03-drenajeurbano-aguapluvial

Hidrologa Urbana

Au

g

u

s

t

o

S

i

s

a

C

a

m

a

r

g

o

(

4

9

)

Consideraciones en alcantarillados pluviales

Redes Secundarias Recolectan las aguas y las llevan a una red primaria.

El perodo de retorno de la tormenta de diseo es 2 a 10 aos

Esta compuesto por sumideros y conductos.

Au

g

u

s

t

o

S

i

s

a

C

a

m

a

r

g

o

(

5

0

)

Consideraciones en alcantarillados pluviales

Redes Primarias Transportan las aguas de los sistemas secundarios hasta las plantas o cuerpos de agua naturales.

El perodo de retorno de la tormenta de diseo es de 100 aos normalmente

Esta compuesto por box-culverts, puentes, tanques de retencin

Si este sistema falla pueden haber daos en propiedades y vidas humanas.

Au

g

u

s

t

o

S

i

s

a

C

a

m

a

r

g

o

(

5

1

)

Perodo de Retorno

Tiempo promedio en el cual un evento es igualado o excedido

( )T1

xXP T =

Au

g

u

s

t

o

S

i

s

a

C

a

m

a

r

g

o

(

5

2

)

Perodos de Retorno Sugeridos

Estructura Perodo de Retorno

Alcantarillas de carreterasTrfico bajo 5-10Trfico medio 10-25Trfico alto 50-100

PuentesSistema Secundario 10-50Sistema Primario 50-100

Estructura Perodo de Retorno

AeropuertosVolmen bajo 5 -10Volmen medio 10-25Volmen alto 50-100

Drenaje AgrcolaCulverts 5-50Surcos 5-50

Drenaje UrbanoCiudades pequeas 2-25Ciudades grandes 25-50

Au

g

u

s

t

o

S

i

s

a

C

a

m

a

r

g

o

(

5

3

)

Perodos de Retorno RAS

*Parte revestida a 10 aos, ms borde libre a 100 aos

502525Canales abiertos en zonas montaosas (alta velocidad) o a media ladera, que drenan reas mayores a 1000 ha

252510Canales abiertos en zonas planas y que drenan reas mayores de 1000 ha *

1055Tramos de alcantarillado con reas tributarias mayores de 10 ha

532Tramos de alcantarillado con reas tributarias entre 2 y 10 ha

532Tramos iniciales en zonas comerciales o industriales, con reas tributarias menores de 2 ha

322Tramos iniciales en zonas residenciales con reas tributarias menores de 2 ha

Recomendado

(aos)

Aceptable

(aos)

Mnimo

(aos)

Caractersticas del rea de drenaje

Au

g

u

s

t

o

S

i

s

a

C

a

m

a

r

g

o

(

5

4

)

Longitud de Series Recomendadas

Diseo y Planeacin Alcantarillados: Mayor a 10 aos

Alivios (CSO) : Mayor a 5 aos

Control y Evaluacin Alcantarillados: Mayor a 20 aos

Alivios (CSO): Mayor a 10 aos

Au

g

u

s

t

o

S

i

s

a

C

a

m

a

r

g

o

(

5

5

)

Precipitacin

Caudal

Cuenca

INSUMO

PROCESOPRODUCTO

Precipitacin Cuenca Escorrenta(PCE)

Au

g

u

s

t

o

S

i

s

a

C

a

m

a

r

g

o

(

5

6

)

Hietograma

Hidrograma

CUENCA

Precipitacin Cuenca Escorrenta(PCE)

Au

g

u

s

t

o

S

i

s

a

C

a

m

a

r

g

o

(

5

7

)

Hietograma

Es la representacin grfica de una lluvia.

Expresa la intensidad de una lluvia (mm/hr) distribuida en el tiempo.

Se obtiene a partir de la medicin de la precipitacin.

Au

g

u

s

t

o

S

i

s

a

C

a

m

a

r

g

o

(

5

8

)

COLECTOR AUTOPISTA NORTE

Avenida Caracas - Calle 77. Pozo 2

Evento del 17 de Noviembre de 1999

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

2

3

:

0

0

2

3

:

0

8

2

3

:

1

6

2

3

:

2

4

2

3

:

3

2

2

3

:

4

0

2

3

:

4

8

2

3

:

5

6

0

:

0

4

0

:

1

2

0

:

2

0

0

:

2

8

0

:

3

6

0

:

4

4

0

:

5

2

1

:

0

0

1

:

0

8

1

:

1

6

1

:

2

4

1

:

3

2

1

:

4

0

1

:

4

8

1

:

5

6

2

:

0

4

2

:

1

2

2

:

2

0

2

:

2

8

2

:

3

6

2

:

4

4

2

:

5

2

3

:

0

0

C

a

u

d

a

l

(

l

p

s

)

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

P

r

e

c

i

p

i

t

a

c

i

n

(

m

m

)

(

i

n

t

e

r

v

a

l

o

s

d

e

2

m

i

n

)

P-Castillo P-Gimnasio Caudal

P total = 13.93 mm

P total = 15.20 mm

Relacin entre un evento de lluvia y su respuesta

Au

g

u

s

t

o

S

i

s

a

C

a

m

a

r

g

o

(

5

9

)

Medicin de Hietogramas

Au

g

u

s

t

o

S

i

s

a

C

a

m

a

r

g

o

(

6

0

)

Funcin de Base Radial Kriging

Isoyetas

Au

g

u

s

t

o

S

i

s

a

C

a

m

a

r

g

o

(

6

1

)

Hietograma de Precipitacin Efectiva

La precipitacin efectiva es aquella que genera escorrenta superficial, es decir la que no logra infiltrarse en el suelo.Esta cantidad de agua debe ser manejada por el sistema de Drenaje Urbano

Au

g

u

s

t

o

S

i

s

a

C

a

m

a

r

g

o

(

6

2

)

Curva IDF

Curva Intensidad - Duracin - Frecuencia

Suelen ajustarse a la funcin de distribucin de probabilidad de valor extremo Tipo I o Gumbel.

Estan basadas en en eventos seleccionados de 5, 10, 20, 30 , y ms Minutos). Se usan las profundidades mximas anuales.

O, las excendencias si la serie es pequea.

Cada una de estas series duraciones son ordenadas para calcular la curva IDF

Au

g

u

s

t

o

S

i

s

a

C

a

m

a

r

g

o

(

6

3

)

Curva IDF

Curva IDF StatGraphics

0.00

50.00

100.00

150.00

200.00

250.00

0 100 200 300 400 500 600

Duracin (min)

I

n

t

e

n

s

i

d

a

d

(

m

m

/

h

)

T= 2 aos T=10 aos T= 25 aos T= 50 aos

63.0

36.0

d

T3.206i =

Au

g

u

s

t

o

S

i

s

a

C

a

m

a

r

g

o

(

6

4

)

Curva IDF

Segn el RAS

Informacin pluviogrfica localAlto

Informacin pluviogrfica regionalMedio alto

SintticaBajo y medio

Obtencin mnima de curvas IDF

Nivel de complejidad del

sistema

Au

g

u

s

t

o

S

i

s

a

C

a

m

a

r

g

o

(

6

5

)

Hidrograma

Es la representacin grfica de la distribucin del caudal en el tiempo. Muestra el balance a largo plazo de la precipitacin, la evaporacin y el caudal de la cuenca.

Au

g

u

s

t

o

S

i

s

a

C

a

m

a

r

g

o

(

6

6

)

Hidrograma

Limbo ascendente: Depende de las caractersticas de la precipitacin y la morfologa de la cuenca

Limbo descendente: Depende de las caractersticas morfolgicas de la cuenca

Au

g

u

s

t

o

S

i

s

a

C

a

m

a

r

g

o

(

6

7

)

Q

t

A

B

A

B

Interaccin - PCE

Respuesta en una cuenca por su forma

Au

g

u

s

t

o

S

i

s

a

C

a

m

a

r

g

o

(

6

8

)

Q

t

Mayor pendiente

Menor pendiente

Interaccin - PCE

Respuesta en una cuenca por pendiente

Au

g

u

s

t

o

S

i

s

a

C

a

m

a

r

g

o

(

6

9

)

Q

t

Ms impermeable

Menos impermeable

Interaccin - PCE

Respuesta en una cuenca por permeabilidad

Au

g

u

s

t

o

S

i

s

a

C

a

m

a

r

g

o

(

7

0

)

Interaccin - PCE

Respuesta en una cuenca por humedad antecedente

Q

t

Ms humedad

Menos humedad

Au

g

u

s

t

o

S

i

s

a

C

a

m

a

r

g

o

(

7

1

)

Q

t

Partes altas

Partes bajas

Interaccin - PCE

Respuesta en una cuenca por ubicacin de la lluvia

Au

g

u

s

t

o

S

i

s

a

C

a

m

a

r

g

o

(

7

2

)

Efectos de la Urbanizacin

Au

g

u

s

t

o

S

i

s

a

C

a

m

a

r

g

o

(

7

3

)

Q

t


Au

g

u

s

t

o

S

i

s

a

C

a

m

a

r

g

o

(

7

4

)

Q

t


Au

g

u

s

t

o

S

i

s

a

C

a

m

a

r

g

o

(

7

5

)

Q

t


Mtodo Racional

Au

g

u

s

t

o

S

i

s

a

C

a

m

a

r

g

o

(

7

7

)

Mtodo Racional

Considera una intensidad de precipitacin constante durante todo el tiempo de lluvia

Supone que las precipitaciones causantes de problemas de inundacin son aquellas de corta duracin y gran intensidad.

Duracin de la lluvia igual al tiempo de concentracin de la cuenca.

i se obtiene a partir de la curva IDF de perodo de retorno escogido.

Au

g

u

s

t

o

S

i

s

a

C

a

m

a

r

g

o

(

7

8

)

Mtodo Racional

Sistema Ingls Q cfs

i in/hr

A acres

C entre 0 y 1

Sistema Internacional Q L/s

i mm/hr

A Ha

C entre 0 y 1

CiAQ = CiA78.2Q =

Au

g

u

s

t

o

S

i

s

a

C

a

m

a

r

g

o

(

7

9

)

Mtodo Racional

Este mtodo suele sobreestimar el caudal pico, y es por esta razn que no se recomienda para cuencas muy grandes, mayores a 10km2. Segn el RAS mximo 700 Ha

El caudal pico ocurre cuando toda el rea de drenaje est contribuyendo. Es decir, la intensidad correspondiente a un evento con duracin igual al tiempo de concentracin.

Au

g

u

s

t

o

S

i

s

a

C

a

m

a

r

g

o

(

8

0

)

Correccin de la intensidad

Para reas grandes es posible corregir la intensidad determinada de la curva IDF de la siguiente manera

0,88800-1600

0,90400-800

0,93200-400

0,95100-200

0,9950-100

Factor de reduccinrea de drenaje (Ha)

Au

g

u

s

t

o

S

i

s

a

C

a

m

a

r

g

o

(

8

1

)

Factor de Escorrenta

0,20-0,35Parques recreacionales

0,30Laderas con vegetacin

0,60Laderas sin vegetacin

0,30Residencial, con predominio de zonas verdes y parques cementerios

0,45Residencial, con casas rodeadas de jardines o multifamiliares apreciablemente separados

0,40-0,60Residencial unifamiliar, con casas contiguos y predominio de jardines

0,60-0,75Residencial multifamiliar, con bloques contiguos y zonas duras entre stos

0,75Residencial, con casas contiguas, predominio de zonas duras

0,60-0,95Zonas comerciales o industriales

0,70-0,85Vas adoquinadas

0,70-0,95Pavimentos asflticos y superficies de concreto

0,75-0,95Cubiertas

CTIPO DE SUPERFICIE

Au

g

u

s

t

o

S

i

s

a

C

a

m

a

r

g

o

(

8

2

)

Factor de Escorrenta

Para algunos lugares del mundo se han determinado ecuaciones (regresiones estadisticas) que permiten determinar el coeficiente de escorrenta como funcin de parmetros de las cuencas.

7.20

Ind078.0Inf25

P829.0PR

HUMEDADSUELO

EIMPERMEABL

+

+=

Inglaterra (Buttler)

Au

g

u

s

t

o

S

i

s

a

C

a

m

a

r

g

o

(

8

3

)

Duracin de la tormenta

Con frecuencia se toma como duracin de la tormenta el tiempo de concentracin de la cuenca.

A partir de la morfologa de la cuenca se han establecido algunas ecuaciones que simulan este efecto.

sistema elen viajesistema al entrada T T Tc +=

Au

g

u

s

t

o

S

i

s

a

C

a

m

a

r

g

o

(

8

4

)

Tiempo de Entrada

Tiempo para que la escorrenta llegue al sumidero del colector (FAA EEUUA)

Donde: L = Longitud tramo

S = Pendiente tramo

C = Coeficiente de escorrenta

3/1

2/1)1.1(707.0

S

LCTe

=

Au

g

u

s

t

o

S

i

s

a

C

a

m

a

r

g

o

(

8

5

)

Tiempo de Entrada

Kerby

Donde: m= Retardo

TLm

Se =

144 1

2

0 467

.

.

0,80Pastos densos

0,70Terrenos arborizados

0,30Pastos

0,20Superficie sin cobertura moderadamente rugosa

0,10Suelo sin cobertura, compacto y liso

0,02Impermeable

mTipo de superficie

Au

g

u

s

t

o

S

i

s

a

C

a

m

a

r

g

o

(

8

6

)

Tiempo de Entrada

Tiempo de entrada al colector (SCS)

s

ct V60

LT

=

Au

g

u

s

t

o

S

i

s

a

C

a

m

a

r

g

o

(

8

7

)

Tiempo de entrada

Vs esta dada por

V a SS = 12

6,50reas pavimentadas y tramos iniciales de quebradas

3,15Suelos desnudos

2,70reas cultivadas en surcos

2,00Pastos y patios

0,70Bosque con sotobosque denso

aTipo de superficie

Au

g

u

s

t

o

S

i

s

a

C

a

m

a

r

g

o

(

8

8

)

Tiempo de Viaje

Tiempo de viaje en el colector (SCS)

Longitud recorrida a una velocidad dada

V60

LT ct

=

Au

g

u

s

t

o

S

i

s

a

C

a

m

a

r

g

o

(

8

9

)

Tiempos de Concentracion

En algunas condiciones es posible estimar el tiempo de concentracin de la cuenca de drenaje a partir de las ecuaciones empricas utilizadas en cuencas naturales

Au

g

u

s

t

o

S

i

s

a

C

a

m

a

r

g

o

(

9

0

)

Ecuaciones

Hay muchas por su base fsica Frmula de Kirpich.

Frmula Californiana (del U.S.B.R.).

Frmula de Giandotti

Frmula de Ventura-Heras

Frmula de Passini.

Frmula de Tmez.

Frmula California Culvert Practice.

Au

g

u

s

t

o

S

i

s

a

C

a

m

a

r

g

o

(

9

1

)

Frmula de Kirpich.

Calcula el tiempo de concentracin, Tc, en minutos L la longitud del cauce principal de la cuenca, en metros

S la diferencia entre las dos elevaciones extremas de la cuenca, en metros, dividida por L (es decir, la pendiente promedio del recorrido principal en m/m).

S L 0.01947 = T-0.3850.77

c

Au

g

u

s

t

o

S

i

s

a

C

a

m

a

r

g

o

(

9

2

)

Frmula de Californiana (del U.S.B.R.).

Tc es tambin en horas, L y J la longitud y la pendiente promedio del cauce principal de la cuenca, en Km y en m/m, respectivamente.

)J

L( 0.066 = T 1/2

0.77

c

Au

g

u

s

t

o

S

i

s

a

C

a

m

a

r

g

o

(

9

3

)

Frmula de Giandotti

Proporciona el tiempo de concentracin de la cuenca, Tc , en horas. L y J los definidos anteriormente A la superficie de la cuenca en Km2.

L J 25.3

L 1.5 + A 4 = T c

Au

g

u

s

t

o

S

i

s

a

C

a

m

a

r

g

o

(

9

4

)

Frmula de Ventura-Heras

Tc, tiempo de concentracin en horas A y J los ya definidos anteriormente.

0.13 0.04 J

A = T

0.5

c

Au

g

u

s

t

o

S

i

s

a

C

a

m

a

r

g

o

(

9

5

)

Frmula de Passini.

Tc el tiempo de concentracin en horas A, L y J los definidos anteriormente

0.13 0.04 J

)L(A = T 0.5

1/3

c

Au

g

u

s

t

o

S

i

s

a

C

a

m

a

r

g

o

(

9

6

)

Frmula de Tmez

Es la recomendada en Espaa, para el mtodo racional modificado

Se utiliza en el clculo del hidrograma triangular de J.R.Tmez.

Tc es el tiempo de concentracin de la cuenca, en horas. L es la longitud del cauce principal de la cuenca, en Km J es la pendiente promedio de dicho recorrido en m/m

)J

L( 0.3 = T 1/4

0.76

c

Au

g

u

s

t

o

S

i

s

a

C

a

m

a

r

g

o

(

9

7

)

Frmula California CulvertPractice

Tc es el tiempo de concentracin en minutos L la longitud del curso de agua ms largo, en millas,

H la diferencia de nivel entre la divisoria de aguas y el desage de la cuenca, en pies

)H

L 11.9( 60 = T

3

c

Au

g

u

s

t

o

S

i

s

a

C

a

m

a

r

g

o

(

9

8

)

Resumen de Formulas Mays 2005

Au

g

u

s

t

o

S

i

s

a

C

a

m

a

r

g

o

(

9

9

)


Au

g

u

s

t

o

S

i

s

a

C

a

m

a

r

g

o

(

1

0

0

)


Au

g

u

s

t

o

S

i

s

a

C

a

m

a

r

g

o

(

1

0

1

)

Mtodo Racional - Limitaciones

No tiene en cuenta los volmenes almacenados No es til si hay algn sistema de detencin o algo similar en la cuenca

El valor de C no tiene en cuenta el orden secuencial de zonas impermeables o no permeables

Au

g

u

s

t

o

S

i

s

a

C

a

m

a

r

g

o

(

1

0

2

)

Valores de C

Au

g

u

s

t

o

S

i

s

a

C

a

m

a

r

g

o

(

1

0

3

)

Valores de C

Aguas Pluviales

Au

g

u

s

t

o

S

i

s

a

C

a

m

a

r

g

o

(

1

0

5

)

Funcin

Rpida evacuacin de aguas lluvias de las vas pblicas.

Evitar generacin de caudales excesivos en calzadas.

Evitar invasin de aguas lluvias a propiedades privadas y pblicas.

Evitar acumulacin de aguas en vas de trnsito.

Evitar paralizacin de trfico en un evento fuerte de precipitacin.

Au

g

u

s

t

o

S

i

s

a

C

a

m

a

r

g

o

(

1

0

6

)

Generacin de la escorrenta

Hay dos efectos importantes Perdidas iniciales:

Intercepcin

Almacenamiento en depresiones

Infiltracin

Evaporacin

Precipitacin Efectiva Flujo sobre la superficie

Au

g

u

s

t

o

S

i

s

a

C

a

m

a

r

g

o

(

1

0

7

)

Escorrenta

Una vez determinado el caudal de escorrenta su movimiento sobre la cuenca debe ser calculado siguiendo mtodos como el del Hidrograma Unitario

Au

g

u

s

t

o

S

i

s

a

C

a

m

a

r

g

o

(

1

0

8

)

Hidrograma Unitario - HU

Es el hidrograma de escorrenta superficial total resultante de un volumen unitario de lluvia efectiva, uniformemente distribuida en espacio y tiempo.

La altura de la lluvia neta corresponde a la altura de la escorrenta

=0

e dtQAd

Au

g

u

s

t

o

S

i

s

a

C

a

m

a

r

g

o

(

1

0

9

)

Consideraciones del HU

No hay variacin estacional

Se supone que cualquier otra forma de lluvia es lineal e invariante

Lluvias de igual duracin, producen hidrogramas de igual duracin

Superposicin

La escorrenta es proporcional a la intensidad.

1

2

1

2

i

i

Q

Q=

Au

g

u

s

t

o

S

i

s

a

C

a

m

a

r

g

o

(

1

1

0

)

Superposicin de HU

Au

g

u

s

t

o

S

i

s

a

C

a

m

a

r

g

o

(

1

1

1

)

Uso del HU con un Hietograma

1

2

3

31 2

HidrogramaSalida

Agregar un retraso

Au

g

u

s

t

o

S

i

s

a

C

a

m

a

r

g

o

(

1

1

2

)

Efectos de la Urbanizacin el Hidrograma Unitario

Au

g

u

s

t

o

S

i

s

a

C

a

m

a

r

g

o

(

1

1

3

)

Estimacin del HU

Con frecuencia no se dispone de informacin para estimar el HU de una cuenca

En esta situacin se hace necesario estimar el HU como un HU - sintetico

Au

g

u

s

t

o

S

i

s

a

C

a

m

a

r

g

o

(

1

1

4

)

HU - Sinttico

Algunos de estos mtodos son lo de: HU Snyder

HU Snyder Regionalizado til para cuencas urbanas pequeas

HU SCS

HU SCS adimensional

HU Williams & Hann

Otros

Au

g

u

s

t

o

S

i

s

a

C

a

m

a

r

g

o

(

1

1

5

)

Condicione Extremas

Velocidad mnima0.75 m/S

El esfuerzo cortante medio3 N/m2

Velocidad Mxima

10,0PVC

5,0Concreto

5,0Ladrillo vitrificado y gres

3,0Ladrillo comn

V (m/s)Tipo de material

Au

g

u

s

t

o

S

i

s

a

C

a

m

a

r

g

o

(

1

1

6

)

Condiciones (EEUUA)

Mays 2005

Au

g

u

s

t

o

S

i

s

a

C

a

m

a

r

g

o

(

1

1

7

)

Condiciones (EEUUA)

Mays 2005

03-drenajeurbano-aguapluvial

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