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UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR

FACULTAD DE INGENIERÍA CIENCIAS FÍSICAS Y MATEMÁTICA ESCUELA DE INGENIERÍA CIVIL

Saneamiento Ambiental DISEÑO DE UN SISTEMA DE FOSA SÉPTICA PROFESOR: ING. JOSÉ ARAUJO PINO TRABAJO DEL 2DO. HEMISEMESTRE Grupo No.16 NOMBRE: HINOSTROZA GUALOTO JENNYFER N. CUSRO: 5TO. PARALELO: 3RO.

FECHA DE ENTRADA: MIERCOLES. 11 DE JULIO DEL 2012

MARZO- AGOSTO DEL 2012

INTRODUCCIÓN: Diseño de fosa séptica Las fosas sépticas se utilizan por lo común para el tratamiento de las aguas residuales de familias que habitan en localidades que no cuentan con servicio de alcantarillado o que la conexión al sistema de alcantarillado les resulta costosa por su lejanía. El uso de tanques sépticos se permite en localidades rurales urbanas y urbanomarginales. Para evacuar las aguas residuales de tipo doméstico 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 es una opción para resolver los problemas antes mencionados que pueden utilizarse en los ámbitos urbano y rural. Considerando que la función que efectúa una fosa séptica es exactamente la misma que realiza una planta de tratamiento de aguas negras es recomendable utilizar la segunda opción de éstas evitando con ello un costo innecesario para el proyecto. El uso de la fosa séptica será necesario cuando existan problemas para la evacuación (estancamiento) de las aguas residuales pero por la topografía del lugar en donde se llevará a cabo la construcción se descarta la posibilidad de su uso. Uno de los principales objetivos del diseño de la fosa séptica es crear dentro de esta una situación de estabilidad hidráulica que permita la sedimentación por gravedad de las partículas pesadas. El trabajo adjunto de investigación trae consigo todo acerca de lo que se requiere saber del diseño de una fosa séptica en las cuales se han pretendido saber sus parámetros necesarios, Construcción, Funcionamiento. etc. y sobre todo y lo más importante en nuestra carrera saber diseñar de acuerdo al levantamiento topográfico y datos adjuntos indicados.

OBJETIVOS: OBJETIVO GENERAL: -

Determinar mediante una profunda investigación el diseño e implantación de una fosa séptica de una escuela de acuerdo al levantamiento topográfico y datos adjuntos en el proyecto.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS: -

Realizar el estudio correspondiente de la topografía del terreno y poder

-

determinar el tratamiento adecuado para el diseño de un sistema de Fosa Séptica. Prever las dimensiones adecuadas para las diferentes unidades correspondientes de la Fosa Séptica de tal manera sean aptas para el diseño.

Generalidades: La fosa séptica son tanques prefabricados que permiten la sedimentación y la eliminación de flotantes actuando también como digestores anaerobios. El origen de la fosa séptica se remonta al año 1860 gracias a los primeros trabajos de Jean-Louis Mourais. Su aplicación esta muy extendida por todo el mundo y hoy en día se fabrica principalmente con Resinas de Poliester Reforzados de Fibra de Vidrio. Se diseñan fosas sépticas para eliminar las aguas negras.

DEFINICION: La fosa séptica es un recipiente hermético diseñado y construido para recibir las aguas de desecho de una casa separar los sólidos de los líquidos suministrar una digestión limitada a la materia orgánica retenida almacenar los sólidos y permitir que el líquido clarificado sea descargado para su posterior tratamiento y disposición.1

UNIDADES DE LA FOSAS SÉPTICAS 1

Collado L., R. 1992. Quintal Franco, C.A. 1992.

1. Trampa de grasas: Donde se retienen los aceites y grasas que provienen de la preparación de comidas y otros. 2. Tanque séptico: Donde se retienen y estabilizan los sólidos y la materia fecal. El tanque séptico debe cumplir con 3 funciones principales: a) Eliminación de sólidos b) Tratamiento biológico c) Almacenamiento de lodos y natas. 3. Cajas de repartición: Donde el líquido sobrenadante es distribuido al sistema de percolación. 4. Sistema de percolación: Pueden ser zanjas de infiltración. pozos de percolación u otros. que permitan una rápida infiltración del líquido en el terreno.. Normas generales. 1. Para evitar todo tipo de contaminación bacteriana. la distancia que debe existir entre el pozo de absorción y el suministro de agua o de de la vivienda debe ser como mínimo 15 metros. 2.

Para evitar la contaminación química. la distancia entre un pozo de absorción y uno de agua potable no debe ser menor de 45 metros. por lo menos de los cimientos de las viviendas.

3. En los suelos homogéneos la posibilidad de que se contaminen las aguas subterráneas es completamente nula. si el fondo del pozo está a más de 3 metros por encima de la capa de aguas freáticas.

4. Es importante instalar el pozo de absorción a un nivel más bajo que un pozo de agua. o al menos a la misma altura. y evitar si ello es posible. instalarlo directamente encima 5. El pozo deberá instalarse de preferencia en terreno seco y por encima del nivel de las inundaciones 6. Los alrededores inmediatos del pozo deben estar limpios de toda vegetación. así como de toda clase de desechos y escombros. VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LAS FOSAS SÉPTICAS. VENTAJAS DE LA FOSA SÉPTICA Es un método simple. seguro. conveniente y satisfactorio para la disposición de aguas residuales. El mantenimiento es sencillo. al igual que su construcción; el costo es relativamente económico y ofrece la seguridad de un buen tratamiento. Lo mejor de este sistema. es que los desechos de orina y excretas. agua de lavado. aguas negras y cocina. se pueden introducir a la fosa séptica. Esta retendrá en su interior estos desechos hasta transformar el agua negra en agua de color gris. la cual pasa directamente al manto freático y lo más importante. contamina menos que defecar al aire libre. El sistema séptico convencional que fluye por gravedad es usualmente el sistema más económico de instalar y operar para el desecho de las aguas negras producidas en la casa. DESVENTAJAS DE LA FOSA SÉPTICA Los sistemas sépticos convencionales por gravedad no pueden ser instalados en suelos arcillosos. Suelos con subsuelo somero. Suelos rocosos. Suelos que llegan a saturarse de agua durante los periodos lluviosos del año. ni en suelos con un nivel hidrostático alto. Se debe mantener una separación de los pies entre el fondo del sistema de distribución y los suelos saturados o suelo restrictivos como los arcillosos o rocosos.

USO Y MANTENIMIENTO DE LA FOSA SÉPTICA

La fosa séptica requiere de muy poco mantenimiento. de hecho. este es mínimo. ya que consiste en efectuar una inspección anual para determinar el nivel de lodos dentro del tanque así como la remoción de los mismos cuando sea necesario. Una fosa séptica adecuadamente diseñada y buen mantenimiento puede tener un periodo de duración de hasta 50 años. lo cual. desde el punto de vista de la inversión. resulta bastante atractivo

Esquema:

Antecedentes:

El diseño está basado mediante los siguientes datos y levantamiento topográfico adjuntos los cuales nos ayudara de determinar todos y cada una de las unidades respectivas de la fosa séptica: a) Levantamiento topográfico:

b) PERFIL DEL TERRENO:

c) Planificación del diseño:

Ésta contempla lo relacionado con la distribución y tamaño del terreno que tiene proyecto de vivienda y es de 94 m. Para ello. es necesario analizar y considerar los diferentes requerimientos establecidos para tal efecto. COMPLEJO DE VIVIENDA TRAMPA DE GRASAS CAPACIDAD POBLACIÓN NO DE DORMITORIOS NETA

DE DISEÑO

14 24 TANQUE SÉPTICO DMF

%AS

210 ALTURA

83 DESDE

POR VIVIENDA 3

CIRCULAR

PERIODO

LODO

DE

EL

SECCIÓN *

SECCIÓN * ACUMULADO

RETENCIÓN LTS/HAB 15 CIRCULAR 41 FONDO AL CDQ

EFLUENTE ** A CRITERIO DE DISEÑADOR PRUEBAS DE INFILTRACIÓN TPP (MIN.) 2.5 cm 5.0 cm 44 99 TRATAMIENTO SECUNDARIO A CRITERIO DE DISEÑADOR

d) Descripción del diseño: El diseño empieza en la cota denotada por 2608.00 de la última Caja de Revisión con una profundidad de 1.25 m de la vivienda en los cuales estará conformada en base a lo siguiente: TRAMPA DE GRASAS: Bases de diseño a emplearse: Parámetros:  Capacidad neta: QAG = 10lts/hab  Capacidad de trampa de grasas: 10lts/hab  Población de diseño: 480 hab.  Profundidad de la última caja de revisión: 1.25 m  Sección*: Cuadrada  Cálculo del volumen de la trampa de grasas

VTG = L*A*H (1) VTG = Pd* Cap. Neta VTG = 480 Hab* 10 Lts/Hab. VTG = 4800 Lts VTG = 4.8m3 Donde:

Reemplazando en (1) 4.8 = L*A*H Si L = A H = 0.90 m (valor recomendado) ∴ 4.8 = A2 * (0.90) A= 2.31 m ∴ Volumen total: VT = VTG + (L*A*h) VT = 4.8m3 ((2.31)2 m2 *0.67 m) VT = 8.37 m3  Cálculo de cota de salida: Cota de salida= 2608.00 m – 1.25 m Cota de salida= 2606.75 m

Nota: la altura de 0.90 m esta asumida depende del diseñador ya que esta varia de 0.90 a 1.00 m Esquema:

Diseño:

TANQUE SÉPTICO Bases de diseño a emplearse: Parámetros:       

Dotación de Agua Potable (DMF) = 45 Lts/Hab/Día % Agua Servidas (%AS) = 85 % Periodo de Retención (Perd. Ret) = 21 horas Volumen de lodo acumulado = 50 Lts/ Hab

Población de diseño: 480 hab. Sección * = Rectangular Altura: 1.80m (valor Asumindo)  Cálculo del volumen del Tanque Séptico:

VTS = (%AS* DMF* Pd. * PR.)/ (24 h) VTS = (0.85 * 45 Lts/Hab/Día * 480 hab. *21 h)/ (24 h) VTS = 16065.00 Lts VTS = 16.065 m3  Cálculo del volumen de lodos: V lodo = (50 Lts/ Hab *480 hab.) V lodo = 24000 Lts. V lodo = 24 m3 ∴ Volumen total:

VT = VTs + V Lodo VT = 16.065 m3+ 24 m3 VT = 40.07 m3  Cálculo de la dimensiones del tanque séptico de sección rectangular:  Altura del tanque séptico: h = 1.80 m (valor asumido)  Relación respecto a la sección rectangular largo-ancho: L = 3*a ∴ Largo y ancho del tanque séptico será: VTS = L*a*H (2) VTS = 3*a *a*H

a= 2.72 m ≈ 2.75 m L = 3* 2.75 m L = 8.25 m Esquema:

1.4 CAJÓN DISTRIBUIDOR DE CAUDALES BASES DE DISEÑO 

Cota del terreno: 98.45 m



Cotas del proyecto: cota de salida del tanque séptico: 97.44 m



Diferencia entre la tubería de entrada y la tubería de salida: 4 cm



Pendiente de 1 %



Longitud de la tubería: 6 m

DESARROLLO 

Cálculo de la cota de llegada H = J.L H = (0.01) (6 m) H = 0.06 CLL= CSTS – H CLL= 97.44 m – 0.06 m CLL= 97.38 m



Cálculo de la cota de salida:

 Entre tubería de llegada y salida: 4 cm CS= CLL –  CS= 97.38 m – 0.04 m CS= 97.34 1.5 ESTRUCTURAS DE TRATAMIENTO SECUNDARIO 1.5.1 DISEÑO DE FOSA SÉPTICA CON CAMPOS DE INFILTRACIÓN BASES DE DISEÑO: 

Tiempo promedio para que descienda 2.5 cm. en 6 pruebas = 15 minutos



Ancho de la zanja: 0.45 m



Población de diseño: 15 hab.



Caudal de aguas servidas: 150 lts/hab/día



Cota del terreno: 98.45 m





Cotas del proyecto. Cota de salida del cajón distribuidor de caudales: 97.34 m Pendiente de 1%o LONGITUD DE TUBERÍA PARA CAMPOS DE OXIDACIÓN.



Longitud de tubería por persona L/P = 6.5 m/hab



Longitud total de la tubería L T/C = 6.50 * 15 L T/C = 97.50 m



Longitud de cada línea de tubería L

Línea

L

Línea

L

Línea

9.75 m/línea ≈ 10 m/línea

RESOLUCIÓN: 10 líneas de 10 m 

Cálculo de la cota de llegada: H = J.L H = (0.001) (10 m) H = 0.01 CLL= CSCDQ – H CLL= 97.34 m – 0.01 m CLL= 97.33 m



Cálculo de la longitud total del cajón distribuidor de caudales:

o Distancia entre línea y línea d = 0.25 m

o Distancia para tuberías exteriores al cajón: de = 0.10 m

LCDQ

+ 2 de

LCDQ LCDQ

+ 2 (0.10 m) m

o Distancia de la losa superior e inferior Ls = 0.10 m

Li = 0.15

LCDQ

m + Ls + Li

LCDQ

m + 0.10m + 0.15m

LCDQ

m

SEGUNDA ALTERNATIVA

1.5.2 DISEÑO DE FOSA SÉPTICA CON POZOS DE ABSORCIÓN BASES DE DISEÑO 

Tiempo promedio para que descienda 2.5 cm. en 6 pruebas = 15 minutos



Diámetro del Pozo: 2.00 m



Población de diseño: 15 hab.



Caudal de aguas servidas: 150 lts/hab/día



Cota del terreno: 98.45 m



 

Cotas del proyecto. Cota de salida del cajón distribuidor de caudales: 97.34 m Pendiente de 5%o Coeficiente K1 para superficie de filtración requerida por habitante para 150 lts/hab/día: ver tabla adjunta

COEFICIENTES DE ABSORCIÓN DEL SUELO PARA GASTO DE 150 lts/hab/día. CÁLCULO DE POZOS DE ABSORCIÓN Tiempo en minutos para que el nivel del agua baje 2.5 cm ( prueba de infiltración) 1 2 5 10 15 30 Más de 30

Superficie de infiltración requerida por habitante y día en m2 ( K1) 0.69 0.85 1.14 1.78 2.22 3.55 Terreno no apto

DESARROLLO: 

Cálculo de Profundidad total del pozo de absorción: o Coeficiente K1 para un tiempo de infiltración de 15 min. K1 = 2.22 m2 o Diámetro de pozo de absorción:

�PA = 2.00 m (Diámetro asumido como base de diseño)

HPA =

HPA =

HPA = 5.30 m



Cálculo de Cota de Llegada: o Longitud de tubería desde el cajón distribuidor de caudales hasta el pozo: L = 6 m (Longitud impuesta) H = J.L H = (0.005) (6 m) H = 0.03 CLL= CSCDQ – H CLL= 97.34 m – 0.03 m CLL= 97.31 m

Se ha diseñado en función de la Población de Diseño (Pd) y en función de dormitorios. en este segundo calculo los Pozos de Absorción si son una opción para tratamiento secundario de las Aguas Servidas. Para el cálculo en función de Dormitorios se ha tomado como referencia a la población de diseño como base para hacer una operación matemática y así obtener el número de viviendas o departamentos. tomando en cuenta el nivel cultural para número de habitantes en cada departamento o vivienda. De los datos adjuntos nos da número de dormitorios por vivienda que son tres de ahí: No. Dormitorios = 3 Población de Diseño = 24 Tomando en cuenta que haya 4 personas por vivienda nos da el número de vivienda. Por otro lado consultando que cuantos habitantes máximos por dormitorio podemos tener. el resultado de esa investigación nos dio que sería el doble del número de dormitorio mas 1 así tendría:

Esto se da porque no tenemos área de ningún departamento o vivienda y no sabemos las dimensiones de las casas. por eso asumimos en el cálculo como el número máximo de habitantes que puede haber en un departamento o vivienda. Así podemos obtener la Nueva Población de Diseño y adoptando una Población flotante de 3 nos da: -

6 viviendas 7 habitantes 3 habitantes (Población Flotante)

La nueva Población de Diseño para el cálculo en función de dormitorio es de 45 habitantes. los de más datos para el cálculo son iguales al de Población de Diseño. Los datos para calcular los diferentes elementos de la fosa séptica son: COMPLEJO DE VIVIENDA TRAMPA DE GRASAS CAPACIDAD POBLACIÓN NETA DE DISEÑO 14

NO DE DORMITORIOS POR VIVIENDA

SECCIÓN *

24

3 CIRCULAR TANQUE SÉPTICO PERIODO LODO DMF %AS DE SECCIÓN * ACUMULADO RETENCIÓN LTS/HAB 210 83 15 CIRCULAR 41 ALTURA DESDE EL FONDO AL CDQ EFLUENTE ** A CRITERIO DE DISEÑADOR PRUEBAS DE INFILTRACIÓN TPP (MIN.) 2.5 cm 5.0 cm 44 99 TRATAMIENTO SECUNDARIO A CRITERIO DE DISEÑADOR

Teniendo que diseñar algunos elementos de la fosa séptica en sección circular se han tomado diámetros de tubería de hormigón armado o simple comerciales para no tener que hacer mandar hacer un tubo para el tramo de la Trampa de Grasas o Fosa Séptica. Algunos de los diámetros comerciales están en la siguiente tabla: Diámetros en mm. Interior

Espesor

Exterior

en mm.

Longitud en m.

Peso por tubo en kg.

Util

Total

50

2.100

2.191

325

59

2.100

2.191

500

742

67

2.100

2.191

700

750

852

75

2.409

2.500

1.000

800

984

1.100

92

2.395

2.500

1.650

1.000

1.218

1.368

109

2.395

2.500

2.450

1.200

1.450

1.650

125

2.379

2.500

3.450

1.400

1.680

1.740

140

2.355

2.500

4.100

1.500

1.800

1.860

150

2.355

2.500

4.700

Tubo

Tulipa

300

400

487

400

518

612

500

634

600

1.800

2.160

2.220

180

2.150

2.310

2.000

2.400

2.460

200

2.360

2.520

6.050 8.200

2.500

3.000

250

2.310

2.470

12.350

3.000

3.600

300

2.310

2.495

17.750

Los diámetros utilizados para la Trampa de Grasa y Tanque Séptico en nuestro cálculo fueron en función de la población de diseño: Diámetros en mm. Interior

Exterior

1.200

1.450

1.800

2.160

TG TS

Y los diámetros utilizados para la Trampa de Grasas y el Tanque Séptico en función de dormitorios fueron: Diámetros en mm. Interior

Exterior

1.200

1.450

2.500

3.000

TG TS

Con todos los datos ya puedo calcular los distintos elementos de Fosa Séptica en las 2 diferentes funciones. El cálculo se lo hace de forma breve y sin complicaciones los distintos elementos con su formulas para un mejor resultado. asumiendo datos o criterios de diseño y con lo aprendido en el salón de clases procedemos a calcular los elementos de la Fosa Séptica.

Conclusiones:

Debido a que estas fosas poseen una concentración altísima de material orgánico y organismos patógenos (que pueden ser causantes de diversas enfermedades e infecciones). es necesario que sean herméticos. duraderos y de estructura muy estable. Como vemos. la función y adecuada utilización de los tanques sépticos resulta fundamental para la mantención de la salud de nuestros hogares. ya que reciben las aguas sucias o aguas servidas que provienen del baño. de la cocina. de los lavaderos. etc. Es por esto que se recomienda no utilizar agua de forma desmedida. y de este modo. evitar la saturación del sistema séptico. Además es recomendable que su inspección sea realizada por expertos. por lo menos una vez al año. y así poder evitar verdaderos desastres higiénicos en nuestros hogares y vecindarios. CONCLUSIONES: 

La población flotante se calculará de acuerdo a las costumbres y el nivel cultural de las personas en los diversos sectores del país.



Al momento de implantar este sistema en zonas donde no existe un sistema de alcantarillado. se brinda una percepción de mayor estatus y autoestima a los beneficiarios. con relación a los habitantes de sectores vecinos.



El volumen de las aguas servidas y el volumen de lodos acumulados dependerá de la alimentación de los habitantes y de la correcta educación sanitaria



La altura del tanque séptico y la altura del pozo de absorción están sujetos al nivel freático de la zona. y si el nivel freático es muy alto en este sector. se tendría que buscar otra solución para evacuar de la mejor manera las aguas servidas.

RECOMENDACIONES: a) Utilice agua de una manera conservadora para no saturar el sistema séptico. b) Evite verter compuestos como acetona. aceites. alcohol o líquidos para lavado en seco del tanque séptico. pues no se descomponen fácilmente. c) El tanque séptico se debe inspeccionar por lo menos una vez al año.

d) Cuando se abra la capa de cualquier parte del sistema para inspeccionar o limpieza se debe dejar pasar un tiempo que garantice una adecuada ventilación. porque los gases acumulados pueden causar explosiones o asfixia. e) Nunca utilice cerillos o antorchas para inspeccionar un tanque séptico. f) No arroje tapas ni basuras que puedan obstruir el sistema. g) Cuando haga la limpieza no debe extraer la totalidad de los lodos. (Dejé un volumen) que sirva de semilla. h) No debe lavar ni desinfectar el tanque séptico después de la extracción de los lodos. La adición de desinfectantes u otras sustancias químicas perjudican su funcionamiento. por lo que no se recomienda su empleo. i) Los campos de oxidación y los pozos de absorción se deben inspeccionar periódicamente para observar su funcionamiento. j) Las fosas sépticas que se abandonan o clausuren. deben rellenarse con tierra o piedra. k) Los lodos extraídos deben ser con cal para su manejo. transportación y ser dispuestos adecuadamente. pueden ser en zanjas de unos 60 cm de profundidad). Control de calidad de los materiales Con el fin de lograr una buena obra. no basta que se ponga el sumo cuidado en la técnica de realización. sino que también debe contarse con materiales de alta calidad; por lo que debe de ponerse toda clase de cuidado en la selección y recepción de los materiales de construcción.

Bibliografía: http://www.monografias.com/trabajos10/tratami/tratami.shtml http://es.scribd.com/doc/52033000/10/Diseno-de-fosa-septica http://es.scribd.com/doc/38925231/fosas-septicas Quintal Franco. C.A. 1992. Propuesta para el diseño. construcción y mantenimiento de sistemas de tanques sépticos de Yucatán. Facultad de Ingeniería. Universidad Autónoma de Yucatán. No 21. pp 35-44.