3 DESIGN INTENT AND METHODOLOGY
3.1 Sampling System Deficiencies
3.1.3.1. Cálculo de la capacidad de la cuneta
El alcantarillado existente cuenta con cunetas de sección tipo triangular con pendiente uniforme o de sección simple.
Ilustración 18: Sección transversal de una cuneta del sector de estudio
Fuente: Propia
(Rodríguez Díaz, 2013) Para una sección triangular sencilla, como es el caso más común de una vía, la ecuación está en función de la lámina de agua “y” y de la geometría de la cuneta; por tanto:
Qs =0.375 n (y) 8/3SO 1/2 Sx Donde:
Qs: caudal de escorrentía sobre la cuneta (m3/s)
n: coeficiente de Manning con valores característicos
SX: pendiente transversal (m/m) = 2% = 0.02
y: profundidad de la lámina de agua (m) = 0.07m
Ilustración 19: Sección de cuneta existente en el sistema de AALL
Fuente: Propia
El coeficiente de rugosidad de Manning de acuerdo a la siguiente tabla para cuneta en concreto liso establece una rugosidad 0.012, adicionalmente se considera 0.004 por la pendiente longitudinal de la vía, teniendo así un coeficiente de 0.016. (Rodríguez Díaz, 2013)
Tabla 9: Coeficiente de rugosidad de Manning para cunetas y pavimentos.
Fuente: (Rodríguez Díaz, 2013)
Elaboración: Leonel Soriano e Iliana Reyes
Una vez establecido el coeficiente de rugosidad y los datos necesarios para la formula se procede a determinar el caudal que circula por la cuneta:
Qs = 0.375 0.016(0.07) 8/3(0.001) 1/2 0.02 = 0.031m 3/s Coeficiente de Manning (n) 0.012 Textura suave 0.013 Textura áspera 0.016 Suave 0.013 Áspero 0.015
Terminado con llana 0.014
Terminado con escoba 0.016
0.02
*Cunetas con pequeñas pendientes longitudinales hasta del 2% están sujetas a la acumulación de sedimentos; para estos casos, los valores de
n indicados anteriormente se deben incrementar entre 0.002 y 0.005 Pavimento rígido
Revestimiento de adoquines
Tipo de cuneta o pavimento
Cuneta en concreto liso Pavimento asfáltico
La capacidad de conducción de la cuneta existente si logra un drenaje adecuado por lo que no se debe cambiar la sección.
3.1.3.2. Cálculo de la capacidad de sumidero
El sector cuenta con dos tipos de sumideros, en la parte de sector amanzanado los sumideros tipo reja o calzada, mientras que en el sector del malecón tiene sumideros tipo ventana o acera.
Ilustración 20: Esquema de sumideros según el sector.
Sumidero tipo reja o calzada (horizontal)
Los sumideros existentes no están directamente sobre la calzada, sino que están en una depresión, por lo que se va a determinar su capacidad utilizando la fórmula de sumidero de rejilla sobre un punto bajo o una depresión.
(Rodríguez Díaz, 2013) Un sumidero de rejilla en una depresión opera como un vertedero bajo una pequeña profundidad. Esta capacidad es estimada por:
Qi = CW∗ Pe(Y + Ys)1.5
Donde:
Qi= caudal que ingresa al sumidero
CW= coeficiente de vertedero según unidades del Sistema Internacional 1.66
Y= altura de la lámina de agua frente a la estructura de entrada
YS= altura de depresión (0.07m)
Pe= perímetro efectivo alrededor del sumidero de rejilla, que se define como:
Pe= (1 − C)P Donde:
C= factor de obstrucción, para rejillas generalmente se considera 0.5 P= perímetro mojado de la rejilla (m)
P = 2(L + W) → Sumidero en sitios sin cordón de andén P = 2W + L → Sumidero en sitios sin cordón de andén
Ilustración 21: Rejilla sin cordón de andén
Fuente: Propia
P = 2(0.6m + 0.4m) = 2m Pe = (1 − 0.5) ∗ 2m = 1m
Las alturas a considerar resultan ser igual a la depresión de la cuneta y la depresión del sumidero con respecto al borde inferior de la cuneta, en el caso más desfavorable,
entonces Y+ YS=0.13m
Qi = 1.66 ∗ 1(0.13)1.5 = 0.0778m3/s
(Rodríguez Díaz, 2013) Cuando en el sumidero de rejilla, la rejilla está sumergida, opera como un orificio; la capacidad de evacuación se puede estimar por la siguiente expresión:
Qi= COAe√2gY Donde:
Co= coeficiente del orificio, para este caso 0.67
Ae= área libre de la rejilla (m2), igual al área total de la rejilla menos el área cubierta
Ae = (1 − C)mWL
m= relación del área de la apertura de la rejilla menos el área de las barras de acero y el área total de la apertura.
m = 0.6 ∗ 0.4 − 0.1021
0.6 ∗ 0.4 = 0.57
Ae = (1 − 0.5) ∗ 0.57 ∗ 0.4 ∗ 0.6 = 0.0684m2
Como en el caso de sumidero con rejilla en depresión, se aplicó una altura de caso extremo de 0.13m, en este caso también se la considerará como la más desfavorable, teniendo así el máximo caudal.
Qi = 0.67Ae√2g(Y + YS)
Qi = 0.67 ∗ 0.0684 ∗ √2 ∗ 9.81 ∗ (0.13)
Qi = 0.0731m3/s
Capacidad de interceptación del sumidero de rejilla: Qa = min (Qi vert , Qi orif)
Qa= Qi orif = 0.073m3/s
Los sumideros existentes en el sector amanzanado soportan la capacidad calculada en las cunetas por lo que no se realizará un cambio de sección, ubicación o tipo de sumidero.
Sumidero lateral o de ventana.
(Rodríguez Díaz, 2013) La longitud requerida de un sumidero lateral Lt para la interceptación completa de un flujo dado QS, en la calle se calcula con la siguiente fórmula empírica:
Lt = KC∗ QS0.42∗ SO0.3(
1 n ∗ Se
Donde:
KC = coeficiente de unidades, para el Sistema Internacional 0.817
n = coeficiente de rugosidad de Manning
Se = pendiente equivalente (m/m), para una cuneta sin depresión Se= Sx
Lt = longitud del sumidero lateral (m), para interceptar el 100% del flujo de la cuneta
So = pendiente longitudinal (m/m) QS = caudal en la calle (m3/s) Lt = 0.817 ∗ (2 ∗ 0.031) ∗ 0.0010.3( 1 0.016 ∗ 0.02) 0.6 = 4m
Ilustración 22: Sumidero lateral del sector de estudio
Fuente: Propia
(Rodríguez Díaz, 2013) La capacidad de un sumidero lateral con una longitud LC,
menor que la longitud Lt, puede ser aproximada por:
Qa = QS(1 − (1 −Le Lt)
Donde:
Qa = capacidad de interceptación del sumidero lateral
Le = longitud efectiva del sumidero lateral, que se calcula como
Le = Lc(1 − C) ; Lc: longitud estándar de un sumidero lateral
Le = 0.5(1 − 0.4) = 0.3m
La capacidad del sumidero lateral en pendiente para una longitud efectiva Le es:
Qa = 2 ∗ 0.031 (1 − (1 −0.3 4 )
1.80
) = 0.0081m3/
Los sumideros de laterales o de acera no abastece el caudal de la cuneta por lo que se opta por un cambio de sumidero, agregándole una rejilla al sumidero existente, para así aumentar su capacidad sin tener que reubicar los sumideros existentes.
3.1.3.3. Análisis de las cámaras de inspección
Una vez concedido el respectivo permiso para la revisión de las cámaras de inspección y con la ayuda de los mismos trabajadores de EPMAPAS Samborondón, se determinó las siguientes características de las cámaras existentes:
Cámara de inspección inicial del tramo A: Dimensiones internas: 1.40m x 1.40m Profundidad: 2.40m
Tirantes: 8pulg(20.32cm) y 12pulg(30.48cm)
Diámetro de colector existente: 1m (a 1.3m de profundidad) Material: hormigón armado
Tapa de hierro fundido con diámetro de 52cm Cámara de inspección inicial del tramo B:
Dimensiones internas: 1.60m x 1.60m Profundidad: 2.40m
Tirantes: 12pulg(30.48cm)
Diámetro de colector existente: 1m (a 1.3m de profundidad) Material: hormigón armado
Tapa de hierro fundido con diámetro de 60cm Cámara de inspección del tramo C:
Dimensiones internas: diámetro=1.80m Profundidad: 2.30m
Tirantes: 8pulg(20.32cm)
Diámetro de colector existente: 1m (a 1.2m de profundidad) Material: hormigón armado
Tapa de hierro fundido con diámetro de 60cm Cámara de inspección del tramo D:
Dimensiones internas: diámetro=1.80m Profundidad: 2.30m
Tirantes: 8pulg(20.32cm)
Diámetro de colector existente: 1m (a 1.2m de profundidad) Material: hormigón armado
Tapa de hierro fundido con diámetro de 60cm