Post on 25-Nov-2015
Hidrologa Urbana
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4
9
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Consideraciones en alcantarillados pluviales
Redes Secundarias Recolectan las aguas y las llevan a una red primaria.
El perodo de retorno de la tormenta de diseo es 2 a 10 aos
Esta compuesto por sumideros y conductos.
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Consideraciones en alcantarillados pluviales
Redes Primarias Transportan las aguas de los sistemas secundarios hasta las plantas o cuerpos de agua naturales.
El perodo de retorno de la tormenta de diseo es de 100 aos normalmente
Esta compuesto por box-culverts, puentes, tanques de retencin
Si este sistema falla pueden haber daos en propiedades y vidas humanas.
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Perodo de Retorno
Tiempo promedio en el cual un evento es igualado o excedido
( )T1
xXP T =
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Perodos de Retorno Sugeridos
Estructura Perodo de Retorno
Alcantarillas de carreterasTrfico bajo 5-10Trfico medio 10-25Trfico alto 50-100
PuentesSistema Secundario 10-50Sistema Primario 50-100
Estructura Perodo de Retorno
AeropuertosVolmen bajo 5 -10Volmen medio 10-25Volmen alto 50-100
Drenaje AgrcolaCulverts 5-50Surcos 5-50
Drenaje UrbanoCiudades pequeas 2-25Ciudades grandes 25-50
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Perodos de Retorno RAS
*Parte revestida a 10 aos, ms borde libre a 100 aos
502525Canales abiertos en zonas montaosas (alta velocidad) o a media ladera, que drenan reas mayores a 1000 ha
252510Canales abiertos en zonas planas y que drenan reas mayores de 1000 ha *
1055Tramos de alcantarillado con reas tributarias mayores de 10 ha
532Tramos de alcantarillado con reas tributarias entre 2 y 10 ha
532Tramos iniciales en zonas comerciales o industriales, con reas tributarias menores de 2 ha
322Tramos iniciales en zonas residenciales con reas tributarias menores de 2 ha
Recomendado
(aos)
Aceptable
(aos)
Mnimo
(aos)
Caractersticas del rea de drenaje
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Longitud de Series Recomendadas
Diseo y Planeacin Alcantarillados: Mayor a 10 aos
Alivios (CSO) : Mayor a 5 aos
Control y Evaluacin Alcantarillados: Mayor a 20 aos
Alivios (CSO): Mayor a 10 aos
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Precipitacin
Caudal
Cuenca
INSUMO
PROCESOPRODUCTO
Precipitacin Cuenca Escorrenta(PCE)
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Hietograma
Hidrograma
CUENCA
Precipitacin Cuenca Escorrenta(PCE)
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Hietograma
Es la representacin grfica de una lluvia.
Expresa la intensidad de una lluvia (mm/hr) distribuida en el tiempo.
Se obtiene a partir de la medicin de la precipitacin.
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COLECTOR AUTOPISTA NORTE
Avenida Caracas - Calle 77. Pozo 2
Evento del 17 de Noviembre de 1999
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
2
3
:
0
0
2
3
:
0
8
2
3
:
1
6
2
3
:
2
4
2
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:
3
2
2
3
:
4
0
2
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4
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3
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5
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0
4
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:
1
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0
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2
0
0
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2
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:
3
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4
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5
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0
0
1
:
0
8
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1
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2
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2
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5
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3
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0
0
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d
a
l
(
l
p
s
)
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
P
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e
c
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p
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c
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n
(
m
m
)
(
i
n
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e
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v
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l
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e
2
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n
)
P-Castillo P-Gimnasio Caudal
P total = 13.93 mm
P total = 15.20 mm
Relacin entre un evento de lluvia y su respuesta
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9
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Medicin de Hietogramas
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0
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Funcin de Base Radial Kriging
Isoyetas
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6
1
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Hietograma de Precipitacin Efectiva
La precipitacin efectiva es aquella que genera escorrenta superficial, es decir la que no logra infiltrarse en el suelo.Esta cantidad de agua debe ser manejada por el sistema de Drenaje Urbano
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2
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Curva IDF
Curva Intensidad - Duracin - Frecuencia
Suelen ajustarse a la funcin de distribucin de probabilidad de valor extremo Tipo I o Gumbel.
Estan basadas en en eventos seleccionados de 5, 10, 20, 30 , y ms Minutos). Se usan las profundidades mximas anuales.
O, las excendencias si la serie es pequea.
Cada una de estas series duraciones son ordenadas para calcular la curva IDF
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(
6
3
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Curva IDF
Curva IDF StatGraphics
0.00
50.00
100.00
150.00
200.00
250.00
0 100 200 300 400 500 600
Duracin (min)
I
n
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d
(
m
m
/
h
)
T= 2 aos T=10 aos T= 25 aos T= 50 aos
63.0
36.0
d
T3.206i =
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6
4
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Curva IDF
Segn el RAS
Informacin pluviogrfica localAlto
Informacin pluviogrfica regionalMedio alto
SintticaBajo y medio
Obtencin mnima de curvas IDF
Nivel de complejidad del
sistema
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6
5
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Hidrograma
Es la representacin grfica de la distribucin del caudal en el tiempo. Muestra el balance a largo plazo de la precipitacin, la evaporacin y el caudal de la cuenca.
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6
6
)
Hidrograma
Limbo ascendente: Depende de las caractersticas de la precipitacin y la morfologa de la cuenca
Limbo descendente: Depende de las caractersticas morfolgicas de la cuenca
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6
7
)
Q
t
A
B
A
B
Interaccin - PCE
Respuesta en una cuenca por su forma
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(
6
8
)
Q
t
Mayor pendiente
Menor pendiente
Interaccin - PCE
Respuesta en una cuenca por pendiente
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(
6
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)
Q
t
Ms impermeable
Menos impermeable
Interaccin - PCE
Respuesta en una cuenca por permeabilidad
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(
7
0
)
Interaccin - PCE
Respuesta en una cuenca por humedad antecedente
Q
t
Ms humedad
Menos humedad
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(
7
1
)
Q
t
Partes altas
Partes bajas
Interaccin - PCE
Respuesta en una cuenca por ubicacin de la lluvia
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7
2
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Efectos de la Urbanizacin
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7
3
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Q
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Efectos de la Urbanizacin
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7
4
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Q
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Efectos de la Urbanizacin
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7
5
)
Q
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Efectos de la Urbanizacin
Mtodo Racional
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(
7
7
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Mtodo Racional
Considera una intensidad de precipitacin constante durante todo el tiempo de lluvia
Supone que las precipitaciones causantes de problemas de inundacin son aquellas de corta duracin y gran intensidad.
Duracin de la lluvia igual al tiempo de concentracin de la cuenca.
i se obtiene a partir de la curva IDF de perodo de retorno escogido.
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7
8
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Mtodo Racional
Sistema Ingls Q cfs
i in/hr
A acres
C entre 0 y 1
Sistema Internacional Q L/s
i mm/hr
A Ha
C entre 0 y 1
CiAQ = CiA78.2Q =
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7
9
)
Mtodo Racional
Este mtodo suele sobreestimar el caudal pico, y es por esta razn que no se recomienda para cuencas muy grandes, mayores a 10km2. Segn el RAS mximo 700 Ha
El caudal pico ocurre cuando toda el rea de drenaje est contribuyendo. Es decir, la intensidad correspondiente a un evento con duracin igual al tiempo de concentracin.
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(
8
0
)
Correccin de la intensidad
Para reas grandes es posible corregir la intensidad determinada de la curva IDF de la siguiente manera
0,88800-1600
0,90400-800
0,93200-400
0,95100-200
0,9950-100
Factor de reduccinrea de drenaje (Ha)
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(
8
1
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Factor de Escorrenta
0,20-0,35Parques recreacionales
0,30Laderas con vegetacin
0,60Laderas sin vegetacin
0,30Residencial, con predominio de zonas verdes y parques cementerios
0,45Residencial, con casas rodeadas de jardines o multifamiliares apreciablemente separados
0,40-0,60Residencial unifamiliar, con casas contiguos y predominio de jardines
0,60-0,75Residencial multifamiliar, con bloques contiguos y zonas duras entre stos
0,75Residencial, con casas contiguas, predominio de zonas duras
0,60-0,95Zonas comerciales o industriales
0,70-0,85Vas adoquinadas
0,70-0,95Pavimentos asflticos y superficies de concreto
0,75-0,95Cubiertas
CTIPO DE SUPERFICIE
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C
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m
a
r
g
o
(
8
2
)
Factor de Escorrenta
Para algunos lugares del mundo se han determinado ecuaciones (regresiones estadisticas) que permiten determinar el coeficiente de escorrenta como funcin de parmetros de las cuencas.
7.20
Ind078.0Inf25
P829.0PR
HUMEDADSUELO
EIMPERMEABL
+
+=
Inglaterra (Buttler)
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r
g
o
(
8
3
)
Duracin de la tormenta
Con frecuencia se toma como duracin de la tormenta el tiempo de concentracin de la cuenca.
A partir de la morfologa de la cuenca se han establecido algunas ecuaciones que simulan este efecto.
sistema elen viajesistema al entrada T T Tc +=
Au
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o
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a
C
a
m
a
r
g
o
(
8
4
)
Tiempo de Entrada
Tiempo para que la escorrenta llegue al sumidero del colector (FAA EEUUA)
Donde: L = Longitud tramo
S = Pendiente tramo
C = Coeficiente de escorrenta
3/1
2/1)1.1(707.0
S
LCTe
=
Au
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o
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r
g
o
(
8
5
)
Tiempo de Entrada
Kerby
Donde: m= Retardo
TLm
Se =
144 1
2
0 467
.
.
0,80Pastos densos
0,70Terrenos arborizados
0,30Pastos
0,20Superficie sin cobertura moderadamente rugosa
0,10Suelo sin cobertura, compacto y liso
0,02Impermeable
mTipo de superficie
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t
o
S
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r
g
o
(
8
6
)
Tiempo de Entrada
Tiempo de entrada al colector (SCS)
s
ct V60
LT
=
Au
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(
8
7
)
Tiempo de entrada
Vs esta dada por
V a SS = 12
6,50reas pavimentadas y tramos iniciales de quebradas
3,15Suelos desnudos
2,70reas cultivadas en surcos
2,00Pastos y patios
0,70Bosque con sotobosque denso
aTipo de superficie
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o
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a
r
g
o
(
8
8
)
Tiempo de Viaje
Tiempo de viaje en el colector (SCS)
Longitud recorrida a una velocidad dada
V60
LT ct
=
Au
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o
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a
r
g
o
(
8
9
)
Tiempos de Concentracion
En algunas condiciones es posible estimar el tiempo de concentracin de la cuenca de drenaje a partir de las ecuaciones empricas utilizadas en cuencas naturales
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o
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C
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g
o
(
9
0
)
Ecuaciones
Hay muchas por su base fsica Frmula de Kirpich.
Frmula Californiana (del U.S.B.R.).
Frmula de Giandotti
Frmula de Ventura-Heras
Frmula de Passini.
Frmula de Tmez.
Frmula California Culvert Practice.
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o
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a
C
a
m
a
r
g
o
(
9
1
)
Frmula de Kirpich.
Calcula el tiempo de concentracin, Tc, en minutos L la longitud del cauce principal de la cuenca, en metros
S la diferencia entre las dos elevaciones extremas de la cuenca, en metros, dividida por L (es decir, la pendiente promedio del recorrido principal en m/m).
S L 0.01947 = T-0.3850.77
c
Au
g
u
s
t
o
S
i
s
a
C
a
m
a
r
g
o
(
9
2
)
Frmula de Californiana (del U.S.B.R.).
Tc es tambin en horas, L y J la longitud y la pendiente promedio del cauce principal de la cuenca, en Km y en m/m, respectivamente.
)J
L( 0.066 = T 1/2
0.77
c
Au
g
u
s
t
o
S
i
s
a
C
a
m
a
r
g
o
(
9
3
)
Frmula de Giandotti
Proporciona el tiempo de concentracin de la cuenca, Tc , en horas. L y J los definidos anteriormente A la superficie de la cuenca en Km2.
L J 25.3
L 1.5 + A 4 = T c
Au
g
u
s
t
o
S
i
s
a
C
a
m
a
r
g
o
(
9
4
)
Frmula de Ventura-Heras
Tc, tiempo de concentracin en horas A y J los ya definidos anteriormente.
0.13 0.04 J
A = T
0.5
c
Au
g
u
s
t
o
S
i
s
a
C
a
m
a
r
g
o
(
9
5
)
Frmula de Passini.
Tc el tiempo de concentracin en horas A, L y J los definidos anteriormente
0.13 0.04 J
)L(A = T 0.5
1/3
c
Au
g
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s
t
o
S
i
s
a
C
a
m
a
r
g
o
(
9
6
)
Frmula de Tmez
Es la recomendada en Espaa, para el mtodo racional modificado
Se utiliza en el clculo del hidrograma triangular de J.R.Tmez.
Tc es el tiempo de concentracin de la cuenca, en horas. L es la longitud del cauce principal de la cuenca, en Km J es la pendiente promedio de dicho recorrido en m/m
)J
L( 0.3 = T 1/4
0.76
c
Au
g
u
s
t
o
S
i
s
a
C
a
m
a
r
g
o
(
9
7
)
Frmula California CulvertPractice
Tc es el tiempo de concentracin en minutos L la longitud del curso de agua ms largo, en millas,
H la diferencia de nivel entre la divisoria de aguas y el desage de la cuenca, en pies
)H
L 11.9( 60 = T
3
c
Au
g
u
s
t
o
S
i
s
a
C
a
m
a
r
g
o
(
9
8
)
Resumen de Formulas Mays 2005
Au
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s
t
o
S
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s
a
C
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m
a
r
g
o
(
9
9
)
Resumen de Formulas Mays 2005
Au
g
u
s
t
o
S
i
s
a
C
a
m
a
r
g
o
(
1
0
0
)
Resumen de Formulas Mays 2005
Au
g
u
s
t
o
S
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s
a
C
a
m
a
r
g
o
(
1
0
1
)
Mtodo Racional - Limitaciones
No tiene en cuenta los volmenes almacenados No es til si hay algn sistema de detencin o algo similar en la cuenca
El valor de C no tiene en cuenta el orden secuencial de zonas impermeables o no permeables
Au
g
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s
t
o
S
i
s
a
C
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m
a
r
g
o
(
1
0
2
)
Valores de C
Au
g
u
s
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o
S
i
s
a
C
a
m
a
r
g
o
(
1
0
3
)
Valores de C
Aguas Pluviales
Au
g
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s
t
o
S
i
s
a
C
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m
a
r
g
o
(
1
0
5
)
Funcin
Rpida evacuacin de aguas lluvias de las vas pblicas.
Evitar generacin de caudales excesivos en calzadas.
Evitar invasin de aguas lluvias a propiedades privadas y pblicas.
Evitar acumulacin de aguas en vas de trnsito.
Evitar paralizacin de trfico en un evento fuerte de precipitacin.
Au
g
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s
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o
S
i
s
a
C
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m
a
r
g
o
(
1
0
6
)
Generacin de la escorrenta
Hay dos efectos importantes Perdidas iniciales:
Intercepcin
Almacenamiento en depresiones
Infiltracin
Evaporacin
Precipitacin Efectiva Flujo sobre la superficie
Au
g
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s
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o
S
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C
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r
g
o
(
1
0
7
)
Escorrenta
Una vez determinado el caudal de escorrenta su movimiento sobre la cuenca debe ser calculado siguiendo mtodos como el del Hidrograma Unitario
Au
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o
S
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C
a
m
a
r
g
o
(
1
0
8
)
Hidrograma Unitario - HU
Es el hidrograma de escorrenta superficial total resultante de un volumen unitario de lluvia efectiva, uniformemente distribuida en espacio y tiempo.
La altura de la lluvia neta corresponde a la altura de la escorrenta
=0
e dtQAd
Au
g
u
s
t
o
S
i
s
a
C
a
m
a
r
g
o
(
1
0
9
)
Consideraciones del HU
No hay variacin estacional
Se supone que cualquier otra forma de lluvia es lineal e invariante
Lluvias de igual duracin, producen hidrogramas de igual duracin
Superposicin
La escorrenta es proporcional a la intensidad.
1
2
1
2
i
i
Q
Q=
Au
g
u
s
t
o
S
i
s
a
C
a
m
a
r
g
o
(
1
1
0
)
Superposicin de HU
Au
g
u
s
t
o
S
i
s
a
C
a
m
a
r
g
o
(
1
1
1
)
Uso del HU con un Hietograma
1
2
3
31 2
HidrogramaSalida
Agregar un retraso
Au
g
u
s
t
o
S
i
s
a
C
a
m
a
r
g
o
(
1
1
2
)
Efectos de la Urbanizacin el Hidrograma Unitario
Au
g
u
s
t
o
S
i
s
a
C
a
m
a
r
g
o
(
1
1
3
)
Estimacin del HU
Con frecuencia no se dispone de informacin para estimar el HU de una cuenca
En esta situacin se hace necesario estimar el HU como un HU - sintetico
Au
g
u
s
t
o
S
i
s
a
C
a
m
a
r
g
o
(
1
1
4
)
HU - Sinttico
Algunos de estos mtodos son lo de: HU Snyder
HU Snyder Regionalizado til para cuencas urbanas pequeas
HU SCS
HU SCS adimensional
HU Williams & Hann
Otros
Au
g
u
s
t
o
S
i
s
a
C
a
m
a
r
g
o
(
1
1
5
)
Condicione Extremas
Velocidad mnima0.75 m/S
El esfuerzo cortante medio3 N/m2
Velocidad Mxima
10,0PVC
5,0Concreto
5,0Ladrillo vitrificado y gres
3,0Ladrillo comn
V (m/s)Tipo de material
Au
g
u
s
t
o
S
i
s
a
C
a
m
a
r
g
o
(
1
1
6
)
Condiciones (EEUUA)
Mays 2005
Au
g
u
s
t
o
S
i
s
a
C
a
m
a
r
g
o
(
1
1
7
)
Condiciones (EEUUA)
Mays 2005