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CAPITULO I.C DISEÑO DE SANEAMIENTO DE AGUAS LLUVIAS...................................................................I.C-1

1. ZANJA DE INFILTRACIÓN.........................................................................................I.C-31.1 PROCEDIMIENTO DE DISEÑO....................................................................I.C-41.2 FACTIBILIDAD..............................................................................................I.C-41.3 DIMENSIONAMIENTO.................................................................................I.C-51.4 ÁREA APORTANTE.......................................................................................I.C-51.5 SELECCIÓN DE UNA LLUVIA DE DISEÑO..............................................I.C-51.6 TASA DE INFILTRACIÓN.............................................................................I.C-61.7 VOLUMEN DE ALMACENAMIENTO REQUERIDO.................................I.C-61.8 VOLUMEN AFLUENTE ACUMULADO......................................................I.C-61.9 VOLUMEN INFILTRADO.............................................................................I.C-61.10 AREA DE PERCOLACIÓN............................................................................I.C-71.11 VOLUMEN TOTAL DE LA ZANJA..............................................................I.C-71.12 TIEMPO TOTAL DE INFILTRACIÓN..........................................................I.C-71.13 PENDIENTE DE FONDO...............................................................................I.C-71.14 MATERIAL DE RELLENO DE LA ZANJA..................................................I.C-71.15 GEOTEXTIL....................................................................................................I.C-81.16 TUBERÍAS DE REPARTO DE FLUJO..........................................................I.C-81.17 ZANJAS CON DRENES.................................................................................I.C-81.18 POZO DE OBSERVACIÓN............................................................................I.C-91.19 CUBIERTA......................................................................................................I.C-91.20 CÁMARA DE ENTRADA..............................................................................I.C-91.21 MANTENIMIENTO........................................................................................I.C-91.22 EJEMPLO.........................................................................................................I.C-9

2. RED DE COLECTORES SECUNDARIOS.................................................................I.C-152.1 CRITERIOS GENERALES DE DISEÑO.....................................................I.C-152.2 PERIODOS DE RETORNO...........................................................................I.C-152.3 DISEÑO DE COLECTORES EN VÍAS PÚBLICAS....................................I.C-162.4 DISEÑO DE OBRAS ALTERNATIVAS DE DRENAJE URBANO...........I.C-182.5 TORMENTAS DE DISEÑO..........................................................................I.C-182.6 TIEMPOS DE CONCENTRACIÓN..............................................................I.C-202.7 COEFICIENTES DE ESCORRENTÍA.........................................................I.C-212.8 CAPACIDAD DE LAS CALLES..................................................................I.C-232.9 SUMIDEROS.................................................................................................I.C-262.10 CONDICIONES DE DISEÑO HIDRÁULICO DE LA RED........................I.C-302.11 DESTINO DE LAS AGUAS..........................................................................I.C-31

SERVIU METROPOLITANO

CAPITULO I.C DISEÑO DE SANEAMIENTO DE AGUAS LLUVIAS


Los documentos oficiales vigentes a ser utilizados en el diseño de los diferentes tipos de obras para el control y regulación de las aguas lluvia urbanas, las cuales se clasifican en obras de infiltración, almacenamiento, combinación de ambas anteriores y el alcantarillado pluvial con sus correspondientes obras de arte :

Obras de Infiltración• Estanques de Infiltración• Zanjas de Infiltración• Pozos de Infiltración• Pavimentos Porosos• Pavimentos Celulares

Obras de Almacenamiento• Estanques de Retención• Lagunas de Retención

Obras Anexas• Franjas Filtrantes• Zanjas con Vegetación• Canales para Drenaje Urbano• Caídas y Disipadores de Energía• Sedimentadores• Cámaras de Inspección

Todas las obras anteriores deben diseñarse y presentarse a revisión de acuerdo a lo establecido en el Volumen Técnicas Alternativas para Soluciones de Aguas Lluvia en Sectores Urbanos, Guía de Diseño, Noviembre de 1996, cuando el proyecto contemple obras de captación y conducción de aguas como las que a continuación se señalan :

• Drenes de Piedra• Drenes de Tubos• Canaletas• Canoas• Canales Revestidos• Acueductos y Alcantarillas• Sifones• Tuberías a Presión

Entonces, para el diseño hidráulico de ellas se empleará el Código de Normas y Especificaciones Técnicas de Obras de Pavimentación (Versión 94), Publicación Nº 291 de Julio de 1994 del MINVU.

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El buen diseño de las obras seleccionadas y presentadas en los proyectos serán el resultado de un riguroso análisis, criterios y recomendaciones empleadas en el dimensionamiento de cada uno de los elementos que las componen. Además de los diseños contenidos en los documentos antes mencionados, el proyectista tiene la facultad para proponer otras soluciones, las cuales deben contar con el debido respaldo normativo de diseño y de los cálculos hidráulicos correspondientes.

Finalmente, es indispensable, para que la revisión de los proyectos sea eficaz y ágil, que éstos se entreguen al Depto. Proyectos de Pavimentación, según lo establecido en el Capítulo 3, Procedimiento de Presentación, Revisión y Aprobación de Proyectos de Pavimentación y Aguas Lluvias, del Manual de Pavimentación y Aguas Lluvias del SERVIU Metropolitano.

Los sistemas y elementos de infiltración captan el flujo superficial y permiten o facilitan su infiltración, corren a través del suelo como flujo subsuperficial y/o descargan en la napa subterránea y posteriormente en los cauces naturales. Al funcionar correctamente, éstos son bastante efectivos en lograr reducir los gastos máximos y el volumen escurrido hacia aguas abajo. Es necesario tener en consideración que este tipo de obras puede ser realizada sólo si el agua lluvia captada alcanza a infiltrar antes de la próxima tormenta, de tal forma que ella esté en condiciones de operar. Por otro lado es importante tener en cuenta que la infiltración de agua en el suelo no vaya a provocar problemas estructurales en él debido al esponjamiento, arrastre de finos, subpresiones o exceso de humedad en general. Por último, es conveniente verificar que la calidad del agua infiltrada sea tal que no contamine el acuífero o el agua subterránea del lugar.

Dichas obras tienen sus ventajas y desventajas, dentro de las primeras está el que minimizan el desbalance del agua natural en el lugar, son fácilmente integrables en el paisaje de zonas densas o abiertas, las cuales adecuadamente diseñadas y mantenidas, pueden servir para áreas extensas. Entre las segundas, se encuentra la alta tasa de fallas que presentan por problemas de mantención incorrecta, lo que conduce a su colmatación, provocando con ello efectos desagradables como malos olores y mosquitos.

Del considerable número de tipos de obras de infiltración, aquí será analizada exclusivamente, de modo detallado, las zanjas, dado que es la obra que más comúnmente ejecutan las empresas constructoras en la urbanización de sus conjuntos o condominios habitacionales privados.

Cabe hacer mención que el Art. 134 de la “Ley General de Urbanismo y Construcciones”, incorpora dentro de las obligaciones del urbanizador la de ejecutar, a su costa, los desagües o drenajes de aguas lluvias, situación que se hará efectiva cuando estén aprobados los Planes Maestros de Evacuación y Drenaje de Aguas Lluvias del Gran Santiago.



1. ZANJA DE INFILTRACIÓN

En el Volumen “Técnicas Alternativas para Soluciones de Aguas Lluvias en Sectores Urbano, Guía de Diseño. MINVU, 1996” Vol. (1), define las zanjas como obras longitudinales, con una profundidad recomendada del orden de 1 a 3 m. libres, la cual recibe el agua en toda su longitud, interceptando el flujo superficial de una tormenta y evacuándolo mediante infiltración al subsuelo. Cuando la zanja no pueda recibir el agua en toda su longitud, entonces es posible alimentarla desde uno de los extremos utilizando para ello una tubería perforada a lo largo de la parte superior, para esto último se instalarán cámaras a la entrada y salida de la tubería. Lo anterior, permite que la zanja pueda cubrirse de manera de emplear la superficie para otros fines, como veredas, paseos o estacionamientos, teniendo la precaución al diseñarlas para que dicha cubierta sea móvil, facilitando así la mantención de ella en el tiempo. El funcionamiento hidráulico de esta obra presenta tres etapas, iniciándose con el ingreso del agua proveniente de la tormenta a la zanja, la que se lleva a cabo a través de la superficie o desde redes de conductos. Una vez ingresada el agua a la zanja, ésta es almacenada temporalmente en su interior, sucesivamente es evacuada por medio del suelo mediante infiltración.

La zanja, al no estar cubierta por veredas o calzadas, son más fáciles de mantener que otras obras de infiltración. En cuanto a su comportamiento como obra alternativa de drenaje urbano cumple con los siguientes objetivos básicos: disminuye el caudal máximo y el volumen escurrido, recarga la napa de agua subterránea y mejora la calidad del efluente.

Los diseños contemplados para esta obra de infiltración, son de tres tipos:

Zanja de infiltración completa.- Tormenta de diseño sale infiltrada por la zanja, el exceso es rechazado superficialmente.

Zanja de infiltración parcial.- Infiltra parte del volumen de escurrimiento superficial captado y el resto se evacua hacia otros elementos de infiltración o hacia el drenaje superficial, usando una tubería perforada ubicada cerca de la parte superior de la zanja.

Zanja de infiltración inicial.- Capta el flujo superficial de la primera parte de la tormenta de diseño, los primeros 10 a 15 mm., el cual se infiltra y el exceso se rechaza o se desvía hacia otros drenes.

La solución de aguas lluvias que se diseñe para Conjuntoas Habitacionales debe realizarse dentro del sitio del proyecto, en caso de ausencia de un colector. Sin embargo, ante situaciones de índices altos de impermeabilidad u ocupación del 100% del terreno, que hagan impracticable dicha solución de absorción de aguas lluvias, la evacuación se debe efectuar por tuberías hasta un sitio o lugar donde ello sea posible, utilizando para ello predios privados, cauces naturales o áreas verdes, contando con la autrización respectiva de los propietarios o administradores según corresponda. Bajo ninguna circunstancia podrá aceptarse la ejecución de pozos o zanjas de infiltración en franjas de circulación peatonal o vehicular, solo será aceptable ejecutar zanjas en medianas o veredones para infiltrar aguas lluvias provenientes de las calzadas, pero no de los predios aledaños.



1.1 PROCEDIMIENTO DE DISEÑO

Para lograr un adecuado funcionamiento de la zanja de infiltración este procedimiento debe considerar: una recopilación de antecedentes, un análisis de factibilidad, un dimensionamiento de los elementos principales, la elección de materiales y el equipamiento necesario y, finalmente el diseño de los elementos de detalle.

1.2 FACTIBILIDAD

Esta permite determinar, en base a los antecedentes disponibles acerca de las características del suelo y del agua subterránea, si se puede o no infiltrar las aguas lluvias superficiales y si es conveniente o no ejecutar este tipo de obra. La factibilidad analiza las condiciones que hacen apto el sitio para la colocación de una zanja de infiltración tales como: profundidad de la napa y zonas que serán drenadas.

El proyectista, para determinar la factibilidad debe reunir los siguientes antecedentes:

Plano de ubicación de la obra, donde se señale la comuna, calle y número, si correspondiere o su relación a calles cercanas. Límites de las áreas aportantes de agua, ubicación proyectada de la zanja y sector al cual rebasa los excesos si se producen.

Certificado de la Dirección General de Aguas o de su oficina en Región, en el cual se indique la profundidad de la napa de agua subterránea en el lugar y la autorización a infiltrar aguas lluvias en él.

Certificado de un laboratorio autorizado, con los resultados de los ensayos de infiltración en terreno según el método de Porchet, el cual proporciona el coeficiente de permeabilidad global en el suelo superficial cuando la napa está profunda.

Análisis de agua, para verificar si se cumple con la norma NCh 1333 Calidad del agua para diferentes usos, en relación con los recreacionales.

Autorización para uso del suelo, dicha autorización ha de gestionarse según el caso ante el particular o la entidad pública fiscal o municipal.

Nota Importante:

La instalación de esta obra no se recomienda en terrenos que posean alguna de las siguientes características :

• Pendiente del terreno mayor que un 20 %.• Nivel máximo de la napa subterránea o un estrato impermeable a menos de 1.2 m. bajo

el fondo de la zanja.• Suelos superficiales o subsuelos con tasas de infiltración menores que 7mm./hora.• Suelos con más de un 30 % de contenido de arcilla.• Tamaño del área aportante mayor a 5 hás.



1.3 DIMENSIONAMIENTO

Consiste fundamentalmente en determinar las dimensiones de la zanja para que sea capaz de almacenar e infiltrar el agua lluvia que llegue a la superficie, para lo cual el proyectista, además de los antecedentes mencionados en la factibilidad debe contar con :

• Plano a escala adecuada en el que se muestren las superficies que drenan a la zanja y la naturaleza de cada una.

• Cuadro de superficies con indicación de áreas y coeficiente de escorrentía de cada tipo (techos, pavimentos impermeables, pavimentos porosos, áreas verdes con o sin vegetación, calles veredas y otros.

• Precipitación máxima de 24 horas de duración y 10 años de período de retorno según la DGA (1991).

• Al material de relleno se le debe determinar su porosidad o el índice de huecos del material compactado, ello por un laboratorio autorizado.

Para determinar el largo, ancho y profundidad de la zanja, se sugiere utilizar cualquiera de las siguientes estrategias:

• Partir con dimensiones iniciales determinadas a priori y ajustadas posteriormente.• Comenzando con una o dos dimensiones conocidas, normalmente fijas y deducir el

resto en base a ecuaciones.

1.4 ÁREA APORTANTE

Esta se estima como la suma de las superficies impermeables que drenan hacia la zanja. Se determina un coeficiente de escurrimiento del conjunto como la suma ponderada de los coeficientes respectivos por el área de cada uno.

1.5 SELECCIÓN DE UNA LLUVIA DE DISEÑO

Para períodos de retorno de

T = 5 años si hacia aguas abajo del lugar existe una red de drenaje desarrollada.T = 10 años si hacia aguas abajo del lugar no existe una red de drenaje desarrollada.

Si se dispone de curvas IDF para el lugar, se selecciona la curva del período de retorno de diseño. Caso contrario, con la información disponible se elaboran o si no se recurre a los coeficientes de duración generalizados para el lugar de acuerdo a lo señalado en el Capitulo de Hidrología (3.1.2.c) del Vol. (1), seleccionando valores de intensidad It (mm./hora) para varias duraciones del tiempo t (horas). Esto supone considerar una tormenta con la intensidad máxima al inicio, de duración indefinida.



1.6 TASA DE INFILTRACIÓN

De acuerdo con los resultados de laboratorio. Inicialmente puede hacerse una estimación preliminar en base a una clasificación del suelo según se indica en el Capitulo (3.2.2.), del Vol. (1). La capacidad de infiltración del suelo, en caso de colmatación disminuye, por lo cual se hace conveniente considerar un factor de seguridad variable de 1/3 a 1, dependiendo de la naturaleza de las aguas lluvias.

1.7 VOLUMEN DE ALMACENAMIENTO REQUERIDO

Éste se calcula como la máxima diferencia entre el volumen afluente acumulado de agua lluvia, Vafl (t), para una lluvia del período de retorno de diseño, y el volumen acumulado infiltrado, Vinf (t).

1.8 VOLUMEN AFLUENTE ACUMULADO

Se calcula como:

Vafl (t) = 1.25 * 0,001 C It At = 0,00125 C A PtT (I), donde

C = Coeficiente de escorrentía superficial del área total aportante. A = Superficie total en m2.It = Intensidad de la lluvia del período de retorno de diseño en mm./hora y duración t.t = Tiempo acumulado en horas.PtT = Corresponde a la precipitación en mm. de duración t y período de retorno T en el lugar.

El valor Vafl en función de t se denomina “curva de carga”. Se recomienda multiplicar este volumen acumulado por un factor de seguridad de 1.25 para considerar la lluvia que cae antes y después de la porción más intensa de la tormenta, no incluida en las curvas IDF.

1.9 VOLUMEN INFILTRADO

Se determina como sigue :

Vinf (t) = 0,001 Cs f Aperc t (II), donde

Cs = Factor de seguridad.f = Capacidad de infiltración del suelo en condiciones de saturación (mm/hora). Aperc = Area total de percolación de la zanja (m2).t = Tiempo de percolación en horas.



1.10 AREA DE PERCOLACIÓN

Aperc. = 2h (L + b) (III), sin decantador.Aperc. = 2h (L + b) + 0.5 Lb (IV), con aguas limpias y decantador.

El volumen de almacenamiento (Valm) en la zanja se puede determinar gráficamente como la máxima diferencia entre el volumen acumulado afluente (Vafl) y el volumen acumulado infiltrado (Vinf), ambos en función del tiempo.

1.11 VOLUMEN TOTAL DE LA ZANJA

Se calcula en base a la ecuación :

Vzanja = Lbh (V)

Para mejorar la estabilidad de la zanja, se rellena de material pétreo de porosidad p, luego el volumen de almacenamiento es igual a :

Valm = p Vzanja = p Lbh (VI)

1.12 TIEMPO TOTAL DE INFILTRACIÓN

Se debe estimar el tiempo total de infiltración para la lluvia de diseño como el tiempo para el cual el volumen acumulado aportado por la lluvia es igual al volumen acumulado infiltrado. Es recomendable que el tiempo total de infiltración sea inferior a 24 horas para la lluvia de diseño.

1.13 PENDIENTE DE FONDO

El fondo de la zanja debe ser horizontal. Si el terreno presenta pendiente a lo largo de la zanja, la altura de ésta es la del extremo de menor profundidad. En estos casos se recomienda dividir la zanja a lo largo en tramos de longitud máxima según :

H profundidad de la zanjaLmáx = ------------ (VII)

2S pendiente del terreno

1.14 MATERIAL DE RELLENO DE LA ZANJA

El material de relleno para la zanja consiste en un tipo de ripio, limpio, sin polvo ni material fino, con un diámetro uniforme variable entre 3.5 y 7.5 cm. También pueden



utilizarse bolones (porosidad supuesta del orden de 30%). Dicho material debe estar completamente rodeado por un filtro geotextil.

1.15 GEOTEXTIL

Se sugiere emplear los fabricados con materiales sintéticos, no tejidos, de permeabilidad al menos igual a 10 veces la del suelo (certificada). Los paños laterales se deben traslapar por lo menos en 40 cm.

1.16 TUBERÍAS DE REPARTO DE FLUJO

Al ser la zanja alimentada desde un extremo, es necesario colocar una tubería de reparto del agua a lo largo de la zanja, por su parte superior, inmediatamente bajo la cubierta y sobre el geotextil. Esta tubería debe ser recta y conectada a cámaras, para facilitar su limpieza.

El gasto de diseño puede estimarse como el aportado por una tormenta corta, de duración 5 a 10 min. Sobre el área aportante , de tal forma de tomar en cuenta la parte más intensa de la lluvia, que es la que genera los mayores caudales a ser distribuidos en la zanja :

Q = C I²

5 min A (VIII), donde

C = Coeficiente de escurrimiento de la zona. A = Area en m2 de la superficie que drena hacia la zanja. I²

5 min = Intensidad de la lluvia del período de retorno de diseño y cinco minutosde duración en el sector.

Estos valores son independientes del tiempo de concentración de la cuenca aportante.

El tamaño, o diámetro de la tubería, se puede calcular considerando que todo el gasto que entra se reparte a lo largo de la zanja de longitud L, con una pérdida de carga no superior a un diámetro y un factor de fricción de 0.02. En estas condiciones el diámetro es por lo menos :

D = 0,286 L1/6 Q1/3 (IX), L y D en m. , Q en m³/s.

En cualquier caso la tubería debe ser de diámetro uniforme y recta, con una longitud máxima entre cámaras no superior a 50 m. y de un diámetro mínimo de 0.20 m.

1.17 ZANJAS CON DRENES

Para zanjas de infiltración parcial o baja impermeabilidad del suelo y no pudiendo la zanja rebasar por su parte superior, entonces será necesario instalar en el interior de la zanja una tubería de drenaje conectada a un sistema de conducción hacia aguas a bajo.



1.18 POZO DE OBSERVACIÓN

Se recomienda instalar un pozo de observación por cada 25m. de longitud de zanja. Este puede consistir en una tubería vertical perforada o abierta en su parte inferior, conectada a la superficie que permita medir el nivel del agua en el interior de la zanja. Se recomienda emplear un tubo de acero galvanizado de dos pulgadas de diámetro con una tapa rosca en extremo exterior para evitar problemas de vandalismo.

1.19 CUBIERTA

La superficie de la zanja puede quedar cubierta por bolones, ripio u otro material permeable. También puede cubrirse por una acera de adoquines o de hormigón. En este último caso las reparaciones serán más costosas.

1.20 CÁMARA DE ENTRADA

Cuando la zanja se alimenta desde un extremo es necesario colocar una cámara de entrada que reciba el agua y a la cual se conecta la tubería de reparto. La cámara puede ser de menor profundidad que la zanja, con un mínimo de 0.80 m. y tapada.

1.21 MANTENIMIENTO

Es imprescindible realizar un mantenimiento regular para asegurar un adecuado funcionamiento hidráulico de la zanja. Tipos de mantenimiento :

Preventivo . Inspección de la superficie, cortar y cuidar el césped, remoción de basuras y sedimentos.

Curativo . Descolmatación de la superficie, reemplazo del material que conforma la superficie y reemplazo del material del relleno interior, incluyendo el filtro de geotextil.

1.22 EJEMPLO

Para un proyecto de un Conjunto Habitacional en Región Metropolitana se contempla construir en sus áreas verdes unas zanjas de infiltración que permitan la evacuación de las aguas lluvias de la zona que hace parte de dicho proyecto. La urbanización contempla la construcción de 62 casas en una superficie total del loteo de 23.696 m². Las zanjas de infiltración deberán drenar las aguas lluvias que son producidas en exceso por esta urbanización. Las características del uso del suelo son las que a continuación se describen.

Techos : 3.721 m²Patios : 12.953 m²Areas Verdes : 1.112 m²



Calles y Pasajes : 5.910 m² -----------------

Total : 23.696 m²

Los antecedentes del terreno hacen ver que la pendiente del terreno es baja y se trata de un suelo con una tasa de infiltración media obtenida de los ensayos de Porchet de 80.0 mm./hora, el nivel estacional de la napa, se ubica a una profundidad de 7.0 m.

Factibilidad.

La instalación de zanjas de infiltración en este Condominio es factible porque se cumplen las siguientes condiciones : pendiente menor al 20%, tasa de infiltración superior a 7,0 mm/hora, contenido de arcilla inferior al 30%, y la superficie de área a drenar no supera las 5.0 hás.. La condición de exigencia para la profundidad de la napa también se cumple, considerando que ésta ha de ser mayor a 1.2 m bajo la base de la zanja.

Dimensionamiento

Determinar las medidas de la zanja para que tenga la capacidad de almacenar e infiltrar el agua lluvia que llegue a su superficie. En este caso específico , se seleccionará una lluvia con un período de retorno de 5 años.

Volumen de Almacenamiento Requerido Valm.: Como anteriormente dicho éste se calcula como la máxima diferencia entre el volumen afluente acumulado de agua lluvia, Vafl. (t), para una lluvia del período de retorno de diseño, y el volumen acumulado, Vinf. (t).

Vafl. (t) = 0,00125 C A , (A)

Donde C es el coeficiente de escorrentía de toda el área aportante, el cual se calcula ponderando las diferentes áreas del suelo:

C = (C*A techos + C*A patios + C*A á. verdes + C* A calles y pjes.) / A

Los coeficientes de escorrentía C, C, C y C se obtienen de la Tabla 3.1.2.7 del Vol. (1), los que resultan C= 0.9, C= 0.5, C = 0.2 y C = 0.85, se reemplazan los valores C y A obteniéndose un C pod. = 0.64 .

: Corresponde a la lluvia de un período de retorno de 5 años y duración t, variable desde unos pocos minutos hasta 24 horas o más sí es necesario para determinar el valor máximo de almacenamiento. Esta se estima en base a la precipitación de 10 años de período de retorno y 24 horas de duración y los coeficientes de duración y frecuencia correspondientes :



, (B) donde

= Precipitación máxima para 10 años de período de retorno, que se obtiene de la Tabla 3.1.2.2 del Vol. (1). Para Santiago tiene un valor de 71 mm.

= Coeficiente de duración, él que se obtiene de la Tabla 3.1.2.3 del Vol. (1) para 1 y 24 horas o de la expresión propuesta para lluvias menores de 1 hora (CD t = 0.54t0.25 - 0.50, para t = 60, una hora, se obtiene CD = 1).

= Coeficiente de frecuencia para transformar la precipitación de 10 años en otra de 5 años de período de retorno, se obtiene de la Tabla 3.1.2.4 del Vol. (1), el cual para Santiago tiene un valor de 0.82.

Al reemplazar en la ecuación (B) los valores señalados, se obtiene :

, ( C ) para 24 t 1 (horas)

Específicamente para una hora el coeficiente de duración en Santiago es igual a 0.16, de acuerdo con la Tabla 3.1.2.3 del Vol. (1), con lo cual se obtiene :

= 64 * 0,16 = 10.24 mm.

Las precipitaciones menores de una hora se obtienen a partir de ésta con los coeficientes de duración de la Tabla 3.1.2.5 del Vol. (1) :

= 10.24 mm. * , ( D ) para 1 t 0 (horas)

Con estos valores de precipitación se calcula el volumen afluente acumulado en m³ , utilizando la ecuación (A) :

Vafl. = 18.96 *

Similarmente el volumen infiltrado acumulado para una duración t de la tormenta se estima a partir de la expresión ( II ) :

Vinf (t) = 0,001 Cs f Az t , donde

Cs = Factor de seguridad = 0.75f = Capacidad de infiltración del suelo en condiciones de saturación = 80 mm./hora) Az = Area filtrante de la zanja (m2), despreciando la contribución del fondo :

Az = 2h (L+b), L = longitud zanja, se parte con un valor de 360 m., b = ancho = 1,25 m., h = prof. útil = 2.50 m.

t = Tiempo de percolación en horas.



Reemplazando los valores anteriores se obtiene :Vinf (t) = 67.5 * t

A continuación se presenta el gráfico de Volumen Almacenado v/s Tiempo y la tabla de Cálculo para la Zanja de Infiltración :

GRAFICO 1.1



TABLA 1.1CÁLCULO DE LA ZANJA DE INFILTRACIÓN

DURACION CDt Pt5 Vafl Vinf Valm

HORAS MIN ( * ) (mm) (m³) (m³) (m³)0 H 0 M 0.000 0.00 0.00 0.00 0.000 H 5 M 0.083 0.307 3.14 59.53 5.60 53.930 H 10 M 0.166 0.460 4.71 89.30 11.20 78.100 H 20 M 0.333 0.642 6.57 124.57 22.48 102.090 H 30 M 0.500 0.764 7.82 148.26 33.75 114.510 H 40 M 0.666 0.858 8.78 166.47 44.95 121.521 H 0.160 10.24 194.15 67.50 126.652 H 0.260 16.64 313.60 135.00 178.604 H 0.420 26.88 504.64 270.00 239.646 H 0.550 35.20 667.39 405.00 262.398 H 0.640 40.96 776.60 540.00 236.6010 H 0.710 45.44 861.54 675.00 186.5412 H 0.770 49.28 934.35 810.00 124.3514 H 0.840 53.76 1019.30 945.00 74.3018 H 0.940 60.16 1140.63 1215.00 -74.3724 H 1.000 64.00 1213.44 1620.00 -406.56

De la tabla anterior se puede apreciar que el valor máximo de almacenamiento se alcanza a las seis horas con un volumen de 262.39 m³

El volumen de almacenamiento que proporciona la zanja se obtiene de la ecuación ( VI ) :

Valm = p L b h , donde

P = Porosidad del material de relleno de la zanja, que para este caso se estima del orden del 30%.

L = Largo en m. = 360.00 m.b = Ancho en m. = 1.25 m.h = Prof. Libre en m. = 2.50 m.

Con las citadas dimensiones se logra un volumen de almacenamiento igual a 337.50 m³. En consecuencia, cabe hacer un ajuste en el dimensionamiento de la zanja específicamente disminuyendo su largo a 280.00 m., es decir, definitivamente en el Condominio se construirán siete zanjas de 40.00 m. de largo por 1.25 m. de ancho y 2.50 m. de profundidad libre, las cuales serán distribuidas en las áreas verdes con un volumen total de almacenamiento de 262.50 m³. Las aguas lluvias se recogen en los sumideros tipos ubicados en calles y pasajes y desde aquí conducidas a las respectivas cámaras decantadoras y posteriormente distribuidas en la zanja por medio de tubos de C.C.C. de diámetro 200 mm., sin emboquillar. Al final de la zanja se pone una cámara que sirve para recibir los posibles excesos de agua los cuales deben desbordar hacia algún punto bajo y apropiado para recibir estas aguas. También esta cámara ayudará a la mantención de la zanja durante su período de vida útil.



ESQUEMA 1.1ZANJA DE INFILTRACIÓN


0,3

0,2

Ht =

3,0

M.

H ú

til =

2,5

M.

10

1

1,25 M. 0,300,30

Relleno con bolon limpio(tamaño entre 15 y 20 cm.)

Tubo de C.C.C. colocados sin emboquillar o PVC ranurado (D = 200 mm.)

Filtro geotextil tipo fisira G20 ó similar con traslape mín. de 50 cm.

Filtro de grava o gravilla, tamaño medio 1 cm.(espesor 10 a 30 cm.)

Cubierta de grava tipo huevillo, tamaño 5 a 10 cm. (espesor 10 a 20 cm.)


2. RED DE COLECTORES SECUNDARIOS

El sistema de alcantarillado de aguas lluvia se conforma por un conjunto de colectores y canales necesarios para evacuar la escorrentía superficial producida por la lluvia. En principio el agua es captada a través de los sumideros ubicados en distintos puntos de las calles y pasajes y en el futuro mediato también de las conexiones habitacionales y condominios, conduciéndolas a la red secundaria y por este medio serán llevadas a la red de tuberías primarias, las cuales irán ampliando su sección a medida que aumenta el área de drenaje. Posteriormente estos colectores primarios se hacen demasiado grandes, motivo por el cual se hace conveniente, dentro de lo posible, descargar su caudal a los canales que van encontrando a su paso, los cuales a su vez finalmente entregan su caudal a un río.

2.1 CRITERIOS GENERALES DE DISEÑO

El proyectista debe considerar algunos criterios básicos que orientan las soluciones de drenaje de aguas lluvias de la zona a urbanizar. El no cumplimiento de estos criterios deberá justificarse técnicamente. En la Región Metropolitana los proyectos deben satisfacer al menos los siguientes aspectos:

- Respetar las indicaciones del Plan Maestro para la zona si las hay.- Evitar la inundación de calles y bienes para periodos de retorno preestablecidos en las

condiciones de diseño. - Evitar que para condiciones de lluvias importantes se genere riesgo para las personas

o se produzcan daños graves a terceros, a la propiedad pública o privada, o pérdidas de bienes.

- Si se trata de una urbanización nueva de terrenos que no estaban urbanizados, la urbanización no debe generar mayores caudales máximos ni más volumen de agua que los que se producían antes de urbanizar para las lluvias de diseño.

- El criterio anterior también podrá aplicarse a proyectos de remodelación de zonas urbanas extensas, o grandes proyectos industriales, comerciales o institucionales en terrenos ya urbanos.

- En lo posible respetar el sistema de drenaje natural de la zona.

Adicionalmente el proyectista considerará las recomendaciones de otros instructivos de ordenamiento territorial, tales como el Plan Regulador Metropolitano de Santiago, Planes Reguladores Comunales, Seccionales, Ordenanzas Municipales, Ley y Ordenanza General de Urbanismo y Construcciones, Manual de Vialidad Urbana, Código de Normas y Especificaciones Técnicas de Obras de Pavimentación y similares.

2.2 PERIODOS DE RETORNO



Los sistemas de evacuación y disposición de aguas lluvias urbanas deben operar adecuadamente para determinados periodos de retorno, de manera que las fallas tengan una frecuencia preestablecida. Para ello el proyectista estimará las cantidades de agua a evacuar y diseñará los elementos del sistema adoptando valores con periodos de retorno predefinidos, dependiendo de los elementos que incorpore en el proyecto.

Sin perjuicio de lo anterior, para los Colectores Secundarios de Aguas Lluvias, se ha establecido un período de retorno de diseño de 2 años, cuando el colector al cual descarga es existente y tiene un período de retorno inferior a 5 años.

2.3 DISEÑO DE COLECTORES EN VÍAS PÚBLICAS

a) Los elementos de la red primaria de colectores serán diseñados de acuerdo al Plan Maestro y serán de responsabilidad de la Dirección de Obras Hidráulicas del MOP.

b) El diseño de los colectores de la red secundaria debe evitar que las calles conduzcan cantidades importantes de aguas lluvias, de manera que las áreas y profundidades de inundación de las calles en condiciones de tormentas menores, de periodos de retorno de 5 años, o el que indique el Plan Maestro de la zona, no sobrepasen los límites que se indican a continuación, considerando la situación más exigente. El exceso de agua debe necesariamente ser conducido por los colectores. Para ello el proyecto debe contar además con suficientes sumideros, adecuadamente espaciados, que eviten que el agua escurra, se concentre y acumule en las calles.

Para cualquier tipo de calle los límites de inundación máxima, en condiciones de diseño de la red de colectores, ya sea con aguas detenidas o escurriendo, no puede superar cualquiera de los siguientes puntos:

El nivel del agua no debe sobrepasar la solera, considerando alturas reales que estas puedan adoptar durante la vida útil del proyecto, desde un máximo de 15cm habituales, hasta 10cm o incluso 5cm en calles con diseños antiguos o sometidas a recarpeteos.

El ancho total de la zona inundada adyacente a cada cuneta no puede sobrepasar de 1,0 metros, ni ser superior a 2,0 metros en todo el ancho de la vía.

Además, dependiendo del tipo de vía, según su clasificación como vía urbana, debe satisfacer las condiciones que se indican a continuación:



Tipo de vía Condiciones máximas de inundación permitida para tormentas de diseño

Expresas No se permite la inundación de la calzada de circulación. Las aguas lluvias que caen sobre la calzada deben drenarse lateralmente y extraerse de ella, de manera que la calzada no conduzca aguas lluvias en sentido longitudinal.

Troncal Deben dejarse libres dos carriles completos en cada sentido si es de doble sentido, o tres carriles si es de sentido único.

Colectoras Debe dejarse libre al menos un carril en cada sentido si es de doble sentido, o dos carriles si es de sentido único.

Servicio y locales

Debe quedar libre al menos un carril

Pasajes Dejar libre, al menos, todo el espacio entre el pasaje y el cierre de la propiedad adyacente, con un mínimo de 1,0 metros.

c) Además, para evitar riesgo a las personas, o daños a la propiedad pública o privada, se debe verificar que para tormentas mayores, con periodo de retorno de 50 años, las inundaciones provocadas por las aguas lluvias en las calles, no sobrepasen ninguna de las condiciones que se indican a continuación. El exceso de agua debe ser conducido por los colectores para lo cual se dispondrá de suficientes sumideros.

El nivel del agua no debe alcanzar el límite de la propiedad adyacente. La velocidad máxima del flujo en la calle no debe sobrepasar los 2,0 m/s. La profundidad máxima de la inundación no debe sobrepasar 0,3 m si la velocidad

media del flujo es menor de 1,0 m/s, ni de 0,2 m si es mayor a 1,0 m/s. Además, dependiendo del tipo de calle, según su clasificación como vía urbana,

debe satisfacer las condiciones que se indican a continuación:

Tipo de vía Condiciones máximas de inundación permitida para tormentas mayores

Expresas Deben quedar libres, sin inundación, al menos dos carriles en cada sentido, si es de doble sentido, o tres carriles si es de sentido único.

Troncal Dejar libre al menos un carril en cada sentido si es de doble sentido o dos carriles si es de sentido único

Colectoras Dejar libre al menos un carrilServicio y locales

Dejar libre al menos un carril

Pasajes Dejar libre, al menos, la mitad del espacio entre el pasaje y el cierre de la propiedad adyacente, con un mínimo de 1,0 metros.



2.4 DISEÑO DE OBRAS ALTERNATIVAS DE DRENAJE URBANO

Se podrán considerar soluciones en base a este tipo de soluciones o incluso combinaciones entre obras alternativas y redes de colectores. Para el diseño de obras alternativas se Recomiendan los periodos de retorno propuestos en la publicación del MINVU "Técnicas Alternativas para Soluciones de Aguas Lluvias en Sectores Urbanos. Guía de Diseño.

2.5 TORMENTAS DE DISEÑO

El sistema se proyectará de manera que opere cumpliendo con los criterios señalados en este instructivo cuando se le someta a una tormenta de diseño, la que se define para un periodo de retorno con una duración e intensidad determinadas. Para cualquier tormenta de igual o menor intensidad e igual o menor duración el sistema operará sin inconvenientes. Las características que definen la tormenta de diseño son su periodo de retorno, duración e intensidad. El periodo de retorno corresponde al indicado en este instructivo. La duración total está relacionada con el tiempo de concentración de la cuenca o subcuenca aportante a la sección de diseño. La intensidad se selecciona a partir de las curvas o relaciones Intensidad - Duración - Frecuencia, IDF.

Se consideran aceptables los siguientes métodos alternativos para estimar las tormentas de diseño en proyectos de aguas lluvias de la región Metropolitana:

a) Si se dispone de información pluviográfica se pueden construir las curvas IDF para el lugar.

b) Si se dispone de información pluviométrica se puede determinar la curva de frecuencia para lluvias diarias y construir las curvas IDF con coeficientes de duración para el lugar, mediante una relación del tipo:

donde PDT es la precipitación total en mm de una tormenta de duración D y periodo de

retorno T años; PDT es la precipitación diaria de periodo de retorno T obtenida de la curva de frecuencia respectiva; CDD es un coeficiente de duración para la Región Metropolitana con los siguientes valores para lluvias entre 1 hora y 24 horas:

Duración (hrs)

1 2 4 6 8 10 12 14 18 24

CDD 0.16 0.26 0.42 0.55 0.64 0.71 0.77 0.84 0.94 1.00Para lluvias menores de una hora se recomiendan los siguientes, también en relación a la precipitación de 24 horas:

Duración (minutos)

5 10 15 20 30 40 50 60

CDD 0.055 0.075 0.090 0.103 0.122 0.137 0.150 0.160



c) Si no se cuenta con datos pluviométricos ni pluviográficos se pueden estimar las curvas IDF aproximadas con coeficientes de duración y frecuencia a partir de la información de precipitaciones de 1 día y 10 años de periodo de retorno de la DGA (Dirección General de Aguas, Precipitaciones Máximas de 1, 2 y 3 días) para la Región Metropolitana, de acuerdo a la figura adjunta. De estos mapas se obtiene PD10, la precipitación de una lluvia diaria de 10 años de periodo de retorno. Para otras duraciones y otros periodos de retorno se emplea la siguiente relación:

donde CDD es el coeficiente de duración dado por las tablas del párrafo b anterior, y CFT

el coeficiente de frecuencia, que para la Región Metropolitana son los siguientes:

Periodo de retorno (años)

2 5 (*) 10 20 50 (**) 100 200

CFT 0.55 0.82 1.00 1.18 1.43 1.63 1.83(*) Valor recomendado para el diseño en este Instructivo

(**) Valor recomendado para la verificación en este Instructivo

En general para el diseño de colectores de la red secundaria en la Región Metropolitana se considera adecuado utilizar el procedimiento descrito en c. También es aceptable apoyarse en los resultados de estudios ya realizados como el de Schroeder, 1973 (Relaciones Intensidad, Duración Frecuencia para las lluvias de Santiago en Quinta Normal.Memoria para optar al título de Ingeniero Civil, Escuela de Ingeniería, Pontificia Universidad Católica de Chile), o el de Espíldora y Echavarría, 1979 (Metodología para Caracterizar la Distribución Temporal de las Precipitaciones en Santiago y su Aplicación en la Selección de Precipitaciones de Diseño para el Estudio de Crecidas. Informe CHR79-16-I, Centro de Recursos Hidráulicos, Universidad de Chile).



Mapa de Isoyetas de lluvias de un día de duración y 10 años de periodo de retorno de la región Metropolitana. (Obtenido de la publicación de la DGA Precipitaciones Máximas de 1,2 y 3 días, 1992).

2.6 TIEMPOS DE CONCENTRACIÓN

En general la duración de las tormentas de diseño se seleccionan parecidas al tiempo de concentración de la cuenca aportante. Este se puede estimar como el tiempo que tarda en salir una gota de lluvia que cae en el punto más alejado de la cuenca y que es arrastrada por el flujo hasta la sección de salida de la cuenca. Para calcularlo se puede definir el recorrido de la supuesta gota y estimar las velocidades medias del flujo en cada tramo, empleando para ello relaciones de la hidráulica. También es posible utilizar fórmulas empíricas desarrolladas y aplicadas en otros países. En este caso se puede distinguir entre cuencas rurales y urbanas.

a) Para cuencas urbanas

En cuencas ya urbanizadas:

Cuencas urbanas relativamente planas, formadas por patios, estacionamientos, parques, techos, calles, etc.Para cunetas, colectores y cauces en general relativamente anchos, estimando la velocidad con la relación de Manning



b) Cuencas rurales, o previas a ser urbanizadas

Para cuencas rurales, o previas a ser urbanizadas, con un bajo porcentaje de superficies impermeables, se recomiendan las siguientes relaciones:

Cuencas rurales relativamente planas con escurrimiento preferentemente superficial Cuencas rurales no planas con escurrimiento preferentemente concentrado

Ambas expresiones son básicamente la misma. En la superior se considera el largo del plano del flujo y su pendiente promedio, y en la segunda el largo del cauce principal y su desnivel.

En las relaciones expuestas el significado de los términos y las unidades son los siguientes:

Tc = Tiempo de concentración, en minutos.L = Longitud del escurrimiento superficial, en metros.L1 = Longitud del cauce, en metros.S = Pendiente, en metros por metro.H = Desnivel en la cuenca, en metros.i = Intensidad de la lluvia, en mm/hora.h = Altura media del escurrimiento en cauces, en metros.n = Coeficiente de rugosidad de Manning de la superficie o el cauce, según los

siguientes valores:

Tipo de superficie Coeficiente n

Tubos de plástico 0,011

Tubos de cemento asbesto 0,012

Tubos de mortero comprimido 0,013

Calles de hormigón y asfalto 0,015

Techos 0,018

Jardines 0,025

Superficies de tierra 0,030

Superficies con vegetación 0,050

2.7 COEFICIENTES DE ESCORRENTÍA



Para estimar los caudales aportantes desde una cuenca urbana de tamaño inferior a 200 hás. en base a la intensidad de la tormenta de diseño, se acepta el empleo del método racional:

donde Q es el caudal a la salida de la cuenca, en litros por segundo; i la intensidad de la lluvia en mm/hora; A el área de la cuenca en m2; y C el coeficiente de escurrimiento de la superficie. Este método entrega un caudal constante a la salida de la cuenca para la lluvia de diseño.

En el caso en que los efectos de regulación y almacenamiento de agua en el sistema sean importantes, como ocurre si la red es relativamente larga o se emplean elementos de regulación, se puede recurrir al método Racional modificado, el cual propone un hidrograma de respuesta triangular, con un caudal máximo igual al valor entregado en la expresión del método racional, un tiempo de ascenso igual al tiempo de concentración , y un descenso de igual duración.

Para estimar el coeficiente de escorrentía pueden emplearse los siguientes procedimientos:

a) Usar los valores propuestos para la zona en el Plan Maestro de aguas lluvias. Sin embargo debe tenerse en cuenta que el Plan Maestro puede entregar valores promedio para zonas amplias que no necesariamente representen el caso en estudio.

b) Para zonas ya urbanizadas de acuerdo a la siguiente tabla:

Tipo de zona Coeficiente Mínimo Medio Máximo

Areas residenciales

Suburbios semiurbanos 0.25 0.32 0.40

Casas Aisladas 0.30 0.40 0.50

Condominios aislados 0.40 0.50 0.60

Condominios pareados o continuos 0.60 0.67 0.75

Departamentos en edificios asilados 0.50 0.60 0.70

Departamentos en edificios continuos 0.70 0.80 0.90

Areas Comerciales

Comercio en alta densidad 0.70 0.82 0.95

Comercio en baja densidad 0.50 0.60 0.70

Areas industriales

Grandes industrias 0.50 0.65 0.80

Pequeñas industrias 0.60 0.75 0.90



Parques, plazas y jardines 0.10 0.17 0.25

En estas zonas también es aceptable estimar un coeficiente ponderado de acuerdo a la composición de las superficies elementales como se indica en el párrafo c) siguiente.

c) Para zonas de nuevas urbanizaciones debe estimarse un coeficiente ponderado según las superficies de cada tipo de ocupación del suelo, estimando las áreas de cada uno de los tipos siguientes, con los coeficientes de escurrimiento que se indican:

Tipo de superficie CoeficienteMínimo Medio Máximo

Calles

Asfalto no poroso 0.70 0.82 0.95

Hormigón 0.80 0.87 0.95

Adoquín de cemento sobre arena 0.50 0.60 0.70

Maicillo, ladrillo 0.30 0.40 0.50

Techos

Zinc, latón, metálicos en general 0.85 0.90 0.95

Tejas, pizarras, cemento asbesto 0.70 0.80 0.90

Patios

Baldosas, hormigón 0.80 0.87 0.95

Tierra, sin cobertura 0.50 0.60 0.70

Parques, plazas y jardines

Prados, suelo arenoso 0.05 0.12 0.20

Prados, suelo arcilloso 0.15 0.25 0.35

d) Para zonas rurales previas a ser urbanizadas, según la siguiente tabla:

Tipo de superficie CoeficienteMínimo Medio Máximo

Zonas agrícolas y de bosques o con vegetación natural

Agrícolas, cultivadas, pend. < 2% 0.10 0.12 0.15

Agrícolas, cultivadas, pend. 2% a 7% 0.15 0.17 0.20

Agrícolas, cultivadas, pend. > 7% 0.20 0.22 0.25

Sin cult., c/veget. Nat., pend. <2% 0.15 0.17 0.20

Sin cult., c/veget. Nat., pend. 2% a 7% 0.20 0.22 0.25

Sin cult., c/ veget. Nat., pend. >7%% 0.25 0.30 0.35

Semiurbano, parcelas no agrícolas



Sitios mayores de 5000m2

0.25 0.32 0.40

Sitios menores de 5000m2

0.30 0.40 0.50

En general se recomienda utilizar los valores medios de cada categoría, a menos que se justifique el empleo de los valores mínimos. Si se desea considerar condiciones de seguridad se pueden emplear los valores máximos indicados.

El rango de valores indicados en las tablas son para tormentas típicas con periodos de retorno de 2 a 10 años. Para tormentas mayores se recomienda usar el valor más alto dentro de cada rango, o incluso valores mayores si se estima conveniente.

2.8 CAPACIDAD DE LAS CALLES

Las calles reúnen y conducen las aguas lluvias hacia la red de drenaje. Sin embargo sólo se permite una cantidad reducida de agua en las calles, limitada por las restricciones impuestas a las condiciones de diseño para tormentas menores, o las de inundación máxima para tormentas mayores.

La capacidad teórica de agua que puede conducir una calle se puede estimar con las características geométricas de la cuneta y la pendiente longitudinal de la calzada, aplicando la ecuación de Manning para estimar la velocidad media del flujo, con un coeficiente de rugosidad de n=0,020 para pavimentos de hormigón y asfalto:

donde:

V = velocidad media del flujo, en m/sA = área de la sección del flujo en m2

P = perímetro mojado, en mI = Pendiente longitudinal de la calle, en m/mn = Coeficiente de rugosidad de la superficie

Desde el punto de vista del diseño la capacidad de conducción de aguas lluvias de las calles se considerará como el valor mínimo de las siguientes dos capacidades alternativas: considerando el ancho máximo permitido de la sección inundada, o la cuneta llena y un factor de reducción por otros uso de la calles, de acuerdo a lo que se indica a continuación.

Estas capacidades teóricas de las calles se entregan como referencia, sin embargo la capacidad real deberá estimarse con las condiciones geométricas reales de terreno, considerando además que ella se ve afectada por al existencia de singularidades como badenes, lomos de toro, accesos vehiculares, encuentros de calles, reparaciones, etc.



a) Capacidad teórica de las calles según el ancho máximo inundable.

Las formas geométricas de las cunetas típicas usadas por el SERVIU, corresponden a una cuneta simple formada por la intersección de la solera y una pendiente transversal entre el 2% y el 4% en la calzada, dependiendo del ancho de la calle, como se ilustran en la figura.

Considerando un ancho de inundación máximo permitido de 1,0m en condiciones de diseño, las capacidades de conducción de aguas lluvias de las calles son las que se indican en la tabla siguiente:



Pendiente longitudinal

de la calle (1)

Cuneta simple 2%

Cuneta simple 3%

Cuneta simple 4%

Velocidad (m/s)

Gasto (litros/s)

Velocidad (m/s)

Gasto (litros/s)

Velocidad (m/s)

Gasto (litros/s)

0.003 0.17 1.7 0.22 3.3 026 5.20.004 0.19 1.9 0.25 3.8 0.30 6.10.005 0.22 2.2 0.28 4.2 0.34 6.80.006 0.24 2.4 0.31 4.6 0.37 7.40.007 0.26 2.6 0.33 5.0 0.40 8.00.008 0.27 2.7 0.36 5.3 0.43 8.60.009 0.29 2.9 0.38 5.7 0.45 9.10.010 0.31 3.1 0.40 6.0 0.48 9.60.020 0.43 4.3 0.56 8.4 0.68 13.50.030 0.53 5.3 0.69 10.3 0.83 16.60.040 0.61 6.1 0.80 11.9 0.96 19.10.050 0.68 6.8 0.89 13.3 1.07 21.40.060 0.75 7.5 0.97 14.6 1.17 23.40.070 0.81 8.1 1.05 15.8 1.27 25.30.080 0.86 8.6 1.12 16.9 1.35 27.10.090 0.92 9.2 1.19 17.9 1.44 28.70.100 0.97 9.7 1.26 18.9 1.51 30.3(1) Se recomiendan pendientes iguales o mayores que el 0,5%. (0,005)

b) Capacidad máxima de las calles, con la cuneta llena.

Para estimar la capacidad de las calles con la cuneta llena, hasta el borde de la solera se puede utilizar la mencionada ecuación de Manning, pero se debe incluir un factor de corrección para tomar en cuenta la reducción de capacidad por autos estacionados, obstrucciones en la cuneta, olas y salpicaduras. El factor de corrección depende de la pendiente longitudinal. Los factores de corrección, valores máximos teóricos para una cuneta llena con soleras de 15cm, y las capacidades máximas a considerar en el diseño son los que se muestran en la siguiente tabla:



Pendiente longitudinal

de la calle (1)

Factor de corrección

Cuneta simple 2 %(2)



Veloc. (m/s)

Gasto(3)(litros/s)

Veloc. (m/s)

Gasto(3)(litros/s)

Veloc. (m/s)

Gasto(3)(litros/s)

0.003 0.30 0.84 101 0.76 80 0.66 550.004 0.40 0.97 156 0.88 124 0.76 850.005 0.50 1.08 218 0.99 173 0.85 1190.006 0.80 1.19 382 1.08 303 0.93 2090.007 0.80 1.28 413 1.17 327 1.01 2250.008 0.80 1.37 442 1.25 350 1.08 2410.009 0.80 1.45 468 1.32 371 1.14 2560.010 0.80 1.53 494 1.40 391 1.20 2690.020 0.70 2.17 611 1.97 484 1.70 3330.030 0.60 2.66 641 2.42 508 2.08 3500.040 0.50 3.07 617 2.79 489 2.41 3370.050 0.45 3.43 621 3.12 492 2.69 3390.060 0.37 3.76 559 3.42 443 2.95 3050.070 0.32 4.06 522 3.69 414 3.18 2850.080 0.28 4.34 489 3.95 387 3.40 2670.090 0.25 4.60 463 4.19 366 3.61 2530.100 0.21 4.85 410 4.41 324 3.80 224

(1) Se recomiendan pendientes mayores o iguales que el 0,5%. (0,005)

(2) Se considera la calle llena hasta el eje solamente como máximo.

(3) Considera el factor de corrección.

Se debe hacer notar que con flujos a cuneta llena, se producen escurrimientos con velocidades mayores que las permitidas para pendientes longitudinales de las calles superiores al 2%, como se destaca con las casillas en gris en la tabla anterior. En estas condiciones no se podrá ocupar la calzada totalmente llena para el escurrimiento de aguas lluvias ya que con ello se sobrepasa las velocidades máximas permitidas de 2 m/s, que generan riesgos importantes a peatones y vehículos en las calles. Por otra parte en los caudales máximos permitidos indicados en el cuadro anterior se considera el factor de reducción de la capacidad de la calle debido fundamentalmente al exceso de velocidad, de manera que para la verificación del flujo con tormentas mayores deberá considerarse que las calles no pueden conducir caudales superiores a los indicados. Debido a esto las pendientes longitudinales máximas recomendadas para las calles que conduzcan aguas lluvias, deben reducirse a valores máximos del orden del 2,5%.

2.9 SUMIDEROS

El proyecto de aguas lluvias debe considerar sumideros para captar y conducir el escurrimiento superficial, preferentemente de las calles, hacia la red de colectores.

La capacidad hidráulica de captación de los sumideros depende de su tipo pero también de su ubicación, la pendiente de la calle, las características del flujo y los sedimentos que lleve el agua. Es necesario por lo tanto emplear factores de reducción para tomar en



cuenta estos efectos. Factores del orden del 50% son razonables si no se dispone de mayores antecedentes.

a) Tipos de sumidero

Se emplearán sumideros según los tipos aprobados por el SERVIU, considerando para su selección los aspectos del tránsito, seguridad de peatones y vehículos, operación en condiciones extremas, mantención y costos. Los sumideros son en general de tres tipos:

Horizontales, con rejilla, ubicados en la cuneta. Funcionan efectivamente dentro de un rango amplio de pendientes de la calle, pero las rejillas se obstruyen con facilidad y pueden generar inconvenientes para ciclistas y peatones. Tipos S3 y S4 del SERVIU.

Sumideros laterales de abertura en la solera. Funcionan admitiendo objetos arrastrados por la corriente, pero su capacidad decrece con la pendiente, de manera que no se recomiendan para calles con pendientes longitudinales superiores al 3%. Pueden confeccionarse a partir del tipo S2 del SERVIU si se elimina la abertura horizontal en la cuneta.

Sumideros mixtos. Combinan aberturas horizontales en la cuneta y laterales en la solera. Se recomiendan para un amplio rango de condiciones. Tipos S1 y S2 del SERVIU.

b) Capacidad de sumideros

La capacidad de los sumideros depende del tipo, tamaño y diseño de la rejilla, características de la cuneta y la calle donde se ubica y condiciones de operación. Su capacidad hidráulica se puede estimar suponiendo que funcionan como vertederos para pequeñas alturas de agua y como orificios para alturas de agua mayores. Colocados en una calle con pendiente no siempre logran captar toda el agua que viene por ellas aunque teóricamente dispongan de capacidad para ello.

Un sumidero horizontal de largo L ( a lo largo de la cuneta, en metros) y ancho b (transversal a la calle, en metros), con una rejilla de área de aberturas A, en metros cuadrados, puede evacuar como máximo:

si funciona como vertedero:

si funciona como orificio :

donde h es la altura de agua del escurrimiento en la calle frente al sumidero, en metros.

Un sumidero lateral de largo L (a lo largo de la cuneta, en metros), y altura de abertura a (vertical, en metros), puede evacuar como máximo:



si funciona como vertedero: si funciona como orificio:

donde h es la altura de agua del escurrimiento en la calle frente al sumidero, en metros.

Para los sumideros tipo S1, S2, S3 y S4 del SERVIU las características y capacidades son las siguientes, sin incluir el factor de reducción:

Características Sumidero S1 ó S2 Sumidero S3 ó S4Largo L, en metros 0.98 0.66Ancho b, en metros 0.41 0.41Area libre, rejilla Fe laminado, m2

0.22 0.15

Capacidad teórica en cuneta simple 2%Con flujo de 1,0m de ancho 5 (l/s) 4 (l/s)Con flujo a cuneta llena 156 (l/s) 128 (l/s)Capacidad teórica en cuneta simple 3% Con flujo de 1,0m de ancho 9 (l/s) 8 (l/s)Con flujo a cuneta llena 145 (l/s) 120 (l/s)Capacidad teórica en cuneta simple 4% Con flujo de 1,0m de ancho 14 (l/s) 12 (l/s)Con flujo a cuneta llena 140 (l/s) 115 (l/s)

(1) En los sumideros S1 y S2 se considera sólo la capacidad de la abertura horizontal, quedando la abertura lateral como elemento de seguridad.

Otro aspecto que debe considerarse en los sumideros es que ellos no son capaces de capturar todo el caudal que va por la calle. El caudal no capturado sigue hacia aguas abajo y debe agregarse al gasto que recibe la calle quedando por lo tanto para el siguiente sumidero.

Un sumidero horizontal de largo L, metros, y ancho b, metros, colocado en la cuneta captura una proporción E del caudal que viene por la calle con un escurrimiento de ancho superficial T, metros:

si T<b

si T>b

Un sumidero lateral en la cuneta de largo L, metros, en una calle de pendiente I, metro por cada metro, con un flujo de velocidad V, metros por segundo, es capaz de captar una proporción E del caudal dada por:



Los sumideros tipo del SERVIU son capaces de captar el 75% del flujo de la calle cuando escurre con un ancho de 1,0m, y sólo el 30% del flujo que escurre por la calle cuando es a cuneta llena. Esto es válido para todos los tipos de cunetas simples.

c) Ubicación de los sumideros

Los sumideros se ubicarán ya sea solos o formando baterías de sumideros en serie, preferentemente en la cuneta de las calles, en los lugares que resulten más efectivos, para lo cual se puede considerar las siguientes recomendaciones:

En las intersecciones entre calles para captar el 100% del flujo que llega por las calles, de manera de evitar que el flujo cruce las calles en las intersecciones. Se ubicarán aguas arriba del cruce de peatones.

En las partes bajas de las intersecciones de calles, formadas por las cunetas que llegan desde aguas arriba. En lo posible se tratará de evitar que existan zonas bajas en las que se pueda acumular el agua, favoreciendo siempre el flujo hacia aguas abajo.

Inmediatamente aguas abajo de secciones en las que se espera recibir una cantidad importante de aguas lluvias, como salidas de estacionamientos, descargas de techos, conexiones de pasajes.

Siempre que la cantidad acumulada de agua en las cunetas sobrepase la cantidad máxima permitida para condiciones de diseño.

Se evitará la colocación de sumideros atravesados transversalmente en las calzadas.

Para conectar los sumideros a la red se preferirá hacerlo en las cámaras. En estos casos el tubo de conexión llegará a la cámara con su fondo sobre la clave del colector que sale de la cámara.

Cuando sea necesario conectar un sumidero directamente al colector la conexión debe hacerse por la parte superior de este último. El tubo de conexión debe ser recto, sin cambio de diámetro, pendiente ni orientación. El ángulo de conexión entre le tubo y el colector debe ser tal que entregue con una componente hacia aguas abajo del flujo en el colector. Para este empalme podrá emplearse piezas especiales.

2.10 CONDICIONES DE DISEÑO HIDRÁULICO DE LA RED



La red secundaria de un sistema de aguas lluvias está formada por colectores y cámaras, que reciben el agua desde los sumideros y la conducen hacia un punto de entrega.

Los tubos de los colectores son generalmente circulares prefabricados de materiales como mortero de cemento comprimido, cemento asbesto, PVC y otros materiales autorizados.

Pueden considerarse otros tipos de sección y construidos en terreno de acuerdo a las condiciones de proyecto y los costos involucrados.

Para las condiciones de diseño los colectores secundarios funcionarán con escurrimiento libre. Para ello el diámetro de los colectores se selecciona de manera que para el caudal máximo de diseño la altura de agua sea igual o menor que 0,8 veces el diámetro D. Si la altura de agua es igual a 0,8D, la velocidad media del flujo, V, y el gasto, Q, están relacionados con el diámetro del tubo, la pendiente longitudinal y el coeficiente de rugosidad del material mediante las siguientes relaciones, basadas en la ecuación de Manning:

donde V = Velocidad media del flujo, en ,metros por segundo.Q = Gasto en metros cúbicos por segundo.I = Pendiente de fondo del tubo, en metro por metro, (adimensional).D = Diámetro interior del tubo, en metrosn = Coeficiente de rugosidad del material, según la siguiente tabla:

Tipo de superficie Coeficiente n

Tubos de plástico 0,011

Tubos de cemento asbesto 0,012

Tubos de mortero comprimido 0,013

El diámetro mínimo de los colectores debe ser 300mm

La velocidad máxima del escurrimiento no debe sobrepasar 3m/s.

La velocidad mínima del escurrimiento no debe ser inferior a 0,9m/s. Para ello deberá adoptarse la pendiente de fondo correspondiente para los tubos.



La red de colectores se completará con cámaras de inspección, las que se colocarán con iguales criterios que los establecidos para una red de alcantarillado de aguas servidas, y cuyo diseño y dimensiones corresponden los de las cámaras tipo de EMOS.

Se podrán diseñar obras especiales y tramos en presión, como sifones invertidos, si el proyecto lo requiere. En este caso se deben tomar las medidas para evitar embanques, y lograr una adecuada operación y mantención.

2.11 DESTINO DE LAS AGUAS

En el proyecto de un sistema de recolección de aguas lluvias urbanas en la Región Metropolitana debe quedar claramente establecido en el proyecto el destino final de las aguas recolectadas por la red. Se consideran aceptables las siguientes opciones:

Para una red de colectores secundarios debe ser la red de colectores primarios definida en el Plan Maestro de aguas lluvias de la zona.

Para descargar a cauces naturales o artificiales diferentes a la red primaria del sistema de aguas lluvias debe contarse con la autorización de la Dirección General de Aguas del MOP.

Para un sistema de Técnicas Alternativas de acuerdo a lo indicado en la publicación del MINVU "Técnicas Alternativas para Soluciones de Aguas Lluvias en Sectores Urbanos. Guía de Diseño.

No se permitirá el empleo de canales de riego como receptores de aguas lluvias de la red secundaria, a menos que expresamente estén considerados de esta forma en el Plan Maestro de aguas lluvias.

Para conectarse a una red de alcantarillado unitaria deberá contarse con la autorización expresa de la Empresa Sanitaria respectiva.



TABLA 2.1EJEMPLO DE UNA PLANILLA DE CÁLCULO PARA LA RED DE

ALCANTARILLADO DE AGUAS LLUVIAS

(T = 2, 5 ó 10 años)

NOMTUB.

DEC.I.Nº

AC.I.Nº

LONGm

AREAAPORT. COEF.

ESC.C*AHás

SUMAC * AHás

tcmín

Il/s/Há

Q.A.LL.l / s

Dmm

i%

hcm

Vm/s

TIEMPOFLUJO

minNº Hás


capitulo i - subdireccion de pavimentacion y …pavimentacion.serviurm.cl/doc/mpall/cap 1c - dis...

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