Una boca de hombre sanitaria ( pozo de registro de alcantarillado , [1] boca de hombre de alcantarillado sanitario [2] o pozo de mantenimiento de alcantarillado [3] ) es un pozo de registro que se utiliza como punto de acceso para el mantenimiento e inspección de un sistema de alcantarillado sanitario subterráneo . A veces se utilizan pozos sanitarios como respiraderos para evitar la acumulación de gases residuales presurizados. [4] Además, se utilizan para la eliminación de escombros y la aplicación de productos químicos como desengrasantes e insecticidas. [5]
Cuando las líneas de alcantarillado subterráneas se colocan cerca del nivel del suelo (esto puede ser a profundidades de menos de 0,75 metros (2,5 pies) o 2 metros (6,6 pies) según las regulaciones locales), se utiliza una cámara de inspección como punto de acceso. . [6] [7] Las cámaras de inspección permiten el acceso a las líneas de alcantarillado sin necesidad de que una persona entre en ellas. [6]
Se deben construir pozos de registro sanitarios en lugares donde haya un cambio de una simple línea de alcantarillado recta. Estos incluyen todas las uniones que combinan varias líneas en una o se dividen a partir de una, curvas, cambios de elevación, cambios de tamaño de tubería y cambios de tipo de tubería. [5]
Para las líneas rectas de alcantarillado, no existe un acuerdo universal sobre los requisitos de espaciamiento de las bocas de acceso sanitario para dichas líneas. Históricamente, en los núcleos comerciales de las áreas urbanas de los Estados Unidos, se pueden colocar pozos de registro en todas y cada una de las cuadras, a una distancia de 300 a 400 pies (91 a 122 m). [8] Una pauta más moderna en los Estados Unidos sugirió tenerlos cada 400 pies (120 m) para alcantarillas de diámetro pequeño y cada 500 pies (150 m) para alcantarillas principales más grandes. [5] En Canadá se pueden ver pautas de espaciamiento similares de 120 my 150 m con especificidades en los diámetros de las alcantarillas. [9] Inglaterra establece una separación máxima de 90 metros (300 pies). La única excepción son las alcantarillas con diámetros mayores que la altura humana. Pueden tener una separación de hasta 200 metros (660 pies). [10] En Escocia se utiliza un espacio máximo de 100 metros (330 pies). [11] El requisito de 120 metros (390 pies) se utiliza en Brasil, [12] y 150 metros (490 pies) en Sudáfrica. [13]
Históricamente, las arquetas sanitarias se construían de una sola pieza con ladrillos. Se construyó una gran circular de hormigón en la parte inferior para formar canales lisos por los que pasaran las aguas residuales. Se colocó una pared de ladrillos para elevarla y estar más cerca del nivel del suelo. En esta sección los diámetros de las paredes podrían ser progresivamente menores. Cerca de la parte superior, los diámetros de la pared de ladrillos se redujeron rápidamente, formando una forma de cono para encontrar una cubierta de menor diámetro. En la pared se construyó una escalera de peldaños de hierro. [8]
Las alcantarillas sanitarias modernas tienen cinco secciones principales de abajo hacia arriba. La sección base es donde se encuentran los canales. La sección del cañón, también conocida como recámara, se encuentra en la parte superior de la base. Es un tramo recto en lugar de ser gradualmente más estrecho como en las arquetas más antiguas. Las alturas de este tramo varían en función de la profundidad de los registros. Cerca de la parte superior está la sección del cono donde se reduce del tamaño de la cámara al tamaño de la cubierta. La sección de chimenea, también conocida como eje, es una sección recta y estrecha que se encuentra encima de la sección cónica pero debajo de la cubierta. La última es la sección de portada. [14] [15] [16]
Un componente principal de la sección de base es un canal que proporciona un conducto suave para que las aguas residuales fluyan desde la tubería de entrada hasta la tubería de salida. El canal tiene forma de U formada por un “semitubo” como si se cortara un tubo por la mitad y se dejara la mitad inferior. El ancho del canal debe coincidir con el diámetro interior de las tuberías de entrada y salida. El punto más bajo del canal se llama inversión . El invertido debe tener una pendiente para permitir el paso de las aguas residuales con facilidad. Los canales deben estar rectos entre la entrada y la salida. Si es necesario un cambio de dirección, un canal debe tener una curva continua en lugar de tener esquinas afiladas. Al unir desde múltiples entradas, la unión debe proporcionar una transición suave con curvas. El área de superficie desde la pared del pozo hasta la parte superior del canal es un banco. El banco debe tener una pendiente para dirigir el agua hacia el canal. El banco puede tener una de las dos configuraciones según el punto más bajo del banco que se encuentra con el canal. Si la profundidad del canal desde ese punto hasta la parte inversa es la mitad del ancho del canal, es medio banco. Si la profundidad es el ancho del canal, es un banco completo. En la configuración de banco completo, el punto desde la parte más baja del banco (la parte superior del canal) hasta el punto en que la forma del canal cambia para formar una U es una caída recta. El diseño y la construcción del canal y el banco deben realizarse con alta calidad para reducir la socavación, que es el resultado de los sólidos abrasivos en las aguas residuales que pasan a altas velocidades, lo que provoca que la abrasión por socavación degrade los materiales invertidos. [17]
La sección de la cámara se puede construir en diversos materiales. En el siglo XIX, las alcantarillas en Estados Unidos se construían con ladrillos y mortero o piedra. A mediados del siglo XX se introdujeron los elementos prefabricados de hormigón . A finales del siglo XX se utilizó hormigón moldeado in situ . Se utilizan materiales más nuevos como HDPE , hormigón con aditivos reductores de la corrosión y plásticos. [16] Actualmente, el hormigón prefabricado es el material más común para las nuevas alcantarillas, pero los ladrillos y bloques de hormigón todavía se utilizan en situaciones especiales, como cuando los lugares de trabajo se encuentran en áreas pequeñas que no son aptas para operaciones de elevación de hormigón prefabricado o para residuos químicos. líneas. [14] Al construir arquetas sanitarias con prefabricados de hormigón, las juntas que conectan entre piezas prefabricadas de hormigón deben tener juntas . Los métodos y materiales de construcción deben cumplir con los estándares de pozos de registro de concreto prefabricado, como ASTM C478 . [18]
El propósito de la sección cónica es reducir las aberturas de cámaras de gran tamaño a cubiertas de tamaño pequeño. En una alcantarilla de mampostería, los ladrillos forman una ménsula hacia adentro para reducir la abertura al tamaño deseado. [14] En los prefabricados de hormigón, la sección cónica se presenta en dos formas, concéntrica y excéntrica. En una sección de cono concéntrico, la abertura superior está en el centro del pozo. Un cono excéntrico tiene la abertura superior desplazada del centro hasta un lado de la pared de la alcantarilla. Esto es para permitir la instalación de peldaños de escalera permanentes en la pared de la alcantarilla. Al diseñar conos excéntricos, las cargas deben calcularse cuidadosamente, ya que una pared es una pared vertical que está alineada con la pared de la cámara, pero la pared opuesta es una pendiente. [19] Algunas regulaciones locales permiten que se utilicen en su lugar losas de hormigón armado con una abertura más pequeña. [15]
La sección de la chimenea se asienta encima de la sección del cono con una abertura más pequeña para soportar el marco de la cubierta. La sección se puede construir con los mismos métodos y materiales que en la sección de cámara. Las alturas de la chimenea pueden variar y según se utilizan para hacer la tapa de registro a ras del suelo. [15] Los anillos de ajuste de nivel también se pueden usar encima de una sección de cono en lugar de la sección de chimenea para ajustar el marco al nivel requerido. [20]
La sección de tapa es la sección más superior de las bocas de registro sanitarias. Consta de un marco y una tapa de registro . [16] Las tapas están diseñadas para soportar las cargas del tráfico sobre las arquetas. Algunas son aptas para el tráfico de vehículos y otras son sólo para el tráfico peatonal. [7]
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Un método común para agregar una nueva tubería lateral a una línea de alcantarillado existente sin ninguna interrupción del servicio es utilizar una boca de registro tipo caseta para perros. Una estructura especial prefabricada de hormigón tiene dos aberturas en forma de U invertidas en la parte inferior, directamente opuestas entre sí. También tiene un orificio en un punto más alto para insertar una tubería nueva. Para instalar esto, se baja la boca de acceso de la caseta para perros para que las dos aberturas se deslicen sobre la tubería existente. El hormigón se vierte para formar la base con pendientes desde el muro de hormigón prefabricado hasta la mitad del punto de la tubería existente. Esto forma un medio banco para la base del pozo. La mitad superior de esa tubería existente se abre para formar un canal. Se inserta un tubo nuevo a través del orificio de la pared. Esto permitirá que las aguas residuales de la nueva tubería caigan sobre el banco y se deslicen hacia el canal. La parte superior del pozo de registro se construye encima de esa sección. [21]
Las alcantarillas sanitarias ubicadas en humedales , marismas o llanuras aluviales son susceptibles a problemas de afluencia. Esto ocurre cuando el agua del exterior ingresa directamente a las alcantarillas a través de tapas de alcantarilla. [22] Las bocas de registro de llanuras aluviales deben elevarse para que el borde del marco superior esté por encima del nivel máximo de inundación para evitar la afluencia. [23] Cuando eso no sea posible, cualquier tapa de registro que esté sujeta a agua estancada debe sellarse completamente. Los agujeros de las tapas deben taparse con bolitas. Se pueden usar tazones de plástico o acero inoxidable para insertarlos entre la tapa y el marco para evitar que el flujo entrante llegue a la cámara. [5] Se pueden colocar revestimientos fuera de las alcantarillas de las llanuras aluviales para reducir el flujo de entrada. [24]
Cuando se ejecuta una línea de alcantarillado debajo de un río que es propenso a inundaciones, la altura de las bocas de registro elevadas debe ser mayor que el nivel máximo de inundación. Las alcantarillas elevadas pueden ser más altas que las orillas de los ríos y, a veces, pueden ser más altas que un ser humano. [25]
En cualquier cruce de más de una alcantarilla, debe haber una boca de acceso. Hay reglas generales que se deben seguir para evitar el desbordamiento. Las partes inferiores de las alcantarillas más pequeñas deben curvarse hacia el canal de alcantarillado principal. El diámetro interior de las entradas más pequeñas debe estar por encima de la parte inferior de la alcantarilla principal. Sin embargo, éste no debería estar demasiado alto con respecto al canal principal de alcantarillado. [1]
Las aguas residuales contienen una mezcla de líquidos y sólidos. Dejar caer sólidos desde una tubería de entrada a una altura mayor puede causar que algunos residuos no bajen por el canal del pozo y la tubería de salida. Esto también puede dañar la alcantarilla. Por lo tanto, la diferencia de elevación entre los tubos de entrada y los tubos de salida no debe ser demasiado alta, por ejemplo, menos de 60 centímetros (24 pulgadas). [1]
Hay dos métodos para evitar este problema. El primer método consiste en inclinar la tubería de alcantarillado de entrada desde la boca de acceso anterior. Esto permitirá que la elevación de la alcantarilla de entrada sea más baja y más cercana al canal de registro. Una desventaja de este método es el requisito de realizar zanjas profundas para tender la tubería inclinada, lo que puede no ser práctico. Cuando se utiliza este método para alcantarillas más grandes (diámetros superiores a 45 centímetros (18 pulgadas)), se necesitan pasos adicionales para minimizar la turbulencia del flujo pronunciado de alcantarillas de entrada más grandes al disminuir la velocidad del flujo. Entre ellas se incluye la creación de una estructura elevada para interrumpir el flujo. [1]
El segundo método es utilizar un pozo de registro. Un pozo de registro de bajada es un pozo de registro de unión que está equipado con una estructura que permite que los líquidos y sólidos de las aguas residuales caigan suavemente hasta el canal dentro del pozo de registro. Hay dos tipos de pozos de registro de caída, los de vórtice y los de caída profunda. [26]
En un pozo de registro de caída de vórtice, el flujo desde una elevación más alta ingresa a un pozo vertical que tiene una estructura en espiral. El flujo desciende en espiral por el pozo hasta una elevación más baja en la base del pozo de registro. Mientras el flujo viaja hacia abajo por la estructura, se adhiere a la pared exterior de la estructura en espiral. La fricción de dicha interacción hace que la energía del flujo se disipe, lo que da como resultado que las velocidades del flujo estén bajo control. [26] [27]
En un pozo de registro de caída profunda, se utiliza una tubería vertical para permitir que el flujo desde una elevación más alta caiga directamente a la base del pozo dentro de ese tubo vertical. [26] El tubo vertical de un pozo de descenso (conocido como tubo de descenso) se puede configurar de dos maneras. Una forma es tener el tubo de bajada dentro del pozo de registro. La otra forma es tener el tubo de bajada afuera pero al lado de la boca de registro. Para las tuberías de bajada exteriores, debe haber una tubería de limpieza que se conecte nuevamente a la pared del pozo para permitir la inspección del alcantarillado aguas arriba desde el interior del pozo. [1]
En caso de que existan otros servicios tendidos sobre la línea de alcantarillado en el lugar que requiera un registro sanitario, una alternativa es construir registros de entrada lateral. El pozo vertical de una boca de acceso lateral se sitúa en un lugar que no tenga obstáculos. En el fondo de la boca de registro, hay un túnel que se conecta lateralmente a la línea de alcantarillado para permitir que los trabajadores sanitarios accedan al alcantarillado. [1]
En alcantarillas más grandes que requieren una limpieza regular con raspadores, el acceso a dichas alcantarillas debe realizarse a través de bocas de registro con aberturas más grandes para permitir el descenso del equipo de limpieza. Las aberturas de las bocas de registro del chatarra tienen tamaños entre 90 y 120 centímetros (3,0 y 3,9 pies). [28] Una alternativa a tener personas que bajen por las alcantarillas raspadoras para eliminar la obstrucción del alcantarillado es utilizar rodadores de chorro y camiones aspiradores . Se pueden operar desde el nivel del suelo a través de pozos de registro de tamaño normal [1]
En la cabecera de una alcantarilla, puede haber poco flujo que pueda usarse para mover sólidos en las aguas residuales hacia la alcantarilla. Es posible que se requiera flujo adicional para eliminar esos depósitos. Esto se puede lograr teniendo una boca de descarga en la alcantarilla principal. Las bocas de descarga se utilizan para almacenar agua que puede liberarse para eliminar los sólidos en las alcantarillas. Un diseño simple es una boca de acceso que permite a un trabajador sanitario abrir y cerrar un valor desde el nivel del suelo para realizar operaciones de llenado y lavado de agua. La fuente de agua para el lavado de las alcantarillas puede provenir de agua potable, agua de marea o agua de clarificadores de plantas de tratamiento de aguas residuales [1] [29]
La infiltración y el flujo de entrada (I&I) ocurren cuando agua distinta de las aguas residuales ingresa al sistema de alcantarillado. La infiltración se produce cuando el agua del suelo ingresa a las alcantarillas a través de tuberías, juntas y pozos de acceso defectuosos. Todas las tuberías de alcantarillado y pozos de acceso sanitarios deben sellarse para evitar que el agua subterránea se filtre al sistema de alcantarillado. El flujo de entrada ingresa directamente a través de partes que se abren del sistema de alcantarillado, como respiraderos y tapas de alcantarillas. En operaciones normales, se esperan pequeñas cantidades de infiltración y afluencia. Cuando esas cantidades son excesivas, podrían causar que el sistema de alcantarillado tenga recargos, mayores costos operativos para transportar y tratar volúmenes de aguas residuales superiores a los de diseño, o desbordes del alcantarillado sanitario . [31]
Una medida preventiva es comprobar periódicamente las alcantarillas y las alcantarillas. Se han utilizado algunos métodos para realizar pruebas de I&I. Históricamente, se utilizaban pruebas de agua. Esta puede ser una prueba de infiltración o exfiltración que bloquearía una determinada sección de alcantarillado durante la prueba, generalmente 24 horas. La prueba de infiltración consiste en utilizar un vertedero como dispositivo para medir el flujo. La medición mostró la cantidad de infiltración y entrada en el sistema. Las pruebas de exfiltración utilizan agua para llenar una alcantarilla y se toman medidas para detectar fugas. En la actualidad, las pruebas de vacío se realizan para comprobar la integridad de las bocas de acceso e identificar fugas. [32] Otro método de prueba común es la prueba de humo . En este método, se utilizan sacos de arena para sellar una sección de alcantarillado y luego se bombea humo a una alcantarilla. Cualquier fuga se puede observar mediante humo visible en las áreas de la fuga. [33]
Las lluvias pueden provocar una infiltración y afluencia excesivas. [31] Cuando eso comienza a crear un desbordamiento de alcantarillado sanitario, se requiere acción inmediata. Un método consiste en utilizar bombas para sacar agua de las alcantarillas afectadas. Dado que el agua de lluvia se mezcla con aguas residuales, es necesario contener el agua bombeada y transportarla a una planta de tratamiento de aguas residuales. [34]
El desbordamiento del alcantarillado sanitario es una condición en la que las aguas residuales sin tratar se descargan desde un alcantarillado sanitario al medio ambiente antes de llegar a las instalaciones de tratamiento de aguas residuales. Las bocas de registro son lugares comunes de desbordamientos de alcantarillado sanitario. Las causas de los desbordamientos pueden deberse a una infiltración y afluencia excesivas o a bloqueos. En caso de obstrucción, es necesario inspeccionar las alcantarillas. Normalmente, el bloqueo se produce entre el pozo de registro con rebosadero y el siguiente pozo de registro situado aguas abajo. Un pozo de registro aguas abajo con un caudal de entrada menor al esperado o seco indica un bloqueo aguas arriba del mismo. Para resolver un bloqueo, se coloca una trampa de arena en el canal a la salida del pozo de registro aguas abajo para atrapar los escombros y permitir que el agua pase hasta la tubería de salida. Luego se utiliza un chorro de agua o una varilla eléctrica para salir del tubo de salida del pozo de registro aguas arriba en un intento de desalojar el bloqueo que quedará atrapado en la trampa de arena del pozo de registro aguas abajo. [35]
Muchas alcantarillas pueden parecer levantadas del suelo después de un terremoto. Esto daña la infraestructura de alcantarillado, crea obstáculos en las carreteras y prolonga el proceso de recuperación ante desastres. Hay dos causas por las que las alcantarillas se levantan. [36]
La primera causa es la licuefacción del suelo . Los suelos sueltos saturados pueden perder resistencia y rigidez en respuesta a una tensión aplicada , como una sacudida durante un terremoto . Los suelos no pueden drenar el agua de los poros lo suficientemente rápido en una compresión repetida, lo que hace que la presión del agua de los poros se acumule a una presión alta. Esto hace que los suelos pierdan su estrés y se vuelvan fangosos. Cualquier objeto con un peso aparente inferior al del agua fangosa del suelo flotará. Las alcantarillas, que son objetos huecos sellados con un peso aparente menor, se verán obligados a empujar hacia arriba después de la licuefacción del suelo. Una solución para evitar que se levanten las alcantarillas es crear tapones de drenaje a lo largo de la pared de la alcantarilla. Los tapones tienen rejillas para evitar la suciedad pero permiten que el agua se escurra. Los tapones sensibles a la presión están calibrados para retener el agua hasta un cierto nivel de presión que es más alto que la presión normal del agua subterránea. Una vez que la presión del agua de los poros aumenta a un nivel superior a ese nivel debido a un terremoto, los tapones se liberarán en el pozo de registro y el agua de los suelos circundantes se podrá drenar en el pozo de registro, evitando la licuefacción del suelo. [36]
La segunda causa son los sellos rotos en las juntas de los pozos debido al desplazamiento del suelo, lo que provoca que los sedimentos que rodean los pozos entren a través de las juntas. Esto provoca que las carreteras se hundan y los sedimentos llenen las alcantarillas y las alcantarillas. No se trata de un levantamiento de una alcantarilla sino más bien de un hundimiento de un área al lado de una alcantarilla. Una solución a esto es tener una lámina flexible y estanca colocada sobre cada junta en la pared interior del pozo. Cuando se mueve el suelo, las láminas aún pueden proporcionar barreras selladas en las juntas desplazadas, evitando la entrada de sedimentos. [36]
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