FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL
CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL
MACHALA2020
CABRERA LOAYZA RONALD LENININGENIERO CIVIL
MODELIZACIÓN HIDRÁULICA DE UNA RED DE ALCANTARILLADOCON EPA SWWM 5.1
FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL
CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL
MACHALA2020
CABRERA LOAYZA RONALD LENININGENIERO CIVIL
MODELIZACIÓN HIDRÁULICA DE UNA RED DEALCANTARILLADO CON EPA SWWM 5.1
FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL
CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL
MACHALA19 de febrero de 2020
CABRERA LOAYZA RONALD LENININGENIERO CIVIL
MODELIZACIÓN HIDRÁULICA DE UNA RED DE ALCANTARILLADO CON EPASWWM 5.1
MACHALA, 19 DE FEBRERO DE 2020
AGUIRRE MORALES FREDY ALEJANDRO
EXAMEN COMPLEXIVO
5%INDICE DE SIMILITUD
4%FUENTES DE
INTERNET
2%PUBLICACIONES
1%TRABAJOS DEL
ESTUDIANTE
Excluir citas Apagado
Excluir bibliografía Apagado
Excluir coincidencias Apagado
Modelización hidráulica de una red de alcantarillado con EPASWWM 5.1INFORME DE ORIGINALIDAD
ENCONTRAR COINCIDENCIAS CON TODAS LAS FUENTES (SOLO SE IMPRIMIRÁ LA FUENTE SELECCIONADA)
1%
www.manta.gob.ecFuente de Internet
VII
RESUMEN
El objetivo del presente trabajo consiste en realizar la modelización hidráulica de un
sistema de alcantarillado sanitario y un sistema combinado; mediante el software EPA
SWMM 5.1 y Excel para determinar el comportamiento de la red.
Para el sistema sanitario se realizó la obtención de caudales de diseño de acuerdo a la
memoria de cálculo del proyecto. Posteriormente se hizo la esquematización en el
programa EPA SWMM 5.1 mediante el software EpaCAD que permite exportar archivos
de AutoCAD a SWMM 5.1, luego se introduce los datos requeridos para nodos los
cuales son: cota invert, profundidad a la clave y caudal de diseño; para tuberías son:
forma, tirante máximo, longitud y coeficiente n. Seguidamente se hace la simulación y
se obtienen resultados. Luego se realizó el cálculo de la red en hoja electrónica para
verificar los principales datos como lo son: velocidad, tirante y tensión tractiva.
Para el sistema combinado se agregó al modelo las subcuencas de la parte céntrica del
sitio, los datos a ingresar de subcuencas son: pluviómetro, nodo de descarga, área,
ancho, pendiente media, porcentaje de área impermeable, coeficiente n para suelo
impermeable, coeficiente n para suelo permeable, altura de almacenamiento en
depresión sobre el área impermeable, altura de almacenamiento en depresión sobre el
área permeable, porcentaje de suelo impermeable que no presenta almacenamiento en
depresión, flujo entre subáreas, porcentaje de flujo y método de infiltración. Para los
datos del pluviómetro se utilizó un hietograma de intensidades, obtenido a partir de datos
de la estación M0180 Zaruma.
PALABRAS CLAVES: EPA SWMM 5.1, modelización hidráulica, red de alcantarillado
sanitario, red de alcantarillado combinado.
VIII
ABSTRACT
The objective of this work is to carry out the hydraulic modeling of a sanitary sewer
system and a combined system; using EPA SWMM 5.1 and Excel software to determine
network behavior.
For the sanitary system, the design flows were obtained according to the project
calculation memory. Subsequently, the schematization was done in the EPA SWMM 5.1
program using the EpaCAD software that allows exporting AutoCAD files to SWMM 5.1,
then the required data for nodes are introduced which are: invert, max depth and design
flow; for pipe sections: shape, max depth, length and coefficient n. Then the simulation
is done and results are obtained. Then the calculation of network in the electronic sheet
was performed to verify the main data such as: speed, depth and tractive tension.
For the combined system the subcatchment of the central part of the site were added to
the model, the data to be entered in subcatchment are: rain gage, discharge node, area,
width, average slope, percentage of impermeable area, coefficient n for impermeable
soil, coefficient n for permeable soil, storage height in depression over the impermeable
area, storage height in depression over the permeable area, percentage of impermeable
soil that does not exhibit storage in depression, flow between sub-areas, percentage of
flow and infiltration method. For the rain gage data, an intensities hietogram was used,
obtained from data from the M0180 Zaruma station.
KEYWORDS: EPA SWMM 5.1, hydraulic modeling, sanitary sewer network, combined
sewer network.
IX
ÍNDICE DE CONTENIDOS
1. INTRODUCCIÓN ..................................................................................................... 15
1.1 ANTECEDENTES ...................................................................................................... 15
1.2 IMPORTANCIA DEL PROBLEMA .................................................................................. 15
1.3 ENFOQUE DEL PROBLEMA ....................................................................................... 15
1.4 OBJETIVOS.............................................................................................................. 16
1.5 ALCANCE ................................................................................................................ 16
2. DESARROLLO ....................................................................................................... 17
2.1 MARCO TEÓRICO .................................................................................................... 17
2.1.1 EPA SWMM 5.1 ............................................................................................. 17
2.1.2 Simulación o modelización............................................................................. 17
2.1.3 Sistema de alcantarillado sanitario ................................................................ 17
2.1.4 Sistema de alcantarillado combinado ............................................................ 18
2.2 MARCO CONTEXTUAL .............................................................................................. 18
2.3 MARCO METODOLÓGICO ......................................................................................... 19
2.3.1 Sistema de alcantarillado sanitario ................................................................ 19
2.3.1.1 Cálculo de caudales ................................................................................ 19
2.3.1.1.1 Bases de diseño ............................................................................... 19
2.3.1.1.1.1 Periodo de diseño (Pd) ............................................................... 19
2.3.1.1.1.2 Dotación (C) ............................................................................... 19
2.3.1.1.1.3 Población inicial (Po) .................................................................. 19
2.3.1.1.1.4 Tasa de crecimiento (r) .............................................................. 20
2.3.1.1.1.5 Población futura (Pf) ................................................................... 20
2.3.1.1.1.6 Área parcial (Ap) ......................................................................... 21
2.3.1.1.1.7 Área acumulada (Aa) .................................................................. 21
2.3.1.1.2 Caudal de diseño parcial (Qdp) ......................................................... 21
2.3.1.1.2.1 Caudal máximo horario de aguas residuales (QMH) .................. 21
2.3.1.1.2.1.1 Coeficiente de mayoración (F) ............................................ 22
2.3.1.1.2.1.2 Caudal medio diario de aguas residuales (QMD) ................. 22
2.3.1.1.2.1.2.1 Caudal medio diario de aguas residuales domésticas
(QMDd) ..................................................................................................... 22
2.3.1.1.2.1.2.1.1 Dotación al final del periodo de diseño (Cfpd) ...... 23
2.3.1.1.2.1.2.1.2 Población (P) .......................................................... 23
2.3.1.1.2.1.2.2 Caudal institucional (Qinst) ............................................. 24
2.3.1.1.2.2 Caudal de infiltración (Qinf) ......................................................... 24
X
2.3.1.1.2.3 Caudal de conexiones erradas (Qce) ......................................... 24
2.3.1.1.3 Caudal de diseño acumulado (Qda) .................................................. 25
2.3.1.2 Esquematización de la red de alcantarillado en EPA SWMM 5.1 .......... 25
2.3.1.3 Ingreso de datos en los objetos dibujados.............................................. 26
2.3.1.3.1 Nodos (Junctions) ............................................................................. 26
2.3.1.3.2 Tuberías (Conduits) .......................................................................... 27
2.1.3.4 Simulación de red de alcantarillado sanitario ......................................... 27
2.1.3.5 Cálculo mediante Hoja electrónica .......................................................... 28
2.1.3.5.1 Pendiente (S) .................................................................................... 28
2.1.3.5.2 Diámetro teórico (Dt) ......................................................................... 28
2.1.3.5.3 Ángulo que forma el espejo de agua (θ) .......................................... 28
2.1.3.5.4 Relación y/D (y/D) ............................................................................. 29
2.1.3.5.5 Velocidad (v) ..................................................................................... 29
2.1.3.5.6 Tirante (y) .......................................................................................... 30
2.1.3.5.6 Tensión tractiva para el tramo de tubería (Tt) .................................. 30
2.3.2 Sistema de alcantarillado combinado ............................................................ 30
2.3.2.1 Dibujo de las subcaptaciones.................................................................. 30
2.3.2.2 Ingreso de datos en los objetos dibujados.............................................. 31
2.3.2.2.1 Subcaptaciones ................................................................................ 31
2.3.2.2.1.1 Pluviómetro (Rain Gage) ........................................................... 32
2.3.2.2.1.1.1 Obtención del hietograma de intensidades ........................ 32
2.3.2.2.1.2 Ancho (Width)............................................................................. 33
2.3.2.2.1.3 Pendiente media (% Slope) ....................................................... 34
2.3.2.2.1.4 Porcentaje de área impermeable (% Imperv) ............................ 35
2.3.2.2.1.5 Coeficiente n para suelo impermeable (N-Imperv) y para suelo
permeable (N-Perv) ...................................................................................... 35
2.3.2.2.1.6 Altura de almacenamiento en depresión sobre el área
impermeable de la subcaptación (Dstore-Imperv), y sobre el área
permeable de la subcaptación (Dstore-Perv) .............................................. 35
2.3.2.2.1.7 Método de infiltración (Infiltration).............................................. 36
2.3.2.3 Simulación de red de alcantarillado combinado ..................................... 38
3. CONCLUSIONES .................................................................................................... 39
4. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ...................................................................... 40
5. ANEXOS .................................................................................................................. 42
XI
ÍNDICE DE FIGURAS
FIG. 1: RED DE ALCANTARILLADO DEL SITIO PALOSOLO, PIÑAS, EL ORO. ....... 19
FIG. 2: ESQUEMA DE LA RED DE ALCANTARILLADO SANITARIO EN EPA SWMM
5.1. 26
FIG. 3: PROPIEDADES DE NODOS EN EPA SWMM 5.1............................................ 26
FIG. 4: PROPIEDADES DE TUBERÍAS EN EPA SWMM 5.1. ...................................... 27
FIG. 5: PROPIEDADES DE SIMULACIÓN PARA LA RED DE ALCANTARILLADO
SANITARIO EN EPA SWMM 5.1. .................................................................................. 27
FIG. 6: ESQUEMA DE LA RED DE ALCANTARILLADO COMBINADO EN EPA
SWMM 5.1. ..................................................................................................................... 31
FIG. 7: PROPIEDADES DE LAS SUBCAPTACIONES EN EPA SWMM 5.1. .............. 32
FIG. 8: ESQUEMA DE REPRESENTACIÓN DE SUPERFICIE DE UNA
SUBCAPTACIÓN EN EPA SWMM 5.1. ......................................................................... 34
FIG. 9: PROPIEDADES DE SIMULACIÓN PARA LA RED DE ALCANTARILLADO
COMBINADO EN EPA SWMM 5.1. ............................................................................... 38
XII
ÍNDICE DE TABLAS
TABLA 1. APORTE DE INFILTRACIÓN POR ÁREA DRENADA ................................. 24
TABLA 2. COEFICIENTE N DE MANNING PARA ESCORRENTÍA SUPERFICIAL ... 35
TABLA 3. VALORES TÍPICOS DE ALMACENAMIENTO EN DEPRESIÓN (MM) ....... 35
TABLA 4. CARACTERÍSTICAS DEL SUELO ................................................................ 36
TABLA 5. DEFINICIONES DE TIPOS DE SUELOS...................................................... 36
TABLA 6. NÚMERO DE CURVA PARA ESCORRENTÍA (CN) .................................... 37
XIII
ÍNDICE DE ANEXOS
ANEXO A. NODOS PARA SISTEMA DE ALCANTARILLADO ..................................... 42
ANEXO B. TUBERÍAS PARA SISTEMA DE ALCANTARILLADO ................................ 43
ANEXO C. DATOS DE INGRESO PARA EL SISTEMA DE ALCANTARILLADO
SANITARIO ..................................................................................................................... 44
ANEXO D. CÁLCULO DE CAUDALES DE DISEÑO PARA LOS TRAMOS DE
TUBERÍA ......................................................................................................................... 46
ANEXO E. CAUDALES DE APORTACIÓN EN LOS NODOS ...................................... 48
ANEXO F. CAUDALES DE DISEÑO EN LOS TRAMOS DE TUBERÍA PARA
ALCANTARILLADO SANITARIO ................................................................................... 49
ANEXO G. TIRANTE EN LOS TRAMOS DE TUBERÍA PARA ALCANTARILLADO
SANITARIO ..................................................................................................................... 50
ANEXO H. VELOCIDAD EN LOS TRAMOS DE TUBERÍA PARA ALCANTARILLADO
SANITARIO ..................................................................................................................... 51
ANEXO I. CÁLCULO HIDRÁULICO PARA ALCANTARILLADO SANITARIO ............. 52
ANEXO J. COMPARACIÓN DE CAUDAL, TIRANTE Y VELOCIDAD
PROPORCIONADOS POR EL PROGRAMA EPA SWMM 5.1 Y EL CÁLCULO EN
HOJA ELECTRÓNICA PARA ALCANTARILLADO SANITARIO .................................. 54
ANEXO K. PERFILES DE TRAMOS PRINCIPALES PARA ALCANTARILLADO
SANITARIO ..................................................................................................................... 56
ANEXO L. SUBCAPTACIONES PARA SISTEMA DE ALCANTARILLADO ................. 60
ANEXO M. DATOS DE INGRESO PARA SISTEMA DE ALCANTARILLADO
COMBINADO .................................................................................................................. 61
ANEXO N. OBTENCIÓN DEL HIETOGRAMA DE DISEÑO. ........................................ 63
ANEXO O. CAUDALES EN LOS TRAMOS DE TUBERÍA PARA ALCANTARILLADO
COMBINADO A LOS 15 MIN ......................................................................................... 66
ANEXO P. TIRANTES EN LOS TRAMOS DE TUBERÍA PARA ALCANTARILLADO
COMBINADO A LOS 20 MIN ......................................................................................... 67
ANEXO Q. VELOCIDADES EN LOS TRAMOS DE TUBERÍA PARA
ALCANTARILLADO COMBINADO A LOS 15 MIN........................................................ 68
XIV
ANEXO R. PERFILES DE TRAMOS PRINCIPALES PARA ALCANTARILLADO
COMBINADO .................................................................................................................. 69
15
1. INTRODUCCIÓN
1.1 Antecedentes
A lo largo de los años los sistemas de alcantarillado han sido un aporte significativo a la
mejora de la calidad de vida de las personas. El cálculo hidráulico de los mismos ha sido
realizado generalmente mediante la formulación tradicional, en este caso para los
sistemas de alcantarillado sanitario se lo realiza comúnmente mediante relaciones
hidráulicas que nos dan resultados aproximados a los reales, pero no exactos. Para los
sistemas de drenaje en cambio el común denominador de los diseños es el método
racional, el cual considera un solo instante de tiempo determinado y a medida que
aumenta el área sobredimensiona el caudal, aunque es conservador este sistema, no
se asemeja a la realidad del funcionamiento de las redes y en especial al drenaje pluvial
que tiene múltiples variables, las cuales pueden dar diversas opciones de resultados.
1.2 Importancia del problema
Debido a estas variaciones se puede obtener un inadecuado diseño de sistemas de
alcantarillado y de drenajes, que va a repercutir directamente en la población a servirse.
Los problemas que se pueden presentar son tensiones tractivas menores a la mínima,
lo que dificulta el arrastre de sedimentos, que la capacidad de la tubería sea superada
y no trabaje parcialmente llena, que haya nodos en los que se presente reboses en
terreno escarpado e inundaciones en terreno plano, etc. Por tal motivo es importante
tener un modelo hidráulico que permita simular los distintos escenarios a presentarse y
así poder sacar conclusiones y plantear un sistema eficiente y de buena funcionalidad.
1.3 Enfoque del problema
A medida que pasa el tiempo es necesario innovar y presentar nuevas soluciones, como
las que presenta el software EPA SWMM 5.1, el cual permite simular múltiples intervalos
de tiempo y realizar los cambios necesarios para calibrar los modelos sin necesidad de
estar haciendo un nuevo cálculo hidráulico, el software contiene tres módulos que se
adaptan a cualquier sistema de alcantarillado. Módulo Atmosférico, el cual simula las
precipitaciones durante intervalos de tiempo propuestos, módulo de superficie de
terreno, el cual recolecta las precipitaciones en determinadas áreas que desembocan a
un punto de entrada a la red y el módulo de transporte, en el que se presentan todos los
fenómenos que pueden darse, tales como escorrentía, infiltración, aportes unitarios,
además del cálculo hidráulico de la red en sí.
16
1.4 Objetivos
Objetivo General
Realizar la modelización hidráulica de una red de alcantarillado en dos escenarios, un
sistema sanitario y un sistema combinado; mediante el software EPA SWMM 5.1 y
Microsoft Excel determinando el comportamiento de la red y comprobando resultados.
Objetivos Específicos:
• Realizar la modelización hidráulica de un sistema de alcantarillado sanitario y un
sistema combinado.
• Corroborar resultados mediante el cálculo del sistema sanitario en una hoja
electrónica.
• Analizar los datos obtenidos de la simulación versus los obtenidos en la hoja
electrónica.
• Proponer posibles mejoras a los sistemas en los que se presente algún
inconveniente.
1.5 Alcance
Para este caso, se simulará una red de alcantarillado sanitario de acuerdo a los datos
de un proyecto en funcionamiento, aquí se hará uso del módulo de transporte y se
comparará los resultados mediante formulación en una hoja electrónica, no es necesario
hacer la simulación en diversos intervalos de tiempo ya que los caudales serán
obtenidos para un evento único como lo es el caudal máximo horario de aguas
residuales más los aportes de infiltración y conexiones erradas.
En el sistema combinado si se hará uso de los tres módulos que presenta el software,
se empleará información de una estación pluviométrica para la obtención de las
intensidades en intervalos de tiempo, representadas por el hietograma de diseño, lo que
permite que la simulación se realice en múltiples instantes de tiempo.
Se hará un análisis de estos resultados y se elaborarán conclusiones direccionadas a
posibles mejoras.
17
2. DESARROLLO
2.1 Marco Teórico
2.1.1 EPA SWMM 5.1
“SWMM es uno de los modelos hidrológicos más fuertes, que consiste en un modelo
dinámico de precipitación simulación de escorrentía para planificar, analizar y diseñar
infraestructura relacionada con la lluvia-escorrentía, alcantarillado y saneamiento
combinados, y otros drenajes urbanos de redes. Cabe destacar que SWMM es un
modelo de simulación de tiempo discreto basado en principios de conservación de
masa, energía e impulso. La plataforma consta de modelo de infiltración, modelo de
superficie, modelo de concentración de escorrentía y dinámica hidráulica de tuberías,
además de una interfaz donde la red de aguas pluviales puede ser construida utilizando
elementos como tuberías, canales, unidades de almacenamiento, subcaptaciones, etc.”
[1]
“En los módulos se desarrolló el concepto de drenaje dual, en el que la escorrentía se
simula mediante un sistema que consiste en canales y cuencas abiertas, que, a su vez,
se conecta al sistema colector.” [2]
“En la simulación de la transformación de la lluvia: flujo, el modelo trata cada subcuenca
como un depósito no lineal, incluyendo evaporación, almacenamiento al vacío,
infiltración y flujo superficial.” [3]
“Los pasos de simulación del núcleo del modelo SWMM son los siguientes: cálculo del
subsistema de lluvia en la superficie del suelo; cálculo del subsistema de flujo terrestre
y cálculo del subsistema de flujo de alcantarillado pluvial.” [4]
2.1.2 Simulación o modelización
Es el proceso mediante el cual se lleva a cabo el desarrollo de un modelo computarizado
de un sistema con el fin de experimentar con el mismo para entender el comportamiento
y plantear nuevas estrategias.
2.1.3 Sistema de alcantarillado sanitario
“Sistema de tuberías y estructuras complementarias que permiten la evacuación de las
aguas residuales domésticas, institucionales e industriales de una determinada área.”
[5]
18
2.1.4 Sistema de alcantarillado combinado
“Sistema de evacuación mixta que comprende la recolección y disposición de aguas
residuales domésticas, institucionales, industriales y la adición de escorrentía superficial
producto de las precipitaciones.” [5]
“El estudio de la respuesta hidrológica de cuencas urbanas es de relevancia dado que
la hidrología determina el comportamiento de una red de alcantarillado, ya que
determina la escorrentía superficial que debe ser conducida tanto en volumen, caudal,
tiempos para producir el pico.” [6]
2.2 Marco Contextual
La modelización a realizarse en el programa SWMM 5.1 se hará a partir de un proyecto
ya realizado y en funcionamiento de la red de alcantarillado del sitio Palosolo el cual se
localiza en la Provincia de El Oro, al norte del cantón Piñas a una distancia de 90 Km
de la cabecera provincial.
El sistema cuenta con 49 tramos de tubería, todos con diámetros de 200 mm, la máxima
cota de invert es 950.65 m.s.n.m y la menor la cual es el punto de descarga es de 841.80
m.s.n.m, una pendiente media en tramos de tubería de 0,08943 m/m, un área de
aportación para alcantarillado sanitario de 10.29 ha, con un caudal de 0.69 L/s/ha,
además un área de aportación para alcantarillado pluvial de 1.08 ha, “para el
alcantarillado pluvial se consideraron solamente las cuencas en la parte céntrica del
sitio” [7], el caudal para el alcantarillado pluvial será tomado a partir de un hietograma
obtenido de las intensidades máximas de la estación MO180 Zaruma, del documento
“Actualización del estudio de lluvias intensas Quito – Ecuador. 2015”, además de una
pendiente media de la cuenca de aportación para el alcantarillado pluvial de 0.26830
m/m. El sistema se muestra a continuación:
19
Fig. 1: Red de alcantarillado del sitio Palosolo, Piñas, El Oro.
Fuente: Planos del proyecto en funcionamiento.
2.3 Marco Metodológico
2.3.1 Sistema de alcantarillado sanitario
2.3.1.1 Cálculo de caudales
2.3.1.1.1 Bases de diseño
2.3.1.1.1.1 Periodo de diseño (Pd)
Número de años para los cuales una obra determinada fue diseñada. Se tomará de
acuerdo a la memoria de cálculo del proyecto en funcionamiento.
2.3.1.1.1.2 Dotación (C)
Consumo neto de agua potable que requiere un habitante por día para realizar sus
actividades diarias. Se tomará la dotación de acuerdo a la memoria de cálculo del
proyecto en funcionamiento.
2.3.1.1.1.3 Población inicial (Po)
La población inicial debe ser tomada de las estadísticas proporcionadas por el INEC
(Instituto Nacional de Estadísticas y Censos) correspondientes al último censo de
población, al no haber información se tomará de acuerdo a la memoria de cálculo del
20
proyecto en funcionamiento, la cual proporciona datos de población censada y población
estudiantil.
La población inicial se puede expresar como:
Po=Pc+(0.15 x Pe) Ec (1)
Po= Población inicial (hab)
Pc= Población censada (hab)
Pe= Población estudiantil (hab)
2.3.1.1.1.4 Tasa de crecimiento (r)
“La tasa de crecimiento se puede expresar como:
r= (Puc
Pci
)(
1Tuc-Tci
)
-1 Ec (2)
Donde:
r= Tasa de crecimiento anual (adimensional)
Puc= Población del último censo (hab)
Pci= Población inicial (hab)
Tuc= Año del último censo (años)
Tci= Año del censo inicial (años) . " [5]
Nota: Al obtener una tasa de crecimiento negativa o a falta de información, adoptar una
tasa de crecimiento de 1.5%.
2.3.1.1.1.5 Población futura (Pf)
Población proyectada al final del periodo de diseño.
“La población futura mediante la aplicación del método geométrico se puede expresar
como:
Pf=Po(1+r)Tf-To Ec (3)
Donde:
Pf= Población futura (hab)
Po= Población inicial (hab)
r= Tasa de crecimiento anual (adimensional)
Tf= Año de la proyección (años)
21
To= Año inicial (años).” [5]
Nota: Tf-To=Periodo de diseño.
2.3.1.1.1.6 Área parcial (Ap)
Las áreas contribuyentes son trazadas de acuerdo a la planimetría y topografía del
terreno. Puede utilizarse programas como AutoCAD y ArcMap para mayor facilidad.
2.3.1.1.1.7 Área acumulada (Aa)
Es la suma del área parcial más el área aguas arriba contribuyente al tramo de tubería.
El área acumulada se puede expresar como:
Aa=Ap+Aaa Ec (4)
Donde:
Aa= Área acumulada (ha)
Ap= Área parcial (ha)
Aaa= Área aguas arriba (ha)
2.3.1.1.2 Caudal de diseño parcial (Qdp)
“El caudal de diseño parcial para cada tramo de tubería se puede expresar como:
Qdp=QMH+Qinf+Qce
Ec (5)
Donde:
Qdp=Caudal de diseño parcial (Lt/s)
QMH=Caudal máximo horario de aguas residuales (L/s)
Qinf=Caudal de infiltración (L/s)
Qce=Caudal de conexiones erradas (L/s).” [5]
2.3.1.1.2.1 Caudal máximo horario de aguas residuales (QMH)
“El aporte máximo horario de aguas residuales parcial para el tramo de tubería se puede
expresar como:
QMH=F x QMD Ec (6)
Donde:
QMH=Caudal máximo horario de aguas residuales (L/s)
F=Factor de mayoración (Lt/s)
22
QMD=Caudal medio diario de aguas residuales (L/s) [5].”
2.3.1.1.2.1.1 Coeficiente de mayoración (F)
Factor de mayoración para el tramo de tubería mediante la fórmula de Harmon.
“El factor de mayoración se puede expresar como:
F=18+√P
4+√P Ec (7)
Donde:
F=Factor de mayoración (adimensional)
P= Población (hab/1000).” [5]
2.3.1.1.2.1.2 Caudal medio diario de aguas residuales (QMD)
El aporte medio diario de aguas residuales para el tramo de tubería se puede expresar
como:
QMD=(QMDdx %Ad+ Qinstx %Ainst) x Ap Ec (8)
Donde:
QMD=Caudal medio diario de aguas residuales (L/s)
QMDd=Caudal medio diario de aguas residuales domésticas (L/s/ha)
Qinst=Caudal institucional (L/s/ha)
%Ad=Porcentaje de Área doméstica (%/100)
%Ainst=Porcentaje de Área institucional (%/100)
Ap= Área parcial (ha)
2.3.1.1.2.1.2.1 Caudal medio diario de aguas residuales domésticas (QMDd)
“El aporte medio diario de aguas residuales domésticas para el tramo de tubería se
puede expresar como:
QMDd=
CR x Cfpd x P x %Ad
86400 Ec (9)
Donde:
QMDd=Caudal medio diario de aguas residuales domésticas (L/s/ha)
CR= Coeficiente de retorno (adimensional)
Cfpd= Dotación al final del periodo de diseño (L/s/d)
23
P= Población (hab)
%Ad=Porcentaje de área parcial de aguas residuales domésticas (%/100).” [5]
Nota: El coeficiente de retorno se lo tomará de acuerdo a la memoria de cálculo del
proyecto en funcionamiento. Generalmente CR=0.8.
2.3.1.1.2.1.2.1.1 Dotación al final del periodo de diseño (Cfpd)
Cfpd=C+ (∆Ca x Pd) Ec (10)
Donde:
Cfpd= Dotación al final del periodo de diseño (L/s/d)
C= Dotación al inicio del periodo de diseño (L/s/d)
∆Ca =Incremento de dotación anual (L/s/d)
Pd =Periodo de diseño (años)
Nota: El incremento anual de caudal, se lo tomará de acuerdo a la memoria de cálculo
del proyecto en funcionamiento. Generalmente 1 L/s/d.
2.3.1.1.2.1.2.1.2 Población (P)
Número de personas que habitan dentro del área contribuyente total al tramo de tubería.
El número de habitantes para el área acumulada se puede expresar como:
P=D x Aa Ec (11)
Donde:
P= Población (hab)
D=Densidad de la población (hab/ha)
Aa=Área acumulada (ha)
2.3.1.1.2.1.2.1.2.1 Densidad de la Población (D)
Número de personas que habitan dentro de un área determinada.
La densidad de la población se puede expresar como:
D=Pf
A Ec (12)
Donde:
D=Densidad de la población (hab/ha)
Pf= Población futura (hab)
24
A= Área (ha)
2.3.1.1.2.1.2.2 Caudal institucional (Qinst)
“Aportes de instituciones tales como: establecimientos educativos, corporaciones,
instituciones de salud, hoteles, etc. (No se toma en cuenta industrias, éstas tienen su
propio caudal de aportación). El caudal institucional (Q i) varía entre 0.4 L/s/ha y 0.5
L/s/ha.” [5]
Se asumirá un valor de 0.5 Lt/s/ha para los tramos 4, 5 y 6 de la red de alcantarillado en
los que influye el área de la institución educativa Pedro Fermín Cevallos del sitio
Palosolo.
2.3.1.1.2.2 Caudal de infiltración (Qinf)
“El caudal de infiltración son los aportes producidos por la entrada del agua que se
encuentra por debajo del nivel freático del suelo a través de las uniones entre tramos de
tuberías, de fisuras en el tubo y en la unión con estructuras de conexión como los pozos
de inspección.” [5]
Tabla 1. Aporte de Infiltración por área drenada
Infiltración (L/s/ha)
Alta Media Baja
0.15 – 0.4 0.1 – 0.3 0.05 – 0.2
Fuente: RAS 2000
Se asumirá un valor de 0.2 L/s/ha.
El caudal de infiltración parcial para el tramo de tubería se puede expresar como:
Qinf=Qif x Ap Ec (13)
Donde:
Qinf=Caudal de infiltración (L/s)
Qif=Valor asignado para caudal de infiltración (L/s/ha)
Ap= Área parcial (ha)
2.3.1.1.2.3 Caudal de conexiones erradas (Qce)
“El aporte de caudal por conexiones erradas en un alcantarillado sanitario proviene en
especial de las conexiones que equivocadamente se hacen de las aguas lluvias
domiciliarias y de conexiones clandestinas.
Los valores según el RAS 2000 varían entre 0,1 L/s/ha hasta 0.2 L/s/ha en poblaciones
que disponen de un sistema de alcantarillado pluvial, en los que no el aporte de
conexiones erradas es mayor y puede ser superior a 2 L/s/ha.” [5]
25
Se asumirá un valor de 0.3 Lt/s/ha.
El caudal de conexiones erradas parcial para el tramo de tubería se puede expresar
como:
Qce=Qcer x Ap Ec (14)
Donde:
Qce=Caudal de conexiones erradas (L/s)
Qcer=Valor asignado para caudal de conexiones erradas (L/s/ha)
Ap= Área parcial (ha)
2.3.1.1.3 Caudal de diseño acumulado (Qda)
El caudal de diseño acumulado para cada tramo de tubería se puede expresar como:
Qda=Qdp+Qaa Ec (15)
Donde:
Qda=Caudal de diseño acumulado (Lt/s)
Qdp=Caudal de diseño parcial (Lt/s)
Qaa=Caudal de diseño aguas arriba para el tramo de tubería (Lt/s)
2.3.1.2 Esquematización de la red de alcantarillado en EPA SWMM 5.1
La esquematización de la red de alcantarillado se refiere al trazado de la misma dentro
del software SWMM 5.1, “el modelo hidráulico se configura en SWMM en función de los
atributos geométricos (es decir, tuberías, puntos de drenaje, etc.) registrados en las
memorias de diseño del sistema implementado” [8]; el dibujo de nodos se lo realiza con
la utilización del software EpaCAD que permite exportar los datos del plano en AutoCAD
en extensión “.dxf” a SWMM 5.1 con extensión “.inp”, las tuberías se dibujaron mediante
el botón de acción Agregar un conducto , además de la utilización de la opción
Convertir a vertido mediante clic derecho en el nodo final para la creación de un punto
de vertido.
26
Fig. 2: Esquema de la red de alcantarillado sanitario en EPA SWMM 5.1.
Fuente: El autor.
2.3.1.3 Ingreso de datos en los objetos dibujados
2.3.1.3.1 Nodos (Junctions)
Los nodos requieren de los siguientes datos: cota del invert, profundidad a la clave o
corona y caudal de diseño del tramo. La cota del invert y la profundidad a la clave o
corona serán tomados de acuerdo a la memoria de cálculo del proyecto en
funcionamiento.
Nota: La profundidad a la clave mínima debe ser de 1.20 m.
Fig. 3: Propiedades de nodos en EPA SWMM 5.1.
Fuente: El autor.
27
2.3.1.3.2 Tuberías (Conduits)
Para los tramos de tubería se necesita de los siguientes datos: forma de la tubería,
tirante máximo o diámetro, longitud y coeficiente de rugosidad. Todos los datos
anteriormente descritos serán tomados de acuerdo a la memoria de cálculo del proyecto
en funcionamiento.
Nota: El coeficiente de rugosidad para PVC es n=0.01.
Fig. 4: Propiedades de tuberías en EPA SWMM 5.1.
Fuente: El autor.
2.1.3.4 Simulación de red de alcantarillado sanitario
Para la simulación se necesita definir ciertos parámetros: modelo hidráulico de
transporte, tiempo de análisis e intervalos de tiempo de reportes. Al final para dar corrida
al programa se hace uso del botón de acción Correr la simulación .
Fig. 5: Propiedades de simulación para la red de alcantarillado sanitario en EPA
SWMM 5.1.
Fuente: El autor.
28
2.1.3.5 Cálculo mediante Hoja electrónica
Para corroborar los resultados que nos muestra el programa EPA SWMM 5.1 se
realizó el cálculo hidráulico mediante Microsoft Excel.
2.1.3.5.1 Pendiente (S)
La pendiente en los tramos de tubería se puede expresar como:
S=C. Invertni-C. Invertnf
Lp
Ec (16)
Donde:
S= Pendiente (m/m)
C. Invertni= Cota del invert en el nudo inicial (m.s.n.m)
C. Invertnf= Cota del invert en el nudo final (m.s.n.m)
Lp= Longitud (m)
2.1.3.5.2 Diámetro teórico (Dt)
“El diámetro teórico en los tramos de tubería se puede expresar como:
Dt= (n x
Qda
1000
0.312 x S12
)
38
x 1000 Ec (17)
Donde:
Dt= Diámetro teórico (mm)
n= Coeficiente de rugosidad n (adimensional)
Qda=Caudal de diseño acumulado (L/s)
S= Pendiente (m/m) [5]”
Nota: El coeficiente de rugosidad para PVC es n=0.01. Se asume un diámetro comercial
(D) inmediatamente superior al diámetro teórico. En este caso para todos los tramos
D=200mm.
2.1.3.5.3 Ángulo que forma el espejo de agua (θ)
El ángulo que forma el espejo de agua en los tramos de tubería se puede expresar
como:
29
θ= sin(θ) +22.6
x (n x
Qda
1000
√S)
0.6
x D
1000
-1.6
x θ0.4
Ec (18)
Donde:
θ= Ángulo que forma el espejo de agua (rad)
n= Coeficiente de rugosidad n (adimensional)
Qda= Caudal de diseño acumulado (L/s)
S= Pendiente (m/m)
D= Diámetro (mm)
Nota: Para la solución de la ecuación es necesario realizar un “solver”, en este caso se
hizo uso de la aplicación de escritorio TI-Nspire TM CX CAS Student Software.
2.1.3.5.4 Relación y/D (y/D)
La relación y/D en los tramos de tubería se puede expresar como:
y
D=
1
2(1- cos (
θ
2)) Ec (19)
Donde:
y
D= Relación y/D (adimensional)
θ= Ángulo que forma el espejo de agua (rad)
2.1.3.5.5 Velocidad (v)
La velocidad en los tramos de tubería se puede expresar como:
v=√S
n[
D1000
4(1-
sin(θ)
θ)]
23
Ec (20)
Donde:
v= Velocidad (m/s)
S= Pendiente (m/m)
n= Coeficiente de rugosidad n (adimensional)
D= Diámetro (mm)
θ= Ángulo que forma el espejo de agua (rad)
30
Nota: La velocidad mínima según memoria será de 0.45 m/s y la máxima de 4.50 m/s.
2.1.3.5.6 Tirante (y)
El tirante en los tramos de tubería se puede expresar como:
y=y
Dx
D
1000 Ec (21)
Donde:
y= Tirante (m)
y
D= Relación y/D (adimensional)
D= Diámetro comercial (mm)
2.1.3.5.6 Tensión tractiva para el tramo de tubería (Tt)
Tt=γH2O
x (1-sin(θ)
θ) x
D1000
4 x S Ec (22)
Tt= Tensión tractiva (Kg/m2)
γH2O
= 1000 (Kg/m3)
θ= Ángulo que forma el espejo de agua (rad)
D= Diámetro (mm)
S= Pendiente (m/m)
Nota: La tensión tractiva debe ser superior a 1.5 Pa o 0.15291 Kg/m2
2.3.2 Sistema de alcantarillado combinado
Para el sistema de alcantarillado combinado se agregará al modelo las subcaptaciones
correspondientes a los tramos 25 al 31 que corresponden a un aporte directo de caudal
pluvial de la parte céntrica del sitio, las demás subcaptaciones pertenecen a áreas
boscosa-montañosa que pueden evacuar naturalmente.
2.3.2.1 Dibujo de las subcaptaciones
Se dibujan mediante el botón de acción Agregar una subcaptación .
31
Fig. 6: Esquema de la red de alcantarillado combinado en EPA SWMM 5.1.
Fuente: El autor.
2.3.2.2 Ingreso de datos en los objetos dibujados
2.3.2.2.1 Subcaptaciones
“Para las subcaptaciones se requiere de los siguientes datos: pluviómetro, nodo de
descarga, área, ancho, pendiente media, porcentaje de área impermeable, coeficiente
n para suelo impermeable, coeficiente n para suelo permeable, altura de
almacenamiento en depresión sobre el área impermeable de la subcaptación, altura de
almacenamiento en depresión sobre el área permeable de la subcaptación, porcentaje
de suelo impermeable que no presenta almacenamiento en depresión, por defecto 25%,
método de flujo entre subáreas, depende del porcentaje de área impermeable, si es
mayor o igual al 50% será PERV, caso contrario será IMPERV, porcentaje de flujo entre
las áreas, 50% por defecto y método de infiltración.” [9]
32
Fig. 7: Propiedades de las subcaptaciones en EPA SWMM 5.1.
Fuente: El autor.
2.3.2.2.1.1 Pluviómetro (Rain Gage)
2.3.2.2.1.1.1 Obtención del hietograma de intensidades
El programa pide el ingreso de un hietograma de intensidades para la obtención de
datos.
“Para la obtención del hietograma se utilizará las ecuaciones de la estación M0180
Zaruma la cual es la más próxima al sitio en cuestión.” [10]
“La forma general de la ecuación de intensidades es la siguiente:
I=K x T
m
tn
Donde:
I= Intensidad (mm/h)
T=Periodo de retorno (años)
t=tiempo de duración (minutos)
K, m y n=Constantes de ajuste propias de cada estación (adimensional).” [11]
“La ecuación de intensidades para la estación M0180 Zaruma para duraciones entre 5
y 30 minutos es la siguiente:
I=150.677 x T
0.16
t0.3755
Ec (23)
Donde:
T=Periodo de retorno (años)
33
t=tiempo de duración (minutos).” [12]
“El caudal pico en cualquier punto es una función directa de la intensidad de la lluvia,
durante el tiempo de concentración para ese punto.” [13]
El tiempo de concentración se lo calculará mediante la ecuación de onda cinemática
Morgali y Linsley (1965), Aron y Erborge (1973).
tc=0.94 x L
0.6x n0.6
I0.4
x S0.3
Ec (24)
Donde:
L= Longitud del flujo superficial (pies)
n= Coeficiente de rugosidad del terreno por donde pasa el flujo (adimensional)
I= Intensidad de lluvia (pulg/h)
S=Pendiente promedio del terreno (pie/pie)
El tiempo de concentración es equivalente a la duración de la precipitación para la
elaboración del hietograma. “Para elaborar el hietograma se optó por la metodología de
bloques alternos, el hietograma de diseño producido por este método especifica la
profundidad de precipitación que ocurre en n intervalos de tiempo sucesivos de duración
Δt sobre una duración total de Td = nΔT. Después de seleccionar el periodo de retorno
de diseño, la intensidad es leída en una curva IDF para cada una de las duraciones Δt,
2Δt, 3Δt, …, y la profundidad de precipitación correspondiente se encuentra al multiplicar
la intensidad y la duración. Tomando diferencias entre valores sucesivos de profundidad
de precipitación, se encuentra la cantidad de precipitación que debe añadirse por cada
unidad adicional de tiempo Δt. Estos incrementos o bloques se reordenan en una
secuencia temporal, de modo que la intensidad máxima ocurra en el centro de la
duración requerida Td, y que los demás bloques queden en orden descendente
alternativamente hacia la derecha y hacia la izquierda del bloque central, para formar el
hietograma de diseño.” [13]
2.3.2.2.1.2 Ancho (Width)
“Si se considera al flujo superficial escurriendo pendiente abajo de una subcaptación
idealizada como un plano rectangular, entonces el ancho de la subcaptación es el ancho
físico del escurrimiento en el plano” [14] y puede calcularse como:
W=A
L Ec (25)
34
Donde:
W= Ancho de la subcaptación (m)
A= Área de la subcaptación (m2)
L=Longitud del flujo (m)
Fig. 8: Esquema de representación de superficie de una subcaptación en EPA
SWMM 5.1.
Fuente: “Análisis comparativo del parámetro ancho de cuenca del modelo RUNOFF-
SWMM,” Ing. Hidráulica en México, vol. XVII, pp. 1–10, 2002
2.3.2.2.1.3 Pendiente media (% Slope)
“Para obtener las pendientes medias de las subcaptaciones, se lo realizará mediante la
ayuda del Programa AutoCAD y ArcMap” [7], “la identificación de áreas factibles en
términos de pendiente provienen de una capa ráster con la pendiente para cada celda
en la que se dividió el área de captación, cuyos valores se calcularon a partir de un
Modelo de terreno digital (DTM) a través de la herramienta Pendiente” [15], se exportan
los datos de AutoCAD a archivo con extensión “.shp” mediante el comando Exportar
Mapa. En ArcMap, se utiliza los puntos exportados de la topografía para crear un modelo
digital del terreno mediante el comando Crear un TIN, luego se hace uso del comando
TIN a raster para crear el raster del terreno y posteriormente se utilizará el comando
Pendiente para obtener un raster de pendientes. Seguidamente se hace uso del
comando Características a polígono para convertir las líneas a un polígono. Luego se
utilizará el comando Interpolar forma para obtener la interpolación de las pendientes
dentro del polígono requerido. Finalmente se aplicará el comando Estadísticas zonales
como tabla para obtener la pendiente media de la subcuenca en la tabla resultante.
35
2.3.2.2.1.4 Porcentaje de área impermeable (% Imperv)
Corresponde al porcentaje de área impermeable aportante, la cual es considerada como
el área de las edificaciones (principalmente casas) respecto al área total de la
subcaptación.
2.3.2.2.1.5 Coeficiente n para suelo impermeable (N-Imperv) y para suelo permeable
(N-Perv)
Se lo tomará de la tabla. 2 Coeficiente n de Manning para escorrentía superficial.
Tabla 2. Coeficiente n de Manning para Escorrentía Superficial
Superficie n
Asfalto liso, Latón 0,011
Hormigón liso 0,012
Revestimiento de hormigón basto 0,013
Madera pulida 0,014
Ladrillo con mortero de cemento 0,014
Arcilla vitrificada 0,015
Terreno improductivo (libre de residuos) 0,05
Terreno cultivado
Cubierta de residuos ˂ 20%
0,06
Cubierta de residuos > 20% 0,17
Pasto natural 0,13
Hierba Corta, pradera
0,15
Densa 0,24
Hierba Bermuda 0,41
Bosque Con cubierta ligera de arbustos
0,4
Con cubierta densa de arbustos 0,8
Fuente: McCuen, R. et al. (1996), Hydrology, FHWA-SA-96-067, Federal
Highway Administration, Washington, DC.
2.3.2.2.1.6 Altura de almacenamiento en depresión sobre el área impermeable de la
subcaptación (Dstore-Imperv), y sobre el área permeable de la subcaptación (Dstore-
Perv)
Se lo tomará de la tabla. 3 Valores típicos de almacenamiento en depresión.
Tabla 3. Valores Típicos de Almacenamiento en Depresión (mm)
Intervalo (mín - máx) (mm)
Superficie impermeable 1,25 2,5
Césped y hierba 2,5 5
Pastos y prados 5
Lecho forestal 7,5
Fuente: ASCE, (1992), Design & Construction of Urban Stormwater Management
Systems, New York.
36
2.3.2.2.1.7 Método de infiltración (Infiltration).
“Desde el aspecto conceptual, hay tres métodos disponibles para explicar la infiltración
y calcular la precipitación efectiva: los métodos de Horton, Green Ampt y CN (NRCS).”
[16]
El modelo de infiltración será el de número de curva tomado de la tabla. 6 Número de
Curva para escorrentía (CN), La ecuación SCS-CN se usa para simular la pérdida de
infiltración de las superficies permeables en SWMM [1], “fue desarrollado por el Servicio
de Conservación de Recursos Naturales de los Estados Unidos (NRCS), originalmente
llamado Servicio de Conservación de Suelos (SCS), para calcular la precipitación
efectiva en función de la lluvia acumulada, la cobertura del suelo, el uso del suelo y las
condiciones de humedad” [17], esta depende del tipo de suelo según la tabla. 5
Definiciones de tipos de suelo, que a su vez depende de la tabla.4 Características del
suelo para su clasificación.
Tabla 4. Características del Suelo
Textura del suelo Conductividad
Hidráulica K (mm/h)
Altura de succión ψ
(mm)
Porosidad ϕ
Capacidad de campo
FC
Punto de marchitamiento
WP
Arena 120,4 49 0,437 0,062 0,024
Arena margosa 29,97 61 0,437 0,105 0,047
Marga arenosa 10,92 110 0,453 0,190 0,085
Marga 3,3 89 0,463 0,232 0,116
Sedimentos de marga 6,6 170 0,501 0,284 0,135
Marga areno-arcillosa 1,52 220 0,398 0,244 0,136
Marga arcillosa 1,02 210 0,464 0,310 0,187
Sedimentos de marga-arcillosa
1,02 270 0,471 0,342 0,210
Arcilla arenosa 0,51 240 0,430 0,321 0,221
Sedimentos de arcilla 0,51 290 0,479 0,371 0,251
Arcilla arenosa 0,51 320 0,475 0,378 0,265
Fuente: Rawls, W.J. et al. (1983). ASCE Journal of Hydraulic Engineering, N° 109; p,
1316.
Tabla 5. Definiciones de Tipos de Suelos
Tipo Descripción C.
Hidráulica K (mm/h)
A
Bajo potencial de escorrentía. Suelos con una alta tasa de infiltración incluso cuando están completamente mojados. Consisten principalmente en arenas y gravas con drenaje profundo entre bueno y excesivo.
≥ 11
B
Suelos con tasa de infiltración media cuando están completamente
mojados. Consisten principalmente en suelos con drenaje profundo a
moderado y textura de grano mediano.
Ejemplos: marga arenosa o loess poco profundo.
3,75 - 7,5
37
C
Suelos con tasa de infiltración baja cuando están completamente mojados. Consisten principalmente en suelos con una capa que impide el flujo de agua hacia abajo, o suelos con textura de grano fino. Ejemplos: marga arcillosa o marga arenosa poco profunda.
1,25 - 3,75
D
Alto potencial de escorrentía. Suelos con tasa de infiltración muy baja cuando están completamente mojados. Consisten principalmente en suelos arcillosos con un alto potencial de expansión, con un nivel freático permanentemente alto, con cubierta de arcilla en o cerca de la superficie y suelos poco profundos con una capa impermeable cerca de la superficie.
≤ 1,25
Fuente: NRCS (National Resources Conservation Service)
Tabla 6. Número de Curva para escorrentía (CN)
Tipos de Suelos
Descripción del Uso del Suelo A B C D
Tierra cultivada Sin tratamiento de conservación 72 81 88 91
Con tratamiento de conservación 62 71 78 81
Pastos y prados En malas condiciones 68 79 86 89
En buenas condiciones 39 61 74 80
Pradera En buenas condiciones 30 58 71 78
Terreno boscoso Poco denso, cubierta forestal pobre o inexistente 45 66 77 83
Buena cubierta forestal3 25 55 70 77
Espacios abiertos (césped, parques, campos de golf, cementerios, etc.) En buenas condiciones (75% o más de hierba) 39 61 74 80
En pobres condiciones (50-75% de hierba) 49 69 79 84
Zonas comerciales (85% impermeable) 89 92 94 95
Polígonos industriales (72% impermeable) 81 88 91 93
Zona residencial4 Tamaño medio de la parcela5 (% Impermeabilidad6) ˂ 500 m2 (65%) 77 85 90 92
1000 m2 (38%) 61 75 83 87
1500 m2 (30%) 57 72 81 86
2000 m2 (25%) 54 70 80 85
4000 m2 (20%) 51 68 79 84
Aparcamientos pavimentados, tejados, caminos asfaltados, etc. 7
98 98 98 98
Calles y carreteras Pavimentados, con cunetas y colectores de drenaje 98 98 98 98
Caminos de grava 76 85 89 91
Sucios 72 82 87 89
Fuente: SCS Urban Hydrology for Small Watersheds, 2da Ed., (TR-55), Junio 1986.
38
2.3.2.3 Simulación de red de alcantarillado combinado
Para la simulación se necesita definir nuevamente parámetros: modelo hidráulico de
transporte, “en este caso, se eligió el enrutamiento dinámico, que es el tipo más habitual
y completo, y en teoría debería producir resultados más precisos. Es el método
recomendado para sistemas sujetos a efectos de remanso, debido a restricciones de
flujo aguas abajo.” [18]
Tiempo de análisis e intervalos de tiempo de reportes. Al final para dar corrida al
programa se hace uso del botón de acción Correr la simulación .
Fig. 9: Propiedades de simulación para la red de alcantarillado combinado en EPA
SWMM 5.1.
Fuente: El autor.
39
3. CONCLUSIONES
• El uso de nuevas opciones de cálculo hidráulico como los que proporciona EPA
SWMM 5.1 en cuestión de sistemas de alcantarillado sanitario y alcantarillado
pluvial junto con el drenaje superficial como complemento a los cálculos
tradicionales proporciona seguridad y eficiencia, mejorando significativamente el
diseño de los sistemas de alcantarillado.
• Los resultados obtenidos deben ser corroborados ya que el programa EPA
SWMM 5.1 tiene múltiples variables de entrada y se puede cargar datos
incorrectos, la hoja electrónica facilita un cálculo hidráulico a la par del software,
siempre y cuando se escoja una metodología de cálculo lo más apegada a la del
software para obtener resultados similares.
• El cálculo hidráulico hecho versus los resultados obtenidos en el software EPA
SWMM 5.1 para el sistema de alcantarillado sanitario en cada uno de los tramos
coinciden prácticamente en todos los tramos en análisis, las variables de
comparación fueron: velocidad y altura de la lámina de agua, no presenta
problemas de continuidad en ninguno de sus tramos.
• Para el escenario del sistema de alcantarillado combinado, debido a los aportes
pluviales que representan las cuencas, y los cambios de pendiente bruscos en
los nodos 24, 26, 27, 31, 32, 38, 39 y 44 hacen que existan “reboses en estos
puntos” [19], por lo que es necesario buscar una mejora como el aumento de
diámetros en los tramos afectados y los siguientes a éstos o nuevas líneas de
desfogue para que éstos aportes pluviales no afecten al sistema.
40
4. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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cuenca urbana de montaña San Luis- Palogrande,” Rev. UIS Ing., vol. 17, pp. 1–
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identificación de zonas inundables en la ciudad de Tunja,” Fac. Ing. Univ.
Antioquia, vol. 88, pp. 1–16, 2018.
[18] M. V. De Albuquerque Vinagre, A. C. De Melo Lima, and D. Lopes de Lima Junior,
“Estudo do comportamento hidráulico da Bacia do Paracuri em Belém ( PA )
utilizando o programa Storm Water Management Model,” Eng. Sanit. e Ambient.,
vol. 20, pp. 1–8, 2015.
[19] L. E. I. Jiang, Y. Chen, and H. Wang, “Urban flood simulation based on the SWMM
model,” Remote Sens. GIS Hydrol. Water Resour., vol. 368, pp. 1–6, 2015.
42
5. ANEXOS
ANEXO A. Nodos para sistema de alcantarillado
Fuente: SWMM 5.1
43
ANEXO B. Tuberías para sistema de alcantarillado
Fuente: SWMM 5.1
44
ANEXO C. Datos de ingreso para el sistema de alcantarillado sanitario
Nodos Tuberías
Nombre Aporte en Nodos (L/s)
Invert (m.s.n.m)
Profundidad a la clave (m)
Nombre Forma Tirante máximo (m)
Longitud (m)
Coeficiente de Rugosidad
N-01 0,15860 950,65 1,20 TRAMO-1 Circular 0,2 67,50 0,01
N-02 0,17529 949,33 1,40 TRAMO-2 Circular 0,2 51,73 0,01
N-03 0,15305 943,17 1,40 TRAMO-3 Circular 0,2 39,14 0,01
N-04 0,02347 919,77 1,41 TRAMO-4 Circular 0,2 17,66 0,01
N-05 0,11941 927,69 1,41 TRAMO-5 Circular 0,2 52,43 0,01
N-06 0,27941 932,57 1,40 TRAMO-6 Circular 0,2 51,42 0,01
N-07 0,04649 933,94 1,40 TRAMO-7 Circular 0,2 12,56 0,01
N-08 0,05184 915,11 1,41 TRAMO-8 Circular 0,2 48,68 0,01
N-09 0,10182 915,46 1,40 TRAMO-9 Circular 0,2 25,43 0,01
N-10 0,09168 914,76 1,40 TRAMO-10 Circular 0,2 43,53 0,01
N-11 0,17812 913,78 1,39 TRAMO-11 Circular 0,2 62,49 0,01
N-12 0,24277 910,26 1,40 TRAMO-12 Circular 0,2 76,56 0,01
N-13 0,27693 906,86 1,40 TRAMO-13 Circular 0,2 61,98 0,01
N-14 0,23592 903,43 1,40 TRAMO-14 Circular 0,2 37,07 0,01
N-15 0,13250 899,12 1,40 TRAMO-15 Circular 0,2 58,32 0,01
N-16 0,09655 894,62 1,40 TRAMO-16 Circular 0,2 58,78 0,01
N-17 0,06859 891,26 1,40 TRAMO-17 Circular 0,2 36,74 0,01
N-18 0,10584 889,71 1,40 TRAMO-18 Circular 0,2 19,46 0,01
N-19 0,08274 886,79 1,40 TRAMO-19 Circular 0,2 34,93 0,01
N-20 0,18648 884,52 1,40 TRAMO-20 Circular 0,2 25,72 0,01
N-21 0,31907 881,08 1,40 TRAMO-21 Circular 0,2 42,19 0,01
N-22 0,16287 879,14 1,40 TRAMO-22 Circular 0,2 70,37 0,01
N-23 0,26108 875,70 1,40 TRAMO-23 Circular 0,2 23,14 0,01
N-24 0,15573 869,55 1,41 TRAMO-24 Circular 0,2 56,44 0,01
N-25 0,19327 879,95 1,40 TRAMO-25 Circular 0,2 80,92 0,01
N-26 0,18403 881,42 1,40 TRAMO-26 Circular 0,2 59,98 0,01
N-27 0,14892 883,26 1,40 TRAMO-27 Circular 0,2 30,43 0,01
N-28 0,19613 886,83 1,40 TRAMO-28 Circular 0,2 11,79 0,01
N-29 0,25104 891,91 1,40 TRAMO-29 Circular 0,2 93,81 0,01
N-30 0,07441 894,62 1,40 TRAMO-30 Circular 0,2 30,78 0,01
N-31 0,14426 897,28 1,40 TRAMO-31 Circular 0,2 37,26 0,01
N-32 0,10720 901,98 1,40 TRAMO-32 Circular 0,2 48,47 0,01
N-33 0,06202 906,65 1,40 TRAMO-33 Circular 0,2 34,29 0,01
N-34 0,03058 909,65 1,80 TRAMO-34 Circular 0,2 25,62 0,01
45
N-35 0,02371 909,87 1,70 TRAMO-35 Circular 0,2 60,01 0,01
N-36 0,17696 914,80 1,40 TRAMO-36 Circular 0,2 27,36 0,01
N-37 0,06694 909,94 1,61 TRAMO-37 Circular 0,2 21,21 0,01
N-38 0,19192 910,08 1,20 TRAMO-38 Circular 0,2 31,62 0,01
N-39 0,18457 909,94 1,40 TRAMO-39 Circular 0,2 28,36 0,01
N-40 0,24228 869,10 1,41 TRAMO-40 Circular 0,2 36,90 0,01
N-41 0,24982 867,96 1,21 TRAMO-41 Circular 0,2 42,65 0,01
N-42 0,16706 863,94 1,21 TRAMO-42 Circular 0,2 63,27 0,01
N-43 0,12459 860,85 1,20 TRAMO-43 Circular 0,2 44,57 0,01
N-44 0,06227 856,62 1,20 TRAMO-44 Circular 0,2 62,67 0,01
N-45 0,07604 856,12 1,80 TRAMO-45 Circular 0,2 41,31 0,01
N-46 0,04616 856,05 1,61 TRAMO-46 Circular 0,2 40,59 0,01
N-47 0,10408 855,98 1,21 TRAMO-47 Circular 0,2 15,51 0,01
N-48 0,13614 849,01 1,20 TRAMO-48 Circular 0,2 48,56 0,01
N-49 841,80 1,40 TRAMO-49 Circular 0,2 69,17 0,01
Fuente: El autor
46
ANEXO D. Cálculo de caudales de diseño para los tramos de tubería
Pf= 381 hab
Cfpd=120 L/s/día
Act=10,29 ha CR= 0,8 Qinst=0,50 L/s/ha Qinf=0,20 L/s/ha Qce= 0,30 L/s/ha
Tramo Área contribuyente (ha)
Caudal medio diario doméstico (L/s/ha) Q. Institucional
(L/s/ha)
Q. Medio Diario (L/s/ha) Q Máximo Horario (L/s) Q infiltración (L/s)
Q Conexiones Erradas (L/s)
Qdiseño (L/s)
Parcial Acumulada % Área
Densidad Población QMDd % Área
Qinst % Área
QMD QMD F QMH Qif Qinf Qcer Qce Parcial Acumulado
No De A
Qinst
Qif Qcer
1 1 2 0,23263 0,233 1,00 37,01 8,61 0,04 1,00 0,041 0,010 4,421 0,042 0,200 0,047 0,300 0,070 0,15860 0,15860
2 2 3 0,25764 0,490 1,00 37,01 18,15 0,04 1,00 0,041 0,011 4,386 0,046 0,200 0,052 0,300 0,077 0,17529 0,33389
3 3 4 0,22526 0,716 1,00 37,01 26,48 0,04 1,00 0,041 0,009 4,363 0,040 0,200 0,045 0,300 0,068 0,15305 0,48694
4 7 6 0,05272 0,053 0,90 37,01 1,95 0,04 0,10 0,50 1,00 0,086 0,005 4,462 0,020 0,200 0,011 0,300 0,016 0,04649 0,04649
5 6 5 0,21315 0,266 0,69 37,01 9,84 0,04 0,31 0,50 1,00 0,184 0,039 4,415 0,173 0,200 0,043 0,300 0,064 0,27941 0,32590
6 5 4 0,15278 0,419 0,95 37,01 15,49 0,04 0,05 0,50 1,00 0,064 0,010 4,394 0,043 0,200 0,031 0,300 0,046 0,11941 0,44531
7 4 8 0,03462 1,169 1,00 37,01 43,26 0,04 1,00 0,041 0,001 4,327 0,006 0,200 0,007 0,300 0,010 0,02347 0,95572
8 9 8 0,14921 0,149 1,00 37,01 5,52 0,04 1,00 0,041 0,006 4,436 0,027 0,200 0,030 0,300 0,045 0,10182 0,10182
9 8 10 0,07654 1,395 1,00 37,01 51,61 0,04 1,00 0,041 0,003 4,312 0,014 0,200 0,015 0,300 0,023 0,05184 1,10938
10 10 11 0,13542 1,530 1,00 37,01 56,62 0,04 1,00 0,041 0,006 4,303 0,024 0,200 0,027 0,300 0,041 0,09168 1,20106
11 50 11 0,23181 0,232 1,00 37,01 8,58 0,04 1,00 0,041 0,010 4,421 0,042 0,200 0,046 0,300 0,070 0,15804 0,15804
12 11 12 0,26356 2,025 1,00 37,01 74,96 0,04 1,00 0,041 0,011 4,276 0,046 0,200 0,053 0,300 0,079 0,17812 1,53722
13 12 13 0,35961 2,385 1,00 37,01 88,27 0,04 1,00 0,041 0,015 4,258 0,063 0,200 0,072 0,300 0,108 0,24277 1,77999
14 13 14 0,41068 2,796 1,00 37,01 103,47 0,04 1,00 0,041 0,017 4,239 0,072 0,200 0,082 0,300 0,123 0,27693 2,05692
15 14 15 0,35017 3,146 1,00 37,01 116,43 0,04 1,00 0,041 0,014 4,225 0,061 0,200 0,070 0,300 0,105 0,23592 2,29284
16 15 16 0,19676 3,343 1,00 37,01 123,71 0,04 1,00 0,041 0,008 4,217 0,034 0,200 0,039 0,300 0,059 0,13250 2,42534
17 16 17 0,14342 3,486 1,00 37,01 129,02 0,04 1,00 0,041 0,006 4,212 0,025 0,200 0,029 0,300 0,043 0,09655 2,52189
18 17 18 0,10191 3,588 1,00 37,01 132,79 0,04 1,00 0,041 0,004 4,208 0,018 0,200 0,020 0,300 0,031 0,06859 2,59048
19 18 19 0,15731 3,745 1,00 37,01 138,61 0,04 1,00 0,041 0,006 4,202 0,027 0,200 0,031 0,300 0,047 0,10584 2,69632
20 19 20 0,12301 3,868 1,00 37,01 143,16 0,04 1,00 0,041 0,005 4,198 0,021 0,200 0,025 0,300 0,037 0,08274 2,77906
21 20 21 0,27741 4,146 1,00 37,01 153,43 0,04 1,00 0,041 0,011 4,188 0,048 0,200 0,055 0,300 0,083 0,18648 2,96554
22 21 22 0,47512 4,621 1,00 37,01 171,01 0,04 1,00 0,041 0,020 4,172 0,082 0,200 0,095 0,300 0,143 0,31907 3,28461
23 22 23 0,24264 4,863 1,00 37,01 180,00 0,04 1,00 0,041 0,010 4,164 0,042 0,200 0,049 0,300 0,073 0,16287 3,44748
24 23 24 0,38922 5,253 1,00 37,01 194,40 0,04 1,00 0,041 0,016 4,153 0,066 0,200 0,078 0,300 0,117 0,26108 3,70856
25 36 35 0,25962 0,260 1,00 37,01 9,61 0,04 1,00 0,041 0,011 4,416 0,047 0,200 0,052 0,300 0,078 0,17696 0,17696
26 38 37 0,28163 0,282 1,00 37,01 10,42 0,04 1,00 0,041 0,012 4,413 0,051 0,200 0,056 0,300 0,084 0,19192 0,19192
27 37 35 0,09831 0,380 1,00 37,01 14,06 0,04 1,00 0,041 0,004 4,399 0,018 0,200 0,020 0,300 0,029 0,06694 0,25886
28 35 34 0,03488 0,674 1,00 37,01 24,96 0,04 1,00 0,041 0,001 4,367 0,006 0,200 0,007 0,300 0,010 0,02371 0,45953
29 39 34 0,27081 0,271 1,00 37,01 10,02 0,04 1,00 0,041 0,011 4,415 0,049 0,200 0,054 0,300 0,081 0,18457 0,18457
30 34 33 0,04507 0,990 1,00 37,01 36,65 0,04 1,00 0,041 0,002 4,340 0,008 0,200 0,009 0,300 0,014 0,03058 0,67468
31 33 32 0,09145 1,082 1,00 37,01 40,04 0,04 1,00 0,041 0,004 4,333 0,016 0,200 0,018 0,300 0,027 0,06202 0,73670
47
32 32 31 0,14861 1,230 1,00 37,01 45,54 0,04 1,00 0,041 0,006 4,323 0,026 0,200 0,030 0,300 0,045 0,10072 0,83742
33 31 30 0,21303 1,443 1,00 37,01 53,42 0,04 1,00 0,041 0,009 4,309 0,038 0,200 0,043 0,300 0,064 0,14426 0,98168
34 30 29 0,10993 1,553 1,00 37,01 57,49 0,04 1,00 0,041 0,005 4,302 0,019 0,200 0,022 0,300 0,033 0,07441 1,05609
35 29 28 0,37133 1,925 1,00 37,01 71,23 0,04 1,00 0,041 0,015 4,281 0,065 0,200 0,074 0,300 0,111 0,25104 1,30713
36 28 27 0,29038 2,215 1,00 37,01 81,98 0,04 1,00 0,041 0,012 4,266 0,051 0,200 0,058 0,300 0,087 0,19613 1,50326
37 27 26 0,22062 2,436 1,00 37,01 90,15 0,04 1,00 0,041 0,009 4,256 0,039 0,200 0,044 0,300 0,066 0,14892 1,65218
38 26 25 0,27284 2,709 1,00 37,01 100,24 0,04 1,00 0,041 0,011 4,243 0,048 0,200 0,055 0,300 0,082 0,18403 1,83621
39 25 24 0,28675 2,995 1,00 37,01 110,86 0,04 1,00 0,041 0,012 4,231 0,050 0,200 0,057 0,300 0,086 0,19327 2,02948
40 24 40 0,23335 8,481 1,00 37,01 313,89 0,04 1,00 0,041 0,010 4,070 0,039 0,200 0,047 0,300 0,070 0,15573 5,89377
41 40 41 0,36322 8,844 1,00 37,01 327,34 0,04 1,00 0,041 0,015 4,062 0,061 0,200 0,073 0,300 0,109 0,24228 6,13605
42 41 42 0,37471 9,219 1,00 37,01 341,20 0,04 1,00 0,041 0,015 4,054 0,062 0,200 0,075 0,300 0,112 0,24982 6,38587
43 42 43 0,25065 9,470 1,00 37,01 350,48 0,04 1,00 0,041 0,010 4,049 0,042 0,200 0,050 0,300 0,075 0,16706 6,55293
44 43 44 0,18698 9,657 1,00 37,01 357,40 0,04 1,00 0,041 0,008 4,045 0,031 0,200 0,037 0,300 0,056 0,12459 6,67752
45 44 45 0,09346 9,750 1,00 37,01 360,86 0,04 1,00 0,041 0,004 4,043 0,016 0,200 0,019 0,300 0,028 0,06227 6,73979
46 45 46 0,11415 9,864 1,00 37,01 365,08 0,04 1,00 0,041 0,005 4,041 0,019 0,200 0,023 0,300 0,034 0,07604 6,81583
47 46 47 0,06929 9,934 1,00 37,01 367,65 0,04 1,00 0,041 0,003 4,039 0,012 0,200 0,014 0,300 0,021 0,04616 6,86199
48 47 48 0,15627 10,090 1,00 37,01 373,43 0,04 1,00 0,041 0,006 4,036 0,026 0,200 0,031 0,300 0,047 0,10408 6,96607
49 48 49 0,20447 10,294 1,00 37,01 381,00 0,04 1,00 0,041 0,008 4,032 0,034 0,200 0,041 0,300 0,061 0,13614 7,10221
Fuente: El autor
48
ANEXO E. Caudales de aportación en los nodos
Fuente: SWMM 5.1
Node Lateral Inflow 0.02300 0.10878 0.19410 0.27941
LPS
49
ANEXO F. Caudales de diseño en los tramos de tubería para alcantarillado sanitario
Fuente: SWMM 5.1
Link Flow 0.15860 2.47314 4.78767 7.10221 LPS
50
ANEXO G. Tirante en los tramos de tubería para alcantarillado sanitario
Fuente: SWMM 5.1
Link Depth 0.00311 0.03077 0.05844 0.08610 m
51
ANEXO H. Velocidad en los tramos de tubería para alcantarillado sanitario
Fuente: SWMM 5.1
Link Velocity 0.45000 1.16121 1.87243 2.58363 m/s
52
ANEXO I. Cálculo hidráulico para alcantarillado sanitario
n= 0,0100
Tramo Longitud (m) Qdiseño (L/s) S (%/100) D (mm) θ (rad) y/D V (m/s) y (m) T (Kg/m2) Cota Rasante (m.s.n.m)
Cota Clave (m.s.n.m)
Cota Invert (m.s.n.m)
Prof. a Clave (m)
Parcial Acumulada Parcial Acumulado Teórico Comercial
No De A
D
De A De A De A De A
1 1 2 67,50 67,50 0,15860 0,15860 0,01956 21,64 200,00 0,78408 0,03793 0,40715 0,00759 0,09715 952,05 950,93 950,85 949,53 950,65 949,33 1,20 1,40
2 2 3 51,73 119,23 0,17529 0,33389 0,11908 20,39 200,00 0,75522 0,03523 0,95712 0,00705 0,55005 950,93 944,77 949,53 943,37 949,33 943,17 1,40 1,40
3 3 4 39,14 158,37 0,15305 0,48694 0,59785 17,35 200,00 0,68259 0,02884 1,88064 0,00975 2,26781 944,77 921,38 943,37 919,97 943,17 919,77 1,40 1,41
4 7 6 17,66 17,66 0,04649 0,04649 0,07758 10,55 200,00 0,50035 0,01557 0,45098 0,00311 0,15983 935,54 934,17 934,14 932,77 933,94 932,57 1,40 1,40
5 6 5 52,43 70,09 0,27941 0,32590 0,09308 21,16 200,00 0,77307 0,03689 0,87216 0,00738 0,44989 934,17 929,30 932,77 927,89 932,57 927,69 1,40 1,41
6 5 4 51,42 121,51 0,11941 0,44531 0,15403 21,64 200,00 0,78417 0,03794 1,14282 0,00759 0,76536 929,30 921,38 927,89 919,97 927,69 919,77 1,41 1,41
7 4 8 12,56 292,44 0,02347 0,95572 0,37102 24,44 200,00 0,84673 0,04414 1,95818 0,00883 2,13859 921,38 916,72 919,97 915,31 919,77 915,11 1,41 1,41
8 9 8 48,68 48,68 0,10182 0,10182 0,00719 22,11 200,00 0,79474 0,03896 0,25122 0,00779 0,03667 917,06 916,72 915,66 915,31 915,46 915,11 1,40 1,41
9 8 10 25,43 366,55 0,05184 1,10938 0,01376 47,93 200,00 1,30633 0,10292 0,65047 0,02058 0,17969 916,72 916,36 915,31 914,96 915,11 914,76 1,41 1,40
10 10 11 43,53 410,08 0,09168 1,20106 0,02251 45,02 200,00 1,25379 0,09507 0,79116 0,01901 0,27259 916,36 915,37 914,96 913,98 914,76 913,78 1,40 1,39
11 50 11 62,49 62,49 0,15804 0,15804 0,04209 18,72 200,00 0,71572 0,03168 0,53071 0,00634 0,17511 918,01 915,37 916,61 913,98 916,41 913,78 1,40 1,39
12 11 12 76,56 549,13 0,17812 1,53722 0,04598 43,20 200,00 1,22034 0,09023 1,09361 0,01805 0,52958 915,37 911,86 913,98 910,46 913,78 910,26 1,39 1,40
13 12 13 61,98 611,11 0,24277 1,77999 0,05486 44,16 200,00 1,23792 0,09276 1,21579 0,01855 0,64878 911,86 908,46 910,46 907,06 910,26 906,86 1,40 1,40
14 13 14 37,07 648,18 0,27693 2,05692 0,09253 42,26 200,00 1,20302 0,08776 1,52426 0,01755 1,03790 908,46 905,03 907,06 903,63 906,86 903,43 1,40 1,40
15 14 15 58,32 706,50 0,23592 2,29284 0,07390 45,92 200,00 1,27001 0,09747 1,45621 0,01949 0,91623 905,03 900,72 903,63 899,32 903,43 899,12 1,40 1,40
16 15 16 58,78 765,28 0,13250 2,42534 0,07656 46,58 200,00 1,28212 0,09927 1,49945 0,01985 0,96582 900,72 896,22 899,32 894,82 899,12 894,62 1,40 1,40
17 16 17 36,74 802,02 0,09655 2,52189 0,09145 45,72 200,00 1,26647 0,09694 1,61440 0,01939 1,12802 896,22 892,86 894,82 891,46 894,62 891,26 1,40 1,40
18 17 18 19,46 821,48 0,06859 2,59048 0,07965 47,40 200,00 1,29676 0,10147 1,55083 0,02029 1,02599 892,86 891,31 891,46 889,91 891,26 889,71 1,40 1,40
19 18 19 34,93 856,41 0,10584 2,69632 0,08360 47,68 200,00 1,30186 0,10224 1,59639 0,02045 1,08456 891,31 888,39 889,91 886,99 889,71 886,79 1,40 1,40
20 19 20 25,72 882,13 0,08274 2,77906 0,08826 47,73 200,00 1,30285 0,10239 1,64183 0,02048 1,14665 888,39 886,12 886,99 884,72 886,79 884,52 1,40 1,40
21 20 21 42,19 924,32 0,18648 2,96554 0,08154 49,64 200,00 1,33699 0,10762 1,62853 0,02152 1,11053 886,12 882,68 884,72 881,28 884,52 881,08 1,40 1,40
22 21 22 70,37 994,69 0,31907 3,28461 0,02757 63,21 200,00 1,57197 0,14665 1,14852 0,02933 0,50155 882,68 880,74 881,28 879,34 881,08 879,14 1,40 1,40
23 22 23 23,14 1017,83 0,16287 3,44748 0,14866 46,93 200,00 1,28841 0,10021 2,10203 0,02004 1,89237 880,74 877,30 879,34 875,90 879,14 875,70 1,40 1,40
24 23 24 56,44 1074,27 0,26108 3,70856 0,10897 51,13 200,00 1,36333 0,11174 1,92765 0,02235 1,53767 877,30 871,16 875,90 869,75 875,70 869,55 1,40 1,41
25 36 35 80,92 80,92 0,17696 0,17696 0,06092 18,22 200,00 0,70371 0,03063 0,62464 0,00613 0,24527 916,40 911,77 915,00 910,07 914,80 909,87 1,40 1,70
26 38 37 59,98 59,98 0,19192 0,19192 0,00233 34,62 200,00 1,05731 0,06826 0,20606 0,01365 0,02056 911,48 911,75 910,28 910,14 910,08 909,94 1,20 1,61
27 37 35 30,43 90,41 0,06694 0,25886 0,00230 38,84 200,00 1,13872 0,07888 0,22449 0,01578 0,02329 911,75 911,77 910,14 910,07 909,94 909,87 1,61 1,70
28 35 34 11,79 183,12 0,02371 0,45953 0,01866 32,53 200,00 1,01583 0,06312 0,55395 0,01262 0,15238 911,77 911,65 910,07 909,85 909,87 909,65 1,70 1,80
29 39 34 93,81 93,81 0,18457 0,18457 0,00309 32,37 200,00 1,01259 0,06273 0,22456 0,01255 0,02509 911,54 911,65 910,14 909,85 909,94 909,65 1,40 1,80
30 34 33 30,78 307,71 0,03058 0,67468 0,09747 27,55 200,00 0,91373 0,05128 1,10654 0,01026 0,65037 911,65 908,25 909,85 906,85 909,65 906,65 1,80 1,40
31 33 32 37,26 344,97 0,06202 0,73670 0,12534 27,17 200,00 0,90554 0,05038 1,24044 0,01008 0,82202 908,25 903,58 906,85 902,18 906,65 901,98 1,40 1,40
32 32 31 48,47 393,44 0,10072 0,83742 0,09697 29,91 200,00 0,96273 0,05682 1,17968 0,01136 0,71499 903,58 898,88 902,18 897,48 901,98 897,28 1,40 1,40
33 31 30 34,29 427,73 0,14426 0,98168 0,07757 33,10 200,00 1,02728 0,06452 1,14558 0,01290 0,64710 898,88 896,22 897,48 894,82 897,28 894,62 1,40 1,40
34 30 29 25,62 453,35 0,07441 1,05609 0,10578 32,10 200,00 1,00724 0,06208 1,30480 0,01242 0,84999 896,22 893,51 894,82 892,11 894,62 891,91 1,40 1,40
35 29 28 60,01 513,36 0,25104 1,30713 0,08465 36,26 200,00 1,08920 0,07233 1,28818 0,01447 0,78863 893,51 888,43 892,11 887,03 891,91 886,83 1,40 1,40
36 28 27 27,36 540,72 0,19613 1,50326 0,13048 35,23 200,00 1,06924 0,06977 1,56261 0,01395 1,17398 888,43 884,86 887,03 883,46 886,83 883,26 1,40 1,40
37 27 26 21,21 561,93 0,14892 1,65218 0,08675 39,40 200,00 1,14944 0,08033 1,39480 0,01607 0,89400 884,86 883,02 883,46 881,62 883,26 881,42 1,40 1,40
38 26 25 31,62 593,55 0,18403 1,83621 0,04649 46,08 200,00 1,27303 0,09791 1,15835 0,01958 0,57889 883,02 881,55 881,62 880,15 881,42 879,95 1,40 1,40
39 25 24 28,36 621,91 0,19327 2,02948 0,36671 32,48 200,00 1,01491 0,06301 2,45291 0,01260 2,98954 881,55 871,16 880,15 869,75 879,95 869,55 1,40 1,41
53
40 24 40 36,90 1733,08 0,15573 5,89377 0,01220 91,71 200,00 2,04279 0,23891 1,02311 0,04778 0,34390 871,16 870,71 869,75 869,30 869,55 869,10 1,41 1,41
41 40 41 42,65 1775,73 0,24228 6,13605 0,02673 80,37 200,00 1,85714 0,20051 1,36683 0,04010 0,64613 870,71 869,37 869,30 868,16 869,10 867,96 1,41 1,21
42 41 42 63,27 1839,00 0,24982 6,38587 0,06354 69,36 200,00 1,67513 0,16536 1,87662 0,03307 1,29069 869,37 865,35 868,16 864,14 867,96 863,94 1,21 1,21
43 42 43 44,57 1883,57 0,16706 6,55293 0,06933 68,89 200,00 1,66744 0,16394 1,94998 0,03279 1,39725 865,35 862,26 864,14 861,05 863,94 860,85 1,21 1,21
44 43 44 62,67 1946,24 0,12459 6,67752 0,06750 69,73 200,00 1,68141 0,16653 1,94250 0,03331 1,37995 862,26 858,02 861,05 856,82 860,85 856,62 1,21 1,20
45 44 45 41,31 1987,55 0,06227 6,73979 0,01210 96,58 200,00 2,12246 0,25610 1,06071 0,05122 0,36235 858,02 857,52 856,82 856,32 856,62 856,12 1,20 1,20
46 45 46 40,59 2028,14 0,07604 6,81583 0,00172 139,76 200,00 2,86264 0,43049 0,52687 0,08610 0,07793 857,52 858,05 856,32 856,25 856,12 856,05 1,20 1,80
47 46 47 15,51 2043,65 0,04616 6,86199 0,00451 116,99 200,00 2,46138 0,33321 0,74895 0,06664 0,16800 858,05 857,79 856,25 856,18 856,05 855,98 1,80 1,61
48 47 48 48,56 2092,21 0,10408 6,96607 0,14353 61,50 200,00 1,54296 0,14156 2,56413 0,02831 2,52725 857,79 850,42 856,18 849,21 855,98 849,01 1,61 1,21
49 48 49 69,17 2161,38 0,13614 7,10221 0,10424 65,78 200,00 1,61526 0,15439 2,30497 0,03088 1,98839 850,42 843,20 849,21 842,00 849,01 841,80 1,21 1,20
Fuente: El autor
54
ANEXO J. Comparación de caudal, tirante y velocidad proporcionados por el programa EPA SWMM 5.1 y el cálculo en hoja electrónica para
alcantarillado sanitario
Tramo Caudal (L/s) Tirante (m) Velocidad (m/s)
SWMM 5.1 Excel Diferencia SWMM 5.1 Excel Diferencia SWMM 5.1 Excel Diferencia
TRAMO-01 0,160 0,159 0,001 0,008 0,008 0,000 0,41 0,41 0,003
TRAMO-02 0,330 0,334 -0,004 0,007 0,007 0,000 0,96 0,96 0,003
TRAMO-03 0,490 0,487 0,003 0,005 0,010 -0,004 2,03 1,88 0,149
TRAMO-04 0,050 0,046 0,004 0,003 0,003 0,000 0,45 0,45 -0,001
TRAMO-05 0,330 0,326 0,004 0,007 0,007 0,000 0,87 0,87 -0,002
TRAMO-06 0,450 0,445 0,005 0,008 0,008 0,000 1,15 1,14 0,007
TRAMO-07 0,960 0,956 0,004 0,009 0,009 0,000 1,99 1,96 0,032
TRAMO-08 0,100 0,102 -0,002 0,008 0,008 0,000 0,25 0,25 -0,001
TRAMO-09 1,110 1,109 0,001 0,020 0,021 0,000 0,66 0,65 0,010
TRAMO-10 1,200 1,201 -0,001 0,019 0,019 0,000 0,8 0,79 0,009
TRAMO-11 0,160 0,158 0,002 0,006 0,006 0,000 0,53 0,53 -0,001
TRAMO-12 1,540 1,537 0,003 0,018 0,018 0,000 1,1 1,09 0,006
TRAMO-13 1,780 1,780 0,000 0,018 0,019 0,000 1,23 1,22 0,014
TRAMO-14 2,060 2,057 0,003 0,017 0,018 0,000 1,53 1,52 0,006
TRAMO-15 2,290 2,293 -0,003 0,019 0,019 0,000 1,47 1,46 0,014
TRAMO-16 2,430 2,425 0,005 0,020 0,020 0,000 1,52 1,50 0,021
TRAMO-17 2,520 2,522 -0,002 0,019 0,019 0,000 1,64 1,61 0,026
TRAMO-18 2,590 2,590 0,000 0,020 0,020 0,000 1,57 1,55 0,019
TRAMO-19 2,700 2,696 0,004 0,020 0,020 0,000 1,61 1,60 0,014
TRAMO-20 2,780 2,779 0,001 0,020 0,020 0,000 1,66 1,64 0,018
TRAMO-21 2,970 2,966 0,004 0,021 0,022 0,000 1,63 1,63 0,001
TRAMO-22 3,280 3,285 -0,005 0,029 0,029 0,000 1,15 1,15 0,001
TRAMO-23 3,450 3,447 0,003 0,020 0,020 0,000 2,13 2,10 0,028
TRAMO-24 3,710 3,709 0,001 0,022 0,022 0,000 1,93 1,93 0,002
TRAMO-25 0,180 0,177 0,003 0,006 0,006 0,000 0,62 0,62 -0,005
TRAMO-26 0,190 0,192 -0,002 0,014 0,014 0,000 0,21 0,21 0,004
TRAMO-27 0,260 0,259 0,001 0,016 0,016 0,000 0,22 0,22 -0,004
TRAMO-28 0,460 0,460 0,000 0,013 0,013 0,000 0,55 0,55 -0,004
TRAMO-29 0,180 0,185 -0,005 0,013 0,013 0,000 0,22 0,22 -0,005
TRAMO-30 0,670 0,675 -0,005 0,010 0,010 0,000 1,1 1,11 -0,007
TRAMO-31 0,740 0,737 0,003 0,010 0,010 0,000 1,23 1,24 -0,010
55
TRAMO-32 0,840 0,837 0,003 0,011 0,011 0,000 1,18 1,18 0,000
TRAMO-33 0,980 0,982 -0,002 0,013 0,013 0,000 1,14 1,15 -0,006
TRAMO-34 1,060 1,056 0,004 0,012 0,012 0,000 1,31 1,30 0,005
TRAMO-35 1,310 1,307 0,003 0,014 0,014 0,000 1,28 1,29 -0,008
TRAMO-36 1,500 1,503 -0,003 0,014 0,014 0,000 1,56 1,56 -0,003
TRAMO-37 1,650 1,652 -0,002 0,016 0,016 0,000 1,4 1,39 0,005
TRAMO-38 1,840 1,836 0,004 0,019 0,020 0,000 1,17 1,16 0,012
TRAMO-39 2,030 2,029 0,001 0,012 0,013 0,000 2,51 2,45 0,057
TRAMO-40 5,890 5,894 -0,004 0,048 0,048 0,000 1,02 1,02 -0,003
TRAMO-41 6,140 6,136 0,004 0,040 0,040 0,000 1,37 1,37 0,003
TRAMO-42 6,390 6,386 0,004 0,033 0,033 0,000 1,88 1,88 0,003
TRAMO-43 6,550 6,553 -0,003 0,033 0,033 0,000 1,96 1,95 0,010
TRAMO-44 6,680 6,678 0,002 0,033 0,033 0,000 1,95 1,94 0,007
TRAMO-45 6,740 6,740 0,000 0,051 0,051 0,000 1,06 1,06 -0,001
TRAMO-46 6,820 6,816 0,004 0,086 0,086 0,000 0,53 0,53 0,003
TRAMO-47 6,860 6,862 -0,002 0,067 0,067 0,000 0,75 0,75 0,001
TRAMO-48 6,970 6,966 0,004 0,028 0,028 0,000 2,58 2,56 0,016
TRAMO-49 7,100 7,102 -0,002 0,031 0,031 0,000 2,31 2,30 0,005
Fuente: El autor
56
ANEXO K. Perfiles de tramos principales para alcantarillado sanitario
Perfil N-04 a N-10
57
Perfil N-38 a N-34
58
Perfil N-23 a N-40
59
Perfil N-44 a N-47
Fuente: SWMM 5.1
60
ANEXO L. Subcaptaciones para sistema de alcantarillado
Fuente: SWMM 5.1
61
ANEXO M. Datos de ingreso para sistema de alcantarillado combinado
Área contribuyente Área Impermeable (%) Nombre Pluviómetro Nodo de
descarga Parcial (ha) Parcial (m2)
Longitud (m)
Anchura (m)
Pendiente Media (%)
Área de Vía
(m2)
Área de Casas (m2)
Área Impermeable
(m2)
Área de Vía (%)
Área de Casas (%)
Área Impermeable
(%)
Subcatchment Rain Gage Outlet Ap Ap
% Slope Av Ac Aimp %Av %Ac % Imperv
SubC-25 Lluvia1 N-36 0,25962 2596,17 80,92 32,08 31,62 385,93 600,25 986,17 14,87 23,12 37,99 SubC-26 Lluvia1 N-38 0,28163 2816,28 59,98 46,95 26,10 823,87 378,72 1202,59 29,25 13,45 42,70 SubC-27 Lluvia1 N-37 0,09831 983,14 30,43 32,31 31,19 217,73 110,33 328,06 22,15 11,22 33,37 SubC-28 Lluvia1 N-35 0,03488 348,83 11,79 29,59 5,16 290,00 0,00 290,00 83,13 0,00 83,13 SubC-29 Lluvia1 N-39 0,27081 2708,10 93,81 28,87 22,85 1023,60 529,76 1553,36 37,80 19,56 57,36 SubC-30 Lluvia1 N-34 0,04507 450,73 30,78 14,64 21,51 67,81 51,22 119,02 15,04 11,36 26,41 SubC-31 Lluvia1 N-33 0,09145 914,45 37,26 24,54 36,92 147,19 74,74 221,93 16,10 8,17 24,27
1,08177 ha
Nombre Área Permebale (%)
Coeficiente n Almacenamiento en depresión (mm)
Porcentaje de suelo
impermeable que no presenta
almacenamiento en depresión (%)
Flujo entre subareas
Porcentaje de Flujo Suelo
impermeable Suelo
permeable Suelo impermeable
Suelo permeable
Subcatchment Cubierta forestal
poco densa N-Imperv N-Perv Dstore-Imperv Dstore-Perv %Zero-Imperv Subarea Routing
Percent Routed
SubC-25 62,01 0,011 0,05 1,875 3,125 25 IMPERVIOUS 50
SubC-26 57,30 0,011 0,05 1,875 3,125 25 IMPERVIOUS 50
SubC-27 66,63 0,011 0,05 1,875 3,125 25 IMPERVIOUS 50
SubC-28 16,87 0,011 0,05 1,875 3,125 25 PERVIOUS 50
SubC-29 42,64 0,011 0,05 1,875 3,125 25 PERVIOUS 50
SubC-30 73,59 0,011 0,05 1,875 3,125 25 IMPERVIOUS 50
SubC-31 75,73 0,011 0,05 1,875 3,125 25 IMPERVIOUS 50
62
Nombre Método de Infiltración
Área Impermeable Área Impermeable
Número de Curva
Conductividad Hidráulica
(mm/h)
Tiempo de secado (días)
Área de Vía (%)
CN Área de Casas (m2)
Área de Casas
(%) CN
Área Cubierta Forestal poco
densa(%) CN
Subcatchment Infiltration Data %Av CN Ac %Ac CN % Bosque poco denso CN CN K Ts
SubC-25 CURVE_NUMBER 0,149 98 600,25 0,231 87 0,620 83 86 0,25 14,00
SubC-26 CURVE_NUMBER 0,293 98 378,72 0,134 92 0,573 83 89 0,25 14,00
SubC-27 CURVE_NUMBER 0,221 98 110,33 0,112 92 0,666 83 87 0,25 14,00
SubC-28 CURVE_NUMBER 0,831 98 0,00 0,000 92 0,169 83 95 0,25 14,00
SubC-29 CURVE_NUMBER 0,378 98 529,76 0,196 87 0,426 83 89 0,25 14,00
SubC-30 CURVE_NUMBER 0,150 98 51,22 0,114 92 0,736 83 86 0,25 14,00
SubC-31 CURVE_NUMBER 0,161 98 74,74 0,082 92 0,757 83 86 0,25 14,00
Fuente: El autor
63
ANEXO N. Obtención del hietograma de diseño.
Tiempo de Concentración
Long. Cauce Rugosidad del
cauce Intensidad
Pendiente media del cauce
Tiempo de concentración tc (min)
Duración
L (m) L(pies) n I (mm/h) I (pulg/h) S (pie/pie)
D (min)
185,73 609,35 0,05 106,51700 4,19358 0,02261 12,83 25,65
Curvas IDF de la cuenca
Para la estación M0180 Zaruma duración de lluvia entre 5 y 30 minutos
Tiempo K m n I
5 ˂ 30 150,677 0,16 0,3755
Valores de Intensidad de precipitación según Duración de la misma y Frecuencia de repetición
Duración (minutos)
Periodo de retorno (años)
2 5 10 25 50 100 500
5 91,99 106,52 119,01 137,80 153,96 172,02 222,55
10 70,91 82,11 91,74 106,22 118,68 132,60 171,55
15 60,90 70,51 78,78 91,22 101,92 113,87 147,32
20 54,66 63,29 70,71 81,88 91,48 102,21 132,23
25 50,27 58,20 65,03 75,30 84,13 94,00 121,61
64
HIETOGRAMA PARA PERIODO RETORNO 5 AÑOS
Duración de la tormenta (h) 0,42
Intensidad de lluvia (mm/h) 58,20
Precipitación en 24 horas (mm) 24,25
Intervalos de tiempo (min) 5
Instante (min) Intensidad (mm/h) Precipitación
acumulada (mm) Precipitación Parcial (mm)
Intensidad parcial (mm/h)
Precipitación Parcial Alternada
(mm)
Int. Parcial Alternada
(mm/h)
5 106,52 8,88 8,88 106,52 3,15 37,86
10 82,11 13,68 4,81 57,70 3,94 47,32
15 70,51 17,63 3,94 47,32 8,88 106,52
20 63,29 21,10 3,47 41,63 4,81 57,70
25 58,20 24,25 3,15 37,86 3,47 41,63
0,00
25,00
50,00
75,00
100,00
125,00
150,00
175,00
200,00
225,00
250,00
5 10 15 20 25
Inte
nsi
dad
(m
m/h
)
Duración (min)
Curvas IDF
65
t Intensidad
0:05 37,86
0:10 47,32
0:15 106,52
0:20 57,70
0:25 41,63
Fuente: El autor
0,00
20,00
40,00
60,00
80,00
100,00
5
10
15
20
25
Hietograma T5
66
ANEXO O. Caudales en los tramos de tubería para alcantarillado combinado a los 15 min
Fuente: SWMM 5.1
Link Flow 25.00000 50.00000 75.00000 100.00000 LPS
67
ANEXO P. Tirantes en los tramos de tubería para alcantarillado combinado a los 20 min
Fuente: SWMM 5.1
Link Depth 0.05000 0.10000 0.15000 0.20000 m
68
ANEXO Q. Velocidades en los tramos de tubería para alcantarillado combinado a los 15 min
Fuente: SWMM 5.1
Link Velocity 0.01000 0.10000 1.00000 2.00000 m/s
69
ANEXO R. Perfiles de tramos principales para alcantarillado combinado
Perfil N-04 a N-10
70
Perfil N-38 a N-34
71
Perfil N-23 a N-40
72
Perfil N-44 a N-47
Fuente: SWMM 5.1