CALCULO HIDRÁULICO DE REDES DE SANEAMIENTO COLEGIO DE INGENIEROS AGRÓNOMOS DE BARCELONA Barcelona - Mayo de 2008 Cálculo hidráulico de redes de saneamiento Datos necesarios: Trazado en planta de la red, en función de: Parcelación de las zonas a urbanizar Cuencas vertientes de la zona a urbanizar Situación del punto final de evacuación (cauce receptor o estación depuradora) Superficie de cada una de las zonas vertientes a la red de saneamiento Si. Porcentaje de superficie edificable, de viales y de espacios verdes. Coeficientes de escorrentía de las distintas superficies Ci. Tiempo de escorrentía. Tiempo de concentración. Periodo de retorno. Precipitación máxima horaria para el periodo de retorno considerado Im. Cálculo hidráulico de redes de saneamiento Datos necesarios (cont.) Perfiles longitudinales de cada uno de los ramales Identificación de cada uno de los ramales. Situar los pozos de inspección Caudales de cálculo: Pluviales: Q=CxIxS Residuales residenciales Q = Qcalculo abast. 3 TRAZADO EN PLANTA Y ESQUEMA DE AREAS QUE VIERTEN A CADA RAMAL 4 5 1 2 7 8 EDAR 9 10 6 Coeficiente de escorrentía Es el cociente entre el caudal que discurre por la superficie en relación con el caudal total precipitado. TIPO DE SUPERFICIE C Cubiertas impermeables 0,70-0,95 Asfaltos 0,85-0,90 Hormigones 0,85-0,90 Adoquinado o entarugado rejuntado 0,80-0,85 Macadam bituminoso 0,70-0,90 Adoquinado ordinario 0,50-0,70 Empedrado de mosaico 0,40-0,50 Macadam ordinario 0,25-0,50 Pavimentos sin afirmar 0,15-0,30 Terrenos sin construir y deportivos 0,15-0,30 Jardines y praderas 0,05-0,25 Parques 0,01-0,20 TIPO DE ZONA C Casco urbano con edificación muy densa 0,70-0,90 Barrios antiguos con edificación densa 0,65-0,90 Zona industrial en ciudad 0,60-0,85 Barrios modernos con muchos edificios 0,50-0,70 Zona residencial de edificios aislados 0,25-0,60 Zona industrial de edificios aislados 0,25-0,60 Zona residencial unifamiliar en extraradio 0,25-0,50 Zona suburbana poco poblada 0,10-0,30 Zona rural 0,05-0,25 Tiempo de escorrentía Es el tiempo que tarda una gota de agua caída en la cuenca en el punto más alejado, en llegar a la red de alcantarillado. Este tiempo depende de: La distancia a recorrer por la gota de agua. La pendiente del terreno. Grado de impermeabilidad del terreno. En la práctica varía entre un mínimo de 3 minutos y un máximo de 20 minutos Valores normales: entre 5 y 10 minutos Tiempo de concentración Tiempo de concentración, en un punto x cualquiera de la red es el tiempo empleado por una gota de agua, caída en el lugar más alejado de dicho punto, para llegar al punto considerado x. El tiempo de concentración es la suma del tiempo de escorrentía más el tiempo de recorrido. En la práctica, y para cuencas pequeñas (de hasta 50 ha) varía entre un mínimo de 10 minutos y un máximo de 60 minutos Normalmente se toman valores comprendidos entre 10 y 30 minutos Periodo de retorno El periodo de retorno de un suceso (intensidad de un aguacero) se define como el número de años en que se supera , una vez como promedio, la intensidad media de dicho suceso. Las curvas de precipitación media anual pueden estar representadas para periodos de retorno de 1, 5, 10, 25, 50 o más años, con un índice de probabilidad del 90%. A efecto de homologación de base de datos se acepta como frecuencia tipo un periodo decenal Coeficiente de afección del Periodo de retorno Periodo de retorno P (años) Coeficiente afección de 1 2 5 10 15 25 50 0,45 0,60 0,80 1,00 1,10 1,25 1,50 100 1,91 Intensidad de lluvia o Precipitación máxima en 1 hora Es el caudal máximo de agua caído en una unidad de superficie y una hora de duración. En meteorología este caudal se suele expresar en mm. Para el cálculo hidráulico se expresa en l/s. ha. Equivalencias: 1 mm/min = 166,67 l/s 1 mm/h = 2,78 l/s. 1 mm = 1 l/m² 1 l/s.ha = 0,0001mm/s = 0,006 mm/min = 0,36 mm/h Lluvias de corta duración son generalmente las más intensas. Su valor debe tomarse de los gráficos experimentales de curvas de intensidad de lluvia-Duración del chaparrón, para un periodo determinado. A falta de estos gráficos locales pueden utilizarse las curvas de la Fig. 1 en las que: Im = Intensidad media en un tiempo dado (mm/h). Ih = Intensidad media en aguaceros de una hora de duración (mm/h). Tc = Duración del chaparrón igual a tiempo de concentración (min.) Curva adecuada Valor máxima intensidad media (Im) para el periodo de retorno considerado. A falta de este dato el Gráfico 2 da un valor orientativo para un periodo decenal. La curva correspondiente será la de Ih que nos permitirá hallar el valor de Im Curvas IDF: Intensidad – Duración – Frecuencia Para calcular el valor de Im se entra en el gráfico I.D.F (Fig. 1) con el valor de Ih obtenido del gráfico 2 y con el tiempo de concentración, como duración del chaparrón. En la escala izquierda se obtendrá el valor de Im en l/s.Ha. Ejemplo de cálculo: Red de saneamiento en Guadalajara Superficies: Edificación viviendas: superficies cubiertas y pavimentadas: 109.000 m². Superficie de viales: 15.000 m². No se consideran las zonas verdes Coeficiente de escorrentía en edificación, pavimentación y viales: C = 0,8 Precipitación máxima horaria en Guadalajara para un periodo de retorno de 10 años y nivel de probabilidad del 90%: 25 mm. Tiempo de concentración considerado: 15 minutos Intensidad de lluvia según curvas IDF: 80 l/s. Ha. RAMAL G-1 H F I-J G NUDOS J L % m. 50 50 750 750 100 1500 122 121 3,69 121 120 0,99 140 139 0,50 139 138 0,50 138 137 0,50 137 136 0,50 136 135 4,64 135 134 3,64 134 129 3,16 110 111 2,55 111 112 0,74 112 113 0,50 113 114 0,50 114 115 1,52 115 116 3,26 116 117 0,50 117 118 0,50 118 119 0,50 119 120 0,50 103 104 1,97 104 105 2,53 105 127 127 128 5,00 5,00 128 129 5,00 129 130 130 131 5,00 5,00 131 132 5,00 132 120 120 133 1,84 1,58 133 67 1,58 123 124 0,82 124 125 0,62 125 126 0,62 126 75 5,00 75 74 5,00 74 73 0,88 73 72 0,88 72 71 0,86 71 70 0,88 70 69 0,88 69 68 0,88 68 67 0,88 67 66 0,88 66 65 0,84 65 64 0,84 64 63 0,84 63 62 0,84 62 61 0,84 61 60 0,50 60 59 0,50 59 58 0,50 58 57 0,50 57 56 0,50 SUPERFICIES m² VIALES 50 50 50 50 50 50 42 VIVIENDAS. CAUDAL QUE APORTA (l/s) VIALES VIV. TOTAL 4,8 0,0 4,8 4,8 0,0 4,8 0 9,6 0,0 9,6 1000 0,0 6,4 6,4 1000 0,0 6,4 6,4 1000 0,0 6,4 6,4 1000 0,0 6,4 6,4 1000 0,0 6,4 6,4 500 0,0 3,2 3,2 500 0,0 3,2 3,2 342 0 6000 0,0 38,4 38,4 50 50 50 50 50 50 50 50 50 50 750 1000 4,8 6,4 11,2 750 1000 4,8 6,4 11,2 750 1000 4,8 6,4 11,2 750 1000 4,8 6,4 11,2 750 1000 4,8 6,4 11,2 750 1000 4,8 6,4 11,2 750 1000 4,8 6,4 11,2 750 1000 4,8 6,4 11,2 750 1000 4,8 6,4 11,2 750 1000 4,8 6,4 11,2 500 7500 10000 48,0 64,0 112,0 50 16 27 30 30 30 30 30 20 30 30 1.500 240 1000 1000 9,6 1,5 6,4 6,4 16,0 7,9 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 323 1.740 11,1 12,8 23,9 50 50 50 23,5 23,5 33 32,5 50 50 50 50 50 50 50 50 50 50 50 50 50 50 50 50 1500 9,6 0,0 9,6 750 4,8 0,0 4,8 750 4,8 0,0 4,8 0,0 0,0 0,0 1000 0,0 6,4 6,4 1000 0,0 6,4 6,4 1000 0,0 6,4 6,4 1000 0,0 6,4 6,4 1000 0,0 6,4 6,4 1000 0,0 6,4 6,4 1000 0,0 6,4 6,4 500 0,0 3,2 3,2 500 0,0 3,2 3,2 500 0,0 3,2 3,2 500 0,0 3,2 3,2 500 0,0 3,2 3,2 500 0,0 3,2 3,2 500 0,0 3,2 3,2 500 0,0 3,2 3,2 500 0,0 3,2 3,2 500 0,0 3,2 3,2 500 0,0 3,2 3,2 500 0,0 3,2 3,2 2000 R-1-1 Ejemplo de cálculo Sistema unitario Caudal de aguas negras aportado a cada nudo: 2,5 l/s 10 1 40 4%0 1 50 4 50 5 5%0 3% EDAR 4% 10 45 0 10 20 45 5%0 10 9 5 10 20 8 7%0 7 70 20 7%0 0 6%0 6 10 2 15 4%0 70 R - 2 - 13 50 4%0 60 0 R-2 2 0 1 2 R 3 12 40 1 50 4 10 50 7%0 5 10 8% 0 10 4 R-2 15 9%0 60 7%0 10 10 10 8%0 6%0 1 50 2 50 1 4%0 70 0 R- 30 5% 0 1- 6 50 6% 50 5% R- 70 3 0 15 R- 50 6%0 10 7% 12 3 15 Caudal de pluviales 100 2 4%0 80 40 Longitud 50 2 15 40 2 5 9%0 20 70 9%0 1 10 1 Alcantarilla, Tramo o Colector del pozo Tramo Caudal en que total en al pend. pozo sección Qpluv. Q neg. Desagua nº nº R-1-1 R-1-1 1 2 2 3 R-1-2 R-1-2 R-1-2 1 2 3 2 3 3 R-1 R-1 R-1 R-1 R-1 R-1 1 2 3 4 5 6 2 3 4 5 6 1 R-2-1 R-2-1 R-2-1 R-2-1 1 2 3 4 2 3 4 9 R-2 R-2 R-2 R-2 R-2 R-2 R-2 R-2 R-2 R-2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 R 1 2 Longitud j L (m/ km)x1 0 (m) el tramo (l/ s ) x 1 0 0 0 (l/ s ) x 1 0 0 0 (l/ s ) R-1 10000 15000 2500 2500 40 40 40 80 R-1 10000 15000 12000 2500 2500 2500 40 40 40 70 60 70 R 10000 12000 15000 50000 30000 40000 2500 2500 2500 2500 2500 2500 70 60 60 50 50 40 50 60 50 50 50 50 R-2 10000 10000 10000 10000 2500 2500 2500 2500 80 80 60 60 50 50 50 50 R 10000 20000 5000 15000 10000 10000 20000 5000 10000 20000 2500 2500 2500 2500 2500 2500 2500 2500 2500 2500 90 90 90 70 70 70 70 50 50 50 70 40 70 60 50 70 20 10 45 45 10000 2500 30 1.000 Alcantarilla, Pendiente Diámetro interior Caudal de Cálculo del al pozo pozo Tramo o (l/ s) Negras Aportado del tramo por otros Qn ramales nº nº Pluviales del tramo Qpl R-1-1 0 1 2 2 3 10,0 15,0 2,5 2,5 0,0 0,0 12,5 30,0 R-1-2 0 0 1 2 3 2 3 3 10,0 15,0 12,0 2,5 2,5 2,5 0,0 0,0 0,0 R-1 0 0 0 0 0 1 2 3 4 5 6 2 3 4 5 6 1 10,0 12,0 15,0 50,0 30,0 40,0 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 R-2-1 0 0 0 1 2 3 4 2 3 4 9 10,0 10,0 10,0 10,0 R-2 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 R 1 2 Colector Caudal Total Q j d A sección llena Caudal Q Velocidad V A caudal de cálculo Q Velocidad Calado V h A caudal mínimo Q mínimo Velocidad Calado V h Tramo Longitud en que L Desagua (m/ km) (mm) (l/ s) (m/ s) (m/ s) (mm) (m/ s) (mm) 4,0 4,0 300 300 73,01 73,01 1,03 1,03 0,78 0,98 82,80 133,50 0,46 0,46 33,00 33,00 12,5 30,0 44,5 4,0 4,0 4,0 300 300 300 73,01 73,01 73,01 1,03 1,03 1,03 0,78 0,98 1,07 82,80 133,50 170,40 0,46 0,46 0,46 33,00 33,00 33,00 0,0 0,0 74,5 0,0 0,0 0,0 12,5 27,0 119,0 171,5 204,0 246,5 7,0 6,0 6,0 5,0 5,0 4,0 300 300 400 450 450 600 97,10 89,77 191,55 238,03 238,03 452,60 1,37 1,27 1,52 1,50 1,50 1,60 0,95 1,12 1,59 1,60 1,60 1,63 70,80 112,20 230,00 288,00 333,90 315,00 0,58 0,53 0,52 0,48 0,48 0,42 29,40 30,00 27,20 27,45 27,45 26,40 2,5 2,5 2,5 2,5 0,0 0,0 0,0 0,0 12,5 25,0 37,5 50,0 8,0 8,0 6,0 6,0 300 300 300 300 103,91 103,91 89,77 89,77 1,47 1,47 1,27 1,27 1,01 1,22 1,21 1,30 69,30 99,30 133,50 159,30 0,60 0,60 0,53 0,53 27,90 27,90 30,00 30,00 10,0 20,0 5,0 15,0 10,0 10,0 20,0 5,0 10,0 20,0 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 50,0 0,0 12,5 35,0 42,5 60,0 72,5 85,0 107,5 115,0 177,5 200,0 9,0 9,0 9,0 7,0 7,0 7,0 7,0 5,0 5,0 5,0 300 300 300 300 300 350 350 400 450 450 110,32 110,32 110,32 97,10 97,10 145,75 145,75 174,61 238,03 238,03 1,56 1,56 1,56 1,37 1,37 1,51 1,51 1,39 1,50 1,50 1,05 1,39 1,45 1,43 1,47 1,56 1,62 1,46 1,60 1,60 66,30 114,30 127,80 170,40 195,90 192,50 226,10 237,60 293,85 328,05 0,62 0,62 0,62 0,58 0,58 0,56 0,56 0,49 0,48 0,48 27,30 27,30 27,30 29,40 29,40 28,00 28,00 28,40 27,45 27,45 10,0 2,5 446,5 459,0 3,0 700 586,13 1,52 1,63 477,40 0,37 26,60 (m) R-1 40,00 80,00 R-1 70,00 60,00 70,00 R 50,00 60,00 50,00 50,00 50,00 50,00 R-2 50,00 50,00 50,00 50,00 R 70,00 40,00 70,00 60,00 50,00 70,00 20,00 10,00 45,00 45,00 1.000,00