facultad de ingenierÍa civil carrera de ingenierÍa …

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



MACHALA2020


MODELIZACIÓN HIDRÁULICA DE UNA RED DEALCANTARILLADO CON EPA SWWM 5.1



MACHALA19 de febrero de 2020


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)


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)


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)


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)


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)


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)


D= Diámetro (mm)


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)


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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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







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

facultad de ingenierÍa civil carrera de ingenierÍa …

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