Escuela Superior Politécnica de Chimborazo

Facultad de Ciencias

Escuela de Ciencias Químicas

Informática Aplicada

Tema: “Diseño del sistema de Alcantarillado del sector cercano a la dirección de estudios centro,

de la ciudad de Riobamba”

Integrantes:

Juliana Maita Jorge Miranda Cristian Chuquín Augusto reyes

Fecha: 2010-05-04

Riobamba-Ecuador

Contenido

ANTECEDENTES..................................................................................................................................9

JUSTIFICACIÓN...................................................................................................................................9

OBJETIVOS..........................................................................................................................................9

General...........................................................................................................................................9

Específicos......................................................................................................................................9

FUNDAMENTO TEÓRICO....................................................................................................................9

Sistema de alcantarillado pluvial....................................................................................................9

Componentes de un sistema de alcantarillado pluvial.................................................................10

La infraestructura que compone un sistema de alcantarillado pluvial está definida por un emplazamiento que permite diferenciar los siguientes elementos:................................................10

Cordón de acera.......................................................................................................................10

Cuneta......................................................................................................................................10

Boca tormenta..........................................................................................................................10

Cámara de conexión.................................................................................................................10

Tubería de conexión.................................................................................................................10

Cámara de inspección..............................................................................................................10

Colector principal.....................................................................................................................10

Cordón de acera...............................................................................................................................10

Es un elemento de hormigón prefabricado o vaciado en sitio, cuya función es separar la calzada de la acera con un cierto desnivel permitiendo la conformación de la cuneta longitudinalmente.......10

Cuneta..............................................................................................................................................10

La cuneta es un canal abierto generalmente de sección triangular que se forma entre el cordón y la calzada a través del cual se conducen las aguas hasta las boca tormentas.....................................10

Boca tormenta.................................................................................................................................10

Es una estructura hidráulica destinada a captar el escurrimiento de las aguas superficiales, consiste en una cámara de hormigón o mampostería de piedra ubicada bajo la acera, bajo el nivel de la cuneta y puede o no tener rejillas. Su emplazamiento por lo general podrá estar a media cuadra, o en plena esquina de las vías urbanas...............................................................................................10

Cámara de conexión.........................................................................................................................10

Esta construida de hormigón o mampostería de piedra y recibe las aguas pluviales captadas a través de la boca tormenta..............................................................................................................10

Tubería de conexión.........................................................................................................................10

Es un conducto cerrado de conexión circular destinado a conectar la boca tormenta con una cámara de inspección.......................................................................................................................10

Cámara de inspección......................................................................................................................10

Constructivamente puede ser de hormigón o mampostería de piedra, mediante esta infraestructura se unen los diferentes tramos colectores unos con otros, estas cámaras reciben únicamente las tuberías de conexión de las boca tormentas..........................................................10

Colector principal.............................................................................................................................11

Son tuberías que conducen la contribución del curso principal de aguas hasta el fondo o final de la cuenca de drenaje y se interconectan con los colectores secundarios que evacuan el agua de los tramos adyacentes...........................................................................................................................11

Condiciones para el estudio de drenaje.......................................................................................11

Escurrimiento natural:.....................................................................................................................11

Pendiente favorable.................................................................................................................11

Sección de drenaje...................................................................................................................11

Escurrimiento controlado:...............................................................................................................11

Pendiente favorable.................................................................................................................11

Sección de drenaje...................................................................................................................11

Uso de la vía (peatonal, vehicular)...........................................................................................11

Elección del drenaje (abierto, cerrado)....................................................................................11

Daño/riesgo probable de inundación.......................................................................................11

Para la evaluación de la hidrología es necesario aplicar métodos hidrológicos que permitan establecer específicamente parámetros de diseño:.........................................................................11

Intensidad de la lluvia...............................................................................................................11

Duración de la lluvia.................................................................................................................11

Frecuencia de la lluvia..............................................................................................................11

Áreas de drenaje y/o áreas de aporte......................................................................................11

Método racional...........................................................................................................................11

Metodológicamente se ha establecido que para analizar la precipitación respecto al escurrimiento se puede adoptar el método racional para el cálculo de caudales en superficies de proyecto menor a 10 km² = 1000 Ha..........................................................................................................................11

Q=C x I x A ...................................................................................................................................11

Q : Caudal.........................................................................................................................................11

C: Coeficiente de escorrentía...........................................................................................................11

I: Intensidad (mm)............................................................................................................................11

A : Área de aporte............................................................................................................................11

Para superficies mayores a los 10 km² es necesario evaluar las características de la cuenca, los datos históricos de precipitación y puede utilizarse el método SCS (soil conservation service)......11

Sin embargo la exactitud de los métodos hace a que se puedan obtener las curvas características de intensidad, duración y frecuencia (Curvas I-D-F).........................................................................11

El método de la ecuación racional no puede aplicarse en todos los caso de diseño por contar con las siguientes limitaciones:...............................................................................................................12

Al ser una ecuación empírica solo podrá utilizarse en superficies de áreas de drenaje menores o iguales a 10 km², debido a que no considera adecuadamente la distribución espacial de la lluvia puesto que considera que una precipitación es uniforme en toda la cuenca y por otro lado el método racional supone que a partir del inicio de la precipitación inmediatamente se produce escurrimientos lo cual no es cierto...................................................................................................12

Áreas de drenaje..............................................................................................................................12

Para determinar el área de drenaje en una ciudad se debe proceder de manera similar a las áreas del alcantarillado trazando diagonales o bisectrices por manzanos siguiendo los cursos de drenaje. En caso de que la población este influenciada por un área de aporte importante de una cuenca próxima, se deben diseñar canales interceptores con el fin de evitar que los colectores iniciales sean de gran volumen, es preferible hacer una red de drenaje complementaria aislando así del drenaje urbano pluvial.....................................................................................................................12

Intensidad de la lluvia......................................................................................................................12

Para la evaluación hidrológica de la zona donde se va a construir el drenaje pluvial es necesario establecer la intensidad de la lluvia cuyo valor se obtiene de las curvas IDF...................................12

Esta curva en cuanto a la intensidad se define que es inversamente proporcional a la duración y directamente proporcional a la frecuencia de la lluvia....................................................................12

Esta relación de parámetros y variables establece que a través de estudios se defina la siguiente expresión de parámetros generales:................................................................................................12

I : Intensidad de la lluvia...................................................................................................................12

c : Valores o coeficientes definidos por las características regionales de la precipitación...............12

m : Valores o coeficientes definidos por las características regionales de la precipitación..............12

n : Valores o coeficientes definidos por las características regionales de la precipitación...............12

f : Frecuencia en años......................................................................................................................12

t : El tiempo de duración en minutos...............................................................................................12

La intensidad de lluvia que se adopta en el cálculo del caudal para los proyectos se determinara con el valor del tiempo de concentración (Tc).................................................................................12

Frecuencia de lluvias........................................................................................................................12

La frecuencia es un factor importante en la capacidad de redes de alcantarillado pluvial en su relación con la prevención de inundaciones de vías, áreas urbanas, centros de equipamiento, áreas

verdes, por los riesgos y daños con la propiedad, daños personales, obstrucción del tráfico vehicular...........................................................................................................................................12

La elección de los periodos de retorno de una precipitación estará en función a las características de protección e importancia del área en estudio.............................................................................13

Frecuencias de 1 a 2 años se utiliza para el diseño de redes urbanas y sub urbanas.......................13

Frecuencias de 2 a 5 años se utiliza para areas urbanas residenciales y comerciales......................13

Frecuencias de 10 años para colectores de 2do orden como la canalización de quebradas y riachuelos.........................................................................................................................................13

Frecuencias de 20 a 50 años para diseño de obras hidráulicas especiales como la canalización de ríos de 1er orden..............................................................................................................................13

Frecuencias de 100 años para la red de drenaje de la cuenca principal...........................................13

La frecuencia elegida debe ser comparativa contra el riesgo de inundación y el costo de inversión del proyecto.....................................................................................................................................13

El plano de la cuenca es necesario que cuente con curvas de nivel c/5metros, el plano urbano con curvas de nivel cada metro, se puede usar escalas de 1:5000, preferentemente 1:1000................13

Cuando se utilice la ecuación del método racional se recomienda aplicar adecuadamente el valor del coeficiente de escurrimiento “c” en función al escurrimiento superficial según las características de la superficie, considerando perdidas por infiltración y otros efectos retardadores....................................................................................................................................13

El valor del coeficiente “c” podrá ser de 0.4 a 0.5 en poblaciones urbanas, para otras áreas se debe utilizar valores de las tablas respectivas...........................................................................................13

Duración de la lluvia.........................................................................................................................13

Se puede demostrar que el caudal producido será el máximo de la duración de la lluvia cuando es igual al tiempo de concentración del área drenada.........................................................................13

El tiempo de concentración Tc es el tiempo que tarda el agua en llegar desde el punto más alejado de la cuenca hasta el colector es decir, es el tiempo requerido desde el comienzo de la lluvia para que toda el área este contribuyendo al colector en cuestión..........................................................13

El tiempo de concentración es la suma del tiempo de entrada más el tiempo recorrido en el colector:...........................................................................................................................................13

Tc=Te+Tp......................................................................................................................................13

**Todos los tiempos en minutos.....................................................................................................13

El tiempo de entrada Te es considerado como aquel recorrido en montañas, terrenos planos, cunetas, zanjas y depresiones y que depende de las características de la superficie (Pendiente y tipo de superficie)............................................................................................................................14

El tiempo de entrada fluctúa entre 5 y 10 minutos..........................................................................14

El tiempo de recorrido en el colector dependerá de la velocidad y la longitud del colector entre pozos................................................................................................................................................14

Para calcular este tiempo al principio es conveniente asumir una velocidad real en el colector de 1 m/s como velocidad real..................................................................................................................14

El tiempo del trayecto se expresa en minutos y considera el tiempo que tarda la gota teórica de agua en recorrer desde la entrada hasta la otra sección..................................................................14

Recubrimiento mínimo....................................................................................................................14

Como mínimo 1 metro, en casos excepcionales y solo bajo justificación 0.5 de metro (recubrimiento mínimo sobre los colectores)..................................................................................14

Evaluación del coeficiente de escurrimiento “c”..............................................................................14

Ci : Coeficiente de escurrimiento superficial de cada sector............................................................14

Ai: Área total de cada sector expresado en hectáreas.....................................................................14

A: Área total de la cuenca de drenaje expresado en hectáreas.......................................................14

Coeficiente de escurrimiento superficial..........................................................................................14

Según el tipo de superficie “C”.........................................................................................................14

Superficie de tejados (cubierta) 0.70-0.95.......................................................................................14

Vias empedradas 0.25-0.40......................................................................................................14

Pavimento (rigido-flexible) 0.40-0.50.......................................................................................14

Vias/ paseos ripiados 0.15-0.30................................................................................................14

Superficie no pavimentada/lotes vacios 0.10-0.30...................................................................14

Area verde (jardín, parque, granados, etc.) 0.00-0.25..............................................................14

Según las condiciones de la cuenca receptora “C”...........................................................................14

Zonas densamente pobladas con vías pavimentadas 0.70-0.90...............................................14

Zonas menos densamente habitadas con vías pavimentadas 0.70..........................................14

Zonas residenciales de construcción cerrada y via pavimentada (condominio) 0.65...............14

Barrios en jardines y vías empedradas 0.30.............................................................................14

Superficie arborizada/parques, campo deportivo 0.10-0.20....................................................14

Zonas residenciales mediamente habitadas 0.55-0.65.............................................................15

Destino final de las aguas pluviales..................................................................................................15

Las redes que hacen el trazo del drenaje pluvial por lo general forman un sistema de pequeños tramos interconectados entre sí a través de redes ramificadas donde el colector principal es trazado en la zona más baja para evacuar todas las aguas de la manera más directa posible a un curso natural de drenaje (rio, quebrada, lago, torrentera)..............................................................15

Boca tormentas................................................................................................................................15

La ubicación de las boca tormentas será en aquellos puntos que permitan la captación superficial de las aguas, debe ser en el punto más bajo con respecto a la cuneta, puede ser situado en la esquina o vértice de un manzano como también es un punto intermedio del tramo.....................15

Cámaras de inspección.....................................................................................................................15

Deberán cumplir los mismos criterios que una red de alcantarillado sanitario, las cámaras de inspección son instaladas para recibir las aguas captadas por las boca tormentas. Solo en caso de extremada emergencia y por tiempo controlado se puede retirar la tapa de cierre a objeto de permitir que funcione como sumidero.............................................................................................15

Profundidad máxima de los colectores............................................................................................15

La norma establece que la profundidad de las zanjas donde se instalaran los colectores no debe ser mayor a los 6 m de profundidad.................................................................................................15

Dimensiones de los colectores.........................................................................................................15

El diámetro minimo para sistemas de recolección y evacuación de aguas pluviales según norma es de 200 mm (8”). Sin embargo en casos especiales y previa justificación el diámetro del colector para los primeros tramos de inicio (arranques) podrá ser de 150 mm (6”).....................................15

Si el conducto supera a 1.2 m de diámetro interno es mejor efectuar diseños con conductos rectangulares (canales), de ser posible y económico el diámetro en tubería circular puede ser hasta de 2 m, si el conducto va a ser canal abierto y va por vías urbanas, peatonales, vehiculares los muros deberán sobresalir mínimamente como bordillos de protección una altura de 25 a 30 cm del nivel de la calzada y debe tener orificios al nivel de la superficie para permitir el drenaje lateral..........................................................................................................................................................15

Es necesario que el conducto trabaje a gravedad sin embargo en secciones rectangulares el bordo libre debe ser incrementado ante el posible ingreso del material flotante (Basura).......................16

Tensión tractiva................................................................................................................................16

Bajo el mismo criterio que el sistema de alcantarillado sanitario la tensión tractiva es igual:.........16

T: Tensión tractiva (Pa).....................................................................................................................16

S : Pendiente de la tubería llena (m/m)............................................................................................16𝜹: Densidad del H2O, 1000 kg/m³...................................................................................................16

g : Aceleracion de la gravedad 9.8 m/s²...........................................................................................16

R : Radio hidráulico (m)....................................................................................................................16

La fuerza tractiva debe ser suficiente como para transportar el 95 % del material granular que hubiese ingresado al sistema de alcantarillado pluvial. En consecuencia la tensión tractiva mínima admisible para un alcantarillado pluvial deberá ser mayor o igual a 1.5 Pa en todo el tramo, la velocidad mínima debe ser 0.6 m/s para evitar sedimentación.......................................................16

Pendiente mínima............................................................................................................................16

La pendiente mínima debe garantizar que el conducto sea autolimpiante y generalmente debe cumplir la relación de caudales parcialmente llena sobre tubería llena con una relación de 0.10:. 16

El valor del coeficiente de rugosidad para conductos circulares con tubería deberá ser n=0.013, sin embargo en conductos abiertos (canales) se deberá adoptar el valor de la rugosidad en función al tipo de acabado que tengan las paredes de la sección....................................................................16

Periodo de diseño............................................................................................................................16

La proyección de una red de alcantarillado pluvial se estima que concentrara una vida útil al menos de 25 años............................................................................................................................16

Planilla de cálculo y dimensionamiento hidráulico..........................................................................16

Para el cálculo es necesario conocer los datos siguientes:...............................................................16

Ecuación de la intensidad de lluvia...........................................................................................16

Frecuencia de la lluvia, cálculo del coeficiente de escurrimiento (escorrentía), trazo del sistema de drenaje en función a las condiciones favorables de la pendiente y las condiciones del trazo del flujo...................................................................................................................................17

DESCRIPCIÓN DEL SECTOR...............................................................................................................17

DIMENSIONAMIENTO......................................................................................................................17

MATERIALES Y EQUIPOS UTILIZADOS...............................................................................................17

Materiales:...................................................................................................................................17

Equipos:........................................................................................................................................17

Software:......................................................................................................................................17

Datos............................................................................................................................................17

CONCLUSIONES................................................................................................................................22

RECOMENDACIONES........................................................................................................................22

ANTECEDENTES

Desde hace 30 años existe en el sector una red de alcantarillado, según la información obtenida para la construcción de la misma se realizaron los estudios respectivos, sin embargo en los últimos años se ha presentado ciertos problemas como colapso de tuberías en ciertos tramos, y taponamiento de otros.

JUSTIFICACIÓN

Las aguas pluviales no tratadas se consideran actualmente como la fuente fundamental de la contaminación del agua.El crecimiento descontrolado de las algas en los canales es a menudo resultado de un control deficiente de las aguas pluviales.Las aguas pluviales contribuyen aproximadamente con un 80–95 por ciento de los metales pesados (plomo, cobre, cadmio) que se filtran en las aguas de la Florida.La cantidad de nutrientes (nitrógeno y fósforo, las mismas sustancias químicas existentes en el fertilizante para jardinería) detectado en las aguas pluviales es comparable con la existente en las aguas residuales tratadasLa red de alcantarillado existente ha terminado su vida útil, además la población ha sobrepasado la predicha en los estudios realizados para la construcción de esta red, por lo que se están presentando problemas ya que la tubería no soporta los caudales de agua residual generados actualmente, esto ha ocasionado el colapso de ciertos tramos de tubería y con ello la proliferación de ciertas enfermedades en la población por lo que es urgente diseñar una nueva red de alcantarillado.

OBJETIVOS

General

Diseñar la red de alcantarillado pluvial para el sector cercano a la Dirección de Estudios Centro de la ciudad de Riobamba

Específicos

Obtener la curva IDF para los datos de precipitación del año 2007 de la Estación Meteorológica de la ESPOCH.

Estimar la intensidad máxima para un periodo de tiempo similar. Considerar todos los criterios de básicos de diseño de una red de alcantarillado pluvial

con el fin de garantizar la funcionalidad de la misma. Calcular el diámetro de la tubería, y otros parámetros utilizando el software EDAR

DESIGN 1.0

FUNDAMENTO TEÓRICO

Sistema de alcantarillado pluvial

Este sistema tiene por objeto solucionar los problemas de captación y evacuación de aguas provenientes de la precipitación pluvial en zonas urbanas para lo cual es necesario establecer una serie de elementos de colectores y canales que permitan evacuar rápidamente el agua de la calzada generando así un área de drenaje y evacuación eliminando de esta manera anegamientos de agua posibilidades de inundación optimas condiciones de circulación peatonal y vehicular.

Componentes de un sistema de alcantarillado pluvial

La infraestructura que compone un sistema de alcantarillado pluvial está definida por un emplazamiento que permite diferenciar los siguientes elementos:

Cordón de acera Cuneta Boca tormenta Cámara de conexión Tubería de conexión Cámara de inspección Colector principal

Cordón de aceraEs un elemento de hormigón prefabricado o vaciado en sitio, cuya función es separar la calzada de la acera con un cierto desnivel permitiendo la conformación de la cuneta longitudinalmente.

CunetaLa cuneta es un canal abierto generalmente de sección triangular que se forma entre el cordón y la calzada a través del cual se conducen las aguas hasta las boca tormentas.Boca tormentaEs una estructura hidráulica destinada a captar el escurrimiento de las aguas superficiales, consiste en una cámara de hormigón o mampostería de piedra ubicada bajo la acera, bajo el nivel de la cuneta y puede o no tener rejillas. Su emplazamiento por lo general podrá estar a media cuadra, o en plena esquina de las vías urbanas.Cámara de conexiónEsta construida de hormigón o mampostería de piedra y recibe las aguas pluviales captadas a través de la boca tormenta.Tubería de conexiónEs un conducto cerrado de conexión circular destinado a conectar la boca tormenta con una cámara de inspección.

Cámara de inspecciónConstructivamente puede ser de hormigón o mampostería de piedra, mediante esta infraestructura se unen los diferentes tramos colectores unos con otros, estas cámaras reciben únicamente las tuberías de conexión de las boca tormentas.Colector principal

Son tuberías que conducen la contribución del curso principal de aguas hasta el fondo o final de la cuenca de drenaje y se interconectan con los colectores secundarios que evacuan el agua de los tramos adyacentes.

Condiciones para el estudio de drenaje

Escurrimiento natural: Pendiente favorable Sección de drenaje

Escurrimiento controlado: Pendiente favorable Sección de drenaje Uso de la vía (peatonal, vehicular) Elección del drenaje (abierto, cerrado) Daño/riesgo probable de inundación

Para la evaluación de la hidrología es necesario aplicar métodos hidrológicos que permitan establecer específicamente parámetros de diseño:

Intensidad de la lluvia Duración de la lluvia Frecuencia de la lluvia Áreas de drenaje y/o áreas de aporte

Método racional

Metodológicamente se ha establecido que para analizar la precipitación respecto al escurrimiento se puede adoptar el método racional para el cálculo de caudales en superficies de proyecto menor a 10 km² = 1000 Ha.

Q=C x I x A

Q : CaudalC: Coeficiente de escorrentíaI: Intensidad (mm)A : Área de aportePara superficies mayores a los 10 km² es necesario evaluar las características de la cuenca, los datos históricos de precipitación y puede utilizarse el método SCS (soil conservation service).Sin embargo la exactitud de los métodos hace a que se puedan obtener las curvas características de intensidad, duración y frecuencia (Curvas I-D-F).

El método de la ecuación racional no puede aplicarse en todos los caso de diseño por contar con las siguientes limitaciones:

Al ser una ecuación empírica solo podrá utilizarse en superficies de áreas de drenaje menores o iguales a 10 km², debido a que no considera adecuadamente la distribución espacial de la lluvia puesto que considera que una precipitación es uniforme en toda la cuenca y por otro lado el método racional supone que a partir del inicio de la precipitación inmediatamente se produce escurrimientos lo cual no es cierto.

Áreas de drenajePara determinar el área de drenaje en una ciudad se debe proceder de manera similar a las áreas del alcantarillado trazando diagonales o bisectrices por manzanos siguiendo los cursos de drenaje. En caso de que la población este influenciada por un área de aporte importante de una cuenca próxima, se deben diseñar canales interceptores con el fin de evitar que los colectores iniciales sean de gran volumen, es preferible hacer una red de drenaje complementaria aislando así del drenaje urbano pluvial.Intensidad de la lluvia

Para la evaluación hidrológica de la zona donde se va a construir el drenaje pluvial es necesario establecer la intensidad de la lluvia cuyo valor se obtiene de las curvas IDF.

Esta curva en cuanto a la intensidad se define que es inversamente proporcional a la duración y directamente proporcional a la frecuencia de la lluvia.

Esta relación de parámetros y variables establece que a través de estudios se defina la siguiente expresión de parámetros generales:

I : Intensidad de la lluviac : Valores o coeficientes definidos por las características regionales de la precipitaciónm : Valores o coeficientes definidos por las características regionales de la precipitaciónn : Valores o coeficientes definidos por las características regionales de la precipitaciónf : Frecuencia en añost : El tiempo de duración en minutosLa intensidad de lluvia que se adopta en el cálculo del caudal para los proyectos se determinara con el valor del tiempo de concentración (Tc).Frecuencia de lluvias

La frecuencia es un factor importante en la capacidad de redes de alcantarillado pluvial en su relación con la prevención de inundaciones de vías, áreas urbanas, centros de equipamiento, áreas verdes, por los riesgos y daños con la propiedad, daños personales, obstrucción del tráfico vehicular.

La elección de los periodos de retorno de una precipitación estará en función a las características de protección e importancia del área en estudio.

Frecuencias de 1 a 2 años se utiliza para el diseño de redes urbanas y sub urbanasFrecuencias de 2 a 5 años se utiliza para areas urbanas residenciales y comercialesFrecuencias de 10 años para colectores de 2do orden como la canalización de quebradas y riachuelosFrecuencias de 20 a 50 años para diseño de obras hidráulicas especiales como la canalización de ríos de 1er ordenFrecuencias de 100 años para la red de drenaje de la cuenca principalLa frecuencia elegida debe ser comparativa contra el riesgo de inundación y el costo de inversión del proyecto.

El plano de la cuenca es necesario que cuente con curvas de nivel c/5metros, el plano urbano con curvas de nivel cada metro, se puede usar escalas de 1:5000, preferentemente 1:1000.

Cuando se utilice la ecuación del método racional se recomienda aplicar adecuadamente el valor del coeficiente de escurrimiento “c” en función al escurrimiento superficial según las características de la superficie, considerando perdidas por infiltración y otros efectos retardadores.

El valor del coeficiente “c” podrá ser de 0.4 a 0.5 en poblaciones urbanas, para otras áreas se debe utilizar valores de las tablas respectivas.

Duración de la lluvia

Se puede demostrar que el caudal producido será el máximo de la duración de la lluvia cuando es igual al tiempo de concentración del área drenada.

El tiempo de concentración Tc es el tiempo que tarda el agua en llegar desde el punto más alejado de la cuenca hasta el colector es decir, es el tiempo requerido desde el comienzo de la lluvia para que toda el área este contribuyendo al colector en cuestión.

El tiempo de concentración es la suma del tiempo de entrada más el tiempo recorrido en el colector:

Tc=Te+Tp

**Todos los tiempos en minutos

El tiempo de entrada Te es considerado como aquel recorrido en montañas, terrenos planos, cunetas, zanjas y depresiones y que depende de las características de la superficie (Pendiente y tipo de superficie).

El tiempo de entrada fluctúa entre 5 y 10 minutos.

El tiempo de recorrido en el colector dependerá de la velocidad y la longitud del colector entre pozos.

Para calcular este tiempo al principio es conveniente asumir una velocidad real en el colector de 1 m/s como velocidad real.

El tiempo del trayecto se expresa en minutos y considera el tiempo que tarda la gota teórica de agua en recorrer desde la entrada hasta la otra sección.

Recubrimiento mínimo

Como mínimo 1 metro, en casos excepcionales y solo bajo justificación 0.5 de metro (recubrimiento mínimo sobre los colectores).

Evaluación del coeficiente de escurrimiento “c”

Ci : Coeficiente de escurrimiento superficial de cada sector

Ai: Área total de cada sector expresado en hectáreas

A: Área total de la cuenca de drenaje expresado en hectáreas

Coeficiente de escurrimiento superficial

Según el tipo de superficie “C”

Superficie de tejados (cubierta) 0.70-0.95 Vias empedradas 0.25-0.40 Pavimento (rigido-flexible) 0.40-0.50 Vias/ paseos ripiados 0.15-0.30 Superficie no pavimentada/lotes vacios 0.10-0.30 Area verde (jardín, parque, granados, etc.) 0.00-0.25

Según las condiciones de la cuenca receptora “C” Zonas densamente pobladas con vías pavimentadas 0.70-0.90 Zonas menos densamente habitadas con vías pavimentadas 0.70 Zonas residenciales de construcción cerrada y via pavimentada (condominio) 0.65 Barrios en jardines y vías empedradas 0.30 Superficie arborizada/parques, campo deportivo 0.10-0.20 Zonas residenciales mediamente habitadas 0.55-0.65

Destino final de las aguas pluvialesLas redes que hacen el trazo del drenaje pluvial por lo general forman un sistema de pequeños tramos interconectados entre sí a través de redes ramificadas donde el colector

principal es trazado en la zona más baja para evacuar todas las aguas de la manera más directa posible a un curso natural de drenaje (rio, quebrada, lago, torrentera).

Boca tormentas

La ubicación de las boca tormentas será en aquellos puntos que permitan la captación superficial de las aguas, debe ser en el punto más bajo con respecto a la cuneta, puede ser situado en la esquina o vértice de un manzano como también es un punto intermedio del tramo.

Cámaras de inspección

Deberán cumplir los mismos criterios que una red de alcantarillado sanitario, las cámaras de inspección son instaladas para recibir las aguas captadas por las boca tormentas. Solo en caso de extremada emergencia y por tiempo controlado se puede retirar la tapa de cierre a objeto de permitir que funcione como sumidero.

Profundidad máxima de los colectores

La norma establece que la profundidad de las zanjas donde se instalaran los colectores no debe ser mayor a los 6 m de profundidad.

Dimensiones de los colectores

El diámetro minimo para sistemas de recolección y evacuación de aguas pluviales según norma es de 200 mm (8”). Sin embargo en casos especiales y previa justificación el diámetro del colector para los primeros tramos de inicio (arranques) podrá ser de 150 mm (6”).

Si el conducto supera a 1.2 m de diámetro interno es mejor efectuar diseños con conductos rectangulares (canales), de ser posible y económico el diámetro en tubería circular puede ser hasta de 2 m, si el conducto va a ser canal abierto y va por vías urbanas, peatonales, vehiculares los muros deberán sobresalir mínimamente como bordillos de protección una altura de 25 a 30 cm del nivel de la calzada y debe tener orificios al nivel de la superficie para permitir el drenaje lateral.

Es necesario que el conducto trabaje a gravedad sin embargo en secciones rectangulares el bordo libre debe ser incrementado ante el posible ingreso del material flotante (Basura).

Tensión tractiva

Bajo el mismo criterio que el sistema de alcantarillado sanitario la tensión tractiva es igual:

T: Tensión tractiva (Pa)S : Pendiente de la tubería llena (m/m)𝜹: Densidad del H2O, 1000 kg/m³g : Aceleracion de la gravedad 9.8 m/s²R : Radio hidráulico (m)La fuerza tractiva debe ser suficiente como para transportar el 95 % del material granular que hubiese ingresado al sistema de alcantarillado pluvial. En consecuencia la tensión tractiva mínima admisible para un alcantarillado pluvial deberá ser mayor o igual a 1.5 Pa en todo el tramo, la velocidad mínima debe ser 0.6 m/s para evitar sedimentación.Pendiente mínima

La pendiente mínima debe garantizar que el conducto sea autolimpiante y generalmente debe cumplir la relación de caudales parcialmente llena sobre tubería llena con una relación de 0.10:

El valor del coeficiente de rugosidad para conductos circulares con tubería deberá ser n=0.013, sin embargo en conductos abiertos (canales) se deberá adoptar el valor de la rugosidad en función al tipo de acabado que tengan las paredes de la sección.

Periodo de diseño

La proyección de una red de alcantarillado pluvial se estima que concentrara una vida útil al menos de 25 años.

Planilla de cálculo y dimensionamiento hidráulico

Para el cálculo es necesario conocer los datos siguientes:

Ecuación de la intensidad de lluvia

Frecuencia de la lluvia, cálculo del coeficiente de escurrimiento (escorrentía), trazo del sistema de drenaje en función a las condiciones favorables de la pendiente y las condiciones del trazo del flujo.

DESCRIPCIÓN DEL SECTOR

Se ha diseñado la Red de Alcantarillado pluvial para cuatro manzanas que aportarán a un solo colector, las que están comprendidas entre las calles 11 de noviembre y Cristóbal

Colón; en el sector cercano, a la Dirección de Estudios Centro, de la ciudad de Riobamba, provincia de Chimborazo; en donde existen un número promedio de 15 casas por manzana y una población de 230 habitantes actualmente; el lugar esta a una altura de 2831msnm, el sitio cuenta con todos los servicios básicos y en general es una zona residencial.

DIMENSIONAMIENTO

Para el dimensionamiento de la red de alcantarillado pluvial se utilizó las curvas IDF, el método de la ecuación racional para obtener el caudal, y para calcular el diámetro de la tubería y otros parámetros se uso el programa EDAR DESIGN 1.0.

MATERIALES Y EQUIPOS UTILIZADOS

Materiales:

Cinta Métrica de de 50 m

Nivel

Cuaderno de apuntes.Equipos:

Cámara de fotos. Computador

Software:

“Auto CAD” EDAR DESIGN 1.0 Microsoft Excel

Datos

DATOS AÑO 2007 Min

MES DÍA 5 10 20 45 80 120Enero 27 2.2 3.1 3.9 7.6 10.9 20.9Febrer 14 0.1 0.1 0.2 0.3 2.3 13.7Marzo 23 5.2 5.7 8.7 10.5 21.8 33.3Abril 6 4.4 7.4 8.9 12.1 12.5 22.5Mayo 4 1.2 4.5 6.4 11.2 11.4 17.1Junio 1 1 5.5 7 8.9 11.8 11.9Julio 26 1 0.2 1 1.6 2.4 3.8Agosto 28 2.2 2.2 2.6 7.5 11.4 16.8Octubre 19 0.1 2.7 3.3 6.6 11.8 16.2

Noviembre 5 0.7 4.2 5.4 6.8 8.5 13.8TABLA DE INTENSIDAD

Duración Min

min/h 5 10 20 45 80 120

Enero 26.4 18.6 11.710.133333

3 8.175 10.45

Febrer 1.2 0.6 0.6 0.4 1.725 6.85

Marzo 62.4 34.2 26.1 14 16.35 16.65

Abril 52.8 44.4 26.716.133333

3 9.375 11.25

Mayo 14.4 27 19.214.933333

3 8.55 8.55

Junio 12 33 2111.866666

7 8.85 5.95

Julio 12 1.2 32.1333333

3 1.8 1.9

Agosto 26.4 13.2 7.8 10 8.55 8.4

Octubre 1.2 16.2 9.9 8.8 8.85 8.1

Noviembre 8.4 25.2 16.2 9.06666667 6.375 6.9

TABLA DE INTENSIDAD ORDEN MAYOR A MENOR

# orden Periodo (Tr) 5 10 20 45 80 120

1 11 62.4 44.4 26.716.133333

3 16.35 16.65

2 5.5 52.8 34.2 26.114.933333

3 9.375 11.25

3 3.67 26.4 33 21 14 8.85 10.45

4 2.75 26.4 27 19.211.866666

7 8.85 8.55

5 2.2 14.4 25.2 16.210.133333

3 8.55 8.4

6 1.83 12 18.6 11.7 10 8.55 8.1

7 1.57 12 16.2 9.99.0666666

7 8.175 6.9

8 1.38 8.4 13.2 7.8 8.8 6.375 6.85

9 1.22 1.2 1.2 32.1333333

3 1.8 5.95

10 1.1 1.2 0.6 0.6 0.4 1.725 1.9

N I1 (mm/h) X2 X1 Y X1Y X2Y X1 2 X2

2 X1X2

1 62.4 0.698971.0413926

91.7951845

9 1.86949211.2547801

81.0844987

20.4885590

70.7279022

5

2 52.8 0.698970.7403626

91.7226339

2 1.275373881.2040694

40.5481369

10.4885590

70.5174913

1

3 26.4 0.698970.5646660

61.4216039

3 0.80273149 0.99365850.3188477

60.4885590

70.3946846

4

4 26.4 0.698970.4393326

91.4216039

3 0.62455708 0.99365850.1930132

20.4885590

70.3070803

7

5 14.4 0.698970.3424226

81.1583624

9 0.396649590.8096606

40.1172532

90.4885590

70.2393431

8

6 12 0.698970.2624510

91.0791812

5 0.283232290.7543153

20.0688805

70.4885590

70.1834454

4

7 12 0.698970.1958996

51.0791812

5 0.211411230.7543153

20.0383766

70.4885590

70.1369279

8

8 8.4 0.698970.1398790

90.9242792

9 0.12928734 0.64604350.0195661

60.4885590

70.0977712

9

9 1.2 0.698970.0863598

30.0791812

5 0.006838080.0553453

20.0074580

20.4885590

70.0603629

3

10 1.2 0.698970.0413926

90.0791812

5 0.003277520.0553453

20.0017133

50.4885590

70.0289322

5

11 44.4 11.0413926

91.6473829

7 1.715572571.6473829

71.0844987

2 11.0413926

9

12 34.2 10.7403626

91.5340261

1 1.135735691.5340261

10.5481369

1 10.7403626

9

13 33 10.5646660

61.5185139

4 0.857453291.5185139

40.3188477

6 10.5646660

6

14 27 10.4393326

91.4313637

6 0.62884491.4313637

60.1930132

2 10.4393326

9

15 25.2 10.3424226

81.4014005

4 0.479871331.4014005

40.1172532

9 10.3424226

8

16 18.6 10.2624510

91.2695129

4 0.333185061.2695129

40.0688805

7 10.2624510

9

17 16.2 10.1958996

51.2095150

1 0.236943571.2095150

10.0383766

7 10.1958996

5

18 13.2 10.1398790

91.1205739

3 0.156744861.1205739

30.0195661

6 10.1398790

9

19 1.2 10.0863598

30.0791812

5 0.006838080.0791812

50.0074580

2 10.0863598

3

20 0.6 10.0413926

9

-0.2218487

5 -0.00918292

-0.2218487

50.0017133

5 10.0413926

9

21 26.7 1.301031.0413926

91.4265112

6 1.485558391.8559339

41.0844987

21.6926790

51.3548831

2

22 26.1 1.301030.7403626

91.4166405

1 1.048827781.8430917

90.5481369

11.6926790

50.9632340

7

23 21 1.301030.5646660

61.3222192

9 0.746612371.7202469

60.3188477

61.6926790

50.7346474

9

24 19.2 1.301030.4393326

91.2833012

3 0.563796191.6696133

90.1930132

21.6926790

50.5715850

1

25 16.2 1.301030.3424226

81.2095150

1 0.414165371.5736153

10.1172532

91.6926790

50.4455021

8

26 11.7 1.301030.2624510

91.0681858

6 0.280346541.3897418

50.0688805

71.6926790

50.3414567

4

27 9.9 1.301030.1958996

50.9956351

9 0.195044591.2953512

50.0383766

71.6926790

50.2548713

2

28 7.8 1.301030.1398790

9 0.8920946 0.124785381.1606418

40.0195661

61.6926790

50.1819868

9

29 3 1.301030.0863598

30.4771212

5 0.041204110.6207490

60.0074580

21.6926790

50.1123567

3

30 0.6 1.301030.0413926

9

-0.2218487

5 -0.00918292

-0.2886318

80.0017133

51.6926790

50.0538531

2

31 16.13333331.6532125

11.0413926

91.2077241

1 1.257715051.9966246

11.0844987

22.7331116

21.7216434

2

32 14.93333331.6532125

10.7403626

91.1741567

6 0.869301861.9411306

50.5481369

12.7331116

21.2239768

6

33 141.6532125

10.5646660

61.1461280

4 0.647179611.8947932

10.3188477

62.7331116

2 0.933513

34 11.86666671.6532125

10.4393326

91.0743287

4 0.471987741.7760937

20.1930132

22.7331116

20.7263103

1

35 10.13333331.6532125

10.3424226

81.0057523

3 0.344392411.6627223

40.1172532

92.7331116

20.5660974

6

36 101.6532125

10.2624510

9 1 0.262451091.6532125

10.0688805

72.7331116

20.4338874

3

37 9.066666671.6532125

10.1958996

50.9574476

5 0.187563661.5828644

40.0383766

72.7331116

20.3238637

6

38 8.81.6532125

10.1398790

90.9444826

7 0.132113371.5614305

70.0195661

62.7331116

20.2312498

6

39 2.133333331.6532125

10.0863598

30.3290587

2 0.028417460.5440039

90.0074580

22.7331116

20.1427711

5

40 0.41.6532125

10.0413926

9

-0.3979400

1 -0.01647181 -0.65787940.0017133

52.7331116

20.0684309

1

41 16.351.9030899

91.0413926

91.2135177

6 1.263748522.3094334

91.0844987

2 3.62175151.9818639

9

42 9.3751.9030899

90.7403626

90.9719712

8 0.71961127 1.84974880.5481369

1 3.62175151.4089768

2

43 8.851.9030899

90.5646660

60.9469432

7 0.534706731.8021182

60.3188477

6 3.62175151.0746103

3

44 8.851.9030899

90.4393326

90.9469432

7 0.416023141.8021182

60.1930132

2 3.62175150.8360896

5

45 8.551.9030899

90.3424226

80.9319661

1 0.319126341.7736153

80.1172532

9 3.62175150.6516611

8

46 8.551.9030899

90.2624510

90.9319661

1 0.244595521.7736153

80.0688805

7 3.62175150.4994680

4

47 8.1751.9030899

90.1958996

50.9124877

6 0.178756041.7365463

20.0383766

7 3.62175150.3728146

7

48 6.3751.9030899

90.1398790

90.8044801

9 0.112529951.5309981

90.0195661

6 3.62175150.2662024

9

49 1.81.9030899

90.0863598

30.2552725

1 0.022045290.4858065

50.0074580

2 3.62175150.1643505

3

50 1.7251.9030899

90.0413926

9 0.2367891 0.009801340.4506309

60.0017133

5 3.6217515 0.078774

51 16.652.0791812

51.0413926

91.2214142

4 1.271971852.5395415

81.0844987

24.3229946

52.1652441

4

52 11.252.0791812

50.7403626

91.0511525

2 0.778234112.1855366

10.5481369

14.3229946

51.5393482

2

53 10.452.0791812

50.5646660

61.0191162

9 0.575460382.1189274

80.3188477

64.3229946

51.1740430

9

54 8.552.0791812

50.4393326

90.9319661

1 0.409443181.9377264

70.1930132

24.3229946

5 0.9134523

55 8.42.0791812

50.3424226

80.9242792

9 0.316494191.9217441

60.1172532

94.3229946

50.7119588

2

56 8.12.0791812

50.2624510

90.9084850

2 0.238432881.8889050

10.0688805

74.3229946

50.5456833

8

57 6.92.0791812

50.1958996

50.8388490

9 0.16433025 1.74411930.0383766

74.3229946

50.4073108

8

58 6.852.0791812

50.1398790

90.8356905

7 0.116895631.7375521

60.0195661

64.3229946

50.2908339

7

59 5.952.0791812

50.0863598

30.7745169

7 0.066887151.6103611

50.0074580

24.3229946

50.1795577

4

60 1.92.0791812

50.0413926

9 0.2787536 0.011538360.5795792

60.0017133

54.3229946

50.0860628

9

SUMATORIA86.354837

523.124954

956.997090

4 27.991297479.084788

714.386468

1138.59095

933.282528

8

X2 86.3548375

X1 23.1249549Y 56.9970904

X1Y 27.9912974

X2Y 79.0847887

X1 2 14.3864681

X22 138.590959

X1X2 33.2825288

Sustituyendo los valores de la última tabla en el sistema de ecuaciones se obtiene:

56.9971=a060+a123,1250+a286.3548 Ec. a

27.9913=a023.1250+a114.3865+a233.2825 Ec. b

79.0848=a086.3548+a133.2825+a2138.5910 Ec. c

Ec .a(23 .1250)

1318.058=a01387.5+a1534.7656+a21996.9548

Ec .b(−60)

−1679.478=−a01387.5−a1863.19−a21996.9548

−361 .42=0−a1328 .4244−0

a1=361.42328.4244

=1 .1005

Ec .a(86 .3548)

4921.9732=a05181.288+a11996.9548+a27457.1515

Ec . c (−60)

−4745.088=a05181.288−a11996.9548−a28315.46

176 .8852=0−0−a2858 .3085

a2=176.8852

−858.3085=−0 .2061

Reemplazo a1 y a2 en Ec. a

56.9971=a060+(1.1005 )23,1250+(−0.2061)86.3548

56.9971=a060+25.4491−17.7977

56.9971=a060+7.6514

a0=49.345760

=0.8224

Al resolver las ecuaciones tenemos:

a0=0.8224

a1=1.1005

a2=−0.2061

Entonces:

0.8224=log k

k=6.6436

m=1.1005

n=−0.2061

Para obtener la intensidad de precipitación utilizamos la siguiente ecuación:

I= k Trm

(d+c)n

I=6.6436(20)1.1005

(120+0)−0.2061=481.62mm/h

Con este resultado calculo en caudal con la ecuación:

Q=C∗I∗A

C=Ci∗A sector afectado

ATotal

C=(0.45+0.8 )∗0.2813

2.25Ha=0.35∗0.1250=0.0438

Q=0.0438∗1.3378 x 10−4∗22500=0.1318m3 /s=131.84 L/s

CONCLUSIONES

RECOMENDACIONES

BIBLIOGRAFIA

CHOW Ben. Hidráulica de canales abiertos

http://www.co.san-diego.ca.us/reusable_components/images/awm/Docs/awq_1408S_01-09.pdf

http://autorneto.com/referencia/ciencia/drenaje-pluvial/