de evaporación que genera el calor en el verano. Así también encontramos que el nivel freatico en el tiempo de lluvia, sube, y puede llegar hasta muy altos niveles, es decir a muy poca profundidad, el sitio donde empiezan las aguas freáticas, pudiendo ser un factor importante en la construcción, al modificar los suelos en los que construimos.
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