Para conocer el caudal de pluviales que discurre por cada tramo de la red de
saneamiento, se consideran las siguientes tres hipótesis de partida:
·La precipitación es uniforme en el espacio y el tiempo.
·Se estima un coeficiente de escorrentía constante para cada tipo de uso de suelo.
·La intensidad de lluvia es la correspondiente a un aguacero de duración igual al
tiempo de concentración de toda la cuenca, toda vez que se considera que esta
duración es la más desfavorable, obteniéndose así el caudal punta.
La formulación para el cálculo de éste caudal punta de aguas pluviales corresponde
al llamado método racional, recogido en el MOPU:
𝑄
𝑙
𝑠
=
𝐼 ∗ 𝐶 ∗ 𝐴
0,36
Donde:
− 𝑄 es el caudal a evacuar para el chubasco de intensidad uniforme correspondiente
al tiempo de concentración.
− 𝐶 es el coeficiente de escorrentía.
− 𝐴 (ha): es la superficie (medida horizontalmente) que recibe la lluvia, es decir, las
subcuencas delimitadas por los imbornales que recogen la escorrentía.
− 𝐼 (mm/h): es la intensidad de lluvia correspondiente a la máxima tormenta para un
periodo de retorno dado y con una duración igual al tiempo de concentración (Tc).
El coeficiente de escorrentía define la proporción de caudal que escurre por la
superficie en relación con el caudal total precipitado, variando su valor según las
características propias de cada zona de la cuenca en estudio, del tipo de superficie:
· Para áreas urbanas, (zona de calles, plazas y edificaciones en altura), se
define un coeficiente de 0,9.
· Para áreas residenciales (zona donde se mezcla de edificación unifamiliar con
jardines), se define un coeficiente de 0,5.
34
Una vez obtenida la intensidad de lluvia, con el área y coeficiente de escorrentía de
cada subcuenca ya se calcula el caudal que éstas aportan en cada nodo de la red de
saneamiento (los denominados pozos principales).
-
8.1.1 Cálculo de la intensidad de lluvia.
Como define el documento del MOPU, “Cálculo hidrometeorológico de caudales
máximos en pequeñas cuencas naturales”, la intensidad media de precipitación 𝐼
correspondiente a un periodo de retorno determinado y a un intervalo de tiempo t, la
obtendremos empleando la siguiente fórmula de J. R. Témez:
𝐼 = 𝐼 ·
𝐼
𝐼
,
,
,
Donde:
·
𝐼
(mm/h): es la Intensidad media correspondiente al intervalo de tiempo t
·
𝐼
(mm/h): es la Intensidad media diaria correspondiente al periodo de retorno
que se considere
·
: es un parámetro que representa la relación entre la intensidad horaria
con la diaria del mismo periodo de retorno (para Sevilla = 8,5)
·
𝑡 (h): intervalo de referencia, que se tomará igual al tiempo de concentración Tc
Por tanto necesitamos los datos de 𝐼 ,
y el
tiempo de concentración.
El valor del término
se obtiene del mapa de isolíneas adjunto en el
documento:
35
Así, se observa que este valor para Salteras, (muy cercano a Sevilla), es
= 8,5.
Para obtener La intensidad media diaria de lluvia 𝐼 , utilizamos de las normas
técnicas de drenaje del Ministerio de Fomento, el documento de “Máximas lluvias
diarias en la España peninsular”.
El método consiste en calcular la precipitación diaria máxima en Salteras, (dato en
mm), basada en el valor medio de la máxima precipitación diaria anual y su variación
según un cierto periodo de retorno, en este caso tomado como T= 25 años.
Por tanto calculamos la precipitación diaria máxima para este periodo de retorno,
llamada P en este caso. Una vez obtenida, esta precipitación diaria máxima P se
reparte en las 24 horas del día para obtener la intensidad máxima diaria 𝐼
, ( 𝑚𝑚
ℎ ).
En el anejo del documento, observando el mapa Hoja 2-5. Sevilla mostrado a
continuación, obtenemos el valor medio de la máxima precipitación diaria anual P y
también el coeficiente de variación 𝐶 .
"P" = 55 (mm/día); 𝐶 = 𝑂, 36
Y con la Tabla 7.1, (pág. 13 documento mostrada a continuación),
con Periodo de
retorno T = 25 años, obtenemos el factor de amplificación 𝑘 en función de 𝐶 .
36
Entonces: 𝑃 = "P" ∗ 𝑘 = 96,085 𝑚𝑚/𝑑í𝑎 .
Finalmente obtenemos la intensidad media diaria: 𝐼
=
= 4
Respecto al tiempo de concentración Tc, es el tiempo que tarda la gota caída en el
punto más alejado de una cuenca en alcanzar la sección en la cual se desea conocer
el caudal.
En este caso el punto donde se desea conocer el caudal es el punto final emisario
de la red de saneamiento de la población, y la cuenca es toda el área de la población
cuya escorrentía recojan los imbornales dispuestos.
El tiempo que tarda la gota caída en el punto más lejano en llegar a nuestro
emisario, escurriendo por la superficie y luego circulando a través de las conducciones
es desconocido antes de calcular, puesto que no sabemos todavía el diámetro ni
caudal de los tramos para saber su velocidad según el diámetro mediante la fórmula
de Manning – Strickler.
Por tanto, el tiempo de concentración de la cuenca se presupone a priori para poder
comenzar y obtener un valor de la intensidad, con la que ya se puede calcular el
caudal de cada subcuenca, los cuales se van sumando a la red en cada punto,
acumulando caudal hasta alcanzar el total en el emisario final.
Para presuponer el tiempo de concentración, establecemos a priori que la gota
escurre hasta un imbornal en 0,05 horas, siendo este el inicio del itinerario de la red
más largo, (3013,26 m), discurriendo por las tuberías hasta el punto final emisario a
una velocidad supuesta de 2,1 m/s.
Con estos tres datos supuestos se obtiene un tiempo de concentración de partida
Tc = 0,44858 horas.
Con estos los caudales provenientes de un tiempo de concentración supuesto, se
procede a dimensionar el diámetro de los tramos y calcular la velocidad, obteniéndose
un resultado del tiempo de concentración de la red/cuenca que difiere del antes
supuesto.
En nuestro caso, en este ramal más largo de la red, se obtiene una velocidad media
menor que la supuesta y por tanto un tiempo de concentración mayor, por lo que con
este dato se debe calcular de nuevo la intensidad de lluvia, ya que, como antes se ha
descrito, es el tiempo de lluvia más desfavorable.
En este caso, al reducirse el tiempo de concentración resulta una intensidad de
lluvia menor que la anterior, lo que reduce los caudales de escorrentía en la misma
proporción, lo que conlleva revisar las dimensiones de las tuberías para cumplir los
parámetros de velocidades o no sobredimensionar en exceso.
37
Al variar los caudales y puede que las secciones si es necesario, se obtiene
nuevamente un valor del tiempo de concentración, este proceso se convierte en
iterativo hasta que la variación entre el tiempo de concentración obtenido respecto al
previamente aplicado sea despreciable.
Con este valor de 𝐼
= 4 mm/h,
= 8,5 y tiempo de concentración Tc = 0,44858 h
(de suponer Vmed = 2,1 m/s), se aplica la fórmula de J. R. Témez, obteniendo una
primera Intensidad de lluvia:
𝐼
= 50 mm/h.
Con este dato, aplicando el método racional a cada subcuenca para obtener los
caudales y dimensionando las conducciones para éstos, se obtiene una velocidad
media en el itinerario de 1,694 m/s, resultando un nuevo Tc = 0,5441 h.
Este nuevo tiempo de concentración, de nuevo mediante la fórmula de J. R. Temez
da lugar a una nueva intensidad de lluvia 𝐼
= 45,6 mm/h, una reducción del 9%
respecto a la de partida que supone la misma reducción en caudales.
Así se revisan y dimensionan las tuberías para cumplir las restricciones según los
nuevos caudales obtenidos, y al comprobar la nueva velocidad media y por tanto
nuevo tiempo de concentración, la reducción de intensidad de lluvia 𝐼
, y por tanto en
los caudales, es del 1,2%, siendo despreciada y finalizando el proceso iterativo.
Por tanto la intensidad de cálculo final es 𝐼
= 45,6 mm/h, un 91% de la intensidad y
por tanto de los caudales supuestos a priori, con la que aplicar el método racional y
obtener el caudal de escorrentía de cada subcuenca.
In document
Developing Secure Business Applications from Secure BPMN Models
(Page 50-62)