ALCANTARILLADO PLUVIAL

UNIVERSIDAD TECNOLOGICA DE SANTIAGO (UTESA)

Objetivos

Un Sistema de Drenaje Urbano debe estar dirigido al logro de unos objetivos, es decir, los fines o intenciones hacia las cuales se dirigen las acciones a llevar a cabo. Estos objetivos son dos:

Uno Básico y el Otro Complementario.

1.Básico.1.Básico.

Evitar al máximo posible los daños que las Aguas de lluvia puedan ocasionar a las personas y a las propiedades en el Medio Urbano.

2.Complementario.2.Complementario.

Garantizar el normal desenvolvimiento de la vida diaria en las poblaciones, permitiendo un apropiado tráfico de personas y vehículos durante la ocurrencia de precipitaciones.

Sistema de Drenaje Urbano

Se entenderá por Sistema de Drenaje Urbano un conjunto de acciones, materiales o no, destinadas a evitar, en la medida de lo posible, que las Aguas Pluviales causen daños a las personas o a las propiedades en las ciudades u obstaculicen el normal desenvolvimiento de la Vida Urbana; es decir, dirigidas al logro de los Objetivos establecidos.

Dentro del término “Aguas Pluviales”“Aguas Pluviales”, quedan comprendidas no solamente las originadas de las precipitaciones que caen directamente sobre las áreas urbanizadas que conforman la población, sino también aquéllas que se precipiten sobre otras áreas, pero discurran a través de la ciudad, por cauces naturales, conductos artificiales, o simplemente a lo largo de su superficie.

Acciones en Drenaje Urbano

Las Acciones a que se refiere la definición de sistema de Drenaje Urbano, son todas las medidas, materiales o no, que conforman un Sistema de Drenaje.

Estas acciones pueden ser de dos tipos:

Preventivas, que disminuyen los daños mediante la administración adecuada de los usos de las áreas urbanas potencialmente sujetas a ellos.

CorrectivasCorrectivas, que alivian esos daños en las áreas donde las medidas de tipo preventivo son insuficientes. A efectos prácticos, las acciones que impliquen la construcción de una obra hidráulica, u otras cuyas dimensiones y características se modifiquen por razones hidráulicas, son Correctivas, y las restantes se consideran Preventivas.

Como consecuencia de lo anterior, las Acciones Correctivas más usuales serán: Obras de Embalse y Regulación; Obras de Canalización y Rectificación de Cauces Naturales; Obras de Conducción, tales como Canales Sumideros, Disipadores, Alcantarillas, Sedimentadores o modificaciones de secciones y trazados en calles y avenidas;

las Acciones Preventivas más comúnes estarán constituidas por la Conservación y protección de las cuencas tributarias, la regulación del uso de la tierra, la regulación de edificaciones (tales como cotas mínimas o uso de sótanos y plantas bajas), el pronóstico de inundaciones; la adquisición de áreas inundables, la educación e información adecuada de los habitantes de la ciudad, y la regulación de los usos de las vías terrestres.

Principios

Los Principios en los cuales debe basarse la concepción de un Sistema de Drenaje Urbano, es decir, los fundamentos que gobiernan las acciones y las diferentes etapas para concretarlas, son:

1.Servicio Público.1.Servicio Público.

El Sistema de Drenaje Urbano es un servicio público, y en consecuencia debe ser planificado en beneficio de la colectividad.

2.Planificación Urbana Integral.2.Planificación Urbana Integral.

El Sistema de Drenaje Urbano es parte de un complejo mayor, el Sistema Urbano Integral y, en consecuencia, su planificación debe ser coordinada e integrada con la Planificación Urbana.

3.Planificación del 3.Planificación del Aprovechamiento de los Recursos Aprovechamiento de los Recursos

Hidráulicos. Hidráulicos.

El Sistema de Drenaje Urbano es también parte del sistema de manejo de los Recursos Hidráulicos y, en consecuencia su planificación debe encajar dentro de la planificación del aprovechamiento de dichos recursos. Particularmente, es importante la coordinación entre el Drenaje Urbano y el Control de Inundaciones, en su nivel más amplio.

El logro de los Objetivos de un Sistema de Drenaje Urbano no debe alcanzarse con la visión restringida a una ciudad, localidad o problema específico, sino dentro del contexto Regional e Hidrográfico.

Debe tenerse presente que si se alteran las condiciones naturales de las aguas, los espacios que ellas originalmente ocuparon serán requeridos posiblemente en otros lugares, lo cual podría significar el traslado del problema.

4.Condiciones Sanitarias.4.Condiciones Sanitarias.

En ningún caso un Sistema de Drenaje Urbano puede ocasionar un empeoramiento de las condiciones sanitarias de la población, sino que por el contrario debe mejorarlas.

5.Ecología.5.Ecología.

Contribuir al mantenimiento ecológico y ambiental de las ciudades y cuencas hidrográficas Adyacentes, tiene especial significado en el proyecto de un Sistema de Drenaje.

Métodos Convencionales de Estimación de Gastos

Método Método DirectoDirecto

Este método, por ser solo aplicable a aquellas áreas donde existan registros de escurrimientos, se descarta no solamente para la áreas netamente urbanas, sino también en muchas otras cuencas. El método consistiría en seleccionar de los registros, los Gastos Máximos Instantáneos para cada año y aplicar cualquier procedimiento de cálculo de frecuencia. Además de su sencillez, su principal ventaja radica en que utiliza frecuencia de gastos y no de precipitaciones.

Método del Área Efectiva

No existe ninguna comprobación experimental sobre su bondad y, en consecuencia, debe ser utilizado con las reservas del caso.

El Método puede en principio aplicarse a áreas de cualquier magnitud y tiempos de lluvia largos, pues tiende a eliminar dos de las limitaciones básicas del Método Racional: el área a cubrir y la uniformidad de la lluvia en el tiempo y en el espacio. Para ello se supone que no toda el área contribuye al mismo tiempo sino en áreas efectivamente parciales, que se determinan en base al tiempo de uniformidad de la lluvia,

Método del EscurrimientoSuperficial Modificado

Resulta de la combinación de las experiencias de Izzard para flujo superficial, con el Método Racional y el Método de Muskingum para tránsito de avenidas.

El Método elimina parte de los inconvenientes de la Fórmula Racional y es particularmente aplicable a cuencas de quebradas, con uso mixto de la tierra; es decir, urbano y no urbano.

Método Racional

Este Método es el más utilizado en todo el mundo, sin dejar de lado a República Dominicana, donde tradicionalmente se ha utilizado.

El cálculo del gasto se hace de acuerdo a la fórmula:

Q = C*i*A 3600

Donde Q es el Gasto Máximo en m3/seg.; i la intensidad de la lluvia en mm/hr para una duración igual al tiempo de concentración tc del área tributaria; A el área tributaria en hectáreas; y C el coeficiente de Escorrentía.

La fórmula puede también ser expresada en la forma:

Q = CiA

Donde Q vendría expresado en Litros por segundo, i en litros por Segundo por hectárea, y las otras variables en las unidades Citadas.

El Método supone que si sobre un área determinada cayese una precipitación de intensidad uniforme en el tiempo y en el espacio, llegará un momento en que la cantidad de agua que cae equivale a la que sale del área, siempre y cuando ésta sea impermeable.

El tiempo en el cual se alcanza la equivalencia es el denominado tiempo de concentración tc. Aun en el caso de que el área fuese totalmente impermeable, existirán perdidas por evaporación y almacenamiento en depresiones, por ello el coeficiente C ajusta la relación entre el volumen precipitado por unidad de tiempo i A, al volumen escurrido por unidad de tiempo; es decir, C es una relación de Escurrimiento – Precipitación.

Tiempo de concentración. En el caso del Método Racional, el tiempo de concentración es igual al tiempo que se tarda una Gota de Agua en recorrer el trayecto desde el punto mas alejado de la cuenca hasta el sitio en cuestión. Para su determinación puede emplearse la formula:

tc = tcs + tv

Donde tcs es el tiempo de concentración de flujo superficial y tv es el tiempo de viaje a través de los colectores hasta el sitio deseado.

tcs: 10-20 min.

Para calcular el tiempo de entrada, se puede utilizar la expresión de Kerby.

L P 0.5te = 4.3 -------- 9.81 S

donde:te = Tiempo de entrada en minutosL = Distancia al punto más lejano en

metrosP = Coeficiente de retardo

S = Pendiente media en m/m

Tabla De Coeficiente De Retardo

SUPERFICIE Coeficiente de retardo (Normas Costar Rica)

Superficies Impermeables 0.02Suelo Firme 0.10Superficie Moderadamente Firme 0.20Césped 0.20Terrenos Arborizados 0.70Pastos Densos 0.80

De acuerdo al fundamento anterior, el Método tiene

una Serie de Limitaciones:

1. La lluvia es uniforme en el tiempo; es decir, su intensidad es constante, lo cual, en la practica, es solo verdad para duraciones muy cortas.

2. La lluvia es uniforme en el espacio; es decir, tiene la misma intensidad al mismo tiempo sobre toda el área tributaria. Esto es prácticamente valido para áreas muy pequeñas.

3.Ignora el efecto de almacenamiento o retención temporal en las superficies, conductos, cauces, etc., el cual es mayor mientras menos impermeable sea el área.

4.El coeficiente de escorrentía es constante, lo cual es sólo cierto para áreas impermeables.

5.Supone que el gasto calculado tiene la misma frecuencia de la precipitación, lo cual es más cierto en áreas impermeables, donde las condiciones previas de humedad del subsuelo no influyen significativamente en la escorrentía.

Las limitaciones anteriores llevan a la conclusión de que la fórmula racional puede arrojar resultados aceptables sólo si el área es pequeña y tiene un alto porcentaje de impermeabilidad, y además el tc es corto. De allí que no se recomiende su aplicación para superficies mayores de 20 Ha, 80 % urbanizadas y tc superiores a 15 minutos. Cuando estas recomendaciones no se observen, la fórmula tiende a dar valores mayores que los reales.

Diseño de Sistemas de Drenaje Pluvial

1. Nombrar las Calles.

2. Se identifican los tramos. Para ello hay que numerar todas las intersecciones de calles.

3. Se obtienen longitudes y se acumulan.

4. A partir de la cota del terreno o rasante determinar la pendiente de todas las calles.

5. Se obtienen las áreas que drenan a cada tramo y se acumulan.

6.Para cada tramo (área), se determina la relación precipitación-escurrimiento (C). Ver tabla

Coeficientes De Escurrimiento

7.Se obtiene el tiempo de concentración (minutos) en cada tramo.

tc = te + tesc

8. Se obtiene la intensidad de lluvia en cada tramo.

Se puede utilizar la curva de intensidad-duración - período de retorno de Santo Domingo.

9. Se obtienen los Caudales producto de la precipitación en cada tramo.

10.Se obtienen los Caudales acumulados en cada tramo.

11.Se calcula el Caudal que puede ser manejado por el contén. (Fórmula de Izzard)

12.Se obtiene la velocidad de circulación del Agua en el Contén.

13.Se obtiene la diferencia entre el caudal acumulado generado por la precipitación y el que puede manejar el contén.

Si Qcontén > Qlluvia

14.No se necesita tubería para manejar el agua.

Si Qcontén < Qlluvia

Parte del Agua debe manejarse con tubería.

Observaciones

• Cuando Qcontén < Qlluvia

Hay que colocar imbornales para captar las Aguas de lluvia del contén e introducirlas a la conducción.

• En este punto hay que decidir también cuántos imbornales y de qué tipo se van a colocar. Puede utilizarse la tabla de la CAASD, Capacidad de captación Máxima de imbornales.

• Si los imbornales no pueden captar la totalidad del caudal de precipitación, o si se prefiere captar solamente una porción de ellas, el resto debe poder manejarse por los Contenes.

15.Se selecciona el Diámetro de la tubería.

16.Se obtienen Qlleno y Vlleno

17.Se revisa la velocidad cuando la Tubería fluye parcialmente llena. Si cumple con las especificaciones, el Diseño del tramo queda definido.

18.Se calcula el Volumen de Excavaciones.