Modulo II: Hidrología Urbana

Transcripción

1 HIDROLOGÍA AVANZADA II Modulo II: Hidrología Urbana Tema 4: Microdrenaje

2 Ejercicio 4 Determinar la capacidad del cordón cuneta y la velocidad del flujo si se requiere que la tormenta de 10 años no sobrepase el cordón ni exceda la ½ del carril exterior, para las 2 configuraciones : a)sección uniforme Ancho de calle: 15,2m 2 carriles de 3,5m en cada sentido Ancho de cuneta: 0,6m Altura de cordón: 0,15m Pendiente transversal de la calle: 2% Pendiente longitudinal de la calle: 1% Coeficiente de Manning 0,016 a)sección compuesta con pendiente de cuneta 12:1

3 Ejercicio 5 En la configuración del ejercicio anterior se añade una reja del tipo P 50 x100 (barra longitudinales espaciadas 48mm y transversales espaciadas 102mm) de dimensiones 0,60 x 0,60. Determinar: 1)La capacidad hidráulica de la reja 2)Si la reja es suficiente para evacuar la tormenta de 10 años sin exceder el criterio de inundación de la IMM, considerando el Q 10 =0.048 m 3 /s 3)Cuál será el ancho de inundación para la tormenta de 100 años cuyo caudal es Q 100 =0.3 m 3 /s

4 Ejercicio 6 En las condiciones del ejercicio anterior, determinar: 1) La captación necesaria para reducir el ancho de inundación de la tormenta de 100 años al admisible según el criterio de la IMM. 2) La captación necesaria para evacuar todo el caudal de la tormenta de 10 años.

5 Captación: Combinadas La combinación de reja y boca de tormenta es una estructura que se recomiendan para los puntos bajos y puede hacerse de dos formas: colocarlarejaentodoellargodelabocadetormenta colocar la reja aguas abajo de la boca de tormenta abarcando una parte del largo Captación combinada Fuente: FHA, 2001

6 Descarga: Tuberías y canales Reciben el caudal de escorrentía interceptado por las estructuras de captación y lo transportan hasta la descarga final del sistema de drenaje. Pueden ser: Tuberías: colectores circulares prefabricados de hormigón, PVC, polietileno de alta densidad (PEAD), PRFV, etc. Incluyen puntos de inspección ubicados en unión de colectores, cambios de sección o pendiente, o cada cierta distancia en caso de tramos rectos. Canales: estructuras abiertas de diferentes secciones(trapezoidal, rectangular) con diferentes revestimientos(hormigón, pasto) que permite la conducción de pluviales. OBS: En general para microdrenaje diseñamos en condiciones de flujo permanente y uniforme. En macrodrenaje se incluyen análisis de almacenamientos que puedan reducir los caudales por efectos del tránsito de la onda de crecida.

7 Descarga: Tuberías Se diseñan para condiciones de flujo uniforme, estacionario y a superficie libre (Manning). Localización entre el eje de la calle y el cordón de la vereda para facilitar su conexión con las estructuras de captación. Sección circular Tirante máximo recomendado en tuberías 80% (DINASA), 85% (IMM) da margen de seguridad por obstrucciones o caudales mayores. Diámetro mínimo para evitar obstrucciones y para mantenimiento: 300 mm Tapada mínima: 0,90 1,0m VelocidadmáximalaIMMrecomienda3m/s(PRFV)a5m/s(PVCyHº) Rugosidad 0,013(IMM)

8 Descarga: Tuberías Localización de puntos de inspección y cámaras de unión: cambios de dirección, cruces de calles, cambios de pendiente o de diámetro. Separación máxima recomendada:

9 Diseño inadecuado de la transición de un canal (Córdoba, Argentina) Fuente: Tucci, 2007

10 Estructuras de infiltración Estanques de infiltración Zanjas de infiltración Pozos de infiltración Pavimentos permeables Dispositivos hidráulicos permeables: entradaspermeablesalareddedrenaje tuberías perforadas en trincheras permeables

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12 Estructuras de infiltración Reciben el caudal de la cuenca de aporte por escorrentía superficial o mediante conducciones, éste se almacena en la estructura y se evacúa por infiltración. El volumen del almacenamiento se calcula como la diferencia entre el afluente y la infiltración y está limitado por el volumen disponible para la estructura. V alm = min ( V ( t) V ( t V ) afl inf ); lim Es necesario considerar diferentes duraciones de tormenta para evaluar la máxima diferencia entre el V afl (t) y el V inf (t), todas mayores al tiempo de concentración de la cuenca de aporte.

13 Estructuras de infiltración El volumen afluente se determina con el caudal del Método Racional aumentado en 25% para considerar precipitación antecedente. El volumen de infiltración depende de la estructura, varía en forma proporcional a la capacidad de infiltración del terreno f (mm/h). Se aconseja considerar un coeficiente de reducción de f por colmatación de la estructura entre 0.5 y 0.75 dependiendo de la calidad del afluente y del mantenimiento de la obra. V alm = min ( V ( t) V ( t V ) afl inf ); lim Cuando el volumen de almacenamiento es igual al volumen limitante, comenzará a descargar un caudal efluente : Q efluente ( t) = V afl ( t) Vinf ( t) t V lim

14 Coeficiente de seguridad para la capacidad de infiltración del terreno de estanques, zanjas o pozos de infiltración (Fuente: DINASA, 2009) No instalar estructuras de infiltración Coeficiente de seguridad para la capacidad de infiltración del terreno de pavimentos porosos o celulares (Fuente: DINASA, 2009)

15 Estructuras de infiltración: Estanques de infiltración Son depósitos de poca profundidad e importante superficie que permiten la infiltración a través del fondo Estanque de infiltración y rebose (DINASA, 2009) Criterios de diseño -Área impermeable de la cuenca de aporte menor al doble del área disponible para el estanque. -Contenido de sólidos sedimentables del área de aporte bajos. -No son recomendables en suelos tipo D según la calificación del SCS. -No recomendables para f< 8mm/h. -Nivel freático ubicado a 1.2m o mas desde el fondo del estanque.

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17 Estructuras de infiltración: Estanques de infiltración El volumen de infiltración V inf (t) en m 3 esta dado por: V inf ( t) = f Cs Ae t Donde f (mm/h) es la capacidad de infiltración, Cs y t (h) son, el coeficiente de seguridad sobre la capacidad de infiltración y la duración de la tormenta respectivamente. Ae es el área del estanque en m 2. La profundidad máxima del agua en el estanque resulta: V h alm = Ae

18 Estructuras de infiltración: Zanja de infiltración Zanja de infiltración (DINASA, 2009) Criterios de diseño -Área de aporte menor a 5há. -Baja pendiente del terreno, sino puede dividirse en tramos. -No son recomendables en suelos tipo C o D según la calificación del SCS. -No recomendables para f< 7mm/h. -Nivel freático ubicado a 1.2m o mas desde el fondo de la zanja. -Contenido de arcilla del suelo menor a 30%.

19 Estructuras de infiltración: Zanja de infiltración En el cálculo del V inf (t) el área de infiltración es el área de la zanja a través de la cual se considera que ocurre infiltración, si el afluente pudiera contener sólidos sedimentables o material fino, se recomienda no considerar a la base de la zanja. Sí la zanja se rellena con piedras porosas de forma de mejorar su estabilidad o permitir otros usos, debe considerarse que el volumen de almacenamiento requerido va a ocupar solamente los huecos entre los granos de la piedra. V = p alm V zanja Siendo p la porosidad de la piedra de relleno que generalmente varía entre 30 y 90 %. Se recomienda que la zanja tenga pendiente longitudinal nula. Si en la dirección longitudinal de la zanja la pendiente del terreno es pronunciada, puede dividirse la zanja en tramos.

20 Zanjas de infiltración, Fuente: DINASA, 2009

21 Estructuras de infiltración: Pozo de infiltración Criterios de diseño -Permeabilidad del suelo > 10-5 m/s. -No recomendables para f< 20mm/h. -Nivel freático ubicado a 1.0 m o mas desde el fondo del pozo. -Contenido de arcilla del suelo menor a 30%. El volumen de infiltración V inf (t) en m 3 esta dado por: V ( t) = 0. f Cs Ainf inf 001 Donde f (mm/h) es la capacidad de infiltración, Cs y t (h) son, el coeficiente de seguridad sobre la capacidad de infiltración y la duración de la tormenta respectivamente. A inf es el área del pozo en la que ocurre infiltración (m 2 ). Sí a lo largo de toda la profundidad del pozo no se atraviesan estratos impermeables, y no se recubre con una camisa, el área de infiltración máxima se determina como: A inf =π D H D y H: diámetro y profundidad del pozo en m El volumen de almacenamiento requerido ocupe los intersticios entre los granos del material poroso dentro del pozo, siendo p la porosidad: V = p alm V pozo t

22 Pozo de infiltración, Fuente: DINASA, 2009

23 Estructuras de infiltración: Pavimentos permeables Pavimentos con menor contenido de arena y fracción fina y mayor espesor de la subbase granular. Menor resistencia. Pavimento permeable Fuente: Tucci, 2007 Deben permitir la infiltración hacia la subbase granular. Porosos (carpeta asfáltica permeable) o celulares (bloques de hormigón o asfalto con junta de arena o pasto)

24 Estructuras de infiltración: Pavimentos permeables Componentes de un pavimento poroso 1-Carpeta de rodado asfáltica, 2-Base o filtro granular graduado, 3-Subbase de material granular grueso como grava, 4-Geotextil, filtro granular o membrana impermeable, 5-Subrasantede suelo inalterado Criterios de diseño -Áreadeaportemenoraldobledeláreadepavimento. -Baja cantidad de partículas en el afluente(evita la colmatación a corto plazo). -Bajo o nulo tránsito de vehículos pesados y bajo tránsito vehicular. -CapacidadsoportedelasubrasanteCBRmayora6ypendientemenora5%. -No recomendables para f< 13mm/h. -Nivel freático ubicado a 0,60 m o mas de profundidad(recomendación 1,20m). -Contenidodearcilladelsuelomenora30%.

25 Estructuras de infiltración: Pavimentos permeables El volumen de almacenamiento requerido del pavimento poroso se materializa en la subbase del pavimento, cuyo espesor(e) se estima como: e = V p alm A Donde p es la porosidad de la subbase en m 3 /m 3, que se recomienda considerar 0.3. El espesor de la subbase debe ser mayor o igual al espesor máximo entre los que resultan del cálculo como estructura de infiltración (criterio hidráulico) y como pavimento (en que son necesarios criterios de resistencia mecánica). Finalmente debe verificarse que el tiempo máximo de vaciado del volumen almacenado en la subbaset m <48hs,calculadocomo: Siendoe s (mm)elespesorfinal t m e p es = Cs f