Concepto de Cuenca Urbana

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CONCEPTO DE CUENCA URBANA

ANTECEDENTES HISTRICOS

(antigedad a 1440 Conceptos filosficos) En este perido se desarrollaron las grandes construcciones hidrulicas antigastales como los pozos de arabia, los Acueductos de Roma, los canales y sistemas deirrigacin y obras de control contra inundaciones en China, entre otras

(1440 a 1600 Ciencia observacional)Leonardo da Vinci y Bernard Palissy- comprensin del ciclo hidrolgico con baseen la infiltracin y retorno del agua.

(1600 a 1700 Moderna cienca de la Hidrologa en el siglo XVII)Las mediciones de Pierre Perraul y E. Marotte en el ro Sena, Paris. E. Halley en elMediterraneo. Se obtuvieron conclusiones correctas del fenmeno hidrolgico. Diinicio el estudio de los pozos artesianos.

(1700 a 1800 Gran auge durante el siglo XVIII)Di inicio los principios hidrulicos, mismos que aceleraron el inicio de los trabajoshidrolgicos.

(1900 a 1930 Hidrologa emprica) La ciencia de la hidrologa fue emprica debido a que se dispona de mucha informacin cuantitativa experimental para ser usada. Propuestas de cientos defrmulas empricas.

(1930 a 1950 Los grandes Hidrlogos)En este perido se iniciaron los grandes hidrlogos, que utilizaron el anlisis racional para resolver los problemas hidrolgicos planteados. Tales como el hidrograma unitario, teora de la infiltracin de la lluvia. Por otro lado se inicio la hidrometeorolo-ga, adems de establecerse los primeros laboratorios hidrulicos e hidrolgicos.

(1950 a la fecha)El uso extensivo de aproximaciones tericas en los problemas hidrolgicos, debidoa que muchos principios racionales propuestos pueden ser sujetos a un verdaderoanlisis matemtico. Tambin se tiene el desarrollo de instrumentos computacionales,aplicaciones de software, que resuelven ecuaciones matemticas complicadas queestan involucradas en la aplicacin de la moderna teora hidrolgica.

(1800 a 1900 Era de la hidrologa experimental)Inicio de la ciencia de la hidrologa. Se tuvo el desarrollo de frmulas del flujo einstrumentos de medida y el comienzo del aforo sistemtico de corriente. Entre otras la frmula de descarga de vertedores, el coeficiente de Chezy.

DIVISIN DE LA HIDROLOGA SUPERFICIALEsta dividida en varias ramas prcticas en las cuales intervienen los campos o reascientficas para dar solucin a problemas prcticos, estas son:

-Hidrologa Agrcola -Hidrologa de regiones ridas y Semiridas

-Hidrologa Forestal -Hidrologa de Control de avenidas o Crecientes

-Hidrologa Urbana

La hidrologa est relacionada con las ciencias que estudian alguna componente de lanaturaleza y por su enfoque o tcnica de trabajo esta ms relacionada con la Probabilidad y Estadstica.

HIDROLOGAURBANA

M.I. Pablo Talamantes Contreras

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VARIACIN DE LA RED DE DRENAJE

HIDROLOGA URBANAQu es la Hidrologa Urbana?Es la parte de la hidrologa que se ha enfocado a resolver los problemas dedrenaje urbano de las ciudades.

Aspectos a analizar dentro de esta son:-Anlisis y diseo de sistemas de drenaje-Planeacin y control de las tormentas en reas urbanas-Modelacin de sistemas de drenaje urbano-Transporte de sedimentos en zonas urbanas-Calidad de las aguas pluviales y residuales

Qu es una Cuenca Urbana?Es la zona impermeable de una ciudad que al crecer modifica la magnitud y velocidad del escurrimiento que producen las tormentas.

Q m3/s

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Q m3/s

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Ciclo hidrolgico urbano

Es un modelo conceptual que describe el almacenamiento y circulacin del agua en la biosfera, atmosfera, litosfera e hidrosfera; que permite tratar tpicos como clima, hidrologa, uso del suelo y aspectos ingenieriles y de ecologa en areas urbanas.

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Cuenca urbanizada

Es la transformacin de una gran parte de sus superficie que tenia vegetacin o suelo natural en rea impermeable, debido a la construccin de casas, almacenes, calles, banquetas y estacionamientos.

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La lluvia ya no se infiltra; por lo tanto el volumen de escurrimiento se incrementa, su superficie es mas lisa, por lo que transporta ms eficientemente el flujo existe menor almacenamiento. Los cauces naturales son rectificados o remplazados por tuberas, como resultado se incrementa el volumen y la velocidad del escurrimiento, generando gastos mximos mayores.

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Efectos de la urbanizacin

El incremento en los gastos mximos es funcin directa del grado de urbanizacin e inversa de su periodo de retorno. Esto debido a que la urbanizacin aumenta el rea impermeable y los eventos menos frecuentes o severos se presentan en las cuencas naturales que estn muy saturadas, es decir, con condiciones similares a las que genera la urbanizacion.

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Ejemplo en la zona de san diego california, los efectos dela urbanizacion se midieron como el cociente del gastomaximo actual al de condiciones naturales, para unperiodo de retorno de 100 aos.

Inexistente Moderada Intensa

4.40 KM2 1 1.75 2.2

38.8 KM2 SIN MEJORAMIENTO DE CAUCES 1 1.2 1.5

38.8 KM2 CON MEJORAMIENTO DE CAUCES 1.3 1.6 1.95

TIPO DE URBANIZACIN

AREA DE CUENCA:

El incremento en los gastos es funcin directa del grado de urbanizacin e inversa de su periodo de retorno.

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OBRAS DE PROTECCION

A partir de las cuantificaciones de los procesos fundamentales del ciclo hidrolgico, como son el escurrimiento, la precipitacin y la evaporacin. Realizadas para condiciones normales y extremas.

Permiten de definir los tipo de obras de proteccin para su control las cuales se subdividen en dos: Obras subterrneas Obras superficiales

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OBRAS SUBTERRANEAS TUBERIAS COLECTORES EMISORES

OBRAS SUPERFICIALES

CANALES DRENES LAGUNAS DE REGULACION PRESAS MUROS DIQUES

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EN EL PASADO

Las aguas de tormenta en las zonas urbanas seconsideraban riesgosas por lo que el objetivoera eliminarlas lo mas rpido posible y por talrazn los sistemas de drenaje urbano sediseaban para recolectar y conducir las aguasde tormenta hacia aguas debajo de manerarpida.

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EN EL PRESENTE

El diseo de los sistemas de drenaje urbano incluye la definicin precisa de sus objetivos, la estimacin hidrolgica de la relacin lluvia-escurrimiento para el rea urbana, la seleccin del nivel de confiabilidad en el diseo, el desarrollo y evaluacin de alternativas y la formulacin de su programa de implementacin.

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Mediante obras de proteccin tales como :Obras subterrneas.- Tuberas, emisores, colectores.

Obras Superficiales.- Canales, lagunas de regulacin, presas, muros, diques.

Qu problemas presentan estos tipos de obras?1.- Modifican el escurrimiento, estos es que cambian su regimen natural

2.- Hay que cuantificar explcitamente el efecto causado por las obras mismas.

Qu es un Sistema de Drenaje Urbano?Es un conjunto de estructuras hidrulicas que almacenan, regulan y desalojanlos escurrimientos producidos por las tormentas.

Elementos Bsicos

Zona naturalde captacin

Zona de captacinadyacente a loscolectores

Red decolectores

Cmo se controla este escurrimiento que producen las Tormentas?

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ZONA NATURAL DE CAPTACIN.-

Es la que esta constituida por un ro principal y una serie de afluentes quedescargan al mismo.

El drenaje de la precipitacin se realiza a travs de la topografa natural delterreno y de acuerdo con esta definicin este elemento puede presentarcualesquiera de las caractersticas siguientes:

reas que no han experimentado desarrollo alguno Regiones boscosas de vegetacin abundante Zonas altas de las cuencas donde el terreno no esta protegido con

vegetacin alguna.

Por tal razn se tiene que en esta zona, se presentan variaciones en los escurrimientos y en sus respectivos coeficientes, debido al tipo de vegetacin, al uso del suelo que predomina en la cuenca en estudio, a su pendiente y en general a las caractersticas geomorfolgicas de las misma.

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ZONA DE CAPTACIN ADYACENTE A LOS COLECTORES.-

Es aquella zona ms o menos urbanizada en la que el agua precipitada escurresobre tramos relativamente cortos, llevndola hacia colectores construidosexprofeso para drenarla.

A mayor urbanizacin se reducen la infiltracin y el tiempo de concentracin aumentando el coeficiente de escurrimiento.

Las reas modificadas por la mano del hombre pueden ser: reas dedicadas a la agricultura Zonas pequeas o semi urbanizadas sin drenaje pluvial y cuya urbanizacin

tiene diferentes grados reas totalmente urbanizadas, predominando: zonas residenciales,

comerciales y jardines, estacionamiento, vas de comunicacin, etc. (la red de drenaje por lo general es subterrnea)

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RED DE COLECTORES.-

Esta consiste en una serie de elementos cuya geometra est bien definida y en el caso de los drenajes urbanos puede constituir una parte importante del drenaje general.

Esta integrado por un conjunto de canales y tubos conectados entre si formando una red, que conduce el agua a zonas que no cauce problemas.

Como regla general, esta red se construye tanto superficial como subterrnea

[email protected] ESTRUCTURALES DE UN SISTEMA DE DRENAJE URBANO

1.- Subsistema de Alcantarillado o Red Secundaria.-Es el que recibe las aportaciones locales de las agua residuales domiciliarias y los escurrimientos derivados de las lluvias que se presentan en su zona de influencia. (El dimetro es menor a 0,60 m.)

2.- Subsistema de Colectores o Red Primaria.- Es el que recibe las descargas de la red de alcantarillado y las maneja para proteger de inundaciones a zonas ms o menos extensas. (El dimetro se encuentra entre 0,6 a 4,0 m)

3.- Sistema General de Desage.- Es el que constituye el esqueleto de la infraestructura para controlar inundaciones en una zona urbana y desalojar las aguas residuales y pluviales fuera de la cuenca urbana. Recibe las descarga de red primaria.

[email protected] D E LA URBANIZACIN EN EL PROCESOLLUVIA-ESCURRIMIENTO

La consecuencia de la urbanizacin consiste en que modifica drsticamente las condiciones naturales que gobiernan el movimiento, la distribucin y calidad del agua. Esto es que intensifica y acelera el proceso lluvia-escurrimiento

reas permeables reas impermeables Incrementa el coef. de escurrimiento

Incremento en el gasto mximode las avenidas

Acciones

Construir obras de mayor capacidad

Da la impresin de unsobredimensionamientoU

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Invasin de cauces naturales y sus planicies de inundacin, deforestacin de las cuencas aportadoras cercanas.

Puedenevitarse

Velocidad de crecimiento de la zona urbana Falta de estudios de planeacin, carencia de una legislacin adecuadadebidas a

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MTODOS PARA EL CONTROL DE INUNDACIONESEn el anlisis de los sistemas de Drenaje Urbano, el elemento principal es el control de inundaciones.

Mtodos para llevarse a cabo: Mtodo para regular avenidas.- A partir de la construccin de presas en

cauces importantes localizados aguas arriba de zonas urbanas. Bordos perimetrales para derivar avenidas. Control del uso del suelo mediante reforestacin de la misma.

Mtodos que permitan conducir y desalojar las avenidas de manera eficiente.- A partir de la limpieza, desazolve y alineamiento de los cauces, el dragado para aumentar la pendiente, la construccin de bordos y de la red de drenaje.

Mtodos cuyo fin es disminuir el monto de los daos provocados por las avenidas.- Considerando que los mtodos anteriores implican grandes inversiones y que la carrera entre la construccin de obras y el crecimiento de los problemas de inundacin generalmente ganan estos ltimos, se ha tratado de desarrollar medidas cuyo objetivo es, ms que reducir la magnitud de las inundaciones, provocar que ocurran en sitios en los que los daos sean mnimos.

[email protected] HIDROLGICOS E HIDRULICOS DEL DRENAJE URBANO

Permite determinar las dimensionesnecesarias de las estructuras componentespara desalojar los volmenes aportados porlas lluvias o proucto de la infiltracin.

Analizar hidrolgicamentelas zonas por drenar

Implica la prediccin ms o menos confiable de lasmagnitudes mximas de las intensidades de precipitacin o de los gastos picos de escurrimientos.

Diseo

Sistema de drenaje urbano

Diseo balanceado en que el montode la inversin pueda ser comparadocon la proteccin que se proporciona

Relacin

Disear hidrulicamentelas estructuras componentes

[email protected] HIDROLGICO

reas de drenaje urbano Intervienen

Precipitacin Escurrimiento

Se estableceuna relacin

Mediciones directas factibles de obtener Estimacin de condiciones que no son posibles de medir directamente

Prediccin de la probable ocurrencia deeventos dentro de un tiempo especificado

Dependen las condicionesde diseo de las estructurasde desalojo.

M.I. Pablo Talamantes Contreras

[email protected] DE UN SISTEMA DE DRENAJE URBANO

Daos Directos.- Impedir inundaciones en la vecindad de edificios, callespropiedades privadas o de la comunidad.

Daos Indirectos.- Aquellos que afectan el desarrollo normal de las actividades socioeconmicas, carreteras, zonas agrcolas.

ESTUDIOS PRELIMINARES PARA UNA OBRA DE DRENAJE URBANO

1. Determinacin del grado de proteccin adecuado, a travs del periodo de retorno (Tr).

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2. Determinacin de una tormenta de diseo.- Se obtiene a partir de un anlisis estadstico y distribuciones probabilsticas. En donde mediante la comparacin grfica se observa cual lluvia es la que se adapta de acuerdo al periodo de retorno. La tormenta de diseo es el valor mximo de la precipitacin que ocurre para una porcin de rea y esta asociado a un Tr y una duracin.

2. Avenida de diseo.- Factor dependiente de: la lluvia, el tiempo de concentracin, la permeabilidad del terreno y la determinacin del hidrograma, la forma de este ltimo nos determina el tipo de estructura

[email protected] HIDROLOGICO EN ZONAS URBANAS

1. Lluvia interceptada parcialmente por la vegetacin2. Cuando la lluvia llega al suelo se presenta: Infiltracin, llenado de depresiones,

escurrimiento a superficie libre.3. Desarrollo del escurrimiento, ocurrencia de procesos simultneos; intensidad de

lluvia, las depresiones ms grandes se continan llenando.4. El agua que llega a las cunetas se acumula en ellas hasta que forma un tirante

suficiente y escurre hacia las coladeras o alcantarillas.5. El agua que llega a las coladeras ingresa al sistema de drenaje6. En los colectores el escurrimiento es: inicialmente a superficie libre; cuando la

capacidad de los colectores no es suficiente el agua escurre a presin.

1

2 3 2

34

56

6 Ro Oceano

Precipitacin

Drenaje

Infiltracin

Almacenamientoen depresiones

Almacenamientoen la superficie

Condensacin

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ESQUEMA DE MODELACION DEL SISTEMA DE DRENAJE

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HIDROGRAMA DE DISEO

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