Pozo sanitario

Un pozo sanitario ( pozo de alcantarillado , ^[1] pozo de alcantarillado sanitario ^[2] o pozo de mantenimiento de alcantarillado ^[3] ) es un pozo que se utiliza como punto de acceso para el mantenimiento y la inspección de un sistema de alcantarillado sanitario subterráneo . Los pozos sanitarios a veces se utilizan como respiraderos para evitar la acumulación de gas de aguas residuales presurizado. ^[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 sanitarios en lugares donde exista un cambio con respecto a una línea de alcantarillado recta simple. Esto incluye todas las uniones que combinan varias líneas en una o se separan de una, curvas, cambios de elevación, cambios en el tamaño de las tuberías y cambios en el tipo de tubería. ^[5]

En el caso de las líneas de alcantarillado rectas, no existe un acuerdo universal sobre los requisitos de espaciado de los pozos sanitarios para dichas líneas. Históricamente, en los núcleos comerciales de las áreas urbanas de los Estados Unidos, los pozos de registro pueden colocarse en todas y cada una de las cuadras de la calle, con una separación de 300 a 400 pies (91 a 122 m). ^[8] Una directriz más moderna en los Estados Unidos sugiere tenerlos cada 400 pies (120 m) para alcantarillas de diámetro pequeño, y cada 500 pies (150 m) para tuberías principales de alcantarillado más grandes. ^[5] Se pueden ver pautas de espaciado similares de 120 m y 150 m en Canadá con especificidades sobre los diámetros de las alcantarillas. ^[9] Inglaterra establece un espaciado máximo de 90 metros (300 pies). La única excepción es para las alcantarillas con diámetros mayores que la altura humana. Estas pueden tener un espaciado de hasta 200 metros (660 pies). ^[10] En Escocia se utiliza un espaciado 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, los pozos sanitarios se construían de una sola pieza con ladrillos. En la parte inferior se construía un gran círculo de hormigón para formar canales lisos por donde pasaran las aguas residuales. Se colocaba un muro de ladrillo para elevarlo y acercarlo al nivel del suelo. En esta sección, los diámetros de los muros se podían reducir gradualmente. Cerca de la parte superior, los diámetros de los muros de ladrillo se redujeron rápidamente, formando una forma de cono para adaptarse a una cubierta de diámetro más pequeño. Se construyó una escalera de peldaños de hierro sobre el muro. ^[8]

Los pozos sanitarios modernos tienen cinco secciones principales desde la parte inferior hasta la superior. La sección de la base es donde se ubican los canales. La sección del barril, también conocida como cámara, se encuentra sobre la base. Es una sección recta en lugar de ser gradualmente más estrecha como en los pozos más antiguos. Las alturas de esta sección varían según las profundidades de los pozos. Cerca de la parte superior se encuentra la sección del cono donde se reduce del tamaño de la cámara al tamaño de la tapa. La sección de la chimenea, también conocida como eje, es una sección recta y estrecha que se encuentra sobre la sección del cono pero debajo de la tapa. La última es la sección de la tapa. ^{[14] [15] [16]}

Un componente principal de la sección de base es un canal que proporciona un conducto liso para que las aguas residuales fluyan desde la tubería de entrada a la tubería de salida. El canal tiene forma de U formada por una "media tubería", como si una tubería se cortara 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 invertido . El invertido debe tener una pendiente para permitir que las aguas residuales pasen fácilmente. Los canales deben ser rectos entre la entrada y la salida. Si se necesita un cambio de dirección, un canal debe tener una curva continua en lugar de tener esquinas agudas. Al unir desde múltiples entradas, la unión debe proporcionar una transición suave con curvas. El área de superficie desde la pared de la boca de acceso hasta la parte superior del canal es un banco. El banco debe tener una pendiente para dirigir el agua de regreso al 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 el fondo es la mitad del ancho del canal, se trata de un medio banco. Si la profundidad es el ancho del canal, se trata de 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 el 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 erosión , que es el resultado de los sólidos abrasivos en las aguas residuales que pasan a través de ellos a altas velocidades, lo que provoca la abrasión por erosión que degrada los materiales del fondo. ^[17]

La sección de la cámara se puede construir en varios materiales. En el siglo XIX, los pozos de registro en los Estados Unidos se construían con ladrillos y mortero o piedra. A mediados del siglo XX, se introdujo el hormigón prefabricado . A finales del siglo XX se utilizó hormigón colado en el lugar . Se utilizan materiales más nuevos como HDPE , hormigón con aditivos reductores de corrosión y plásticos. ^[16] Actualmente, el hormigón prefabricado es el material más común para los nuevos pozos de registro, pero todavía se utilizan ladrillos y bloques de hormigón en situaciones especiales, como cuando los lugares de trabajo se encuentran en áreas pequeñas que no son adecuadas para operaciones de elevación de hormigón prefabricado o para líneas de desechos químicos. ^[14] Al construir pozos sanitarios con hormigón prefabricado, las juntas que conectan entre piezas de hormigón prefabricado deben tener juntas . Los métodos de construcción y los materiales deben cumplir con los estándares de pozos de registro de hormigón prefabricado, como ASTM C478 . ^[18]

El propósito de la sección cónica es reducir las aberturas de tamaños grandes de cámara a tamaños de tapa pequeños. En un pozo de mampostería, los ladrillos forman una ménsula hacia adentro para reducir la abertura al tamaño deseado. ^[14] En el hormigón prefabricado, la sección cónica se presenta en dos formas, concéntrica y excéntrica. En una sección cónica concéntrica, la abertura superior está en el medio del pozo. En un cono excéntrico, la abertura superior se desplaza fuera del centro hasta un lado de la pared del pozo. Esto es para permitir la instalación de peldaños de escalera permanentes en la pared del pozo. 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 chimenea se asienta sobre la sección cónica con una abertura más pequeña para sostener el marco de la cubierta. La sección se puede construir con los mismos métodos y materiales que la sección de cámara. Las alturas de la chimenea pueden variar y se utilizan para hacer que la tapa de la boca de acceso quede al ras del suelo. ^[15] Los anillos de ajuste de nivel también se pueden utilizar sobre una sección cónica en lugar de la sección de chimenea para ajustar el marco al nivel requerido. ^[20]

La sección de tapa es la parte superior de los pozos sanitarios. Consta de un marco y una tapa de pozo . ^[16] Las tapas están diseñadas para soportar las cargas del tráfico en la parte superior de los pozos. Algunas son aptas para el tráfico vehicular y otras son solo para el tráfico peatonal. ^[7]

Un método común para añadir una nueva tubería lateral a una línea de alcantarillado existente sin interrumpir el servicio es utilizar una boca de acceso con forma de caseta para perros. Una estructura especial de hormigón prefabricado tiene dos aberturas en forma de U invertida en la parte inferior, directamente opuestas entre sí. También tiene un orificio en un punto más alto para insertar una nueva tubería. Para instalar esto, se baja la boca de acceso con forma de 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 la pared de hormigón prefabricado hasta la mitad del punto de la tubería existente. Esto forma un medio banco para la base de la boca de acceso. La mitad superior de esa tubería existente se corta para formar un canal. Se inserta una nueva tubería 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 de la boca de acceso se construye sobre esa sección. ^[21]

Los pozos sanitarios ubicados en humedales , marismas o llanuras aluviales son susceptibles a problemas de entrada de agua. Estos se producen cuando el agua exterior entra directamente a las alcantarillas a través de las tapas de los pozos. ^[22] Los pozos de las llanuras aluviales deben estar elevados para que el borde del marco superior esté por encima del nivel máximo de inundación para evitar la entrada de agua. ^[23] Cuando eso no sea posible, las tapas de los pozos que estén sujetas a agua estancada deben estar completamente selladas. Los orificios de las tapas deben taparse con bolas pequeñas. Se pueden utilizar cuencos de plástico o de acero inoxidable para insertar entre la tapa y el marco para evitar que la entrada de agua llegue a la cámara. ^[5] Se pueden colocar revestimientos fuera de los pozos de las llanuras aluviales para reducir la entrada de agua. ^[24]

Cuando se instala una línea de alcantarillado debajo de un río propenso a inundaciones, la altura de los pozos de registro elevados debe ser superior al nivel máximo de inundación. Los pozos de registro elevados pueden ser más altos que las riberas del río y, a veces, pueden ser más altos que una persona. ^[25]

En cualquier unión de más de una alcantarilla, debe haber una boca de acceso de unión. Hay reglas generales que deben seguirse para evitar desbordamientos. Las entradas de las alcantarillas más pequeñas deben curvarse hacia el canal principal de la alcantarilla. El diámetro interior de las entradas más pequeñas debe estar por encima de la entrada de la alcantarilla principal. Sin embargo, no debe estar demasiado alto respecto del canal principal de la alcantarilla. ^[1]

Las aguas residuales contienen una mezcla de líquidos y sólidos. La caída de sólidos desde una tubería de entrada a una mayor altura puede provocar que algunos residuos no desciendan por el canal de la boca de acceso y la tubería de salida. Esto también puede dañar la boca de acceso. Por lo tanto, la diferencia de elevación entre las tuberías de entrada y de salida no debe ser demasiado alta, por ejemplo, menos de 60 centímetros (24 pulgadas). ^[1]

Existen dos métodos para evitar este problema. El primer método consiste en inclinar la tubería de entrada del alcantarillado con respecto al pozo de registro anterior. Esto permitirá que la elevación del alcantarillado de entrada sea menor y esté más cerca del canal del pozo de registro. Una desventaja de este método es que se requiere una zanja profunda para colocar la tubería inclinada, lo que puede no ser práctico. Cuando se utiliza este método para alcantarillas más grandes (diámetros mayores de 45 centímetros (18 pulgadas)), se necesitan pasos adicionales para minimizar la turbulencia del flujo empinado de las alcantarillas de entrada más grandes al ralentizar el flujo. Estos incluyen la creación de una estructura elevada para interrumpir el flujo. ^[1]

El segundo método consiste en utilizar un pozo de acceso con descarga. Un pozo de acceso con descarga es un pozo de unión que está equipado con una estructura que permite que los líquidos y los sólidos de las aguas residuales caigan suavemente hacia el canal que se encuentra dentro del pozo. Existen dos tipos de pozos de acceso con descarga: los de vórtice y los de descarga por inmersión. ^[26]

En un pozo de registro con caída de vórtice, el flujo proveniente de 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 desciende 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 permite controlar la velocidad del flujo. ^{[26] [27]}

En un pozo de acceso con caída de agua, se utiliza un tubo 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 acceso con caída de agua (conocido como tubo de caída) se puede configurar de dos maneras. Una forma es tener el tubo de caída dentro del pozo. La otra forma es tener el tubo de caída afuera pero al lado del pozo. Para los tubos de caída afuera, debe haber un tubo de limpieza que se conecte de nuevo 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 sobre la línea de alcantarillado en el lugar que requiera un pozo sanitario, una alternativa es construir un pozo de acceso lateral. El eje vertical de un pozo de acceso lateral se ubica en un lugar que no tiene ningún obstáculo. En la parte inferior del pozo, hay un túnel para conectarse a la línea de alcantarillado lateralmente para permitir que los trabajadores sanitarios accedan al alcantarillado. ^[1]

En alcantarillas de mayor tamaño que requieren una limpieza regular con rascadores, el acceso a dichas alcantarillas debe realizarse a través de pozos de acceso con aberturas más grandes para permitir que se baje el equipo de limpieza. Las aberturas de los pozos de acceso de los rascadores tienen tamaños de entre 90 y 120 centímetros (3,0 y 3,9 pies). ^[28] Una alternativa a que la gente baje por los pozos de acceso de los rascadores para eliminar los atascos de alcantarillado es utilizar camiones de vacío y de chorro de agua . Estos pueden operarse desde el nivel del suelo a través de pozos de acceso de tamaño normal ^[1].

En la cabecera de una alcantarilla, puede haber poco flujo que se pueda utilizar para mover los sólidos de las aguas residuales por la alcantarilla. Puede ser necesario un flujo adicional para eliminar esos depósitos. Esto se puede lograr con una boca de acceso de descarga en la cabecera de la alcantarilla. Las bocas de acceso de descarga se utilizan para almacenar agua que se puede liberar para eliminar los sólidos de las alcantarillas. Un diseño simple es una boca de acceso que permite a un trabajador sanitario abrir y cerrar una válvula desde el nivel del suelo para realizar operaciones de llenado y descarga de agua. La fuente de agua para las bocas de acceso de descarga puede provenir de agua potable, agua de marea o agua de los clarificadores de las plantas de tratamiento de aguas residuales ^{[1] [29]}

La infiltración y la entrada (I&I) se producen cuando el agua que no es residual entra en el sistema de alcantarillado. La infiltración es cuando el agua del suelo entra en el alcantarillado a través de tuberías, juntas y pozos de registro defectuosos. Todas las tuberías de alcantarillado y los pozos de registro sanitarios deben sellarse para evitar que el agua subterránea se filtre al sistema de alcantarillado. La entrada entra directamente a través de partes abiertas del sistema de alcantarillado, como respiraderos y tapas de pozos de registro. En operaciones normales, se esperan pequeñas cantidades de infiltración y entrada. Cuando esas cantidades son excesivas, podrían causar que el sistema de alcantarillado tenga recargos, costos operativos más altos para transportar y tratar volúmenes de aguas residuales superiores a los de diseño o desbordamiento del alcantarillado sanitario . ^[31]

Una medida preventiva es probar regularmente las alcantarillas y los pozos de registro. Se han utilizado algunos métodos para realizar pruebas de I&I. Históricamente, se utilizaba la prueba de agua. Esta puede ser una prueba de infiltración o exfiltración que bloquearía una determinada sección de alcantarillado durante una prueba, normalmente 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. La prueba de exfiltración utiliza agua para llenar un pozo de registro y se toman medidas para detectar fugas. En la época moderna, se realizan pruebas de vacío para comprobar la integridad de los pozos de registro 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, luego se bombea humo a un pozo de registro. Cualquier fuga se puede observar por el humo visible en las áreas de las fugas. ^[33]

Las lluvias pueden provocar una infiltración y entrada excesivas. ^[31] Cuando esto comienza a generar un desbordamiento del alcantarillado sanitario, se requiere una acción inmediata. Un método es utilizar bombas para extraer agua de los pozos de registro afectados. Dado que el agua de lluvia se mezcla con las aguas residuales, el agua bombeada debe contenerse y transportarse a una planta de tratamiento de aguas residuales. ^[34]

El desbordamiento de 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. Los pozos de registro son lugares comunes de desbordamientos de alcantarillado sanitario. Las causas de los desbordamientos pueden ser por infiltración y entrada excesivas, o bloqueos. En caso de un bloqueo, los pozos de registro deben inspeccionarse. Por lo general, el bloqueo ocurre entre el pozo de registro con un desbordamiento y el siguiente pozo de registro aguas abajo. Un pozo de registro aguas abajo con un flujo de entrada menor al esperado o seco indica un bloqueo aguas arriba de él. Para resolver un bloqueo, se coloca una trampa de arena en el canal en la salida del pozo de registro aguas abajo para atrapar cualquier residuo mientras se permite que el agua pase por él hasta la tubería de salida. Luego, se utiliza un chorro de agua o una varilla de potencia para limpiar el 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]

Muchos pozos de registro parecen haber sido levantados del suelo después de un terremoto. Esto daña la infraestructura de alcantarillado, crea obstáculos en las carreteras y prolonga el proceso de recuperación de desastres. Existen dos causas del levantamiento de pozos de registro. ^[36]

La primera causa es la licuefacción del suelo . Los suelos sueltos saturados pueden perder fuerza y ​​rigidez en respuesta a una tensión aplicada , como la vibración 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 hasta una alta presión. Esto hace que los suelos pierdan su tensión y se vuelvan fangosos. Cualquier objeto con pesos aparentes inferiores a los del agua fangosa del suelo flotará hacia arriba. Los pozos de registro, que son objetos huecos sellados con pesos aparentes inferiores, se verán obligados a empujar hacia arriba después de una licuefacción del suelo. Una solución para evitar que los pozos de registro se levanten es crear tapones de drenaje a lo largo de la pared del pozo de registro. Los tapones tienen rejillas para evitar la suciedad pero permiten que el agua se drene a través de ellos. 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 intersticial aumenta a un nivel superior a ese debido a un terremoto, los tapones se liberarán en el pozo y el agua de los suelos circundantes se puede drenar en el pozo, evitando la licuefacción del suelo. ^[36]

La segunda causa son los sellos rotos en las juntas de los pozos de registro debido al desplazamiento del terreno, lo que provoca una entrada de sedimentos que rodean los pozos de registro a través de las juntas. Esto da como resultado caminos hundidos y los sedimentos llenan los pozos de registro y las alcantarillas. Esto no es un levantamiento de un pozo de registro, sino más bien un hundimiento de un área junto a un pozo de registro. Una solución para esto es tener una lámina flexible e impermeable adherida sobre cada junta en la pared interior del pozo de registro. Cuando el terreno se desplaza, las láminas aún pueden proporcionar barreras selladas en las juntas desplazadas, evitando la entrada de sedimentos. ^[36]