vvEFA
DESCRIPCION
United States
Environmental Protection
Agency
Office of Water
Washington, D.C.
EPA832-F-00-038
Septiembre de 2000
Folleto informativo de
sistemas descentralizados
Alcantarillado por gravedad de
diametro reducido
Los sistemas alternatives de recoleccion de agua
residual han sido utilizados a menudo en
situaciones en las cuales los sistemas
convencionales de alcantarillado no son viables.
El uso de alcantarillados convencionales es, en
general, deseable por cuanto su desempefio esta
bien documentado. Sin embargo, en areas con
colinas o terrenos pianos el uso esos sistemas
puede requerir excavaciones profundas que
aumentarian en forma significativa el costo de
un sistema convencional de recoleccion del agua
residual.
Sistema convencional de alcantarillado
Los sistemas convencionales de alcantarillado
son el metodo mas popular para la recoleccion y
conduction de las aguas residuales. Las
tuberias son instaladas en pendiente,
permitiendo que se establezca un flujo por
gravedad desde las viviendas hasta la instalacion
de tratamiento. Las tuberias se dimensionan y
disefian con una configuration linear y
gradientes uniformes para mantener una
velocidad que de como resultado una auto-
limpieza. Los pozos de visita se instalan entre
dos tramos rectos de tuberia para asegurar que
se tenga un facil acceso a cualquier obstruction.
Las tuberias son generalmente de un diametro
igual a 8 pulgadas o mayor, y normalmente se
instalan a una profundidad minima de 3 pies, y
maxima de 25 pies. Los pozos se instalan a
intervalos no mayores a 400 pies, o en donde se
producen cambios en el angulo de la pendiente.
Sistemas alternos de alcantarillado
En los lugares donde existe una preocupacion
por la necesidad de hacer excavaciones
profundas, puede ser ventajoso el uso de
sistemas alternos de alcantarillado. Estos
sistemas generalmente usan tuberias que son de
menor diametro y de poca pendiente, o que se
ajustan al contorno del terreno, con lo cual se
reduce la cantidad de excavation y los costos de
construction. Esto se ilustra en la Figura 1, la
cual muestra un colector con gradiente de
inflexion (cuyo contorno se ajusta a la forma del
terreno). Mientras que el nivel inicial del
colector este a una mayor elevation que la
plantilla final del mismo, el flujo por el sistema
continua en la direction seleccionada. Los
sistemas alternos pueden ser deseables en areas
en donde el elevado nivel freatico permitiria la
percolation del agua subterranea al colector,
aumentando la cantidad de agua residual a ser
tratada. El uso sistemas alternos de
alcantarillado puede ser ventajoso en areas en
-------
donde el uso de sistemas de tratamiento en el
punto de generation de los residues sea
inapropiado o muy costoso debido al tamafio
reducido del lote, las condiciones inadecuadas
del suelo u otras limitaciones.
Este folleto informativo discute los
alcantarillados de flujo por gravedad de
diametro reducido (AGDR).
Alcantarillados de flujo por gravedad de
diametro reducido
Los AGDR conducen el efluente por gravedad
desde un tanque de interception (o un tanque
septico) a un punto centralizado de tratamiento,
o a una estacion de bombeo para su
transferencia a otro sistema de recoleccion o a
una instalacion de tratamiento. La Figura 1
muestra un sistema AGDR tipico.
NOTRATADA
TUBERIA
DEL
EDIFICIO
GRADIENTS DE
INFLEXION
EFLUENTE
La mayoria de los solidos del agua residual son
removidos por los tanques septicos, lo cual
reduce el potential de obstruction del sistema y
permite que se usen tuberias de diametro menor,
tanto en las tuberias laterales aguas abajo de los
tanques septicos como en los colectores
principales. Dispositivos de acceso para la
limpieza son instalados para permitir el lavado
con agua a presion; raras veces se usan los
pozos de visita. Las tuberias verticales de
aireacion son requeridas en, o cerca de, los
puntos elevados del perfil del colector. El
control de olores es importante en todos los
puntos de acceso porque los AGDR transportan
residues malolientes provenientes de los tanques
septicos. Debido al uso de diametros pequefios
y la flexibilidad de alineacion y pendiente de los
AGDR, normalmente los volumenes de
excavation son mucho menores que en el caso
de los alcantarillados convencionales. Los
diametros de tuberia pueden ser de un minimo
de 3 pulgadas. Generalmente se usa tuberia
plastica por ser economica para diametros
reducidos y resistir la corrosion.
APLICABILIDAD
• Se han fmanciado aproximadamente unos
250 sistemas AGDR en los Estados Unidos
mediante el programa de la EPA de Fondos
para la Construction. Muchos mas han sido
fmanciados a nivel local o con capital
privado. Estos sistemas fueron introducidos
a los Estados Unidos en la decada de 1970,
pero en Australia han sido utilizados desde
la decada de 1960.
Fuente: U.S. EPA, 1991.
FIGURA 1 SISTEMA DE AGDR
Los sistemas AGDR son mas eficientes en
cuanto al costo cuando la densidad de las
viviendas es reducida, el terreno presenta
ondulaciones de magnitud moderada, y la
elevation final del sistema es menor a la de
toda, o casi toda, el area de servicio. Los
-------
sistemas tambien pueden ser efectivos en
donde el terreno es demasiado piano para
instalar alcantarillados convencionales sin
que se requieran excavaciones profundas, en
donde el suelo es rocoso o inestable, o en
donde el nivel freatico es elevado.
Los sistemas AGDR no tienen la capacidad
excesivamente grande que tienen los
alcantarillados convencionales, y por esto
deben disefiarse con la capacidad de
expansion suficiente para el crecimiento
future.
convencionales, con lo cual se reduce el
costo de las tuberias y la excavacion.
Las necesidades de tratamiento final se
reducen en lo relacionado a la carga
contaminante porque parte de la remocion
ocurre en los tanques septicos.
La reduccion en profundidad de los
colectores principales reduce los costos de
construccion cuando se presenta un nivel
freatico elevado o terrenos rocosos.
Desventajas
VENTAJAS Y DESVENTAJAS
Ventajas
• La construccion es rapida, requiriendose
menos tiempo para prestar el servicio.
• Personal no especializado puede operar y
mantener el si sterna.
• El eliminar los pozos de visita reduce las
fuentes de afluencia pluvial, lo cual reduce
aun mas el tamafio de las tuberias, las
estaciones de bombeo y el tratamiento final,
y en definitiva da como resultado un menor
costo.
• Reduccion del costo de excavacion: las
zanjas para las tuberias de AGDR
generalmente son mas estrechas y de menor
profundidad que las de un alcantarillado
convene! onal.
• Reduccion del costo de materiales: las
tuberias del sistema AGDR son de menor
tamafio que las de alcantarillados
Si bien no es necesariamente una desventaja, la
experiencia limitada que se tiene con la
tecnologia AGDR ha llevado a que en algunas
situaciones los sistemas no hayan tenido un
desempefio apropiado.
Si bien no tienen grandes desventajas
especificamente para los climas templados,
algunas restricciones pueden limitar su
aplicacion:
Los sistemas AGDR no pueden manejar
agua residual de tipo comercial que tenga un
alto contenido de arenisca o solidos
sedimentables. Los restaurantes pueden ser
conectados si estan equipados con trampas
de grasa eficientes. Las lavanderias pueden
ser un factor que limita el uso de AGDR en
pequefias comunidades. No se cuenta con
reportes de sistemas AGDR que hayan sido
utilizados como una option de recoleccion
del agua residual comercial.
Ademas de la corrosion dentro de la tuberia
por el agua residual, la corrosion externa ha
sido un problema en algunos sistemas de
AGDR en los Estados Unidos cuando las
-------
tuberias han sido instaladas en suelos
altamente corrosives. Si las tuberias van a
estar expuestas a este tipo de suelos, se debe
incorporar en el disefio el uso de materiales
no corrosives.
• El disponer de residue de los tanques
septicos es quizas el aspecto mas complejo
del si sterna AGDR y debe ser
responsabilidad de las autoridades
municipales. Sin embargo, muchos tanques
estan instalados en propiedad privada por lo
cual se requiere que la municipalidad
obtenga los derechos de paso necesarios
para tener acceso al si sterna. La
contratacion para llevar a cabo esas
funciones es posible, en la medida que la
autoridad municipal retenga el poder de
imponer los controles sanitarios requeridos.
• Los olores son el problema mas comun.
Muchos de los sistemas que fueron
utilizados inicialmente usaban tanques de
"balance" en el punto de generation del
residue, los cuales promovian el que el
sulfuro de hidrogeno fuera liberado del
efluente del tanque septico interceptor a la
atmosfera. Otros problemas de olores eran
causados por sistemas inadecuados de
ventilacion de las viviendas, y por pozos de
acceso o estructuras de ventilacion del
colector principal. Un disefio apropiado de
ingenieria puede controlar los problemas de
olor.
• Los SGDR deben estar enterrados a
suficiente profundidad para evitar la
congelacion. La necesidad de excavation
puede ser muy significativa en areas en
donde la capa de congelacion del suelo es
profunda.
CRITERIOS DE DISENO
Los caudales maximos se basan en la formula
Q=20 + 0.5D, en donde Q es el caudal (en
galones por minuto), y D es el numero de
viviendas a las cuales el sistema da servicio
(EPA 1992). De ser posible, el uso de aforados
de caudal es deseable para el disefio. Sin
embargo, si esta information no esta disponible,
los caudales maximos deben ser calculados.
Cada segmento de la tuberia es analizado
mediante las ecuaciones de Hazen-Williams o
de Manning para determinar si la tuberia es de
tamafio y pendiente adecuados para manejar el
caudal maximo de disefio. No se requiere una
velocidad minima; tuberias de PVC (tipo SDR
35) son comunmente usadas para los segmentos
de flujo por gravedad. Tuberias mas fuertes
(por ejemplo, tipo SDR 21) pueden ser
necesarias cuando el sistema es abastecido por
unidades de bombeo del efluente del tanque
septico (BETS). Valvulas de retention pueden
ser usadas tambien en secciones inundadas, o en
donde se presenta represamiento causado por el
colector principal (sobrecarga hidraulica). Estas
valvulas se instalan aguas abajo de los
dispositivos de acceso para la limpieza del
colector principal.
Los diametros tipicos para los AGDR son de 8
cm (3 pulgadas) o mayores, pero el tamafio
minimo recomendado de la tuberia es de 10.16
cm (4 pulgadas) ya que las tuberias de 8 cm (3
pulgadas) no se consiguen facilmente y tienen
que ser encargadas sobre pedido. La pendiente
de la tuberia debe ser adecuada para conducir el
caudal maximo por hora. Los sistemas de
AGDR no necesitan cumplir con una velocidad
minima por lo que la sedimentation de los
solidos no es un parametro de disefio. La
profundidad de la tuberia debe ser la minima
necesaria para prevenir el dafio que podria
ocurrir por las cargas por movilizacion de tierra
y de vehiculos, y por la congelacion. La
profundidad tipica cuando no se esperan una
carga alta por movilizacion de tierra o de
camiones, es de 60 a 75 cm (24 a 30 pulgadas).
-------
Todos los componentes deben ser a prueba de
corrosion, y todas las descargas (por ejemplo a
un colector convencional de interception o a
una instalacion de tratamiento) deben hacerse a
traves de tuberias de caida por debajo del nivel
del liquido con el fin de reducir al minimo los
olores. El sistema se ventila a traves de tuberias
de aireacion en las lineas de servicio a las
viviendas. Las otras aberturas a la atmosfera se
deben dirigir a un lecho de tierra para el control
de los olores, a menos que esten distantes de
zonas pobladas.
Las dimensiones de los tanques septicos
generalmente se seleccionan con base en los
codigos locales de plomeria. Las unidades
BETS que se utilizan para servicio debajo del
nivel del terreno se describen en el Folleto
informativo de tuberias a presion. Es esencial
que se asegure la elimination de la infiltration y
afluencia (I/I) en los lotes mediante la
evaluation de las tuberias de las edificaciones y
la reparation adecuada, de ser necesaria, y
mediante pruebas que se realicen previamente a
la instalacion de los tanques septicos.
Los dispositivos de acceso para la limpieza del
colector principal generalmente estan ubicados a
intervalos de 120 a 300 m (400 a 1,000 pies). El
tratamiento es normalmente por pozas de
estabilizacion o por infiltration al subsuelo. El
efluente tambien puede ser transferido a una
estacion de bombeo o a una instalacion de
tratamiento.
Un tanque septico que este bien operado y
mantenido normalmente remueve hasta el 50
por ciento de la DBOs, el 75 por ciento de los
solidos suspendidos, virtualmente toda la
arenisca, y cerca del 90 por ciento de las grasas.
Normalmente los bloqueos del sistema no son
un problema. Ademas, el agua residual que
llega a la planta de tratamiento tiene una mayor
dilution que el agua residual cruda. Los valores
tipicos de la DBO y los SST son de 110 mg/1 y
50 mg/1, respectivamente.
La sedimentation primaria no se requiere para
el tratamiento del efluente de tanques septicos.
Los filtros de arena son efectivos en el
tratamiento. El efluente responde bien al
tratamiento aerobico, pero en la cabecera de la
planta de tratamiento se debe prestar atencion
adicional al control de olores.
DESEMPENO
Point Royal Estates, Texas
Point Royal Estates es una subdivision urbana
de 80 residencias que fue desarrollada a
principios de la decada de 1970 cerca del lago
Ray Hubbard en el sector noroccidental del
Condado de Rockwall en Texas. Por muchos
afios las fallas de los tanques septicos y los
campos de drenaje fueron un gran inconveniente
para los residentes de Royal Point Estates, que
eventualmente ocasiono la baja en el valor de
las propiedades.
Originalmente cada vivienda tenia dos tanques
septicos de 250 galones de capacidad, y las
tuberias del campo de absorcion al suelo, de
flujo por gravedad, pasaban por los patios. Los
sistemas empezaron a fallar en forma rutinaria,
debido en gran parte a problemas de infiltration
por ya que los suelos eran principalmente
arcillas de alta compactacion. Muchos
residentes hacian el bombeo de los tanques dos
veces al afio, pero aun asi se reportaban fallas
del sistema. Algunos residentes decidieron
arrendar inodoros quimicos portatiles ("port-a-
potties"). En 1990, la ciudad de Rowlett
conformo un Distrito de Mejoras Publicas para
instalar un sistema convencional de
alcantarillado en Point Royal Estates. Las
estimaciones finales de costo de este proyecto
fueron de aproximadamente $10,000 por
vivienda. Estos costos altos llevaron a la ciudad
a explorar otras alternativas.
-------
En 1993, se formo la corporation Point Royal
Water and Sewage Supply Corporation
(PRWSSC) para evaluar las alternativas para el
sistema de recoleccion del agua residual.
Despues de una serie de reuniones publicas se
hizo evidente que la mejor option para la
subdivision podria ser un alcantarillado de
diametro reducido. La estimation final de costo
del sistema AGDR fue de aproximadamente
$3,500 por vivienda. El sistema consistio de
tanques de interception con una capacidad
desde 1,000 a 2,000 gal ones, instalados en cada
vivienda. Los tanques fueron instalados con
deflectores y tuberias de disefio Clemson para
prevenir la acumulacion de los solidos, y para
reducir la cantidad de lodos enviados aguas
abajo a las tuberias del sistema. Las viviendas
fueron conectadas a los tanques interceptores
con tuberias de PVC de 4 pulgadas instaladas
con una pendiente del 2 por ciento. El efluente
era llevado por gravedad de los tanques
interceptores al colector del AGDR usando
tuberias de 2 pulgadas. Valvulas y accesos de
limpieza de facil manejo y mantenimiento
fueron instaladas en la mayoria de las viviendas.
Los tanques septicos existentes fueron
abandonados y destruidos, en la medida en que
era practice.
La compafiia Oxytec, Inc. fue la contratista
general de la instalacion, la cual se inicio en
abril de 1994. Las inspecciones finales se
llevaron a cabo en julio de 1995; desde esa
fecha no se han reportado problemas
operacionales.
OPERACION Y MANTENIMIENTO
Los requisites de operation y mantenimiento
(O/M) de los sistemas AGDR son generalmente
simples, especialmente si no existen unidades
BETS o estaciones de bombeo. El lavado de los
segmentos de colectores principales de baja
velocidad mediante la descarga de agua puede
ser requerido. Se debe hacer el bombeo de los
tanques septicos para prevenir que los solidos
entren a los colectores principales. Se
recomienda hacer el bombeo cada 3 a 5 afios.
Sin embargo, la experiencia actual con sistemas
AGDR sefiala que una periodicidad de una vez
cada 7 a 10 afios es adecuada. Cuando se
utilizan estaciones de bombeo, como es el caso
de areas de baja elevation en donde se
recolectan residues de fuentes multiples, las
inspecciones deben hacerse en forma diaria o
semanal. Se debe mantener un registro de todos
chequeos realizados, el mantenimiento llevado a
cabo, y los reportes de inspecciones por mal
funcionamiento del sistema. El aforo regular
del caudal es util para evaluar si se estan
desarrollando problemas de infiltration y
afluencia.
La municipalidad u organization operadora
debe ser responsable de la O/M de todos los
componentes del AGDR para asegurar un alto
grado de confiabilidad. Se necesitan acuerdos
generates de derecho de paso para permitir el
acceso a los componentes del sistema tales
como los tanques septicos o unidades BETS
ubicados en propiedad privada.
COSTOS
Los costos de los principales colectores, lineas
laterales y tanques de interception, ya
instalados, representan mas del 50 por ciento del
valor total de la construction (vease el listado
detallado del costo de los componentes en la
Tabla 1). El costo promedio de 12 proyectos, en
valores ajustados a enero de 1991, fue de
$3.71/m ($12.19/pie) para colectores principales
de 10 cm (4 pulgadas), $290 por cada
dispositivo de acceso para la limpieza, y
$2.76/m ($9.08/pie) por cada conexion de
servicio al usuario. Un listado mas detallado de
esta information se presenta en la Tabla 1. El
costo promedio de los tanques septicos, no
incluido en la Tabla 1, era de $1,535 para
-------
unidades con una capacidad de 3,785 L (1,000
galones). El promedio por conexion era de
$5,353 (valor ajustado a enero de 1991), y los
may ores requisites de O/M para los sistemas
AGDR eran los de bombeo de los tanques.
Otras actividades de O/M incluyen la reparacion
de dafios a las tuberias de flujo por gravedad
causados por excavaciones, la supervision de
nuevas conexiones, y la inspection y reparacion
de los componentes mecanicos y las estaciones
de bombeo. La mayoria de los usuarios de los
sistemas AGDR pagan mensualmente de $10 a
$20 por gastos de manejo del sistema, los cuales
incluyen los costos de O/M y los
administrativos.
TABLA 1 COSTO DE LOS COMPONENTES DE ALCANTARILLADOS DE FLUJO POR
GRAVEDAD DE DlAMETRO REDUCIDO
Comunidad
(Indice de
costo)
Westboro,
Wisconsin
Badger,
South Dakota
Avery,
Idaho
Maplewood,
Wisconsin
S. Corning,
New York #1
S. Corning,
New York #2
New Castle,
Virginia
Miranda,
California
Gardiner,
New York
Lafayette,
Tennessee
West Point,
California
Zanesville,
Ohio
Promedio
ajustado
Tuberfa
insta-
lada
5.27
2.67
8.57
17.30
13.36
15.11
9.89
24.36
15.07
6.90
7.26
8.09
15.10
Pozo
de
visita
0.60
1.93
0.60
0.44
0.44
0.72
2.40
1.61
1.47
0.64
-
0.18
1.42
Acceso
para
limpieza
-
-
0.25
0.62
0.48
0.32
0.78
1.60
0.37
0.14
0.35
1.05
0.79
Estacion
de
bombeo
1.65
3.23
5.11
10.72
-
-
2.88
-
0.78
1.26
2.22
-
4.95
Tuberfa
de
Impulsion
0.55
0.39
1.64
2.92
-
-
2.60
0.17
0.50
0.37
1.56
-
1.66
Tuberfa
de
edificio
0.76
0.03
-
-
1.62
2.51
-
4.94
0.72
0.11
-
9.46
3.22
Conexion
de
servicio
a
2.59
0.69
2.79
7.72
11.87
b
7.44
2.50
4.19
6.00
8.71
7.13
Rehabi-
litacion
del sitio
0.75
b
b
1.29
3.08
2.11
b
0.53
0.77
b
-
1.12
2.12
Total
13.03
15.61
43.39
45.85
43.63
50.87
30.58
69.33
30.84
16.29
38.64
46.65
57.89
-------
Management Systems. WCB McGraw-Hill,
Inc. Boston, Massachusetts.
4. H&R Environmental Consultants, 1998.
Assessing Wastewater Options for Small
Communities, The National Environmental
Training Center for Small Communities,
West Virginia University, Morgantown,
West Virginia.
5. Insights, Volume 4, Number 3: Summer
1995, Subdivision Residents Near Dallas
Choose Small Diameter Sewer to Remedy
On-Site Wastewater Problems.
6. U.S. Environmental Protection Agency.
October 1991. Manual: Alternative
Wastewater Collection Systems. EPA Office
of Water. EPA Office of Research &
Development. Washington, DC. EPA 625/1-
91/024.
Otros folletos informativos de la EPA se pueden
obtener en el siguiente sitio de Internet:
http ://www. epa. gov/owmitnet/mtb fact, htm
1. Barrett, Michael E. and J. F. Malina, Jr.
September, 1991. Technical Summary of
Appropriate Technologies for Small
Community Wastewater Treatment Systems,
University of Texas at Austin.
2. Technical Report #40 1998, Appropriate
Technology for Sewage Pollution Control in
the Wider Caribbean Region, Caribbean
Environment Programme, United Nations
Environment Programme, CEP.
3. Crites, R. and G. Tchobanoglous. 1998.
Small and Decentralized Wastewater
1. U.S. Environmental Protection Agency.
September 1992. Design Manual:
Wastewater Treatment and Disposal for
Small Communities, EPA Office of Water.
EPA Office of Research & Development.
Cincinnati, Ohio. EPA 625/R-92/005.
8. U.S. Environmental Protection Agency.
1980. Design Manual: Onsite Wastewater
Treatment and Disposal Systems. EPA
Office of Water. EPA Office of Research &
Development. Cincinnati, Ohio. EPA 625/1-
80/012.
9. U.S. Environmental Protection Agency.
September 1992. Summary Report, Small
Community Water and Wastewater
Treatment, EPA Office of Water. EPA
Office of Research & Development.
Cincinnati, Ohio. EPA 625/R-92/010.
-------
10. U.S. Environmental Protection Agency.
September 1987. Case Study Number 18,
Dexter, Oregon: Minimum Grade Effluent
Sewers. James S. Gidley, Assistant
Professor, Civil Engineering.
11. Small Community Wastewater Collection
Systems, Publication Number 448-405, July
1996, Virginia Cooperative Extension.
INFORMACION ADICIONAL
Illinois Rural Community Assistance
Program
Illinois Community Action Association
P.O. Box 1090
Springfield, IL 62705
Lamac Engineering Company
John Acree
323 West Third Street
P.O. Box 160
Mt. Carmel, IL 62863
Oxytec Environmental Group, Inc.
Bill Tenison
P.O. Box 2220
McKinney, TX 75070
David Venhuizen, P.E.
5803 Gateshead Drive
Austin, TX 78745
Walker Baker & Associates, Ltd.
Bill Walker
102 North Gum Street
Harrisburg, IL 62946
La mention de marcas o de productos
comerciales no significa que la Agencia de
Protection Ambiental de los Estados Unidos
apruebe o recomiende su uso.
Para mayor information, contactarse con:
Municipal Technology Branch
U.S. EPA
Mail Code 4204
1200 Pennsylvania Avenue, NW
Washington, D.C. 20460
sMTB
Excelence Ih compiance through opmial technical solutions
MUNICIPAL TECHNOLOGY BRANCH
------- |