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• Nisha Nuñez Luque

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DRENAJE URBANO

Un sistema de drenaje urbano debe estar dirigido al logro de unos objetos, es decir, los fines o intenciones hacia las cuales se dirigen las acciones a llevar a cabo.Estos objetivos son dos: uno básico y el otro complementario, tal cual se establece a continuación: 1.Basico.Evitar al máximo posible los daños que las aguas de lluvias puedan ocasionar a las personas y a las propiedades en el medio urbano. 2.Comlementario.Garantizar el normal desenvolvimiento de la vida diaria en las poblaciones, permitiendo un apropiado tráfico de personas y vehículos durante la ocurrencia de precipitaciones.

SISTEMAS DE DRENAJE URBANO. Se entenderá por sistemas de drenaje urbano un conjunto de acciones, materiales o no, destinadas a evitar, en la medida de lo posible, que las aguas pluviales causen daños a las personas o a las propiedades en las ciudades u obstaculicen el normal desenvolvimiento de la vida urbana; es decir, dirigidas al logro de los objetivos establecidos. Dentro del termino “aguas pluviales”quedan comprendidas no solamente las originadas de las precipitaciones que caen directamente sobre las áreas urbanizadas que conforman la población, sino tambien aquellas que se precipiten sobre otras áreas, pero discurran a través de la ciudad bien sea por cauces naturales, conductos artificiales simplemente a lo largo de su superficie.

ACCIONES EN DRENAJE URBANO.

Las acciones a que se refiere la definición de sistema de drenaje urbano, son todas las medidas, materiales o no, que conforman un sistema de drenaje.Estas acciones pueden ser de dos tipos: preventivas, que disminuyen los daños mediante la administración adecuada de los usos de las áreas urbanas potencialmente sujetas a ellos; y correctivas, que alivian esos dañas en las áreas donde medidas de tipo preventivo son insuficientes efectos prácticos, las acciones que impliquen la construcción de una obra hidráulica, u otras cuyas dimensiones y características se modifiquen por razones hidráulicas, son correctivas las restantes se consideran preventivas. Como consecuencia de lo anterior, las acciones correctivas más usuales serán: obras de embalse y regulación; obras de canalización y rectificaciones cauces naturales; obras de conducción, tales como canales y tuberías; y obras conexas, tales como y sumideros, disipadores, alcantarillas, sedimentadores o modificaciones de secciones y trazados en calles y avenidas; y así mismos las acciones preventivas más comunes estarán constituidas por la conservación y protección de las cuencas tributarias, la regulación del uso de la tierra, la regulación de las edificaciones(tales como cotas mínimas o uso de sótanos y plantas bajas), el pronostico de inundaciones; La adquisición de áreas inundables, la educación e información adecuada de los habitantes de la ciudad, y la regulación de los usos de las vías terrestres.

FUNCIONES BÁSICAS Y COMPLEMENTARIAS. La función básica de un sistema de drenajes se define como el conjunto de acciones preventivas y correctivas encaminadas al logro del objetivo básico de un sistema de drenaje. De igual forma, la función complementaria, es el conjunto de acciones preventivas y correctivas encaminadas a satisfacer el objetivo complementario de un sistema de drenajes. Lo anterior significa que las dos fusiones conforman conjuntamente un sistema de drenaje urbano, pues permiten alcanzarlos dos objetivos establecidos.

GRADO DE PROTECCION EN DRENAJE URBANO. Se define el grado de protección como el nivel aceptable de riesgo de ocurrencia de daños o molestias. En consecuencia, existirán básicamente dos grados de protección, uno correspondiente a la función básica y otro a la complementaria, siendo el riesgo en el primer caso menor que en el segundo, por cuanto la protección de las personas y vehículos. A los efectos prácticos, estos grados de protección se traducen en la fijación de la probabilidad de ocurrencia de los escurrimientos, cuyos daños deben ser eliminados, y al establecimientos de los niveles de inundación aceptables.

Se entiende como niveles de inundación aceptables las alturas máximas de agua permitidas en las calles y avenidas, así como en las otras superficies urbanas, fijadas de acuerdo al objetivo perseguido(básico o complementario).

DRENAJES SUPERFICIAL (SECUNDARIO Y PRIMARIO). El drenaje superficial comprende las acciones correctivas constituidas por el conjunto de facilidades naturales y artificiales que conducen al escurrimiento superficial, desde el lugar de caída de las aguas de lluvia hasta su entrada en un cauce natural o en un conducto artificial, disminuyendo las molestias al trafico de personas y vehículos. El drenaje secundario es el conjunto de acciones correctivas, constituidos por el hombre, las cuales permiten garantizar que las aguas no obstaculicen el normal desenvolvimiento del trafico de personas y vehículos en las áreas urbanas. El drenaje primario es el conjunto de acciones correctivas, constituido por los cauces naturales y los conductos artificiales y obras conexas, dirigidas a salvaguardar la vida de las personas y evitar el daño a las propiedades.

En consecuencia, los drenajes superficial y secundario cumplen con la función complementaria, y el primero con la función básica. Sin embargo, en la realidad, los dos primeros tambien contribuyen al logro del objetivo básico, y el primero lo hace igualmente con el complementario. En la practica, lo anterior se traduce en el que el drenaje primario debe ser concebido principalmente en forma tal que, conjuntamente con las acciones preventivas, cumpla con el objetivo básico, comprobándose su funcionamiento para el objetivo complementario; y en el caso de los drenajes superficiales y secundario, al contrario; es decir, cumplir con el objetivo complementario y comprobar para el básico. Una regla practica para distinguir drenaje primario de secundario, seria la siguiente, aplicada al caso de un conjunto artificial, que es el mas común. Si las dimensiones del conducto, establecidas de acuerdo a la función complementaria, permanecen inmodificadas para garantizar el grado de protección requerido en la función básica, el conducto es un drenaje secundario; en caso contrario, si hubiere necesidad de aumentar esas dimensiones para proveer la garantía necesaria, el conducto es un drenaje primario. Debe hacerse notar el hecho de que las características y dimensiones del drenaje superficial, a diferencia de los otros dos, se establecen principalmente por razones diferentes de las del drenaje urbano, como son consideraciones tales como tipo de uso de la tierra, viales, paisajistas o de urbanismo en general. Asimismo, la secuencia del escurrimiento no es necesariamente del drenaje superficial, pues el drenaje secundario puede parcial o totalmente no ser necesario.

PRINCIPIOS Y ESTRATEGIAS Principios. Los principios en los cuales debe basarse la concepción de un sistema de drenaje urbanos decir, los fundamentos que gobiernan las acciones y las diferentes etapas para concretarlas son:

1.Servicio publico. El sistema de drenaje urbano es un servicio publico, y en consecuencia debe ser planificado en beneficio de la colectividad. 2.Planificacion urbana integral. El sistema de drenaje urbano es parte de un complejo mayor, el sistema urbano integral y, en consecuencia, su planificación debe ser coordinada e integrada con la planificación urbana. 3.Planificacion del aprovechamiento de los recursos hidráulicos. El sistema de drenaje urbano es tambien parte del sistema de manejo de los recursos hidráulicos y, en consecuencias planificación debe encajar dentro de la planificación del aprovechamiento de dichos recursos. Particularmente, es importante la coordinación entre el drenaje urbano y el control de inundaciones, en su nivel más amplio. El logro de los objetivos de un sistema de drenaje urbano no debe alcanzarse con la visión restringida a una ciudad, localidad o problema especifico, sino dentro del contexto regional e hidrográfico. Debe tenerse presente que si se alteran las condiciones naturales de las aguas, los espacios que ella originalmente ocuparon serán requeridos posiblemente en otros lugares, lo cual podría significar el traslado del problema. 4.Condiciones sanitarias. En ningún caso un sistema de drenaje urbano puede ocasionar un empeoramiento de las condiciones sanitarias de la población, sino que por el contrario debe mejorarlas. 5.Ecologia.Contribuir al mantenimiento ecológico y ambiental de las ciudades y cuencas hidrográficas adyacentes, tiene especial significado en el proyecto de un sistema de drenaje.

OBJETIVO GENERAL DE LA INVESTIGACIÓN Evaluar el comportamiento y las características generales de un canal de drenaje urbano.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS Determinar el caudal de diseño del canal de drenaje. Calcular la velocidad media del fluido que transporta el canal. Conocer las dimensiones de la sección transversal típica. Determinar de acuerdo al tipo de suelo las características del canal sin revestir. Evaluar el nivel de criticidad del flujo. Obtener las condiciones de movimiento incipiente de las partículas transportadas. Establecer las condiciones de estabilidad en los taludes.

Ubicación del canal en estudio

El canal de drenaje se ubica hacia el noroeste de Ciudad Bolívar entre las cordenadas N895000 – 897500 y E 440000 – 442500 (Mapa 1:25000, realizado por

la CVG, 1995), en la Urbanización Vista Hermosa, más específicamente en la Avenida Rotaria, diagonal a la librería Vista Hermosa.

Características pluviométricas para el canal en estudio El período lluvioso (invierno) abarca de mayo hasta noviembre. El mes más lluvioso se produce durante el mes en que se realizaron los estudios, en junio con 179,01 mm de precipitación. El período seco (verano) se distribuye en los meses de diciembre, enero, febrero, marzo y abril, en donde el mes de febrero es el que registra la pluviosidad más baja del año (11,04mm). Los meses que registran cambios bruscos son diciembre (fin del periodo de invierno) y abril (fin del verano). El canal en estudio recibe una precipitación total media anual de poco más de 1000 mm, esto de acuerdo a la estación climatológica aeropuerto en Ciudad Bolívar.

Instrumentos empleados Eclinómetro: Empleado para determinar la pendiente longitudinal del canal de drenaje, este instrumento aprecia sólo grados, no toma en cuenta minutos ni segundos al momento de la medición. Para una mayor precisión se recomienda utilizar un nivel con mira y aplicar los principios básicos de la nivelación simple, o en su defecto emplear un teodolito. Apreciación del instrumento 1º. Marca: TAMAYA. Cinta métrica: Se utilizó con la finalidad de medir la distancia longitudinal total del canal así como las dimensiones de los taludes y de la base de la sección transversal, la medición puede ser errónea debido a la falta de nivelación o por apreciación del usuario. Se recomienda utilizar una cinta métrica metálica con un nivel de mano. Apreciación  1cm. Clinómetro de Brújula Brunton: Se empleó para medir los ángulos de inclinación o

buzamiento de los taludes del canal, resulta bastante confiable para esta medición, en parte el error depende de la experiencia del usuario. Apreciación 1º. Global Position System “GPS”: Blazer 12. MAGELLAN. Utilizado para determinar las coordernadas UTM y representar gráficamente en 3D el canal en estudio (anexo 7). Al momento de las mediciones disponía de 9 satélites. Error: Norte +314,33; Este +143,47. Inclinómetro. MAYES (LEVEL + ANGLE FINDER): Empleado para medir el ángulo de reposo de la muestra sumergida, extraída de la zona adyacente al canal. Jalón: Empleado como guía al momento de usar el declinómetro. Es importante que este instrumento no presente muestras de “abolladuras” que perjudiquen su verticalidad. Nivel de mano: Utilizado para mantener la verticalidad del jalón al momento de realizar la medición. Nivel de burbuja: Utilizado para nivelar las pescera donde se realizó el ensayo para determinar el ángulo de reposo de la muestra tomada. Recipiente de vidrio “pescera”: Empleada para idealizar las condiciones (material sumergido) a la que puede ser sometida el suelo en caso de presentarse el canal sin revestimiento de concreto. Tamizadora: Empleada para realizar el estudio o análisis granulométrico de la muestra de suelo adyacente al canal. Tamices: nº 10, 18, 35, 60, 120, 200. Empleados en el ensayo de clasificación de la muestra según el sistema unificado de suelos. Se recomienda si se dispone del equipo emplear los tamices 20 y 40 en lugar del 18 y 35. Balanza electrónica: Se empleó para determinar el peso de la muestra y de los

tamices al momento de realizar el ensayo de granulometría. Error 0,001 gramos. Balanza mecánica: Utilizada al momento de realizar los ensayos de determinación de la densidad del agua transportada por el canal y de la densidad del suelo adyacente al canal. Error 0,1 gramos. Se recomienda el uso de la balanza electrónica para mayor certeza del ensayo. Cilindro graduado: Utilizado en el ensayo de medición de densidades. Apreciación 10ml. Capacidad máxima 1000ml. Horno eléctrico: Para secar la muestra de campo hasta lograr desalojar toda el agua que ella contenía en sus poros (humedad 0%) para así llevar a cabo la medición de la densidad del suelo. Tiempo de secado 24h. Palín: Se utilizó para extraer la muestra de suelo que posteriormente se analizó en laboratorio y se determinaron sus propiedades geométricas. Para este fin puede emplearse cualquier otro instrumento. Es importante que se extraiga una cantidad de muestra suficiente para su posterior análisis. Saco: Empleado para contener la muestra y facilitar su traslado hacia el laboratorio.

CÁLCULOS Cálculo del Area transversal total del Canal AT = 0,906 m2 Cálculo de la Velocidad media V= 5,35 m/seg

Cálculo del Tirante de Agua (T) T = 234,22cm = 2,34m Cálculo de la altura del canal (Y) YT = 75,62 cm Cálculo de la criticidad del flujo Fr = 0,35 Cálculo del Caudal total del Canal QT = 4,85 m3 / seg Según el estudio granulométrico realizado a la muestra del suelo que soporta al canal y con la ayuda del Sistema Unificado de Clasificación de Suelos, estamos en presencia de una Arena mal gradada, parcialmente, de grano medio a fino (SP); con poca presencia de finos (Cálculo de la densidad del suelo. Peso de recipiente: 6,7gramos Peso de recipiente + suelo : 306,7gramos Peso de muestra: 300gramos Volumen inicial de agua en cilindro graduado: 800ml Volumen final de agua en cilindro graduado: 920ml Volumen desplazado de agua = volumen de muestra: 120ml Þ = 2,5 gr/ml

Cálculo de la densidad del agua transportada por el canal.

Peso del cilindro graduado: 796gr Volumen empleado de agua transportada por el canal: 800ml

Peso del cilindro graduado + agua: 1716,1gr Peso del agua: (1716,1 – 796)gr = 920,1 gr Þ = 1,15 gr/ml

Determinación de las características geométricas del canal, caudal, velocidad y criticidad del flujo para el canal sin revestimiento. Estabilidad de los taludes mediante el método de la fuerza tractiva.

Pendiente ( S0) = 0,0174 m Diámetro de la Partícula (D50)= 0,32 mm Ø Angulo de fricción interna = 20° Ø Angulo de reposo de la partícula = 23° Densidad del suelo = 2,5 gr/cm3 Densidad del agua + sedimento que fluye por el canal = 1,15 gr/cm3 à 71,79

lb/ft3 Área de captación (A) = 1,87 m2 Perímetro mojado (Pm) = 0,27 m+ 2(2,32 m) = 4,71 m Radio Hidráulico (Rh) = 0,40 m Caudal (Q) = (0,40)2/3 * (1,87m2) * (0,0174 m)1/2 = 6,0869 m3/seg Manning (n) = 0,022 por la tabla . Para canal escavado en tierra, sección uniforme, limpio sin vegetación. Velocidad (V) = 3,255 m/s Numero de Froude (Fr) = = 1,19 “Fr>1 Flujo supercrítico” Área efectiva (Ae) Ø de las partículas (D50)= 0,32 mm Ae= π(0,016)2= 8,040*10-4 cm2 à 8,65 x 10-7 ft2 Volumen de la partícula (Vp) Vp = 4/3 π(0,016 cm)3 = 1,72 x10-5 cm3 Peso de la partícula (W) W= Densidad del suelo x Volumen = 2,5 gr/cm3 (1,72 x10-5 cm3) = 4,29 x 10-5 gr W= 9,45 x 10-8 lb Fuerza tractiva unitaria en el talud (τs) ts = w cos Ø x tan θ x √ 1- Tan2 Ø A Tan2 θ τs= (9,45 x 10-8 lb / 8,65 x 10-7 ft2) x Cos 20° x Tag 23° τs= 2,24 x 10-2 lb/ ft2 Fuerza tractiva unitaria en el lecho (τb) tb = w x tan θ τb = (9,45 x 10-8 lb / 8,65 x 10-7 ft2) x Tan 23º

τb = 4,63 x10-2 lb/ ft2 Relación de fuerza tractiva K = √ 1- sen2 Ø sen2 θ K = √ 1- sen2 20º = 0,4835 sen2 23º Fuerza tractiva máxima unitaria (τ0) τ0 = gw Y So τ0 = 71,79 lb/ft3 x 2,49 ft x 0.0174 τ0 = 3,1103 lb/ft2 Fuerza tractiva unitaria en el talud en término de τ0 τs = K x τ0 = 0,4835 x 3,1103 lb/ft2 τs = 1,50 lb/ft2 τs > τb el canal es inestable

Determinación del movimiento de los sedimentos

Método de Hjoulstrom V = 325 cm/seg Tamaño de la partícula (d50) = 0,32mm De acuerdo al método aplicado de movimiento incipiente de las partículas, los taludes del canal sin revestir de acuerdo a la velocidad y diámetro medio calculados se erosionarían, resultando ineficientes para el fin necesario.

Método de Van Rijn

Por el método de Van Rinj utilizando la grafica de “Iniciación del Movimiento y Suspensión del las Particulas”, que el material constitutivo de los taludes del canal tienden a la erosion e inestabilidad, debido a que se encuentran en la etapa de inicio del movimiento.

CONCLUSIONES

Una vez realizados todos los calculos concernientes a la secciòn del canal de drenaje urbano de la urbanización Vsta Hermosa situado en la avenida Rotaria, se determinó que el canal fue revestido por estar sometido a una velocidad de flujo elevada, lo cual provocaba la erosión de sus paredes en caso de estar desnudo,

adicionalmente por la aplicación del método de fuerza tractiva se determinó que el canal era inestable.

El caudal de diseño del canal es inferior al caudal requerido para el área de captación, es por ello, que en los períodos de lluvia el canal colapsa inundando las áreas circundantes. La causa aparente a este fenómeno radica en el desarrollo urbanístico (disminución de la infiltración) en las áreas aledañas lo que contribuye al aumento de las aguas de escorrentía. En el análisis del canal sin revestir se obtuvo una velocidad de 3,255 m/seg la cual indica que el mismo sufrirá erosión, motivo por el cual en el diseño se planteó el revestimiento la obra.

Aplicando el método de Hjoulstrom para determinar el movimiento incipiente de las partículas, los taludes del canal sin revestir se erosionarían de acuerdo a la velocidad y diámetro medio calculados, resultando ineficientes para el fin necesario. De la misma forma, aplicando el método de Van Rinj se puede apreciar en la grafica de “Iniciación del Movimiento y Suspensión del las Particulas”, que el material constitutivo de los taludes del canal tienden a la erosión e inestabilidad, debido a que se encuentran en la etapa de inicio del movimiento. RECOMENDACIONES Aumentar las dimensiones de los taludes del canal para evitar el desbordamiento de las aguas y poder transportar el caudal exigido. Conscientizar a la población sobre la no depositación de desechos sólidos en el caunce del canal para así mejorar el desempeño del mismo. Debe construirse una obra de captación en la desembocadura del canal para evitar el anegamiento que actualmente ocurre al final del canal (Carcel de Vista Hermosa).

Disminuir la rigurosidad de las paredes del canal para así reducir la erosión del mismo y lograr transportar mayor cantidad de agua por unidad de tiempo. Tratar de controlar las construcciones civiles que se realizan o realizaran en zonas aledañas al canal de drenaje. Realizar un estudio periódico del canal para evaluar su comportamiento futuro. POSTED BY MANUEL HENRIQUEZ AT 9:26 PM 0 COMMENTS

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MANUEL HENRIQUEZ CIUDAD BOLÍVAR, ESTA DO BOLÍVAR, VENEZUELA

Nacido en Ciudad Bolivar, Venezuela. Ingeniero Geologo egresado de la Universidad de Oriente, dedicado a la invesigación geológica VIEW MY COMPLETE PRO FILE

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September 2005

Descripción de SWMM 5 vE

El Stormwater Management Model (modelo de gestión de aguas pluviales) de la EPA (SWMM) es un modelo dinámico de simulación de precipitaciones, que se puede utilizar para un único acontecimiento o para realizar una simulación continua en periodo extendido. El programa permite simular tanto la cantidad como la calidad del agua evacuada, especialmente en alcantarillados urbanos.

SWMM representa el comportamiento de un sistema de drenaje mediante una serie de flujos de agua y materia entre los principales módulos que componen un análisis medioambiental. Estos módulos y sus correspondientes objetos de SWMM son los siguientes: 



El módulo de escorrentía de SWMM funciona con una serie de subcuencas en las cuales cae el agua de lluvia y se genera la escorrentía. El módulo de transporte de SWMM analiza el recorrido de estas aguas a través de un sistema compuesto por tuberías, canales, dispositivos de almacenamiento y tratamiento, bombas y elementos reguladores.



El módulo de calidad permite seguir la evolución de la cantidad y la calidad del agua de escorrentía de cada subcuenca, así como el caudal, el nivel de agua en los pozos o la concentración de un compuesto en cada tubería y canal durante una simulación compuesta por múltiples intervalos de tiempo.

SWMM se desarrolló por primera vez en 1971, habiendo experimentando desde entonces diversas mejoras. La edición actual, que corresponde a la 5ª versión del programa, es un código reescrito completamente a partir de ediciones anteriores. Funcionando bajo Windows, EPA SWMM 5 proporciona un entorno integrado que permite introducir datos de entrada para el área de drenaje, simular el comportamiento hidráulico, estimar la calidad del agua y ver todos estos resultados en una gran variedad de formatos. Entre estos, se pueden incluir mapas de contorno o isolíneas para el área de drenaje, gráficos y tablas de evolución a lo largo del tiempo, diagramas de perfil y análisis estadísticos de frecuencia. La última revisión de SWMM ha sido realizada por la Nacional Risk Management Research Laboratory de Estados Unidos, perteneciente a la agencia para la protección del medio ambiente, contándose con la colaboración de la consultoría CDM,Inc.