Recommendations for Further Research

En el programa SWMM las subcuencas representan áreas de terreno, las cuales al recibir precipitación la convierten en escorrentía o la infiltran, que posteriormente se drena a un punto de descarga. Para la presente investigación las subcuencas representan las cubiertas de las edificaciones. A continuación se explica el procedimiento que se realiza para ingresar las propiedades tanto de los techos convencionales como de los techos verdes.

Teniendo como soporte el plano de la red de alcantarillado pluvial de la zona en estudio (Ver Figura 16. Red de alcantarillado pluvial de la zona de estudio), proporcionado por la empresa de acueducto y alcantarillado de la ciudad de Bogotá, se dibujan las áreas aferentes respeto a los pozos de inspección, los cuales representan los puntos de descarga de la red.

Figura 16. Red de alcantarillado pluvial de la zona de estudio

Fuente: (Acueducto Agua y Alcantarillado de Bogotá, 2014)

Los pozos de inspección están distribuidos a lo largo de las calles que conforman los barrios Chico norte; Chico Norte II Sector; Chico Norte III Sector, de la

localidad de Chapinero, y Santa Bibiana; y El Rincón del Chico de la localidad de Usaquén. Como se explica en la Figura 17. Áreas aferentes de los techos según el punto de descarga, cada uno de los pozos de inspección tiene un área aferente de techos según su ubicación, en los cuales se descarga la escorrentía de los techos generada por las aguas lluvias.

Figura 17. Áreas aferentes de los techos según el punto de descarga

Fuente: Oscar Contreras Bejarano

En el programa SWMM se coloca como fondo de pantalla el plano de la red de alcantarillado pluvial de la zona afectada, con base en esta imagen se dibujan las subcuencas, teniendo en cuenta las propiedades tanto de los techos convencionales como de los techos verdes que se describen a continuación.

 TECHOS CONVENCIONALES

La plataforma SWMM requiere de las siguientes propiedades (Ver Tabla 5. Datos requeridos por SWMM para una subcuenca) para el análisis del modelo:

Tabla 5. Datos requeridos por SWMM para una subcuenca

Fuente: Oscar Contreras Bejarano

El nombre corresponde a cualquier identificación que el usuario desee asignar a la subcuenca, para el modelo realizado, los nombres son los números que corresponden al orden en el que su dibujaron.

Las coordenadas X y Y, se interpretan como la localización en el eje X y Y respectivamente en el plano de trabajo. Los demás parámetros se explican a continuación.

La descripción es un comentario o descripción opcional de la subcuenca, al igual que la marca, la cual es una categoría o clasificación opcional del objeto que se dibuja.

El pluviómetro es un indicador de lluvia, que muestra la intensidad de precipitación en el área afectada. Se debe asignar un pluviómetro a cada una de las subcuencas, dado que estas tienen la función de convertir el agua lluvia en escorrentía y verterlas a los pozos de inspección. Este tema se explicará más adelante.

 DESCARGA

La descarga, es el nudo al cual se conduce la escorrentía generada por la subcuenca. En la Figura 17. Áreas aferentes de los techos según el punto de descarga, se muestra gráficamente este proceso, los círculos en las calles, representan los pozos de inspección en el modelo, y las líneas punteadas corresponden a la descarga de la subcuenca al pozo de inspección correspondiente.

 ÁREA

Corresponde al área de la subcuenca, expresada en hectáreas.

 ANCHO

Es la anchura característica del flujo debido a la escorrentía superficial dada en metros. El ancho se interpreta como la longitud perpendicular del techo por donde fluye el agua lluvia. Las subcuencas en el modelo están conformadas por las cubiertas de las edificaciones que pertenecen a la zona afectada, las cuales poseen un grado de inclinación por el cual fluye la escorrentía generada por las aguas lluvias, la longitud del lado transversal a la dirección del flujo se denomina ancho, como se aprecia en la Figura 17. Áreas aferentes de los techos según el punto de descarga.

Figura 18. Ancho de la subcuenca

 PENDIENTE

Después de ingresar el ancho se debe indicar la pendiente de la superficie del techo, la cual no puede ser “menor al 2%” (Nieto, y otros, 2011). Teniendo en cuenta las características de inclinación de las cubiertas de la zona de afectación (Ver Figura 18. Ancho de la subcuenca), se decide asignar una pendiente promedio en todos los techos del 5%.

Figura 19. Pendiente típica de los tejados de la zona en estudio

Fuente: Oscar Contreras Bejarano

 ÁREA IMPERMEABLE

También se denota el área impermeable, que para el caso de techos convencionales sería del 100%, puesto que la totalidad del caudal de las aguas lluvias, llegan a la calle y posteriormente al alcantarillado pluvial.

 COEFICIENTE n (IMPERMEABLE)

Los techos convencionales se componen de tejas de barro español, fibrocemento, o tejas plásticas. Se realiza una comparación entre los coeficientes n de dichos materiales, con el fin de hallar un valor promedio, puesto que dichos materiales poseen coeficientes similares. Como se aprecia en la Tabla 6. Coeficiente n de Manning, el acero liso, pintado, el cemento tanto pulido como no pulido, la madera cepillada, y la teja de arcilla tienen coeficientes n de Maning que varían desde 0,011 hasta 0,014 con incertidumbres de hasta 0,003. Se toma la decisión de incluir un coeficiente de 0,012 como valor de todos los techos convencionales del área en estudio.

Tabla 6. Coeficiente n de Manning

Fuente: (Universidad de Sevilla, 2007)

 COEFICIENTE n (PERMEABLE)

Al igual que en la zona impermeable, se debe agregar el coeficiente n de Manning para la zona permeable, el cual es cero debido a la carencia de áreas permeables de un techo convencional.

 ALMACENAMIENTO EN DEPRESIÓN IMPERMEABLE

El almacenamiento en depresión es “el máximo almacenamiento en superficie debido a la inundación del terreno, el mojado superficial la superficie del terreno y los caudales interceptados en la escorrentía superficial por irregularidades del terreno” (Agencia de Protección Ambiental, 2005). Para entender mejor este concepto la figura 19 explica los diferentes caudales de salida que se pueden presentar en un terreno, tales como la infiltración, la evaporación y la escorrentía. El parámetro , corresponde al almacenamiento en depresión, el cual para una superficie impermeable contempla valores pequeños en relación con superficies permeables.

Figura 20. Visión conceptual del fenómeno de escorrentía en SWMM

Fuente: (Agencia de Protección Ambiental, 2005)

Los valores recomendados que se dan para el almacenamiento en depresión se presentan en la Tabla 7. Valores típicos de almacenamiento en depresión.

Tabla 7. Valores típicos de almacenamiento en depresión

Fuente: (American Society of Civil Engineers, 1992)

Se asigna un valor de cero para el almacenamiento en depresión de los techos convencionales de la zona afectada, dado que al tener superficies lisas, no hay presencia de láminas de agua acumuladas.

Puesto que se están trabajando superficies impermeables en esta sección no se involucra el almacenamiento en depresión permeable.

 PORCENTAJE DEL ÁREA IMPERMEABLE SIN ALMACENAMIENTO EN

DEPRESIÓN

La totalidad de los techos convencionales carecen de almacenamiento en depresión, por tal motivo, este parámetro se introduce al programa SWMM con un valor del ciento por ciento.

El presente parámetro representa la selección del modelo interno de transporte de la escorrentía entre las áreas permeable e impermeable. Dado que los modelos presentan superficies independientes permeables e impermeables, es decir, las superficies no se combinan, la opción escogida es outlet, puesto que ambas áreas aportan directamente a la descarga sin que el flujo pase de una superficie permeable a una impermeable o viceversa.

 PORCENTAJE DE ESCORRENTIA TRANSPORTADA

Ya que las subcuencas son independientes en cuanto al punto de descarga correspondiente, estas no transportan escorrentía entre sí, por ello el porcentaje de escorrentía transportada entre subáreas es del 0%.

 INFILTRACIÓN

Para la infiltración se define el modelo Green_Amp, cuyos parámetros son: la altura de succión, la conductividad y el déficit inicial, como el área que se está trabajando es un techo convencional, y la infiltración es una propiedad de los techos verdes, este tema se explicará más adelante.

En cuanto a las aguas subterráneas no se realizaron cambios, puesto que es un ítem que no se tiene en cuenta para la presente investigación, al igual que la capa de nieve, los usos del suelo, la acumulación inicial, y la longitud del cauce.

 TECHOS VERDES

Para estos datos, tanto el pluviómetro como la descarga, el área, el ancho, la pendiente, el flujo entre subáreas y el porcentaje de escorrentía transportada entre subáreas se consideran iguales que las introducidas para el techo convencional

 ÁREA IMPERMEABLE

El área impermeable, al tratarse de techos verdes es del 0%, dado que al poseer un sustrato las aguas lluvias se infiltran en la cubierta.

 COEFICIENTE n (IMPERMEABLE)

El valor del coeficiente n de Manning para la zona impermeable es cero, ya que el techo presenta un sustrato.

 COEFICIENTE n (PERMEABLE)

Se debe agregar el coeficiente n de Manning para la zona permeable, el cual se considera como 0,24 por la capa vegetal densa que posee el techo verde, expresado en la Tabla 8. n de Manning.

Tabla 8. n de Manning

Fuente: (Agencia de Protección Ambiental, 2005)

La figura 20 muestra la un ejemplo de una densa población de plantas sedum, las cuales fueron utilizadas en la capa vegetal del prototipo de techo verde.

Figura 21. Plantación densa de sedum

Fuente: (Consulta plantas, 2016)

 ALMACENAMIENTO EN DEPRESIÓN

El almacenamiento en depresión del área permeable se considera de 5 mm (ver tabla 7), correspondiente a pastos y prados según el manual de manejo SWMM.

 ALMACENAMIENTO EN DEPRESIÓN PERMEABLE

El porcentaje de área impermeable que no presenta almacenamiento en depresión es cero, puesto que no se presentan áreas permeables en una cubierta verde.

 PORCENTAJE DEL ÁREA IMPERMEABLE SIN ALMACENAMIENTO EN

DEPRESIÓN

Al tratarse de un techo verde, el área impermeable corresponde a la totalidad de la cubierta, por ende, el porcentaje de área impermeable sin almacenamiento es del 0%, dado que estos tejados no presentan zonas impermeables.

 INFILTRACIÓN

Para la infiltración se define el modelo Green_Amp, cuyos parámetros son: la altura de succión, la conductividad y el déficit inicial. La textura del techo verde se considera como una composición de arena y arena margosa, por lo cual se realiza un promedio en cada uno de los valores de la tabla 9 a ingresar en el programa. La siguiente tabla, establece los valores de K (conductividad hidráulica saturada), Ψ (altura de succión), Φ (porosidad), FC (capacidad del campo), y WP (punto de marchitamiento).

Tabla 9. Características del suelo

Fuente: (Agencia de Protección Ambiental, 2005)

La altura de succión se obtiene mediante la implementación de la ecuación 1.

Para la conductividad del sustrato se ejecuta el mismo procedimiento que con la altura de succión. Se realiza un promedio de los valores dados en la Tabla 9. Características del suelo, y se compara con el resultado obtenido de los ensayos de laboratorio de la impermeabilidad del sustrato.

Los resultados de los ensayos del laboratorio obtenidos para el sustrato de techo verde fueron de:

₍ ) ( ) ( ) La magnitud de _{, se explica en el capítulo 9.}

Se decide optar por un valor de , ya que los resultados son similares.

De esta manera la altura de succión y la conductividad son valores dados en la tabla anterior. En cuanto al déficit inicial, es la diferencia entre la porosidad del suelo y la humedad inicial (punto de marchitamiento).

En la tabla 10 se consignan los valores obtenidos para la infiltración en los techos verdes

Tabla 10. Parámetros de infiltración

Fuente: Oscar Contreras Bejarano