Facultad de Ingeniería Universidad de Buenos Aires
Trabajo Profesional de Ingeniería Civil
TRABAJO PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL Orientación: Hidráulica
ALUMNOS Gastón Luis Vento Gisela Debra Cisterna
DOCENTE A CARGO Ing. Armando Sánchez Guzmán
TUTORES Prof. Phd. Rodolfo Aradas Ing. Juan Carlos Gimenez
P.84226 P.83851
69.99
1. OBJETIVOS..............................................................................................................3 2. ALCANCE.................................................................................................................3 3. CONSIDERACIONES GENERALES.........................................................................3 4. DESCRIPCIÓN DEL PROCESO...............................................................................3 4.1. Sistema de Alcantarillado pluvial de la ciudad de Guayaquil............................3 4.2. Metodología a desarrollar....................................................................................4 4.3. Cuantificación de Daños......................................................................................6 4.4. Desarrollo de las posibles medidas correctivas.................................................7
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1.
OBJETIVOS
El presente trabajo consiste el planteo de soluciones estructurales y no estructurales, desarrollando la modelación matemática del proceso lluviacaudal, en una cuenca del sistema de drenaje pluvial de la ciudad de Guayaquil (Ecuador), como parte de la actualización del Plan Maestro vigente.
2.
ALCANCE
Se dispone de la siguiente documentación otorgada por International Water Service (INTERAGUA): Delimitación de Zonas y cuencas. Cuerpos receptores. Infiltración Superficial, tipos y usos del suelo. Ubicación de pluviómetros y registros de lluvias con curvas IDF. - Zonas Inundables. - Infraestructura existente y sistema de drenaje. -
3.
CONSIDERACIONES GENERALES
La finalidad del sistema de drenaje pluvial y de la política de actualización de planes maestros emergentes, es la de prevenir y evitar los problemas asociados a inundaciones que perjudican en forma directa y significativa la economía de una población, tales como afectaciones a la salud, a los bienes materiales, al desarrollo de las actividades productivas, al medio ambiente, etc.
4.
DESCRIPCIÓN DEL PROCESO
4.1. Sistema de Alcantarillado pluvial de la ciudad de Guayaquil. Las cuencas de drenaje están agrupadas en cuatro zonas principales: Norte, Centro, Sur y Oeste. El área urbana de Guayaquil está ubicada sobre la margen oeste de los ríos Daule, Guayas y sobre el Estero salado como se puede apreciar en la Figura 4.1, siendo estos tres cuerpos de agua los principales receptores del drenaje pluvial de la ciudad, cuyos sus niveles se encuentran influenciados por la acción de las mareas astronómicas ya que los mismos descargan sobre el Océano Pacífico. La infraestructura del sistema de alcantarillado pluvial de la ciudad comprende el conjunto de canales, conductos cajón, cunetas, sumideros, estaciones de bombeo, divisores de flujo, descargas, etc., las cuales realizan la labor de captar agua de lluvia y/o escorrentía, conducirla hasta la estaciones de bombeo y entregarla a los cuerpos receptores.
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Figura 4.1: Mapa de la Ciudad de Guayaquil
4.2. 4.2.1
Metodología a desarrollar. Modelo matemático lluvia-caudal.
Se desarrollará la modelación y simulación del sistema de drenaje de la cuenca, constituido por pluviales, tuberías, canales y conductos cajón existentes, a ampliar o a construir, mediante la utilización del software gratuito SWMM (Storm wáter management model), desarrollado por la Agencia de Protección del Medioambiente (EPA), de los Estados Unidos. El SWMM es de un modelo numérico que permite simular el comportamiento hidrológico e hidráulico de un sistema de drenaje urbano.
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4.2.2
Capacidades de SWMM 5.0:
Hidrológicas: – – – –
Simular proceso lluvia-escorrentía en la cuenca en estudio Cálculo de la infiltración hacia los estratos no saturados del suelo Acumulación y fusión de nieve sobre la cuenca. Evaporación desde superficies de agua.
Hidráulicas: – Simular propagación del flujo en redes de tamaño ilimitado y tipo arborescente o malladas –Modelar elementos especiales: depósitos de retención, estaciones de bombeo, vertederos, entre otros. – Uso de Onda Cinemática u Onda Dinámica como métodos de propagación del flujo en la red de drenaje
Cargas contaminantes: – Simular la acumulación y la remoción de cargas contaminantes desde la cuenca. – Propagación de los contaminantes a través de la red de drenaje – Reducción de la carga contaminante mediante la simulación de procesos de tratamiento en unidades de almacenamiento.
4.2.3
Esquema de modelación utilizado por SWMM 5.0:
Figura 4.2: Concepto simplificado de Sistema de Drenaje utilizado por SWMM
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Capa Atmosférica: -Generación de la precipitación. Capa de Terreno: -Procesos hidrológicos: Pérdidas de precipitación escorrentía.
y proceso
lluvia
Capa Aguas subterráneas: -Representación del aporte de flujo hacia los acuíferos. Capa de Transporte: -Representación de la red de drenaje: propagación del flujo. Finalizada la modelación y carga de datos al software se procederá a la corrida del mismo, con la posterior validación o calibración de los parámetros que fueron supuestos en primera instancia o aquellos que fueron medidos con menor precisión. Se llevará a cabo ajustando las diferentes curvas obtenidas de las salidas del programa, comparándolas con valores reales medidos o efectuados en simulaciones anteriores.
4.2.4 Análisis de de la capacidad actual de la cuenca. Para evaluar la capacidad actual de la cuenca se efectuará la simulación del modelo SWMM tomando en cuenta el siguiente procedimiento: Se entiende necesario correr el modelo para cada zona en la que se divida el área de estudio con el fin de hacerlo más manejable. - La simulación se efectuará para eventos de diseño de 2 y 5 años con duración de una y dos horas. - La duración de la simulación será entre 6 y 12 horas dependiendo del tamaño de las zonas. -
Los resultados del modelo se mostrarán en hidrogramas que expresan la variación del caudal en el tiempo, y sus características son determinadas por la geomorfología, el tipo de suelo, el régimen pluviométrico y la cobertura vegetal presentes en la cuenca, dichos factores gobiernan las relaciones entre la precipitación efectiva y la escorrentía superficial.
4.3. Cuantificación de Daños. Se evaluarán las posibles áreas inundables y los posibles daños ocasionados para los eventos de lluvia de 5 años de recurrencia.
4.3.1
Metodología utilizada para el cálculo de áreas de inundación.
– Cálculo de hidrogramas de inundación para el evento de diseño en los canales y cámaras del sistema de alcantarillado pluvial. Estos hidrogramas se obtendrán directamente del programa SWMM. – Generación de curvas de nivel de la cuenca afectada a partir de cotas proporcionadas por el municipio. – Cálculo de áreas de inundación en curvas de nivel y volúmenes de inundación. – Para poder evaluar los posibles daños ocasionados en las áreas inundables se estimará el número de viviendas y población afectada para cada área. Para tal efecto se tomarán en cuenta los datos de densidad poblacional por PÁGINA
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zona de planificación municipal. Cuantificación de daños.
Para cuantificar los daños ocasionados en el área inundable se desarrollarán curvas que permitan estimar el costo de los daños según la profundidad de la inundación y el estrato social de las áreas afectadas. Para el desarrollo de estas curvas se adoptarán los siguientes supuestos: – Los gastos a tener en cuenta para la elaboración de los gastos totales por vivienda serán: electrodomésticos y enseres, calles, enfermedades, y daños en el sector comercial. – Se trabajará principalmente con zonas residenciales, aunque en la práctica las zonas afectadas contengan o no zonas comerciales o industriales. – La densidad poblacional en toda la zona es de 4,2 habitantes por vivienda según el censo del 2001 proporcionado por en INEC. – La tipificación socio económica de las zonas se dividirá en tres niveles: - Medio alta - Media - Medio baja
– Se considerará que a partir de 0,85 m de altura de inundación el daño en cuanto a electrodomésticos es total.
4.4. Desarrollo de las posibles medidas correctivas. Las medidas correctivas estarán destinadas a mitigar los efectos de las inundaciones producidas para los eventos de precipitación de 5 años de recurrencia. En la medida de lo posible se buscará aumentar la capacidad de conducción del sistema de alcantarillado y facilitar la evacuación rápida de las áreas inundables. Las posibles medidas correctivas a adoptar podrían ser del tipo siguiente:
Obras Tipo
Beneficios
Sistema de compuertas. Mantenimiento de red de drenaje y conductos tipo cajón.
El sistema de compuertas facilita la evacuación de ductos cajón.
Construcción de canal revestido de hormigón de una longitud de x Km. Mantenimiento de red de drenaje. Instalación de x metros de tubería, mantenimiento de red de drenaje y compuertas en las salidas. Mantenimiento contínuo de canales sin revestir durante épocas de aguas bajas. Habilitación de Bypass en tramos de la cuenca Mantenimiento de redes de drenaje y conductos tipo cajón, instalación
El revestimiento del canal incrementa la capacidad hidráulica, y mejora la conductividad para evitar inundación en sectores contiguos. Disminuye riesgo de inundación en el sector. La instalación de compuerta facilita la evacuación de aguas durante marea alta. Disminuir riesgo de inundación en determinados sectores. Disminuye el riesgo de inundación en el mismo sector. La interconexión entre sistemas facilita la evacuación de pluviales PÁGINA
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Obras Tipo
Beneficios
de tuberías, conductos tipo cajón y estaciones de bombeo.
reduciendo las inundaciones.
Estaciones de bombeo
Facilitan la evacuación de pluviales reduciendo efectos de inundación.
Tabla 4.1: Obras tipo a adoptar.
4.4.1
Ventajas y desventajas de los proyectos seleccionados.
Los proyectos de mejoramiento, rehabilitación y expansión del sistema de alcantarillado pluvial tienen ciertas ventajas y algunas desventajas. Las ventajas principales son: – Proveer el manejo adecuado de aguas de escorrentía y drenaje. – Ayudar a reducir la incidencia de inundaciones, encharcamientos y peligros a la ciudadanía relacionados con tormentas y eventos de lluvia. – Evitar un problema significativo de salud pública al no permitir que los canales de drenaje abiertos reciban aguas residuales de industrias y domicilios privados. – Reducción de criaderos de mosquitos y por lo tanto reducir las incidencias de malaria, dengue y otras enfermedades transmitidas por vectores. Las desventajas principales son: – El alto costo de inversión, si bien se atenúa en parte por lo indicado en el segundo punto de las ventajas principales. – La falta de recuperación de esta inversión debido a que la estructura tarifaria normalmente no tiene un componente asociado a los gastos de inversión de drenaje.
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