Proyecto Pluvial

INTRODUCCIÓN

La función primordial de un sistema de alcantarillado pluvial es eliminar rápida y eficazmente las aguas de lluvia que tienden a acumularse en las zonas bajas de las localidades, causando daños y molestias a la población.

La ubicación de los interceptores y la determinación de sus capacidades son los problemas esenciales a resolver en un proyecto pluvial.

La ubicación de los interceptores es un problema de relativa sencillez de solución que corresponde a la planeación física del sistema, para lo cual, el ingeniero proyectista dispone de la topografía de la zona o área por drenar y de un conjunto de reglas practicas, dictadas por el sentido común y la experiencia: los interceptores deben localizarse en el centro de las calle y solo es casos especiales variarse esta ubicación. Nunca debe cruzar edificaciones o manzanas. Deben ubicarse en las calles más bajas para facilitar hacia ellos el escurrimiento de las zonas más elevadas. Debe evitarse la utilización de bombeos y aprovechar íntegramente la gravedad. Se procurará que las líneas sean lo más rectas posibles, sin inflexiones o vueltas para evitar la formación de contracorrientes y se buscará siempre el camino más corto para llegar al sitio de vertido.

En contrapartida, la determinación de la capacidad de los interceptores y de los demás componentes del sistema es un problema más complejo de resolver, para lo que no existen reglas precisas a seguir. En teoría, es un problema hidráulico que requiere de mediciones y desarrollos analíticos para cada caso, en tanto no hay dos sistemas idénticos; sin embargo, la solución de una infinidad de casos ha permitido concluir que los gastos por transportar y en consecuencia los diámetros de las tuberías (capacidad del sistema) son una función de las áreas de aportación de agua de lluvia: de la intensidad de la misma; de un coeficiente de escurrimiento o escurrentía que agrupa a distintos factores como la permeabilidad, infiltraciones, evaporación y rugosidad de los materiales y, del tiempo de retorno de las lluvias que se elija para proteger a la zona y a sus habitantes de inundaciones frecuentes.

Todos estos factores, de los que depende la capacidad de un sistema, han sido estudiados por diversos investigadores quienes desarrollaron, basados en proyectos específicos y experiencias concretas, distintos métodos para calcular la capacidad hidráulica de un sistema. En general, todos los métodos conocidos tienen fundamentos teóricos muy parecidos y difieren en la proporción en que relacionan los factores determinantes de la cantidad de agua de lluvia por desalojar.

En general estos métodos pueden clasificarse en dos grupos: los métodos racionales, que comprenden el Método Racional Americano y el Método Gráfico Alemán y, los métodos empíricos que comprenden los Métodos de Harksley, Adams, McMath, Herning, Gregory y el de Burkli-Ziegler.

Datos necesarios para elaboración de un proyecto

Datos Generales

Categoría política

Localización geográfica

Climatología e hidrología

Vías de comunicación

Servicios públicos

Economía

Aspectos de la localidad

Datos topográficos

Plano topográfico actualizado de la localidad a escala 1:2000, con curvas de nivel a equidistancias de un metro, en el cual se indique: nomenclatura de sus calles, elevaciones de terreno en los cruceros de las calles y en los puntos donde exista cambio de pendiente o de dirección del eje de la calle.

Plano topográfico con curvas de nivel a una equidistancia de un metro de la cuenca de influencia a la población, a escala 1:5000.

Plano de la red existente de alcantarillado sanitario y pluvial, indicando elevaciones de terreno y plantilla de las tuberías en cada pozo de visita, pendiente y diámetro.

Plano de la localidad en el cual se indique: clase de pavimento y banquetas, area verdes, sondeos en distintos puntos determinando las características geológicas del terreno y su clasificación, profundidad del agua freática.

Localización del sitio o sitios probables de vertido, obteniendo en detalle la sección transversal, indicando los niveles de agua minimo y máxima extraordinaria, asi como los caudales correspondientes y su sentido de escurrimiento.

Plano de la línea de alta tensión y características de la corriente eléctrica.

En los sitios donde se vayan a construir estructuras correspondientes a estaciones de bombeo, se determinará la capacidad de carga del terreno.

Datos pluviográficos

Datos pluviográficos de la estación meteorológica en el lugar o de la más cercana, en los cuales se indique las intensidades máximas anuales de lluvia para diferentes duraciones de tiempo: 5, 10, 15, 20, 30, 45, 60, 80, 100 y 120 minutos.

Bases conceptuales para el cálculo hidráulico

Ya se acotó que el problema principal a resolver en un proyecto de alcantarillado pluvial es la determinación de la capacidad que deben tener los conductos transportadores del agua de lluvia (interceptores o alcantarillados de intercepción) y que para determinar la cantidad de lluvia o gasto por desalojar existen diversos métodos.

Previo a la exposición de los métodos más conocidos y por lo tanto más utilizados por los proyectistas de alcantarillado.

Intensidad máxima probable según el método de Gumbel

Para la determinación de la intensidad (I) máxima probable para un cierto tiempo de retorno y una determinada duración de lluvia, existen diversos métodos probabilísticos.

El método de Gumbel expresa la frecuencia o probabilidad de presentarse una lluvia de cierta intensidad con la formula siguiente:

F=1- e^(〖- e〗^(- b) )

En donde:

F = frecuencia o probabilidad de un número «n» de años

e = constante que sirve de base para los logaritmos naturales

b = variable que relaciona las intensidades y su desviación estándar y se expresa como sigue:

b= (I- Ī+0.45 D)/(0.78 D)

En donde:

D = desviación estándar de la intensidad (i) y se expresa como sigue:

D= √((∑▒(i-Ī)^2 )/(n-1))

Siendo:

Ī = promedio aritmético de las intensidades máximas anuales observadas en «n» años (para cada tiempo de duración).

La fórmula de intensidad máxima probable queda de la siguiente manera:

I= Ī-D [0.45+0.78LL(T_R/(T_R-1))]

Si en forma similar K se llama:

K=0.45+0.78LL(T_R/(T_R-1))

Obteniéndose así la siguiente ecuación:

I=Ī-KD

Los valores de la constante “K” de la fórmula de Gumbel pueden ser calculados elaborando una sencilla tabla, como se muestra más adelante.

METODO DE GUMBEL

INTENCIDADES (i) MAXIMAS ANUALES PARA DIFERENTES TIEMPOS DE DURACION OBTENIDAS DEL PLUVIOGRAFO Y ORDENADAS E N FORMA DECRECIENTE.

DIFERENCIAS AL CUADRADO DE LAS INTENCIADADES MAXIMAS ANUALES E INTENCIADES PROMEDIO (i-i)2

CALCULO DE LA DESVIACION ESTANDAR (D) PARA DIFERENTES TIEMPOS DE DURACION

a= 145525/(10∑▒〖t⁄I-485∑▒1⁄I〗)

a= 145525/(10*10.423-485*0.151)= 4695.11

b=(a∑▒1⁄I)/10-48.5

b=(4695.11*0.151)/10-48.5=22.40

I=4695.11/(5+22.40)=171.35

Cálculo de coeficiente “C” de escurrimiento

Para calcular el gasto o cantidad de agua pluvial a transportar por un interceptor, se dispone de distintos métodos y que en todos ellos se utiliza un coeficiente de escurrimiento que agrupa a distintos factores tales como la permeabilidad, infiltraciones, evaporación y rugosidad de los materiales de las tuberías y del terreno o área drenada, y que origina que el volumen de agua que llega a las tuberías sea menor que el llovido.

El coeficiente de escurrimiento está presentado por la expresión:

C=(Vol.de agua que escurre)/(Vol.de agua que llueve)

El coeficiente de escurrimiento tiene para una localidad distintos valores en diferentes zonas, según sea el tipo de edificaciones y clases de pavimentos, techos áreas de jardines, etc. En los siguientes cuadros se presentan los coeficientes de escurrimiento generalmente utilizados para distintos tipos de áreas, superficies y zonas. Se destaca que para el cálculo de los gastos de proyecto se deben utilizar valores promedio de “C”, cuya determinación debe hacerse en función de las distintas superficies que se tengan con diferentes coeficientes de escurrimiento.

Lo anterior puede expresarse en la forma siguiente:

C=(A_1 C_1+A_2 C_2+⋯+A_n C_n)/(A_(1+) A_(2+⋯+) A_n )

AREA DE CALLES

A1 = 6.5012 Ha C = 0.87

AREA DE PARQUES

A2 = 4.1857 Ha C = 0.20

AREA DE LOTIFICACIONES

A3 = 47.3326 Ha C = 0.69

AreaTotal = 58.0195

C = ((6.5012*0.87) + (4.1857*0.20) + (47.3326*0.69)) / 58.0195

C = 0.67

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