UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA ACADEMICO PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL DEPARTAMENTO ACADEMICO DE INGENIERIA DE RECURSOS HIDRICOS
DRENAJE PLUVIAL URBANO
M.Cs. Ing. JOSÉ FRANCISCO FRANCISCO HUAMÁN VIDAURRE
CAJAMARCA ABRIL DE 2012
CAPITULO I.
DRENAJE PLUVIAL URBANO
1.1 GENERALIDADES 1.1.1 DEFINICION Conjunto de acciones materiales o no, destinadas a lograr dos objetivos: a) b)
Evit Evitar ar al al máxi máximo mo pos posib ible le los los dañ daños os a per perso sona nass y prop propie ieda dade dess que que las las lluv lluvia iass pued pueden en ocasionar. Garantiar el normal desenvolvimiento desenvolvimiento de la vida diaria.
!entro del t"rmino de aguas pluviales, se incluyen las que se precipitan directamente sobre áreas urbaniadas y aquellas sobre otras áreas, pero que discurren a trav"s de la ciudad. # El D!n"#! S$%!&'('"l : $cciones $cciones constituidas por obras y cauces cauces naturales, conducen conducen a un escurrimie escurrimiento nto super%ici super%icial al &asta &asta una entrada entrada en un cauce cauce natural natural ' arti%icial. arti%icial. !isminuy !isminuyee molestias al trá%ico de personas y ve&(culos. # El D!n"#! S!($n)"'* : $cciones $cciones correctivas constituidas constituidas por conductos y obras conexas conexas construidas por el &ombre. &ombre. ermiten el normal desenvolvimiento desenvolvimiento del trá%ico de personas y ve&(culos en las áreas urbanas. # El D!n"#! P'+"'* : Conjunto de acciones acciones correctivas constituidas constituidas por cauces naturales, conductos arti%iciales y obras conexas. conexas. *alvaguardan la vida de las personas personas y evitan el daño a las propiedades.
1.1.2 PRINCIPIOS : +a concepci'n concepci'n de un sistema sistema de drenaje urbano urbano debe basarse basarse en los siguientes principios: a)
S!,'('* S!,'('* P-l'(* P-l'(*: El siste sistema ma de drena drenaje je urban urbanoo es un serv servic icio io pbli pblico co,, y en consecuencia consecuencia debe ser plani%icado en bene%icio de la colectividad.
b)
Pl"n'&'("('/n $"n" 'n!g"l : El sistema de drenaje drenaje urbano es parte de un complejo complejo mayor, el sistema urbano integral y, en consecuencia, sin plani%icaci'n debe ser coordinada e integrada con la plani%icaci'n urbana.
c)
Pl"n'&'("(' Pl"n'&'("('/n /n "%*,!( "%*,!("+'! "+'!n* n* )! l*s !($s* !($s*ss ')3$l'(* ')3$l'(*ss : El sist sistem emaa de drenaje urbano es tambi"n parte del sistema de manejo de los recursos r ecursos &idráulicos.
d)
C*n)'('*n!s s"n'"'"s : -o se debe debe empeora empeorarr las condi condicio cione ness sanitari sanitarias as de la poblaci'n, sino mejorarlas.
e)
E(*l*g4": Con Contri tribui buirr al mantenim mantenimien iento to ecol'gic ecol'gicoo y ambien ambiental tal de las ciudade ciudadess y cuencas &idrográ%icas adyacentes.
1.1.5 ESTRATEGIAS : Conjunto de medidas medidas destinadas a lograr los objetivos: objetivos:
a)
El"*"('/n )! %l"n!s : En el caso de proyectos proyectos de%initivos. Estos planes deben ser estructurados en armon(a con las autoridades responsables del planeamiento urbano y del aprovec&amiento de los recursos &idráulicos.
b)
E)$("('/n ! 'n&*+"('/n : Consisten Consistente te en la concientia concientiaci'n ci'n de la ciudadan(a ciudadan(a en general sobre la importancia de los drenajes urbanos y sobre la colaboraci'n de los moradores para lograr un buen %uncionamiento de dic&as obras. +a labor in%ormativa debe alcanar a las autoridades y a los pro%esionales proyectistas, lo cual se puede lograr mediante una adecuada di%usi'n de los planes básicos y complementarios. c) C'!'*s )! %l"n'&'("('/n %*!(* : Es %undamental %undamental la %ormulaci'n consistente consistente de criterios generales de plani%icaci'n y proyecto, siendo las autoridades competentes las responsables de %ijar las normas y procedimientos correspondientes. d) In&*+"('/n 3s'(" : Es necesario necesario mejorar mejorar y ampliar la in%ormaci'n in%ormaci'n topográ%i topográ%ica ca e &idromete &idrometeoro oro l'gica, &acer &acer un !iagn'stico !iagn'stico $mbienta $mbientall rbano rbano y presentarl presentarloo en un plano a escala /012333. +a in%ormaci'n Geomor%ol'gico debe contener las clases de suelos urbanos 4rocas, sedimentos, sedimentos, %angos, laderas, laderas, planicies, conos aluviales, lec&os lec&os de r(os y quebradas, etc.)5 condiciones &idrogeol'gicas &idrogeol'gicas 4nivel %reático, aguas termales, poos de agua subterránea, etc.)5 procesos naturales 4escorrent(a super%icial, red de drenaje, drenaje, crecidas crecidas de r(os y queb quebradas radas,, desliamiento desliamientos, s, cárcavas, cárcavas, acumulaci'n acumulaci'n de sedime sedimento ntos, s, etc.)5 etc.)5 descr descripc ipci'n i'n del drenaj drenajee pluvia pluviall urbano urbano 4rejill 4rejillas as,, colec colector tores, es, alcantarillas)5 contaminaci'n del drenaje pluvial4 presencia de basura, aguas servidas, desmontes, sedimentos, sedimentos, etc.)5 la estructura %(sica urbana 4residencias, 4residencias, barrios, pueblos pueblos j'venes, áreas de expansi'n urbana, onas arqueol'gicas, &ospitales, centros educativos, instituciones pblicas, mercados, parques, plaas#jardines, bosques, etc.)5 estaciones &idrometeoro l'gicas.5 in%raestructura vial 4clasi%icaci'n vial, ampliaciones de nuevas v(as, v(as, paraderos de transporte transporte pblico, áreas áreas de estacionamiento, estacionamiento, v(as para bicicletas, cruceros cruceros peatonales, puentes, puentes, etc.). e)
In,!s'g"('/n: !entro de este aspecto, aspecto, la colaboraci'n colaboraci'n de las universidades universidades y de los organ organism ismos os pb pblic licos os y privad privados, os, es indisp indispens ensabl ablee con el prop's prop'sito ito de adelan adelantar tar programas de 6nvestigaci'n de drenaje urbano que permitan desarrollar t"cnicas aplicables a nuestra ona.
1.1.6 ACCIONES : *on todas las medidas, medidas, materiales o no, no, que con%orman un un sistema de drenaje. Estas acciones acciones pueden pueden ser de dos tipos: reventivas y Correctivas. a)
A(('*n!s P!,!n',"s : Constituidas por la conservaci'n conservaci'n y protecci'n protecci'n de las cuencas cuencas tributarias, la regulaci'n del uso de la tierra, la regulaci'n de edi%icaciones 4tales como cotas m(nimas o uso de s'tanos), el pron'stico de inundaciones5 la adquisici'n e in%ormaci'n adecuada de los &abitantes de la ciudad, y la regulaci'n de los usos de las v(as terrestres.
b)
A(('*n!s C*!(',"s : +as más más usuales usuales son: obras de de embalse embalse y regulaci'n5 regulaci'n5 obras obras de canaliaci'n y recti%icaci'n de cauces naturales5 obras de conducci'n, tales como canales y tuber(as5 y obras conexas, tales como sumideros, disipadores, alcantarillas, sedimentadores o modi%icaciones modi%icaciones de secciones secciones y traados en calles y avenidas. avenidas.
1.1.7 GRADOS DE PROTECCI8N EN DRENAJE URBANO : El grado grado de protecci'n
es el nivel aceptable de riesgo riesgo de ocurrencia de daños daños o molestias a los pobladores. pobladores. Existen, por lo tanto, dos grados grados de protecci'n: protecci'n: a)
G")* )! %*!(('/n (*!s%*n)'!n! " l" &$n('/n 3s'(" : +o básico básico,, evita evita al máximo posible los daños que las aguas de lluvia pueden ocasionar a las personas y a las propiedades en la ona urbana.
b)
G")* G")* )! %*! %*!((' (('/n /n (* (*!s !s%*n %*n)'! )'!n! n! " l" &$n('/ &$n('/n n (*+%l (*+%l!+! !+!n" n"'" '" : +o complementario garantia el normal desenvolvimiento de la vida diaria, permitiendo un apropiado trá%ico de personas y ve&(culos durante la ocurrencia de precipitaciones. Entonces Entonces,, el riesgo riesgo en el primer primer caso es menor que en el segundo. segundo. En la práctica, práctica, estos grados de protecci'n se traducen en la %ijaci'n de la probabilidad de ocurrencia de los escurrimientos, cuyos daños deben evitarse, y al establecimiento de los niveles de inundaci'n aceptables. *e entiende como niveles de inundaci'n aceptables a las alturas máximas de agua permitidas en las calles y avenidas, as( como en las otras super%icies urbanas %ijadas de acuerdo al objetivo perseguido 4básico o complementario).
1.2
PLAN LANTEA TEAMIE MIENTO DE DEL DRE DRENAJ NAJE UR URBANO BANO
1.2.1. 1.2.1. PLANIF PLANIFICA ICACIO CION N GENERA GENERAL L Es una estrategia para establecer un proceso que permita integrar y coordinar todos los estudios y análisis necesarios necesarios en las diversas diversas etapas. Esta coordinaci'n coordinaci'n e integraci'n no se re%ieren solamente al drenaje urbano, sino a un marco más amplio, tal como lo es el de la plani%icaci'n urbana y el del aprovec&amiento aprovec&amiento de los recursos &idráulicos. &idráulicos. +os pasos a dar entre el planteamiento inicial del problema y la elaboraci'n %inal de los planos y especi%icaciones especi%icaciones para la construcci'n de un sistema de drenajes, pueden agruparse en dos etapas: a)
Pl"n'&'("('/n G!n!"l .# Conduce a la elaboraci'n de un plan general del sistema de drenaje 4denominado plan maestro en muc&os pa(ses).
b)
Pl"n'&'("('/n )! P*!(*s .# Conduce a la elaboraci'n de toda la documentaci'n necesaria para construir obras espec(%icas 4acciones correctivas).
1.2.1.1. El Pl"n R!(* B3s'(* es un documento que incluye a nivel general las acciones preventivas y correctivas que son necesarias para que el sistema de drenajes de una determinad determinadaa poblaci'n, poblaci'n, o de parte de ella, cumpla con con su %unci'n básica. básica. Constituy Constituyee la primera etapa del proceso. proceso. n',!l g!n!"l g!n!"l7 se re%ie El t"rmino 7n',!l re%iere re a aque aquello llo que que permi permita ta cono conoce cerr las las magn magnitu itude des, s, ubicaciones y áreas tributarias del drenaje primario, y las medidas que deben tomarse para el manejo de las planicies y áreas inundables .
+o ideal es que pueda estudiarse conjuntamente la poblaci'n total bajo análisis y las áreas tributarias totales de los cauces naturales que pasan a trav"s de ellas5 pero es conveniente en la práctica de%inir áreas menores, bajo el criterio de %ijar los l(mites de acuerdo a unidades &idrográ%icas independientes. or otra parte, para cauces naturales, puede decirse que las áreas tributarias del drenaje primario, que unidas con%orman la extensi'n total del plan rector, no deben superar a los e%ectos prácticos, unas 833 &ectáreas aproximadamente. $unque podr(a exigirse un plan rector para cada poblaci'n, en la práctica, si las poblaciones son pequeñas 4extensi'n menor de 833 &ás) el plan rector básico y el plan complementario se realiarán en una sola etapa, salvo en aquellos casos donde la poblaci'n es atravesada por un cauce natural de cierta magnitud. Es aconsejable tener en cuenta, cuando se trate de varias poblaciones pequeñas cercanas dentro de una misma unidad &idrográ%ica, estudiar la posibilidad de elaborar un s'lo plan rector básico.
1.2.1.2. L*s Pl"n!s C*+%l!+!n"'*s consisten en un documento que incluye a nivel general las acciones preventivas y correctivas, que son necesarias para que el sistema de drenaje de un sector de una poblaci'n cumpla con la %unci'n complementaria. El t"rmino 9n',!l g!n!"l 7, corresponde a una de%inici'n tal de las acciones correctivas, que permita conocer las magnitudes, ubicaciones y áreas tributarias del drenaje secundario y las recomendaciones generales re%erentes al drenaje super%icial está prioritariamente ligado a consideraciones consideraciones de tipo urban(stico urban(stico y vial. !e all( que el plan plan complementario complementario solo incluirá recomendaciones recomendaciones generales al respecto. +a extensi'n %(sica de un plan complementario puede ser diversa, pero en cualquier caso debe adoptarse como criterio coincidir coincidir con la uni'n de varias de las áreas áreas tributarias de%inidas en el plan rector básico correspondiente 4podr(a adoptarse un valor de /3 9ás, a t(tulo indicativo, pero analiando cada caso en particular), el plan complementario y el proyecto de%initivo se realiarán en una sola etapa.
1.2.1.5. El P*!(* P*!(* )!&'n'',* es un documento que incluye, a nivel detallado, una o varias acciones correctivas 4se incluyen las acciones preventivas, por cuanto el 7proyecto %inal7 de ellas no es una labor del ingeniero, sino del urbanista, del abogado y de las autoridades competentes) destinadas a cumplir con la %unci'n básica o con la complementaria. El t"rmino 7n',!l )!"ll")* 7 se re%iere a una de%inici'n tal de las acciones correctivas, que permita construirlas adecuadamente. adecuadamente. El proyecto de%initivo puede corresponder al drenaje primario, al secundario o al super%icial 4en el super%icial nicamente en cuanto se re%iere a recomendaciones recomendaciones espec(%icas al urbanista y al ingeniero vial).
1.2.2. CONTENIDO DEL PLAN RECTOR BÁSICO 1.2.2.1 ACCIONES ACCIONES PREVENTIVA PREVENTIVAS : Consisten Consistentes tes en la delimitaci delimitaci'n 'n de las planicies planicies y áreas inundables. inundables. +a extensi'n de estas estas onas dependerá dependerá tanto de la magnitud del gasto de
proyecto de la %unci'n %unci'n básica, como como de las acciones acciones correctivas que se adopten adopten para disminuir esa extensi'n. Existe una diversidad de acciones preventivas, siendo las más comunes: a)
Us* )! l" T'!" .# +as recomendaciones pueden ir desde pro&ibir totalmente la utiliaci'n de esas onas, &asta admitir desarrollos de diversos tipos, escogi"ndose por lo general usos como áreas verdes, parques, o en ltimas instancias aquellos de muy baja densidad de utiliaci'n.
b)
Us* )! !)'&'( !)'&'("(' "('*n! *n!ss ! 'ns"l 'ns"l"(' "('*n! *n!ss . ueden ueden aplicar aplicarse se accio acciones nes preven preventivas tivas,, dirigidas a %ijar normas en la construcci'n y uso de edi%icaciones, tales como: # Cotas m(nimas de la planta in%erior5 es decir, sobre elevar las nuevas edi%icaciones o instalaciones. # +imitar el uso de las plantas plantas in%erior, como como puede ser la eliminaci'n eliminaci'n de s'tanos, s'tanos, o impedir que estos y las plantas bajas sean utiliados como residencia o asiento de equipos costosos o mercanc(a valiosa.
c)
P*n P*n/s /s'(* '(* )! 'n$n)" 'n$n)"('* ('*n!s n!s.# Esto Estoss sist sistem emas as cons consis iste tenn en un con conjunt juntoo de instalaciones &idrometeoro l'gicas y de comunicaci'n que unidos a estudios de la onda de crecida, permitan con su%iciente antelaci'n predecir aproximadamente los niveles que puedan alcanar las aguas, dando lugar as( al desalojo oportuno de las onas a%ectadas.
d)
V4"s T!!s!s .# !ebe &acerse sugerencias respecto al traado de v(as terrestres, e inclusive al uso de ellas como obra de drenaje5 uno puede ser, por ejemplo, la utiliaci'n de una v(a como dique marginal, en cuyo caso la acci'n pasar(a a ser correctiva.
e)
C*ns!,"('/n +"n!n'+'!n* .# *e re%iere a la conservaci'n de cuencas y áreas tributarias en general y al mantenimiento, tanto de los drenajes primarios en s(, como de sus áreas contribuyentes. ambi"n ambi"n se &ace re%orestaci'n y restituci'n de cobertura vegetal, las normas re%erente a explotaci'n de los materiales que con%orman los cauces naturales.
%)
In&*+"('/n.# *e re%iere a suministrar al pblico en general in%ormaci'n su%iciente para &acerlo consciente de la problemática. !e particular inter"s ser(a un adecuado señalamiento de las planicies y áreas inundables y una divulgaci'n apropiada sobre los riesgos involucrados y la importancia del mantenimiento. El sumini suministr stroo de in%orm in%ormaci aci'n 'n deb debee extend extenders ersee a los urban urbanist istas, as, plani% plani%ica icador dores, es, &idráulicos y autoridades competentes.
1.2.2.2. ACCIONES CORRECTIVAS *iempre que los análisis y estudios concluyan que las acciones preventivas no son su%icientes para garantiar los grados de protecci'n indicados para la %unci'n básica, se &ará necesario poner en ejecuci'n ejecuci'n acciones correctivas5 correctivas5 es decir decir de%inir dentro de los planes planes rectores. +as $cciones Correctivas consisten en la elaboraci'n de un plan general del sistema de
drenaje en dos etapas que se indican a continuaci'n: a) b) c) d) e) %)
;ect ;ecti% i%ic icac aci' i'n, n, pro prote tecc cci' i'nn y limp limpie iea a de de cauc cauces es nat natur ural ales es.. Canaliaciones Canaliaciones y diques marginales. marginales.
1.2.5. PLAN COMPLEMENTARIO 1.2.5.1. 1.2.5.1. D!n"#! D!n"#! s$%!&'(' s$%!&'('"l "l .# El plan plan comple compleme menta ntario rio corres correspon pondie diente nte deb debee señal señalar ar recomendaciones que permitan mejorar la e%iciencia de las v(as terrestres como conductoras de agua. agua. Estas Estas recome recomenda ndacio ciones nes ser(a ser(a,, por ejemplo ejemplo:: modi% modi%ica icacio ciones nes de traa traado do o de secciones transversales. revenir la destrucci'n de la cobertura vegetal. >inalmente, deben mostrarse aquellas áreas pblicas, que sean utiliadas para garantiar la retenci'n de las aguas, o al menos el retardo de su movimiento. 1.2.5.2. D!n"#! S!($n)"'* .# El plan debe ser tal que permita conocer aproximadamente el traado de los di%erentes colectores y las dimensiones tentativas de los más importantes. Estos ser(an aquellos aquellos que cumplan con al menos menos una de las tres condiciones condiciones siguientes: tener un área tributaria mayor de 2 &ás., diámetro superior a ?2 cm o capacidad por encima de los / 333 lt0seg. Cuando una parte del área comprendida en el plan respectivo, no tenga urbanismo de%inido, s'lo se mostrará su conexi'n al drenaje del resto.
1.5. VARIABLES DE DISE:O. 1.5.1 INTENSIDAD MA;IMA MEDIA DE PRECIPITACION PLUVIAL
%*"'l')") P<;= )! >$! $n !,!n* (*n %!4*)* %!4*)* )! !*n*?T?"@*s !*n*?T?"@*s $&ora, AC$3l !s l" %*"'l')") *($" "l +!n*s $n" ,! !n N? "@*s B. ara calcular esto, primero se considera la situaci'n de que no ocurra el evento de años en - años. Esto requerir(a una secuencia de %allasD sucesivamente, sucesivamente, de tal manera que: 4 F x cada año durante durante - años ) 4/#p) El complemento de esta situaci'n es el caso requerido, entonces: 4 ≥ x cada cada año durante - años ) / # 4/#p) 4/#p) Como p /0. 4 ≥ x cada cada año durante - años ) / # 4/# /0) -
+a ecuaci'n anterior será el Riesgo de Falla (J), que es la probabilidad de que un evento con período de retorno T años ocurra al menos una vez en N años . +uego tenemos: H / # 4/ # /0) despejando T en %unci'n de J, tenemos: T =
1 1
1 / N
−(1 −J )
*i tomamos a - años como el er(odo de !iseño 4-), que es en s(, la duraci'n o vida til para un determinado proyecto, el cual es %unci'n del aspecto t"cnico, social, econ'mico, etc. al durabilida durabilidadd no es tan %ácil %ijarlo %ijarlo con toda certea, certea, puesto puesto que el proyecto proyecto está sujeto sujeto a riesgos permanentes de %alla, por ocurrencias de descargas mayores a las predic&as.
1.5.1.1 1.5.1.1 VIDA TIL
acilidad de construcci'n y posibilidades de ampliaci'n o sustituci'n • osibilidades de %inanciamiento. • • endencia del crecimiento poblacional • ;entabilidad 1.5.1.2 TIEMPO DE CONCENTRACI8N <(= En el caso del m"todo ;acional 4J C.6.$.), el tiempo de concentraci'n es importante para obtener la intensidad máxima media de las curvas 6ntensidad#>recuencia#!uraci'n. Estas curvas curvas se prepar preparan an &acien &aciendo do un anális análisis is de torme tormenta ntas, s, en caso caso de dispon disponer er regist registros ros pluviográ%icos de un estaci'n representativa para la ona urbana en estudio. El tiempo de concentraci'n para drenaje urbano, puede determinarse con la siguiente %'rmula: t c
=
t cs + t v
donde:
tcs
iem iempo po de conc concen entra traci ci'n 'n de %lujo %lujo supe super%i r%ici cial al..
tv
iemp iempoo de viaje viaje a trav"s trav"s de los los cole colecto ctores res &asta &asta el el punto punto desea deseado. do. *u valo valorr depe depende nde de la velocidad velocidad del agua en los conductos. conductos. En este sentido, sentido, resulta práctico práctico escoger escoger una velocidad media para cada tramo, igual a la de %lujo a secci'n llena, comprobando luego a nivel de proyecto, si ella está dentro de l(mites aceptables de exactitud. En la %igura -K/, la escorrent(a de la ona $ sale por el punto 4 /) y la de la ona L por el punto 41).
+/ $ / L +c
+1
1 >ig. >ig. -M /.# /.# Ge Geom omet etr( r(aa de las las área áreass trib tribut utar aria iass para para dete determ rmin inar ar el tiem tiempo po de concentraci'n en una ona $ sin colector y en una ona L con colector. El tiempo de concentraci'n en el punto 4 1) es el mayor de: /) tcL iempo de concentraci'n concentrac i'n de la ona L. 1) tNcL tc$ O tv/#1 tc$ iempo iempo de de concentr concentraci' aci'nn de la ona ona $ o tiempo tiempo de conce concentrac ntraci'n i'n en el el punto punto 4/) tv/#1 iempo iempo de viaje a trav"s trav"s del colector 4 /)#41)
En el área $ de la >ig.-M/ el el %lujo es s'lo s'lo super%icial super%icial porque no &ay colector. El tiempo de concentraci'n de la ona ona $ se determina para %lujo super%icial, super%icial, pudiendo obtenerse con la F'g. F'g. A"(* A"(* %"" %"" !l (3l($l (3l($l** )!l '!+%* '!+%* )! (*n(! (*n(!n n"(' "('/n /n s$%!& s$%!&'(' '('"l "l %"" %"" &l$#* &l$#* s$%!&'('"l. Es necesario conocer la longitud del tramo o cuadra de calle + /.la pendiente longitudinal */ y el coe%iciente coe%iciente de rugosidad de =anning, n, del área $. El tiempo de concentraci'n de la ona L es super%icial y canaliado. El %lujo es canaliado cuando cuando en la calle se necesit necesitaa coloc colocar ar un colecto colectorr prima primario rio o secund secundari arioo para para evita evitar r desb desbor orde dess o redu reduci cirr el anc& anc&oo de inund inundac aci' i'nn en la call calle. e. En este este caso caso el tiemp tiempoo de concentraci'n es el mayor de los dos casos siguientes: a) tc1 tiempo de concentraci'n concentraci'n del área área L , para para %lujo super%icial. b) tv/#1 iempo de viaje a trav"s del colector 4 /)#41)
F'g. A"( A"(** %"" %"" !l (3l( (3l($l* $l* )!l '!+%* '!+%* )! El tiempo de viaje t v/#1 se obti obtien enee de la F'g. (*n(!n"('/n s$%!&'('"l , %"" &l$#* ("n"l'")* . 1.5.1.5 DESCARGA DE DISE:O <=. Es el valor de la descarga seleccionada con cierto riesgo de %alla en la estimaci'n de dic&a magnitud, de tal modo que la estructura tenga una capacidad que garantice el buen %uncionamiento, durabilidad y el m(nimo costo posible.
El cálculo del caudal se &ace de acuerdo a la %'rmula del m"todo ;acional. Q=
CIA 360
donde: J 6 $ C
Gasto máximo, en m 80s. 6nten 6ntensid sidad ad de de lluvia lluvia,, en mm0& mm0&r. r.,, para para una una durac duraci'n i'n igual igual al al tiempo tiempo de de conce concentr ntraci aci'n 'n t c del área tributaria y para un per(odo de retorno dado. $re $rea tri tribu buta tari ria, a, en &e &ectáre táreas as.. Coe%i oe%iccient ientee de de esc escoorre rrent(a nt(a..
El m"todo ;acional supone que si sobre un área determinada ocurre una precipitaci'n de intensidad uni%orme en el tiempo y en el espacio, llegará un momento en que, la cantidad de agua agua que que cae, cae, equi equiva vale le a la que que sale sale del del área área cole colect ctor ora, a, siem siempr pree y cuan cuando do,, "sta "sta sea sea imperm impermeab eable. le. El tiempo tiempo en el cual cual se alcana alcana la equ equiva ivalen lencia cia se den denomi omina na tiempo tiempo de concentraci'n 4t c). !e acuerdo al %undamento anterior, el m"todo tiene una serie de limitaciones, a saber: a) b) c) d) e)
+a llu lluvi viaa es uni uni%o %orm rmee en el el tiemp tiempo5 o5 es es deci decir, r, su int inten ensi sida dadd es con const stan ante te,, lo cua cual, l, en en la práctica, es s'lo verdad para duraciones duraciones muy cortas. cortas. +a lluvia es uni%orme en el espacio, es decir, tiene la misma intensidad al mismo tiempo tiempo sobre toda el área tributaria tributaria.. Esto es prácticam prácticamente ente válido válido para áreas muy pequeñas. 6gnora el e%ecto de almacenamien iento o retenci'n temporal ral en las super%icies, conductos, cauces, cauces, etc., el cual es mayor mientras menos impermeable sea el área. El coe%ic %icien iente de escorrent(a t(a es constante, lo cual es s'lo cierto rto para área reas impermeables. *upon *uponee que que el gasto gasto calcu calculad ladoo tien tienee la la mism mismaa %rec %recuen uencia cia de la precip precipita itaci' ci'n, n, lo cual cual es es más cierto en áreas impermeables, donde las conducciones previas de &umedad del subsuelo no in%luyen signi%icativamente en la escorrent(a.
+as limitaciones anteriores llevan a la conclusi'n de que la %'rmula racional puede arrojar resu result ltaados dos acep ceptab tables les s'lo s'lo si el área rea es peque equeñña y tie tiene un alto lto porc orcenta entaje je de impermeabilidad, además además el tc es corto. corto. !e all( que no es recomendable su aplicaci'n para para super%icies mayores de 13 &a. P3I P3I urbaniadas, urbaniadas, y tc superiores a /2 minutos. Cuando estas recomendaciones recomendaciones no se observan, la %'rmula %'rmula tiende a dar valores mayores mayores que las reales. En áreas pequeñas con tiempo de concentraci'n menores que 32 minutos, para %ines prácticos se utilia 32 minutos. El tiempo de concentraci'n correspondiente a cada ona de la ciudad, por ejemplo de todo un barrio o un conjunto de mananas, mananas, se determina de %orma análoga. En el punto de uni'n de dos colectores se toma el mayor t c de uno de ellos para continuar continuar con los cálculos.
El tiempo de concentraci'n, t c, as( calculado se utilia como duraci'n de la precipitaci'n para obtener la intensidad de la %amilia de curvas 6ntensidad#>recuencia#!uraci' 6ntensidad#>recuencia#!uraci'n. n.
C*!&'('!n! )! !s(*!n4"
C 1 A1 + C 2 A2 + ...+ C n An A1 + A2 + ...+ An
El valor as( obtenido obtenido equivale al coe%iciente coe%iciente C de la %'rmula ;acional. $L+$ $L+$ -K /. Coe%iciente Coe%iciente de escorrent( escorrent(aa 4 C ) para di%erentes di%erentes caracter( caracter(stica sticass del área de drenaje
ESTADO ACTUAL SIN VEGETACI8N CULTIVOS PASTOS VEGET EGETA ACI8 CI8N LIGERA BOSUES DENSA VEGET EGETA ACI8 CI8N HIERBA GRAMNEA
PENDIENTE DEL TERRENO <= DRENAJE IMPERMEABLE SEMIPERMEABL E PERMEABLE IMPERMEABLE SEMIPERMEABL E PERMEABLE IMPERMEABLE SEMI EMIPERME ERMEAB ABL L E IMPERMEABLE IMPERMEABLE SEMIPERMEABL E PERME ERMEA ABLE BLE IMPERMEABLE SEMIPERMEABL E PERMEABLE
3#2 3.@3 3.23
2#/1 3.@2 3.22
/8#12 3.?3 3.@3
1@#23 3.?2 3.@2
23#?3 3.P3 3.?3
3.83 3.23 3.Q3
3.82 3.22 3.Q2
3.Q3 3.@3 3.23
3.Q2 3.@2 3.22
3.23 3.?3 3.@3
3.13 3.Q2 3.82
3.12 3.23 3.Q3
3.83 3.22 3.Q2
3.82 3.@3 3.23
3.Q3 3.@2 3.22
3./2 3.82 3.12
3.13 3.Q3 3.83
3.12 3.Q2 3.82
3.83 3.23 3.Q3
3.82 3.22 3.Q2
3.32 3.Q3 3.83
3./3 3.Q2 3.82
3./2 3.23 3.Q3
3.13 3.22 3.Q2
3.12 3.@3 3.23
3./3
3./2
3.13
3.12
3.83
>E-E >E-E::
rata ratado do de conse conserva rvaci' ci'nn de de suel suelos os por : 6ng. 6ng. >erná >ernánde nde Cau Cauris ris de Castro Castro..
$L+$ -K1. Coe%iciente de escorrent(a 4 C ) para di%erentes caracter(sticas de super%icie Caracter(sticas de la *uper%icie Rreas desarrolladas $s%áltico Concreto 0ec&o Tonas verdes 4jardines, parques, etc)
eriodo de retorno 4años) 1 2 /3 12 23 3.?8 3.?2
3.?? 3.P3
3.P/ 3.P@ 3.P8 3.PP
/33 23 2 33
3.S3 3.S2 /.33 3.S1 3.S? /.33
Condición pobre (cubierta de pasto menor del 0! del "rea#
lano, 3 U 1 I romedio, 1 U ? I
3.81 3.8?
3.8Q 3.Q3
3.8? 3.Q3 3.Q8 3.Q@
3.QQ 3.Q? 3.2P 3.QS 3.28 3.@/
endiente, superior a ? I
3.Q3
3.Q8
3.Q2 3.QS
3.21 3.22 3.@1
Condición promedio (cubierta de pasto del 0! al $! del "rea#
lano, 3 U 1 I romedio, 1 U ? I endiente, superior a ? I
3.12 3.88 3.8?
3.1P 3.8@ 3.Q3
3.83 3.8Q 3.8P 3.Q1 3.Q1 3.Q@
3.8? 3.Q/ 3.28 3.Q2 3.QS 3.2P 3.QS 3.28 3.@3
Condición buena (cubierta de pasto ma%or del $! del "rea#
lano, 3 U 1 I romedio, 1 U ? I endiente, superior a ? I Rreas no desarrolladas Rrea de cultivos lano, 3 U 1 I romedio, 1 U ? I endiente, superior a ? I astiales lano, 3 U 1 I romedio, 1 U ? I endiente, superior a ? I Losques lano, 3 U 1 I romedio, 1 U ? I endiente, superior a ? I
3.1/ 3.1S 3.8Q
3.18 3.81 3.8?
3.12 3.1S 3.82 3.8S 3.Q3 3.QQ
3.81 3.8@ 3.QS 3.Q1 3.Q@ 3.2@ 3.Q? 3.2/ 3.2P
3.8/ 3.82 3.8S
3.8Q 3.8P 3.Q1
3.8@ 3.Q3 3.Q/ 3.QQ 3.QQ 3.QP
3.Q8 3.Q? 3.2? 3.QP 3.2/ 3.@3 3.2/ 3.2Q 3.@/
3.12 3.88 3.8?
3.1P 3.8@ 3.Q3
3.83 3.8Q 3.8P 3.Q1 3.Q1 3.Q@
3.8? 3.Q/ 3.28 3.Q2 3.QS 3.2P 3.QS 3.28 3.@3
3.11 3.8/ 3.82
3.12 3.8Q 3.8S
3.1P 3.8/ 3.8@ 3.Q3 3.Q/ 3.Q2
3.82 3.8S 3.QP 3.Q8 3.Q? 3.2@ 3.QP 3.21 3.2P
-ota: +os valores de de la tabla son los estándares utiliados utiliados en la ciudad ciudad de $ustin, $ustin, exas exas..
$L+$ -K8. Coe%iciente de escorrent(a 4 C )para onas urbanas
6< !E $;E$ a) Comercial # Centro de ciudad ###################### #################### ## # $lrededores ########################### #################### ####### b) ;esidencial # ni%amiliar ########################### ##################### ###### # =ulti%amiliar separado ################ # =ulti%amiliar agrupados ############### # *ub urbana ############################ ##################### ####### c) 6ndustrial # +iviana ############################### ################## ############# # esada ################################ #################### ############ d)
C 3.?3 a 3.S2 3.23 a 3.?3 3.83 a 3.23 3.Q3 a 3.@3 3.@3 a 3.?2 3.12 a 3.Q3 3.23 a 3.P3 3.@3 a 3.S3 3./3 a 3.12 3.13 a 3.82
6< !E *E;>6C6E a) avimentos # $s%alto o concreto #################### ################### # # +adrillos ############################# ################### ########## b) ec&os ec&os y aoteas aoteas ######################## ##################### ### c) Caminos y grava ######################### d) $reas de suelo arenoso # +lanas 41I) ########################### ################## ######### # =edianas 41 a ?I) ##################### ################### ## # 6nclinadas 4?I o más) ################# e) $reas de suelo pesado # +lanas 41I)############################ 41I)##################### ####### # =edianas 41 a ?I)###################### # 6nclinadas 4?I o más) #################
C 3.?3 a 3.S2 3.?3 a 3.S2 3.?3 a 3.S2 3.83 3.32 a 3./3 3./3 a 3./2 3./2 a 3.13 3./8 a 3./? 3./P a 3.11 3.12 a 3.82
1.5.1.6 TRANSPOSICION TRANSPOSICIO N DE INTENSIDADES INTENSIDAD ES DE PRECIPITACION Cuando se requiera requiera intensidades para una una cuenca sin in%ormaci'n, in%ormaci'n, se puede generar generar a partir de otra que tenga registro de intensidades, con ayuda del análisis dimensional y semejana diná dinámi mica ca55 obte obteni ni"n "ndo dose se una una expr expres esi' i'nn que que rela relaci cion onaa los los prin princi cipa pale less pará paráme metr tros os geomor%ol'gicos y variables &idrol'gicas de las cuencas en cuesti'n. +os parámetros parámetros y variables son: T 6 $ L t
$ltitud media de la cuenca. 6ntensidades de la cuenca. Cuenca con in%ormaci'n. Cuenca sin in%ormaci'n. iempo de duraci'n de la lluvia.
+as variables consideradas son las que in%luyen en el %en'meno de la precipitaci'n sobre una cuenca con con ciertas caracter(sticas de de duraci'n.
VARIABLE $ltitud 6ntensidad iempo
SMBOLO T 6 t
DIMENSI8N + +#/
+a ecuaci'n que se plantea a continuaci'n %ue deducida dimensionalmente a partir de una relaci'n %uncional &omog"nea. +uego tenemos el parámetro adimensional 6, siguiente: ¶ 6Vt0T
9aciendo la semejana dinámica entre cuenca con in%ormaci'n $, y cuenca sin in%ormaci'n L. ¶$ ¶L
6$Vt$ 0T$ 6LVtL 0 TL El tiempo de duraci'n en ambas cuencas es la misma, resultando la ecuaci'n de transposici'n de intensidades siguiente: I B=
I A Z B
Z A
!onde: 6L 6ntensidad generada generada para la cuenca cuenca sin in%ormaci'n in%ormaci'n 6$ 6ntensidad conocida conocida de la cuenca cuenca con in%ormaci'n in%ormaci'n T$ $ltitud media de la cuenca con in%ormaci'n TL $ltitud media de la cuenca sin in%ormaci'n
TABLA TABLA N6. In!ns')")!s In!ns')") !s M!)'"s M3'+"s <++= <++ = )! l" !s"('/n !s"('/n A. K!!"$! UBICADA EN CAJAMARCA-PERU
$+6! : 128@ m. -K años / 1 8 Q 2 @ ? P S /3 // /1
$ño /S?8 /S?Q /S?2 /S?@ /S?? /S?P /S?S /SP3 /SP/ /SP1 /SP8 /SPQ
+$6! : 3?K/3W *; 2 min. /3/ ?8 S3 @P @2 1@ @3 ?8.31 @?.1 PP.1S ?2.8 //1.P
/3 min. ?/ 2P 23 @8 28 1Q @3 @3./ 2Q.P ?2./2 23.Q ?/.P
83 min. 1Q 8Q 1Q 8? 8? 1/ 8P 88.P 1S./8 8?.1 8/.Q 1?.@
@3 min. /Q /P /@ /S 1/ /1 18 1/.3P /2.2Q 18./ 18.?/ /2.@8
/13 min. // /S /3 S // @ /Q S.1P /8.31 /8.1? /8.SS S.P
/8 /Q /2 /@ /? /P /S 13 1/ 11 18 1Q 12 1@ 1?
/SP2 /SP@ /SP? /SPP /SPS /SS3 /SS/ /SS1 /SS8 /SSQ /SS2 /SS@ /SS? /SSP /SSS
2S.8/ PQ.@ ?@ ?3.Q ?8.@ ///.@ P8 2@ 2P S/.QS ?/.// P/.8 P1.1 S1 ?3.P
2Q.Q @2.Q QS.1 21.P Q?.P ?2 ?8 8S 2/ @Q./P [email protected]@ @3.1/ @P./ @@.8Q Q1.P2
12.2@ 83.// 1/.@ 18 1P 8?.SQ Q/ /S 1P [email protected] 1P.@@ 81.QQ 82.3Q Q3.@ 13.32
/Q.? /2.@ /8.1 /8.?S /@ 18 1@ /3 /P /S.3Q /@.?1 /?.PP /?.P@ 1?./ //
P.32 P.18 ?.S2 ?.P2 S.@ /1 /Q 2 /3 /1.S/ S.81 //./1 P.SQ /8.2 Q.QQ
1.5.2 INFORMACION INFORMACIO N DE LA ONA URBANA +a in%ormaci'n se desarrolla en los siguientes aspectos: aspectos: a)
C""s"l.# uesto que la =unicipalidad =unicipalidad es la encargada encargada de plani%icar y controlar el crecimiento urbano de la ciudad, debe tener el plano básico de urbanismo actual y de expansi'n urbana5 &aciendo notar que la escalas pueden ser de /02 333, a /0/ 333, con curvas de nivel cada un metro de equidistancia. or otra parte, en caso excepcional, se puede obtener del =inisterio de $gricultura cartas de catastro rural de la misma ona, a escala /02 333.
b)
H')*g3&'(* .# *e realia el diagn'stico de los cauces naturales que cruan la ona urbana urbana , espec especial ialme mente nte observ observan ando do y midien midiendo do la geome geometr(a tr(a de sus lec&os lec&os,, la contaminaci'n, puntos vulnerables 4por ejemplo reducci'n del cauce en lugares, de emplaamiento de puentes existentes).
c)
Á!"s 'n$n)"l!s .# 9abiendo recorrido las onas de poca pendiente, quebradas que se &an desbordado y áreas de muc&a actividad comercial, se prepara un plano donde se aprecie los lugares que &an su%rido daños por e%ectos de las precipitaciones. ambi"n ambi"n se anotan el anc&o y pendientes transversales de las calles as( como la altura de veredas, especialmente de las más bajas en cada calle5 se registra el tipo de pavimento, la pendiente longitudinal y el tipo de tec&os de la ona en estudio4indicando materiales y estado).
d)
D!n"#! "'&'('"l $"n* .# *e ubican en el plano de la ciudad los canales de regad(o y el sistema de drenaje existente, en caso de que lo &ubiera. *e toman datos de : la geometr(a de las secciones transversales, material de revestimiento y el espesor de la capa de los s'lidos retenidos en los conductos del drenaje.
e)
S!)'+!n*s.# *e extraen muestras muestras de material s'lido de %ondo del lec&o lec&o de los r(os, quebrada, canales canales de regad(o y drenaje urbano, urbano, para determinar su granulometr(a.
En algunas ciudades de la *ierra del er, tal como la Ciudad de Cajamarca, despu"s de cada aguacero aguacero se acumula acumulann los s'lidos en las calles5 calles5 y cuando cuando están secos secos son remo removi vido doss por por el trá% trá%ic icoo ve&i ve&icu cula lar, r, cont contam amin inan ando do el aire aire lo cual cual prov provoc ocaa en%ermedades respiratorias y estomacales. %)
P!4*)* )! !*n* .# uede seleccionarse en %unci'n del uso de la tierra o del tipo de v(a.
El gasto del proyecto es el evento máximo de escurrimiento contra cuyos e%ectos deben evitarse los daños e inconvenientes inconvenientes a que se re%ieren los objetivos. objetivos. or motivo de %acilidad, se expresa el evento máximo señalado señalado por su per(odo de retorno, que es el nmero promedio de años que transcurren para que un evento de ciertas caracter(sticas se repita con igual o mayor mayor magnitud. magnitud. or ejemplo ejemplo si se acepta como como evento máximo máximo el correspon correspondient dientee a un per(odo de retorno de ? años, signi%ica que se está protegiendo contra los e%ectos del gasto que ocurre en promedio cada ? años y que, en consecuencia, cualquier otro evento con una %recuencia menor o sea un mayor per(odo de retorno, si podrá causar daños y molestias.
1.5.2.1 FACTORES DETERMINANTES EN LA SELECCION DEL PERIODO DE RETORNO
F$n('/n.# *i la %unci'n del sistema es básica o complementaria pues la primera se re%iere a daños a personas y propiedades y la segunda a inconvenientes en el trá%ico de personas y ve&(culos. ve&(culos.
b)
Us* )! l" T'!" .# El uso de las áreas a ser protegidas, pues de acuerdo a "l, los daños e inconvenientes pueden ser mayores o menores.
c)
T'%* )! ,4" !!s! .# El tipo de uso de las v(as terrestres, vialidad principal o secundaria, autopistas o carreteras, etc. ya que ello está (ntimamente relacionado con la magnitud de los inconvenientes al tránsito de ve&(culos.
d)
Ins"l"('*n!s !s%!('"l!s .# *eguri *eguridad dad de instal instalaci acione oness especi especiale aless como como son son los cuerpos de bomberos, de polic(a, los &ospitales, etc., dado que este tipo de daños ocasionar(a problemas todav(a mayores en la ciudadan(a.
El m"todo m"todo apropi apropiado ado para para determ determina inarr el per(od per(odoo de retorn retornoo ser(a ser(a evalu evaluar ar la relaci relaci'n 'n bene%icio#costo para di%erentes alternativas de protecci'n. *in embargo, resulta di%icultosa la estima estimaci' ci'nn de bene%ic bene%icios ios para para el %uturo. %uturo. -atura -aturalme lmente nte,, las vidas vidas &umana &umanass deben deben ser protegidas contra todo riesgo, lo cual resulta imposible. Entonces, se ve la necesidad de establecer ciertas reglas basadas exclusivamente exclusivamente en la experiencia y el buen juicio.
1.5.2.2. PERIODO DE RETORNO PARA LA FUNCION BÁSICA +os per(od per(odos os de retorn retornoo selecc seleccion ionad ados os en di%ere di%erente ntess pa(se pa(ses, s, para para la %unci' %unci'nn básica básica o situaciones similares, son sumamente variables, desde una protecci'n absoluta 4estimaci'n del máximo evento posible) &asta 23 y 12 años de per(odos de retorno, dependiendo de la magnitud de la ciudad y de las obras.
En Estados nidos, independiente de otros %actores in%luyentes, se &a extendido la idea de concebir la %unci'n básica con una protecci'n correspondiente a la %recuencia para /33 años. En Europa es variable y &ay casos, como en la ciudad de Xiena, donde se &a trabajado para 233 años. *egn Huan H. Lolinaga 6. recomienda elegir /33 años como el per(odo de retorno del gasto de proyecto que conlleva la %unci'n básica del drenaje urbano, pero dentro del siguiente criterio utiliar prioritariamente las acciones preventivas, disminuyendo as( las costosas acciones correctivas. El anterior criterio tiene un signi%icado muy importante que se debe tener siempre presente que que el gast gastoo de proy proyec ecto to teng tengaa un per( per(od odoo de reto retorn rnoo de /33 /33 años años,, no sign signi% i%ic icaa necesariamente que la obra a construir 4acci'n correctiva) tenga una capacidad equivalente a ese gasto, sino al contrario, se propicia que se utilicen acciones preventivas que permitan reducir esa capacidad. +as instalaciones de tipo estrat"gico, tales como las de seguridad nacional y de uso militar, las de generaci'n y transmisi'n de energ(a el"ctrica, las plantas de tratamiento de aguas las estaciones centrales de telecomunicaciones, estaciones de bomberos, &ospitales y cualquier otra instalaci'n de importancia vital para una ciudad, se deben proteger para un evento de per(odo de retorno no menos de 233 años. Esta protecci'n que signi%ica una probabilidad de ocurrencia 4>) de solo 3.1I puede ser tan sencilla como aumentar la cota m(nima de las edi%icaciones nuevas5 en el caso de que ellas existen, construir pequeños muros de protecci'n o no usar las plantas in%eriores para equipos que sean vitales en el %uncionamiento de la instalaci'n.
1.5.2.5. PERODO DE RETORNO PARA PARA LA FUNCI8N COMPLEMENTARIA COMPLEME NTARIA +os +os conc concep epto toss anal anali iad ados os para para la %unc %unci' i'nn bási básica ca son son igua igualm lmen ente te váli válido doss para para la complementaria5 la nica di%erencia radica en que se puede aceptar un riesgo mayor en materia de garantiar el tránsito de personas y ve&(culos. En las siguientes tablas se indican los per(odos de retorno recomendables, en %unci'n del uso de la tierra y del tipo de v(a terrestre.
TABLA N7. P!4*)* )! R!*n* s!g-n $s* )!l s$!l* 6< !E *< a) Tonas de actividad b) Tonas de actividad actividad industrial c) Tonas de edi%icios pblicos d) Tonas residenciales multi%amiliares de alta densidad e) Tonas residenciales uni%amiliares y multi%amiliares de baja densidad. %) Tonas recreativas de alto valor e intenso uso por el pblico. g)
4$ños) /3 /3 /3 32 31 31 3/
Esta tabla debe emplearse con %lexibilidad, pues su aplicaci'n estricta en cuanto a usos puede
llevar a una sub divisi'n excesiva de las áreas urbanas, y complicar innecesaria#mente la %ijaci' %ijaci'nn de los per(o per(odos dos de retorno. retorno. or or ello, ello, cuando cuando se mencio mencione ne el tipo tipo de uso, debe ente entend nder erse se el domi domina nant ntee e el área área no exis exista ta uso uso pred predom omin inan ante te,, se pued puedee toma tomar r conservadoramente conservadoramente el de mayor per(odo de retorno.
TABLA TABLA N. T'%* )! ,4" P!4*)* )! R!*n* +4n'+* 6< !E X6$
4$ños)
X6$+6!$! $;E;6$+ $utopistas urbanas y avenidas que garantian la Comunicaci'n básica de la ciudad.
/3
X6$+6!$! !6*;6L6!<;$ X(as que distribuyen el trá%ico proveniente de la vialidad arterial o que la alimentan.
32
X6$+6!$! +unci'n Lásica un m(nimo de 12 años y un máximo de 23 años. tiliándose el máximo para cursos naturales con riesgos de desbordes y que a%ecten las viviendas ubicadas cerca de las riberas con topogra%(a relativamente plana. E l valor m(nimo se recomienda para cauces naturales que cruan onas perimetrales de la ciudad. ara la %unci'n complementaria depende de la caracter(stica de la ona urbana. En la ona monumental y onas con elevada concurrencia de personas 4mercados, o%icinas pblicas, centros educativos) se sugiere /3 años. En onas residenciales con topogra%(a relativamente plana, ? años5 en barrios populares con con topogra%(a cuya pendiente máxima máxima sea de 8I, 2 años. En onas con drenaje rápido 4pendientes superiores a 8I) y reducida existencia de viviendas 4 ona de expansi'n urbana), 8 años.
1.5.5. CÁLCULO DE LOS CAUDALES
na ona urbana tiene tres áreas caracter(sticas, la ona monumental, la ona moderna y la ona de expansi'n urbana. Cualquiera de ellas o todas pueden ser atravesadas por cauces naturales 4r(os, quebradas) u obras de riego r iego 4canales). Es necesario disponer disponer de un plano catastral o de mananeo, a curvas curvas de nivel, elaborado por el =unicipio que rige la ciudad. Esto permite calcular áreas y pendientes. Con la %inalidad de aplicar el m"todo ;acional para el cálculo de los caudales de las áreas tributarias, se requiere subdividir las mananas en áreas más pequeñas con el requisito de que cada área colinde con una v(a peatonal o ve&icular. El m"todo para determinar las áreas tributarias consiste en traar bisectrices en las esquinas de las mananas y prolongándolas &asta que se intercepten al interior de ellas. ara %acilitar el traado se utilian como l(mite los ejes de las calles. na ve delimitadas las áreas se indica el sentido del %lujo en todas las calles, utiliando %lec&as.
38
2 1
(30)
22
23
(31)
24
(32)
49
39 51
50
40
25
(67)
(66)
;(o >ig -M 1.# !elimitaci'n de áreas tributarias y sentido de %lujo / : -mero de área tributaria 483): -mero de punto de descarga
1.5.5.1 AREAS TRIBUTARIAS TRIBUTARIAS
(65)
+as áreas áreas tributa tributaria riass $i son pol(go pol(gonos nos cerrado cerrados, s, en cuyo interi interior or se mide mide la distan distancia cia recorrida del %lujo y su pendiente 4de la cuadra) y se estima la rugosidad de =anning 4segn las caracter(sticas de las edi%icaciones y uso del suelo)5 %actores que permiten estimar el F'g. A"(* "(* %"" %"" !l (3l (3l($ ($l* l* )!l )!l '! '!+%* +%* )! tiempo tiempo de con concen centra traci' ci'n, n, utili utiliand andoo la F'g. (*n(!n"('/n s$%!&'('"l . Como ilustraci' ilustraci'nn se presenta presenta un ejemplo basado basado en la >ig. -M 1, de la cual se obtiene obtiene los parámetros utiliados en el cálculo de los tiempos de concentraci'n concentraci'n para cada área tributaria $i.
TABLA TABLA N . T'!+%*s )! (*n(!n"('/n %"" l"s A!"s A!"s )! l" F'g. N2 i -M /
$i 4&a) 3.81
+i 4m) ?3
*i 4I) Q.1
ni ;ugosidad 3.32
t ci 4min) 2.2
1
3.12
@3
8.2
3.32
2.8
11
3.8/
22
3.2
3.32
@.8
18
3.QQ
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3.2
3.32
P.3
1Q
3./S
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3.?
3.32
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3./?
22
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Q3
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2.?
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@3
8.2
3.32
Q.P42.3) V
23
3./@
22
/.1
3.32
@.8
2/
3./Q
23
3.8
3.32
P.2
V $ criterio criterio se tom' como como valor m(nimo m(nimo del tiempo tiempo de concen concentra traci' ci'nn 2 minutos5 minutos5 sin embargo, embargo, la norma legal legal <*.3@3 <*.3@3 !renaje !renaje luvial rbano rbano del er estipula un tiempo de concentraci'n m(nimo de /3 minutos. En relaci'n al coe%iciente de rugosidad rugosidad de =anning, para un área de drenaje de la ciudad de Cajamarca, se considera considera a criterio, n3.32 debido a que la mayor(a de sus sus edi%icaciones son son de dos pisos, con áreas libres menores del 83I 4jardines y pasadios pavimentados), con tec&os cubiertos con calamina y teja. El tiempo de concentraci'n de la tabla -M?, para cada área tributaria se &a obtenido consid con sidera erando ndo solame solamente nte %lujo super%ic super%icial ial55 pue puess an an no se sabe sabe d'n d'nde de se ubicarán ubicarán los colectores de ser necesarios. al situaci'n se sabrá en el momento de &allar l" ("%"(')") de cada calle.
1.5.5. 1.5.5.22
CAUDAL CAUDALES ES ACUM ACUMULA ULADOS DOS EN PUNT PUNTOS OS DE DESC DESCARG ARGA A ÁRE ÁREAS AS TRIBUTARIAS
*e llama %$n* )! )!s("g" a la intersecci'n de los ejes de las calles. En dic&os puntos se consideran caudales acumulados concurrentes concurrentes que llegan y que pasan. *e denomina denomina ("$)"l "($+$l")* !n %$n* )! )!s("g" a los cauda caudales les acumul acumulados ados que concurren a dic&o punto que ll!g"n y s"l!n del mismo. *e denomina ("$)"l "($+$l")* )! $n 3!" '$"'" , "', a la suma suma del del cauda caudall de la propia $rea ributaria, ributaria, Ji, más el caudal que ingresa por la calle a dic&a área, $i, proveniente de las las áreas de aguas aguas arriba. revia reviamen mente te al cálcu cálculo lo en los puntos puntos de descar descarga ga se calcula calcula el cauda caudall ' de cada cada área área tributaria $i5 es decir sin tomar en cuenta an el caudal proveniente de las áreas de aguas arriba.
TABLA TABLA N. C"$)"l!s '
3.P2
P1
3.12
3.32
11
3.P2
??
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3.3@
18
3.P2
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3.QQ
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3.3Q
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P3
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3.P2
P2
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3.3?
23
3.P2
??
3./@
3.38
2/
3.P2
?3
3./Q
3.31
Es probable que en una intersecci'n de dos calles concurran los caudales segn los casos siguientes:
a) +lega +lega un cauda caudall acumula acumulado do J/ por una una calle calle con pendi pendien ente te mayor mayor que de la calle calle transversal, y un caudal acumulado J1 por la calle de menor pendiente. En este caso el 83I de J/ O J1 pasa en direcci'n direcci'n de de la calle con con mayor mayor pendiente pendiente y el ?3I de de J/ O J1 pasa en direcci'n de la transversal. Xer Xer >ig. -K 8a Q1
Q2
0.7(Q1+Q2)
0.3(Q1+Q2)
>ig. -M 8a b) +lega un caudal J/ acumulado por una calle divisoria. En este caso el 83I de J/ pasa de %rente, el ?3I de J/ se va por la transversal 4se supone en ambos sentidos). Xer >ig.-K 8b. Q1
0.7Q1
0.7Q1
0.3Q1
>ig. -M 8b c) +legan +legan J/, J1 y J8 . En este este caso caso el caudal caudal que pasa es la suma de los los tres caudales caudales.. Xer >ig. -K 8c. Q1
Q2
Q3
(Q1+Q2+Q3)
>ig. -M 8c
TABLA TABLA NQ. C"$)"l!s !n P$n*s )! D!s("g" )! l" F'g. NQ 2 -M Caud Caudal al acum acumul ulad adoo Caud Caudal al acum acumul ulad adoo Caud Caudal al acum acumul ulad adoo unto que ll!g" que s"l! !n )'!(('/n que s"l! !n )'!(('/n 8 )! +"* %!n)'!n! )! +!n* %!n)'!n! de 4m 0s) descarg 4m80s) 4m80s) a
483)
Ja/OJa13.//
48/)
Ja18 O Ja8P 3./38O3.// 3.1/8
Caudal que 6ngres a al Rrea $i 4m80 s) 3.834Ja/OJa1)3.388 3.?34Ja/OJa1)3.3?? 3.388 3.3?? 3.834Ja18 O Ja8P ) 3.?4Ja18OJa8P) 3.3@8S 3.3@8S 3./QS/ 3./QS/
4@?)
Ja2/OJa1Q3.31O 3.834Ja2/ O Ja1Q ) 3.?34Ja2/ O Ja1Q ) 3.38P/ 3./3?3./1? 3.38P/ 3.3PPS 3.3PPS 4@@) Ja8S O JaQS 3.834Ja8S O JaQS) 3.?4Ja8S O JaQS) 3.1Q8@ 3./1PSO3.1/S/3.8Q 3./3QQ 3.1Q8@ 3./3QQ P En la tabla -MS se presentan los cálculos para cuatro puntos de descarga descarga de la >ig. -M1
$rea $i que recibe caudal acumulad o de aguas arriba $18 $1Q $11 $QS r(o $8S r(o $12
A!" T'$"'" T'$"'" T"+* T"+* a la suma *e llama C"$)"l A($+$l")* !n A!" suma de los caudales caudales que ingresan de las áreas de aguas arriba más el caudal caudal de aporte de dic&a área. ara el ejemplo de la >ig. -M 1 se tienen los siguientes caudales acumulados: Ja/ J/ Ja1 J1 Ja11 3.3@ O 3.3@8S 3./18S Ja18 3.3? O 3.388 3./38 Ja1Q 3.38 O 3.3?? 3./3? Ja8P J8P Ja2/ J2/ Ja8S 3.3Q O 3.3PPS 3./1PS JaQS 3.3? O 3./QS/ 3.1/S/ T"l" T"l" NQ 10. C"$)"l "($+$l")* "' !n !l 3!" A' "+* )! ("ll! -M $rea $rea tributaria ramo de calle Caudal acumulado acumulado 8 4m 0s) 11 48/) U 481) 3./18S 18 483) U 48/) 3./38 1Q 483) U 4@?) 3./3? 8S 4@?) U 4@@) 3./1PS QS 48/) U 4QS) 3.1/S/ +a tabla -M/3 es muy til porque muestra los caudales que circulan por las di%erentes calles y tramos, y permiten compararlos con la capacidad &idráulica de las mismas.
1.5.6. CAPACIDAD HIDRÁULICA DE LA CALLE <(= !urante una tormenta de %uerte intensidad, las calles con suave pendiente se inundan con mayor %acilidad. +a inundaci'n total ocasiona molestias y a veces daños cunado desborda por encima de la vereda. +a capacidad de una calle, considerándola como un canal, depende del nivel de inundaci'n permitido por la protecci'n de los peatones. Esto signi%ica que la inundaci'n de calles con muc&o trá%ico ve&icular y peatonal debe ser m(nima5 mientras que en las calles de menor importancia en trá%ico, la inundaci'n debe permitir a la personas cruar de una vereda a otra sin muc&a di%icultad. +a capacidad &idráulica de una calle con %uerte pendiente depende además de la inundaci'n de la velocidad del %lujo. Xelocidades medias mayores de 8 m0s tambi"n ocasionan molestias y daños a las personas y los ve&(culos. +a inundaci'n permisible en una calle está dada por el anc&o de inundaci'n.
Ni!" #! i$%$#&'i$
C*$&'i$ ,
,
A'!*&
>6G. -K Q.# *ecci'n de una calle indicando el nivel de inundaci'n permitido
omando en cuenta la mitad de la secci'n de una calle t(pica, es posible determinar su capacidad &idráulica. &idráulica. +a pendiente transversal transversal *x , puede tener valores desde desde /I &asta 8I. :anc&o de inundaci'n
,
>6G. -K 2.# *ecci'n para para determinar la capacidad capacidad con la %'rmula de 6ard
+a %'rmula de 6ard 6 ard es muy til para secciones triangulares, cuya expresi'n es:
' )3 Q = 0.001$( # & 1)2 o % n
!onde: J T Y *o n
Caudal, en l0s. /0*x pro% pro%un undi dida dadd del del agua agua en el broc brocal al,, en en cm. cm. pend pendie ient ntee lon longi gitu tudi dina nall de la call calle. e. coe% coe%ic icie ient ntee de de rugo rugosi sida dadd de =ann =annin ing. g.
En la Ciudad de Cajamarca, la cuadra 8 de la $v. $rgentina tiene una pendiente longitudinal de 1.2I, una anc&o de calada de /3.3m de pavimento %lexible, pendiente transversal transversal de /I, con veredas de concreto simple. or ser una v(a de alto trá%ico ve&icular y peatonal se acepta un anc&o de inundaci'n de 8.3 m. *e pide determinar la capacidad &idráulica de la calle, en m 80s. ;eemplaando datos en la %'rmula de 6ard se tiene: 1 Q = (0.001$#( 0.01 #( 8 # (0.01 # 0.016 )3
1)2
J 81.2 l0s Jc @2.3 l0s 3.3@2 m 80s
ara el caso de calles con pendiente pendiente transvers transversal al nula, se utilia la %'rmula de =anning, =anning, correspondiente a un conducto rectangular muy anc&o, poco pro%undo, cuya expresi'n es: b )3 Q = % & 1)2 o n
!onde 7b7 es el anc&o de la calle. or ejemplo, en la >ig. -M 1 el tramo de calle 483)# 48/) tiene una pendiente longitudinal de 3.2I, una anc&o anc&o de calada calada de /3.3m de pavimento r(gido, r(gido, pendiente transversal transversal de 1I, con veredas de concreto simple. or ser una v(a de alto trá%ico ve&icular y peatonal se acepta un anc&o de inundaci'n de 8.3 m. *e pide determinar la capacidad &idráulica de la calle, en m 80s. ;eemplaando datos en la %'rmula de 6ard se tiene:
1 0.01 #( @ Q = (0.001$#( # ( 3.33 # 0.016 )3
1)2
J [email protected] l0s Jc S1.Q l0s 3.3S1Q m 80s En la tabla -M /3 se observa un caudal acumulado de 3./38 m 80s, en el tramo 483) U 48/), mayor mayor que la capa capacid cidad ad 3.3S1 3.3S1QQ m 80s de dic&o tramo. En esta situaci'n es conveniente aumentar la capacidad de calle dotándole de una cuneta.
, /
>ig. -M @.# Cuneta triangular para para aumentar la capacidad capacidad de una una calle +a dimensi'n de una cuneta depende del espacio disponible de la calada que debe permitir un trá%ico normal en la calle. ara el caso del ejemplo se propone una cuneta triangular con las siguientes dimensiones: dimensiones:
20 ' 30 '
, 2
/
67 '
>ig. -M ?.# Cuneta triangular seleccionada seleccionada para aumentar la capacidad capacidad del tramo 483)#48/) *e espera un anc&o de inundaci'n de 8.3 m. B 0.67
-B -B 2.33
A2 0.147
0.047
A1
, 2
/
>ig. -M P.# *ecci'n &idráulica para determinar la capacidad de calle, tramo 483)#48/)
$plicando la %'rmula de =anning para secci'n con áreas $/ y $1: Q=
Q=
( A 1 + A 2 ) n
( R ) / ( So ) / 2 3
( 0.065+ 0.055) 0.016
1 2
(0.038 ) / (0.005 ) / 2 3
1 2
J 3.3@ m80s Jc 3./1 m80s +a capacidad de la calle se increment' a 3./1 m 80s, garant garantia iando ndo el %lujo %lujo del cauda caudall 8 acumulado de 3./38 m 0s. En caso de tener un caudal acumulado mayor que la capacidad de la calle, &abi"ndola incrementado con cunetas, se deberá colocar un colector.
1.6 COLECTORES *e denomina colector al conducto con %lujo libre que capta el agua de una calle mediante sumideros y la conduce en %orma sub super%icial. En cualquier calle de una ciudad, se &ace necesaria la ubicaci'n de un colector de drenaje pluvial, a partir del lugar donde la capacidad de la calle es in%erior al caudal acumulado de escurrimiento super%icial. *umidero de rejilla *!i""& ,
Colector
>ig. -M S.# Colector rectangular ubicado cerca de la vereda
1.6.1 RED DE COLECTORES na ve establecido los puntos de inicio de los di%erentes colectores, tal como los puntos /, 1, 8 y Q de la >ig. -M/3, se traará la red de ellos. En dic&o trao se pueden adoptar los siguientes criterios: $) tili tiliar ar calles calles,, viejos viejos lec&os lec&os de que quebra bradas das y, en gen genera eral, l, todas todas aquellas aquellas rutas rutas que reducan las expropiaciones y %aciliten el mantenimiento. L) 9acer 9acer coincidir coincidir,, en principi principio, o, la ruta de de los colecto colectores res de mayor mayor tamaño tamaño en las calles calles de menor cota. C) rata ratarr de concent concentrar rar los escur escurrim rimien ientos tos en un solo colecto colectorr lo más más rápida rápidamen mente te posible.
!) El anc&o anc&o de la calle calle debe debe permi permitir tir la con constr strucc ucci'n i'n de colector colector de alta alta capac capacida idadd &idráulica. E) +a existenci existenciaa de servicios servicios de saneamie saneamiento nto y energ(a energ(a di%icultan di%icultan el paso de de colectores colectores,, repercutiendo en el costo de la obra. >) +a pendiente pendiente longitu longitudinal dinal de los los colectores colectores debe debe &acerse &acerse coinci coincidir dir con los del del terreno terreno o calle. G) *i los colec colector tores es son son sub#su sub#super per%ic %icial iales es 4tipo 4tipo alcan alcantar tarilla illa), ), su coron coronam amien iento to debe debe ubicarse /33 cm, m(nimo, por debajo de la cota del terreno o calle.
5
3
P1 P2
10
P5
M
R
7
5
7
S *
P6
N
>ig. -M/3.# ;ed de colectores y periodos de retorno de di%erentes onas
1.6.2 PERODO DE RETORNO DE COLECTORES 9abiendo traado la red de colectores, estos atraviesan onas de la ciudad con di%erentes per(odos de retorno. ara el diseño &idráulico de colectores secundarios y principales, el per(odo de retorno se escoge siguiendo el siguiente principio: El mayor per(odo de retorno r etorno D predomina a partir del lugar donde el colector reciba las aguas del área de otro colector, a los cuales les corresponda ese per(odo de retornoD. En la >ig. -M /3, el colector secundario /#= atraviesa onas onas con per(odos de retorno de /3 y 2 años5 le corresponde el de /3 años. $l colector secundario 1#= le corresponde un per(odo de retorno de ? años, años, y al colector colector principal =- de /3 años.
1.6.5 TIEMPO DE CONCENTRACION DE COLECTORES En la %ig. -M // se desea determinar el tiempo de concentraci'n en el punto de descarga =D del colector /#=.
+$ 223 m *$ 1.?I
A
P1 +L ?33m *L /.2I
B
+C 133m
M
>ig. -M -M //.# //.# iempo iempo de concentraci'n en el punto =D =D del del colector /#= El tiempo de concentraci'n para %lujo super%icial de la ona $, sin colector, se puede estimar con la %'rmula de Zirpic&: 0.77
t c =0.0195
L
0.385
S
!onde: tc tiempo de concentraci'n, en min + longitud del del cauce principal, en m * pendiente del cauce principal, m0m 0.77
t cA =0.0195
550
0.027
0.385
tc$ /3./ min El tiempo de concentraci'n de la ona L, con colector, es el mayor de: a) tcL tiempo de concentraci'n de la ona L b) tWcL tc$ O tv p/#=
0.77
t cB= 0.0195 '
t cB=10.1 +
700
0.015
0.385
200
( 1.5 )( 60 )
/2.1 min
=12.3 min
En el tiempo de viaje del del colector colector tv /#= se adopt' una velocidad media de %lujo canaliado de /.2 m0s