REGLAMENTO TECNICO DE DISEOPARA PROYECTO DE SUMIDEROS

1. UBICACION DE SUMIDEROSExiste una serie de reglas y criterios para determinar la correcta ubicacin desumideros, estos son:

Ubicar sumideros en puntos bajos y depresiones, En lugares donde se reduzca la pendiente longitudinal de las calles, Justo antes de puentes y terraplenes, Preferiblemente antes de los cruces de calles o de pasos de peatones (cebras).

Tambin es necesario tener en cuenta un conjunto de recomendaciones que debenllevarse a la prctica durante la etapa de la construccin, las cuales son:a) Analizar el esquema geomtrico de cada calle, particularmente su seccintransversal, de tal forma de decidir si se debe o no construir un sumidero en cada lado,o solo en el lado bajo,b) En las intersecciones de calles y en especial cuando deba impedirse el flujotransversal, pueden crearse pequeas depresiones para garantizar la completacaptacin de las aguas,c) No se deben ubicar sumideros en lugares donde puedan interferir otros servi ciospblicos como electricidad y telfonos.Los grficos N 1, N 2 y N 3 dan varios ejemplos tpicos sobre la ubicacin desumideros..

2. TIPOS DE SUMIDEROSLa seleccin del tipo de sumidero apropiado es importante, pues de dicha seleccindepende la capacidad de captacin de caudal y en consecuencia el caudal que ingresa alos colectores.En general los sumideros se pueden dividir en cuatro tipos:a) Sumideros de ventana,b) Sumideros de reja,c) Sumideros mixtos,d) Sumideros especiales.a) SUMIDERO DE VENTANAConsiste en una abertura a manera de ventana practicada en el bordillo o cordn deacera generalmente deprimida con respecto a la cuneta.El sumidero posee, adems de la ventana, un canal lateral de desage, una pequeacmara de recoleccin de sedimentos y una tubera de conexin con el colector pblico.La longitud de la ventana normalmente es de 1,50 m con una depresin mnima de 2,5cm.

El Funcionamiento Hidrulico de ste sumidero es INEFICIENTE, en especial cuando noexiste la depresin o se encuentra ubicado en calles de pendiente pronunciada.Su mayor ventaja radica en su poca interferencia con el trnsito de vehculos, al margende esto son costosos y captan fcilmente sedimentos y desperdicios (basuras), queperjudican su normal funcionamiento.Son de utilidad las siguientes recomendaciones para decidir la utilizacin de este tipo desumidero.

Razones de tipo vial en funcin a una prioridad de la va, Es recomendable su uso en puntos bajos, No deben ser utilizados cuando existe la posibil idad de acarreo cuantioso de

sedimentos y desperdicios.b) SUMIDERO DE REJASConsiste en la ejecucin de una cmara donde penetran las aguas pluviales, sta secubre con una reja para impedir la precipitacin de vehculos, personas u objetos de uncierto tamao. Generalmente consta de la reja propiamente dicha, la cmara dedesage y la tubera de conexin al colector.Existen numerosos tipos de rejas, tales como aquellas de barras paralelas a la direccinde flujo (ms comn) en la calzada, de barras norm ales a dicha direccin. Existendiferentes formas de barras siendo las ms comunes las rectangulares (pletinas) y lasredondas.La mayor ventaja de ste sumidero, es su capacidad hidrulica bastante superior al deventana, en especial en pendientes pronunc iadas.Su mayor desventaja son los inconvenientes que causa al trnsito y la facilidad decaptacin de desperdicios que tapona el rea til de la reja, adems del ruido que seproduce cuando pasa un vehculo sobre ella. El anlisis de sus ventajas y desven tajasas como de sus propiedades hidrulicas, permite efectuar las siguientesrecomendaciones.

Utilizarlos preferentemente en calles o avenidas de pendientes pronunciadas (deun 3 % ms),

Las rejas de barras dispuestas en forma diagonal, por su uso gen eralizado y porsu ventaja para la circulacin de bicicletas, es utilizada preferentemente,

No se deben utilizar sumideros deprimidos de rejas cuando stos ocupen parte ola totalidad de la calzada,

No se deben utilizar en puntos bajos, salvo cuando no s ea posible colocar los detipo ventana.

c) SUMIDERO MIXTOEs una combinacin de los dos anteriores, tratando de tomar de cada uno de ellos loms positivo, es decir, mejorando la eficiencia del sumidero de ventana y reduciendo laocupacin de la calzada para el sumidero de rejas.Las recomendaciones prcticas para su utilizacin son las siguientes:

Utilizarlos en lugares donde sera en principio, preferibles los sumideros deventana, pero donde la eficiencia de captacin de stos sea menor del 75 %,

Es recomendable suponer un rea efectiva del 67 % del rea neta total de la rejay la ventana..

d) SUMIDEROS ESPECIALESSon aquellos que tienen una configuracin algo diferente a las anteriores, tal como sepueden ver en los grficos correspondientes.Son utilizados en los siguientes casos:

Conexin de calles con canales abiertos o cauces naturales, Coleccin de aguas superficiales de reas extensas, Conexin directa entre colectores y pequeas calles naturales.

HIDRAULICA DE SUMIDEROS1.CAPACIDAD DE AGOTAMIENTO DE UNA BOCA DE TORMENTALa capacidad de una boca de tormenta/sumidero, cualquiera sea su tipo, depende de laaltura de agua en el tramo de acera aguas arriba del sumidero. Si sta estuvieseubicada en un tramo de pendiente uniforme, la altura de agua en la cuneta dependerde sus caractersticas como conducto libre. Tales caractersticas incluyen la seccintransversal, la pendiente y la rugosidad de la cuneta y de las superficies del pavimentosobre el cual escurre el agua.En la determinacin de la capacidad del sumidero, la primera condicin es que lascaractersticas de escurrimiento en conducto libre de la cuneta aguas arriba seanconocidas.

2. CALCULO DE LA CAPACIDAD DE CAUDAL DE UNA CUNETACuando la seccin transversal de la cuneta consiste esen cialmente de un pavimento conpendiente uniforme, el caudal puede ser rpidamente calculado usando el nomogramade IZZARD para escurrimiento en un canal triangular. Este nomogramas es tambinaplicable a secciones compuestas de dos o mas partes de seccione s diferentes.El nomograma de IZZARD, permite calcular la altura de agua en el bordillo de acerapara un caudal dado o viceversa. En estos clculos se debe tener presente que la alturade agua obtenida es para una longitud de cuneta suficiente para estable cer unescurrimiento uniforme, siendo esta longitud probablemente 15 m.Invariablemente, una cuneta va gradualmente acumulando agua de modo que el caudalno es constante a lo largo de su longitud.Para el clculo del caudal en cunetas es posible el empleo de la frmula de Manningconsiderando una seccin triangular.Los valores del coeficiente "n" de Manning adoptados, son los siguientes: Cuneta de concreto con un buen acabado (frotachado fino). - 0,012

Pavimento asfltico.* Textura lisa - 0,013* Textura spera - 0,016 Cuneta de concreto con pavimento asfltico.* Textura lisa - 0,013* Textura spera - 0,015 Pavimento de concreto.* Acabado con plancha - 0,014* Acabado manual fino - 0,016* Acabado manual spero - 0,020Para cunetas con pendientes pequeas donde es posible la acumulacin de sedimentos ,los valores de "n" mencionados deben ser incrementados en 0,002 a 0,005.

3. CAPACIDAD DE DRENAJE DE LOS SUMIDEROSEl nomograma de IZZARD fu construido para la siguiente ecuacin:

El mismo nomograma tambin puede ser utilizado en el clculo de cunetas en "V" parael caso de cunetas amplias.

4. CARACTERISTICAS DE LOS SUMIDEROSLos sumideros pueden tener o no una capacidad establecida para interceptar el caudalque corre por la cuneta. Todos los tipos de sumideros captan ms agua a medida queaumenta la altura de agua en la cuneta, pudiendo parte del caudal, sobrepasar elsumidero.Un sumidero ubicado en un punto bajo de una cuneta, captar eventualmente toda elagua que alcance (siempre que no quede completamente ahogado), pero la altura deagua puede tornarse excesiva si el sumidero no tuviese una altura suficiente. En loscasos ms comunes, de cuneta con pendiente uniforme en un nico sentido longitudinal,las dimensiones significativas son el ancho de la reja normal y el ancho de abertura libreparalela al sentido de escurrimiento en la cuneta.

5. SUMIDEROS DE VENTANASe utilizan como elementos de captacin de la escorrenta en vas confinadas porcordones de acera. Estos elementos y la pendiente transversal de la calzada determinanuna seccin triangular para el flujo de aproximacin al sumidero, el cual tiene pocaprofundidad y un ancho superficial condicionado por las normas que limitan el grado deinterferencia con el trnsito de vehculos.a) CALCULO DE LA CAPACIDADLa capacidad de un sumidero de ventana depende principalmente de los siguientesfactores:

1. Condiciones de flujo de aproximac in, expresada por el caudal QA y la altura deagua en el cordn de acera YA a su vez interrelacionados por la geometra de lava, su pendiente longitudinal So y rugosidad n.

2. Longitud L de la ventana.3. Para un mismo caudal QA y en relacin a un sumidero de longitud L, su capacidad

de captacin Q1 disminuye con la pendiente longitudinal de la va, puesto que YAse hace menor y por lo tanto se reducen las cargas hidrulicas que inducen alingreso lateral del agua.

4. Especificado QA, L y So la capacidad de lo s sumideros de ventana aumenta conincrementos de la pendiente transversal de la va Sx.

Algunas recomendaciones de tipo prctico que resultan de investigacionesexperimentales deben ser consideradas.

1. La prctica ha demostrado que la eficiencia del sumide ro de ventana, mejoraostensiblemente si en su proyecto se especifica una depresin en un sectoradyacente a la abertura.

2. El efecto de las ondas superficiales que se generan en las alteraciones de loscontornos, si el rgimen de aproximacin es supercrti co.

3. La dispersin de datos y por lo tanto la dificultad en la seleccin del coeficiente dedescarga que interviene en la ecuacin del flujo de descarga lateral.

A continuacin se expone el mtodo de clculo del SUMIDERO DE VENTANA sindepresin o con ella.La figura correspondiente resume la nomenclatura utilizada.En los trabajos de investigacin realizada por la John Hopkins University sobre hidrulicade sumideros se encontr experimentalmente que el gasto interceptado QA por unsumidero de ventana sin depresin puede expresarse mediante la relacinsimplificada.

Donde K depende solo de coeficiente transversal de la calzada Sx.Para valores de Sx de 8 %, 4 % y 2 %, K resulta ser 0,23; 0,20 y 0,20respectivamente.La ecuacin puede aplicarse con seguridad hasta un valor de V A g YA igual a 3,correspondiente al lmite superior ensayado.En el caso de sumideros de ventana con depresin, tambin se determinexperimentalmente que la capacidad Q1 del sumidero se puede expresar mediante lasiguiente ecuacin:

El valor de C viene determinado por las siguientes expresiones, donde Y A y VAcorresponden al flujo de aproximacin:

Como es fcil verificar M y F son adimensionalesDebe mencionarse que la longitud L (fig.1 b) debe ser por lo menor 10 veces laprofundidad de la depresin a. Igualmente las ecuaciones se han obtenido con lalongitud de la transicin aguas abajo L 2 igual a 4 veces la depresin a. Para los casosdonde la distancia b (fig. 1 d) es diferente de a, o cuando L 2, es diferente de 4a, serecomienda utilizar la siguiente expresin modificada de C.

El parmetro a1 es ahora el valor de la profundidad de una depresin tal que con unatransicin aguas abajo de longitud 4 a1, determina la misma elevacin vertical, q ueaquella correspondiente a la depresin especfica con dimensiones b y L2.Con las ecuaciones anteriores y de acuerdo al siguiente procedimiento es posible realizarel clculo de sumideros de ventana con depresin para diversas dimensiones de laestructura.1. Seleccionar las caractersticas generales del sumidero que son:

Pendiente transversal de la calzada, Pendiente longitudinal de la calzada, Ancho de inundacin T, Coeficiente de rugosidad n.

Con estos datos se determinan los factores hidrulicos propios del rgimen deaproximacin, tales como YA, QA y VA.2. Determinar la energa especifica Ho del flujo, justamente en la seccin de entrada dela ventana.

La ecuacin anterior permite calcular la altura del agua Y, en la seccin aguas arriba dela ventana (generalmente debe seleccionarse a la altura alterna supercrtica).3. Con los valores de Qo y Q, las caractersticas de la depresin a y de las transicionesse determinan los valores de C y K a partir de las ecuaciones.

4. Calcular Q1 con la ecuacin correspondiente. (ecuacin 1 y 2)b) CALCULO DE SUMIDEROS DE VENTANA NORMALIZADOSPara el clculo de la capacidad de sumideros normalizados ti pificados en planosadjuntos, se requiere usualmente la magnitud del caudal que sobrepasa el sumidero,correspondiente a un caudal de aproximacin establecido. La relacin entre estasvariables que mejor se ajusta a las condiciones reales fu investigada e n modelos de loscuales se han obtenido los grficos en anexo.c) SUMIDEROS DE VENTANA EN PUNTOS BAJOSLa capacidad de sumideros de ventana ubicados en puntos bajos, se determina en otrascondiciones ya que su comportamiento hidrulico difiere de los ubica dos en vas conpendiente. Si para el caudal de proyecto y las dimensiones de la abertura prevalece unrgimen con superficie libre, la estructura opera como un vertedero de cresta ancha. Sinembargo cuando la carga de agua llega a ser mayor que la altura de la ventana, elsumidero se comportar como un orificio.El grfico de la figura 6 permite determinar la capacidad de sumideros de ventana enpuntos bajos, con una depresin de 5,0 cm.Los grficos correspondientes proporcionan la misma informacin para depresiones de2,5 cm y 7,5 cm aplicables slo a la condicin de flujo con superficie libre.d) SUMIDEROS DE REJAComo se indic anteriormente, el agua que fluye por la va es interceptada medianteuna reja constituida por pletinas metlicas separadas por una distancia tal, que sinresultar objetable para el trfico, permita una mxima captacin del escurrimiento.Desde el punto de vista hidrulico, generalmente el flujo puede asimilarse a un flujoespacialmente variado con descarga de fondo.La ubicacin de un Sumidero de Reja en punto bajo de la calzada, equivalehidrulicamente a la descarga por un orificio, dependiendo su capacidad de rea delorificio y de la profundidad o carga de agua sobre la reja.

A. CALCULO DE LA CAPACIDADA continuacin se expone el mtodo de clculo para sumideros de reja que soninvestigaciones experimentales de la John Hopkins University. Se utilizar lanomenclatura correspondiente a las magnitudes y dimensiones que aparecen en losgrficos.Cabe destacar que ste mtodo es s lo aplicable a rejas con barras o pletinaslongitudinales, es decir, paralelas a la direccin del flujo y sin depresin.En general la longitud Lo, requerida para captar toda el agua que fluye sobre la reja,puede expresarse como:

Donde:K es un coeficiente que depende de la geometra y separacin de las barras que formanla reja. La longitud real L de la reja, debe ser por lo menos igual o mayor que Lo, lo cualsucede usualmente cuando el valor de: VA/ g YA. En estos casos el valor de L no limitala capacidad de la reja.El gasto Qs que sobrepasa la reja ser la suma de Q1 y Q2 aunque usualmente Q1 esdespreciable. Estos dos valores se determinan.

Donde Y esta definida en figura cor respondiente.Conocidos Q1 y Q2 se determina QS, siendo entonces Q1 = Q4 - QS. La longitud Ldeber, en cualquier caso, ser mayor que Lo.

B. SUMIDEROS NORMALIZADOS DE REJASPara determinar la capacidad de las rejas, se requiere conocer tanto la pendientetransversal como la pendiente longitudinal de las calles, adems de las caractersticasde la reja.Los grficos para rejas en calzada y en cuneta fueron conformados por hidrulicaprctica. La lnea que limita la aplicabilidad de los grficos se refiere al mximo caudalque puede ser interceptado por una reja de cierta longitud, en una calle de pendienteconocida. Tal como puede observarse en los grficos, el caudal mximo interceptadodisminuye al aumentar la pendiente longitudinal de la calle.La Reja Tipo Calzada tiene 1,50 m x 0,90 m pero sus dimensiones tiles son 1,32 m x0,72 m; el rea neta de ranuras es de 0,68 m2, que representa un 72 % de la superficiede la cmara. La reja tipo cuneta es ms pequea y tiene 66 cm de ancho por 96 cm de

largo y 10 ranuras con un rea neta de 0,27 m2, que representa casi el 50 % del reade la cmara.Cuando en el sentido del flujo se tenga ms de una reja en sucesin, se podr calcularel caudal interceptado mediante la frmula:

Donde Q1 viene expresado en (L/s) cuando las dems variables estn en unidadesmtricas siempre y cuando:

Ntese que en el caso de varias rejas, B sera mltiplo de 1.50 m y L mltiplo de 0.90 mpara las rejas en calzada.

C. SUMIDEROS EN PUNTOS BAJOSPara estimar la capacidad de sumideros de rejas en puntos bajos, puede utilizarse lafrmula experimental de la John Hopkins University.

Donde Q1 es el caudal interceptado, YP la profundidad promedio del agua sobre la reja yA el rea til de aberturas en la reja.- SUMIDEROS MIXTOSSe entiende por una combinacin de reja y ventana. Para calcular la capacidadcombinada de estos sumideros, hay que considerar la ubicacin relativa de los mismos ylas variables determinantes de la capacidad de cada uno. La metodologa consiste ensumar juiciosamente los caudales de entrada, es decir, calcular por separado y sumarlos Q1 obtenidos. El clculo debe hacerse con condiciones de aproximacin diferentes;rara vez se puede determinar la capacidad sin recurrir a factores de seguridad.- SUMIDEROS ESPECIALESNo pueden clasificarse entre ninguno de los tres tipos anteriores, pero funcionan conalguna de las caractersticas hidrulicas descritas para uno de esos tipos. Se recomiendaemplear una de las metodologas generales para la estimacin de capacidades de obrasde pequea envergadura. En caso de sumideros de gran tamao, sera recomendabledeterminar su comportamiento mediante modelos hidrulicos.

EJEMPLOS DE CALCULO1. SUMIDEROS DE VENTANAa) SIN DEPRESIONEn un sumidero de ventana, se tiene los siguientes datos:

Se requiere determinar un sumidero de ventana necesario para captar el 90 % delcaudal de aproximacin.Con los datos y el Nomograma de Izzard, se obtiene:

b) CON DEPRESIONSe desea determinar la capacidad de intercepcin de un sumidero de ventana,deprimido, con las caractersticas citadas a continuacin:

Se proceder a determinar el porcen taje de caudal interceptado para una pendientelongitudinal de la va de So = 0,02El valor de:

El caudal QA y la velocidad VA del flujo de apro ximacin se calculan mediante elnomograma de Izzard.

La energa especfica del flujo de aproximacin ser:

La energa especfica en la seccin de entrada a la ventana ser:

Para K se toma el valor recomendado para Sx = 2 % o sea igual a 0,02

El caudal derivado para K = 0,02

Comparando este valor con el de QA se establece que el sumidero, captar la totalidaddel caudal de aproximacin

C. SUMIDEROS NORMALIZADOS

Se requiere determinar la magnitud del caudal i nterceptado por un sumidero de ventanacolocado a un lado de una calle con pendiente longitudinal So = 0,03 y pendientetransversal: Sx = 0,02 donde el ancho de inundacin alcanza a 2,5 m. El sumidero esdel tipo normalizado con L = 2,5 m. de longitud de v entana y 5,0 cm. y depresin de 60cms. de ancho.Se recurre a los grficos para una longitud de sumidero L = 1,5 m. con T = 2,5 m. y So= 0,03, con cuyos datos se determina la relacin de intercepcin Q1/QA = 0,43interpolando para Sx = 0,02, el valor de n = 0,016.El gasto total determinado con el Nomograma de Izzard para

En consecuencia, la magnitud del caudal interceptado ser:

C1 EN PUNTOS BAJOSUn sumidero de Ventana normalizado, ubicado en punto bajo, tiene las siguientescaractersticas:Longitud L = 3,0 m.Altura h = 17,5 cm.Depresin con a = 2,5 cm. y B = 30 cms. Identificando las calles que bajan hacia ladepresin como

Norte N y Sur S. los caudales sonQN = 200 L/s Son = 0,002QS = 300 L/s Son = 0,003Q = 500 L/sLa calle tiene 20 m. de ancho, bombeo de 2 %, coeficiente de rug osidad n = 0,016. Delgrfico se obtiene Y = 23 cm. para Q = 500 L/s. El sumidero funcionar ahogado porqueY > h.La capacidad del sumidero

2. SUMIDEROS DE REJAa) Tipo GeneralCon datos de clculo:

Determinar la longitud L para captar todo el caudal

Por el nomograma de Izzard obtenemos:

Si la seccin transversal fuese uniforme en ese ancho, T = 1,09 m., obtenemos delnomograma de la siguiente figura el valor de M = 11,8, por tanto:

Para verificar se determina el valor de LO, siendo YA = 0,091 m.

No utilizando barras transversales en la reja y adoptando M = 4 se tiene:

Utilizando algunas barras transversales, adoptamos M = 8

En esas condiciones una longitud de 1,32 m para la reja es suficiente para los dos casos

b) Tipo NormalizadoLos sumideros Tipo Calzada Normalizados, tienen 1,50 m x 0,90 m. pero susdimensiones tiles son 1,32 m x 0,72 m, el rea neta de las ranuras es 0,68 m2 querepresenta un 72 % de la superficie de la cmara.La reja Tipo Cuneta, es ms pequea, tiene 60 cm. de ancho por 96 cm. de largo y 10ranuras con un rea neta de 0,27 m2 que representa casi el 50 % del rea de lacmara.Determinar la capacidad de Intercepcin de un sumidero de reja en la calzada normal ala direccin de flujo con pendiente transversal hacia el sumidero Sx = 0,02 y pendientelongitudinal del 5 % la altura del bordillo es de 15 cm y n = 0,016.El nomograma de Izzard se usa para determin ar el caudal de aproximacin por la calleQA:Se tiene :

y L efectiva 1,32 m.

Altura mxima de agua en el cordn de acera

c) Sumideros de Rejas en Puntos BajosLa frmula prctica fue obtenida del trabajo de la John Hopkins University.

donde:

Q1 = Caudal por metro cuadrado de reja, A excluyendo las reas ocupadas por lasbarras.Para la aplicacin de la frmula dividimos entre 2 el rea de abertura de la reja paratomar en cuenta una posible obstruccin parcia l de la reja, suponiendo as que solo lamitad de la reja es utilizada.Si la carga estuviese comprendida entre 12 y 42 cm o sea adoptado otro valor, stedepender del juicio del ingeniero, en razn al vrtice que se forma sobre la reja.

UBICACION DE SUMIDEROS Y ESPACIAMIENTOSe establece como norma de referencia el espaciamiento mximo entre sumideros enfuncin a la pendiente de la calle segn se indica a continuacin.

En calles mayores a 20 m. de ancho y pendientes mayores, la distancia mxima ser de50,0 m.

REFERENCIA RAPIDA PARA EL CALCULO DE SUMIDEROS DE VENTANA CON DEPRESION

Estos valores fueron obtenidos para sumideros de ventana de 1,37 metros de largo y 15cm. de altura de ventana

REFERENCIA RAPIDA PARA SUMIDEROS DE REJAComo una referencia rpida y prctica para el diseo de sumideros de rejasNormalizados con dimensiones de 0,61 x 0,90., con una depresin de 5 cm. se tiene elcuadro siguiente: