CONCEPTUAL SCHEMA Demographic
SUMMARY, CONCLUSIONS, IMPLICATIONS AND RECOMMENDATIONS In this chapter there is a summary of the study, a presentation of the conclusions with
La recolección y transportación de las aguas lluvias de los Gonzalo Chávez, Las Peñas, Los Almendros y 2 de Febrero, de la Parroquia Anconcito, Cantón Salinas de la Provincia de Santa Elena, se realizará por medio del sistema de alcantarillado pluvial, las cuales serán conducidas a un canal natural existente que se encuentra en el área de estudio (ver figura 21), el mismo que descarga al mar de Punta Carnero.
Figura 21:Canal De Aguas Lluvias
Fuente:Mario Icaza 2016
CAPITULO IV
BASES DEL DISEÑO DE ALCANTARILLADO PLUVIAL
4.1 Alcance del proyecto
Diseñar el sistema de alcantarillado para un área de 13.51 hectáreas que permita la recolección de las aguas provenientes de las precipitaciones pluviales.
Contribuir al saneamiento básico de la población de los Barrios Gonzalo Chávez, Las Peñas, Los Almendros y 2 de Febrero, de la Parroquia Anconcito, Cantón Salinas de la Provincia de Santa Elena.
4.2 Disposiciones generales
La recolección y transportación de las aguas lluvias de los Gonzalo Chávez, Las Peñas, Los Almendros y 2 de Febrero, de la Parroquia Anconcito, Cantón Salinas de la Provincia de Santa Elena, se realizará por medio del sistema de alcantarillado pluvial, las cuales serán conducidas a un canal natural existente que se encuentra en el área de estudio (ver figura 21), el mismo que descarga al mar de Punta Carnero.
Figura 21:Canal De Aguas Lluvias
Fuente:Mario Icaza 2016
CAPITULO IV
BASES DEL DISEÑO DE ALCANTARILLADO PLUVIAL
4.1 Alcance del proyecto
Diseñar el sistema de alcantarillado para un área de 13.51 hectáreas que permita la recolección de las aguas provenientes de las precipitaciones pluviales.
Contribuir al saneamiento básico de la población de los Barrios Gonzalo Chávez, Las Peñas, Los Almendros y 2 de Febrero, de la Parroquia Anconcito, Cantón Salinas de la Provincia de Santa Elena.
4.2 Disposiciones generales
La recolección y transportación de las aguas lluvias de los Gonzalo Chávez, Las Peñas, Los Almendros y 2 de Febrero, de la Parroquia Anconcito, Cantón Salinas de la Provincia de Santa Elena, se realizará por medio del sistema de alcantarillado pluvial, las cuales serán conducidas a un canal natural existente que se encuentra en el área de estudio (ver figura 21), el mismo que descarga al mar de Punta Carnero.
Figura 21:Canal De Aguas Lluvias
4.3 Disposiciones específicas
El sistema de alcantarillado pluvial propuesto y las obras que componen el sistema fueron diseñados para un periodo óptimo.
Se diseñó la red de tuberías y colectores para conducir las aguas lluvias a su descarga, siguiendo las pendientes naturales del terreno.
Las red de tuberías fue diseñada a profundidades adecuadas para trasladar las aguas lluvias de todo el sector.
Cumpliendo las normativas del Instituto Ecuatoriano de Normalización (INEN 1992) y recomendaciones de proveedores de tuberías, se ha diseñado un relleno mínimo de 0.90m sobre el lomo del tubo.
4.4 Bases de diseño
En el diseño del alcantarillado pluvial se tomaron en cuenta varios parámetros, lo que ayudó a evaluar e identificar las cuencas con drenaje natural que poseen Los Barrios Gonzalo Chávez, las Peñas, los Almendro y 2 de Febrero, para plantear los alineamientos del sistema de drenaje pluvial, por esta razón los parámetros de diseño establecidos para este proyecto han sido analizados de tal manera que mantengan una viabilidad técnica y ambiental.
4.4.1 Periodo de diseño.
La definición del parámetro tiene relación con el crecimiento estimado de la población y de la vida útil de los diferentes materiales a usarse en la obra, para que cumpliendo con su objetivo la obra no sufra interrupciones o modificaciones durante todo el periodo de diseño.
Este período, cuando se trata de un sistema de alcantarillado, se adopta tras el estudio de varios factores, tales como:
Vida útil de las unidades constitutivas del sistema.
Facilidades para ejecutar futuras ampliaciones o adecuaciones en las obras.
Capacidad económica, nacional y local.
Fuentes de financiamiento.
Además comprenderá una etapa en la que se concretará la implementación, financiamiento y construcción; posteriormente, se continuará con un tiempo de servicio efectivo del sistema en que en ninguna circunstancia representará un costo excesivamente elevado para el gobierno seccional que lo patrocina, ni para los contribuyentes o usuarios en general, ni tampoco un sub dimensionamiento del sistema que lo vuelva insuficiente en corto tiempo.
En las normas INEN 1992, este tipo de obras se diseñan para períodos mayores a 20 años, pero de acuerdo a experiencias, recomendaciones de tratados especializados y, particularmente, con los criterios actualmente adoptados por organismos crediticios internacionales, se estima apropiado asumir un período de diseño de 20 años, excluyendo de éste, el lapso requerido para los estudios, contratación y construcción del sistema.
4.4.2 Áreas tributarias.
Para determinar las áreas tributarias de los barrios Gonzalo Chávez, Las Peñas, Los Almendros y 2 de Febrero, de la Parroquia Anconcito, Cantón Salinas de la Provincia de Santa Elena, se realizó un diseño siguiendo el canal natural en las zonas altas para eliminar estos canales y evitar la erosión que se genera en ellos y así poder transportar el caudal de aguas lluvias a su respectivo colector, también se consideró el sistema de drenaje del canal natural aguas abajo, ya que de acuerdo a la topografía que conforma el sector las pendientes disminuyen x lo tanto la velocidad también disminuye y se evita la erosión del mismo. Esta información básica para el diseño se presenta en los planos respectivos.
4.4.3 Caudales de diseño.
Para el cálculo del caudal de aportación de aguas lluvias, según lo establece la norma INEN año 1992, se utilizará el método racional para la estimación del escurrimiento superficial en cuencas tributarias con una superficie menor a 5 km2.
Para el caudal de aportación de aguas lluvias se aplicó el método racional cuya fórmula es:
= 2.78
Normas INEN año 1992 (Fórmula método racional para sistemas de Alcantarillado).
Dónde:
Q = Caudal de Aguas lluvia (m3/s).
C = Coeficiente de escurrimiento o impermeabilidad. I = Intensidad de lluvia (mm/h).
A = Área de drenaje o aportación (has).
El método racional asume que:
a) 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 a la alcantarilla, denominándose a este intervalo como tiempo de concentración; y,
b) La máxima cantidad de lluvia ocurre dentro del tiempo de concentración.
4.4.4 Coeficiente de escurrimiento.
El coeficiente de escorrentía es un parámetro básico para el cálculo del sistema de alcantarillado, pues parte del agua que cae de las precipitaciones pluviales no son descargadas al sistema de alcantarillado pluvial, pues depende de las características y condiciones del suelo, para esto se tomó en cuenta varios factores como: la evaporación, infiltración en el suelo, el tipo de superficie, intercepción vegetal, y otras.
En las siguientes tablas establecidas por las normas INEN se encuentra una guía para la selección y cálculo del coeficiente de escorrentía. Este valor depende del tipo de zona en estudio.
Tabla N°8:Valores de c para diversos tipos de superficies
Tipos de Superficies C
Cubierta metálica o teja vidriada 0.95
Pavimentos asfálticos en buenas Condiciones
0.85 a 0.90
Pavimentos de hormigón 0.80 a 0.85
Cubierta con teja ordinaria o Impermeabilizada
0.90
Empedrados (juntas pequeñas) 0.75 a 0.80
Empedrados (juntas ordinarias) 0.40 a 0.50
Pavimentos de macadam 0.25 a 0.60
Superficies no pavimentadas 0.10 a 0.30
Parques y jardines 0.05 a 0.25
Tabla N° 9:Valores medios de coeficientes de escorrentía para distintos tipos de zonas urbanas
Tipos de Zonas C
Zona comercial o densamente poblada 0.70 a 0.90
Zonas adyacentes a las anteriores 0.50 a 0.70
Zonas residenciales de capas separadas 0.25 a 0.50
Zonas suburbanas no desarrolladas Totalmente
0.11 a 0.25
Fuente:Normas INEN 1992. Sistemas de Alcantarillado.
Para la determinación y análisis del coeficiente de escorrentía se elaboró la Tabla N° 10, en la cual se establecen el área y tipos de superficie que posee el sector, asumiendo el desarrollo futuro en el área de estudio. El resultado del coeficiente de escorrentía es de 0.65, el cual podemos observar en la siguiente tabla.
Tabla N° 10:Cálculo del coeficiente de escorrentía C=
Cálculo del coeficiente
Descripción % Material C
Superficies no pavimentadas 0.30 0.25 0.08
Empedrados (juntas ordinarias) 0.08 0.45 0.04
Cubiertas impermeabilizadas 0.12 0.90 0.11
Cubiertas metálicas 0.15 0.95 0.14
Parques y jardines 0.09 0.15 0.01
Pavimento de asfalto 0.26 0.85 0.22
C= 0.60
4.4.5 Intensidad de lluvia.
Para lograr determinar las intensidades de las lluvias que caen sobre la zona en estudio se toma en cuenta la ecuación pluviométrica dada por el Instituto Nacional de Meteorología e Hidrología (INAMHI) de la Estación Meteorológica cercana a la zona de estudio, que se encuentra dentro de la zona 8 determinada por el mapa de zonificación (ver Tabla N°11).
Tabla N°11:Ecuaciones de intensidades zona 8 Ecuador
Ecuaciones obtenidas (zona 8)
= 80.068 . 5 min < < 30
= 351.73 . 30 min < < 1440
Fuente:Inamhi, 1999
Donde:
I = Intensidad de la lluvia (mm/hora).
Id = Intensidad diaria para un TR (mm/hora).
Tr = Tiempo de retorno de la lluvia de mayor intensidad (años).
t = Tiempo de duración de la lluvia (minutos).
En la Figura 22 se muestra el mapa de zonificación hidrológica en el ecuador, en este se muestran las zonas a las que pertenecen cada provincia y según la zona se debe de utilizar las Ecuaciones dadas en el INAMHI en nuestro caso la península de Santa Elena se encuentra en la zona 8, por tal motivo las ecuaciones obtenidas para este sector son las que se encuentran en la tabla 11 (formulas 4.2 y 4.3)
(4.2) (4.3)
Figura 22:Mapa de zonificación hidrológica del Ecuador
Fuente:Inamhi, 1999
4.4.6 Tiempo de concentración (tc).
Se define como tiempo de concentración, para un área de drenaje, el tiempo que tarda una gota de agua en recorrer desde el punto más alejado de dicha área, hasta el punto final de recepción considerado.
Según las normas del INEN, se recomienda valores entre 10 a 30 minutos. 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 recorrido dentro de la misma (t2), de tal forma que:
= +
(4.4)
Figura 22:Mapa de zonificación hidrológica del Ecuador
Fuente:Inamhi, 1999
4.4.6 Tiempo de concentración (tc).
Se define como tiempo de concentración, para un área de drenaje, el tiempo que tarda una gota de agua en recorrer desde el punto más alejado de dicha área, hasta el punto final de recepción considerado.
Según las normas del INEN, se recomienda valores entre 10 a 30 minutos. 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 recorrido dentro de la misma (t2), de tal forma que:
= +
(4.4)
Figura 22:Mapa de zonificación hidrológica del Ecuador
Fuente:Inamhi, 1999
4.4.6 Tiempo de concentración (tc).
Se define como tiempo de concentración, para un área de drenaje, el tiempo que tarda una gota de agua en recorrer desde el punto más alejado de dicha área, hasta el punto final de recepción considerado.
Según las normas del INEN, se recomienda valores entre 10 a 30 minutos. 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 recorrido dentro de la misma (t2), de tal forma que:
= +
De acuerdo a las recomendaciones dadas por la Subsecretaria de Saneamiento Ambiental, en las especificaciones generales para obras de drenaje pluvial urbano, se asume un tiempo mínimo de 15 minutos que proporciona un margen de seguridad al diseño. El tiempo t2 de recorrido en las alcantarillas, se calcula con la expresión:
= ∗
En donde:
L = longitud del tramo de alcantarillado.
v = velocidad de circulación del agua en el tramo respectivo.
Para nuestro diseño tomamos el tiempo de concentración de 15 minutos que la norma INEN recomienda.
4.4.7 Precipitación ( ).
Para el cálculo de la precipitación media máxima diaria, se tomó como referencia los registros de la estación de Santa Elena, que se considera el punto más cercano al proyecto en el sector Gonzalo Chávez, Las Peñas, Los Almendros y 2 de Febrero, y como se había indicado anteriormente, al no tener datos consecutivos suficientes se ha recurrido a las estaciones pluviométricas que se encuentran dentro de la zona 8 clasificada por el INAMHI, según el mapa de isoyetas y ubicación de las estaciones pluviométricas correspondientes.
En la siguiente tabla, se muestran los registros de precipitaciones máximas diarias de diferentes estaciones de los últimos 21 años, para este estudio de tesis se tomaron datos del INAMHI, que considera los años desde 1990 hasta el 2010. Los datos de las máximas lluvias en 24 horas según las estaciones pluviométricas registradas en la investigación realizada según el año son:
Tabla N° 12:Intensidades máximas diarias
INTENSIDADES MÁXIMAS DIARIAS REGISTRADAS (1990 - 2010) EN LAS ESTACIONES METEOROLÓGICAS DEL INAMHI
AÑO
I INTENSIDAD
MAX. DIA ESTACIÓN CÓDIGO INAMHI
1990 6.80 PLAYAS M173 1991 11.20 ANCÓN M174 1992 54.00 ANCÓN M174 1993 18.00 ANCÓN M174 1994 55.50 ANCÓN M174 1995 95.80 ANCÓN M174 1996 30.20 ANCÓN M174 1997 31.00 ANCÓN M174 1998 180.20 ANCÓN M174 1999 147.70 ANCÓN M174 2000 37.50 ANCÓN M174 2001 71.10 PROGRESO M175 2002 112.30 PLAYAS M173 2003 32.70 SANTA ELENA MB06 2004 7.70 SANTA ELENA MB06 2005 6.70 SANTA ELENA MB06 2006 9.00 PLAYAS M173 2007 47.20 PLAYAS M173 2008 101.50 SANTA Elena MB06 2009 10.00 PUNÁ MB09 2010 37.70 SANTA Elena MB06
4.4.8 Distribución de Gumbel.
Para el análisis de la intensidad máxima de lluvia se emplea el
método probabilístico de distribución de Gumbel por medio de la siguiente fórmula:
( ) = ( )
F(x) = frecuencia acumulada
X = valor a asumir por variable aleatoria d y u = parámetros
e = bases de logaritmos neperianos
Datos calculados para la desviación estándar y media muestral:
Tabla N° 13:Cálculo de la desviación estándar y media muestral con datos de intensidad máxima en 24 horas obtenidas del INAMHI
N° AÑO INTENSIDAD MAX. X DÍA (x1) (X1-X)^2
1 1990 6,80 2.094,15 2 1991 11,20 1.710,81 3 1992 54,00 2,07 4 1993 18,00 1.194,53 5 1994 55,50 8,63 6 1995 95,80 1.869,53 7 1996 30,20 500,05 8 1997 31,00 464,92 9 1998 180,20 16.291,48 10 1999 147,70 9.051,26 11 2000 37,50 226,86 12 2001 71,10 343,66 13 2002 112,30 3.568,64 14 2003 32,70 394,50 15 2004 7,70 2.012,59 16 2005 6,70 2.103,31 17 2006 9,00 1.897,64 18 2007 47,20 28,75 19 2008 101,50 2.394,94 20 2009 10,00 1.811,52 21 2010 37,70 220,88 TOTAL 1103,80 48.190,71 48.190,71 48.190,71 Fuente:INAMHI (4.6)
̅ = ° ̅ =1103,821 = 52.562 = ( ( − )− 1 ) . = (48190.71821 − 1 ) . = 49.087 1 = 0.7797 1 = 0.7797 49.087 = 38.271 = ̅ − 0.5772 1 = 49.087 − ( 0.5772 38.271 ) = 31.236
Cálculo del valor de precipitación Idtr (intensidad en un tiempo de retorno) para los diferentes periodos de retorno TR:
= ∗ + = 38.271 0.367 + 31.236 = 45.281 = 1.887 /ℎ (4.7) (4.8) (4.9) (4.10) (4.11)
El valor de la precipitación Idtr para un periodo de retorno de 10 años es de 4,889 mm/h como se puede apreciar en la tabla 14.
Tabla N° 14:Valores Idtr
TR (años) Idtr 2 1.887 5 3.693 10 4.889 25 6.403 50 7.524 100 8.637
Elaboración:Mario Icaza
4.4.9 Periodo de retorno o frecuencia.
Para el cálculo de la cantidad de lluvia que ingresó a las tuberías se seleccionaron varias curvas de intensidad con un periodo de retorno que tome en consideración los posibles daños que se puedan ocasionar a los bienes inmuebles o muebles y a la población en general, si es que la capacidad de la tubería es excedida.
En el siguiente trabajo se hace una revisión bibliográfica de los datos existentes para la zona de estudio, razón por la que se requirió información estadística al INAMHI, en la cual se considera un estudio de las precipitaciones entre el año 1965 a 1999, y se determinó un mapa de precipitación media multianual (mapa de isoyetas), donde se establecen zonas pluvimétricas según la intensidad.
Para el diseño del sistema de drenaje pluvial según las normas INEN el período de retorno mínimo es de 5 años, pero, tomando en cuenta las consideraciones antes mencionadas, el periodo de retorno del diseño de alcantarillado pluvial en el sector de los Barrios Gonzalo Chávez es de 10 años.
4.4.10 Cálculo del periodo de retorno.
A partir de los datos anteriores se procede a calcular, las diferentes intensidades con la ecuación (4.2) obtenida del mapa de zonificación del INAMHI para un periodo de retorno dado 5, 10 , 25, 50 y 100 años y tiempos de concentración cada 5, 10, 20, 60, 120, 360, 720, 1440 minutos.
Tabla N° 15:Intensidades de lluvia
INTENSIDAD DE LLUVIA TR
AÑOS
TIEMPO DE CONCENTRACION (min )
5 10 15 30 60 120 360 720 1440 2 83.52 63.58 54.76 42.42 24.88 14.31 5.96 3.43 1.97 5 163.46 125.55 108.14 83.77 49.14 28.27 11.77 6.77 3.89 10 216.40 164.59 141.76 109.82 65.20 37.51 15.61 8.98 5.17 25 283.41 218.43 188.13 145.74 85.49 49.18 20.47 11.78 6.78 50 331.61 256.89 221.26 171.41 100.55 57.84 24.08 13.85 7.97 100 380.89 295.07 254.14 196.88 115.49 66.44 27.66 15.91 9.15 Fuente:INAMHI
Figura 23:Curva de intensidad y duración.
Fuente:INAMHI. 0,00 50,00 100,00 150,00 200,00 250,00 300,00 350,00 400,00 450,00 5 10 15 30 60 120 360 720 1440 TR 2 AÑOS TR 5 AÑOS TR 10 AÑOS TR 25 AÑOS TR 50 AÑOS TR 100 AÑOS