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DISEÑO DE UNA RED DE DRENAJE PLUVIAL MEDIANTE EL SOFTWARE DE EPA-SWMM

LICETH CAROLINA BLANCO ALMEIDA OSWALDO HARLEY MONSALVE CELIS YOLMER ARLEY ROMERO PIMIENTO

HIDRÁULICA | PROFESOR: ANDRÉS ALMEYDA

DISEÑO DE UNA RED DE DRENAJE PLUVIAL MEDIANTE EL SOFTWARE DE EPA-SWMM

INTRODUCCIÓN En la búsqueda constante de procesos para poder suplir sus necesidades, el hombre ha desarrollado proyectos que le generen comodidad en su diario vivir. Evidentemente el control de la escorrentía generada por las aguas lluvias en episodios de precipitación ha significado un gran desempeño de la ingeniería. En nuestro país, encontramos aún municipios que no cuentan con redes de drenaje urbano de aguas lluvias e incluso municipios que cuentan con uno, pero con diseños subestimados no aptos para solicitaciones normales. Esta es una problemática generadora de alarmantes sucesos que han terminado en accidentes desastrosos y contratiempos perjudiciales para la población en general. El trabajo a continuación busca de manera académica suplir ésta necesidad básica para controlar el drenaje de aguas lluvia a partir de la representación de la red solución en el programa SWMM para el sector comprendido entre las calles 6-9 y las carreas 22-25 del barrio La Universidad en el municipio de Bucaramanga, de acuerdo a las especificaciones contenidas en el Título D del Reglamento Técnico del sector de agua potable y saneamiento básico RAS 2015.

OBJETIVOS OBJETIVO GENERAL Diseñar el drenaje urbano del sector comprendido entre las calles 6 - 9 y las carreras 22 – 25 en el barrio La Universidad del Área Metropolitana de Bucaramanga con la finalidad de transportar y evacuar los caudales de escorrentía de una forma controlada y segura partiendo de los principios de diseño establecidos en el Título D del Reglamento Técnico del sector de agua potable y saneamiento básico RAS 2015. OBJETIVOS ESPECÍFICOS  Obtener la tormenta de diseño para el área de estudio a parir de datos pluviométricos para el bosquejo de las correspondientes curvas IDF.  Diseñar la red de drenaje con las secciones transversales de máxima eficiencia hidráulica para buscar un óptimo diseño en costos.  Simular el proceso en el programa SWMM y analizar los resultados obtenidos para verificar las especificaciones determinadas en la RAS 2015.

DISEÑO DE UNA RED DE DRENAJE PLUVIAL MEDIANTE EL SOFTWARE DE EPA-SWMM

1. UBICACIÓN DEL PROYECTO El proyecto se desarrolló dentro del Área metropolitana de Bucaramanga, en el barrio La Universidad, entre las calles 6 - 9 y las carreras 22 - 25. La información correspondiente (áreas, longitudes y topografía) se extrajo de los programas Google Mapper, Google Maps y Google Earth.

Figura 1. Terreno de estudio. Vista en planta. Google Maps.

2. SUBCUENCAS

Figura 2. Clasificación de Subcuencas. Vista en planta. Google Earth.

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Las características de la zona de estudio son las siguientes: CUENCA ÁREA (m2) LONGITUD MAYOR (m) PENDIENTE (%) ALTURA (m)

SUB CUENCA

ÁREA (m2)

1 2 3 4 5 6 7 8 9

6701,47 6561,47 6597,05 6985,61 6362,36 6915,91 6932,8 7139,56 7036,21

80992,29 562 2,9 16

COTA COTA ANCHO % ÁREA % ÁREA PENDIENTE SUPERIOR INFERIOR (m) PERMEABLE IMPERMEABLE (%) (m) (m) 11,92 981 974 13,42 86,58 8,67 11,68 977 971 6,99 93,01 3,68 11,74 974 968 4,67 95,33 3,61 12,43 974 967 2,06 97,94 4,07 11,32 977 969 7,89 92,11 4,94 12,31 983 978 1,05 98,95 3,03 12,34 983 979 2,06 97,94 2,38 12,70 979 975 0,93 99,07 2,35 12,52 976 973 0,96 99,04 1,79 3. PARÁMETROS DE DISEÑO

A continuación se presentan las condiciones para la estimación de los parámetros necesarios en el diseño de redes de alcantarillado de aguas lluvias según el Título D del Reglamento técnico del sector de agua potable y saneamiento básico RAS-2015: 

TIEMPO DE CONCENTRACIÓN

Te (min) Tt (min) Tc (min)

10,91 12,49 23,4

 ESTACIÓN PLUVIOMÉTRICA Los datos históricos de precipitación diaria utilizados para el análisis fueron tomados de la estación IDEAM_UIS. Luego de la lectura se determinaron los datos máximos anuales en milímetros, como sigue: 1982 95,20

1983 1984 65,50 84,20

1985 1986 1987 1988 1989 1990 1991 1992 83,70 74,30 71,00 58,8 78,5 86,9 47,6 56,6

1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 48,5 49,9 73,3 63,8 62 60,4 94,2 97 98,5 53,4

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 PERIODO DE RETORNO DE DISEÑO

Figura 3. Periodos de Retorno. RAS-2015  CURVAS DE INTENSIDAD-DURACIÓN-FRECUENCIA El desarrollo de las curvas de Intensidad-Frecuencia-Duración se efectuó mediante una hoja de cálculo diseñada y suministrada para tal fin por el Ingeniero Civil Español Jordi Oliveras a través de su portal HIDROJING.

CURVAS IDF 275,00 250,00 225,00

INTENSIDAD (mm/h)

200,00 175,00

T2 T5 T10 T25 T50 T100 T500

150,00 125,00 100,00 75,00 50,00 25,00 0,00 0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

TIEMPO DE DURACION (min)

Figura 4. Curvas IDF para la estación IDEAM_UIS

60

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4. ANÁLISIS DE PRECIPITACIÓN El tiempo de concentración obtenido (23,4 minutos) es inferior al fijado para el proyecto como 60 minutos, por lo cual, se toma éste último como referencia para el siguiente análisis: Instante Intensidad (min) (mm/h)

5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60

Intensidad Precipitación Intensidad Precipitación Precipitación Parcial acumulada parcial Alternada (mm) Alternada (mm) (mm/h) (mm) (mm)

132,18 86,08 66,98 56,05 48,82 43,61 39,65 36,50 33,93 31,79 29,97 28,40

11,02 14,35 16,74 18,68 20,34 21,81 23,13 24,33 25,45 26,49 27,47 28,40

11,02 3,33 2,40 1,94 1,66 1,46 1,32 1,21 1,12 1,04 0,98 0,93

132,18 39,97 28,77 23,28 19,90 17,57 15,84 14,49 13,41 12,51 11,76 11,12

0,98 1,12 1,32 1,66 2,40 11,02 3,33 1,94 1,46 1,21 1,04 0,93

 HIETOGRAMA (PERIODO DE RETORNO – 5 AÑOS)

60

55

50

45

35 40

30

25

20

15

5

12 10 8 6 4 2 0

10

Precipitación (mm)

H I E TO G R AM A

Tiempo (min)

 DISTRIBUCIÓN DE INTENSIDADES

150,00 100,00 50,00 0,00

5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60

Intensidad (mm/h)

DISTRIBUCIÓN INTENSIDADES

Tiempo (min)

11,76 13,41 15,84 19,90 28,77 132,18 39,97 23,28 17,57 14,49 12,51 11,12

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5. MODELO DE INFILTRACIÓN Y DE LLUVIA ESCORRENTÍA MÉTODO SCS Según antecedentes de la región, los suelos en el municipio de Bucaramanga se aproximan al Grupo C, establecido por el Soil Conservation Service.

Figura 5. Tipo de Suelo. Ven Te Chow. Identificado el grupo de suelo de la zona proyectada, consideramos el uso de tierra para registrar el Número de Curva de escorrentía a partir de la siguiente tabla:

Figura 6. Número de Curva (CN). Ven Te Chow.

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6. DISEÑO RED DE ALCANTARILLADO MODELO EN SWMM

La información tabulada a continuación muestra los parámetros considerados en el diseño definitivo para cada uno de los conductos proyectados. La nomenclatura de los conductos corresponde al tramo de red entre nodos. CAUDAL CAUDAL PENDIENTE MÁX (m3/s) (m/m) (LPS)

DIÁMETRO (m)

DIÁMETRO ASIGNADO (m)

0,0312

0,2533

0,284

0,2769

0,0212

0,3465

0,362

241,32

0,24132

0,043

0,2882

0,327

3,12%

495,52

0,49552

0,0312

0,4008

0,407

L7-10

2,09%

117,58

0,11758

0,0209

0,252

0,284

L6-11

2,04%

116,97

0,11697

0,0204

0,2526

0,284

L5-12

3,09%

107,62

0,10762

0,0309

0,2265

0,284

L4-5

2,13%

736,56

0,73656

0,0213

0,4996

0,595

L4-7

3,07%

1136,37

1,13637

0,0307

0,5489

0,595

CONDUCTO

PENDIENT E (%)

L2-3

3,12%

145,7

0,1457

L3-4

2,12%

276,9

L6-7

4,30%

L5-6

TUBERÍA COMERCIAL PAVCO NOVALOC 315 mm NOVALOC 400 mm NOVALOC 355 mm NOVALOC 450 mm NOVALOC 315 mm NOVALOC 315 mm NOVALOC 315 mm NOVALOC 24" NOVALOC 24"

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7. RESULTADOS ESCORRENTÍA EN LAS SUBCUENCAS

NIVELES EN LOS NODOS

APORTE EN LOS NODOS

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CAUDALES EN LOS CONDUCTOS

CONCLUSIONES  Los caudales de diseño obtenidos a partir de la simulación, presentaron pequeñas magnitudes por lo cual las tuberías necesarias para los conductos de la red no superan las 24 pulgadas.  El diseño de la red se realizó con canales circulares cerrados para buscar la mayor eficiencia en el proyecto como lo enuncian las especificaciones del Título D del Reglamento Técnico del sector de agua potable y saneamiento básico RAS 2015.  La herramienta SWMM nos ofrece una metodología práctica para dar solución a problemas básicos de ingeniería hidráulica como lo fue en este caso de estudio. La consideración de diversos parámetros produce una representación confiable para estos proyectos.  El desarrollo del proyecto significó el uso de varias herramientas informáticas y tecnológicas que claramente optimizaron los recursos de los responsables.

BIBLIOGRAFÍA [1] MINISTERIO DE DESARROLLO ECONOMICO RAS 2015. Reglamento Técnico del Sector de Agua Potable y Saneamiento Básico. [2] VEN TE CHOW, Hidrología aplicada, Mc Graw Hill, 1994 [3] HIDROJING. Blog de consultoría y recursos hidráulicos e hidrológicos. Jordi Oliveras