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ANEJO Nº 5 DE: HIDROLOGÍA Y DRENAJE

ANEJO Nº 5 DE: HIDROLOGÍA Y DRENAJE - durango … · 1.- INTRODUCCIÓN. En este Anejo se describe la concepción y diseño de aquellos elementos que constituyen el sistem a de drenaje,

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ANEJO Nº 5 DE: HIDROLOGÍA Y DRENAJE

ÍNDICE DEL ANEJO

1.- INTRODUCCIÓN.

2.- ESTUDIO HIDROLÓGICO.

2.1.- ETAPAS DEL ESTUDIO HIDROLÓGICO. 2.2.- DETERMINACIÓN DE LAS CUENCAS VERTIENTES. 2.3.- OBTENCIÓN DE LA MÁXIMA PRECIPITACIÓN DIARIA. 2.4.- CORR ECIONES AL VALOR DE LA PRE CIPITACIÓN MÁXIMA

DIARIA (Pd). 2.5.- DETE RMINACIÓN DE L A INTENSIDAD DE LA LLUVIA DE

CÁLCULO. 2.6.- OBTENCIÓN DE LOS CAUDALES DE DISEÑO.

3.- ELEMENTOS DEL SISTEMA DE DRENAJE PROYECTADO.

3.1.- COLECTORES. 3.2.- SUMIDEROS. 3.3.- CUNETAS. 3.4.- DRENAJE SUBTERRÁNEO. 3.5.- ARQUETA DESARENADORA-DESENGRASADORA

4.- RED DE AGUAS FECALES.

APÉNDICE: Cálculos Hidráulicos.

1.- INTRODUCCIÓN.

En este A nejo se descri be la concepción y diseño de aquellos elem entos que constituyen el sistem a de drenaj e, para aguas pluviales superficiales y subterráneas, definido en el P royecto de Construcción de la “ Prolongación del Vial Urki Hegoalde y su conexión con la N-636”. Cada uno de éllos realiza un as f unciones diferentes en el esquema de recogida, transporte y vertido final de los caudales de escorrentía.

Los elementos que integran la red proyectada son:

Colectores y Caños.

Rigolas.

Cunetas.

Drenes subterráneos.

Inicialmente se determinan los caudales de diseño, adoptando distin tos período

de retorno en función de la obr a hidráulica según la im portancia de los daños que ocasionaría su hipotética insuficiencia durante aguaceros de esas probabilidades asociadas. Luego, se diseñan y dim ensionan aquellos el ementos bajo cr iterios de f uncionalidad, durabilidad y escaso mantenimiento.

Los caudales de cálculo se obtienen a part ir de datos de prec ipitación y de las

características de las cuencas vertientes, según la m etodología contemplada en la vigente Instrucción 5.2-IC “Drenaje superficial” (D irección General de Carreteras, M. de Fomento).

2.- ESTUDIO HIDROLOGICO.

Este sucinto estudio hi drológico se ef ectúa, com o se ha com entado, para obtener los caudales de diseño y/ó cálcu lo qu e se utilizan en el dim ensionamiento del sistema de drenaje cuya función es recoger, evacuar y res tituir los caudales a los cauces naturales. Se han analizado las prec ipitaciones del área p ara calcular a quellos caudales y se ha caracterizado las diversas cue ncas vertientes que son interceptadas por el vial Urki -Hegoalde.

2.1.- ETAPAS DEL ESTUDIO HIDROLÓGICO.

El estudio realizado se divide en las si guientes fases, a través de las cu ales se han ido concretando los condicionantes de partid a, distintos cri terios y aspectos de los métodos de cálculo.

Inicialmente se d elimitan y dete rminan las su perficies de la s cuenc as vertientes interceptadas por el vi al Urki - Hegoalde así com o sus principales carac terísticas físicas princip ales (pendien te, lo ngitud de recorrido y desnivel entre punto al to y ba jo del curso de escorrentía, etc.) que se utilizan en el cálculo de lo s tiem pos de concentración. Luego, se aborda la definición de sus parámetros de infiltración y/ó escorrentía.

Con posterioridad se es pecifica la s precipitac iones m áximas probables diarias asociadas a los diversos periodos de retorno. En esta fase se puede adoptar varias funciones de dis tribución (G umbel, Valores Extremos Generalizados, Log-Pearson III, etc.) ó aplicar la metodología incluida en la monografía “ Máximas lluvias diarias en la España peninsular” (Ministerio de Fomento 1.999) que se basa en la ley SQRT-ET máx..

Como última acción se obtienen lo s caudales punta que res ultan en las cuencas interceptadas, por medio del método racional, dada la extensión de sus superficies.

2.2.- DETERMINACIÓN DE LAS CUENCAS VERTIENTES.

Se identifican, sobre c artografía de la D.F.B. a escala 1/5.000, todos los posibles cursos de agua, así como sus cuencas receptoras. Son f undamentalmente dos (2) áreas: la C-1 cuya superficie se verá en parte ocupa da por el desarrollo del plan parcial residencial Eguskitzagoiena (baja densidad con cons trucciones de viviendas unifamiliares) y la cu enca C-2 asociada al propio vial donde ocupa su lateral izquierdo en el sen tido de los PP .KK. Su extensión es m ucho m enos que la de la prim era cuenca vertiente.

El plano resultante de cuencas, subcuencas, etc. se incorpora en este Anejo, en

el Apéndice de Cálculos Hidráulicos.

2.3.- OBTENCIÓN DE LA MÁXIMA PRECIPITACIÓN DIARIA.

No se dispone de aforos en los cauces natu rales que intercepta el v ial Urki – Hegoalde por lo que se em plea un m odelo matemático qu e pos ibilita re lacionar la precipitación y escorrentía en c ada cuenca vertiente, pudiéndose así obtener los hidrogramas correspondientes a lluvias con distin tos períodos de retorno. Suelen adoptarse períodos de retorno de valor igual 2, 5, 10, 25, 50, 100, 250 y 500 años. En concreto, en este proyecto de “Prolongación del Vial Urki Hegoalde y su conexión con la N-636” se ha sopesado utilizar los resultados que se muestran seguidamente en la tabla inferior

SQRT-ETmáx. DATOS DE

PROYECTOS SIMILARES DE LA DFB

MÁXIMAS LLUVIAS M. FOMENTO

DISTRIBUCIÓN S/GUMBEL CON

LLUVIAS DE AGOSTO 1.983 (IZARVI)

T(años) Pd (mm.) T(años) Pd (mm.) T(años) Pd (mm.)2 61 2 59 2 62,73 5 80 5 81 5 95,83 10 93 10 95 10 117,74 25 111 25 117 25 145,42 50 126 50 133 50 165,96

100 141 100 150 100 186,35 200 157 200 170,1 200 206,66 500 180 500 196 500 233,46

Asimismo se ha utili zado la curva intensidad-duración-frecuencia que se obtuvieron en su m omento para el observa torio de Sondika y se detalla en las Normas BAT del Departamento de Obras Públicas de la Diputación Foral De Bizkaia, cuya forma es la siguiente:

Finalmente y del lado de la seguridad se han elegido co mo precip itaciones máxima diarias para los distintos períodos de retorno m encionados, los expresados en la siguiente tabla ( Distribución de Gumbel, incluyendo los valores de las prec ipitaciones extraordinarias del mes de agosto para el año 1.983).

T= 2 años T= 5 años T= 10 años T= 25 años T= 50 años T= 100 años T= 500 años

62,73 95,83 117,74 145,42 165,96 186,35 233,46

2.4.- CORRECCIONES AL VALOR DE LA PRECIPITACIÓN MÁXIMA DIARIA

(Pd).

Tras haberse escogido el valor de la precipitación m áxima diaria ( Pd), se suelen aplicar dos (2) correcciones en élla antes de calcular los valores de las intensidades de la lluvia de diseño en cada cuenca vertiente y periodo de retorno respectivo.

La primera de éstas tien e en cuenta que las series de m áximos se toman entre

las nueve de la mañana de un día y las nueve de la mañana del día siguiente. Por ello, para considerar el periodo en el que se produce la pr ecipitación diaria máxima, se m ultiplican los valores de Pd por 1,13.

Además el CEDEX indica la convenienci a de adoptar un factor m ultiplicador,

“distribución areal” , que tiene en cuenta la no s imultaneidad de las lluvias m áximas en toda la sup erficie de las cuencas. Este factor es significativo a p artir de una superficie de cuenca de 1 km

2.. La expresión que sirve para calcularlo es:

15log1* APdPd

para A 1 km2

PdPd * para A < 1 km2

Los valores de la intensidad de lluvia obtenidos del cálculo descrito se incluyen

en el apartado donde se hallan los caudales de diseño.

2.5.- DETERMINACIÓN DE LA INTENSIDAD DE LA LLUVIA DE CÁLCULO.

De acuerdo a la Instrucción 5.2-IC “Drenaje superficial” (Dirección General de Carreteras, M. de Fom ento), la lluvia a efectos de cálculo quedará definido por la intens idad It ( mm/hora) de precipitación media, función de la dur ación de l in tervalo

considerado (la duración que se considera en lo s cálculos de It es igual al tiempo de

concentración de la cuenca: Tc) y de la intens idad de precipitación m edia diaria ( Id =

Pd/24) para el período de retorno considerado. Las intensidades medias It (mm/h) de precipitación se obtienen por m edio de

la siguiente expresión:

III=I

d

1 0,4t-28

dt

0,10,1

donde:

Id (mm./h.) = Intensidad m edia diar ia de prec ipitación, correspondiente al período de retorno considerado.

Pd (mm.) = Precipitación total d iaria correspondiente a cada período de retorno que se tomará de los cálculos realizados anteriormente.

I1 (mm./h.) = Intensidad horaria de precipitación correspondiente a cada

período de retorno. E l valor de la razón I1/Id se tom ará de l m apa d e isolíneas.

En esta zona tiene un valor de I1/Id = 9

t (en horas) = Du ración del intervalo al que se refiere I, igual al tiem po de concentración Tc determinado de la siguiente manera:

El tiempo de concentración de la cuenca se obtiene, normalmente, aplicando la

fórmula de Témez:

76,0

41 3,0

JLT c

donde:

Tc : tiempo de concentración en horas.

L : longitud de la vaguada ó curso de agua en km.

J: pendiente media del curso de agua en tanto por uno.

2.6.- OBTENCIÓN DE LOS CAUDALES DE DISEÑO

Los caudales de diseño se deducen a pa rtir d e los dato s d e lluv ia y d e las características de las cuencas vertientes. El cl ima en la zona en la que se desarrollan las obras es el típico de la cornisa can tábrica: húmedo en invierno y cal uroso en verano; en primavera y otoño las temperaturas son suaves.

La precip itación es m edia-alta y cas i toda en for ma de lluvia, norm almente

durante el otoño y la prim avera. S e em plea el m étodo racional para hallar lo s caudales mediante esta expresión:

kAICQe

donde:

Qe : es el caudal estimado en la sección de desagüe en estudio, en m3/sgdo.

C : es el coeficiente de escorrentía de la cuenca.

I : es la intensid ad de lluvia m áxima correspondiente al periodo de retorno de diseño para un a duración igual al tiem po de concentr ación de la cuenca, en mm./hora.

A : es la superficie de la cuenca de aportación en hectáreas.

k : es un coeficiente que depende de las unidades en que se expresen Q y A, y que incluye un aum ento del 20% en Q, para tener en cuenta el efecto de las puntas de precipitación. Su va lor es 300 cuando la superficie se expresa en hectáreas y el caudal en m3/sgdo..

En el cuadro siguiente s e indican las ca racterísticas de las cuencas vertientes,

cuyo caudal debe ser recogido po r los diversos elem entos de drenaje: cunetas, caños, sumideros, etc..

Denominación de la Cuenca Vertiente

Características de las Cuencas Área Long. Desnivel Tc (Ha) (km) (m) (min)

C-1 Urbanización

Eguskitzagoiena 16 0.748 128 20.19

C-2 Cuenca del Vial Urki-Hegoalde.

5,5 0.45 20 17.73

Para aquellas cuencas cuyo tiem po de concentración sea inferior a los 10 minutos se tom ará la intensidad de prec ipitación que corresponda a ese valor de 10 minutos. Esta será la intensidad máxima contemplada.

Para hal lar el coefic iente de es correntía ( cociente en tre la p arte de la

precipitación que sa le de la cuen ca superf icialmente y la c antidad tota l de pr ecipitación caída sobre élla), según los disti ntos periodos de reto rno, se apli ca la fórm ula de la Instrucción 5.2-IC:

211

23*1

od

odod

PPPPPP

C

donde:

Po : es el umbral de escorrentía, en mm.

Pd : es la precipitación total diaria co rrespondiente al periodo de retorno, en mm, obtenida anteriormente.

Los valores de Po obte nidos de la tabla 2.1 de la Ins trucción Norm a 5.2-IC para cada cuenca, en función de la natural eza del suelo y del tipo de aprovechamiento que tenga.

En la siguiente tabla se resumen los valores de Po utilizados en cada una de las

cuencas, después de ap licar el co eficiente de corrección del um bral de escorrentía con un valor de 2 (según mapa adjunto).

DENOMINACIÓN DE LA CUENCA

% Superficie de Pradera

% Superficie Forestal

% Superficie de Pavimento Bituminoso

%Superficie de Cultivo Po Po

Mod.

C-1 80 10 10 0 12,10 24,20 C-2 20 10 70 0 4,3 8,60

*En superficies pavimentadas y aceras se adopta un valor de Po de 1 mm.

Empleando las fórm ulas comentadas y los valores encontrados anteriorm ente

se calcu lan las inten sidades de pre cipitación y los caudales g enerados en las div ersas cuencas y en la plataforma del vial Urki – Hegoalde relativos a los periodos de retorno de 10, 25 y 100 años.

INTENSIDAD DE LLUVIA, COEFICIENTE DE ESCORRENTÍA Y CAUDALES EN CADA CUENCA.

DENOMINACIÓN

DE LAS

CUENCAS.

Periodo de retorno: 10 años

Periodo de retorno: 25 años

Periodo de retorno: 100 años

I mm./h.

C

Q m

3./sgdo.

I mm./h.

C

Q m

3./sgdo.

I mm/h

C

Q m

3./sgdo.

C-1 85.78 0,47 2,150* 105,95 0,55 3,080 134,77 0,63 4,555

C-2 91,42 0,79 1,332 112,91 0,84 1,741 144,69 0,89 2,349

*(Ejemplo → Q= 85,78*0,47*16 (has.)/300= 2,150 m3/sgdo.)

Si se eligiera la intensidad directamente de las c urvas I-D-F, contenidas en la

Norma BAT, su valor para esos ti empos de concentración y un período de retorno de Tr = 10 años, serían respectivamente: Cuenca C-1 con I = 68 mm./h. y en la cuenca C-2 con I= 73 mm./h.. Para el dim ensionamiento de las obras de dren aje se adoptan, del lado de la seguridad, los valores obtenidos mediante la distribución de Gumbel.

Como valor comparativo valga lo expuesto en el “Proyecto de Finalización y

Mejora del Saneamiento de Gernika. Tramo E.D.A.R. – Estación de Bombeo La Vega (Consorcio ABB-2.009)”: Para obtener los caudales de aguas pluviales se ha partido de una lluvia con un periodo de retorno de 10 años. Esta lluvia alcanza una intensidad de 69,55 mm/h para un tiempo de concentración de 23 minutos según las tablas utilizadas en las Normas BAT (Normas Técnicas para Carreteras de Bizkaia. Diputación Foral de Bizkaia”.

3.- ELEMENTOS DE DRENAJE.

Las escorrentías se reco gen mediante cunetas revestidas de hormigón, rigolas, canaletas, etc. y luego esos cauda les se in corporan a lo s colectores de la red proyectada hasta su desagüe, previo paso por una arqueta desarenadora, al cauce natural existente en el lateral este de la carretera foral N-636. Se diseñan varios tramos independientes para realizar esa función.

El dimensionamiento hidráulico se ha realizado de acuerdo a la Instrucción

5.2-I.C.. El periodo de retorno consid erado para el cálculo de es te tipo de elementos es de Tr = 10 años. El coeficiente de Manning (rugosidad) será de 0,014 para los tubos de hormigón y 0,009 para los de P.V.C. En el Apéndice final de este Anejo se ad juntan los cálculos hidráulicos realizados.

Seguidamente se describen los distintos sistemas de drenaje diseñados. El drena je de aguas pluvial es es tá constituido , f undamentalmente, p or e l

denominado colecto r PB que desciende a lo larg o de todo el bulevar hasta alcan zar la rotonda de Montorr eta. Desde ese lugar entr onca con el denom inado colector PA que cruza bajo aquella calzada (N- 636) m ediante una hinca de tubería m etálica. Esa conducción, convenientemente encamisada con un a “manga” de polietileno, es utilizada como un elem ento m ás del colector. Una vez sobrepasado el cr uce, la canalizació n desciende, ocupando la zona de aparcamiento de un vial industrial, ha sta desaguar en el pequeño arroyo que se localiza cerca del lateral de la carretera foral ya mencionada

El tubo de ambos colectores es de ho rmigón armado (clase III S/AS TM C76-

M) y Øinterior que oscila entre 800 mm. (cuando la pendiente no supera el 1,50 %) y 1.000 mm.. Con el objetivo de no sobrepasar un número de Froude elevado (superior a 3) lo que se deriva en ve locidades del flujo excesivas se ha n implementado varios pozos de resalto en las dos canalizaciones.

Al sistema central (co lector PA + col ector PB) se le incorporan dos antenas

que están form adas por los colec tores denom inados PC y PD. En el prim ero de éllos desciende p or el in icio de un vial que en su día servirá de acceso a un desarrollo urbanístico de im portancia. La c analización drena una zona que pasará a ser casi impermeable, por lo cual el diám etro adoptado es de 800 mm. . El ram al conecta con el colector PB a la altura de la denom inada Rotonda-1. El colecto r PD se desarrolla por el segmento de Vial-1 (acceso al cementerio municipal) que drena hacia Hegoalde Etorbidea. Su cuenca vertientes es muy reducida, estando constituida la canalización por un t ubo de PVC y Ø exterior =315 mm.. En ese mismo via l, pero vertiend o en dirección contraria, se ha dispuesto otra pequeña canalización que recoge los caudales aportados por los sumideros de calzad a y la cune ta del lado d esmonte. Es e l colector PE, cuyo diám etro y características técnicas son idénticas al anterior.

Los pozos de registro se construirán todos “in situ”, con horm igón arm ado HA-25 y los sum ideros, de buzón + rejilla, serán del m odelo “Selecta” ó similar por su mayor eficiencia en la captación de las escorrentías sobre pavimentos. Estos elementos se conectarán con los colectores mediante tubos de PVC y Øexterior = 250 mm..

Asimismo, coincidiendo con cada dos (2) emplazamientos de sumideros cuya

interdistancia es superior a 30 metros, se dispondrá otro tubo tam bién de PVC y similar diámetro pero a cota inferior, al objeto de cruzar bajo el pris ma de redes de infraestructura que discurre por las aceras. Este tubo aportará al co lector los caudales de aguas de lluvia que se intercepta po r las cune tas triangulares y revestidas que vierten en la arquetas laterales ubicadas en el exterior del acerado. En las rotondas se emplazarán además varios sumideros en sus anillos perimetrales interiores y/ó exteriores.

El sistema de drenaje se completa con la dispo sición de tub os drenes d e PVC

Øexterior = 160 mm . envuelto s en m aterial filtrante y manta exterio r de geotex til. S e implantarán en la m ediana ajardinada central, bajo la superficie de las rotondas y com o estrato drenante inferior a las cunetas revestidas.

En el resto de la zona de obra se utilizarán las redes de drenaje existente a las

que se añadirán alg unos sum ideros. Los cálcul os de los colec tores se inclu yen en el Apéndice: “Cálculos hidráulicos”.

3.1.- COLECTORES.

El dim ensionamiento hidráulico de la s conducciones se real iza en base a los caudales de diseño. Los parám etros que defi nen l os r egímenes hi dráulicos s e o btienen utilizando la conocida fórm ula de Manning, para determinar las pérd idas de energía por rozamiento a lo largo de las conducciones, y la ecuación de la continuidad.

Las hipótesis de cálculo se escogen de for ma que se asegura, por un lado, que

los co lectores tien en capacidad su ficiente, y por otro, que las veloci dades se encuentran dentro de un rango en el que no son de temer fenómenos de sedimentación ni de erosión.

La determinación de los parámetros hidráulicos de interés (velocidad, grado de

llenado, número de Froude) se rea liza en los conductos de secc ión circular m ediante un proceso iterativo que se describe a lo largo de este capítulo.

3.3.1.

hidráucuyas

- FÓRM

La

do

siecácode

El ulica, y eexpresio

MULA D

a expresi

onde:

v: Velo

n: Núm

Rh: Rad

I: Pend

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32

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21

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iente:

mojada.

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e el área a de e stoa:

has v arilos p re

0,014 pad en el c

de la s eos pará m

iables, sentes

ara la s cálculo

ección metros,

El área hidráulica se puede expresar en función del ángulo de llenado como:

281 dsenA

y el perímetro mojado:

dPm 21

Siendo el radio hidráulico es:

dsenRh

1

41

3.3.2. - DETERMINACIÓN DEL DIÁMETRO DEL CONDUCTO.

Teniendo en cuenta la fórmula de Manning, las expresiones del área y del radio hidráulico en función del ángulo de llenado antes obtenidas y la condición de continuidad:

AvQ

El caudal que circula por una tubería pa ra un ángulo de llenado cualquiera puede expresarse como:

2213

2

811

411 dsenidsen

nQ

El caudal que, con la misma pendiente, circularía a sección llena sería:

441 2

213

2

0dId

nQ

dividiendo las dos expresiones anteriores se obtiene:

32

35

0 21

senQQ

A partir de esta relación se obtiene, m ediante un proceso iter ativo sencillo, el ángulo de llenado correspondiente a un diám etro, una pendiente y un caudal dados, y, a partir de este á ngulo, el calado. Si el calado es superior al 75% del diámetro, se aumenta el diámetro al siguiente de la serie y se procede de nuevo a su cálculo. Obtenido un diámetro cuyo grado de llenado para ese caudal sea inferior al 75%, se admite para el correspondiente tram o de colector, si cum ple con las condiciones de pendiente mínima y máxim a. El resto de los parám etros de interés del flujo se obtienen f ácilmente, una vez conocido el ángulo de llenado, mediante las fórmulas previamente obtenidas.

3.3.3.- COMPROBACIÓN DE AUTOLIMPIEZA

Se com prueba que la pendiente d el co lector garan tiza la autolim pieza del colector. Se considera que el caudal para el cálculo de la autolimpieza es, en cada tramo, el caudal mínimo correspondiente a la situación actual, que, a su vez, se determina a partir de los datos de población.

A partir de este caudal y para el diám etro obtenid o según lo indicado en el

apartado anterior se obtiene, de igual for ma el ángulo de llenado y los dem ás parámetros como la velocidad, el núm ero de F roude, etc. Una vez conocido el régim en hidráulico se puede calcular la partícula que es arrastrada . Para ello, se utiliza la for mulación de Camp-Shields, que normalmente se expresa como:

w

wssh

DkRn

v

6

11

K: Coeficiente adimensional que depende del número de Reynolds y de las características de la partícula arrastrada.

s: Peso específico de la partícula en toneladas por metro cúbico.

w: Peso específico del líquido en toneladas por metro cúbico.

Ds: Diámetro de la partícula en metros.

De la fórm ula anterior s e puede obtener el diámetro de la p artícula arrastrada,

teniendo en cuenta la fórmula de Manning:

ws

whs k

IRD

Según los criterios de di seño la partícula a arrastrar es la de 2,5 milímetros de

diámetro de un m aterial cuyo pe so específico sea de 2,65 ton./m3. Tom ando para el coeficiente k el valor de 0,06 y expresando Ds en mm, se obtiene finalmente:

IdsenDs

1525.2

3.3.4.- COMPROBACIÓN DE LA EROSIONABILIDAD

En general y salvo en tram os cortos y m uy localizados, se dim ensionan los conductos de forma que el número de Froude sea inferior a 3.

Cuando las pendientes topográficas pr ovocan valores de dicho parám etro

superiores al valor indicado, la solución habitual consiste en disponer pozos de resalto. El número de Froude se define por la expresión:

DgvF

donde los significados de los nuevos símbolos que aparecen son: F: Número de Froude.

g: aceleración de la gravedad.

D: Calado equivalente, definido com o la relación entre el área de la s ección hidráulica y la anchura del flujo en la superficie libre, es decir:

tAD

De la figura anterior:

2sendt

y ten iendo en cuen ta l a expresión del área o btenida en el m ismo apartado ,

resulta la siguiente expresión del calado equivalente en función del ángulo de llenado:

dsen

senD

281

Si se superar ese valor del número de Froude se in troducen en lo s distintos

colectores pozos de resalto o tam bién llamados “pozos de caída” que se han dimensionado según la teoría expu esta en “ Wastewater hydraulics: theory and practice” ( Willy H. Hager), cu yo procedim iento es válid o para 0,2 0 < c alado/Diámetro < 0,90 y números de Froude inferiores a 8.

se han

Se

n proyect

L= lon

e adjuntatado, en

ngitud d

an seguidlos cole

el cuenc

damenteectores P

co en me

e los resuPA, PB y

etros

ultados py PC.

para los o

ocho (8)) pozos dde resalto

o que

Pozo PA-1

Pozo PA-2

Pozo PA-3

Pozo PA-4

Pozo PB-1

Pozo PB-2

Pozo PB-3

Pozo PC-3

La asignación de caudales en cada pozo de registro y/ó punto de incorporación de las escorrentía a la red se efectúa según la siguiente tabla.

Nombre del Colector

Denominación de

Pozo de Registro

Q1

(Caudal en l./sgdo.

incorporado al pozo,

procedente de sumideros)

Q2

(Caudal en l./sgdo. incorporado al

pozo, procedente de cunetas y

drenes)

Q3 (Caudal en

l./sgdo. incorporado al

pozo, procedente de cursos de

aguas naturales interceptados,

otros colectores, etc.)

QT

(Caudal Total en l./sgdo.

incorporado en el pozo)

Colector PA Boquilla

PA-1 50 50 PA-2 50 50 PA-3 50 50 PA-4 50 50 PB-1 2746.64 2746.64

Colector PB PB-10 39,62 7,1 2314,31 2361,02 PB-9 17,49 7,15 24,64 PB-8 36,79 10,95 47,73 PB-7 39,62 10,66 50,28 PB-6 39,62 22,38 62 PB-5 24,39 41,91 66,30 PB-4 16,21 15,58 29,78 PB-3 8,23 9,66 17,89 PB-2 39,62 19,52 59,14 PB-1 25,47 2,1 27,57

Colector PC PC-4 10,6 1,43 2150 2162 PC-3 21,81 13,15 34,76 PC-2 21,61 12,29 33,90 PC-1 5,92 3 8,92 PB-10

Colector PD PD-6 9,26 6,43 15,69 PD-5 9 3,50 12,51 PD-4 9 9 18 PD-3 9 12,01 21,01 PD-2 2,06 2,43 4,49 PD-1 0 3 3 PB-10

Se incluy e, en el Apéndice de Cálculos Hidráulicos, la tab la c on los resultados obtenidos para el sistem a de dren aje longitud inal (m ediante colec tores) del Proyecto de Construcción de la “ Prolongación del Vial Urki Hegoalde y su conexión con la N-636”.

3.2.- SUMIDEROS

Para dim ensionar este tipo de obra de drenaje se suele em plear la formulación contenida en la Norma 5.2-I.C. “Drenaje Superficial”. Así, la capacidad de un sum idero situado en un punto bajo vien e dada por la expresi ón siguiente (fórmula del vertedero):

60. 2

3HLQ

donde:

Q: Capacidad de desagüe (litros / segundo).

L: Per ímetro exte rior d e la re jilla ( cm) y anch ura libr e pa ra sum ideros laterales.

H: Profundidad del agua en el borde inferior de la abertura (cm).

La fór mula empleada, se considera vá lida para prof undidades inferiores a 12

cm. para los sum ideros horizontales y 1,4 veces la altura de la abertura para lo s laterales. Para alturas superiores a 40 cm en el caso de sumideros horizontales y 1,4 veces la altura en los laterales la capacidad se obtiene m ediante la expresión del orificio, siendo dicha expresión la siguiente:

)2(..300 DHSQ

donde:

S: Área del sumidero (m2).

D: Altura de la abertura.

Para altu ras com prendidas entre 1 2 y 40 c m en sum ideros horiz ontales se

interpola el resultado linealmente entre las dos fórmulas.

En el caso de situarse el sum idero en zonas con la rasante inc linada, la

capacidad deducida de la fór mula anterior se reduce debido a la com ponente longitudinal de la corriente.

Por ello deberá afectarse de un coeficiente cuyo valor es:

J 1511

donde J es la pendiente longitudinal en m/m. Sin embargo el i mpacto urbanizador qu e se ha producido en los últim os años

en las cuencas urbanas y su respuestas, m odificada, bajo episodios de lluvia im pone la necesidad de analizar las redes de drenaje bajo criterios totalmente distintos a los utilizados hasta ahora. Merece menciona rse el m odelo d esarrollado po r la U.P.C. (U niversidad Politécnica de Cataluñ a) “Diseño asistido del sistema de sumideros de una población” (2.009) y los ensayos del labor atorio del Departamento d e Ing eniería H idráulica, Marítima y Ambiental de la ETSICCPB (2.001) sobre el comportamiento hidráulico de los sumideros con rejas más comúnmente utilizados en la ciudad de Barcelona.

El ensayo se efectuó so bre plataforma cuya pendiente transv ersal podía variar

entre el 0 % y el 4 %, m ientras qu e la long itudinal podría alcanzar a hasta e l 10 % d e inclinación.

iCe

La lista de imbornales-sumideros analizados se adjunta en la siguiente figura:

En el docu mento “Diseño asistido del sistema de sumideros de una población” (2.009 Ignasi Fernández Pé rez) ) se indica: “ se definen unos criterios de riesgo, relacionados con los parámetros que caracterizan al flujo superficial que nos permitirán garantizar siempre la seguridad de un peatón circulando por las calles durante un episodio de lluvia. Estos criterios vienen caracterizados por dos parámetros esenciales del flujo superficial, que son, el calado y, y la velocidad v. entonces podemos definir cuatro criterios que nos determinarán en cada caso concreto de geometría y lluvia, el caudal máximo que puede. circular sobre nuestras calles, el caudal límite.

Estos criterios son: Calado máximo: y Velocidad de circulación máxima: v Criterio de vuelco: v * y Criterio de deslizamiento: v

2 * y

Pero una vez establecidos dichos criterios hay que tener en cuenta como se regula

este flujo superficial, para mantenerlo por debajo de los valores admisibles. Y es entonces donde entran en juego los elementos de captación superficial: los imbornales. La separación de estos elementos dentro la red es muy importante para un buen funcionamiento de la misma, y se convierten en un elemento trascendental para la regulación del flujo superficial. Por ello, ya que el diseño de estos elementos por partes de los fabricantes solo responde a criterios de estética e integración urbana se realiza un análisis de las formulación propuesta por la UPC, para la determinación del comportamiento hidráulico de los mismos, y así poder implementarla a la hora de decidir qué tipo de imbornal utilizar”.

Criterios de riesgo según Témez.

Transformación lluvia- caudal escorrentía sobre acera.

Transformación lluvia- caudal escorrentía sobre calzada.

Propagación del caudal por la rigola-bordillo

La salida tipo del modelo es la de la figura inferior:

Sin el uso de esta poten te herramienta y prescindiendo de la metodología de la instrucción de drenaje, que siempre aporta va lores de interceptación muy elevados y poco acordes con la realidad en m edios urbanos, se ha utilizado en este proyecto de “Prolongación del Vial Urki Hegoalde y su conexión con la N-636” la form ulación de Izzard y da tos de captación de im bornales, facilitados por la m arca Saint G obain, así como los ábacos de la Federal Highway Administration.

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mideros

El de rej illa es m uy su sceptible a la colmatación, p resenta peligro s para los ciclistas y conserva su efic iencia hidráulica con pendientes medias y altas. El sumidero buzón es eficaz para pendientes bajas, al aum entar la pend iente de la ca lle su eficiencia hidráulica se ve muy reducida.

El sum idero m ixto dispone de la s ventajas de am bos. Con el buzón se

captan los m ateriales en suspensió n y con la re jilla la m ayor cantidad de flujo sin que se vea obturada. El imbornal tipo caz es útil en calzadas muy amplias y donde no se prevea presencia de suciedad ó escombros.

En este proyecto de “ Prolongación del Vial Urki Hegoalde y su conexión con la N-636” se ha utilizado, dada la escasa longitud de la nueva calle ( L = 499,55 m.), una aplicación en ex cel que recoge los ensa yos de los su mideros tipo de Sa int Gobain Canalización (Funditubo) y el enfo que de la Federal Highway Ad ministration (HD Serie nº 4) para los sumideros tipo buzón o de rejilla en calzada y junto a bordillo.

Se elige el sum idero desde el p unto de vista de su capacid ad (caudal

interceptado, accesibilidad, conservación, etc.) co nsiderando además que el at erramiento ó factor d e colmatación (F) en el imbornal y la lim pieza de calzada se deriv an de una conservación viaria de tipo medio (F = 1,80), cuando se produce el aguacero.

La cuenca pavim entada ver tiente p or m etro lineal d e se mi-calle tie ne un a

amplitud total de siete (7) metros de calzada asfaltada y dos (2) metros de magnitud en las aceras.

El coeficiente de escor rentía adoptado es C= 0,9; el período de retorno diez

(10) años, la intensidad para un ti empo de concentración de diez (10) m inutos es de I= 83,86 mm./hora; con lo cual el caudal vertiente es de 0,19 l./sgdo. por m etro lineal de semi-calzada.

Para el tipo de sumidero escogido (mixto ó “combination inlet”), imbornal tipo

Selecta, de 640 x 750 mm. y capacidad de absorción 12 dm2., se ha obtenido la siguiente

tabla, admitiendo una anchura de c alzada inundada de un (1) m etro, junto al bordillo ó encintado:

P.K.

Sy (Pend. Long. %)

Sx (Pend. Trans. %)

Longitud tramo calle

(m.)

Interdistancia entre sumideros

(m.)

Nº se sumideros en

el tramo. 1+300 0,5 2 13 13 < 1

1 2 19 19 < 1 1,5 2 23 23 < 1 2,5 2 30 30 < 1

1+360 3,5 2 35 35 < 1

1+360 5 2 160 33,92 < 5 1+520 5 2

1+520 3 2 86 31,65 < 3 1+606 3 2

1+606 6 2 133 30,70 < 4 1+739 6 2

En cons ecuencia y p ara uniform izar la distribución de im bornales tipo “Selecta”, se adop ta interdistancias de ve inte (20) metros para pendientes longitudinales del vial inferiores al tres (3) por ciento y de trei nta ( 30) metros, c uando las pe ndientes longitudinales del vial superan el tres (3) por ciento.

En las ro tondas se dispondrán al m enos cuatro (4) sum ideros, ubicándose

siempre uno de éllos en el punto más bajo de la calzada anular. En el Apéndice de Cál culos Hidráulicos se de tallan la s d iferentes hojas de

excel que se ha empleado en cada tramo del futuro vial. 3.3.- CUNETAS.

Se dispondrán cunetas revestidas de horm igón de tipología triangular, con anchura de un (1) m etro y profundidad m áxima en el vértice de quince (15) centím etros (taludes 3H:1V) por todo el borde exterior de las líneas de acera que sea contigua a taludes en desm onte. De esta form a se recogerán todas las escorrentía s procedentes del terreno excavado p ara inco rporarlas lueg o, m ediante cruces bajo la calzada, al co lector qu e desciende ocupando la m ediana ajardinada de por la mediana ajardinada de l nuevo vial Urki – Hegoalde.

El cálcu lo de los caud ales que p uede transportar e sa cu neta pa ra distinto s

valores de la pendiente se ha realizado c on la f órmula de Manning (n= 0.015) para un periodo de retorno de 10 años, con una intens idad de I= 83,86 m m./h. y un coeficiente de escorrentía correspondiente a los taludes excavados de 0,60.

En cuanto a la longitud de desborda miento, magnitud necesaria para poder

ubicar la oportuna arqueta de desagü e hacia el c olector principal, se ha determ inado con un co eficiente de aterram iento (f alta d e li mpieza d e la cuneta, presencia de barro , hojarasca, etc.) conservador, igual a dos (2)

Se observa en las tab las conten idas en el Apéndice de Cálculos H idráulicos

que la longitud mínima (cuando la pendiente es del cinco por mil) sería de 145 metros.

3.4.- DRENAJE SUBTERRÁNEO.

Se ha dispuesto un sistema de drenaje subterráneo bajo las cunetas contiguas a las dos aceras laterales cuando aquéllas discurran en zonas de desmonte.

Asimismo en la m ediana central, v egetalizada y de anchura cuatro (4) m etros,

que se contempla en el proyecto de “Prolongación del Vial Urki Hegoalde y su conexión con la N-636” se s ituarán, a am bos lados del cole ctor principal de aguas pluviales que desciende por dicha franja, senda s tuberías de P VC y diám etro exterior 160 m m.. Esas conducciones irán envueltas en m aterial filtrant e (grava) y una ma nta de geotextil exterior, según detalles incluidos en los planos de las secciones tipo.

En su di mensionamiento se ha seguido las “ Recomendaciones para el

proyecto y construcción del drenaje subterráneo en obras de carreteras” Orden Circular 17 /2.003 (Dirección General de Ca rreteras del Ministerio d e Fom ento) y lo s ábacos de dimensionamiento hidráulico de la tubería tipo Glassidren circular.

El caudal de cálculo será:

Donde

Figura 2.9.

La anchu ra puede ser v ariable a lo la rgo del tram o estudiado por lo que el

producto podrá obtenerse en ese caso como:

En este proyecto se considera B= 4 metros y la separación entre los pozos una distancia máxima de 100 metros, por lo que

Q = 100 * 4 * 10-2 = 4 l./sgdo. (bajo estado de impermeabilidad superficial) Como ya se ha com entado antes, el dren elegido es de P.V.C. circular y de

diámetro exterior m ínimo 160 mm., con la zo na inferior prevista para canalizar las aguas captadas, rodeado de material filtro. La u bicación del dren respecto a las capas de firme y cuneta se g rafía en los correspondientes planos de detalle. La conexión del dren con el colector s e produce en los pozos de registro ubicados sobre el colector principal. A cada pozo llegarán dos tubos dren y no tendr án salida del m ismo par a evitar posibles reflujos ó puestas en cargas de ambas canalizaciones en caso de que se formaran remansos en los pozos.

En esos m ismos registros se reco gerá los ca udales in terceptados p or la s

cunetas y aquellos otros procedentes de los sumideros (imbornales) dispuestos en las dos semicalzadas. Las pen dientes lon gitudinales de los drenes, se proyectarán en general, ajustadas la geometría de la calzada del futuro vial Urki – Hegoalde, es decir con valores en general superiores al tres (3) por ciento.

Según el ábaco, para pendien tes del 3%, el tubo transportará casi 20

l./sgdo., por lo que está asegurado el drenaje de la mediana ajardinada.

3.5.- ARQUETA DESARENADORA-DESENGRASADORA.

Uno de los objetivos del dr enaje tra nsversal e s alte rar lo mínim o posible e l régimen hidráulico de la corriente existente, pero no es éste el único objetivo que se persigue, también se trata de que el agua alcance el cauce natural sin que la presencia de la vía produzca en ella alteraciones cualitativas. Para ello se ha diseñado una red separativa.

El em pleo de las arquetas desarenadora s desengrasadoras se jus tifica por la

necesidad d e elim inar tanto los s ólidos en sus pensión (p artículas d e tam año m ayor a 1 mm), com o los aceites y grasas que, originad os por el tránsito de los vehículos, se depositan en la calzada y son arrastrados hacia el terreno natu ral. Las distintas redes de drenaje se completan por lo tanto con la co locación d e unas arq uetas especiales desarenadoras desengrasadoras en aquellos puntos de vertido que incluyan aguas provenientes de la calzada.

Uno de los requerimientos del diseño de las mismas es que deberán contar con

un m antenimiento periódico de retirada de lo s sólido s d epositados. La arq ueta estará formada por una primera zona de llegada del agua desde el caño. De esta zona el agua pasa a una cámara donde es retenida el t iempo suficiente para que decanten los sólidos. Al estar situada la s alida en la parte baja d e la ar queta, las grasas que fl otan quedan a su vez retenidas dentro de la misma.

Su dim ensionamiento es función del cau dal d e agu a a tr atar, d el tiempo de

retención del agua dentro de la arqueta y de la velocidad de decantación de las partículas en suspensión en el agua para un tamaño mayor a 1 mm.

Aunque se sitúan al final de los caños, no se calculan para el mismo periodo de

retorno que estos, puesto que las arquetas así dimensionadas no funcionarían correctamente con las intensidades de lluv ia más frecuentes, y adem ás se obtendrían unas dim ensiones demasiado grandes que originarían problemas de espacio en su ubicación en el terreno. Se considera adecuado para el buen funcionamiento de la arqueta un periodo de retorno de dos años. Se han tom ado los valores de intensidades máximas de precipitación IT en función del tiem po de concentración TC de las norm as B.A.T. Con el periodo de retorno considerado se garantiza el correcto funcionamiento de las arquetas para la mayor parte de las precipitaciones, sin que queden sobredim ensionadas. Con esto se aseg ura la no necesidad de mantenimiento, puesto que al producirse precipitaciones fuertes, los depósitos que queden en la arqueta serán arrastrados.

La veloc idad de sedim entación para un fluido con velocidad horizontal 0,60

m./sgdo. y tamaño de partícula 1,0 mm. es de 15 cm./sgdo.. Una vez fijados estos v alores y ten iendo en cuenta las sigu ientes fórmulas, se

puede dimensionar el tamaño de la arqueta.

C

HvQS

Siendo: SH : Sección horizontal de la arqueta Q : C audal a tratar, para un perio do de retorno de 2 años y tiem po de

concentración 10 minutos (I= 72 mm./h.). vc : Velocidad de sedimentación de la pa rtícula, para una velocidad de flujo

horizontal igual a 0,60 m/sgdo., es decir 0,15 m/sgdo..

FH

TvQS

Siendo: ST : Sección transversal de la arqueta Q : Caudal a tratar, para un periodo de retorno de 2 años Vfh : Velocidad de flujo horizontal de la partícula, es decir 0,60 m./sgdo.. Por último y por condiciones de flujo deberá comprobarse que:

51 HA

Donde A es la anchur a de la arqu eta y H es su altura. Se ha dispuesto una

arqueta desarenadora-desengras adora al final del colecto r PA, antes de su vertido al pequeño arroyo allí existente.

. Las dimensiones obtenidas en este caso se adjuntan en la tabla siguiente:

DATOS DE LA RED DIMENSIONES ARQUETA COLECTOR CAUDAL m3/sgdo. ALTO ( m.) ANCHO

(m.) LARGO CÁMARA DECANTACIÓN

(m.) PA 1,50 2,20 1,60 3,13

4.- RED DE AGUAS FECALES.

Esta red se implanta para recoger las aguas residuales de una vivienda cercana a la industria Ona y, en su m omento, podr án verter a élla los ca udales fecales que se generen en el desar rollo urba nístico program ado sobre la pa rcela qu e se loca liza por el lateral derecho de H egoalde (sentido creciente de PP.KK.), entr e la rotonda número 2 y de la de Montorreta.

Asimismo se aprovech a su ejecució n para recoge r los caudales de esta

naturaleza producidos en dos indus trias, localizadas en el la teral de la carrete ra foral N-636, que ahora vierte a una zanja contigua a ese vial foral.

El colector entronca con la red de sane amiento municipal tras atrave sar, cruce

mediante hinca en paralelo con la anterior colector de aguas pluviales, bajo la N-636.

La tubería empleada es de P.V.C. con junta elástica y rigidez circunferencial SN > 4 kN./m2.

Los pozos de registro serán prefabricado con diámetro interior 1 m. y exterior de 1,30 m ., construido en horm igón ar mada HA-35 em pleando cem entos CEM III/A42,5/SR, arm adura en espiral con redondos de 10 m m. cada 0,1 m . m ás 6 barras vertic ales de 6 mm, junta de estanqueidad de EP DM para la u nión entre módulos y conexiones de pozos a tubos co n junta fabric ada en caucho EPDM de 50º + 5ºSha de dureza según norma UNE-EN 681-1..

Estarán dotados de “m edias cañas” inte riores para dar continuidad a los tubos que en ellos confluyen. Las tapas serán de fundición dúctil , capaces de soportar 400 kN. y además se dispondrán pates de polipropileno que faciliten el acceso a su interior. Estos registros se im plantarán en todos aquellos puntos donde el colector cambie de alineación, rasante, en los entronque con ram ales y en las acom etidas de vertidos.

Las pendientes de la canalización oscilan entre el 1,50 % como valor m ínimo y el 6% com o valor m áximo. Dada la pequeña en tidad d e los c audales actua les que se evacuarán por la canalización no se ha desarrollado ningún cálculo hidráulico referido a la misma.

APÉNDICE: Cálculos Hidráulicos.