Un alcantarillado por gravedad es un conducto que utiliza la energía resultante de una diferencia de elevación para eliminar el agua no deseada. El término alcantarillado implica la eliminación de aguas residuales o escorrentías superficiales en lugar de agua destinada a su uso; [1] y el término gravedad excluye el movimiento del agua inducido por tuberías de impulsión o alcantarillas de vacío . La mayoría de las alcantarillas son alcantarillas por gravedad porque la gravedad ofrece un movimiento de agua confiable sin costos de energía donde las pendientes son favorables. Las alcantarillas por gravedad pueden drenar a sumideros donde se requiere bombeo para forzar las aguas residuales a una ubicación distante o elevar las aguas residuales a una elevación más alta para ingresar a otra alcantarilla por gravedad, y a menudo se requieren estaciones elevadoras para elevar las aguas residuales a las plantas de tratamiento de aguas residuales . Las alcantarillas por gravedad pueden ser alcantarillas sanitarias , alcantarillas combinadas , alcantarillas pluviales o alcantarillas de efluentes .
Los sistemas de alcantarillado por gravedad suelen asemejarse al patrón de escorrentía regional, con grandes alcantarillas troncales en cada valle que reciben el flujo de alcantarillas laterales más pequeñas que se extienden por las laderas. Los sistemas de alcantarillado en terrenos comparativamente llanos requieren una planificación y construcción cuidadosas para minimizar las pérdidas de energía en caídas libres, curvas cerradas o uniones turbulentas. Cada tramo de la alcantarilla debe experimentar rutinariamente la velocidad mínima necesaria para mantener los sólidos en suspensión y evitar el bloqueo por la deposición de sólidos en áreas de baja velocidad. Sin embargo, las alcantarillas en áreas montañosas pueden requerir características de disipación de energía para evitar daños en las alcantarillas por altas velocidades de fluido y los efectos de socavación de los sólidos arenosos en el flujo turbulento . Las alcantarillas cubiertas se entierran por debajo de la línea de congelación para evitar la congelación y son lo suficientemente profundas para recibir el flujo por gravedad de las fuentes previstas de aguas residuales. [2] Las alcantarillas por gravedad largas pueden requerir profundidades de excavación significativas o túneles para mantener gradientes aceptables cerca del emisario de la alcantarilla.
La disponibilidad de bombas confiables permite elevar acumulaciones de agua hacia alcantarillas por gravedad desde sumideros de recolección en excavaciones como minas o cimientos de edificios, pero el costo de bombear la escorrentía superficial desalienta el uso de estaciones elevadoras en desagües pluviales o alcantarillas combinadas. El costo capitalizado de operación y mantenimiento de estaciones elevadoras y suministros de energía de emergencia generalmente justifica un costo inicial considerable para la excavación o tunelización para construir una alcantarilla por gravedad. [3] El tratamiento de aguas residuales es más eficiente en ubicaciones centralizadas; y a menudo se requiere bombeo para elevar las aguas residuales desde elevaciones más bajas hasta las obras de cabecera de la planta de tratamiento de aguas residuales . Las estructuras llamadas reguladores permiten el desbordamiento hacia alcantarillas de descarga por gravedad cuando el flujo máximo en alcantarillas combinadas excede la capacidad de bombeo. [4] Las alcantarillas sanitarias son preferidas para el bombeo rentable de aguas residuales cuando se requiere tratamiento. Las alcantarillas por gravedad son preferidas donde las pendientes son favorables, pero las estaciones elevadoras a menudo trasladan las aguas residuales a plantas de tratamiento de aguas residuales.
Las alcantarillas de vacío tienen una presión negativa permanente; debido a las mejoras en la tecnología, se han vuelto más comparables a las alcantarillas de gravedad en costos de operación y mantenimiento, y son más económicas de instalar. [5]
Las primeras alcantarillas eran zanjas para eliminar el agua estancada de lugares fangosos donde el suelo seco era preferible para la actividad humana. Las primeras alcantarillas cumplían una función similar a los desagües pluviales modernos (a veces llamados alcantarillas pluviales). Las alcantarillas combinadas evolucionaron a partir de la práctica de utilizar el flujo en las primeras zanjas de drenaje para eliminar otros desechos, incluidas las heces de los animales de tiro . [1] Las alcantarillas se volvieron ofensivas a medida que aumentaban las concentraciones de desechos en comunidades con alta densidad de población. Se instalaron alcantarillas para cubrir los líquidos ofensivos. Las comunidades prósperas usaban mampostería y ladrillos para cubrir las primeras alcantarillas. Se usaban tuberías de terracota para alcantarillas de bajo volumen. [6] La parte de una alcantarilla que descarga en una fuente de agua natural se llama emisario . [7]
La Revolución Industrial aumentó la densidad de población en los distritos industriales y produjo tuberías útiles para los sistemas de drenaje, desagüe y ventilación de los edificios hasta las alcantarillas. Se han construido alcantarillas por gravedad a partir de tuberías de hierro fundido , arcilla vitrificada , hormigón prefabricado , fibrocemento y plástico . [8] Aunque algunas alcantarillas antiguas de mampostería siguen en uso, las nuevas con diámetros superiores a 1 metro (39 pulgadas) suelen utilizar hormigón armado . Se pueden utilizar tuberías de metal corrugado para desagües pluviales o aguas residuales con un riesgo igualmente bajo de condiciones corrosivas. [9] Las secciones transversales no circulares pueden tener ventajas para alcantarillas de gran diámetro. [10]