modulo ii: hidrología urbana
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Modulo II: Hidrología Urbana
HIDROLOGÍA AVANZADA II
Tema 4: Microdrenaje
� Planos de base: cartografía SGM escala 1:25000 o 1:50000; fotos
aéreas de la Fuerza Aérea Uruguaya; planos municipales; información
cartográfica del Instituto Nacional de Estadística (INE); imágenes satelitales
(Google Earth, otros).
� Información altimétrica: con nivel de precisión creciente a
medida que se avanza en las etapas del proyecto
� Catastro:
Información de base para un proyecto de pluviales
� Catastro: infraestructura existente; catastro de campo (estado de
pavimentos de la red vial, emplazamiento de árboles próximos a las zonas
donde se prevén las obras, emplazamiento de zonas de entradas de
vehículos o cruces de la vereda, anchos de veredas, calles, identificación de
zonas inundables, emplazamiento y caracterización del punto natural de
disposición final de la escorrentía de la cuenca y los elementos de su
entorno
� Tipo de urbanización y uso del suelo: tanto actuales como
futuros. Densidad de ocupación, amanzanamiento, zonas verdes, tipo de
pavimento, proyecto vial, zonificación, nivel de tránsito.
� Colector o cuerpo de agua receptor: niveles y/o caudales
medidos o estimados en cursos de agua superficial
Información de base para un proyecto de pluviales
� Información Hidrogeológica: características litológicas;
profundidad de la napa freática; estabilidad del suelo; permeabilidad,
capacidad de infiltración.
� Fuentes de información: carta Geotécnica Metropolitana escala 1:50.000;
Cateos en la zona; perfiles de pozos de OSE o particulares
� Conducción: cunetas, cordón cuneta; badenes; alcantarillas
� Colecta: rejas; bocas de tormenta abiertas o combinadas;
sumideros; captación en cunetas
� Descarga: tuberías y canales
� Control: estanques y lagunas de almacenamiento; zanjas y
pozos de infiltración; pavimentos permeables
Componentes del Microdrenaje
pozos de infiltración; pavimentos permeables
Criterios generales de diseño
� Características de infraestructura y niveles de tránsito
� Adecuada circulación vehicular y peatonal
� Aspectos medioambientales
� Criterios de operación y mantenimiento del sistema
Esquema general del sistema de microdrenaje Fuente: Manual DINASA, 2009
Conducción: Características generales
Características de las estructuras de captación (Fuente: Manual DINASA, 2009)
Conducción: Cuneta
Canales abiertos emplazados paralelamente al eje de la calle entre la banquina y
la vereda, hacia la cual las manzanas y calles escurren en forma distribuida.
Recomendables en calles de balasto para evitar erosión.
Ventajas: Desventajas:
-Bajo costo - Reducen ancho de vereda o calle
-Permiten infiltración
-Encausan el flujo
Conducción: Cuneta
Características de las cunetas según tipo de urbanización Fuente: Manual DINASA, 2009
El diseño debe respetar:
-No desborde
-Control de la erosión
-Preferentemente flujo subcrítico
Conducción: Cuneta
La sección se establece en función de:
•Ancho de acera mínimo de acuerdo al tipo de urbanización
•Profundidad mínima por obstrucciones 0,3m y máxima por seguridad 0,5.
•Sección recomendada por estabilidad triangular o trapezoidal, con
pendiente de talud mínima 1:1 y recomendada 1V:3H.
•Se recomienda cobertura de pasto: permite infiltración y reduce costos,
verificando velocidades por erosión
•Pendiente longitudinal coincidente con la de calzada•Pendiente longitudinal coincidente con la de calzada
Para la sección elegida se determina el tirante normal por la ecuación
de Manning para flujo uniforme a superficie libre (IMM recomienda
para pasto n=0,035, para hormigón n=0,018)
Se considera una revancha de seguridad (10 a 20 cm) por oleaje,
remansos o sobreelevación por cambios de sección u obstrucciones.
Control de erosión: se verifica cumpliendo con la velocidad máxima
admisible según el recubrimiento
Conducción: Cordón cuneta
Secciones típicas de cordón cuneta Fuente: FHA, 2001
Conducción: Cordón cuneta
Criterios de diseño de la IMM
� Calles secundarias:
� Tr=2 años ancho de inundación <3m
Se diseñan en función de un ancho de inundación máximo admisible
en la calle
� Tr=2 años ancho de inundación <3m
� Tr=10 años inundación hasta el eje de la calle
� Calles principales:
� Tr=2 años ancho de inundación <1m
� Tr=10 años inundación debe dejar una faja libre >3m
� Avenidas de máxima importancia: verificación para Tr 20 años
Conducción: Cordón cuneta
Cordón cuneta de Sección UniformeEl ancho de inundación de una calle puede determinarse a partir de la
ecuación de Manning para flujo uniforme y estacionario modificada:
67.25.067.1TSS
n
KcQ ox ⋅⋅⋅=
Donde:
Kc=0,376 (SI)
n= coeficiente de Manning
Q= caudal que circula por el cordón cuneta (m3/s),
T = ancho de inundación (m)
Sx y So= pendiente transversal y longitudinal de la calle respectivamente (m/m).
375,0
5,0
0
67,1..
.
=
SSK
nQT
Xc
Sección Compuesta: las cunetas con sección compuesta tienen una pendiente más pronunciada en relación a la de la calle.
El caudal circulante se descompone en
flujo frontal Qw y flujo lateral Qs
−
−+
+=
1
1
/1
/1
1
67.2
0
W
T
SS
SSE
xw
xw
El Qs se determina empleando la ecuación usada para la sección uniforme para un
ancho de inundación igual a T-W, sin contabilizar en el perímetro mojado la línea
teórica que divide los flujos. La relación entre el flujo frontal y el flujo total (E0)
se determina según:
Sección Compuesta:
01 E
QQ s
−=
Siendo el Q total
La velocidad del flujo en el cordón cuneta se determina como:
( ) 22 5.05.0 WSSST
Qv
xwx ⋅−⋅+⋅⋅=
SxTd ⋅=
Profundidad en el cordón
El tirante máximo en el cordón cuneta de sección uniforme, puede determinarse a
partir de la siguiente ecuación:
Donde:
d = profundidad del flujo contra la pared del cordón (m)
T = ancho de inundación (m)
Sx = pendiente transversal de la calle (m/m)
wx SWSWTd ⋅+⋅−= )(
Para el caso de cordón cuneta con sección compuesta el tirante máximo resulta
de la siguiente ecuación:
Si no se verifica el criterio de desborde se debe aumentar la altura del cordón o
establecer anchos de inundación menores a los admisibles
Ejercicio 4Determinar la capacidad del cordón cuneta y la velocidad del flujo si se
requiere que la tormenta de 10 años no sobrepase el cordón ni exceda la ½
del carril exterior, para las 2 configuraciones :
a)Sección uniforme
Ancho de calle: 15,2m
2 carriles de 3,5m en cada sentido
Ancho de cuneta: 0,6mAncho de cuneta: 0,6m
Altura de cordón: 0,15m
Pendiente transversal de la calle: 2%
Pendiente longitudinal de la calle: 1%
Coeficiente de Manning 0,016
a)Sección compuesta con pendiente de cuneta 12:1
Las estructuras de captación deben localizarse cuando:
�se supera la capacidad admisible definida según los criterios de desborde
o erosión.
�existan puntos bajos.
�en puntos donde termina una calle.
Captación
Las más utilizadas son:Las más utilizadas son:
� Rejas
� Bocas de tormenta
Otras:
� Bocas de tormenta combinadas con reja
� Sumideros
Características de las captaciones (Fuente: Manual DINASA, 2009)
Captación
Q
QiE =
La eficiencia de captación (E) se define como la relación entre el
caudal interceptado por la estructura de captación considerada (Qi) y
el caudal total que circula por la conducción hacia la misma (Q) :
QE =
En el caso de captaciones en puntos bajos deben diseñarse para
captar todo el caudal afluente.
Relación entre el área libre y el
área total según el tipo de reja
La eficiencia de captación de una reja en puntos en zonas con
pendiente resulta de la siguiente ecuación:
Donde :
Rf: relación de flujo frontal captado respecto al flujo frontal total.
`)1(` osf EREoRE −⋅+⋅=
Captación: Rejas en pendiente
Rf: relación de flujo frontal captado respecto al flujo frontal total.
(ver gráfica Rf)
RS: relación de flujo lateral captado respecto al flujo lateral total.
(ver gráfica RS)
E’0: es la eficiencia de la reja, tiene en cuenta el ancho de la reja
(W’), el ancho del cordón cuneta (W), la pendiente
transversal del cordón cuneta (Sw), la pendiente transversal
de la calle (Sx) y el ancho de inundación (T).
Finalmente, se puede obtener el caudal interceptado por la reja
multiplicando el caudal total del cordón cuneta por la eficiencia de
captación de la reja:
Se recomienda corregir por un coeficiente de 0.6 al caudal interceptado
para considerar las obstrucciones ya que en la realidad nunca están
EQQi ⋅=
Captación: Rejas en pendiente
para considerar las obstrucciones ya que en la realidad nunca están
completamente limpias.
Las rejas en puntos bajos absolutos pueden comportarse como vertederos u
orificios dependiendo de la profundidad del flujo (h<0,15m o h>0,4m) y el caudal
afluente.
Captación: Rejas en puntos bajos
5.166.1 hPQi ⋅⋅=
Reja operando como vertedero
El caudal interceptado por una reja en un punto bajo (Qi) cuando esta opera
como un vertedero se puede determinar como:
Siendo P el perímetro de la reja (m), sin considerar el lado contra el cordón en
caso que se ubicara en un cordón cuneta, y h la profundidad media del flujo en la
reja (m)
Captación: Rejas en puntos bajos
Si se considera parte del área de la reja sucia en una proporción (1-X)
P se calcula como:
reja en cordón cuneta
reja en punto bajo sin cordón cunetaLXWP
LXWP
2'..2
'..2
+=
+=
Reja operando como un orificio:
El caudal interceptado por una reja en un punto bajo operando como un orificio
puede determinarse mediante la siguiente ecuación:
Siendo Ag el área limpia útil de la reja (m2).
hgAgQi ⋅⋅⋅⋅= 267.0
Captación: Procedimiento de dimensionado de rejas en puntos bajos
� Determinar profundidad
media en la reja h
� En función de h, el caudal
que se desea interceptar
y el ábaco, se asume el
comportamiento de la
rejareja
� Si funciona como vertedero, se determina P y con éste parámetro se elige
el ancho y largo de la reja
� Si funciona como orificio, se determina el tipo de reja a utilizar con esto se
tiene la relación del área útil con el área total de la reja, y por último se
estima el área total de reja necesario.
La IMM maneja 4 bocas de tormenta tipo que se clasifican en función del largo de
la misma como se muestra en la tabla.
Captación: Bocas de tormenta
Boca de Tormenta Tipo Largo (m) Q límite (l/s)
BT 1 1,2 60
BT 2 1,8 80
BT 3 3,4 120
BT 4 5 140
Además recomienda considerar un 20% de reducción del caudal captado que se
calcula, por suciedad.
50% sucio 75% sucio
8.1
11
−−=
TL
LE
Captación: Bocas de tormenta
Bocas de tormenta en zonas con pendiente:
Donde,
E es la eficiencia de la boca de tormenta; L es su largo (m) y
L el largo requerido para interceptar todo el flujo que escurre por el LT el largo requerido para interceptar todo el flujo que escurre por el
cordón cuneta (m), que puede estimarse según:
( )( )
6.0
3.042.0 1817.0
⋅−+⋅⋅⋅⋅=
oxwx
oTESSSn
SQL
Captación: Bocas de tormenta
Bocas de tormenta en puntos bajos: Las BT en puntos bajos
absolutos pueden comportarse como vertederos u orificios
dependiendo de la profundidad del flujo
Vertedero: d<h
Orificio: d>1,4.hOrificio: d>1,4.h
Bocas de tormenta en puntos bajos:Operando como vertedero con depresiones menores a 3,6m
d: profundidad del flujo medida desde la prolongación de la pendiente de la
calle al cordón (m)
( ) 5.18.125.1 dWLQi ⋅⋅−⋅=
TSd x ⋅=
calle al cordón (m)
W: ancho de la depresión (m)
L: largo de la boca de tormenta (m)
5.16.1 dLQi ⋅⋅=
).( XW SSWa −=Calculando la depresión a como:
Si la depresión>3.6m o no tiene se calcula como:
Bocas de tormenta en puntos bajos:
Operando como orificio: cuando la profundidad del flujo a la altura del
cordón es aproximadamente 1.4 veces la abertura de la boca de
tormenta.
odgAgQi ⋅⋅⋅⋅= 267.0
� Se colocarán a ambos lados de la calle cuando los criterios de no
inundación lo exijan o cuando se sobrepase su capacidad de
captación
� Si no se analiza la capacidad de captación se recomienda colocarlas
cada 60 m y en los puntos bajos de la cuadra
� No deben colocarse en las esquinas debido a: 1) los peatones tendrían
que cruzar en el punto de mayor tirante de agua; 2)los caudales
convergentes de los dos lados desvían el flujo y disminuyen la eficiencia de
Criterios de localización de las BT
convergentes de los dos lados desvían el flujo y disminuyen la eficiencia de
la captación.
� Nunca deban colocarse en las sendas vehiculares de alta velocidad.
� La mejor ubicación es aguas arriba de los cruces peatonales en las
esquinas (distancia mínima 3m).
� Otras distancias mínimas: árboles 2m; accesos a edificios públicos:
10m; paradas de bus o taxi: 20m.
Criterios de localización de las BT
Ejercicio 5
En la configuración del ejercicio anterior se añade una reja del tipo P 50 x100
(barra longitudinales espaciadas 48mm y transversales espaciadas 102mm)
de dimensiones 0,60 x 0,60.
Determinar:
1)La capacidad hidráulica de la reja
2)Si la reja es suficiente para evacuar la tormenta de 10 años sin exceder el 2)Si la reja es suficiente para evacuar la tormenta de 10 años sin exceder el
criterio de inundación de la IMM, considerando el Q10=0.048 m3/s
3)Cuál será el ancho de inundación para la tormenta de 100 años cuyo caudal
es Q100=0.3 m3/s
Ejercicio 6
En las condiciones del ejercicio anterior, determinar:
1) La captación necesaria para reducir el ancho de inundación de la
tormenta de 100 años al admisible según el criterio de la IMM.
2) La captación necesaria para evacuar todo el caudal de la tormenta
de 10 años.