El agua es un elemento esencial para la vida, forma parte importante del día a día del ser humano. Su escasez y su abundancia incontrolada son problemas para el mismo, ya que conforme avanza la urbanización, la hidrología de las cuencas naturales sufre cambios.
Es importante que los cauces naturales de la red hidrográfica original sean conservados y adecuados a las nuevas condiciones, de forma que no se afecte la capacidad del desagüe existente y no dé lugar a inundaciones.
Sistema de alcantarillado pluvial
El alcantarillado pluvial tiene como su principal función el manejo, control y conducción.
Está constituido por una red de conductos, estructuras de captación y estructuras complementarias.
Este sistema contempla las aguas de:
• Cubiertas de las edificaciones.
• Calles y avenidas.
• Jardines, etc.
Mitiga con cierto nivel de seguridad las molestias por inundación y daños materiales y humanos.
Esta explicación es aplicada a nivel macro, es decir a nivel urbano, pero la idea también es aplicada a cualquier tipo de edificación o construcción.
El sistema de alcantarillado pluvial se debe calcular de manera que permita evitar problemas, inundaciones y pérdidas materiales.
Partes de un sistema pluvial
- Estructuras de captación. Recolectan las aguas a transportar, en esta sección encontramos sumideros o bocas de tormenta y coladeras pluviales.
- Estructuras de conducción. Transportan las aguas recolectadas por las estructuras de captación hacia el sitio de tratamiento o vertido, pueden ser tuberías o canales.
- Estructuras de conexión y mantenimiento. Facilitan la conexión y mantenimiento de los conductos que forman la red de alcantarillado. Disponen del espacio suficiente para que un hombre baje hasta el nivel de las tuberías y maniobre para llevar a cabo la limpieza e inspección de los conductos. Tales estructuras son conocidas como pozos de visita.
- Estructuras de vertido. Son estructuras terminales que protegen y mantienen libre de obstáculos la descarga final del sistema de alcantarillado, evitan posibles daños al último tramo de tubería que pueden ser causados por la corriente a donde descarga el sistema o por el propio flujo de salida de la tubería.
- Instalaciones complementarias. Estas pueden ser plantas de bombeo, plantas de tratamiento, estructuras de cruce, vasos de regulación y de detención, disipadores de energía, etc.
- Disposición final. No es una estructura como tal, pero es importante para el sistema ya que, si no se planea en la construcción del proyecto el destino de las aguas pluviales, entonces se pueden provocar graves daños al medio ambiente e incluso a la población servida o a aquella que se encuentra cerca de la zona de vertido.
Consideraciones para la red pluvial
Al momento de diseñar la red pluvial es muy importante tener en cuenta lo siguiente:
- El tubo debe tener una capacidad máxima del 80%.
- Las velocidades mínimas permisibles son:
A tubo parcialmente lleno 0.60 m/s
A tubo lleno – 0.9 m/s.
- Las velocidades máximas permisibles son:
3.0 m/s para concreto.
5.0 m/s para PVC.
- Las pendientes mínimas y máximas deben ser aquellas que permitan los valores de velocidades permitidos, así como que cumplan con la arquitectura del proyecto. El tirante no debe ser menor de 3 cm.
- El coeficiente de rugosidad:
Tubería de concreto 0.017.
Tubería de PVC es de 0.015.
- El diámetro mínimo para la red pluvial es de 25 mm (1”) y el diámetro mínimo enterrado es de 150 mm (6”), los cambios de dirección se pueden realizar mediante accesorios, pero en tubería enterrada únicamente se pueden realizar cambios de dirección por medio de registros o pozos de visita.
- El colchón mínimo (profundidad mínima de la tubería es de 1.50 m y la profundidad máxima es la que especifique la marca y material).
Sistema Pluvial de una edificación
Para el sistema de alcantarillado pluvial es necesario:
- Tener en cuenta todas las áreas de las zonas de escurrimiento (techos, jardines, jardineras, zonas que tendrán contacto con agua de lluvia).
- En azoteas normalmente se colocan coladeras de azotea (las cuales poseen una cúpula que sobresale). Se pueden colocar coladeras de pasillos o de zonas en donde habrá contacto con agua.
- Se analiza la zona de lluvia y se obtienen los valores de la intensidad mediante isoyetas (isolínea que une los puntos en un plano cartográfico que presentan la misma precipitación en la unidad de tiempo considerado).
Una vez que se tiene esto pasamos a utilizar el método racional americano, el cual emplea la siguiente formula:
Donde:
Q= Gasto pluvial, l/s
C= Coeficiente de escurrimiento.
i= Intensidad de lluvia, mm/hr.
A= Área de aportación, m2.
El valor del coeficiente de escurrimiento se obtiene mediante tabla y observamos los valores utilizados comúnmente:
Usamos el valor promedio.
Para zonas comerciales se emplea: C=" 0.85
Ya con el coeficiente de escurrimiento se procede a analizar el valor de la intensidad de lluvia con ayuda de las isoyetas que se encuentran en la base de datos de la Secretaría de Comunicaciones y Transportes, posteriormente, se determina en el plano de isoyetas de la zona para un período de retorno de 5 años y tiempo de concentración de 30 minutos.
Período de retorno:
Para realizar el cálculo del período de retorno se debe contemplar lo siguiente:
La probabilidad de que ocurra una lluvia muy intensa dentro de un período de 5 años y durante 30 minutos (se contempla que el valor pico de la lluvia se encuentra a los primeros 30 minutos).
Para calcular el volumen del tanque de tormentas se utiliza la isoyeta del tiempo de retorno de 10 años con un tiempo de concentración de 60 minutos.
Se realiza un análisis de las áreas de captación (áreas tributarias) del proyecto y para este se debe tener en cuenta cada tramo de captación.
De acuerdo con las Normas Técnicas Complementarias del Reglamento, las bajadas se calcularán para una intensidad de 150 mm/h, utilizando el 25% de superficie de la sección transversal de la tubería.
En el cálculo de la red horizontal de las tuberías pluviales se utiliza la fórmula de Manning:
Donde:
V= Velocidad media, m/s.
n= Coeficiente de rugosidad.
R= Radio hidráulico, m.
S= Pendiente hidráulica, m/m.
Mediante la fórmula de continuidad tenemos que
Y la formula nos queda como:
Para la colocación de coladeras, primero tenemos que analizar la capacidad que puede almacenar ésta con relación a su diámetro. Las coladeras de azotea pueden ser de diversas marcas y tipos, las más empleadas son:
Coladeras Helvex modelo 444 y la 446 con 100 mm (4”) y 150mm (6”) respectivamente, éstas se contemplan en base a la relación de diámetro, área tributaria e intensidad. Para la conexión con la tubería horizontal se tendrán que realizar trampas “P” inmediatamente después de la coladera.
Una vez que se captó un área específica se procede a calcular el diámetro de las tuberías y bajadas pluviales con las fórmulas empleadas y tablas de relación que nos proporciona el reglamento del IMSS.
Estas tablas utilizan un valor aproximado de la relación entre diámetro, precipitación y área tributaria, de manera que se puede tener como parámetro para saber si nuestras tuberías soportan el gasto que llevan en su interior.
Se debe tener en cuenta que la tubería capta menos área tributaria en vertical en comparación con una colocada de manera horizontal, así que esto puede ser causante de un cambio de diámetro, el cual se puede generar también por acumulación del área total.
Hoy en día las aguas pluviales no pueden simplemente conducirse al colector municipal, se deben de aprovechar en la medida de lo posible. En el año 2019 entró en vigor la Ley Del Derecho Al Acceso, Disposición Y Saneamiento Del Agua De La Ciudad De México, la cual exige que las todas las nuevas construcciones que tengan un área de captación superior a los 200 m² cosechen el agua de lluvia (sistema alternativo necesario para la autorización de licencias).
Inclusive para poder obtener la certificación LEED en el aspecto hidráulico, se tendrían que redireccionar las aguas pluviales. Se debe dirigir la escorrentía a las lagunas secas, los jardines pluviales, y aspectos característicos del paisaje que retienen agua, o recolectar agua de lluvia para alimentar a muebles sanitarios como wc’s y mingitorios, así como, aprovecharse para el riego de jardines y en la alimentación de torres de enfriamiento de HVAC, entre otros posibles usos.
El aprovechamiento de las aguas pluviales posterior a su almacenamiento en el tanque de tormentas se puede llevar a cabo mediante la red de agua tratada.
Para el cálculo del tanque de tormentas se toma en cuenta el área total del predio, la intensidad a 60 minutos y el coeficiente de escurrimiento, lo cual nos arrojara un volumen en litros sobre segundo que multiplicaremos por 60 minutos ya que se contempla una lluvia de 1 hora y así tendremos el volumen en metros cúbicos.
Del resultado se tendrán en cuenta dos celdas del mismo volumen, una para recibir el agua de lluvia y la otra para almacenar agua filtrada para su posterior aprovechamiento en el edificio.
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Fuentes:
Manual de Agua Potable, Alcantarillado y Saneamiento. CONAGUA
Guía de Elaboración de Sistemas Alternativos.
Manual de Diseño. IMSS.
Guía de Conceptos Básicos de Edificios Verdes y LEED Core, Segunda Edición
