Aplicación de la hidrología urbana en proyecto de pavimentación Av. Balmaceda, ciudad de Chol Chol, región de la Araucanía

7/23/2019 Aplicacin de la hidrologa urbana en proyecto de pavimentacin Av. Balmaceda, ciudad de Chol Chol, regin de l

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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.


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.


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.


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.


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

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Aplicación de la hidrología urbana en proyecto de pavimentación Av. Balmaceda, ciudad de Chol Chol, región de la Araucanía