4.2 Results
4.2.6 Comparison Between the Models
La determinación del caudal de aguas lluvias se basará en el estudio de las curvas de intensidad, duración y frecuencia propias para cada población, de acuerdo con la precipitación pluvial que se haya registrado a través de los pluviógrafos y durante un tiempo que se considere representativo para el caso.
Para el cálculo del caudal de diseño de aguas lluvias podrá utilizarse cualquier método que sea ampliamente reconocido.
En este diseño se utilizará el “Método Racional”, que utiliza la ecuación:
𝑄𝑄 = 2,778 ∗ 𝐶𝐶 ∗ 𝐼𝐼 ∗ 𝐴𝐴
En donde:
Q = caudal de aguas lluvias (lt/s).
C = coeficiente de escurrimiento o impermeabilidad (adimensional).
I = intensidad de lluvia (mm/h). A = área de drenaje o aportación (Ha).
82 Este método es aplicable, para áreas totales de drenajes iguales o menores a 1,0 km2. Para áreas más grandes, este método tiende a sobrestimar los caudales. En este caso se debe tomar en cuenta el efecto de retención del agua lluvia en depresiones y el porcentaje de infiltración en el subsuelo.
El método racional asume:
• La escorrentía en cualquier punto bajo, es función de la cantidad promedio de lluvia y del tiempo requerido para que el agua escurra desde la parte más lejana del área de drenaje al punto de ingreso en la alcantarilla; denominándose a este intervalo como tiempo de retención.
• La máxima cantidad de lluvia ocurre dentro del tiempo de concentración.
Lluvias de larga duración producen bajas intensidades, en cambio las de corta duración no permiten el drenaje de todas las áreas contribuyentes hasta el punto de entrada en el alcantarillado.
3.2.5.2.1.1 COEFICIENTE DE ESCURRIMIENTO (C)
El coeficiente de escorrentía es el cociente del caudal que discurre por la superficie (agua no evaporada, infiltrada o estancada) en relación con el caudal total precipitado y dependerá de la zona a que corresponda y a los materiales constituyentes de la superficie.
83 En la práctica este coeficiente es determinado básicamente en función del tipo de cobertura del suelo.
El valor de C varía con respecto al tiempo que necesita la lluvia para humedecer el suelo. Los valores más aceptados para este coeficiente son:16
TIPO DE SUPERFICIE C
Cubierta metálica o teja vidriada. 0.95 Cubierta con teja ordinaria o impermeabilizada. 0.90 Pavimentos asfálticos en buenas condiciones. 0.85 - 0.90
Pavimentos de hormigón. 0.80 - 0.85
Empedrados (juntas pequeñas). 0.75 - 0.80 Empedrados (juntas ordinarias). 0.40 - 0.50 Pavimentos de macadán (tierra compactada) 0.25 - 0.60 Superficies no pavimentadas (suelo natural) 0.10 -0.30
Parques y jardines. 0.05 - 0.25
16
84 En función de las diferentes zonificaciones que se pueden determinar en una población, el valor de C puede valorarse en la siguiente forma:
TIPO DE ZONIFICACIONES C
Comerciales o densamente pobladas Adyacentes a las anteriores
Residenciales con casas separadas Periféricas no desarrolladas totalmente
0.70 – 0.90 0.50 – 0.70 0.25 – 0.50 0.10 – 0.25
Cuando las zonas no corresponden exactamente a las definidas en este último cuadro, se puede optar por determinar un coeficiente ponderado, para lo cual se requiere, haber determinado por muestreo la composición parcial de cada uno de los tipos de superficie.
Para este diseño se ha empleado un coeficiente de escurrimiento de 0.20, considerando que son superficies no pavimentadas en cuanto a la superficie; y periféricas no desarrolladas totalmente en cuanto a la zonificación. Además son lotes de tipo agrícola que necesitan agua lluvia para sus cultivos.
3.2.5.2.1.2 INTENSIDAD DE LLUVIA (I)
La intensidad de lluvia es el caudal de agua que pasa una determinada superficie, es decir, el volumen de agua caído por unidad de tiempo y superficie. Se mide habitualmente en mm/h o en l/(s.ha).
85 La intensidad de lluvia depende de la duración de la lluvia, por lo que es necesario definir un intervalo de referencia, el cual en proyectos de saneamiento habitualmente se estudia para el caso de lluvias de corta duración. La intensidad de lluvia depende del tiempo de concentración y del periodo de retorno.
Para calcular la intensidad de lluvia se utilizan los registros de los pluviógrafos, que permiten obtener datos de lluvia para intervalos pequeños de tiempo.
Los datos de pluviógrafo pueden ajustarse a curvas con una ecuación siguiente:
𝐼𝐼 =(𝑡𝑡 + 𝐶𝐶)𝐴𝐴 𝐵𝐵
Donde: A, B y C = coeficientes dependientes del período de retorno
t = tiempo de duración de la lluvia, igual al tiempo de concentración.
Para la elaboración de las ecuaciones de intensidad de lluvia es necesario contar con un registro lo suficientemente amplio de las precipitaciones en zonas cercanas a las del estudio, por ello utilizamos las ecuaciones de intensidad calculadas para zonas de similar característica climática a los de estudio.
86 En este caso se encuentran disponibles las ecuaciones de intensidad calculadas para la ciudad de Macas17, que estable la siguiente ecuación maximizada:
𝐼𝐼 =283.23𝑡𝑡0.46 10 𝑄𝑄𝑃𝑃𝑛𝑛 ≤ 𝑡𝑡 ≤ 60𝑄𝑄𝑃𝑃𝑛𝑛
Ecuación calculada para un periodo de retorno de 5 años que también se asume para el presente proyecto.
Por ende se establece la siguiente ecuación de intensidad:
𝐼𝐼𝑡𝑡 = 𝑡𝑡3370.53
Ecuación válida para tiempos de concentración entre 3 y 70 minutos y el mismo período de retorno.
Considerando que las 2 ecuaciones arrojarán resultados similares en el cálculo, y considerando que el sector de Tinguichaca se encuentra más cercano geográficamente a la zona de estudio, asumiremos para el diseño las ecuaciones de intensidad del sector de Tinguichaca.
Con respecto al periodo de retorno, se ha adoptado un periodo de retorno de 5 años, valor sugerido en función del área cooperante.
17
87 Para los diferentes periodos de retorno se han establecido los siguientes valores para los coeficientes de cálculo:
Coeficientes de cálculo de la intensidad de lluvia
Periodo de retorno Duración de la A C
(años) lluvia (minutos)
2 3-70 280 0.53 3 3-70 310 0.53 5 3-70 337 0.53 10 3-70 363 0.528 25 3-70 392 0.515 Tiempo de Concentración (t)
En cualquiera de las fórmulas que se adopte para el cálculo de la intensidad, interviene como parámetro el tiempo de concentración t.
Se define como tiempo de concentración, para un área de drenaje, el tiempo que tarda en gota de agua en recorrer desde el punto más lejano de dicha área, hasta el punto final de recepción considerado.
88 El tiempo de concentración se compone de un tiempo de recorrido superficial o de desagüe (t1), es decir, el que requiere la escorrentía para llegar hasta la entrada de la tubería y un tiempo de recorrido dentro de la misma (t2), de tal forma que t = t1 + t2.
Para los tramos iníciales el Ex IEOS señala valores como:
- Para áreas densamente desarrolladas en las que exista un alto porcentaje de zonas impermeables y con sumideros cercanos entre sí, el tiempo es de 5 min. - En áreas desarrolladas y con pendientes más o menos planas, el tiempo es de
10 a 15 min.
- En zonas residenciales de topografía plana con sumideros lejanos entre sí se puede utilizar un tiempo de 20 y 30 min.
Se adopta el tiempo de concentración de 15 min.
Periodo de Retorno (T)
Para caracterizar una precipitación necesitamos determinar su intensidad, su duración y su frecuencia, periodo de retorno o tiempo de recurrencia.
La selección del periodo de retorno incide directamente en el dimensionamiento de las obras, lógicamente en sus costos, tipo de comunidad, nivel económico, nivel de urbanización existente y otros factores socio-económicos, debiendo seleccionarse curvas con frecuencia no menor a 1 ni mayor a 10 años para tuberías laterales, subcolectores y colectores.
89 3.2.5.2.1.3 ÁREA DE DRENAJE (A)
Se calcula directamente de los planos topográficos.
- Si el área es sensiblemente cuadrada la superficie de drenaje, para cada tramo de tubería, se obtiene trazando diagonales entre los pozos de revisión.
- Si son sensiblemente rectangulares, se divide el rectángulo en dos mitades por los lados menores y luego se trazan rectas inclinadas a 45°, teniendo como base los lados menores, para formar triángulos y trapecios como áreas de drenaje.
Si la topografía es irregular, se deberá realizar un análisis detallado de las zonas en las cuales el procedimiento de división antes indicado no es aplicable, debiendo recurrirse a las curvas de nivel para la determinación de las áreas de drenaje.
3.2.6 HIDRÁULICA DEL SISTEMA DE ALCANTARILLADO
La función principal de un Sistema de Alcantarillado es la de conducir las aguas de precipitaciones pluviales desde los lotes de vivienda hasta un punto final de descarga, en donde los efectos tanto para la comunidad como para el ambiente tengan el menor impacto posible. El método empleado para esta conducción de las aguas lluvias fue a través de tuberías subterráneas.
90 Los conductos se diseñaron como canales abiertos, es decir, considerando que existe una superficie libre en contacto con la atmósfera, y parcialmente llenos. El líquido circula de manera estable y uniforme, su movimiento está influenciado principalmente por gravedad.
3.2.6.1 RECOMENDACIONES PARA EL DISEÑO DE RED