Aplicación de la hidrología urbana en proyecto de pavimentación Av. Balmaceda, ciudad de Chol...
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APLICACIN DE LA HIDROLOGA URBANA EN PROYECTO DEPAVIMENTACIN AV. BALMACEDA, CIUDAD DE CHOL CHOL,
REGIN DE LA ARAUCANA
TRABAJO DE TTULO PARA OPTAR AL TTULODE INGENIERO CONSTRUCTOR
PROFESOR GUA: SR. JUAN PABLO CRDENAS RAMREZ
JORGE MAURICIO GODOY CASTILLO2008
UNIVERSIDAD DE LA FRONTERAFACULTAD DE INGENIERA, CIENCIAS Y ADMINISTRACIN
DEPARTAMENTO DE INGENIERA DE OBRAS CIVILES
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Aplicacin de la Hidrologa Urbana en Proyecto de Pavimentacin Av.Balmaceda, Ciudad de Chol Chol, Regin de la Araucana
TRABAJO DE TTULO PARA OPTAR AL TTULODE INGENIERO CONSTRUCTOR
PROFESOR GUA: SR. JUAN PABLO CRDENAS RAMREZ
JORGE MAURICIO GODOY CASTILLO2008
UNIVERSIDAD DE LA FRONTERAFACULTAD DE INGENIERA, CIENCIAS Y ADMINISTRACIN
DEPARTAMENTO DE INGENIERA DE OBRAS CIVILES
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NDICE DE CONTENIDOS
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NDICE DE TABLAS
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NDICE DE FIGURAS
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CAPTULO 1.INTRODUCCIN Y OBJETIVOS.
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Captulo 1. Introduccin y Objetivos.
1.1 Introduccin.
El traslado de las aguas en las ciudades ha sido histricamente importante.
Datan obras de evacuacin de aguas residuales desde antes del 600 A.C. en pases
como Egipto y Grecia. Desde esa antigua poca hasta la actual, pasando por diversas
edades y civilizaciones, el hombre ha perfeccionado diversas tcnicas que permiten un
mejor control del recurso del agua.
Los sistemas de drenaje urbano han estado en constante desarrollo. Las
primeras redes fueron del tipo unitario, que fueron dejadas de lado a mediados del siglo
XX, a favor de los sistemas separados. Desde finales del siglo XX, hasta el tiempo
presente, se estimula el uso de urbanizaciones de bajo impacto, para lograr mitigar el
incremento de la escorrenta. En relacin a la evolucin de la problemtica a resolver,
estas tienen actualmente un carcter hidrulico, medioambiental e higinico, que deben
ser analizadas para una adecuada planificacin urbana.
Pero, pese a la experiencia, es comn encontrarse con un dficit deinfraestructura para el drenaje de aguas lluvias, ya sea por falta de mantenimiento o una
mala gestin del diseo; lo cual produce una condicin de vida inaceptable, ya que se
debe coexistir con el problema, debido a que la gente no puede parar de hacer su vida
cotidiana.
El trmino de hidrologa urbana, apoyada en conceptos clsicos de hidrulica e
hidrologa, surge a mediados del siglo XX, para subsanar las insuficiencias de las
infraestructuras urbanas destinadas al drenaje de las aguas lluvias. Esto debido al
marcado crecimiento de habitantes en las ciudades, producto de la migracin de la
poblacin rural y el aumento de la poblacin mundial. Se puede describir como una
disciplina tcnico cientfica que estudia la parte del ciclo del agua perturbadas por el
impacto de la urbanizacin.
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En relacin a los mtodos de diseo, en las ltimas dcadas, ha predominado el
uso de frmulas empricas tradiciones, las cuales resultan cada vez ms inadecuadas,
debido a las limitantes de su aplicacin. Para afrontar esto, han surgido herramientas
informticas que han permitido desarrollar nuevas tcnicas aplicables a la planificacin,
gestin y dimensionamiento de las redes de drenaje.
De esta manera, en la actualidad, se cuenta con una amplia gama de software,
que permiten el anlisis de redes de alcantarillado; uno que ha sido muy difundido a
nivel mundial es el EPA SWMM, el cual ser descrito en el presente texto.
La forma en que sern expuestos los temas a tratar en los diversos captulos se
realiza de la siguiente manera:
En el presente captulo se expone la introduccin y los objetivos.
En el segundo captulo se describe el marco terico.
El tercer captulo se centra en dar a conocer obras complementarias que
permiten disminuir los volmenes de escorrenta.
El cuarto captulo detalla las herramientas y el funcionamiento del software EPA
SWMM. En el quinto captulo se describe como realizar un estudio hidrolgico de un
proyecto de pavimentacin en un medio urbano; para ello se trabaja con un
proyecto real regional. Se obtienen caudales de diseo a travs del mtodo
racional y se detalla como realizar una simulacin a travs de software descrito
en el captulo cuatro.
Es importante sealar que este estudio hidrolgico esta acotado al proyecto de
pavimentacin entregado por la consultora Cigsa al MOP durante el primer trimestre del
presente ao. El cual puede estar expuesto a correcciones o modificaciones, por lo
cual, si el lector desea profundizar en aspectos particulares del proyecto final, deber
consultar los cambios que ste haya sufrido antes de su puesta en marcha.
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El presente texto, junto con sus anexos, proporcionar al lector una base para
desarrollar estudios hidrolgicos en un medio urbano a travs del mtodo racional. Y
tambin servir de gua para conocer como realizar una modelacin a travs del
software EPA SWMM v5.0.
1.2 Objetivos.
1.2.1 Objetivo General.
Aplicar conocimientos sobre drenaje urbano en un proyecto de
pavimentacin de la regin, estableciendo una metodologa apropiada
para la modelacin y anlisis dentro de un medio urbano.
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1.2.2 Objetivos Especficos.
Estudiar la normativa vigente para el diseo de drenaje urbano.
Describir tcnicas de drenaje urbano moderno, proponiendo obras alternativas y
complementarias, para la solucin de los problemas de drenaje de aguas lluvias
en sectores urbanos.
Analizar y describir los procedimientos para realizar los anlisis hidrolgicos en
un proyecto de hidrologa urbana.
Obtener caudales de escurrimiento a travs de frmulas empricas tradicionales.
Implementar herramientas computacionales para el anlisis y gestin de drenaje
de aguas lluvias. Esto a travs del software EPA SWMM v.5.0, en el cual se
realizar una simulacin de diseo de la red de drenaje, basada en el proyecto
de pavimentacin de la avenida Balmaceda en la ciudad de Chol Chol, regin de
la Araucana.
Entregar respaldos magnticos que sirvan de base para futuros estudios.
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CAPTULO 2.HIDROLOGA URBANA. MARCO TERICO.
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Captulo 2. Hidrologa Urbana. Marco Terico.
2.1 Hidrologa.
Es la ciencia que se dedica al estudio de la distribucin (espacial y temporal) y
propiedades del agua presente en la atmsfera y en la corteza terrestre, incluyendo su
presencia, distribucin y circulacin a travs del ciclo hidrolgico, y las interacciones
con los seres vivos.
La hidrologa es una ciencia muy amplia e interdisciplinaria. Las principales
ciencias en las cuales se apoya la investigacin hidrolgica son: la geografa fsica, la
geologa, la meteorologa, la hidrulica, las matemticas y las estadsticas.
La investigacin hidrolgica es importante para el desarrollo, gestin y control de
los recursos de agua. Sus aplicaciones son muchas y variadas, los estudios
hidrolgicos son fundamentales para el diseo de obras hidrulicas, control de
inundaciones y erosin de suelos, eliminacin y tratamiento de aguas usadas,
disminucin de la contaminacin, uso recreacional del agua, la conservacin de los
peces y vida silvestre, la generacin hidrulica, etc.
2.1.1 Resea Histrica de la Hidrologa.
Su desarrollo surge como respuesta a la necesidad de comprender el sistema
hdrico de la tierra y ayudar a solucionar los problemas derivados del agua. A
continuacin se resumen brevemente los hitos principales de su desarrollo en distintas
pocas:
Antes de 600 A.C.: Desde aquella poca, principalmente en Egipto y Grecia,
datan obras de regado y conduccin de aprovechamiento de aguas, que se
ejecutaron sin que exista conocimiento sobre las leyes que rigen el movimiento
del agua, ni su origen o distribucin.
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600 A.C. 100 A. C.: Surgen nombres como Platn, Aristteles y Horodoto que
dedicaron parte de sus estudios a conocer el agua, su origen, distribucin y
movimiento.
100 A.C. 200 D.C.: Dentro de los territorios de la civilizacin romana, se
construyeron grandes obras de conduccin y distribucin., Se inician estudios de
medicin de caudal.
200 D.C. 1500 D.C.: No se registran grandes avances del tema, algo
destacado fue que se toman mediciones de la cantidad de lluvia a travs de un
sistema de redes en pases como China y Corea.
Siglo XVI: Se dan los primeros postulados cientficos, gracias a Leonardo Da
Vinci y Bernard Palissy, quienes dieron a conocer temas como ciclo hidrolgico,
flujo de canales abiertos, mareas, meteorologa y medicin de velocidad. Siglo XVII: Diversos autores, hicieron contribuciones y avances de carcter
cientfico, se estudian y dan a conocer el barmetro y la ley hidrosttica, tratado
de geologa, evaporacin, medidores de caudal, canales y movimiento de fluidos,
hidrulica e hidrosttica.
Siglo XVIII: Se dan diversos postulados sobre; tratado acerca del origen de ros,
mediciones de velocidad, ecuacin de energa, flujo uniforme de canales,
hidrometra e hidrulica. Siglo XIX: Nacen las primeras instituciones dedicadas a la recopilacin de
informacin hidrolgica. Se conocen y aplican frmulas como la de Manning y
mtodo racional.
Siglo XX: Durante ese siglo, a partir de los aos treinta, se desarrollan teoras
cuantitativas basadas en mtodos estadsticos. Aparece una nueva herramienta,
los computadores, que permiten una mayor amplitud a los clculos y ha permitido
el desarrollo de modelos matemticos y de simulacin.
2.1.2 Ciclo Hidrolgico.
El agua en la naturaleza esta en movimiento constante, describiendo un circuito
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cerrado que se denomina ciclo hidrolgico. Como todo ciclo, ste no tiene ni principio ni
fin definido, pudiendo empezar a describirse desde cualquier punto.
Figura 2.1. Ciclo Hidrolgico.
El agua que se encuentra sobre la superficie terrestre o muy cerca de ella se
evapora, producto del efecto de la radiacin solar y el viento. El vapor de agua, que se
forma, asciende y se transporta por la atmsfera en forma de nubes, hasta que se
condensa y cae hacia la tierra en forma de precipitacin.
Durante el trayecto de la precipitacin a la superficie, el agua precipitada puede
volver a evaporarse o ser interceptada por elementos tales como rboles oconstrucciones. Posterior a esto, el agua fluye por la superficie hasta las corrientes o se
infiltra. El agua, ya sea la interceptada, la que avanza por la superficie o parte de la
infiltrada, se evapora nuevamente.
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De las precipitaciones que llegan hacia las corrientes, parte de ella se infiltra y la
otra parte llega hasta los lagos u ocanos. Del agua infiltrada, un porcentaje de sta es
absorbida por las plantas, para luego ser transpiradas, casi en su totalidad, hacia la
atmsfera. El otro porcentaje fluye bajo la superficie de la tierra hacia las corrientes u
otros cuerpos de agua, o bien hacia zonas profundas del suelo (percolacin), para ser
almacenada como agua subterrnea y despus aflorar en manantiales, ros o el mar.
2.1.3 Cuenca Hidrolgica.
Una cuenca hidrolgica es la zona de la superficie terrestre en la cual, todas las
gotas de agua procedentes de una precipitacin, que caen sobre ella, se van a dirigir
hacia el mismo punto de salida (punto que generalmente es el de menor cota de lacuenca).
Las caractersticas geomorfolgicas particulares de la cuenca y la urbanizacin
de sta, interactan con la precipitacin, condicionando el volumen de escurrimiento
segn el rea de la cuenca y el tipo de suelo. Y condiciona la velocidad de respuesta
mediante pendientes, cauces, etc.
2.2 Hidrologa Urbana.
Como ya se defini, la hidrologa, es una ciencia cuyo inters es el agua y urbano
es la impermeabilizacin del terreno, el cual, es cada vez mayor.
La hidrologa urbana, es una disciplina cientfica que tiene por objetivo el estudio
del agua y sus relaciones con las diferentes actividades humanas en una zona urbana.
Trata particularmente las relaciones entre la gestin de las aguas de superficie y eldesarrollo del espacio en la zona urbana.
2.2.1 Precipitacin.
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Por precipitacin se entiende la lluvia, la nieve y el granizo. sta se conoce como
la fuente primaria del agua de la superficie terrestre, sus mediciones son el punto de
partida de la mayor parte de los estudios concernientes al uso y control del agua.
La precipitacin, ocurre cuando el aire hmedo de la atmsfera se enfra lo
suficiente, para que el vapor de agua existente se condense alrededor de ncleos de
condensacin. Cuando las gotas as formadas crecen, ellas alcanzan un tamao y un
peso tal que la gravedad las hace caer, originando algunos de los tipos de precipitacin.
Las caractersticas ms significativas de la precipitacin, desde el punto de vista
de la ingeniera hidrolgica, pueden resumirse en cuatro: su altura o intensidad, su
distribucin en el espacio, su distribucin en el tiempo y su frecuencia o probabilidad deocurrencia.
La precipitacin es un fenmeno fsico, que an presenta un grado de
desconocimiento, ya que no se puede responder con exactitud el dnde, cundo y
cmo va a llover (lugar, instante, cantidad). Existen predicciones y seguimiento,
observaciones cualitativas, sin embargo stas fallan. As, la distribucin espacio
temporal de las lluvias es uno de los aspectos que ms desconoce el hombre.
La cantidad y la intensidad de la precipitacin, dependen tanto de la cantidad de
vapor de agua del aire como de la tasa de enfriamiento; por ende es dependiente de las
zonas climticas. En nuestro pas, debido a su gran extensin, se presentan zonas con
climas que varan de desrticos a lluviosos. Siendo la zona sur, la que presenta lluvias
mas distribuidas a lo largo del ao.
En relacin a la obtencin de informacin sobre precipitaciones anuales,mensuales y diarias, stas se consiguen en las instituciones pblicas o privadas, que
operan redes de estaciones pluviomtricas. Para el presente estudio, estos fueron
obtenidos a travs de la Direccin General de Aguas (DGA).
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2.2.2 Escurrimiento.
Se define como escurrimiento al agua proveniente de la precipitacin, que no sea
interceptada o evaporada y que circula sobre o bajo la superficie terrestre y que llega a
una corriente para finalmente ser drenada hasta la salida de la cuenca.
Debido a los posibles caminos que recorre el escurrimiento, ste se divide en:
escurrimiento superficial, escurrimiento subsuperficial y escurrimiento subterrneo.
El flujo sobre el terreno forma el escurrimiento superficial. Parte del agua de
precipitacin que se infiltra escurre cerca de la superficie del suelo y aproximadamente
en forma paralela a l, sta recibe el nombre de escurrimiento subsuperficial. La otraparte que se infiltra llega a los niveles inferiores al fretico y recibe el nombre de
escurrimiento subterrneo.
2.2.3 Problemtica ligada a la Hidrologa Urbana.
El estudio hidrolgico de cuencas urbanas presenta una serie de particularidades
derivadas del hecho urbano. Su aplicacin y evolucin en medios urbanos se da para
responder a problemas generados por el desarrollo urbano, ligado al crecimiento
mundial y al marcado desplazamiento de la poblacin rural hacia zonas urbanas, lo que
genera un aumento de la superficie de las ciudades, con un alto grado de
impermeabilizacin del terreno.
El primer problema, fue adaptar el concepto de hidrologa convencional al medio
urbano. Ya que al obtener parmetros para los clculos hidrolgicos, se tiene que, se
trabaja en cuencas de poca superficie y se produce una reduccin de la escala en eltiempo. As, el tiempo de concentracin se medir en minutos, no en horas ni das. Esto
en comparacin, por ejemplo, a un estudio hidrolgico habitual de un rio.
Esta reduccin, en los parmetros hace que la cuenca urbana ser sensible a
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efectos de lluvias intensas y de corta duracin. Por ende, lo ideal para los estudios de
hidrologa urbana, seria disponer de informacin detallada de la lluvia en el tiempo, con
datos de intervalos separadas en pocos minutos. Sin embargo en Chile, la informacin
de lluvia cada en 24 horas es la habitualmente registrada.
Destacar, que si bien las cuencas son menores en superficie, al fallar el diseo
de evacuacin de aguas lluvias, los daos que se pueden producir por km. son ms
alto en zonas urbanas que no urbanas.
En relacin al diseo, desde hace aos se utilizan frmulas empricas que no
resultan del todo adecuadas. A su vez, han surgido diversas publicaciones en las que
se desarrollan nuevas herramientas de clculo. El objetivo siempre ser, solucionar losproblemas generados por las aguas lluvias en los lugares que stos se originan, sin
traspasarlos hacia aguas arriba (por retenciones y el consiguiente peralte de las aguas)
o hacia aguas abajo, evitando que afecte o traspase el problema a terceros.
2.2.4 Efectos de la Urbanizacin.
La urbanizacin, produce una alteracin importante del uso del suelo. Algunos de
estos cambios son la aparicin de nuevas superficies como techos y pavimentos,
adems de innumerables cauces artificiales como calles y cunetas. Este nuevo uso del
suelo produce un cambio significativo en las condiciones naturales y en particular en el
ciclo del agua y las caractersticas hidrolgicas ambientales.
En resumen, la urbanizacin de cualquier cuenca, modifica su respuesta
hidrolgica frente a una determinada lluvia. Se producen efectos, tales como:
Modificacin del drenaje natural de la cuenca.
Mayor rapidez en el movimiento del agua en superficie y un aumento en el
caudal mximo.
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Aumento de impermeabilidad, que se traduce en un aumento en el coeficiente de
escorrenta.
Disminucin del tiempo de concentracin.
Deterioro de la calidad del agua.
En la figura 2.2, se grafica el efecto de la urbanizacin en una cuenca tipo.
Siendo el eje de las abscisas el caudal mximo Q y el eje de las ordenadas el tiempo
transcurrido t.
Figura 2.2. Respuesta Frente una Precipitacin en una Cuenca Cualquiera.
2.2.5 Seguridad de Diseo.
El grado ptimo de seguridad de una estructura, esta asociado principalmente a
dos factores, que son el costo de sta y el costo de las prdidas asociadas a una falla.
Por ejemplo, puede ser aceptable que una estructura se inunde una vez en promedio
cada cinco aos, si el costo de su sistema de drenaje se compara con el de uno que
slo permita inundaciones, en promedio una vez cada cincuenta aos, o ms. He
inversamente podra resultar completamente incosteable un sistema de drenaje con el
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que se pudiera extraer grandes volmenes de agua pluvial, para perodos de retorno
muy altos.
Pese a esto, la eleccin del nivel de seguridad, parte bajo la premisa que siempre
estar presenta la posibilidad de un fallo hidrulico. Por lo que, no es posible asegurar
que las posibilidades de inundacin sean nulas. La falla del sistema, se produce
cuando es sobrepasada la capacidad del desage de la red. Que se da, cuando se
presenta un suceso de lluvia superior al considerado para el diseo. Los diversos
efectos que ocurren cundo falla una obra se pueden clasificar en sociales, econmicos,
polticos y ambientales.
El MINVU dice que para proyectos de drenaje urbano de aguas lluvias, se debenconsiderar dos tipos de tormenta: una de diseo, con la cual se dimensionan los
elementos del sistema con perodos de retorno de 2 aos. Y otra de verificacin, con la
cual se comprueba que para situaciones extremas no ocurran problemas graves,
aceptando fallas o inconvenientes, para un perodo de retorno de 100 aos.
2.2.6 Perodo de Retorno.
Se nombro en el punto anterior y corresponde al parmetro utilizado para dar un
nivel de seguridad definido. Se interpreta como el intervalo de tiempo medio que separa
dos eventos, cuya intensidad alcanza o sobrepasa un lmite dado.
Para su eleccin a utilizar en el diseo de una obra, es necesario considerar la
relacin existente entre la probabilidad de excedencia de un evento, la vida til de la
estructura y el riesgo de falla aceptable.
Se ha dado la tendencia, que cada pas fije sus propios perodos de retorno para
sus diseos, basndose en diferentes criterios, bajo la premisa que el perodo de
retorno del caudal asociado a una lluvia determinada, disminuye con la urbanizacin de
la cuenca.
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2.3. Lluvia de Proyecto.
Se entiende por lluvia de proyecto a una tormenta de duracin, magnitud e
intensidad para cada intervalo predefinidos. sta apunta a representar, partiendo de un
evento nico, las caractersticas de una pluviometra local que afecta la red de
saneamiento estudiada.
Es decir, se refiere a estimar que lluvias son las que necesito, para disear o
dimensionar, la infraestructura que tiene por fin eliminar los problemas generados por
las aguas lluvias. De manera que para todas las tormentas, iguales o menores a ella,
las obras funcionarn adecuadamente. Para tormentas mayores se aceptar que los
elementos vean sobrepasadas sus capacidades de diseo, pero se verificar que noprovoquen problemas graves.
Debido a que, generalmente las cuencas urbanas son de pequea dimensin, se
considera que la lluvia afecta por igual a su totalidad, desestimando la distribucin
espacial. En relacin a la distribucin temporal, se recomiendan tormentas que
concentren su mayor intensidad al inicio.
Una manera de definir la lluvia de proyecto, es por medio de la llamada lluvia
histrica. Que se refiere a elegir un suceso de lluvia, de gran magnitud, que est
presente en la memoria de la poblacin, su uso implica un alto grado de subjetividad, si
no se cuenta con los datos de la cantidad de lluvia que produjo el problema. Otro
mtodo usado, son las series temporales de lluvias, registradas en la zona de estudio, o
incluso series sintticas generadas a partir de mtodos estadsticos, en donde se
analizan los procesos de transformacin lluvia caudal y clculo hidrulico. Un tercer
mtodo, es a travs de la informacin que entregas las curvas IDF, que relacionan enun solo grfico la duracin, intensidad y frecuencia. En ellas, seleccionados el perodo
de retorno y la duracin y a travs de relaciones se obtiene la precipitacin total de la
tormenta.
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2.3.1 Mtodos de Distribucin Probabilsticos para Determinar Lluvias de
Proyecto.
La creacin del diseo de obras hidrulicas, presenta una complejidad que tiene
relacin con eventos hidrolgicos futuros. Para subsanar lo anterior, existen mtodos
estadsticos que son en menor o mayor grado, aceptados para poder desarrollar los
proyectos de ingeniera. Ya que con ellas se realiza el anlisis hidrolgico.
Con stos mtodos, se realizan extrapolaciones entre distintas funciones de
distribucin de probabilidad, buscando la que se adapte mejor al problema bajo anlisis.
Siempre condicionada a la calidad y amplitud de los datos tomados en terreno. Las
predicciones sern ms confiables a medida que aumenta la longitud de los registros.
Entre las funciones de distribucin de probabilidad ms usados en hidrologa,
destacan las siguientes:
Normal.
Lognormal.
Pearson III.
Gumbel.
De ellas, la funcin Normal y Lognormal, son generalmente apropiadas para
variables aleatorias que cubren todo el rango de valores de los resultados posibles del
experimento bajo anlisis, como por ejemplo, los volmenes de escurrimiento mensual
en un rio. La funcin Gumbel se recomienda para el anlisis de los valores extremos,
como por ejemplo, los gastos mximos y mnimos anuales. La funcin Pearson III ocupa
un lugar intermedio.
2.3.1.1 Distribucin Normal.
La distribucin normal, tambin conocida como Ley de Gauss, es una de las
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distribuciones de mayor uso en anlisis estadsticos. Presenta una forma simtrica,
respecto del valor medio, y aspecto acampanado.
Su gnesis surge del "Teorema del lmite central", teorema que expresa que la
distribucin de la suma de n variables Y=x de una serie de datos aleatorios xi
independientes e idnticamente distribuidos, con media y varianza , tiende a una
distribucin normal con media n y varianza n.
La funcin densidad de esta distribucin es:
(2.1)
Definida para -< x < .
Esta funcin, no es integrable directamente, por lo cual, para evaluar la funcin
de distribucin estandarizada o normalizada, se utilizan tablas y/o frmulas
aproximadas. El proceso de normalizacin, consiste en reemplazar la variable original
por una nueva variable tipificada zobtenida al restarle su promedio y dividirla por sudesviacin tpica.
(2.2)
De este modo la nueva Funcin de Distribucin queda:
(2.3)
e2
1=f(x) )
-x(
2
1- 2
-x=z
dz
z
2
1
=F(z) e
2
2
1z
-
-
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e y
2
1=f(y) )y
y-(
2
1-
y
2
2.3.1.2 Distribucin Lognormal.
Esta distribucin, se obtiene de la siguiente manera: Sea y=Ln(x), una variable
aleatoria que se distribuye segn un modelo probabilstico normal, esto es y ~ N(,),
en este caso la variable aleatoria x, se distribuye segn un modelo probabilstico
logartmico normal o lognormal, es decirx ~ Ln N(,).
Esta distribucin tambin puede obtenerse a partir del teorema del lmite central:
si la ocurrencia de un evento y es el resultado de una multiplicidad r de efectos x
condicionantes, en otras palabras, y=x1*x2*x3*....*xr. Si se aplica logaritmo se tendr
que el logaritmo de y es la suma de variables independientes, que siguen una
distribucin normal por lo que yseguir una distribucin lognormal.
La funcin de distribucin lognormal es:
(2.4)
Definida parax>0. Con y = Ln(x).
2.3.1.3 Distribucin Pearson III.
Una variable aleatoria tiene una distribucin Pearson Tipo III, tambin llamada
distribucin Gamma de tres parmetros, si su funcin densidad de probabilidad es:
(2.5)
En donde:
,, : Son los parmetros de la distribucin.
)( : Funcin Gamma.
)(exp1)(
1)(
xxxf
-
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)(xe)(xeef(x)
0,5772
1,281
6
n
nx
S
ySx
2.3.1.4 Distribucin Gumbel.
En hidrologa, es comn la necesidad de anlisis de valores mximos o mnimos
de un conjunto de datos (estudio de crecidas, de sequas, etc.). Para evaluar la
distribucin de estos valores y sus probabilidades asociadas, cuando ellos crecen en
forma asinttica al crecer la muestra indefinidamente, se utiliza la distribucin de
Valores Extremos Tipo I o distribucin de Gumbel. Esta distribucin es de tipo
exponencial y la forma de su funcin densidad es:
(2.6)
Definida para x .
Donde y son sus parmetros. Para valores poblacionales la estimacin de los
parmetros, y, se efecta recurriendo a las siguientes relaciones:
(2.7)
(2.8)
Como normalmente se trabaja con muestras finitas, para estimar los parmetros,
Gumbel recomienda utilizar los valores resultantes de minimizar el error de la recta de
ajuste de sus valores, proceso que entrega las siguientes relaciones, para los valores
muestrales en funcin del tamao de la misma:
(2.9)
-
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n
1
mn yn
1y
1n
m1nlnlnyn
2
yy 2
S
n
1
mn
n
x
n
S
S (2.10)
En donde:
yn : Valor esperado de la variable reducida.
Sn : Desviacin estndar de la variable reducida.
Los valores de yn y de Sn se pueden obtener de las siguientes relaciones:
(2.11)
(2.12)
(2.13)
En donde:
m : Nmero de orden de la variable.
n : Tamao de la muestra.
2.3.2 Curvas IDF.
Las curvas de intensidad - duracin - frecuencia, se utilizan para determinar el
valor de una determinada lluvia. Tambin permiten conocer para un perodo de retorno
dado, la relacin entre la intensidad media mxima y la duracin de la lluvia. Estas
relaciones presentan la variacin de la intensidad de la lluvia frente a distintas
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duraciones.
Para determinar estas curvas, se necesita contar con registros pluviogrficos en
el lugar de inters y seleccionar la lluvia mas intensa de diferentes duraciones en cada
ao, con el fin de realizar un estudio de frecuencia con cada una de las series as
formadas.
Para su representacin grfica, en abscisas llevan la duracin de la lluvia, en
ordenadas la intensidad y en forma paramtrica el perodo de retorno o la probabilidad.
Estas curvas tienen usualmente una forma de tipo exponencial, donde la intensidad,
para una misma frecuencia, disminuye a medida que aumenta la duracin de la
precipitacin.
Figura 2.3. Forma Tpica de Curvas IDF.
2.4 Lluvia Neta.
La lluvia neta corresponde a la fraccin de la lluvia total que acaba convirtindose
en caudal. Esto por que no todo lo que llueve se transforma en escorrenta directa; una
parte se evapora, otra se retiene y otra se infiltra. Al estudiar medios urbanos, las
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perdidas de precipitacin, tienen un peso menor que en cuencas con terreno natural.
2.4.1 Factores de Prdidas.
Se le denomina perdida a la diferencia de agua que llueve en una cuenca y la
que escurre por su salida. Los factores responsables de esto, se pueden resumir en
cuatro, los cuales son:
Intercepcin: Es lo que queda retenido, por ejemplo en hojas y plantas. En la
mayora de los casos en hidrologa urbana, donde el inters se centra en zonas
impermeables con una pobre cobertura vegetal, no se toman en cuenta estas
prdidas o se integran a una prdida inicial global. Evapotranspiracin: Es la evaporacin ms la transpiracin de las plantas. Es un
factor poco importante ya que es casi nula.
Depresiones del terreno: Charcos, agua retenida.
Infiltracin: Es de mayor magnitud que los tres factores anteriores. Se estima con
mtodos empricos o semiempricos como Horton o el Nmero de Curva.
En la prctica, es difcil separar estos cuatro componentes. El porcentaje msconsiderable de las prdidas est dado por la infiltracin, por lo que se acostumbra a
calcularlas conjuntamente bajo ese nombre.
Prdidas por Infiltracin.
La infiltracin se define como el movimiento del agua, a travs de la superficie del
suelo y hacia adentro del mismo, producido por la accin de las fuerzas gravitacionalesy capilares.
El fenmeno de la infiltracin es muy complejo, en l intervienen los siguientes
factores: textura del suelo, su ndice de porosidad, contenido de humedad inicial,
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contenido de humedad de saturacin, cobertura vegetal, uso del suelo, aire atrapado,
lavado de material fino, compactacin, y condiciones climticas.
Este fenmeno, se estudia en medio urbano, porque limita y retarda la
escorrenta que viene de las superficies permeables respecto a las superficies
impermeables. Por lo cual su influencia, ser en funcin de la mayor presencia de suelo
permeable.
2.4.2 Tiempo de Concentracin.
Su definicin para zonas urbanas es la misma usada en la hidrologa tradicional.
Es decir, es el tiempo que tarda en llegar a la salida de la cuenca una gota de agua, queparte desde el lugar hidrulicamente mas alejado de la seccin de salida y puede
estimarse por frmulas empricas aproximadas.
El tiempo de concentracin depende de las caractersticas geomorfolgicas de la
cuenca, que facilitan en mayor o menor medida la evacuacin de la escorrenta,
tambin de la intensidad de lluvia, pues la velocidad del flujo vara con el caudal de
escorrenta generado.
En un medio urbano, esta gota recorre dos caminos. Uno superficial, donde se
encuentra con elementos como tejado, veredas, cunetas, etc. Hasta caer en alguna de
las estructuras de captacin. Y la segunda parte del recorrido la realiza dentro de la red
de drenaje, la cual tiene un trazado definido y permite un rpido movimiento de las
aguas. Por lo anterior y debido a los procesos de urbanizacin, se genera ms
escorrenta y sta es evacuada en menor tiempo. Todo ello redunda en una disminucin
significativa del tiempo de concentracin en una zona urbana respecto al terrenonatural.
El Manual de Carretera, seala que, como norma general, el tiempo de
concentracin no debe ser inferior a 10 minutos, salvo que se tengan mediciones en
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terreno que justifiquen adoptar valores menores.
Diversas son las frmulas desarrolladas para la determinacin del tiempo de
concentracin. Las cuales, en muchos casos dan estimaciones bastantes diferentes, lo
que refleja la precisin de estas frmulas empricas.
Algunas de las frmulas de tiempo de concentracin mas usadas son:
U.S.Soil Conservation Service:
( ) = 0.95 .
(2.14)
Kirpich:
(min) = 0.01947 . . (2.15)
Tmez:
(min) = 18
.
. (2.16)
En donde:
L : Longitud del cauce (km)
S : Pendiente promedio (m/m)
H : Desnivel de la cuenca (m)
2.5 Modelos Precipitacin Escorrenta en Cuencas Urbanas.
Son procedimientos que permiten transformar la precipitacin efectiva en
escorrenta. Con el fin de cuantificar cual es el volumen de escurrimiento en la zona de
estudio.
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Para ello, se necesita contar con las caractersticas de la cuenca y datos de la
precipitacin. Los registros de precipitacin se obtienen por medicin directa y las
caractersticas de la cuenca, se conocen por medio de topografa y de uso del suelo.
Dentro del mbito de los modelos precipitacin escurrimiento y debido a las
singularidades de cada proyecto, ya que no siempre se requiere la misma precisin en
los resultados, existe gran variabilidad entre los procedimientos disponibles, pues ellos
abarcan desde relaciones empricas muy simples hasta complejos modelos de
simulacin.
En nuestro pas, para calcular los caudales que se generan en una cuenca
urbana cuando recibe una precipitacin, el mtodo que se utiliza mas comnmente es elmtodo racional, ampliamente difundido y usado por su sencillez.
Los principales parmetros que intervienen en el proceso de conversin de lluvia
a escurrimiento son:
rea de la cuenca.
Caractersticas particulares de la cuenca.
Altura total de precipitacin.
Distribucin de la lluvia en el tiempo.
2.5.1 Mtodo Racional.
Es uno de los mtodos mas antiguos que nos permiten obtener la relacin lluvia
escorrenta. Su origen se remonta a la segunda mitad del siglo XIX, sin tener unconsenso acerca de su autor. Desde su origen hasta la actualidad ha tenido una amplia
difusin debido a su simplicidad de uso.
Se constituye por una frmula emprica, con la cual se obtiene el valor del caudal
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mximo, lo cual permite dimensionar una red de saneamiento, pero no simular su
funcionamiento.
En la actualidad, existen modelos de mayor base fsica, para obtener resultados
ms precisos. Sin embargo, en nuestro pas, el uso del mtodo racional es el que
predomina en el diseo de sistemas de alcantarillado y estructuras de drenaje. El
Manual de Carreteras, recomienda su uso en cuencas pequeas, menores de 25km.
ste mtodo, supone que el escurrimiento mximo proveniente de una tormenta
es proporcional a la lluvia cada, esto se cumple principalmente en cuencas
mayoritariamente impermeables o en la medida que la magnitud de la lluvia crece y el
rea aportante se satura.
Las hiptesis para validar el uso del mtodo racional son:
La intensidad de precipitacin es uniforme en el espacio y no vara en el tiempo.
La superficie de la cuenca no debe ser de gran magnitud.
El tiempo de concentracin se toma, como el tiempo que pasa entre el comienzo
de la lluvia y el instante en que se produce el caudal mximo, cuando toda la
cuenca contribuye a la escorrenta.
Al tener la intensidad uniforme en el tiempo, el tiempo de concentracin no debe
ser muy alto. Esto por que las intensidades uniformes no se mantienen por
perodos muy largos de tiempo.
El coeficiente de escorrenta se mantiene uniforme en el tiempo y en el rea
drenante considerada.
El almacenamiento de agua en la cuenca es insignificante.
El caudal mximo para un determinado perodo de retorno se calcula mediante la
siguiente expresin:
-
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=
.(2.17)
En donde:
Q : Caudal instantneo mximo (m/s)
C : Coeficiente de escorrenta
i : Intensidad media de lluvia (mm/hr)
A : rea aportante (km)
rea Aportante.
Corresponde al rea de la cuenca, la cual se mide en terreno, mediante
topografa o a travs del uso de planos.
Segn las hiptesis descritas, tenemos que las superficies de las cuencas no
deben ser extensas, ya que mientras menor sea la superficie, hay mayor probabilidad
de que la lluvia sea uniforme.
Intensidad Media Mxima.
El valor de la intensidad depende del tiempo de concentracin y el perodo de
retorno. Un mtodo comn para determinarlo, es a travs de las curvas IDF obtenidas
para la zona de estudio.
Coeficiente de Escorrenta.
El coeficiente de escorrenta es la relacin entre el volumen de lluvia neta y la
precipitacin total. Su objetivo es reproducir el proceso de prdidas de infiltracin que
dependen del uso y tipo de suelo, de la topografa, de la propia tormenta y de la
magnitud de la intensidad de la lluvia.
Tericamente su valor oscila entre el rango de valores 0 y 1. Se debe escoger el
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valor ms acorde a la zona de estudio, as en zonas urbanas con alto grado de
impermeabilidad en su superficie, el valor de C tiende a 1.
Para la eleccin del coeficiente de escorrenta, se recomienda tomar valores
tabulados, que se encuentran en documentos oficiales del MINVU y el MOP.
Segn las hiptesis dadas del mtodo racional, ste coeficiente se mantiene
uniforme en el tiempo, esto se logra en cuencas que presenten homogeneidad. En caso
contrario, se dividir la cuenca en subcuencas y se ponderan los coeficientes de todas
ellas.
2.6 Captacin de la Escorrenta.
En un medio urbano, es prcticamente imposible lograr disminuir de forma
significativa la escorrenta mediante la infiltracin natural. Esto debido a la alta
impermeabilizacin de las ciudades, por ello se debe disear un sistema de captacin
de aguas pluviales.
Los objetivos de las obras de captacin sern: permitir rpidamente que se
disminuyan los caudales en la superficie, mantener las pistas de trnsito libres de
inundacin segn el perodo de retorno de diseo. Y lograr captar los caudales de
escorrenta en los puntos previstos, para que el agua no circule descontrolada por la
superficie de la ciudad.
2.6.1 Sumideros.
Lo forma mas comn de captar la escorrenta superficial en medios urbanos es atravs de sumideros. La capacidad hidrulica de captacin de los sumideros depende
de su tipo, ubicacin, pendiente de la calle, las caractersticas del flujo y los sedimentos
que lleve el agua.
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Tipos de Sumideros:
Sumideros Laterales: Cuentan con una abertura dispuesta en la solera,
paralelamente a la direccin de escurrimiento. Su capacidad interceptora decrece
a medida que la pendiente aumenta, por lo que no se recomiendan para calles
con pendientes longitudinales mayores a 3%. Pueden confeccionarse a partir del
tipo S2 del SERVIU, si se elimina la abertura horizontal en la cuneta.
Sumideros Horizontales: Van ubicados en la cuneta y cuentan con rejilla. Una de
sus caractersticas es su efectivo funcionamiento dentro de un amplio rango de
variacin de la pendiente longitudinal de la cuneta de aproximacin. Tipos S3 y
S4 del SERVIU.
Sumideros Mixtos: Estn provistos a la vez de entrada lateral en solera yhorizontal en la cuneta, son de gran capacidad, reuniendo las ventajas de ambos
tipos. Tipos S1 y S2 del SERVIU.
Figura 2.4. Sumidero Mixto.
Capacidad Mxima de Sumideros:
La capacidad mxima de captacin de los sumideros depende del tipo, tamao y
diseo de la rejilla. A su vez, al estar puesto en una calle con pendiente no siempre
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logran captar toda el agua que viene por ellas, aunque tericamente dispongan de
capacidad para ello.
Para el caso de los sumideros horizontales, estos pueden evacuar como mximo
un caudal dado por la siguiente frmula:
= 1.66 ( + 2 ) . Si, < 1.6 (2.18)
= 2.66 . Si, 1.6 (2.19)
Y para los sumideros laterales, se cumple:
= 1.27 . Si, h
-
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= 1 1 .
0 1 (2.23)
Siendo :
=. .
.
0 1 (2.24)
En donde:
T : Ancho de escurrimiento superficial (m)
V : Velocidad del escurrimiento superficial (m/s)
Sx : Pendiente transversal de la cuneta (m/m)
La eficiencia de un sumidero vertical se determina por:
= 1 1 .
Si, ha (2.25)
= 1 Si, h>a (2.26)
Siendo :
= 0.817 . .
( ) . (2.27)
Teniendo como mnimo valor el de .
En donde:
a : Altura sumidero lateral (m)
L : Largo de la abertura del sumidero (m)
SL : Pendiente longitudinal de la calle (m/m)
Teniendo la informacin de las frmulas anteriores se determina el caudal
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captado . El cual esta dado por:
= = ( + ) (2.28)
Esto en el caso que sea menor que las sumas de las capacidades mximas
de captacin de ambos sumideros, en caso contrario, la capacidad captada ser igual a
la capacidad mxima terica.
= (2.29)
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CAPTULO 3.DRENAJE URBANO MODERNO. SOFTWAREDE DISEO Y OBRAS COMPLEMENTARIAS.
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Captulo 3. Drenaje Urbano Moderno. Software de Diseo y Obras
Complementarias.
Las tcnicas para solucionar los problemas de drenaje de aguas pluviales, para
un medio urbano, se han estancado por muchos aos. Predominando el uso del mtodo
racional para el clculo de la escorrenta. Pero, como toda ciencia, la hidrologa urbana,
est en permanente cambio y renovacin, lo que promueve a innovar, mejorar, ampliar
o sustituir tcnicas antiguas. Por lo cual, se han desarrollado nuevas tcnicas aplicables
a la planificacin, gestin y dimensionamiento de la red de drenaje.
Desde Europa y Norteamrica, principalmente, han surgido diversos software
que van de la mano con los avances cientficos y tcnicos, que han permitido analizar
ms a fondo algunos fenmenos hidrulicos. De esta manera, en las ltimas dcadas
han aparecido muchos modelos de simulacin del ciclo hidrolgico de variado grado de
complejidad.
Estos software, que permiten anlisis de resultados muy completos, son
utilizados en hidrologa para tareas especificas, como la modelacin del proceso lluvia
escorrenta, el trnsito de caudales y el anlisis de eventos extremos. La gama actualde programas computacionales es amplia y de fcil acceso, ayudando al proyectista a
realizar los clculos hidrolgicos e hidrulicos necesarios para disear obras de
drenaje.
Si bien en nuestro pas, no se ha masificado a plenitud el uso de estas nuevas
herramientas para el diseo, se ha trabajado y mejorado en otros aspectos; lo ms
destacado es que en los ltimos aos, el MINVU a difundido diversas tcnicas
alternativas para soluciones de aguas lluvias en sectores urbanos, estas consisten en
obras alternativas y anexas, basadas en procesos de infiltracin, almacenamiento y en
la combinacin de ambas.
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Estas obras, utilizan espacio disponible en urbanizaciones como: plazas,
parques, bandejones centrales, patios y estacionamientos. Los beneficios principales de
este tipo de solucin, son aumentar la infiltracin y la retencin, con lo que se disminuye
la escorrenta mxima y total, colaborando con la remocin de contaminantes por medio
de la filtracin y la sedimentacin. Y permitir la construccin de redes colectoras de
menor dimensin.
3.1 Modelacin a Travs de Programas Computaciones.
En las ltimas tres dcadas se ha generalizado el uso de la computacin, lo cual
ha permitido mejorar las posibilidades de recoger, manipular y tratar la informacin
hidrolgica, junto con trabajar en alternativas de mtodos y tcnicas cada vez ms
complejas. De ste modo, con el correr de los aos ha surgido una variedad de
software que permiten clculos hidrolgicos e hidrulicos.
Analizndolos para un medio urbano, los modelos computacionales son
herramientas que permiten evaluar el comportamiento de los distintos sistemas de
drenaje asociados a la plataforma e identificar los requerimientos geomtricos de los
nuevos elementos. Todo esto, de acuerdo a las condiciones de escurrimiento, patronesde lluvia, topografa y puntos de descarga.
Estos modelos hidrolgicos, que emplean los modelos de drenaje, segn sea su
aplicabilidad permiten la determinacin del caudal mximo y simulacin de hidrologa
superficial. Los procedimientos que determinan el caudal mximo, son aplicables a la
mayora de los sistemas de drenaje de carreteras. Las tcnicas de simulacin
hidrolgica en cambio, modelan la totalidad de la respuesta hidrolgica de una cuenca o
rea aportante, en vez de calcular solamente la descarga mxima, permitiendo as
dimensionar de forma ms eficiente las distintas instalaciones.
3.1.1 EPA SWMM.
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EPA SWMM, Storm Water Management Model, que se traduce como Modelo de
Gestin de Aguas Pluviales. Es un programa gratuito, cuya primera versin fue
desarrollada entre 1969 y 1971, apoyado por la Agencia de Proteccin del
Medioambiente (EPA) de los Estados Unidos. Se obtiene por descarga directa a travs
de la pgina web de la EPA. (http://www.epa.gov/ednnrmrl/models/swmm/index.htm ).
Su versin actual es la 5.0.013.
Se define como un modelo dinmico de simulacin de precipitaciones, que se
puede utilizar para un nico acontecimiento o para realizar una simulacin contnua en
perodo extendido. Gracias a su potente motor de clculo se ha convertido en uno de
los modelos ms utilizado en todo el mundo para simular procesos hidrolgicos,
hidrulicos y de calidad de aguas en medio urbanos.
Se explica, con mayor detalle, el uso y aplicaciones del programa en el captulo
N4 del presente texto.
3.1.2 HEC-HMS.
Es un programa de dominio pblico, desarrollado por el Centro de IngenieraHidrolgica (Hydrologic Engineering Center) del Cuerpo de Ingenieros de la Armada de
los EE.UU. (US Army Corps of Engineers). Se obtiene por descarga directa a travs de
su pgina web. (http://www.hec.usace.army.mil/software/hec-hms/download.html ).
Permite simular el proceso lluvia escorrenta durante eventos de tormenta,
aplicando para ello algunos de los mtodos de clculo de hietogramas de diseo,
prdidas por infiltracin, flujo base y conversin en escorrenta directa.
3.1.3 Otros Software.
Mouse: Desarrollado por Danish Hydraulic Institute. (http://www.dhigroup.com).
http://www.epa.gov/ednnrmrl/models/swmm/index.htmhttp://www.hec.usace.army.mil/software/hec-hms/download.htmlhttp://www.hec.usace.army.mil/software/hec-hms/download.htmlhttp://www.epa.gov/ednnrmrl/models/swmm/index.htm -
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Hydroworks: Desarrollado por Wallingford Software.
(http://www.wallingfordsoftware.com).
Caredas - Canoe: Desarrollado por la empresa Sogreah. (http://www.sogreah.fr).
Sobek Urban: Desarrollado por Delft Hydraulics. (http://delftsoftware.wldelft.nl ).
SewerGems: Desarrollado por Haestad Methods. (http://www.haestad.com).
Hydrain: Desarrollado por la Federal Highway Administration.
(http://www.fhwa.dot.gov).
3.2 Obras de Infiltracin. Alternativas para Evacuacin y Drenaje de Aguas
Lluvias.
Las obras de infiltracin captan el flujo superficial y permiten o facilitan su
infiltracin en el suelo. Los principales tipos de obras de infiltracin son: los estanques
de infiltracin, zanjas de infiltracin, pozos de infiltracin, pavimentos porosos y
pavimentos celulares. Los cuales se describirn en los siguientes puntos.
3.2.1 Estanques de Infiltracin.
Generalmente corresponden a pequeos estanques de poca profundidad,ubicados en suelos permeables, que aprovechan la existencia de depresiones naturales
en reas abiertas o recreacionales, o excavados en el terreno, preferentemente en
jardines y reas verdes.
Estn destinados a almacenar temporalmente el agua de la tormenta hasta que
se infiltra a travs del fondo y de los lados, las alturas de agua almacenadas son bajas,
del orden de pocos centmetros. Se concentra en los escurrimiento de techos y dems
zonas impermeables inmediatas en una urbanizacin, de manera que reciban aguas
relativamente limpias, sin recarga de sedimentos.
Para su construccin; sta se realiza en terrenos que tengan el nivel de agua
subterrnea profundo bajo el fondo del estanque, as se asegura que el agua filtre a
http://www.wallingfordsoftware.com/http://www.sogreah.fr/http://delftsoftware.wldelft.nl/http://www.haestad.com/http://www.fhwa.dot.gov/http://www.fhwa.dot.gov/http://www.haestad.com/http://delftsoftware.wldelft.nl/http://www.sogreah.fr/http://www.wallingfordsoftware.com/http://www.dhigroup.com/ -
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travs del suelo antes de alcanzar la napa. El terreno debe lograr una permeabilidad
que permita el vaciado total del estanque entre lluvias relativamente breves.
Sus ventajas de uso son: permitir la disminucin del caudal mximo, reducir el
volumen de aguas lluvia que llega a las redes de drenaje, disminuir el riesgo de
inundaciones agua abajo, permitir otros usos alternativos, recargar la napa de agua
subterrnea y mejorar la calidad del efluente.
Las desventajas asociadas a su uso son: que est presente el riesgo de
contaminacin de la napa, si no se conocen las caractersticas de las aguas que se van
a infiltrar. Si el estanque posee una superficie pequea comparada con el rea
aportante, podra ocasionar que el agua en el estanque quede retenida por perodos
extensos de tiempo, impidiendo la aparicin de vegetacin, lo que traera como
consecuencia que la superficie de infiltracin se tape rpidamente. Otro riesgo asociado
a su uso, es que el estanque de infiltracin se convierta en una laguna permanente
llena de agua y no se pueda restablecer el drenaje, esto sucedera, cuando la recarga
excede la capacidad de drenaje natural del suelo en condiciones de saturacin.
Figura 3.1. Ejemplo de uso de Estanque de Infiltracin en una Urbanizacin.
De la figura 3.1, la descripcin de sus puntos es la siguiente:
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1. Antejardines.
2. Patios y jardines.
3. Bandejn central.
Figura 3.2. Fotos Estanques de Infiltracin.
3.2.2 Zanjas de Infiltracin.
Estas son obras longitudinales, de profundidad recomendada de uno a tres
metros, que reciben el agua en toda su longitud, interceptando el flujo superficial de una
tormenta y evacuando mediante infiltracin del subsuelo.
Estas zanjas actan de la siguiente manera: lo primero es el ingreso de las aguas
lluvias a la zanja, ya sea a travs de la superficie o desde redes de conducto. Ya
ingresadas en la zanja, el agua se almacena temporalmente en su interior, para
posteriormente ser evacuadas a travs del suelo mediante infiltracin.
Para lograr estos objetivos las zanjas de infiltracin se ubican inmediatas a las
zonas impermeables que atienden, de manera de recibir aguas limpias,
preferentemente en sectores estrechos como pasajes, bandejones centrales, fondos de
patio, en bordes de estacionamiento y lugares similares. Lo recomendable es usarlas en
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reas residenciales, donde el agua lluvia tiene una baja concentracin de sedimentos y
aceite.
Si se da el caso, que la zanja no pueda recibir el agua en toda su longitud, se
diseara de modo que sea posible alimentarla desde uno de los extremos mediante una
tubera perforada a lo largo de la parte superior, para lo cual es conveniente contar con
cmaras a la entrada y a la salida. En este caso la zanja puede cubrirse de manera de
emplear la superficie para otros fines, como veredas, paseos o estacionamientos.
Al igual que otras obras de infiltracin, las ventajas de su puesta en terreno son:
la disminucin del caudal mximo y volumen escurrido, recargar la napa y mejorar la
calidad del efluente.
Figura 3.3. Elementos Tpicos de una Zanja de Infiltracin.
De la figura 3.3, la descripcin de sus puntos es la siguiente:
1. Cmara de entrada (opcional).
2. Alimentacin superficial.3. Zanja.
4. Relleno.
5. Geotextil.
6. Cmara de rebase (opcional).
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7. Tubera de distribucin (opcional).
8. Cubierta.
Figura 3.4. Zanja de Infiltracin en Construccin.
3.2.3 Pozos de Infiltracin.
Los pozos de infiltracin consisten en excavaciones normalmente cilndricas deprofundidad variable, en donde se infiltra el agua proveniente de la superficie. Pueden
usarse en serie con obras de almacenamiento aguas arriba, como estanques. Adems,
se pueden utilizar en suelos en que los estratos superficiales son poco permeables,
pero tienen capacidad importante de infiltracin en las capas profundas del suelo.
El funcionamiento hidrulico de estas obras puede resumirse en tres etapas: la
primera es el ingreso del agua proveniente de la tormenta al pozo de infiltracin, la que
se puede efectuar a travs de la superficie o desde redes de conductores. La segunda
es el almacenamiento temporal del agua, y la tercera, es su evacuacin mediante
infiltracin.
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Los pozos de infiltracin poseen una capacidad de almacenamiento limitada,
dependiendo del nivel de la napa. Ya que debe cuidarse que este tipo de pozos no
descargue directamente a la napa, para lo cual debe existir entre el fondo del pozo y el
nivel mximo de agua subterrnea, una diferencia libre significativa.
Junto con las ventajas comunes a todas las obras de infiltracin, que brinda su
uso, tiene la particularidad de lograr la integracin en condiciones urbanas restringidas,
ya que son poco visibles y slo comprometen una pequea parte del suelo. En relacin
a sus desventajas esta presente la posibilidad de colmatacin al retener partculas finas
presentes en el agua, tambin hay riesgo de contaminacin de la napa si no se conocen
las caractersticas del agua a infiltrar.
Figura 3.5. Elementos Tpicos de un Pozo de Infiltracin.
De la figura 3.5, la descripcin de sus puntos es la siguiente:
1. Alimentacin por tubo (opcional).2. Decantador (opcional).
3. Rebase (opcional).
4. Tubera de conexin.
5. Relleno.
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6. Geotextil.
7. Filtro superficial (opcional).
8. Cubierta superior.
9. Alimentacin superficial (opcional).
10. Piezmetro.
Figura 3.6. Pozo de Infiltracin Semiprofundo.
3.2.4 Pavimentos Porosos.
Estos consisten en un pavimento contnuo de asfalto o concreto poroso, similares
al pavimento convencional, pero con dos diferencias bsicas: la carpeta de rodado
contiene poca arena y fraccin fina, lo cual le otorga mayor permeabilidad, y la subbase
granular es de mayor espesor con tambin poca arena y fraccin fina, con lo que se
consigue un mayor porcentaje de huecos.
Los pavimentos porosos son un tipo especial de pavimentos, su funcin es
reducir el flujo superficial proveniente de una tormenta, en la cual la carpeta de rodado
permite la infiltracin del agua y la subbase su almacenamiento temporal.
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Los pavimentos porosos logran una notoria disminucin del caudal mximo y del
volumen de escorrenta. Para lograrlo, este tipo de pavimento, puede emplearse en
calles de poco trnsito, pasajes, veredas, estacionamientos, ciclovas y senderos de
reas verdes.
Figura 3.7. Diferentes Estratos que Componen un Pavimento Poroso.
De la figura 3.7, la descripcin de sus puntos es la siguiente:
1. Carpeta de rodado de pavimento poroso.
2. Base o filtro granular graduado.
3. Subbase de grava, uniformemente graduada.
4. Filtro, ya sea geotextil, granular o membrana impermeable.
5. Subrasante formada por el suelo existente.
Una vez que el agua se filtra a travs de la superficie de la carpeta de rodado,
existen dos procedimientos alternativos para su disposicin final. Uno es continuar la
infiltracin hacia el suelo bajo el pavimento, y el otro es recogerla mediante drenes y
disponer de ella en otro lugar. Lo anteriormente descrito se aprecia en la figura 3.8.
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(a) (b)
Figura 3.8.(a): Esquema de Disposicin Difusa Local. Pavimento Poroso.
Figura 3.8.(b): Esquema de Disposicin Concentrada Aparte. Pavimento Poroso.
3.2.5 Pavimentos Celulares.
Los pavimentos celulares consisten en un pavimento cuya carpeta de rodado
est formada por bloques perforados de concreto, cuyos huecos estn rellenos con
arena, maicillo o con pasto, que permiten reducir el flujo superficial proveniente de una
tormenta mediante la infiltracin a travs de su carpeta de rodado.
Los pavimentos celulares son un tipo especial de pavimentos de adoquines, en
los cuales la carpeta de rodado est formada por bloques con aberturas, y la subbase
permite la acumulacin temporal del agua infiltrada, para percolarla posteriormente al
suelo.
El uso de pavimentos celulares est limitado a zonas de bajo trfico, tales como
estacionamientos de todo tipo, pasajes, vehiculares a residencias, paseos peatonales y
veredas de poco uso, en las cuales los suelos permitan la infiltracin.
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Figura 3.9. Esquema de los Elementos Principales de un Pavimento Celular.
De la figura 3.9, la descripcin de sus puntos es la siguiente:
1. Carpeta de rodado.
2. Cama de arena y f iltro granular.
3. Subbase de material granular grueso.
4. Geotextil.
5. Subrasante formada por el suelo existente inalterado.6. Confinamiento lateral.
Una vez que el agua filtra a travs de la carpeta de rodado, existen dos
procedimientos alternativos para su disposicin final. Uno es continuar la percolacin
hacia el suelo bajo el pavimento y el otro es recogerla mediante tubos perforados y
disponer de ella en otro lugar. Lo anteriormente descrito se aprecia en la figura 3.10.
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(a) (b)
Figura 3.10.(a): Esquema de Disposicin Difusa Local. Pavimento Celular.
Figura 3.10.(b): Esquema de Disposicin Concentrada Aparte. Pavimento Celular.
Figura 3.11. Ejemplos de Elementos Prefabricados para Pavimentos Celulares.
3.3 Obras de Almacenamiento. Alternativas para Evacuacin y Drenaje de
Aguas Lluvias.
Estas obras, se utilizan para disminuir el caudal mximo hacia aguas abajo, por
medio de la retencin temporal y el almacenamiento controlado, en zonas
especialmente dispuestas y diseadas para esto. Su construccin se recomienda,
cuando no se dispone de capacidad de infiltracin en el suelo, o cuando los volmenesde regulacin necesarios son importantes.
Las obras de almacenamiento ms conocidas son: los estanques y las lagunas
de retencin. A continuacin se detallan las caractersticas principales de ellas.
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3.3.1 Estanques de Retencin.
Su uso proporciona un volumen de almacenamiento que durante las tormentas
se llena y vaca en pocas horas. Por lo tanto, la mayor parte del tiempo se encuentran
vacios o secos.
Su objetivo principal, es reducir el volumen de los caudales mximos hacia aguas
abajo y pueden ser empleados en conjunto con otras obras alternativas de control de
aguas lluvias en medio urbano. Junto con disminuir el caudal y mejorar el efluente,
pueden disearse de manera de proporcionar beneficios adicionales, como considerar
el aprovechamiento de espacios abiertos para recreacin y paisajismo.
Figura 3.12. Ejemplo de Estanque de Retencin como Parque a lo largo de una Calle,
Fort Collins, USA.
3.3.2 Lagunas de Retencin.
Las lagunas de retencin mantienen un volumen permanente ocupado por agua,
el cual es reemplazado total o parcialmente durante las tormentas. Son similares a los
estanques descritos en el punto anterior, ya que se disean para captar y retener
volmenes de agua durante la tormenta. La diferencia en este caso est, en que las
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aguas interceptadas por la laguna se mezclan con el agua retenida anteriormente como
volumen permanente al almacenarse sobre l.
Estas lagunas se utilizan en lugares en que la napa de agua subterrnea est
alta o en zonas donde es posible contar con agua para satisfacer un volumen mnimo
permanente que posee la laguna durante todo el ao.
Las desventajas de su aplicacin en terreno son: problemas se seguridad y
dificultad para limpiar sedimentos atrapados. Este ltimo, puede traducirse en que se
observen problemas, entre otros, de cuerpos flotantes, espumas, crecimiento de algas y
malos olores.
Figura 3.13. Laguna de Retencin Aprovechando una Hondonada. USA.
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CAPTULO 4.SOFTWARE EPA SWMM v.5.0.
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Captulo 4. Software EPA SWMM v.5.0.
4.1 Introduccin a EPA SWMM v.5.0.
En el presente texto el software Storm Water Management Model versin 5.0,
publicado por la Agencia de Proteccin del Medio Ambiente de los Estados Unidos, ser
citado con las siglas EPA SWMM.
Como se describi en el punto 3.1.1 EPA SWMM permite simular el
comportamiento hidrolgico e hidrulico de un sistema de drenaje urbano. Este software
estudia la escorrenta que se genera producto de las aguas lluvias en una cuenca,
analizando el recorrido de sta a travs de un sistema compuesto por tuberas, canales,dispositivos de almacenamiento y tratamiento, bombas y elementos reguladores.
Tambin permite seguir la evolucin y calcular el impacto del deterioro de la calidad del
agua de escorrenta en un medio urbano y evaluar la eficacia de las estrategias de
atenuacin.
EPA SWMM est diseado para trabajar en los sistemas operativos Windows
98/NT/ME/2000/XP/Vista. Para computadores compatibles con IBM/Intel. Se distribuyecomo un nico fichero epaswmm5_setup.exe. que se descarga gratuitamente de la
pgina web de la EPA.
4.2 Resea Histrica.
Ao 1969. Se comienza a desarrollar el software en Estados Unidos, a travs de
un esfuerzo conjunto de la Universidad de Florida, Water Resources Engineers
Inc. y Metcalf & Eddy Inc., bajo la supervisin y financiamiento de la EPA.
Ao 1971. Publicacin de SWMM v.1.0.
Ao 1975. Publicacin de SWMM v.2.0. Producido por la Universidad de Florida.
Ao 1981. Publicacin de SWMM v.3.0. Producido por la Universidad de Florida.
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Ao 1988. Publicacin de SWMM v.4.0. Con la cual EPA da por finalizado el
soporte econmico al programa. Fue la primera versin de dominio pblico,
logrando una gran difusin.
Ao 1991 a 2001. Publicacin de diversas versiones de SWMM basadas en
mejoras de la v.4.0 (4.2,4.31,4.4h).
Ao 2002. EPA y la empresa consultora de ingeniera Camp & Dresser McKee
Inc., comienzan a desarrollar una nueva versin reescrita en C++ con interfaz
grfica.
Ao 2004. Publicacin de EPA SWMM v.5.0.
Aos 2005-2008. En estos aos, han salido updates para corregir y mejorar
prestaciones. Su versin actual es la 5.0.013.
4.3 Empleo de EPA SWMM v.5.0.
Este software se ha utilizado en numerosas redes de evacuacin de aguas, tanto
residuales como pluviales. Ya que permite analizar diversos procesos hidrolgicos,
dispone de un conjunto de herramientas de modelacin de escorrenta superficial y
permite conocer las cargas contaminantes presente en la escorrenta.
Entre las aplicaciones tpicas del programa, se destaca su uso para:
Modelar la generacin y transporte de la escorrenta superficial.
Diseo y dimensionamiento de la red de drenaje.
Dimensionamiento de estructuras de retencin y elementos para el control de
inundaciones y proteccin de la calidad de las aguas.
Delimitacin de zonas de inundacin en barrancos y cauces naturales.
Evaluacin del impacto de aportes e infiltraciones de las aguas.
Generar cargas de fuentes contaminantes no puntuales para estudio de
acumulacin de residuos.
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4.4 Pasos para la Utilizacin de EPA SWMM v.5.0.
Los pasos caractersticos a seguir en el programa, para un estudio de
modelacin de escorrenta en un medio urbano son:
1. Especificar un conjunto de opciones de trabajo y de propiedades de los objetos
por defecto.
2. Dibujar una representacin grfica de los objetos fsicos del sistema que se va a
estudiar.
3. Editar las propiedades de los objetos que componen el sistema.
4. Seleccionar el conjunto de opciones para el anlisis.
5. Ejecutar la simulacin.6. Ver los resultados de la simulacin.
4.5 Modelo Conceptual Utilizado por EPA SWMM v.5.0.
El modelo conceptual usado por EPA SWMM, se divide en cuatro mdulos que
interactan entre si, los cuales son:
Mdulo Atmosfrico: En este mdulo se analiza la distribucin de las
precipitaciones.
Mdulo de Superficie del Suelo: Producto del anlisis en el mdulo anterior y de
la relacin precipitacin escorrenta, en este mdulo se producen dos procesos
hidrolgicos; las perdidas por infiltracin y la escorrenta superficial.
Mdulo de Aguas Subterrneas: Este tercer mdulo, recibe la infiltracin del
mdulo de superficie del suelo y entrega un porcentaje de esto, como flujo de
entrada para el mdulo de transporte.
Mdulo de Transporte: En este mdulo se analiza el conjunto de elementos que
transportan el flujo, tales como, las tuberas, canales, dispositivos de
almacenamiento y tratamiento, bombas y elementos reguladores, de las aguas
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de escorrenta en la cuenca predefinida. Tambin se estudia el transporte de
contaminantes en la red.
4.6 Mtodos de Clculo usados por EPA SWMM v.5.0.
En este punto se mencionan los diferentes mtodos empleados por EPA SWMM
para resolver el modelado de la cantidad y calidad de la escorrenta producto de las
precipitaciones. Para esto, EPA SWMM se basa en los principios de conservacin de
masa y conservacin de la cantidad de movimiento.
4.6.1 Escorrenta Superficial.
Este mtodo permite el clculo de la escorrenta simulando las cuencas como
una estructura de depsito no lineal. Para este depsito, los aportes de caudal
provienen de la precipitacin o cuencas situadas aguas arriba y las prdidas se
producen por evaporacin, infiltracin y la escorrenta superficial.
La capacidad mxima de este depsito viene dada por el almacenamiento en
depresin, que corresponde al volumen mximo que retiene la cuenca en la superficie,de esta manera, la escorrenta superficial se producir solamente cuando la profundidad
del agua en el depsito sobrepase el valor del mximo almacenamiento en depresin.
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Figura 4.1. Esquema de Escorrenta Superficial adaptado por EPA SWMM.
En donde el caudal saliente se obtiene por la ecuacin:
= ( ) (4.1)
Q : Caudal (m3/s)
W : Ancho de la cuenca (m)
H : Altura de agua en la cuenca (m)
h0 : Prdida inicial (m)
I0 : Pendiente media de la cuenca (%)
n : Coeficiente de rugosidad de Manning
4.6.2 Deshielo de Nieve.
El modelo de deshielo de nieve consiste en la contabilizacin de la acumulacinde nieve experimentada en cada cuenca y analizar cuando se produce deshielo; el
volumen de agua generado, se agrega a la escorrenta formada por las lluvias.
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La manera de definir la cantidad de nieve que se derrite dentro del mdulo,
puede ser determinada de dos maneras:
Una ecuacin de intercambio de energa, donde la velocidad con que se derrite
la nieve es proporcional a la temperatura y velocidad del viento.
Una ecuacin de grados da, en donde la velocidad con que se derrite la nieve es
igual al producto del coeficiente de deshielo y de la diferencia de temperaturas
entre el aire y la temperatura de deshielo de la nieve.
4.6.3 Aguas Subterrneas.
El modelo de aguas subterrneas consiste en ver las diferencias de volmenes
de humedad en diferentes zonas. Con esto EPA SWMM lograr reajustar, segn
corresponda, la profundidad y humedad de la zona no saturada.
Su descripcin consiste en tener un sector, el cual, en la parte superior posee
una zona superficial no saturada, con contenido de humedad y en la parte inferior el
sector se encuentra completamente saturado, con una eventual napa de mayor
profundidad. Se esquematiza esta secuencia en la figura 4.2.
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Figura 4.2. Esquema de Aguas Subterrneas.
En donde:
fI : Infiltracin desde la superficie.
fEU : Evotranspiracin desde la zona superior.
fU : Infiltracin desde la zona superior a la inferior.
fEL : Evotranspiracin desde la zona inferior.
fL : Infiltracin desde la zona inferior hacia las aguas subterrneas
profundas.
fG : Interaccin lateral de las aguas subterrneas con el sistema de
saneamiento.
4.6.4 Mtodos de Infiltracin.
EPA SWMM posee tres mtodos diferentes para determinar la infiltracin de las
precipitaciones en las zonas permeables, los cuales son:
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Mtodo de Horton.
Mtodo de Green - Ampt.
Mtodo de Nmero de Curva.
4.6.4.1 Mtodo de Horton.
La relacin de Horton es una expresin semiemprica que postula que la
capacidad de infiltracin del terreno decrece exponencialmente desde un valor inicial
mximo hasta un cierto valor mnimo a lo largo de un evento de lluvia. Es decir, Horton
propone una ecuacin que depende de la tasa de infiltracin inicial f0 que decrece
exponencialmente hasta una tasa final f.
= + ( ) (4.2)
En donde:
f : Capacidad de infiltracin en el suelo en el instante t (mm/h)
f : Capacidad de infiltracin del suelo (mm/h)
f0 ; Capacidad inicial de infiltracin (mm/h)k : Constante de decaimiento (1/h)
t : Tiempo (h)
La funcin representada por la ecuacin (4.2) se ilustra en la figura 4.3.
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Figura 4.3. Curva de Capacidad de Infiltracin del Suelo, segn Horton.
Si la curva de infiltracin est por encima del hietograma, la capacidad de
infiltracin ser igual a la intensidad de lluvia.
4.6.4.2 Mtodo de Green - Ampt.
Durante el ao 1911 Green y Ampt propusieron un esquema simplificado para
representar la infiltracin, el cual se aprecia en la figura 4.4.
Este mtodo, propone que existe una frontera brusca en el terreno, llamada
frente de mojado, que separa el suelo con un determinado contenido inicial de humedad
del terreno que ya ha sido afectado por la infiltracin y se encuentra saturado.
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Figura 4.4. Esquema del Mtodo de Green - Ampt.
4.6.4.3 Mtodo del Nmero de Curva.
Esta metodologa de nmero de curva fue diseada por el Servicio de
Conservacin de Suelos de los Estados Unidos (US Soil Concervation Service)
conocido bajo la sigla de SCS, el cual realiz diversos estudios de la capacidad total deinfiltracin en los mas diversos tipos de suelos.
Con la experiencia del SCS se pudo obtener una relacin para obtener la lluvia
neta de la siguiente forma:
= ( . )
.(4.3)
En donde:
Q : Volumen de agua de escorrenta.
P : Precipitacin total cada.
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S : Capacidad mxima de retencin de agua del suelo de la cuenca.
Al estandarizar la informacin, el SCS encontr que las prdidas dependan de
un nmero adimensional, llamado nmero de curva. Con esto, se entregaron relaciones
grficas que consisten en curvas con valores numricos comprendidos 0NC100 para
los diferentes tipos de suelos. Ordenndolos de forma ascendiente de permeables a
impermeables.
Junto con lo anterior, se distribuyeron los suelos en cuatro grupos, separados
segn su composicin. Los cuales se detallan en la tabla 4.1.
Tabla 4.1. Descripcin de los Diferentes Tipos de Suelos.
Tipo de
SueloDescripcin
Tipo AAlta infiltracin.
Suelos profundos compuestos de arenas o gravillas.
Tipo B Infiltracin media.Suelos menos profundos con arenas finas y limos.
Tipo CInfiltracin baja. Suelos poco profundos con arenas finas,
limos y medianamente arcillosos.
Tipo DInfiltracin muy baja.
Suelos arcillosos a muy arcillosos.
Este mtodo a sido muy difundido por la cantidad datos de campo que existe. En
resumen, conociendo la composicin y el uso del suelo se obtiene el nmero de curva
correspondiente. En la tabla N2.402.901 del Manual de Carretera volumen 2, que en
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el presente texto ser citada como la tabla 4.2, se detallan los nmeros de curva ms
usados.
Tabla 4.2. Valores de Curva Nmero para reas Rurales y Urbanas.
Cobertura % Grupo de Suelo
Superficie Impermeable A B C D
Prados y Parques:
Pasto < 50% 68 79 86 89
Pasto 50%-75% 49 69 79 84
Pasto >75% 39 61 74 80
reas Impermeables:
Estacionamientos Pavimentados 98 98 98 98
Calles y Caminos:
Pavimentados 98 98 98 98
Grava 76 85 89 91
Tierra 72 82 87 89
Zonas Rurales:
Praderas 68 79 86 89Arbustos y Pastos Naturales 48 67 77 83
Cultivos en Hileras 67 78 85 89
Bosques y Praderas 43 65 76 82
Residencial:
Sitios 500m o menor 65 77 85 90 92
Sitios 1000 m 38 61 75 83 87
Sitios 2000 m 25 54 70 80 85Sitios 5000 m 20 51 68 79 84
Sitios 10000 m 12 46 65 77 82
reas Urbanas en Desarrollo:
reas Nuevas Poca Vegetacin 77 86 91 94
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4.6.5 Modelos Hidrulicos de Transporte.
El clculo hidrulico en EPA SWMM viene dado por la aproximacin o resolucin
de las ecuaciones de Saint Venant. Las cuales permiten representar el flujo no
permanente en lmina libre.
Estas ecuaciones datan del ao 1871. Las cuales no tienen solucin analtica por
lo que debe abordarse su tratamiento mediante mtodos numricos. Presentan un alto
grado de complejidad, por lo que si bien son antiguas, su uso colectivo es reciente, esto
debido al apoyo de software de resolucin.
Segn el nivel de precisin con que desea resolver estas ecuaciones EPASWMM permite elegir entre tres modelos hidrulicos de trasporte, los cuales son:
Modelo de Rgimen Uniforme.
Modelo de Onda Cinemtica.
Modelo de Onda Dinmica.
4.6.5.1 Modelo de Flujo Uniforme.
De los modelos de clculo hidrulico empleados por EPA SWMM, el modelo de
flujo uniforme corresponde al mtodo de clculo hidrulico mas simple, ya que es un
procedimiento hidrulico simplificado. Este mtodo asume que en cada uno de los
incrementos de tiempo de clculo considerados el flujo es uniforme. Para ello el modelo
consiste en trasladar el hidrograma calculado para un instante, a travs de cada
conducto del sistema hasta que sea eliminado de la red.
El empleo de este mtodo de clculo es el que menos se aproxima a la realidad,
por lo que su uso, slo se recomienda en cuencas que no cuentan con la suficiente
informacin, ya sea topogrfico o hidrolgica, o para anlisis preliminares y prediseo
de sistemas arborescentes. Ya que induce a diseos inadecuados, ya sea
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sobredimensionados o infradimensionados. Otras desventajas del mtodo son que no
tiene en cuenta la acumulacin de agua en conductos, el flujo inverso, fenmenos de
resalto hdrico o flujo presurizado.
4.6.5.2 Modelo de Onda Cinemtica.
Este modelo hidrulico de transporte trabaja con una aproximacin de las
ecuaciones del flujo no permanente de Saint Venant, en las que se consideran el
movimiento del agua, la gravedad y la friccin. Es decir, resuelve la ecuacin de
conservacin de la masa y una aproximacin de la ecuacin de conservacin de
movimiento.
Se recomienda su uso en calles y conductos con una pendiente mayor a 1% y en
sistemas arborescentes. En relacin al caudal mximo que puede fluir al interior de los
conductos, ste se determina con la ecuacin de Manning. En caso de haber exceso de
caudal, este ser eliminado o estancado para entrar posteriormente al sistema cuando
la capacidad del conducto lo permita.
Este mtodo permite la variacin del caudal y del rea al interior de losconductos. Sus limitantes son que no permite simular fenmenos de gran complejidad y
no puede considerar efectos como el flujo inverso, resalto hidrulico o condiciones de
contorno aguas aba