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DISEÑO DEL SISTEMA DE CAPTACIÓN PARA AGUAS PLUVIALES UBICADO EN LA CALLE REAL DE LA COMUNIDAD SAN PABLITO, CARRETERA VIEJA CARACAS-LOS TEQUES, VENEZUELA by Adriani Monroy, Diana Carolina is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike 4.0 International License.
República Bolivariana de Venezuela
Universidad Nueva Esparta
Facultad de Ingeniería
Escuela de Ingeniería Civil
Línea de investigación: Control de calidad de sistemas de drenaje
Tema: Hidráulica
“DISEÑO DEL SISTEMA DE CAPTACIÓN PARA AGUAS PLUVIALES
UBICADO EN LA CALLE REAL DE LA COMUNIDAD SAN PABLITO,
CARRETERA VIEJA CARACAS-LOS TEQUES, VENEZUELA,”
Julio, 2016
Tutor:
Ing. Frederick Flores
CI: 7149188 CIV: 125507
Trabajo de Grado, para optar
por el título de Ingeniero Civil,
presentado por: Br. Diana Adriani
CI: V-19162600
iii
República Bolivariana de Venezuela
Universidad Nueva Esparta
Facultad de Ingeniería
Escuela de Ingeniería Civil
Línea de investigación: Control de calidad de sistemas de drenaje
Tema: Hidráulica
“ DISEÑO DEL SISTEMA DE CAPTACIÓN PARA AGUAS PLUVIALES
UBICADO EN LA CALLE REAL DE LA COMUNIDAD SAN PABLITO,
CARRETERA VIEJA CARACAS-LOS TEQUES, VENEZUELA,”
Evaluado
res:
Técnico:
Nombre y Apellido
C.I.:
Firma
Metodológico:
Nombre y Apellido
C.I.:
Firma
iv
Caracas, Julio 2016
DEDICATORIA
El presente trabajo de grado es dedicado a mi Familia.
A mi mama por estar conmigo en todo momento y darme palabras de aliento.
A mi padre José Gregorio Fernández por apoyarme.
A mi hijo Juan Pablo Duran por ser mi motivador preferido.
A mis hermanas Marian Fernández y Sophia Fernández para que se motiven y
sepan que con esfuerzo y constancia todo se logra.
A José Duran y María Belandria. Esto es el resultado de su apoyo.
v
AGRADECIMIENTO En primer lugar a Dios todo poderoso porque siempre me ha llevado de su mano
y me ha hecho conocer a través de sus diferentes pruebas que los límites solo están en
nuestras mentes y que la fe mueve Montañas.
A mi mama por su apoyo y paciencia a lo largo de este camino, por refugiarme en
momentos de colapso y porque siempre me ha encaminado hacia el lado correcto
impulsándome a ser una profesional y buena persona.
A mis hermanas Marian Fernández y Sophia Fernández por entenderme en mis
momentos de estrés, alentarme a seguir adelante y ayudarme en todo lo que pudieron.
A José Gregorio Fernández por guiarme hacia el camino correcto para que me
desarrollara profesionalmente.
A la Sra. María Belandria por ayudarme en todo momento sin ningún interés y
estar presente siempre que lo necesitaba en la realización de este trabajo de Grado.
A José Manuel Duran por apoyarme, ayudarme, entenderme y hasta aguantarme.
Sin su apoyo no hubiese sido igual llegar a esta fase final de la carrera.
Al profesor Frederick Flores principalmente por su paciencia, por aportarme sus
conocimientos, guiarme y apoyarme en todo momento que lo necesite para que esto
fuese posible. Es un placer haber realizado mi trabajo con la tutoría de excelente
persona y Profesional.
A la Directora de escuela Ing. Gladys Hernández, por sus palabras y consejos que
nos empujan hacia adelante, por su aporte educativo y guiarnos en el camino hacia el
éxito.
Por último y no menos importante, a la universidad Nueva Esparta por ser la
responsable de mi formación académica y por brindarme la oportunidad de construir
en mí integralmente un profesional.
vi
UNIVERSIDAD NUEVA ESPARTA
FACULTAD DE INGENIERÍA
ESCUELA DE INGENIERÍA CIVIL
SEDE LOS NARANJOS
TITULO: DISEÑO DEL SISTEMA DE CAPTACIÓN PARA AGUAS
PLUVIALES UBICADO EN LA CALLE REAL DE LA COMUNIDAD SAN
PABLITO, CARRETERA VIEJA CARACAS-LOS TEQUES, VENEZUELA.
AUTOR: Br. Adriani Monroy, Diana Carolina CI. 19162600
TUTOR: Ingeniero Flores, Frederick C.I.V 125507
PALABRA CLAVE: Drenaje, Precipitación, sumideros.
Resumen:
El presente trabajo de grado tiene como finalidad diseñar un sistema de captación
de aguas de lluvia ubicado en la calle Real de la comunidad San Pablito, carretera
vieja Caracas-Los Teques, Venezuela.
Para la realización de esta investigación fue importante analizar factores
topográficos e hidrológicos del área en estudio, a su vez realizar inspecciones para
evaluar el estado de los elementos existentes dentro del sistema de captación de aguas
de lluvia de La Calle Real ubicada en la comunidad San Pablito. Tomando en cuenta
todo lo anterior se estableció que el sistema presenta una falla ocasionando la
problemática principal.
vii
Una vez recolectado todos los datos necesarios se determinara el caudal máximo
que circula por la calle real y luego se dimensionaran los elementos que interceptaran
las aguas de lluvia que fluyen en esta calle logrando captar la mayor cantidad para ser
conducidas hacia el colector principal.
viii
NUEVA ESPARTA UNIVERSITY
FACULTY OF ENGINEERING
SCHOOL OF CIVIL ENGINEERING
HEADQUARTERS LOS NARANJOS
TÍTLE: SYSTEM DESIGN FOR RAINWATER CATCHMENT LOCATED IN
THE STREET REAL COMMUNITY OF SAN PABLITO, OLD ROAD CARACAS-
LOS TEQUES, VENEZUELA.
AUTHOR: Br. Adriana Monroy, Diana Carolina CI. 19162600
TUTOR: Engineer Flores, Frederick C.I.V 125507
KEYWORD: Drainage, precipitation, rain.
Summary:
The purpose of this thesis is to design a system for capturing rainwater located the
street al community of San Pablito, old road Caracas-Los Teques, Venezuela.
The realization of this investigation was important to analyze topographical and
hydrological factors of this area, at the same time inspections were performed to
evaluate the status of existing elements within the system to capture rainwater from
the street real is located in San Pablito community. Considering all the above was
determined that the system has a fault causing the main problem.
After picking all the necessary data that is going to determine the maximum flow
who circulates through the street real and then the elements that intercept rainwater
flowing into this street making capture as much to be driven into the main collector
are dimensioned.
ix
INDICE GENERAL
DEDICATORIA ...................................................................................................... iv
AGRADECIMIENTO .............................................................................................. v
INTRODUCCIÓN .................................................................................................. 12
CAPITULO I .......................................................................................................... 14
EL PROBLEMA DE INVESTIGACIÓN .............................................................. 14
1.1 Planteamiento del Problema. ........................................................................ 15
1.2 Formulación. ................................................................................................. 17
1.3 Objetivos de la Investigación. ....................................................................... 17
1.3.1 Objetivo General ........................................................................................ 17
1.3.2 Objetivos Específicos. ............................................................................. 18
1.4 Justificación de la Investigación. .................................................................. 18
1.5 Delimitación de la Investigación. ............................................................. 19
1.5.1 Temática ............................................................................................ 19
1.5.2 Geográfica. ........................................................................................ 20
1.5.3 Temporal ........................................................................................... 20
1.6 Limitación .................................................................................................... 21
CAPITULO II ......................................................................................................... 22
MARCO TEÓRICO ............................................................................................... 22
2.1) Antecedentes de la Investigación ................................................................ 23
2.2) Bases Teóricas ............................................................................................. 27
2.2.1 Drenajes. ................................................................................................ 27
2.2.2 Tipos de Drenajes.................................................................................. 27
2.2.3 Sistema de drenaje urbano. ................................................................... 28
x
2.2.4 Drenaje longitudinal .............................................................................. 29
2.2.5 Drenaje transversal. ................................................................................ 29
2.2.6 Sistema de Elementos de captación de Aguas de lluvia. ....................... 29
2.2.6.1 Sumideros............................................................................................ 30
2.2.6.2 Caudal máximo ................................................................................... 30
2.2.6.2.1 Caudal de Captación. ....................................................................... 31
2.2.6.2.2 Caudal Remanente. .......................................................................... 31
2.2.6.3 Tipos de Sumideros. ............................................................................ 32
a. Sumidero de ventana ............................................................................. 32
b. Sumidero de rejillas............................................................................... 32
b.2 Sumidero de Reja en Calzada ................................................................... 34
b.2.1 Lamina Teórica de Agua o Tirante de Agua .......................................... 36
b.2.2 Longitud de Ventana. ............................................................................. 37
2.2.7 Intensidad de lluvia .................................................................................... 40
2.2.8 Duración ................................................................................................. 40
2.2.9 Tiempo de concentración ....................................................................... 40
2.2.10 Datos estadísticos ................................................................................. 42
2.2.11 Distribución de Gumbel tipo I ............................................................. 43
2.3 Cuadro de Variables .................................................................................... 44
CAPITULO III ....................................................................................................... 48
MARCO METODOLÓGICO ................................................................................ 48
3.1 Nivel de la Investigación. ............................................................................. 49
3.2 Diseño de la investigación ............................................................................ 49
3.3 Población y Muestra ..................................................................................... 50
xi
3.4 Técnicas de Recolección de Datos .............................................................. 51
3.5 Instrumentos de Recolección de Datos. ........................................................ 51
CAPITULO IV ....................................................................................................... 53
DISEÑO DEL SISTEMA DE CAPTACIÓN DE AGUAS PLUVIALES ............ 53
4.1 Descripción del sistema de captación de aguas pluviales existente. ............ 54
................................................................................................................................ 56
4.2 Datos de la Zona en Estudio. .................................................................... 58
4.2.1 Topografía. ................................................................................................ 58
4.2.1.3 Pendiente Transversal y Alturas de aceras. ................................... 62
4.2.1.4 Pendiente Longitudinal ...................................................................... 65
4.3 Hidrología. ................................................................................................ 69
4.3.1 Análisis de Las precipitaciones. ........................................................ 69
4.4 Diseño del sistema de captación para aguas de lluvia. ............................. 80
4.4.1 Calculo del Caudal de Diseño: .......................................................... 80
4.4.2 Calculo del Caudal Captado por el elemento .................................... 83
4.4.3 Dimensionamiento de tuberías dentro del sistema de captación de
aguas para lluvias. ................................................................................................ 94
CONCLUSIONES .................................................................................................. 97
RECOMENDACIONES ........................................................................................ 98
BIBLIOGRAFIA .................................................................................................... 99
12
INTRODUCCIÓN
El mundo ha hecho de importancia la comunicación y cada vez más cuando
aumenta la densidad de la población.
Desde un principio para cubrir las necesidades básicas y actualmente para el
desarrollo de las actividades humanas. Con el avance del tiempo se ha implementado
instrumentos para relacionarse, como las vías terrestres, que mediante ellas se pueden
satisfacer las principales necesidades de las personas. Las calles son anchuras en
donde pueden andar personas y vehículos trasladándose de un punto a otro. Además
también transitan aguas precipitadas, pudiendo ocasionar daños como inundaciones,
colapso de la vía, deterioro de las estructuras que se encuentren en ella, y pérdidas
humanas en caso de que no se les de la importancia que tienen y no se implementen
efectivamente sistemas superficiales para captarlas. El drenaje de agua funciona
como un sistema con un conjunto de elementos estructurales por donde pasan las
aguas, que mediante un mecanismo hidráulico, son conducidas a lugares donde no
ocasionen daños.
Actualmente Venezuela presenta un aumento de la población acelerado,
influyendo en las obras de drenaje y captación de aguas porque la falta de
planificación es una causa para que los sistemas de drenaje colapsen y generen
daños. Dando a entender que este factor no es considerado dentro de las previsiones
que garantizan que la vialidad funcione adecuadamente.
Expresado lo anterior, el presente trabajo de grado se fundamenta en un diseño de
sistema de captación para aguas pluviales, Ubicado en la calle Real de la comunidad
San Pablito, Carretera Vieja Caracas-Los Teques, Venezuela, permitiendo que las
aguas de lluvia que escurren por el pavimento, no sean un problema para los usuarios
y las vías y de esta manera puedan realizar sus actividades sin ningún inconveniente
al transitar por ella. Para el análisis y sus cálculos, Se apoyó en datos de exploración,
documental y observación directa con el fin de corregir los problemas que se
presentan en esta vialidad. La siguiente investigación está constituido por v capítulos
como se presenta a continuación:
13
Capítulo I: El Problema de Investigación.
Se visualizara el problema planteado, la justificación, objetivos que argumentan la
propuesta de la investigación, delimitación y Limitaciones.
Capítulo II: Base Teóricas.
En este Capítulo se especifica las bases legales, términos básicos que están
vinculados con la investigación, el problema y su solución, así como antecedentes,
bases teóricas, terminando con un cuadro operacional de variables que intervienen en
el diseño del sistema de captación de aguas pluviales.
Capítulo III: Marco Metodológico.
El Marco metodológico consta del diseño de investigación, el nivel que tiene la
presente investigación, población y muestra en estudio y la técnica e instrumentos de
recolección de datos que fue implementado.
Capítulo IV: Diseño del Sistema de Captación de aguas pluviales.
En el cual se evidencia mediante fotos, la inspección a la zona en estudio, así
como a las estructuras de drenaje superficial existentes, contiene análisis de los datos
recolectados y procedimiento a seguir para calcular el diseño del sistema de captación
de aguas pluviales.
Capítulo 5: Conclusiones y recomendaciones.
En esta parte del presente trabajo se señala la culminación del mismo y lo logrado
según los objetivos especificados y partiendo de se sugiere una serie de
recomendaciones a seguir para mejorar funcionamiento de la calle Real por parte de
los habitantes del sector San Pablito Ubicado en Ruiz Pineda, Caracas.
Luego de esta descripción se encuentra la Bibliografía y Anexos.
14
CAPITULO I
EL PROBLEMA DE INVESTIGACIÓN
15
1.1 Planteamiento del Problema.
Los servicios públicos no siempre hacen sentir su presencia pero cuando estos
fallan o son necesarios nos encontramos con su utilidad, este es el caso de los
sistemas de captación de aguas de lluvia superficial de captación de aguas de lluvia.
Desde la época prehistórica ha surgido la necesidad de controlar las aguas
precipitadas en el planeta porque al quedar estancadas producen enfermedades y
plagas afectando la salud de una la población. Esto motivo a la especie humana
incursionar rudimentariamente en el ingenio hidráulico. Al evolucionar el hombre se
optimizaron los sistemas para captar aguas y drenarlas a lugares seguros como posos
o plantas de tratamiento entre otros.
La red de drenajes ha cumplido históricamente con la función de evacuar el agua,
sea esta procedente de las lluvias o de aguas residuales. La presencia de las
precipitaciones en el territorio nacional trae como consecuencia inundaciones. Este
efecto del mal funcionamiento de las vialidades surge de la gran demanda que genera
la falta de planificación urbana y la reproducción de desechos sólidos. En
aproximadamente una hora de lluvia las principales ciudades del país colapsan.
(Fuente: Drenajes y colapsos subterráneos (2013). [Página web en
línea].Disponible en: http://drecosub9.webnode.com.ve/news/primer-blog/)
La problemática más latentes en Caracas con respecto a este tema es precisamente
el estancamiento de aguas sobre el manto asfaltico o pavimento, más aun en épocas
de lluvia, y el mal manejo de las aguas residuales provenientes de hogares
Caraqueños. Pues la calle real ubicada en el sector San Pablito, carretera vieja
Caracas-LosTques es un ejemplo de ello.
Al haber realizado una visita al sector mencionado, ingresando por la carretera
vieja de los Teques, se observó que existe una calle principal que permite en acceso a
16
esta comunidad, llamada calle real (punto a estudiar), viendo que cuenta con una
pendiente alta; al comienzo de ella se visualiza el deterioro del pavimento con huecos
que en la mayoría del tiempo están llenos de agua.
Observando los elementos existentes para captar agua se aprecia que hay
sumideros de rejilla en forma longitudinal y transversal, están ubicados en lo ancho
del inicio de la calle, cuando llueve da la impresión que el caudal que circula no es
totalmente captado, ocasionando el acumulamiento de agua sobre todo en el punto
bajo de la vía permaneciendo totalmente inundado, complicando el paso peatonal y
vehicular. Cabe destacar que los recorridos se hicieron en diferentes ocasiones,
principalmente después de días lluviosos.
Se pudo obtener información a través del concejo comunal así como de algunos
habitantes de la comunidad de San Pablito, indicando que al llover, las aguas
precipitadas son abundantes y bajan con mucha velocidad por lo cual ellos presumen
que no pueden ser captadas eficientemente por los elementos de drenaje presentes en
la calle, quedando estancadas en una parte de la carretera vieja de los Teques, justo en
la intercepción que hace con la calle Real en su punto de elevación más bajo. Aunado
a esta condición existen otras causas como lo es el mal manejo de los desechos
sólidos por parte de los vecinos ya que en vez de depositar la basura en el único
contenedor de la comunidad, cuando llueve, lanzan estos desechos sobre la
escorrentía para que se los lleve el caudal. Se debe destacar que no se tiene pruebas
ni visuales ni técnicas de la realización de un plan de mantenimiento preventivo ni
correctivo a estos elementos ni a la vialidad de la comunidad por parte de los
organismos encargados.
La población también es un factor que agrava el problema, ya que al diseñar se
toma en cuenta la densidad de la misma en un tiempo determinado. La población a
través del tiempo crece sin ningún control en esta parte de la ciudad por la falta de
17
planificación familiar, lo que puede desvirtuar la eficiencia del sistema de captación
existente.
Debido a este planteamiento, se ha tomado interés en estudiar una solución a la
problemática presente de esta vialidad de la comunidad, proponiendo un diseño se
sistemas de captación de aguas de lluvia para compararlo con el vigente y así
determinar sus fallas y posibles conclusiones.
1.2 Formulación.
Debido a la problemática expuesta surgen interrogantes tales como:
1. ¿El sistema de capación de aguas de lluvia existente en la calle Real es
eficiente?
2. ¿El Diseño de un sistema de captación para aguas de lluvias pluviales es
parte de la solución?
Estas interrogantes serán el punto de partida y respondidas en la medida que se
desarrolle la investigación.
1.3 Objetivos de la Investigación.
1.3.1 Objetivo General
Diseñar un sistema de captación de aguas de lluvia ubicado en la calle Real en la
comunidad San Pablito, Carretera Vieja Caracas-Los Teques.
18
1.3.2 Objetivos Específicos.
1. Diagnosticar las condiciones actuales del sistema de captación de aguas
pluviales de la calle Real ubicada en la carretera vieja Caracas-Los Teques.
2. Evaluar los elementos del sistema de captación de aguas de lluvia que
presenta la calle Real ubicada en la carretera vieja Caracas-Los Teques
3. Determinar las fallas que presenta el sistema de captación de aguas pluviales
de la calle Real.
4. Dimensionar el sistema de captación de aguas pluviales para la calle Real de
la comunidad de San Pablito, ubicada en la carretera vieja Caracas-Los
Teques
1.4 Justificación de la Investigación.
El diseño del sistema para la captación de aguas de lluvia de la calle real de la
comunidad de San Pablito, permitirá mediante su buen planteamiento que se
determine si el existente es el adecuado, o no, cuales son las causas del problema y
así recomendar posibles soluciones. Se maneja la hipótesis de que en la Calle ubicada
en esta zona de la ciudad existe la problemática del mal diseño del sistema que
captan aguas de lluvia y dentro de él, la mala ubicación de sus elementos, debido a lo
que se aprecia a simple vista así como lo expresado por esta comunidad. Realizar un
adecuado Diseño del sistema de drenaje superficial para la captación de aguas
19
pluviales para la comunidad es de vital importancia ya que si esto tiene un mal
dimensionamiento y ubicación afecta la salud pública, obstaculiza el tránsito y puede
ocasionar daños estructurales y gastos económicos.
La investigación presente y su estudio aportará una solución que podría
implementarse y así acrecentar la calidad de quienes hacen vida en la comunidad,
mejora las condiciones sanitarias, también de esta forma se contribuye en lo socio-
económico porque al tener un fácil acceso al sector, y un buen funcionamiento vial
evitaría gastos en reparaciones, construcción, material etc. así mismo daños por causa
de algún colapso del sistema de drenaje junto con el gran impacto ambiental que
podría producirse por el estancamiento de aguas negras. Con el presente trabajo de
grado se desea contribuir con la evolución en los estudios de sistemas de drenaje
superficial para zonas rurales de difícil acceso en Venezuela.
Con la realización del presente proyecto se busca realizar un aporte para la
Universidad Nueva Esparta, ya que se establece una metodología a seguir, y se da a
conocer procedimientos para dimensionar apropiadamente elementos de los sistemas
de captación de aguas pluviales, en vialidades con características similares a la calle
Real, rigiéndose así, en las normas venezolanas y universales, para que sus
estudiantes puedan conocer y apoyarse sobre esta base al momento de realizar nuevos
estudios y demás educar al País ya que al exhibir esta problemática y su posible
solución, contribuye como un antecedente sobre temas relacionados, así como
ejemplo para elaboraciones de futuros trabajos de grados en esta área.
1.5 Delimitación de la Investigación.
1.5.1 Temática
20
La presente investigación se relaciona con el área de la hidrología, vialidad y la
hidráulica ya que el proyecto se vincula por medio de los cálculos de los elementos
de drenaje superficial, enfocado en un diseño del sistema de captación de aguas
pluviales de la comunidad san Pablito- sector Ruíz pineda. Caracas.
1.5.2 Geográfica.
El área donde se realizó la siguiente investigación se encuentra en la carretera
vieja Caracas-los Teques, sector san Pablito, calle Real.
Imagen 1. Calle real, carretera vieja caracas-los Teques.
(Fuente: Google Maps.)
1.5.3 Temporal
21
El tiempo de ejecución de la siguiente investigación será aproximadamente de 9
meses. Iniciado en Enero del 2015 y culminado en Noviembre de 2015.
1.6 Limitación
Las limitaciones se basara principalmente en:
- Información detalla, referente a los datos de precipitación de lluvias
suministrados por el INAMEH ya que se necesita conocer las
precipitaciones máx. para 15 min, 30 min, 1 h, hasta 24 has en el sector de
Ruiz Pineda en la comunidad de San Pablito. Por esto se tomó como datos
la información de la estación más cercana a la zona en estudio, la estación
pluviométrica hacienda Mamera.
- Información topográfica, dimensiones y dirección del flujo de agua del
colector principales ubicado en la carretera vieja los Caracas los Teques,
en el tramo que va desde la estación Ruiz pineda hasta la calle Real de la
comunidad San Pablito. Por lo que solo se trabajará con la información
que se pueda obtener en campo del sistema de captación existente en la
calle real desde la cota 966 hasta la cota 1030.
22
CAPITULO II
MARCO TEÓRICO
23
2.1) Antecedentes de la Investigación
Debido al planteamiento en el capítulo I, se ha tomado interés en buscar una
solución a la problemática latente de esta comunidad, proponiendo la realización de
un rediseño en su sistema de drenaje superficial para la captación de aguas pluviales y
así mejorar la vialidad en este sector. En cuanto a las modalidades existentes en el
objeto de estudio vinculado, se tomó como antecedentes lo siguiente:
Hernández L. Villarroel M. (2009). Presento su tesis en la Universidad de
Oriente Núcleo de Anzoátegui para optar por el título de Ingeniero Civil. La cual
lleva por título: “Diseño de un sistema de aguas servidas de la zona de vidoño y
putucual ubicada entre las progresivas 1+500 y 3+159,65 sur-oeste en los
municipios bolívar y sotillo del estado Anzoátegui”.
En esta investigación se Diseña un Sistema de Aguas Servidas en la zona de
Vidoño y Putucual ubicada entre las progresivas 1+500 Y 3+159.65 Sur Oeste de los
Municipios Bolívar Y Sotillo del Estado Anzoátegui como objetivo principal,
concluyendo como una de las ideas más interesantes, que Con el levantamiento se
ubicaron las cotas de terreno en la zona, para luego calcular las cotas de la rasante de
los colectores y las pendientes de cada tramo, determinando así su capacidad
hidráulica, obteniendo como resultado un sistema que vendría a cumplir con las
exigencias de la zona. Se consideraron pendientes que se adaptaron al terreno,
mientras que en otras se tuvo que verificar que cumplieran con la norma en cuanto a
criterios máximos y mínimos.
Se considera de suma importancia esta investigación ya que da una orientación del
procedimiento para determinar la capacidad hidráulica haciendo un levantamiento de
las cotas para calcular las cotas de los colectores y pendientes, entre un punto y otro,
en este caso sería el tramo llamado calle Real.
24
Steelheart E. y Suarez H. (2009). Presentado en la UCLA , para optar por el
título de ingeniero civil llevando por título: “Propuesta para el mejoramiento del
diseño del sistema de drenaje urbano de la calle 32 entre Av. Libertador e
Intercomunal San Felipe el fuerte del Municipio Independencia, Edo. Yaracuy”.
El propósito de este estudio fue realizar una propuesta para el mejoramiento del
diseño del drenaje superficial de la calle 32 entre Av. Libertador e Intercomunal San
Felipe el Fuerte en el Estado Yaracuy, debido a la necesidad de la Alcaldía del
Municipio Independencia de solventar el problema de drenaje presente en esta vía y
sus zonas aledañas. Como primer paso se realizó un levantamiento Topográfico
plano altimétrico, un inventario físico vial del área en estudio, así como también se
recopiló la información técnica y pluviométrica en los entes gubernamentales, lo que
permitió delimitar las áreas tributarias de acuerdo al sentido de escurrimiento de las
aguas y elaborar una curva de Intensidad Frecuencia, Duración de la Estación "San
Felipe" por ser la más cercana a la zona en estudio, para así calcular el caudal de
aporte por el Método Racional; necesarios para analizar las condiciones del sistema
de drenaje existente. Para efectuar la propuesta se establecieron los anchos de
inundación de 2 metros y pendientes transversales del 2% y se conservaron las
pendientes longitudinales, determinando la capacidad hidráulica de los tramos, con el
objeto de obtener el número de sumideros de ventanas en pendientes longitudinales
menores a 4% y sumideros de rejas para pendientes mayores a 4%, finalmente se
elaboró el diseño y trazado de los colectores, además de ubicar las bocas de visitas,
realizando la descarga final en la Quebrada Savayo.
De este antecedente tomaremos en cuenta uno de los primeros pasos que sería
realizar una observación topográfica, un inventario físico vial del área en estudio, así
como también obtener la información técnica y pluviométrica en los entes
25
gubernamentales, para delimitar las áreas tributarias de acuerdo al sentido de
escurrimiento de las aguas y elaborar una curva de Intensidad Frecuencia.
Marea F. y Reyes C. (2008). Trabajo de Grado presentado ante la Universidad de
Oriente núcleo Anzoátegui, como requisito parcial para optar al título de: ingeniero
civil llevando por título: “Diseño de un sistema de aguas negras y tubería de
impulsión de los barrios Álvarez bajares, bella vista y espejo 2 de Barcelona,
estado Anzoátegui.”
El objetivo general de esta investigación trata de Evaluar el Sistema de Aguas
Negras y Tubería de Impulsión en los Barrios Álvarez Bajares, Bella Vista y Espejo 2
de la ciudad de Barcelona en el Estado Anzoátegui. La factibilidad del proyecto se
hizo de acuerdo a los parámetros establecidos por OPCIT, y las Norma Generales
para el Proyecto de Alcantarillado, de abril de 1999; para ello se tomó como principal
punto la estimación del número de habitantes del sector en estudio, utilizando los
datos estadísticos llevados por el Instituto Nacional de Estadística (INE) del Estado
Anzoátegui y el censo realizado por fuente propia con ayuda de las comunidades,
haciéndose una proyección hasta el año 2032, considerándose una vida útil del nuevo
sistema de recolección de aguas servidas de 25 años aproximadamente, bajo optima
condiciones.
Aquí tenemos unos de los procedimientos que se realizara en la investigación para
evaluar la red de tuberías y la estimación de habitantes del sector, usaremos los datos
estadísticos llevados por el ente gubernamental pertinente para determinar la vida útil
del nuevo diseño en cuanto a los elementos de captación de aguas.
Daniel S. y Nadia H. (2010). Trabajo de Grado presentado ante la Universidad de
La Salle, como requisito parcial para optar al título de: ingeniero civil llevando por
título: ingeniero civil llevando por título: “Modelación Física De Rejillas Laterales
Metálicas Y En Concreto Para Sumideros En Alcantarillados”.
26
En este trabajo de grado se plantea que La población Colombiana se ve afectada
en épocas de invierno por daños en estructuras viales debido a la mala evacuación de
aguas lluvias. Los sistemas de evacuación de agua en muchas ocasiones se ven
obstruidos por residuos o algún material, o simplemente porque la estructura de
captación no está diseñada para la recepción del caudal pico es por ello que se ve la
necesidad primero de Identificar la curva hidráulica de sumideros en alcantarillados
mediante modelaciones físicas de rejillas laterales metálicas y en concreto poniendo a
prueba factores de pendientes, cambios de caudales y diferente posicionamiento de
las varillas en las rejillas, cambiando sus diámetros formas, espaciamiento y tamaño
dando resultados cercanos a los casos que ocurren en la actualidad.
La investigación de estos estudiantes orienta al presente trabajo de grado con
respecto a la metodología a seguir proponiendo poner a prueba los factores de
pendiente, cambio en la ubicación de las rejillas de los sumideros y cambios en los
tipos para comparar los resultados con el sistema de captación de aguas de lluvia
existente visualizando las desventajas que presenta.
Soto B. y Acosta M. 2011. Trabajo de Grado presentado ante la Universidad de
Rafael Urdaneta, como requisito parcial para optar al título de: ingeniero civil
llevando por título: “Estudio Para El SISTEMA DE Drenaje Vial Y Urbano En
Mene Grande Sectores (Marías, Golfo, Florida) Municipio Baralt Estado Zulia”.
El trabajo presentado por estos estudiantes tiene como objetivo principal proponer
soluciones para el sistema de drenaje vial y urbano de mene grande en los sectores ya
mencionados mediante el diseño de sumideros y colectores de agua de lluvia tanto
viales como urbanos, debido a que presenta una problemática a causa de la
escorrentía superficial a consecuencia de las precipitaciones en esta localidad.
Describen que en la zona de estudio existe un drenaje natural el cual es insuficiente
por el crecimiento urbano de la ciudad generando modificaciones en el así como la
inexistencia de la planificación urbana.
27
De la investigación realizada por soto y acosta tomaremos en cuenta el
procedimiento que siguieron para los análisis y la determinación de la intensidad de
lluvia así como el tiempo de concentración usando el manual de drenajes MOP.
Estos antecedentes dan una orientación más concreta porque describe una
metodología y procedimientos a seguir determinando lo factible que son las
soluciones según la problemática que se plantea en cada uno de ellos, resultando
como una de las bases sustentables de la estructuración del presente proyecto de
grado para optar por el título de Ingeniero Civil.
2.2) Bases Teóricas
Al hablar de un diseño de sistema de captación de aguas de lluvia de la
comunidad san Pablito- sector Ruiz pineda se refiere a que la calle principal de esta
comunidad cuenta con estos elementos para captar aguas pluviales, pero se considera
que no es eficiente, por lo cual se establecerán las bases teóricas necesarias que
explicaran la problemática planteada en la investigación.
2.2.1 Drenajes.
El autor Bolinaga (1979) dice que los drenajes urbanos son el conjunto de
sistemas hidráulicos, conformado por elementos estructurales que evacuan las aguas
contenidas en una superficie y las trasladan hacia un lugar donde no ocasionen
inconvenientes.
2.2.2 Tipos de Drenajes
28
Existen varios tipos de drenaje comenzando por los naturales que están formados
por las naturales, y los artificiales creados por la mano del hombre. Dentro de esta
última categoría, la ingeniería se ha especializado según la utilización que se le vaya a
dar dividiéndolos en dos tipos de drenajes:
Categoria1. Drenajes superficiales
Categoría 2. Drenajes Subterráneos.
En la categoría 1 se dice que un drenaje superficial es aquel en donde las aguas
contenidas en un terreno, consecuencia d fuertes precipitaciones o de topografía muy
planas son trasladadas. Esto ocurre en los drenajes superficiales de la zona urbana.
(Fuente: Vías de Comunicación Drenajes (2011). [Página web en línea.]
Disponible en: http://es.slideshare.net/chris183/drenajes).
2.2.3 Sistema de drenaje urbano.
Se entenderá por sistemas de drenaje urbano un conjunto de acciones, materiales o
no, destinadas a evitar, en la medida de lo posible, que las aguas pluviales causen
daños a las personas o a las propiedades en las ciudades u obstaculicen el normal
desenvolvimiento de la vida urbana; es decir, dirigidas al logro de los objetivos
establecidos.
Dentro del término “aguas pluviales” quedan comprendidas no solamente las
originadas de las precipitaciones que caen directamente sobre las áreas urbanizadas
que conforman la población, sino también aquellas que se precipiten sobre otras
áreas, pero discurran a través de la ciudad bien sea por cauces naturales, conductos
artificiales simplemente a lo largo de su superficie.
(Fuente: Estudio del comportamiento y características generales de un canal de drenaje urbano (2005). [Página web en línea.] Disponible en:
29
http://drenajeurbano.blogspot.com/)
2.2.4 Drenaje longitudinal
Son las estructuras de desagüe de las corrientes de agua provenientes de los lados
y/o que caen sobre la superficie de la infraestructura, de tal manera que permita la
continuidad de la red de drenaje natural del terreno en el sentido transversal del flujo.
(Fuente: Elementos del Diseño urbano (2011). [Página web en línea.] Disponible
en: https://es.scribd.com/doc/69149130/Tema-6-Elementos-de-diseno-urbano).
2.2.5 Drenaje transversal.
Son las estructuras colocadas en forma longitudinal que permiten el paso de
agua sobre un c amino para evitar que sea obstaculizado.
(Fuente: Elementos del Diseño urbano (2011). [Página web en línea.] Disponible
en: https://es.scribd.com/doc/69149130/Tema-6-Elementos-de-diseno-urbano).
2.2.6 Sistema de Elementos de captación de Aguas de lluvia.
Los sistemas de drenaje superficial cuenta con estrategias para lograr su efectivo
funcionamiento. Dentro de ellos forman parte, estructuras que permiten canalizar así
como captar aguas para que sean conducidas a lugares donde no causen
inconvenientes
Según el Reglamento técnico de diseño de cunetas y sumideros (2011): “Las
cunetas y los sumideros colectores son los elementos diseñados para recolectar el
escurrimiento pluvial que drena a través de las calles. Estas estructuras deben ser
convenientemente ubicadas y dimensionadas.
30
2.2.6.1 Sumideros.
Los sumideros son aquellos elementos con estructura que están dentro de un
sistema de drenaje superficial para que una parte del flujo de agua que corre sobre
una vía sea avizorada en dichos elementos, conduciéndolas a lugares que no
molesten.
Existen diferentes tipos de sumideros según el lugar donde se ubique.
Para el diseño de estos elementos se debe tomar en cuenta que cada uno de ellos
posee una capacidad determinada logrando recolectar una parte del caudal que fluya
en una vía.
Según Simón Arocha (1986): “La determinación del gasto de diseño para un
sistema de recolección de aguas de lluvia en zonas pobladas atiende generalmente al
método racional”.
Este método racional permite Calcular el caudal máximo que circula en una vía o
punto en estudio. Así como se calcula un caudal de diseño, de este se derivan los
caudales que interceptan los elementos de captación de agua de lluvia.
2.2.6.2 Caudal máximo
Simón Arocha (1983) dice: “se asume que el caudal máximo es el que se acumula
en un determinado punto, como consecuencia de la escorrentía de aguas pluviales,
está expresado por la ecuación: Q = C * i * A”. (p. 2010).
Deducido de esta manera se tiene la Ecuación N° 1.
31
2.2.6.2.1 Caudal de Captación.
Es la cantidad de agua que corre sobre la superficie y que es interceptado por un
determinado elemento del sistema de captación de agua, lo que hace que el Q. de
diseño vaya disminuyendo.
Este mismo se determina aplicando lo planteado en el Manual de drenajes (MOP)
2.2.6.2.2 Caudal Remanente.
Es el caudal remanente que no pudo ser interceptado por el elemento de captación
de agua de lluvia.
Principalmente se debe determinar el gasto de diseño (Q). Dependiendo de las
dimensiones que se estimen sobre los elementos de captación de agua será
determinado el caudal interceptado y el caudal remanente.
Q = C*i*A
Donde :
Q = Caudal en lt/sg.
C = Coeficiente de
escorrentía.
I = Intensidad de lluvia
/lt/sg/ha.
A = Área en Ha.
ECUACION N° 1. Caudal máximo. Método Racional Fuente: Manual de drenajes de Obras Publicas MOP.
Revisado el día 20/10/2015.
32
2.2.6.3 Tipos de Sumideros.
Simón Arocha (1983) expresa lo siguiente “Determinado el caudal para las condiciones de riesgos en determinado punto, y definidos los puntos de recolección de esas aguas de lluvia, conviene seleccionar el tipo de sumidero que logre la mayor eficiencia de captación y proceder a su dimensionado. (p. 2014).
Los sumideros se diseñan según en donde sean ubicados. Es por esto que existen
diferentes tipos.
Dicho en el manual de Drenajes de Obras Publicas MOP (1967): a. Sumidero de ventana
Se adaptan a canales, brocales, aceras e islas centrales, no afectando
apreciablemente la calzada o el hombrillo; por lo tanto no interfiere directamente con
el paso de vehículos y personas. Generalmente para vías con pendientes pequeñas
(hasta 3%) resultan más cómodos y eficientes. (p. 5-5)
b. Sumidero de rejillas
Son para velocidades pronunciadas en cunetas con o sin brocales, pueden
captar el agua de distancias menores que las correspondientes a los sumideros de
ventana. Pueden utilizarse en lugares donde no es recomendable la existencia de
depresiones en cunetas o brocales. (p. 5-6)
b.1 Sumideros de reja en cunetas. Simón Arocha (1983) dice que “Consiste en una tan quilla colocada en la cuneta,
la cual se cubre con una rejilla, preferiblemente con barras en sentido paralelo a la corriente; sin embargo, a fin de lograr mayor resistencia estructural con frecuencia se colocan inclinadas, esto también favorece al tránsito de bicicletas. Véase la Figura N° b.1.
33
Imagen 2. Ejemplo de las dimensiones de un sumidero Fuente: [Pagina web en línea]. Disponible en: http://www.hidrasoftware.com)
34
Con respecto al diseño de los sumideros de rejilla en cunetas el Manual de drenaje de obras públicas MOP (1067) establece que su capacidad será determinada mediante un Abaco que corresponde con el dimensionamiento mínimo, ilustrado en imagen 3
Imagen 3. Abaco para el cálculo de gasto de captación en sumidero de rejas en
cuneta. Abaco para el cálculo de gasto de captación en sumidero de rejas en cuneta. (Fuente: Manual del Ministerio de Obras Públicas (MOP); Revisado el día
7/10/2015).
b.2 Sumidero de Reja en Calzada
Así como los sumideros de rejilla se pueden ubicar en cunetas, también se pueden
ubicar en la calzada de la vía. Se ve reflejada su diferencia a los de rejilla en cuneta
por su capacidad de intercepción de la escorrentía superficial.
35
Simón Arocha (1983) dice “Consiste en una tanquilla transversal a la vía y a todo
lo ancho de ella, cubierta con rejas, con barras diagonales. Generalmente el ancho es
de 0,90 m. Se usan pletinas de 75 x 12 mm y un espaciamiento entre ellas no mayor
de 6 cm, centro a centro”.
Cuando se habla de la capacidad de captación que tiene cada elemento, se refiere a
la cantidad de caudal que puede ser recolectado.
Para estimar dicho caudal de captación es necesario conocer el dimensionamiento
del sumidero que está dado por las siguientes características. Ver la imagen 4
Imagen 4. Dimensiones de los sumideros.
(Fuente: Reglamento técnico de diseño de cunetas y sumideros (2007). Revisado el día 7/10/2015)
36
Donde:
𝑌0 = Tirante de Agua
W0 = Ancho del espejo de agua.
W = Ancho Horizontal de la rejilla
L = Longitud de ventana.
b.2.1 Lamina Teórica de Agua o Tirante de Agua
El tirante de agua es la profundidad que tiene el flujo de agua en la via expresado
en la ecuación N° 2.
𝑌0 = 0,326 �𝑄
�375 ∗ �𝑍𝑛� ∗ 𝑖½��
⅜
Donde :
𝑌0 = Tirante de Agua
Q = Caudal (lt/sg.)
Z = Inverso de la pendiente
transversal.
n = Coeficiente de Manning
i = Pendiente longitudinal. m/m
ECUACION N° 2. Calculo de Longitud de Ventana (Fuente: Reglamento Técnico para de diseño de cunetas y sumidero. Revisado el día
20/10/2015).
Determinado el tirante de agua es necesario conocer en ancho de inundación o
ancho del espejo de agua usando la ecuación N°3
37
𝑤0 = 𝑌0 * z
Donde :
𝑤0 = ancho o espejo de Agua. (m)
𝑌0 = Tirante de Agua (m)
Z = Inverso de la pendiente transversal.
ECUACION N° 3. Calculo del espejo de agua (Fuente: Reglamento Técnico para de diseño de cunetas y sumidero. Revisado el día
20/10/2015).
b.2.2 Longitud de Ventana. Es la dimensión que tiene el sumidero longitudinalmente la cual será básica para
determinar su capacidad dada por la ecuación N° 2.
Es necesario conocer el coeficiente de Manning debido a que se encuentra presente
un flujo uniforme de agua el cual se determina según las diferentes condiciones de
diseño y el tipo de material resumido en la tabla 1.
38
Tabla 1. Valores para “n” de Manning según el tipo de material. (Fuente: Reglamento Técnico para de diseño de cunetas y sumidero. Revisado el
día 20/10/2015)
Tipo de superficie “n” Cuneta de hormigón con buen acabado 0,012 Revestimiento de asfalto con textura
lisa 0,013
Revestimiento de asfalto con textura áspera 0,016
Revestimiento con lechada de cemento a) Acabado con frotachado b) Acabado manual alisado c) Acabado manual áspero
0,014 0,016 0,020
Revestimiento con adoquines 0,020 Cunetas con pequeñas pendientes
longitudinales (hasta 2 %) sujetas a la acumulación de sedimentos, los valores “n” indicados deben ser incrementados en + 0,002 a 0,005
n
Estudios realizados por el Prof. Wen-Hsiung-Li, de la Universidad Johns Hopkins,
Baltimore, U.S.A, indicaron para el cálculo de las dimensiones del sumidero
enrejado, la ecuación N° 4.
(Fuente: Reglamento Técnico para de diseño de cunetas y sumidero. Revisado el
día 20/10/2015).
39
𝐿 = 0,326 �𝑧𝑛
½�
¾∗
�𝑄½∗( 𝑊−𝑊0
𝑍�
½
Donde :
Q = Caudal (lt/sg.)
Z = Inverso de la pendiente
transversal.
n = Coeficiente de Manning
W0= Ancho del espejo de agua (m).
W = Ancho Horizontal de la rejilla
(m).
ECUACION N°4. Calculo de Longitud de Ventana. (Fuente: Reglamento Técnico para de diseño de cunetas y sumidero. Revisado el día
20/10/2015).
Obteniendo la longitud de venta y el tirante de agua simón Arocha (1983)
propone: “Con el auxilio del ábaco de la figura IX-17, se calculó la longitud de
ventana, el gasto captado y el gasto remanente para cada caso”. (p 133). Esto se
encuentra Ilustrado en la imagen 5.
40
Imagen 5. Abaco para el cálculo del caudal captado.
Fuente: Manual del Ministerio de Obras Públicas (MOP); Revisado el día 7/10/2015
2.2.7 Intensidad de lluvia
La intensidad de una lluvia viene dada Según simón Arocha (1983) “La intensidad de una lluvia se define como el volumen de agua que precipita por unidad de tiempo, y generalmente se expresa en mm/h, mm/min, mm/sg/ha o lt/sg/ha.
2.2.8 Duración La duración de la lluvia es el tiempo cuando comienza a precipitarse el agua hasta
que termina.
2.2.9 Tiempo de concentración
41
Es el tiempo que tarda una partícula de agua en llegar desde el punto más alejado hasta donde es captada.
Determinado en el manual de drenajes MOP (1967) “el tiempo que dura el viaje de
una gota de agua desde el punto más remoto de la cuenca, has el sitio en consideración”. Se determina mediante la siguiente ecuación.
𝑇𝑇 = 0,0195 �𝐿3
𝐻�0,385
Donde : Tc= tiempo de concentración L= longitud de la vía H= diferencia de altitud.
ECUACIÓN N° 5 Tiempo de concentración. (Fuente: Manual del Ministerio de Obras Públicas (MOP); Revisado el día
7/10/2015).
(5)
42
Imagen 6. Abaco para la determinación el tiempo de concentración en cencas
rurales. (Fuente: Manual del Ministerio de Obras Públicas (MOP); Revisado el día
7/10/2015).
2.2.10 Datos estadísticos Son aquellos datos necesarios para estimar un tiempo de ocurrencia de una
eventualidad. Existen diferentes métodos que analizan la distribución de los datos en sus extremos esta información determina en cuanto tiempo o cual es la frecuencia en que se repite un evento.
43
2.2.11 Distribución de Gumbel tipo I Monsalve (2008) dice que “el análisis de frecuencia Es un procedimiento para
estimar la frecuencia o probabilidad de ocurrencia de ciertos eventos hidroclimáticos”.
Chow (1994) también hace referencia a esto como “El análisis de frecuencia de
información hidrológica relaciona los eventos extremos con su frecuencia de ocurrencia mediante el uso de distribuciones de probabilidad”. Pág. 584
La función de distribución de frecuencia está dada por la ecuación N° 6.
𝑃 (𝑋 ≥ 𝑋𝑑) = 1 − 𝑒−e−α (X−β)
Donde : P = probabilidad de excedencia Xd = evento de Diseño α y β = parámetro de la función de
distribución.
ECUACIÓN N° 6 Probabilidad de excedencia para el análisis de la distribución
de frecuencia. (Fuente: [Pagina web en línea]. Disponible en: http://webdelprofesor.ula.ve)
44
2.3 Cuadro de Variables
Objetivos Variables Dimensiones Indicadores Medición Fuente de
información
Instrumento
de recolección
de datos
Diagnosticar
las condiciones
actuales del
sistema de
captación de
aguas pluviales de
la calle Real
ubicada en la
carretera vieja
Caracas-Los
Teques
Condición
topográficas y
climatológicas
Perfil del terreno
-Ubicación
-Altitud
-Pendiente
longitudinal y
transversal.
-Estado del
pavimento
Manual de
Drenaje
MOP.
Gaceta
Oficial 5318.
Proyecto de
drenajes y
cloacas.
Informaci
ón de campo
INAMEH.
GPS.
Observación
directa.
Cámara
fotográfica.
Diario de
Campo
Datos
Pluviométricos
- Intensidad,
duración y
frecuencia de
45
lluvias máx.
Para 10,15 y
30 min.
Evaluar los
elementos del
sistema de
captación de
aguas pluviales.
Elementos
estructurales
para la
captación del
agua pluvial.
Sumidero
- Tipo.
- Estado del
material.
- Capacidad.
- Pendiente
transversal.
- Dimensione
s de la
estructura.
Gaceta
Oficial 5318.
Proyecto de
drenajes y
cloacas.
INOS.
Informaci
ón de Campo.
Manual de
drenaje MOP
(1967).
Observación
directa
46
Dimensionar
un sistema de
captación de
aguas pluviales
para la calle Real
de la comunidad
Pablito, sector
ubicada en la
carretera vieja
Caracas-
LosTques
Sistema
para captar
aguas pluviales
- Sumideros.
- Boca de visita.
- Colector.
- Tipo
-Caudal Max.
-Capacidad
-Caudal
remanente-
-Longitud de
ventana.
- Posición
- Ubicación.
Gaceta
Oficial 5318.
Proyecto de
drenajes y
cloacas.
INOS.
Informaci
ón de Campo
Manual de
drenaje MOP
(1967).
Observación
directa
Recolección
de Datos
47
Determinar las
fallas que
presentan los
elementos del
sistema de
drenaje de
captación de
aguas de lluvia.
Deficiencias
del sistema de
captación de
aguas pluviales
- Sumideros
- Colectores
- Ubicación.
- Capacidad
-Caudal
remanente
- Cantidad de
elementos.
- Dimensiones
de la
estructura.
Gaceta
Oficial 5318.
Proyecto de
drenajes y
cloacas.
INOS.
Informaci
ón de Campo.
Manual de
drenaje MOP
(1967).
Observación
Directa
Recolección
de Datos
48
CAPITULO III
MARCO METODOLÓGICO
49
3.1 Nivel de la Investigación.
La investigación puede ser de varios tipos, y en tal sentido se puede clasificar de
distintas maneras, sin embargo es común hacerlo en función de su nivel, su diseño y
su propósito.
Considerando lo dicho sobre el nivel de investigación, nivel descriptivo por Filiberto
Martins (2006)”Interpretar realidades de hechos, incluyendo descripción, análisis e
interpretación de la naturaleza actual. La presente investigación se posiciona en este
nivel, porque se observa un hecho existente y como funciona en el presente para
interpretarlo y analizarlo.
3.2 Diseño de la investigación
“El diseño de la investigación es la estrategia general que adopta el investigador
para responder al diseño planteado”. (Arias 2006).
Dentro del diseño de la investigación existe una clasificación, diseño experimental,
diseño no experimental y diseño bibliográfico.
El autor Filiberto Martins (2006) aclara que en el diseño no experimental, el
investigador no altea ninguna de las variables y observa los hechos tal y como se
presentan en su contexto real en un tiempo determinado o no. Es decir que se observa
una situación existente.
Aclarado este punto, el presente trabajo de grado se clasifica dentro del diseño de
la investigación, como un diseño no experimental debido a que se realizaran
inspecciones para observar y recolectar datos existentes sin ninguna alteración
intencional para el objeto de estudio a través de diferentes técnicas de recolección de
datos en el sitio de estudio.
50
3.3 Población y Muestra
La población es la pieza o cuerpo de estudio esencial para la investigación y es
definida así:
Se entiende por población él "(…) conjunto finito o infinito de elementos con
características comunes, para los cuales serán extensivas las conclusiones de la
investigación. Esta queda limitada por el problema y por los objetivos del estudio".
Pág. 81 Arias, 2006.
Para la investigación presente se considerará como población los sistemas para la
captación de aguas pluviales de las vialidades en Caracas.
Según Filiberto Martins (2006) “La muestra es la selección de una parte
representativa de una población, cuya característica se reproduce de la manera más
exacta posible”. Se clasifica en probabilística y no probabilística.
La probabilística contiene el muestreo al azar simple en donde “se selecciona
mediante un procedimiento simple, los componentes que serán parte de la muestra”.
Pág. 121, Martins 2006.
La muestra para el estudio de esta investigación será el sistema conformado por
los elementos de captación de aguas pluviales ubicados en la calle Real de la
comunidad de San Pablito, carretera Vieja Caracas-Los Teques, debido a que se
encuentra dentro de la Población en estudio.
51
3.4 Técnicas de Recolección de Datos
Las técnicas de recolección de datos son el Conjunto de mecanismos, medios y
sistemas de dirigir, recolectar, conservar, reelaborar y transmitir los datos sobre estos
conceptos Fernando Castro Márquez (2009) indica que “las técnicas están referidas a
la manera como se van a obtener los datos y los instrumentos son los medios
materiales, a través de los cuales se hace posible la obtención y archivo de la
información requerida para la investigación”.
Existen diferentes técnicas de recolección de datos. Una de estas técnicas es la
observación directa en donde Filiberto Martins (2006) dice que “consiste en el uso
sistemático de nuestros sentidos orientados a la captación de la realidad que se
estudia”. Dicho concepto se toma como base para indicar que la técnica de la
recolección de datos del presente trabajo de grado es la observación directa debido a
que se asistirá al área en estudio para recolectar datos que se hayan observado sobre
las características de la zona
3.5 Instrumentos de Recolección de Datos.
“Un instrumento de recolección de datos es en principio cualquier recurso de que
pueda valerse el investigador para acercarse a los fenómenos y extraer de ellos
información. De este modo el instrumento sintetiza en si toda la labor previa de la
investigación, resume los aportes del marco teórico al seleccionar datos que
52
corresponden a los indicadores y, por lo tanto a las variables o conceptos utilizados”
Pág. 149,150 Carlos Sabino.
Para cumplir con los objetivos y con lo antes definido se empleó los siguientes
instrumentos para la recolección de datos e Información, Importantes para la presente
Investigación:
• Cámara fotográfica.
• Block de rayas
• Lápiz
• Hoja de inspección.
• Hola de cálculos en Excel.
• Mobile Topographer
• Cinta métrica
53
CAPITULO IV
DISEÑO DEL SISTEMA DE CAPTACIÓN DE AGUAS PLUVIALES
54
Los sistemas de drenaje superficial para la captación de aguas, son el conjunto de
elementos que se diseñan, según características que dependen de la localidad, para la
recolección de aguas precipitadas que forman una capa sobre la superficie, pudiendo
ocasionar daños.
Se puede conocer un sector, zona o localidad por sus características físicas como el
clima, la hidrología y topografía, esta descripción de la zona en estudio es la que se
necesita para realizar un apropiado dimensionamiento de los elementos que se
encuentren dentro del sistema de captación de aguas pluviales y que su rutina sea la
ideal, es decir, que no cause molestias; la precipitación junto a las condiciones del
terreno son las variables más relevante a considerar.
La Calle Real ubicada en el Barrio san Pablito, carretera vieja Caracas-los Teques,
tiene una longitud de 208.88 m, con una latitud y longitud respectivamente inicial
de: 10.439.426; -66.993502 y al finalizar: 10.440.146; -66995270. Los elementos de
captación de aguas que existen en esta calle no son suficientes y los que existen no
trasladan las aguas eficientemente.
Es por esto que se realizó un estudio de las características de la zona que describen
las condiciones de esta área para la obtención de datos imprescindibles que permita
diseñar de forma correcta estos elementos y así su funcionamiento sea el ideal.
4.1 Descripción del sistema de captación de aguas pluviales existente.
Sumidero de Reja.
Es un elemento tipo cajón que lleva rejas que lo cubren para que las aguas
sean captadas por el mismo y pueda pasar una persona por encima de ella.
55
La calle real, ubicada en el Barrio San Pablito cuenta con 8 elementos de
captación de aguas pluviales, sumideros de rejilla, localizados en la carretera
calle Real de la comunidad de San Pablito en la carretera vieja Caraca-Los
Teques.
Inicio. Tramo I de la calle o andén:
Se observó sumideros tipo rejilla en buen estado. Se ha realizado visitas de
campo observando que se inundan con facilidad cuando las aguas se
precipitan, ocasionando que se contengan sobre el manto asfaltico
obstaculizando el tránsito en el punto más bajo de la calle real, en la
intercepción de esta con la carretera vieja Ccs- Los Teques. (imagen 7 )
Se visualizó una boca de visita que conecta con los sumideros que están
haciendo intercepción con el tramo I colapsada. (Imagen 9 )
Tramo II de la calle o anden
Se observó sumideros tipo rejilla, Presentan buen estado. Por observación directa y
medición cumple con los parámetros de dimensionamiento estándar según la INOS.
(Imagen 7)
56
Imagen 9. Boca de Visita y estado del pavimento (Fuente Propia)
Imagen 7. Sumidero de reja existente en la calle Real (Fuente Propia)
Imagen 8. Sumidero de Rejilla Existente en la calle Real (Fuente: Propia)
57
Una vez realizada la inspección se obtuvo lo siguiente:
a) A lo largo de la calle no existen más elementos que complemente el sistema
de drenaje superficial para captar aguas.
b) La pendiente es fuerte.
c) El pavimento es de concreto y se observa deteriorado.
d) La calle o vía en estudio no cuenta con brocales ni cunetas.
e) Días después de lluvias se observa gran volumen de agua sobre la vía
principal, justo en la intersección de la carretera vieja y la calle real. (Imagen
9.1)
f) Se pudo observar que el colector principal de la carretera vieja Ccs- Los
Teques se encuentra sobre saturado después de llover. Los guas precipitados
quedan contenidas en la intercepción mencionada, ocasionando inundaciones
y el desalojo de ellas es hecho por la misma comunidad.
Imagen 9. 1. Intercepción de la calle Real con la carretera vieja Ccs-Los Teques. Aguas precipitadas contendidas en la vía principal.
(Fuente: Propia)
58
g) Es una zona que no posee ningún tipo de planificación urbanística
h) Hay gran cantidad de desechos sólidos a lo largo de la vía en estudio.
4.2 Datos de la Zona en Estudio.
4.2.1 Topografía.
A Continuación se presentan datos topográficos obtenidos con ayuda de:
Observación y medición en campo.
Google Earth.
AutoCAD.
Mobile Topographer.
Instituto Nacional de Cartografía.
Área en estudio.
59
Se encuentra en la carretera Vieja Caracas-Los Teques, Calle Real, Barrio San
Pablito, cuenta con una altitud de 10°26'21.95" N. y una Longitud de 66°59'36.60"O.
al comienzo y 10°26'24.08"; 66°59'43.15" finalizando. Su elevación al inicio de la
calle es de 966 M. y en su punto más alto, su elevación es de 1035 M. como lo indica
la imagen 10 y 11 La calle está marcada por un inicio, un final y señalada en color
Morado. La longitud de la vía es de 208, 88 m medido en campo observable en la
Imagen 10.
Imagen 10. Longitud de la calle Real (Fuente: Gloogle Earth)
60
Imagen 11. Ubicación del Área en Estudio. Inicio de La Calle Real.
(Fuente: Google Earth)
61
Imagen 12. Ubicación del Área en Estudio. Fin de La Calle Real.
(Fuente: Google Earth)
4.2.1.1 Demarcación de área.
Para conocer el total del área de la zona en estudio, se estimó tentativamente según
el sentido en el que corren las aguas precipitadas hacía el andén de la calle Real
Verificando las cotas más altas y las más cercanas a la calle haciendo la
comprobación en campo con el programa de medición Mobile Topographer, junto
con las entradas y sus distancias, que están a los lados de la vía.
A partir de esto se realizó poligonales, estableciendo varias delimitaciones
dejando como resultado la sumatoria o el total del Área como se muestra en la
Imagen 1. Se destaca que el cálculo de áreas es directamente arrojado de la
herramienta del programa del Google Earth.
62
Área Total: 1,10 Ha.
Imagen 13 Delimitación de áreas con poligonales
(Fuente: Google Earth) Leyenda:
4.2.1.3 Pendiente Transversal y Alturas de aceras.
Una vez obtenida la longitud total de la vía, se procedió a medir con una cinta
métrica, el ancho de esta directamente en campo a cada 20m. Luego se midieron las
alturas de las aceras y se procedió a ubicar las cotas de la calle real, con el dispositivo
que contiene el programa Topographer, ubicándose en el lado izquierdo, centro y lado
Entra
Entra
Entrad
Entrada 4
Vialidad de la calle Real Delimitación de Áreas con
Poligonales
63
derecho de la vía, el programa va midiendo satelitalmente las diferentes cotas de
altitud, estas se anotaron en un Block de notas.
Realizado este procedimiento se Obtuvieron los siguientes datos:
TABLA N# 1 cotas, anchos de la vía.
(Fuente: Propia.)
Altitud M.
Longitud.
(m)
Ancho de
vía. (m) Derecho Centro Izquierdo
200 4 1032 1031,58 1031,98
180 4 1027 1026,59 1026,98
160 4 1022 1021,5 1021,97
140 4 1017 1016,59 1016,97
120 4 1012 1011,59 1011,97
100 5 1005 1004,99 1004,95
80 5 998 998 997,96
60 6 989 989 988,96
40 7 981 981 980,97
20 8 974 973,85 973,63
0 8 966 966 965,73
Con los datos de la Tabla #1 se calculó la pendiente transversal aplicando la
ecuación N°7 dando como resultado los valores de la tabla N # 2
64
𝑝𝑡 = 𝑐2 − 𝑐1𝐴
∗ 100
Donde:
Pt: pendiente
transversal
𝑐2: cota mayor
𝑐1 : cota menor
Pt: Pendiente
transversal.
A : ancho de la
vía
ECUACIÓN N° 7. Calculo de la pendiente transversal (Fuente: [página web en línea]. Disponible en:
http://www.ditutor.com)
𝑝𝑡 = 1032−1031,584
∗ 100 = 10,5 %
TABLA N# 2 Pendiente transversal (Fuente: Propia.)
Pendiente transversal
Distanci
a D-C % C-I%
4 10,5 10
4 10,25 9,75
4 12,5 11,75
4 10,25 9,5
4 10,25 9,5
5 6,83 6
5 0,2 0,8
6 0 0,6
(7)
65
0 0,6
7 0 0,6
8 3 4,4
8 0 3,85
Se especifica el cálculo según la ubicación en la que fueron tomados los datos
en el ancho de la vía. Es decir:
D-C: ubicación en el lado derecho al centro de la vía
C-I: ubicación desde el centro hacia la izquierda de la vía
Ptr: pendiente transversal.
4.2.1.4 Pendiente Longitudinal
Para estimar la pendiente Longitudinal de la vía que posee la calle Real, se
procedió de la siguiente Manera:
1. Con información suministrada del Instituto Nacional de Cartografía se pudo
conocer las cotas de nivel del terreno donde se encuentra ubicada la calle Real
del sector San Pablito en la Carretera vieja Carcas-Los Teques.
2. debido a que las cotas de nivel suministradas son a cada 50 metros. Se hizo
una medición en campo con el sistema satelital Mobile Topographer de forma
longitudinal a cada 20 metro obteniendo las Altitudes ilustradas en las Tabla
#3 para construir un Perfil del terreno. Véase el Grafico N°1
66
Tabla N #3. Alturas del Terreno a cada 20 M.
(Fuente: Propia.)
Longitud
(m)
Cotas
(m)
0 966
20 974
40 981
60 989
80 998
100 1005
120 1012
140 1017
160 1022
180 1027
200 1032
220 1038
67
966 974
981 989
998 1005
1012 1017
1022 1027
1032 1038
920
940
960
980
1000
1020
1040
1060
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220
COTA
S
DISTANCIA (M) Altitud
GRAFICO # 1. Perfil del Terreno de la Calle Real.
Fuente: (Propia)
3. Con los datos de la Tabla N # 3. Se calculó la pendiente longitudinal
aplicando la ecuación N°7 nuevamente. En este caso 𝑃𝐿 será definida como la
pendiente longitudinal. Los datos están contenidos en la tabla N # 4.
𝑃𝐿 = 974−96620∗100
= 38,5 %
68
Tabla # 4. Pendiente Longitudinal Fuente: Propia.
Pendiente
(%)
Longitud
(m)
38,5 20
38,9 20
39 20
39 20
39,8 20
40 20
40 20
40 20
40 20
41 20
41 20
4. Altura de las aceras: esta medida fue tomada directamente en el campo con
una cinta métrica.
Y: 20 cm
5. Se realiza la sumatoria total de las pendientes de la tabla # 4. dividido entre el
número de datos, Obteniendo una pendiente longitudinal promedio de la vía
en estudio de 40 por 100. �̅� está definida como la pendiente promedio.
�̅� =437,2
11= 39.74 ≈ 40
69
4.3 Hidrología.
4.3.1 Análisis de Las precipitaciones.
A través del Instituto Nacional de Meteorología e Hidrología (INAMEH) se pudo
Obtener los registros de las precipitaciones caídas en la Ciudad de Caracas.
Según el INAMEH, Caracas cuenta Actualmente con 5 estaciones pluviométricas
Automatizadas como lo describe la Imagen14.
Imagen 14. Estaciones pluviométricas automatizadas. (Fuente: [Pagina web en línea]. Disponible en: http://estaciones.inameh.gob.ve/soc/edo.php)
70
Así mismo cuenta con 21 estaciones convencionales de las cuales se tomó la más
cercana por su ubicación y cercanía con respecto a la Latitud y Longitud de la zona
en Estudio. Por Esta razón se Elige la estación Caracas-Hacienda Mamera.
Esta estación hidrológica nos aporta las lluvias máximas precipitadas mensual para
15,30 y 60 min. Resumidos en la tabla N # 5
Con estos datos se procederá a calcular la curva de intensidad. duración-
frecuencia, para un Periodo de Retorno de 5 años.
Según Simón Arocha (1983): “Para el cálculo del caudal de aguas de lluvia se
estimen las frecuencias siguientes: a) Para zonas residenciales, de 2 a 5 años. b) Para
zonas comerciales y de elevado valor, de 5 a 15 años, dependiendo de su justificación
económica. e) Para obras de canalizaciones de cursos naturales, ríos o quebradas, 50
años o más.” Pág. 207.
TABLA # 5 Resumen de las lluvias Max para 0,25, 0,5 y 1 hora (Fuente: Propia)
AÑO Hp máx. (mm)
0,25h 0,5h 1h
1968 25,2 32,1 3,7
1969 10,9 16,1 2,4
1970 16,2 23,2 2,5
1971 19,8 24,8 3,4
1972 16,1 22,6 3,2
1973 20,1 29,2 3,0
1974 16,8 22,5 3,3
1975 21,1 37,9 4,4
1976 19,2 25,6 4,5
1977 13,8 15,0 2,0
71
1978 15,4 24,2 2,9
1979 13,5 18,0 2,2
1980 23,3 37,2 4,7
a) Intensidad de lluvia.
Según Simón Arocha (1983), “La intensidad de una lluvia se define como el
volumen de agua que precipita por unidad de tiempo.” Pág. 207
Para realizar este cálculo se procede a ordenar los datos de mayor
Se divide la precipitación entre el tiempo de duración obteniendo la intensidad en
horas.
𝐼 =𝐻𝑝 𝑚𝑚
𝑑
Donde:
I = Intensidad
Hp= altura de precipitación (mm)
d = tiempo de Duración (h)
ECUACIÓN N° 9 Intensidad de lluvia (Fuente: Acueductos y Cloacas (1983). Pág. 207. Revisado el día
10/10/2015)
𝐼 =25,2 𝑚𝑚0,25 ℎ𝑟
100,8 𝑚𝑚/ℎ𝑟
72
Tabla# 6. Intensidad de lluvias máx. Entre el tiempo de Duración
(Fuente: Propia)
AÑO INTENSIDAD MAX (mm)
0,25 h 0,5hr 1hr
1968 100,8 64,2 3,7
1969 43,6 32,2 2,4
1970 64,8 46,4 2,5
1971 79,2 49,6 3,4
1972 64,4 45,2 3,2
1973 80,4 58,4 3,0
1974 67,2 45,0 3,3
1975 84,4 75,8 4,4
1976 76,8 51,2 4,5
1977 55,2 30,0 2,0
1978 61,6 48,4 2,9
1979 54,0 36,0 2,2
1980 93,2 74,4 4,7
b) Estimación de Los Parámetros de la Función de Gumbel para 0,25; 0,5; 1
h.
Con los datos aportados por la tabla N # 6 se elabora una nueva tabla en Excel
para agregarle los parámetros de la distribución de Gumbel donde:
73
- se determina el promedio de los datos (�̅�) , así como la Desviación estándar
(𝑠𝑥) Insertando la fórmula de Promedio y luego la desviación estándar en la hoja
de Excel. Ver imagen b.
Imagen b. Promedio y desviación estándar, calculado en hoja de Excel
(Fuente: Propia)
- Una vez obtenido los resultados en la misma hoja de excel se agregan los
parámetros de gumbel β y α
Donde:
𝛽 = �̅� − 0.45𝑆𝑥
β = Factor de corrección
�̅� = Promedio de la Intensidad
𝛼 =1,281
Sx
α = Factor de corrección
74
Sx = Desviación Estándar
Factor de corrección de la Distribución de Gumbel tipo I
Fuente: (Fuente: [Pagina web en línea]. Disponible en:
http://webdelprofesor.ula.ve)
𝛽 = 71,20 − 0.45 * 16,39 = 63,82
𝛼 = 1,28116,39
= 0,0786
TABLA # 7. Parámetros de La Función de Gumbel (Fuente: Propia)
AÑO
INTENSIDAD MAX (mm)
H
0,25 0,5 1
1968 100,8 64,2 3,7
1969 43,6 32,2 2,4
1970 64,8 46,4 2,5
1971 79,2 49,6 3,4
1972 64,4 45,2 3,2
1973 80,4 58,4 3,0
1974 67,2 45,0 3,3
1975 84,4 75,8 4,4
1976 76,8 51,2 4,5
1977 55,2 30,0 2,0
1978 61,6 48,4 2,9
1979 54,0 36,0 2,2
1980 93,2 74,4 4,7
𝒙� 71,20 50,52 3,25
75
Sx 16,39 14,46 0,88
β 63,82 44,02 2,85
α 0,0781
6
0,0886
1
1,4510
4
A los resultados de la tabla N # 7 se le realizarse una evaluación estadística en una
hoja de cálculo en Excel ya establecida mediante la prueba de bondad de ajuste
utilizando el test de Kolmogorov – Smirnov. Obteniendo como resultado que la
distribución de los datos es ajustable.
Esto permite determinar que la probabilidad de que ocurra la intensidad de una
lluvia es inverso al periodo de retorno expresado. Véase la Imagen b.1.2
(Fuente: [página web en Línea] Disponible en: http://webdelprofesor.ula.ve)
76
Imagen b.1.2 Intensidad según la inversa del periodo de retorno aplicando la
probabilidad de excedencia. (Fuente: Propia)
Leyenda:
1𝑇𝑇
β α
TABLA # 8 Intensidad, duración y Frecuencia Fuente: Propia
T (min)
P (5) P (10) P (25)
15 83 92,6 98 30 60,9 69,4 74,2 60 3,9 0,4 4,7
77
Grafico N° 1. Curva-intensidad-frecuencia
Fuente: Propia
Ilustrado el grafico 1, se visualiza la intensidad de lluvia de 102,60 ≈ 103 mm/h.
(285,22 L/S/h) para 5 min en un periodo de frecuencia de 5 años.
Estos resultados están basados en datos disponibles registrados por el INAMEH,
sin embargo según Simón Arocha (1983): “La recopilación de datos permite conocer
la frecuencia con que ha ocurrido una lluvia de determinada intensidad; por tanto,
cualquier previsión que le hagamos estará Basada en la información disponible: y si
bien éste es un fenómeno probabilístico, podrá existir un cierto rango de seguridad en
cuanto a los daños o inconvenientes esperados para una determinada lluvia que
supere la que Tomamos como base para el diseño” . Motivado a esta explicación se
procede a determinar una nueva intensidad.
Según Simón Arocha (1983): “La intensidad de la lluvia depende de la duración de
ésta, existiendo generalmente una relación inversa entre ellas. Las figuras 11-8 a la
11-25, del capítulo 11, representan las curvas intensidad-frecuencia-duración para las
y = -1,7781x + 111,5 R² = 0,9965
0
20
40
60
80
100
120
0 10 20 30 40 50 60 70
Curva IDF .
P (5) P (10) P (25) Lineal (P (5))
78
regiones en que se ha dividido el país” pág. 214. Dichas figuras también se
encuentran ilustradas en el Manual de Drenajes MOP.
Imagen 15 Curva-Intensidad-Frecuencia Para la región XV. Caracas (Fuente: Manual del Ministerio de Obras Públicas (MOP); Revisado el día
7/10/2015).
Los Datos para ingresar en la gráfica son:
- Frecuencia : 5 años
- Tiempo de duración: 5 min
Para considerar un tiempo de duración de 5 min, se tomara en cuenta el valor
arrojado del Abaco ilustrado en el Manual de Drenaje MOP para la determinación del
tiempo de concentración en cuencas rurales. Véase Imagen 16
79
Imagen 16 Abaco para la determinación el tiempo de concentración en cuencas
rurales. (Fuente: Manual del Ministerio de Obras Públicas (MOP); Revisado el día
7/10/2015).
Siendo:
L= 208 m
H= diferencia de elevación
H= 835,16.
80
4.4 Diseño del sistema de captación para aguas de lluvia.
4.4.1 Calculo del Caudal de Diseño:
Paso 1.
Se procede a calcular el caudal de diseño del punto en estudio considerando lo
siguiente:
Para realizar el cálculo del caudal se utilizara el método racional en donde Simón
Arocha (1983) dice: “El método racional asume que el caudal máximo que se
acumula en un determinado punto, como consecuencia de la escorrentía de aguas
pluviales, está expresado por la ecuación Q = C*i*A”
El coeficiente de escorrentía que se considerara es:
Ce = 0,80
Tomando en cuenta lo establecido por el manual de drenajes MOP, en la tabla III.-
3 pág. 3-7, se determina el coeficiente de escorrentía según la clasificación de las
zonas y su tipo de pendiente. Véase la Imagen 17
81
Imagen 17.Tabla de Coeficientes de escorrentía. (Fuente: Manual del Ministerio de Obras Públicas (MOP); Revisado el día
7/10/2015).
Ecuación N° 1
Q = 0,80 * 500 lts/seg/Ha * 1,106 Ha.
Q = 442,4 lts/seg.
Q será el caudal máximo que circula por la calle Real en 208,88 m de longitud.
82
Paso 2.
Determinación de las estructuras de captación de las aguas de lluvia:
Se usaran sumideros de rejillas en la calzada, como los elementos que conforman
el sistema de captación de aguas de lluvia de la calle Real, tomando en cuenta lo que
dice el Manual de Drenajes MOP (1967): “sumideros de Rejilla. Pueden Utilizarse en
lugares donde no es recomendable la existencia de depresiones en cunetas o
brocales”.
Paso 3
Ubicación:
La ubicación de este elemento se regirá por lo indicado en el manual de
drenajes MOP 1967. Pág. 5-10. se ubicaran sumideros en el punto más bajo de
la calle real y a los 100 metro de elevación. Véase imagen N° 9
Es importante determinar la capacidad del sumidero para poder establecer
cuántos elementos se necesitan para que logren captar el caudal total que
transita por el punto en estudio.
Paso 3
Seleccionar el tipo de sumidero:
Se escogió el sumidero tipo 2 y tipo 1, sus dimensiones presente en la
imagen 18, siguiendo lo dicho por Simón Arocha: “El sumidero estándar, tipo
(2) INOS, que se presenta se recomienda en caso en que el área libre total para
el paso del agua sea igual a cuatro veces la sección del colector de salida.
83
Imagen 18. Clasificacion de sumideros tipo INOS
(Fuente: [Pagina web en línea]. Disponible en: http://tesis.ula.ve/postgrado/tde_arquivos/26/TDE-2011-11-17T04:24:50Z-
1573/Publico/mendozaoscar_parte2.pdf)
Los sumideros de rejillas serán en pendiente debido a la inclinación de la calle y
en puntos bajos por su ubicación.
4.4.2 Calculo del Caudal Captado por el elemento
Paso 1.
Para determinar la capacidad de los elementos del sistema que interceptaran una
parte del caudal máximo es necesario dividir la vía en dos tramos, ubicando
tentativamente 5 sumideros tipo 1 al inicio de la calle en la cota 966.
Paso 2.
Con ayuda del AutoCAD se obtiene el área 1 en los primeros 100 metros y el área
2 los próximos 100 metros. Ver Imagen N°19
84
a1= 5223,89 m² 0,53 ha
a2= 5745,22 m² 0,57 ha
Imagen 19. Distribución de áreas de la calle real en AutoCAD (Fuente: Propia)
Paso 3
Calculamos el nuevo caudal máx. tomando en cuenta el mismo tiempo de
concentración de 5 min y la misma intensidad de lluvia para los primeros 100 metros
aplicando la ecuación N° 1.
Q1 = 0,80 * 500 lts/seg/Ha * 0,53 Ha.
Q1 = 212 lts/seg.
85
Paso 4
Se dimensiono el sumidero, estableciendo una longitud de ventana mínima para
poder ingresar ábaco mostrado en la Figura N° b.2.2. Obteniendo el caudal captado
por el elemento.
Datos recolectados:
𝑄𝐼 = Caudal interceptado (lt/sg.)
𝑄𝑟 = Caudal remanente (lt/sg.)
Z = 33, 33
n = 0, 20 coeficiente de manning
W0= Ancho del espejo de agua (m).
W = 0,90 (m).
I = pendiente longitudinal (m/m)
Tirante de agua aplicando la ecuación N°2
𝑦0 = � 208
�375∗ �33,30,20�∗0,4½�
�⅜
= 0,05 m
Ancho del espejo de agua aplicando la ecuación N° 3
𝑤0 = 0,05 * 33,33 = 1,96 m
Longitud de ventana aplicando la ecuación N°4
𝐿 = 0,326 �33,330,20
½�
¾∗ �𝑜,20½∗( 1,96−0,90
33,33�
½= 1,30 m
86
L * 5 = 6,5
Figura N° b.2.2. Abaco para el cálculo del caudal captado
(Fuente: Manual del Ministerio de Obras Públicas (MOP); Revisado el día
7/10/2015).
𝑸𝑰 = 20 lts/seg * 5 = 100 lts/ seg
87
𝑸𝒓 = 342 lts/ seg
Paso 5
Se procede a calcular el caudal de diseño después de los 100 metros tomando en
cuenta las mismas consideraciones en el paso 3, aplicando un nuevo tiempo de
concentración acatando a lo que dice Simón Arocha “Para el diseño de los colectores
de aguas de lluvia en zonas urbanas, este tiempo de concentración representa la suma
de dos tiempos. b) El tiempo de traslado que existe en una cierta longitud de colector,
comprendida entre 2 sumideros consecutivos” pág. 207.
Nuevamente se tomó como referencia la imagen 16, se determinó el tiempo de
concentración teniendo una nueva intensidad de lluvia a los 100 metros recorrido
aplicado la misma metodología en los pasos 1, 2 y 3
88
Imagen 20. Abaco para la determinación el tiempo de concentración en cuencas
rurales. (Fuente: Manual del Ministerio de Obras Públicas (MOP); Revisado el día
7/10/2015).
Aplicamos la formula contenida en la imagen 16:
𝑻𝒄 = �𝟑,𝟔𝟔 ∗ 𝟏𝟔−𝟓 ∗ 𝒍𝟑
𝑯�𝟔,𝟑𝟑𝟓
89
Donde:
𝑇𝑐 = Tiempo de concentración
H = diferencia de alturas
L = longitud
Se tiene lo siguiente:
𝑻𝒄 = �𝟑,𝟔𝟔∗ 𝟏𝟔−𝟓∗𝟏𝟔𝟔𝟑
𝟑𝟑�𝟔,𝟑𝟑𝟓
= 𝟏,𝟔𝟑
Se asume un tiempo min de concentración de 5 min y se aplicó el mismo
procedimiento para determinar el caudal de diseño del área 2 o del tramo 2
Intensidad = 500 lts/seg
Q2 = 0,80 * 500 lts/seg/Ha * 0,57 Ha.
Q2= 228 lts/seg
Paso 6
En este caso procederemos a ingresar en el ábaco de la Figura N° b.2.2 con un
caudal propuesto de 40 lts/seg a captar para estimar la longitud de ventana del
sumidero.
𝑄𝐼 = 106 (lt/sg.)
𝑄𝑟 = 228 + 108 – 106= 230 (lt/sg.)
𝑝𝑡 = 5 %
L = 1,60 m
Para lograr captar el caudal remanente se ingresa de nuevo en lo mostrado por la
Figura N° b.2.2 con un caudal propuesto a captar de 20 y 40 lts/seg.
90
Estos sumideros serán ubicados estratégicamente según el ancho de la vía y en
donde presente pendiente transversal reduciendo así en lo posible el caudal
remanente.
Tomando en cuenta los criterios antes mencionados realizar el diseño del sistema
de captación de aguas pluviales para la calle real de la comunidad de san Pablito será
como se muestra en los siguientes resultados:
Sistema Actual de Captación de aguas pluviales de la comunidad de la calle
Real.
La tabla # 9 contiene los datos recolectados sobre el total de los elementos existentes
del área en estudio, así como la capacidad de los mismos. Con los resultados
obtenidos en los procedimientos explicados anteriormente, se determinó la capacidad
actual para captar parte del caudal de aguas pluviales que circula por la calle real.
TABLA # 9.Caudal captado por el elemento Fuente: Propia
Área 1
Q¹: 212
(l/s)
Área 2
Q²: 212
(l/s)
N° de
Elemento 0 8
Caudal
Captado 0 160
Caudal
Remante 212 260
91
Imagen 21. Croquis de la calle Real con posicionamientos de los elementos de captación de aguas para lluvias actualmente realizado en AutoCAD.
(Fuente: Propia).
92
Diseño del sistema propuesto de Captación de aguas pluviales para la
comunidad de la calle Real.
La tabla a continuación muestra un resumen sobre el diseño propuesto para la
captación del caudal máximo. Con el diseño propuesto se logró determinar las
deficiencias del sistema actual, al realizar una comparación y verificar los caudales
remanentes, se determinó que el sistema actual capta entre 40 y 50 por ciento y el
sistema que se diseñó en el presente trabajo, capta entre 60 y 70por ciento.
TABLA # 10.Caudal captado por el elemento Fuente: Propia
Área 1
Q¹: 212
(l/s)
Área 2
Q²: 212
(l/s)
N° de
Elemento 4 8
Caudal
Captado 120 180
Caudal
Remante 92 140
93
Imagen 22. Croquis de la calle Real con posicionamientos de los elementos de
captación de aguas para lluvias, propuesta realizado en AutoCAD. (Fuente: Propia).
94
4.4.3 Dimensionamiento de tuberías dentro del sistema de captación de aguas para lluvias.
Para dimensionar las tuberías por donde circularan las aguas pluviales
captadas por el elemento, se determinará el diámetro del conductor principal en donde
se conectaran las tuberías secundarias tomando como dato principal el caudal
máximo.
Dicho esto, se partirá principalmente de lo establecido en la gaceta oficial
venezolana N° 5.318 Extraordinario: “Diámetro mínimo del tubo de descarga de un
sumidero será de 30 cm (12”).
Una vez determinado dicho diámetro mínimo, Simón Arocha, Cloacas y
Drenajes (1983) muestra una serie de cuadros en donde según el material y el gasto
propone diferentes Diámetros. En este caso el material de la tubería será de concreto,
obteniendo según el Q máximo un diámetro de 12” para el conductor principal y 10”
para las tuberías que se conecten a este. Ver imagen 23 e imagen 24.
95
Imagen 23. Diámetros Estimados del Tubo para colectores.
(Fuente: Cloacas y Drenajes, Simón Arocha (1983); Revisado el día 25/03/2016.)
96
Imagen 24. Diseño del Perfil del colector principal de la calle real. (Fuente: Propia.)
97
CONCLUSIONES
Realizada la investigación y los estudios pertinentes establecidos por los objetivos
para solucionar el problema planteado se concluye lo siguiente:
1. El sistema de captación del caudal que circula en la calle real de la comunidad
de San Pablito actualmente es insuficiente, ya que se logró comparar el sistema
propuesto con el sistema actual, desfavoreciéndolo con respecto a su
capacidad. Colaborando con el colapso del colector principal de la carretera
vieja Ccs-Los Teques, que intercepta esta calle, incrementando el volumen de
agua que causa la inundación de la vía principal.
2. Analizando los datos obtenidos, según el caudal determinado, es necesario
implementar un sistema compuesto por elementos suficientes que logren
interceptar el mayor caudal de agua posible antes de llegar al punto más bajo
de la calle real.
3. La falta de planificación familiar y la inconciencia de la población de esta
comunidad con respecto a la forma de desechar materiales sólidos, agrava la
problemática planteada en el presente trabajo de grado.
4. Realizar esta investigación fue significativa debido a que se obtuvieron
aportes teóricos y prácticos con respecto al tema
5. La investigación fue productiva para la comunidad, ya que mediante ella se
dio una posible solución y recomendaciones al problema que afecta a la
población que hace vida en la calle Real.
6. El presente trabajo de grado suministrará a estudiantes de la universidad Nueva
Esparta y a estudiantes externos, un marco de referencia con respecto a el
procedimiento y criterios que se puede aplicar al diseñar un sistema de
captación de aguas de lluvia en Venezuela.
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RECOMENDACIONES
Concluida la investigación, analizando los resultados y como parte de la solución
se presentan las siguientes recomendaciones:
• Proponer estudios similares al presente donde verifiquen la capacidad del colector principal ubicado en la carretera vieja Ccs-Los Teques.
• Se recomienda que el colector principal propuesto para la calle real, conduzca las aguas de lluvia directamente al vertedero más cercano (en este caso al río Guaire) sin hacer ninguna conexión con otros colectores.
• Es necesario que se elaboren campañas de concienciación sobre el adecuado manejo de desechos sólidos por parte de la comunidad y así evitar la obstaculización y alteración de la rutina del sistema de captación de aguas pluviales de la Calle Real del sector ya mencionado.
• Es de suma importancia realizar un plan de mantenimiento preventivo y
correctivo a los elementos del sistema de captación, diseñado para la calle Real de la comunidad de San Pablito, carretera Vieja Caracas-Los Teques.
• Realizar nuevas investigaciones de la misma índole que aporten soluciones factibles a zonas con la misma circunstancia.
• Llevar esta solución ante el consejo comunal del sector para previo estudio y ejecución como proyecto.
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BIBLIOGRAFIA
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