Evaluación de la capacidad de captación de un sumidero a partir de un

modelo físico a escala reducida

Realización del estudio

• El estudio fue hecho en el Departamento de Hidráulica de la Facultad de Ciencias Exactas, Ingeniería y Agrimensura de la UNR

• La construcción del modelo físico la realizó la Dirección General de Hidráulica y Saneamiento de la Municipalidad de Rosario

• El financiamiento se hizo a través de una Beca de iniciación en la investigación científica y tecnológica de la FCEIA

Objetivos• Conocer la capacidad de captación de un sumidero

vertical• Conocer la capacidad de captación de un sumidero

combinado• Conocer la capacidad de transporte de la cuneta

Con las características existentes en la ciudad de Rosario

Por qué es necesario este estudio?

• La Municipalidad de Rosario construye un número muy importante de sumideros iguales y se desconoce la capacidad de captación real de éstos

• No se cuenta con información suficiente aplicable a la situación de esta ciudad

• No se cuenta con información acerca de la influencia de cada tipo de reja de entrada

SumiderosUn sumidero o boca de tormenta, es una abertura en el sistema

de desagües, que tiene la función de interceptar el escurrimiento superficial. Es el nexo entre el sistema mayor (escurrimiento superficial) y el sistema menor (red de conductos)

• Ubicación:– En un punto bajo– En un punto intermedio

• Tipo:– Vertical– Horizontal– Combinado (reja horizontal y totalmente abierta)

• Condición de entrada– Con depresión (5cm y 12.5cm)– Sin depresión

Ejemplo

Sumidero vertical en un punto intermedio de una pendiente

• Capta el total del caudal que llega solo cuando este es pequeño

• Se evalúa la Eficiencia: relación entre el caudal captado y el caudal total de llegada

• El flujo es paralelo al cordón, y para ingresar debe desviarse

• La pendiente transversal es muy importante

• El caudal captado no es proporcional a la longitud del sumidero

(Gentileza del Dr. Ing. Gerardo Riccardi)

Modelos Físicos a escala (o Modelos Hidráulicos)

• Un modelo es un sistema a escala reducida que permite deducir por experimentación, las características funcionales que tendrá la construcción en tamaño real, que se llama prototipo.

• Un modelo no es una maqueta. Representa a un fenómeno y no a un objeto.

• No está regido por una escala única.

Sumidero verticalPrototipo

Modelo físico

Sumidero combinado

Modelo Físico Prototipo

Esquema de circulación del agua

Perspectiva modelo físico

CONDUCTO DE DESCARGA

VERTEDEROS

SUMIDEROCORDON

CALLE

CANALES DE AFORO

TUBOS PIEZOMETRICOS

CANALETA DE DESCARGA

CAMARA DE AQUIETAMIENTO Y ALIMENTACION

Vista del laboratorio

Ensayos• Observaciones

– Evolución del tirante– Forma de las líneas de flujo– Perturbaciones ocasionadas por los

elementos componentes• Mediciones

– Caudal captado– Caudal pasante– Tirante en la cuneta

Caudal=130Lts / segPara 3Has (1.5Has por cuneta), coef. de escorrentía=0.6, I=52mm/horaVista perfil de agua frente al sumidero

Caudal=130Lts/seg (I=52mm/h); Sumiero vertical; E=88%Ancho de ocupación aguas abajo=2/3 ancho total

Ancho de ocupación aguas abajo=2/3 ancho totalCaudal=130Lts/seg (I=52mm/h); Sumiero combinado; E=89%

Caudal=273Lts / seg; E=62%I=110mm/h (T=10min R=2 años I=102mm/h; R=5 años I=128mm/h)

Caudal=310Lts / seg; E=60%I=124mm/h (T=10 min R=5 años I=128mm/h)

Caudal=310Lts/seg; E=60%I=124mm/h (T=10 min R=5 años I=128mm/h)

Captación totalLíneas de flujo

Prolongación líneas de flujo

L necesaria (Prototipo) = 6.26 mL necesaria teórica = 6.04 m

Conducto de descargaCaudal total=130Lts/seg; Caudal captado=117Lts/seg

(I=52mm/h)

Caudal total=130Lts/seg; Caudal captado=117Lts/seg (I=52mm/h)

Caudal total=310Lts/seg; Caudal captado=127Lts/seg (E=59%) (I=123mm/h)

Conducto de descarga

Con reja reja horizontal

Con reja reja horizontal totalmente abierta

Resultados de los ensayos

Se analiza:– Tirante en la cuneta - Caudal total– Caudal captado – Caudal total– Eficiencia = Caudal captado / caudal total – Caudal total

Caudal teórico y observado en cunetaTirante - Caudal en cuneta

Caudal teórico y observado en cuneta

0

50

100

150

200

250

300

350

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

Tirante [cm]

Cau

dal [

Lts/

seg]

Caudal observado

Caudal teórico (Manning)

Influencia de la depresiónCaudal total – Caudal captado

Para depresiones de 5cm y 12.5 cm con L=3m

Caudal total - Caudal CaptadoDepresión 5cm y 12,5cm L=3m

0

50

100

150

200

0 50 100 150 200 250 300 350

Caudal total [Lts/seg]

Cau

dal c

apta

do [L

ts/s

eg]

Depresión=12.5cmDepresión=5cmPolinómica (Depresión=12.5cm)Polinómica (Depresión=5cm)

Eficiencia sumideroDepresión 5cm y 12,5cm L=3m

50

60

70

80

90

100

0 50 100 150 200 250 300 350

Caudal total [Lts/seg]

Efic

ienc

ia [%

]

Depresión=12.5cmDepresion=5cmPolinómica (Depresion=5cm)Polinómica (Depresión=12.5cm)

Influencia de la depresiónEficiencia - Caudal total

Para depresiones de 5cm y 12.5 cm con L=3m

Eficiencia Sumidero vertical y combinadoDepresión=12.5cm; L=3m

Eficiencia sumidero vertical y combinadoDepresión=12,5cm L=3m

50

55

60

65

70

75

80

85

90

95

100

0 50 100 150 200 250 300 350

Caudal total [Lts/seg]

Efic

ienc

ia [%

]

Sumidero VerticalSumidero combinado - 1 reja HorizontalSumidero combinado - 3 rejas horizontalesExponencial (Sumidero combinado - 3 rejas horizontales)Exponencial (Sumidero Vertical)

Influencia del tipo de reja horizontalInfluencia del tipo de reja horizontal en la eficiencia del sumidero

50

60

70

80

90

100

0 50 100 150 200 250 300 350

Caudal total [Lts/seg]

Efic

ienc

ia [%

]

Totalmente abierta

Con barrotes rectangulares

Lineal (Totalmente abierta)

Lineal (Con barrotes rectangulares)

Comparación con otros estudiosEficiencia del sumidero

Caudal total en la cuneta es de 156 Lts/seg.

Eficiencia [%] para el caudal máximo en la cuneta

0

20

40

60

80

100

Eficiencia [%] 83 71 82

UDFCD (84) Gúo = UDFCD (2001) Resultado ensayado

Utilidad de los resultados

Los resultados y observaciones hechas en este trabajo serán de utilidad para:– Ajustar el dimensionamiento de los sumideros

en la ciudad de Rosario a valores propios.– Considerar mejoras al diseño de los

sumideros con datos de eficiencia reales.– Conocer la capacidad de transporte de una

calle representativa de la ciudad de Rosario a fin de definir la traza de las obras a proyectar

Conclusiones:

Campo de aplicación: las conclusiones son aplicables a sumideros ubicados en un punto intermedio de una pendiente longitudinal del orden del 0.2%

• El sumidero capta la totalidad del caudal sólo cuando éste es pequeño.• La depresión a la entrada del sumidero mejora su eficiencia.• El agregado de una reja horizontal no mejora sustancialmente la eficiencia

del sumidero cuando no hay obstrucciones.• El cambio en el diseño de la reja horizontal, no genera una mejora

sustancial en la eficiencia cuando no hay obstrucciones.• El agregado de una reja horizontal mejora la eficiencia cuando hay

obstrucciones.• El conducto de descarga del sumidero tiene capacidad suficiente, puede

reducirse la pendiente de éste de ser necesario.• Podría mejorarse la capacidad de descarga del conducto de salida (o

reducirse el diámetro), generando un abocinamiento a la entrada del mismo.

AgradecimientosIngs. Adelma Mancinelli, Raúl Navarro y Hugo Orsolini (Universidad

Nacional de Rosario)Dr. Ing. Gerardo Riccardi (Universidad Nacional de Rosario)Ing. Alejandro Secchi (Instituto Nacional del Agua)Ings. Sandra Fernández y Néstor Murga (Universidad Nacional del Sur)Ings. A. Daniele, S. Porta, R. Consolatti, F. Otaduy y R. Bártoli

(Municipalidad de Rosario)