ManualBásicoSWMM

UNAMFACULTAD DE INGENIERAINGENIERA SANITARIA Y AMBIENTAL

[MANUAL BSICO SWMM]


[MANUAL BSICO SWMM]


[MANUAL BSICO SWMM]

MANUAL BSICO SWMM SWMM

|MODELO DE GESTIN DE AGUAS PLUVIALES 2

Contenido1. INTRODUCCIN..................................................................................................................... 3

a. APLICACIONES TPICAS DE SWMM.................................................................................... 32. DIBUJO DE OBJETOS .............................................................................................................. 4

b. CUENCAS ........................................................................................................................... 4c. NUDOS DE VERTIDO .......................................................................................................... 5d. CONDUCCIONES ................................................................................................................ 5

3. CARACTERSTICAS DE LOS ELEMENTOS ................................................................................ 6a. PLUVIOMETRO .................................................................................................................. 6

i. SERIE TEMPORAL........................................................................................................... 6b. CUENCAS ........................................................................................................................... 7c. POZOS................................................................................................................................ 8

i. APORTES........................................................................................................................ 8ii. PATRONES TEMPORALES .............................................................................................. 9

d. VERTIDOS ........................................................................................................................ 10e. DEPSITOS ...................................................................................................................... 11f. CONDUCTOS.................................................................................................................... 12

4. SIMULACIN........................................................................................................................ 15a. CARACTERSTICAS DE LOS NUDOS .................................................................................. 15b. CARACTERSTICAS EN LOS CONDUCTOS ......................................................................... 15c. AJUSTES DE ESCALAS....................................................................................................... 16

5. DIAGRAMA DE FLUJO PARA LA SOLUCIN DE CUALQUIER CASO ...................................... 176. EJEMPLO.............................................................................................................................. 19

a. REALIZAR UNA REPRESENTACIN GRFICA DEL PROBLEMA ......................................... 19b. OBTENCIN DE ESCURRIMIENTOS MXIMOS Y MNIMOS............................................. 20c. ASIGNACIN DE DIMETROS .......................................................................................... 20d. ASIGNACIN DE VALORES............................................................................................... 20e. CON QU CRITERIO SE DISEAR EL SISTEMA DE ALCANTARILLADO? ........................ 23

i. OPTIMIZACIN DE DIMETROS; PENDIENTE IGUAL A LA DEL TERRENO.................... 23ii. OPTIMIZACIN DE EXCAVACIN; PENDIENTE MAYOR A LA DEL TERRENO................ 27



MANUAL BSICO PARA EL SOFTWARE EPA SWMM VERSIN 5(MODELO DE GESTIN DE AGUAS PLUVIALES)

1. INTRODUCCINEl StormWater Management Model (modelo de gestin de aguas pluviales) de la EPA (SWMM)es un modelo dinmico de simulacin de precipitaciones, que se puede utilizar para un nicoacontecimiento 0 para realizar una simulacin continua en periodo extendido. El programapermite simular tanto la cantidad como la calidad del agua evacuada, especialmente enalcantarillados urbanos. El mdulo de escorrenta o hidrolgico de SWMM funciona con unaserie de cuencas en las cuales cae el agua de lluvia y se genera la escorrenta. El mdulo detransporte o hidrulico de SWMM analiza el recorrido de estas aguas a travs de un sistemacompuesto por tuberas, canales, dispositivos de almacenamiento y tratamiento, bombas yelementos reguladores. Asimismo, SWMM es capaz de seguir la evolucin de la cantidad y lacalidad del agua de escorrenta de cada cuenca, as como el caudal, el nivel de agua en lospozos o la calidad del agua en cada tubera y canal durante una simulacin compuesta pormltiples intervalos de tiempo.Este software es publicado por la EPA para la modelacin de sistemas de alcantarillado, ya seasolo pluvial o sanitario, o en su caso combinados (casos ms comunes). Este programa es muysimilar al software de abastecimiento de agua potable de la EPA (EPANET).Este manual se realiz con la ayuda del mismo manual que la EPA tiene en su sitio web,aunque existe una versin en espaol que fue traducida por Grupo Multidisciplinar deModelacin de Fluidos as como el mismo software fue modificado para que los comandos yacciones sean en espaol.

a. APLICACIONES TPICAS DE SWMMDesde su aparicin, SWMM se ha utilizado en miles de redes de evacuacin de aguastanto residuales como pluviales. Entre las aplicaciones tpicas se pueden mencionar:

Diseo y dimensionamiento de componentes de la red de drenaje paraprevenir inundaciones

Dimensionamiento de estructuras de retencin y accesorios correspondientespara el control de inundaciones y proteccin de la calidad de las aguas

Delimitacin de zonas de inundacin en barrancos y cauces naturalesDiseo de estrategias de control de la red para minimizar el nmero de descargas

de sistemas unitariosEvaluacin del impacto de aportes e infiltraciones en las descargas de

sistemas de evacuacin de aguas residualesGenerar cargas de fuentes contaminantes no puntuales para estudios de

acumulacin de residuosEvaluar la eficacia de las BMPs para reducir las cargas contaminantes durante una



tormenta

2. DIBUJO DE OBJETOSAntes de iniciar a dibujar los elementos hay que modificar algunos aspectos delsoftware: dar click con el botn derecho del mouse sobre cualquier parte del mapa,seleccionar opciones y ajustar la siguiente configuracin:

b. CUENCASa) En primer lugar seleccionar mediante el ratn la opcin subcuenca de

la Barra de Objeto. En el caso de que esta barra de herramientas no estvisible debe seleccionarse la opcin VerBarras de HerramientasObjeto.Ntese como al seleccionar la opcin de Cuencas el cursor del ratn semodifica y adquiere el aspecto de un lpiz.

b) Mover el ratn al punto del mapa donde se desea insertar una de lasesquinas de la cuenca C-l y pulsar el botn izquierdo del ratn.

c) Realizar el mismo procedimiento para las siguientes dos esquinas yfinalmente pulse el botn derecho del ratn (o bien pulse la tecla Enter) paracerrar el rectngulo que representa a la citada cuenca C-l. En cualquiermomento puede presionarse la tecla Esc si se desea cancelar la cuencaparcialmente dibujada y comenzar de nuevo con el dibujo de la misma. Nodebe suponer un problema que el aspecto y la posicin de la cuenca dibujadano sean exactamente los deseados. Posteriormente se mostrar comomodificar tanto la posicin como el aspecto.

d) Para modificar el aspecto de la cuenca (modificar la forma para que searectangular, cuadrada, trapecial, etc.) seleccionar la cuenca, dar seleccionarla opcin seleccionar vrtice entonces la cueca accionara a cada vrticeun punto a modificar de posicin libremente.



c. NUDOS DE VERTIDO1. Para comenzar a aadir nudos, seleccione conexin mediante el ratn

el botn en la Barra de Objeto.2. Mover el ratn a la posicin donde se debe insertar el nudo P-l y pulsar el

botn izquierdo del ratn. Realizar el mismo procedimiento para los nudosP-2 a P-4.

3. Para aadir una Descarga (o punto de Vertido), seleccione el botnvertido en la Barra de Objeto, desplace el ratn al punto de localizacin delvertido en el mapa y pulsar el botn izquierdo del ratn. Ntese como elnudo de vertido recibe de forma automtica el nombre D-l.

d. CONDUCCIONESA continuacin se aaden los conductos del sistema de drenaje que conectan entre s losdiferentes nudos del sistema. (Antes de crear cualquier lnea es necesario tener creadospreviamente los nudos extremos de la misma). Para ello se comienza con el conducto T-l queconecta los nudos J-l y J-2.

1. Seleccionar el botn conducto en la Barra de Objetos. El cursor del ratncambia de aspecto representando una cruz.

2. Seleccione con un click del ratn sobre el nudo P-l. Ntese como el cursor delratn se modifica y adquiere el aspecto de un lpiz.

3. Mover el ratn hacia el nudo P-2 (ntese como mientras se desplaza el ratn sedibuja una lnea representando la futura conduccin que se est dibujando) ypulse el botn izquierdo del ratn para crear la conduccin. En cualquiermomento puede cancelarse esta operacin, bien mediante el botn derecho delratn, bien mediante la techa Esc.

Aunque todas las conducciones de nuestro ejemplo se representan como lneas rectas, esposible dibujar lneas con curvas o vrtices. Para ello no hay ms que ir definiendo losdiferentes vrtices que definen el trazado de la conduccin con el botn izquierdo del ratnantes de seleccionar el nudo final de la conduccin.



3. CARACTERSTICAS DE LOS ELEMENTOSa. PLUVIOMETRO

i. SERIE TEMPORALPara que un pluvimetro trabaje correctamente sernecesario agregar una serie temporal o bien unarchivo externo que contenga los datos de lluvia, elprocedimiento para generar una serie temporal seexplica a continuacin:

a) En el men de datos seleccionar serietemporal

b) Llenar la siguiente tabla con los datos querequiere el software

c) Nombre: Nombre de la serie temporal.d) Descripcin: Comentario o descripcin

opcional sobre qu representa la serie. (Pulsel para abrir un editor de texto si necesitams de una lnea en el comentario).

e) Columna Fecha: Fecha opcional (en formato

Nombre Nombre del pluvimetroCoordenada x Ubicacin horizontal en el mapaCoordenada y Ubicacin vertical en el mapaDescripcin Descripcin adicionalMarca Etiqueta opcional para clasificarFormato de lluvia Formato de lluvia de los datos proporcionados:

INTENSITY (hietograma): cada valor de precipitacin es laintensidad media de la lluvia (en mm/h) a lo largo delintervalo registrado.VOLUMEN (pluviograma): cada valor de precipitacin esel volumen de lluvia que se registro durante un ciertointervalo (en mm)CUMULATIVE (pluviograma acumulado): cada valor deprecipitacin representa la precipitacin acumuladadesde el inicio de la lluvia (en mm)

Intervalo de lluvia Intervalo de tiempo que transcurri entre lecturas delpluvimetro en formato decimal o como hh:mm

Factor de nieve Factor que corrige las lecturas debidas a nieve en elpluvimetro

Origen de datos Fuente de datos de la lluvia:TIME SERIES: serie temporal suministrada por el usuario.FILE: archivo externo de datos.

SERIE TEMPORALNombre de la serie Nombre de la serie temporal con los datos de lluvia si el

origen de los datos es una serie temporal. (dejar enblanco si no es el caso)

ARCHIVONombre del archivo Nombre del archivo que contiene los datos de lluviaNo. Estacin Identificados de la estacin donde est el pluvimetro

cuyos datos se van a utilizarUnidades de lluvia Unidades en que estn expresados los datos de la lluvia

del archivo (mm o in)



mes/da/ao) de los valores para la serie temporal (slo necesario en valores quecorresponden a una nueva fecha)

f) Columna Hora: Si se utiliza la fecha, introduzca la hora en formato militar (horas:minutos u horas decimales). Si no se utiliza la fecha introduzca el tiempo transcurridoen horas desde el principio de la simulacin.

g) Valores: Los valores numricos de la serie temporal.

b. CUENCASNombre Nombre de la cuencaCoordenada x Ubicacin horizontal en el mapaCoordenada y Ubicacin vertical en el mapaDescripcin Descripcin adicionalMarca Etiqueta opcional para clasificarPluvimetro Nombre del pluvimetro asociado a la cuencaDescarga Nombre del nudo o subcuenca que recibir el

escurrimiento de la cuenca actualrea rea de la cuenca (hectreas o acres)Ancho Ancho caracterstico del flujo debido al

escurrimiento superficial (en m)Pendiente (%) Pendiente de la cuencarea impermeable(%)

Porcentaje de la cuenca cuyo suelo esimpermeable

Coef. N(impermeable)

Coeficiente de Manning para el flujo superficialsobre el rea impermeable de la cuenca

Coef. N (permeable) Coeficiente de Manning para el flujo superficialsobre el rea permeable de la cuenca

Alm. Dep(impermeable)

Altura de almacenamiento en depresin sobreel rea impermeable de la cuenca

Alm. Dep(permeable)

Altura de almacenamiento en depresin sobreel rea permeable de la cuenca

% reaimpermeable sinAlm. Dep.

Porcentaje de suelo impermeable que nopresenta almacenamiento en depresin

Flujo entre subreas Seleccin del sentido del flujo interno entre lasreas impermeable y permeable de la cuenca:IMPERV.: flujo desde permeable haciapermeable.PERV.: flujo de impermeable a permeable.OUTLET.: ambas reas aportan directamente ala descarga.

% Escorrentatransportada

Porcentaje de escurrimiento entre las distintasreas

Infiltracin Opciones de edicin de los parmetros deinfiltracin

Aguas subterrneas Opciones de edicin de los parmetros delflujo subterrneo de la cuenca

Capa de nieve Nombre del conjunto de parmetros de nieveasignados a la cuenca

Usos de suelo Opciones de edicin de los parmetros de usodel suelo

Acumulacin inicial Opciones de edicin de los parmetros decantidades inciales de acumulacin decontaminantes sobre la cuenca

Longitud del cauce Longitud total de cuencas o cauces en lacuenca (en m). Se utiliza cuando laacumulacin de contaminantes se define porunidad de longitud del cauce



Nota: Para ejemplos de diseo de alcantarillado sanitario, las cuencas tendrn el rea de lapoblacin slo que al agregar la serie temporal, no se registrarn datos de lluvia. (Casocontrario que ejemplos de alcantarillado pluvial o combinado)

c. POZOSNombre Nombre del pozoCoordenada x Ubicacin horizontal en el mapaCoordenada y Ubicacin vertical en el mapaDescripcin Descripcin adicionalMarca Etiqueta opcional para clasificarAportes Opciones de edicin de los

parmetros de aportes (vase elsubndice i)

Tratamiento Opciones de edicin de losparmetros de tratamiento decontaminantes en la conexin

Cota de fondo Cota del fondo del pozoProfundidad mxima Tirante mximo de agua dentro del

pozoNivel inicial Tirante del agua al inicio de la

simulacinAltura de sobrepresin Altura adicional de agua por encima

del mximo antes de que aparezca lainundacin (en m). Se utiliza parasimular pozos con tapa soldada ocubierta

rea de inundacin rea ocupada por el agua acumuladasobre la conexin en caso deinundacin (en m2)

i. APORTESEn este software los aportes debidos a una poblacin se ingresan mediante el aporte de lospozos, ya que el manejo de cuencas como cuadrantes de poblacin es muy complicado y noaplican los mismos criterios, por consiguiente el aporte se realizar de la siguiente manera:Dentro del men de opciones del pozo seleccionar aportes y dar click en



Se abrir la siguiente ventana:

Si el pozo seleccionado tiene ms de un aporte, entonces se dividirn de la siguiente manera.En la pestaa de Tiempo Seco en la opcin de Valor Medio se introduce el aporte 1 que tieneel pozo; en la pestaa de Directo de igual manera en la opcin de se introduce el aporte 2 quetiene el pozo. Existe otra forma de asignar un aporte mltiple a un pozo, este es que se sumenambos aportes y se coloque la cantidad resultante como el valor medio (Esta explicacinquedar mejor demostrada con el ejemplo)Si la cuenca de poblacin descarga directamente en un pozo es necesario asignar a la cuenca elpozo seleccionado.

ii. PATRONES TEMPORALESPara el correcto diseo de un sistema de alcantarillado se deben introducir los valores de lacurva de comportamiento del aporte que presenta una poblacin, estos datos se introducende la siguiente manera:

a) En el men Datos seleccionar patrones temporalesb) Llenar la siguiente tabla con los datos requeridos por el

softwarec) Nombre: Introduzca el nombre asignado al patrn

temporal.d) Tipo: Seleccione el tipo de patrn temporal que se est

editando.e) Descripcin: Comentario o descripcin opcional para el

patrn de tiempo. (Pulse la para abrir un editor detexto si necesita ms de una lnea en el comentario).

f) Multiplicadores: Introduzca un valor para cadacoeficiente.



El nmero y significado de los coeficientes cambia en funcin del tipo de patrn temporalseleccionado:

MONTHLY MENSUAL 12 coeficientes, uno para cada mes del aoDAILY SEMANAL 7 coeficientes, uno para cada da de la semana

HOURLY DIARIO(LABORABLE)

24 coeficientes , uno para cada hora desde las 00:00 horashasta las 23:00

WEEKEND DIARIO (FIN DESEMANA)

24 coeficientes, Como el patrn HOURLY, pero aplicado sloa los fines de semana

d. VERTIDOSLos nudos de vertido son los puntos finales de una red de alcantarillado ya que en este puntose descarga el aporte de los conductos, a su vez un punto de vertido puede tener aportescomo un pozo.

Nombre Nombre del vertidoCoordenada x Ubicacin horizontal en el mapaCoordenada y Ubicacin vertical en el mapaDescripcin Descripcin adicionalMarca Etiqueta opcional para clasificarAportes Opciones de edicin de los parmetros de

aportes (series temporales)Tratamiento Opciones de edicin de los parmetros de

tratamiento de contaminantes en laconexin

Cota de fondo Cota del fondo del vertidoCompuertaanti retorno

YES si existe compuerta, NO si es el casocontrario

Tipo Condicin del entorno de la descarga:FREE: Nivel de descarga determinado por elmnimo entre el calado crtico y el caladouniforme del conducto.NORMAL: Nivel de descarga basado en elcalado uniforme del conducto.FIXED: Nivel de descarga constante.TIDAL: Nivel de descarga dado por unacurva de nivel de la marea a cada hora delda.TIMESERIES: Nivel de descarga a un nivelaportado en forma de serie temporal.

Vertido a nivel fijoNivel devertido

Nivel del agua fijo para descarga de tipoFIXED (en m)Vertido contra marea

Nombre curvamarea

Nombre de la curva que representa el nivelde agua a cada hora del da para descargasdel tipo TIDAL

Vertido variable en el tiempoNombre de laserie temporal

Nombre de la serie temporal con los datosde nivel de agua para descargas de tipoTIMESERIES



e. DEPSITOSNombre Nombre del depsitoCoordenada x Ubicacin horizontal en el mapaCoordenada y Ubicacin vertical en el mapaDescripcin Descripcin adicionalMarca Etiqueta opcional para clasificarAportes Opciones de edicin de los

parmetros de aportes (seriestemporales)

Tratamiento Opciones de edicin de losparmetros de tratamiento decontaminantes en el depsito

Cota de fondo Cota de fondo del depsito (en m)Nivel mximo Profundidad en el depsito (medido

desde la cota del terreno en m)Nivel inicial Nivel del agua al comienzo de la

simulacin (en m)rea deinundacin

rea ocupada por el aguaacumulada sobre la conexin encaso de inundacin (en m2)

Factor deevaporacin

Fraccin del potencial deevaporacin que se est utilizandopara la superficie del agua en eldepsito

Infiltracin Opciones de edicin de losparmetros de infiltracin en elfondo del depsito

Curva dealmacenamiento

Mtodo para describir la geometradel depsito:FUNCTIONAL: La geometra sigue lafuncin:

rea = (A*(NIVEL) B) + C.TABULAR: La geometra se describemediante una curva de rea-niveldel agua.

Curva definida por funcinCoeficiente Valor de A en la funcinExponente Valor de B en la funcinConstante Valor de C en la funcin

Curva definida por tablaNombre de lacurva

Nombre de la curva que describe lageometra de los depsitos congeometra de tipo TABULAR



f. CONDUCTOSNombre Nombre del conductoCoordenada x Ubicacin horizontal en el mapaCoordenada y Ubicacin vertical en el mapaDescripcin Descripcin adicionalMarca Etiqueta opcional para clasificarForma Opciones de edicin de los parmetros de

la seccin del conductoLongitud Longitud de la conduccin (en m)Coef. Manning Coeficiente de Manning del material de la

conduccinDesnivel entrada Desnivel entre la cota de fondo del pozo

inicial y el inicio de la conduccinDesnivel salida Desnivel entre la cota de fondo del pozo

final y el fina de la conduccinCaudal mximo Mximo caudal permitido en la simulacin

mediante Onda Dinmica en condicionesde sobrecarga (en unidades de gasto)

Coef. Perd. Entrada Coeficiente de prdidas menores debidas ala entrada de la conduccin

Coef. Perd. Salida Coeficiente de prdidas menores debidas ala salida de la conduccin

Coef. Perd. medio Coeficiente de prdidas menores a lo largode la conduccin

Compuerta antirretorno YES: la conduccin cuenta con compuertaantirretorno. NO: Laconduccin no dispone de compuerta.

Nota: los conductos en este software tienen una funcin indispensable que es eldesnivel de entrada y salida, esto se refiere a la distancia entre la el fondo del pozo(punto ms profundo del pozo) y el punto ms bajo del conducto, esta distancia esde suma importancia ya que es bastante til cuando dos o ms conductos llegan a unmismo pozo y funciona para variar la pendiente de cada tramo de formaindependiente.



A continuacin se muestra una tabla con las formas de conductos con las que cuentaeste software en la base de datos:

Nota: cabe destacar que todas las secciones se comportan como canales y que parael programa nunca trabajarn como tubera a presin a menos que se le indique.



PENDIENTES MXIMAS Y MNIMAS

DIMETRONOMINALEN CM.

CALCULADAS PENDIENTERECOMENDABLE PARA

PROYECTOS(MILSIMOS)

MXIMA V=3 M/SA TUBO LLENO

MNIMA V=0.6 M/SA TUBO LLENO

PENDIENTE(MILSIMOS)

GASTO(L/S)

PENDIENTE(MILSIMOS)

GASTO(L/S)

MXIMA MNIMA

20 82.57 94.24 3.3 18.85 83 425 61.32 147.26 2.45 29.45 61 2.530 48.09 212.06 1.92 42.41 48 238 35.09 340.23 1.4 68.05 35 1.545 28.01 477.13 1.12 95.43 28 1.261 18.67 876.74 0.75 175.35 19 0.876 13.92 1360.93 0.56 272.19 14 0.691 10.95 1951.16 0.44 390.23 11 0.5107 8.82 2697.61 0.35 539.52 9 0.4122 7.41 3506.96 0.3 701.39 7.5 0.3152 5.53 5443.75 0.22 1088.75 5.5 0.3183 4.31 7890.66 0.17 1578.13 4.5 0.2213 3.52 10689.82 0.14 2137.96 3.5 0.2244 2.94 14027.84 0.12 2805.57 3 0.2Tabla 1

Colchn mnimo para los diferentes conductos:Dimetro

(m)Colchn mn.

(m)D 0.45 0.9

0.45 < D 1.07 11.07



4. SIMULACINEl propsito de este software es realizar una simulacin para observar el comportamiento quetendr el sistema de alcantarillado planteado durante un periodo de tiempo indicado, acontinuacin se explica el procedimiento para realizar dicha simulacin.

a) Corroborar que se han ingresado los datos necesarios en lascuencas, nudos y conductos.

b) Se da click en calcular y el software realizar losclculos necesarios para llevar a cabo la simulacin, cuandoesta lista la simulacin aparecer la siguiente ventana.

c) Se recomienda no aceptar resultados de clculo hidrulicomayor al 10%.

Con esto se tiene realizada la simulacin del sistema en un tiempodeterminado, ahora bien para observar los resultados obtenidos en lapantalla, hay que seleccionar la pestaa de Mapa.

a. CARACTERSTICAS DE LOS NUDOSEn las opciones de nudo se despliega un men con las caractersticas quese presentan en cada nudo:

a) Cota: Nivel de la cota de cada nudo.b) Nivel: Altura del agua dentro del pozo.c) Altura: Nivel de la cota dentro del pozo (con agua).d) Volumen: volumen en m3 del pozo.e) Aporte lateral: El aporte individual de cada pozo.f) Aporte total: Aporte final que recibe el pozo.g) Inundacin: Cantidad de agua que inunda el pozo.

b. CARACTERSTICAS EN LOS CONDUCTOSEn las opciones de lneas se despliega un men con las caractersticas que se presentan encada conducto:

a) Profundidad: Dimetro del conducto.b) Coef. Manning: Valor de n para el conducto.c) Pendiente: % de pendiente del conducto.d) Caudal: Gasto que circula por el conducto.e) Nivel: Tirante dentro del conducto.f) Velocidad: Velocidad dentro del conducto.g) N de Froude: Nmero de Froude dentro del conducto.h) Capacidad: % de lleno del conducto.



c. AJUSTES DE ESCALASAl realizar modificaciones en los campos antes mencionados, estas se observarn en lapantalla con la variacin de colores de nudos y conductos, as como tambin aparecernescalas donde se presentan los colores y sus respectivos valores como se explica acontinuacin:

Estas escalas indican los rangos en los q seencuentran los valores de cada elemento, se puedenmodificar si los valores estn fuera de estos rangos.

Para modificar la escala hay que dar click (derecho) sobreella, aparecer la siguiente ventanaDar click en la opcin de Escala Automtica y con esto semodifican los valores de la escala para que los elementos seencuentren dentro de estos rangos.Dentro de este men se puede cambiar el color de losrangos.



5. DIAGRAMA DE FLUJO PARA LA SOLUCIN DE CUALQUIERCASO

Este diagrama de flujo representa de forma fcil y concreta los pasos a seguir para realizar deforma correcta el diseo de cualquier sistema de alcantarillado.

Hacer representacin grfica del problema

Obtener escurrimientos mn. y mx.

Definir dimetros.

Con qu criterio sedisear el sistemade alcantarillado?

Optimizacin deDimetros. Pendiente igual

a la del terreno.Optimizacin de

Excavacin

Definir con base en la altura del pozo y la cotadel terreno, las cotas de fondo de cada pozo;

ajustando el desnivel de salida de los conductosprevios (para no afectar la pendiente)

Realizar la simulacin en condiciones mximas

Asignar los valores a cada tramo, as como Fijarla altura del pozo inicial de cada tramo.

Prof mx= colchn mn + dimetro + desnivel

Es la primeraiteracin con

estedimetro?

Si

Aumentarel

dimetro

Proponer la pendienteplantilla mayor a la delterreno, o bien si ya sepropuso una pendientede plantilla aumentar el

valor.No



Existeinundacin? Si

No

La velocidades menor a5 m/s?

Si

No

Se cambiodimetro o

pendiente debido ainundacin o exceso

de velocidad?

No

Si

Disminuirdimetro opendientesegn

corresponda

Realizar la simulacin en condiciones mnimas

La velocidades mayor oigual a 0.3

m/s?

Si

No

Aumentar la pendiente odisminuir el dimetro

segn corresponda hastaque la velocidad en cadatramo sea mayor o igual a

0.3 m/s

Fin de la optimizacin.



6. EJEMPLOPara ayudar al lector con la compresin y funcionamiento de cada elemento con los quecuenta el software, se explicar con el siguiente ejemplo:

a. REALIZAR UNA REPRESENTACIN GRFICA DELPROBLEMA



b. OBTENCIN DE ESCURRIMIENTOS MXIMOS Y MNIMOSEstos datos se obtienen de la forma convencional, que se ensea en el curso de alcantarillado,ya que son de suma importancia para asignar valores a los distintos elementos del programa.

Tabla 2Una vez que se cuenta con los datos de los escurrimientos, gastos, longitudes y cotas delterreno, se procede al siguiente paso.

c. ASIGNACIN DE DIMETROS

Este paso es muy sencillo ya que con la ayuda de la Tabla 1 se asignan los dimetros necesariosen base a los datos de gastos, los resultados de este paso para el ejemplo son los siguientes:

Tramo QME local(L/s)

Qmin local(L/s)

dimetro(m)

A-C 1851.724 284.443056 0.91B-C 2984.503 458.449074 1.07C-D 5668.815 870.785648 1.83

Tabla 3

d. ASIGNACIN DE VALORES

En este punto se ocupan los datos anteriores como son dimetros, gastos, cotas del terreno,longitudes de cada tramo.

En la Tabla 2 se presentan los datos generales del problema, para asignar a cada nudo yconducto en cuestin.A los nudos hay que asignar los siguientes datos:

Cota de fondo Gasto o aporte (depende de las condiciones en las que se encuentre mximas o

mnimas)Nota: Cabe destacar que el aporte en nudos que reciben gastos anteriores el aporte del nudoser solamente el gasto local del nudo (restando los gastos acumulados)

Cotasterreno

Tramo Habitantespropiosdel tramo

Habitantesque

aportan altramo

Habitantesa los quesirve eltramo

Q propio[L/s]

Q med[L/s]

Q min[L/s]

QMI[L/s]

QME[L/s]

Inicial Final Longitud[m]

A-C 55000 89564 144564 216.435 568.886 284.443 1234.483 1851.724 85 82 350B-C 0 233000 233000 0.000 916.898 458.449 1989.669 2984.503 83 82 85C-D 65000 377564 442564 255.787 1741.571 870.786 3779.210 5668.815 82 80 405



A continuacin se muestra como asignar los valores a los nudos:Para el nudo A:

As como se asignaron los valores a los nudos, habr de hacerse lo mismo con los conductos,para esto se necesitan los siguientes datos:LongitudDimetroDesnivel inicial (comnmente este valor el cero)Desnivel final (depende de las condiciones en las que se requiere la pendiente del tramo)Coeficiente de rugosidadSeccin del tramoNota: Cuando se trata de sistemas de alcantarillado pequeos (menos de 20 nudos) se puedeoptimizar el sistema con las cotas de terreno y al final de la optimizacin cambiar la cota defondo de cada pozo para que cada tramo tenga el colchn mnimo, o bien para sistemasgrandes (ms de 20 nudos)lo recomendable es colocar la altura del pozo de cada tramoconsiderando el colchn mnimo que requiere el conducto.



A continuacin se presenta un ejemplo de la forma en la que se agregan los datos al softwareen un conducto.Para el conducto A-C:

Una vez que se asignaron los valores correspondientes a cada elemento se llega a la siguienteimagen:



e. CON QU CRITERIO SE DISEAR EL SISTEMA DEALCANTARILLADO?

Para garantizar un correcto diseo del sistema de alcantarillado habr que conocer la zonaestratigrfica, esto con el motivo de conocer que nos conviene ms; si aumentar dimetros porla dificultad en excavaciones, o bien aumentar la pendiente de cada tramo para evitar mayoresgastos en aumentar las dimensiones del conducto.En el diagrama de flujo este punto es un parte aguas para el diseo por lo que se explicarcada situacin por separado:

i. OPTIMIZACIN DE DIMETROS; PENDIENTE IGUAL A LADEL TERRENO.

Como su nombre lo indica habr que proponer la pendiente igual a la del terreno por lo que eldimetro, colchn mnimo, altura del pozo, etc; Pasan a segundo trmino ya que sernconstantes.Bien como el diagrama de flujo lo indica hay que definir la altura de cada pozo y proceder a lasimulacin en condiciones mximas:

Como se observa en la simulacin se presenta inundacin en el nudo A por lo que habr queaumentar el dimetro del tramo A-C de 0.91 m a 1.07 m y se realiza la simulacin:



Como ya no se presento inundacin se procede a revisar las velocidades:

Como las velocidades mximas son menores a 5 m/s se procede a la optimizacin, esto serealiza de manera muy sencilla, ya que consiste en disminuir el dimetro a la dimensininferior, esto quedara de la siguiente manera:



Ya que se cambiaron los dimetros se realiza la simulacin:

Como se observa se presenta inundacin en el nudo B por lo que hay que regresar al dimetroanterior en el conducto B-C.

Ahora bien con esto se puede proceder a revisar el sistema en condiciones mnimas ya que encondiciones mximas ya ha sido optimizado.



Sustituyendo los aportes de cada nudo por los aportes en condiciones mnimas se obtiene losiguiente:

El paso siguiente es revisar la velocidad que se presenta en cada tramo en condicionesmnimas y que esta sea mayor a 0.3 m/s

Como se observa la velocidad cumple con los parmetros establecidos y con esto se concluyeel diseo del sistema por el mtodo de optimizacin de dimetros.



Por ltimo al definir los dimetros correctos, y la pendiente (igual al terreno) se procede acalcular la profundidad real del pozo ya que se debe dejar el colchn mnimo, quedando comose muestra:

ii. OPTIMIZACIN DE EXCAVACIN; PENDIENTE MAYOR A LADEL TERRENO

Este mtodo presenta mayor dificultad que el mtodo anterior, pues ya que en este lo que sedebe variar es el desnivel de salida del tramo en cuestin, ya sea para aumentar o disminuir lapendiente.Bien este mtodo de optimizacin inicia segn el diagrama de flujo con proponer un valor dependiente mayor a la del terreno, quedando como se muestra en la tabla:

PendientesTramo Terreno PlantillaA-C 8.57142857 9B-C 11.7647059 12C-D 4.9382716 5Tabla 4

Ahora bien ya que se eligi un valor para la pendiente de plantilla lo siguiente es cambiar larepresentacin grfica para que se presenten las pendientes de plantilla propuestas ya queinicialmente se tienen los valores de la pendiente del terreno, despus de realizar los cambiosqueda como la siguiente imagen:



Como se observa cada tramo tiene la pendiente de plantilla propuesta en la Tabla 4, cabedestacar que el pozo C recibe dos tramos, entonces la cota de fondo del pozo es la delconducto con mayor profundidad (que en este caso es el tramo A-C) y el conducto con menorprofundidad se calcula el valor del desnivel para que la pendiente de dicho tramo sea igual a lapropuesta (en este caso el desnivel de salida del tramo B-C es de 13 cm)Una vez que se han modificado las pendientes de cada tramo se realiza la simulacin paraobservar los siguientes resultados:

Como se observa no se presenta inundacin y la velocidad es menor a 5 m/s por lo que habrque optimizarse el sistema de la forma en la que lo indica el diagrama de flujo que es de lasiguiente manera:Ya que en ningn momento se presento inundacin o exceso de velocidad se reduce lapendiente, en este ejemplo ya se propuso la pendiente del terreno (en la optimizacin de



dimetros) por lo que se propone que la pendiente sea menor a la del terreno, quedando de lasiguiente manera:

PendientesTramo Terreno PlantillaA-C 8.57142857 8B-C 11.7647059 11C-D 4.9382716 4

Ahora bien ya que se cambiaron los valores de la pendiente de plantilla de cada tramo a otrosmenores a la pendiente del terreno, se realiza la simulacin:



Como los valores de inundacin son cero y la velocidad es bastante menor a 5 m/s se repite elpaso anterior que es disminuir la pendiente de cada tramo como sigue:

PendientesTramo Terreno PlantillaA-C 8.57142857 7B-C 11.7647059 10.5C-D 4.9382716 3

Ya que se modificaron los valores de la pendiente de plantilla se realiza la simulacinquedando lo siguiente:



Como se observa los valores propuestos para la pendiente de plantilla se presenta inundacinen el nudo B por lo que se regresa al valor anterior de pendiente de plantilla, los otros tramosse quedan con el mismo valor ya que no presentaron problemas de inundacin ni de exceso develocidad, quedando como la siguiente imagen:

Una vez realizados los cambios en la pendiente de plantilla del tramo en conflicto se realizauna ltima simulacin para corroborar que el sistema funcione adecuadamente:



Como se observa no se presenta inundacin en ningn nudo y la velocidad es menor a 5 m/scon lo cual se realiza una revisin del sistema en condiciones mnimas:

Ya que se comprob que en condiciones mnimas cumple con la velocidad mayor a 0.3 m/s seconcluye que el sistema esta optimizado por este mtodo.Por ltimo habr que modificar los valores de profundidad de cada pozo para que se coloqueel valor del cochn mnimo a cada tramo quedando el sistema como se muestra:

Nota: Como se observa el mismo ejemplo fue optimizado por ambos mtodos por lo que sepuede hacer una combinacin de ambos para optimizarlo por completo esto se puede hacerdisminuyendo dimetros y a su vez aumentar la pendiente de plantilla de cada tramo.



iii. OPTIMIZACIN POR AMBOS MTODOS

Esto proceso de optimizacin no se puede realizar en todos los casos ya que no serconveniente en terrenos donde es costosa la excavacin o bien en lugares donde laoptimizacin sea por el mtodo de dimetros.Despus de iteraciones se obtuvo la optimizacin:

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