ANEJO Nº 5.- ESTUDIO DEL SANEAMIENTO

Transcripción

1 ANEJO Nº 5.- ESTUDIO DEL SANEAMIENTO

2 ESTIMACIÓN DE CAUDALES ESTIMACIÓN DE LOS CAUDALES DE SANEAMIENTO A TRANSPORTAR De manera previa al análisis del comportamiento de los colectores existentes, en cuanto a su capacidad de transporte de aguas pluviales y residuales, es preceptivo conocer qué caudales es razonable esperar que deban ser transportados en Hipótesis de cálculo Para un cálculo al uso de un colector de saneamiento, se debe tener en cuenta un caudal de diseño, que constará, por un lado, de las máximas necesidades de evacuación de aguas residuales generadas en la zona atendida por la red y por otro lado las aguas de lluvia asociadas a un determinado periodo de retorno. De manera habitual se suele asumir una simplificación totalmente coherente en el diseño de redes de saneamiento, que se trata de utilizar únicamente los caudales provenientes del agua de lluvia para el dimensionamiento de la red, basándonos en el hecho de que estos caudales, son en realidad dos órdenes de magnitud mayores que los provenientes de las aguas residuales, bastante menores y en general estables. A pesar de esta posibilidad, en este caso vamos a proceder a asumir unos caudales de diseño de aguas residuales, a partir de dos datos: dotación doméstica y población doméstica, asociados a las áreas estudiadas. Caudales de diseño: aguas residuales La dotación doméstica, es un volumen medio diario de agua suministrar por cada habitante para atender las necesidades domésticas y las comunes o de servicios públicos. En el caso de Huesca adoptaremos un valor de 280 l/hab/día para el caso de una ciudad de entre y habitantes, con una actividad industrial comercial de tipo medio. Por otra parte, el municipio de Huesca cuenta, según datos del padrón a 1 de enero de 2015 con una población total de habitantes, de los cuales pertenecen a Huesca capital. Se ha llevado a cabo una estimación de la población asociada a cada una de las áreas de estudio, del total de la ciudad.

3 Población aproximada de la zona (hab) Dotación de aguas domésticas (l/hab/día) Caudal de aguas residuales domésticas MEDIO en el año actual (litros/segundo) Caudal PUNTA de aguas residuales domésticas según consideraciones de la Confederación Hidrográfica del Norte (1995) (l/seg) Caudal MÍNIMO de aguas residuales domésticas según consideraciones de la Confederación Hidrográfica del Norte (1995) Calle Cabestany 11500,00 280,00 37,27 70,00 18,63 Calle San Lorenzo 3400,00 280,00 11,02 24,96 5,51 Calle Padre Huesca 12000,00 280,00 38,89 72,61 19,44 Caudales de diseño: aguas pluviales Las cuencas de aportación consideradas para el estudio del entorno, son las que aparecen en el Plano 5.- Cuencas de aportación con finalización en la Plaza de Santa Clara: Sus características más relevantes son: Zona asociada al colector de residuales que discurre por Calle Cabestany: o Cota máxima: 475 m o Cota mínima: 457 m o Longitud máxima de la cuenca: m o Superficie total: ,03 m2 Zona asociada al colector de residuales que discurre por Calle Padre Huesca: o Cota máxima: 477 m o Cota mínima: 458 m o Longitud máxima de la cuenca: m o Superficie total: ,09 m2 Zona asociada al colector de residuales que discurre por Calle San Lorenzo:

4 o o o o Cota máxima: 483 m Cota mínima: 457 m Longitud máxima de la cuenca: 602 m Superficie total: ,30 m2 En cuencas rurales, para la determinación del caudal de las aguas pluviales de diseño, QP de los colectores que componen las redes de saneamiento, se propone aplicar la formulación del método racional: QP = K x Ce x It x A 3.6 QP (m 3 /s): Caudal de aguas pluviales. It (mm/h): Intensidad media de precipitación correspondiente al período de retorno considerado y a un intervalo igual al tiempo de concentración, Tc. A (km2) Ce: drenada. Área de la cuenca o superficie drenada Coeficiente medio de escorrentía de la cuenca o superficie K: Coeficiente representativo del grado de uniformidad con que se reparte la escorrentía (método Témez modificado). En ausencia de información detallada suele tomarse el valor de 1,2 En la práctica real, en Proyectos pequeños, (con superficies urbanas menores de 200 ha, en las que la mayor distancia no excede de 1,5 a 2 km) el método racional es uno de los más utilizados. Gracias al empleo del coeficiente K, representativo del grado de uniformidad de la escorrentía, el método es utilizable para cuencas de hasta km2. Sólo para cuencas de mayor tamaño, es aconsejable realizar un modelo hidrológico-hidráulico que incluya hietogramas variables en el tiempo. Áreas de las cuencas o superficies drenadas Área de las cuencas o superficies drenadas (km2) Calle Cabestany Calle San Lorenzo Calle Padre Huesca 0,3911 0,0463 0,3084

5 Intensidad media de la precipitación La intensidad medida de la precipitación de la fórmula anterior, será la asociada a una duración igual al tiempo de concentración considerado, para el cual tomaremos como valor: Tc = te + tr Tc (horas) te (horas): tr (horas): Tiempo de concentración Tiempo de recorrido en cauces naturales Tiempo de recorrido en conducciones de la red Este tiempo de concentración, tc, es el tiempo necesario para que llegue a la sección de cálculo considerada el máximo caudal de la cuenca y es suma del tiempo de escorrentía, te, que es el que tarda el agua caída en alcanzar la red de alcantarillado, que suele oscilar entre los 2 y los 20 minutos y del tiempo de recorrido, tr, que es el tiempo que tarda el agua, que discurre por la red de alcantarillado, en alcanzar el punto en el que se estudia la sección. Para nuestro caso, consideraremos que el agua discurre totalmente por escorrentía por superficie, hasta llegar al punto de estudio de la sección, considerando tr = 0, y por tanto el tiempo de concentración coincidirá con el tiempo de recorrido por cauces naturales: te (horas): L (km): J (m/m): te = 0.3 L J Tiempo de recorrido en cauces naturales. Longitud del cauce principal Pendiente media del curso principal en tanto por uno. Calle Cabestany Calle San Lorenzo Calle Padre Huesca Tiempo de recorrido en cauces naturales (horas) Finalmente debemos conocer la intensidad de lluvia que debemos considerar para el ámbito geográfico en el cual se ubicará la obra, en este caso la ciudad de Huesca. La 1,05 0,55 0,95

6 primera característica a considerar al respecto de la intensidad de lluvia, será su variación en el tiempo y por tanto determinar qué intensidad de lluvia será sensato utilizar. En el caso de poblaciones del tamaño de Huesca, es aconsejable trabajar sobre la base de los aguaceros cortos y violentos, que, para el caso de ramales de saneamiento cortos, son los que generan el caudal mayor. El cálculo de la intensidad medida de precipitación It, asociada a una duración t, se realizará a partir del valor de la lluvia diaria areal (Pd), según la ley intensidad-duración: I t = I d T I 1 I d 0.1 c 1 It(mm/h): deseado Intensidad media correspondiente al intervalo de duración t Id (mm/h): Intensidad media de precipitación correspondiente al periodo de retorno considerado y a un intervalo t de horas Pd(mm): Precipitación total diaria correspondiente a dicho período de retorno. T (h): duración del intervalo al que se refiere It, en horas. El valor de t deberá ser igual al tiempo de concentración. La precipitación total diaria Pd se determinará conforme a los criterios indicados en el mapa de máximas lluvias diarias en la España peninsular del Ministerio de Fomento, Pd = Yt x P Pd(mm): retorno. Precipitación total diaria correspondiente a dicho período de Yt: Cuantil regional, que depende del coeficiente de variación Cv y del periodo de retorno T P(mm): Valor medio de las precipitaciones máximas

7 De la imagen a continuación podemos deducir el valor de P para la ciudad de Huesca, que será de 50 mm y un coeficiente de variación de Cv = 0.38 Dado que, para el cálculo de caudales pluviométricos de cara al dimensionamiento de saneamientos urbanos, adoptaremos un valor del periodo de retorno de T=10 años, obtenemos un valor del cuantilyt de 1,469

8 Por tanto, el valor de la Precipitación diaria, Pd = x 50 = 73,45 mm, resultando la Intensidad diaria Id = 73,45 mm/24 h = 3,06 mm/hora El valor del factor regional, I1/Id para la ciudad de Huesca, tiene un valor de 10.5

9 A partir de todos estos valores, y aplicando el tiempo de concentración obtenido para cada una de las subcuencas, obtendremos un valor de la Intensidad total, It necesaria para calcular el caudal total. Finalmente, se estima procedente tomar un coeficiente de escorrentía, para una zona residencial con la densidad de habitantes del entorno del centro de Huesca C=0,725 Los caudales máximos de aguas pluviales, así calculados para cada una de las 3 áreas, de manera independiente serán:

10 Caudal de aguas pluviales QP (m3/seg) Caudal de aguas pluviales QP (l/seg) Calle Cabestany Calle San Lorenzo Calle Padre Huesca 2, ,57 0,63 630,66 2, ,72 Finalmente, adicionando los valores anteriormente calculados para las aguas residuales, obtendremos como valores totales máximos para cada zona, que llegan a Plaza Santa Clara. La suma de todos ellos, sería la cantidad total a evacuar, mediante el colector de Alfonso II de Aragón: Calle Cabestany Calle San Lorenzo Calle Padre Huesca Caudal de aguas pluviales QP (l/seg) Caudal PUNTA según consideraciones de la Confederación Hidrográfica del Norte (1995) CAUDAL TOTAL MÁXIMO (l/seg) 2.980,57 70, ,57 630,66 24,96 655, ,72 72, ,33 CAUDAL TOTAL MÁXIMO (l/seg) Caudal para colector en Alfonso II de Aragón 6292,52

11 CÁLCULOS HIDRÁULICOS ANÁLISIS DE FUNCIONAMIENTO DE LAS SECCIONES ACTUALES Y DISEÑO DE LAS NECESARIAS EN SU CASO, PARA LOS COLECTORES Consideraciones previas A continuación, se lleva a cabo un análisis de las características teóricas que deberían tener los colectores del entorno de la Plaza de Santa Clara, a partir de unos caudales de diseño antes calculados. Dichas características teóricas o de diseño, serán comparadas con sus características reales observadas (materiales, sección). El material de las conducciones actuales y las teóricas analizadas es hormigón. En la actualidad, en la mayor parte de los casos se trata de ovoides y en algún caso fábrica de ladrillo. Todas las consideraciones que se llevan en cuenta en el presente análisis, consideran redes en funcionamiento en régimen de lámina libre y con velocidades tales que no produzca erosiones ni sedimentaciones. Cálculos hidráulicos Los colectores analizados son, en primer lugar, lo que teóricamente, recogen y transportan caudales de saneamiento hasta confluir en la Plaza de Santa Clara: Colector que discurre por Calle Cabestany: Ovoide de hormigón de dimensiones interiores 1200 mm x 800 mm. Este colector tiene un largo recorrido y recoge aguas desde la zona Nor Oeste de la ciudad, con cabecera aproximada en la zona Avenida Pirineos. En la propia Calle Cabestany, a la altura de su cruce con Calle Padre Huesca, se le incorpora el colector que discurre por esta última, además de otro colector más reciente, que discurre por el lado izquierdo (en sentido a Plaza Santa Clara) de la propia Calle Cabestany. Colector que discurre por Calle Padre Huesca: ovoide de hormigón de dimensiones interiores aproximadas 1000 mm x 600 mm. También tiene un largo recorrido, tendiendo su inicio en la zona más lejana del Coso Alto y recogiendo aguas de todo el Coso Alto y por tanto las aportadas allí desde la zona más alta de la ciudad. A pesar de que, como se comentará más adelante, hay zonas de reciente renovación de este colector (tramos de Coso Alto con diámetro 1000 mm y de Coso Bajo con diámetro 1200 mm), la sección y características que interesan,

12 en este estudio, no pueden ser otras que las del último tramo, antes de su anexión al ovoide anteriormente descrito que discurre por Cabestany. Colector que discurre por Calle San Lorenzo: desde aproximadamente su cruce con la Calle Jazmín hasta la llegada a la Plaza de Santa Clara, se trata de una sección cuadrada de ladrillo, de bastante antigüedad, con una sección de 600 mm x 600 mm y que discurre a muy poca profundidad, poco más de 1 metro. Únicamente a la altura de su encuentro con la Plaza de Santa Clara, se transforma en un tubo circular de hormigón de diámetro 600 mm y su profundidad hasta su finalización en el pozo de la Rotonda de Plaza Santa Clara aumenta considerablemente. Y también se analiza, el colector que, teóricamente, evacúa todos los caudales anteriores, desde la Plaza de Santa Clara: Colector desde Plaza Santa Clara a Alfonso II de Aragón y Camino de Salas: ovoide de hormigón, de sección interior aproximada 1500 mm x 1000 m, que parte desde la rotonda de la Plaza Santa Clara, y discurre a través de Alfonso II de Aragón, para posteriormente cruzar la Avenida de los Danzantes en dirección a Camino de Salas, hacia la EDAR. Aliviadero en pozo de Plaza Santa Clara: se trata en su origen de un tubo de hormigón armado, de un diámetro aproximado de 800 mm, y que, tras abandonar el pozo de origen, discurre bajo el acerado derecho de la Avenida de los Monegros, hasta integrase en una antigua acequia de riego. Su trazado discurre por el mismo lateral de la Avenida de los Monegros, hasta bifurcarse a la altura de la rotonda de Calle Alcañiz en otras 2 conducciones de sección prácticamente similar. Para el cálculo del diámetro de la conducción a colocar usaremos la fórmula de Manning: Siendo: V: La velocidad media en m/s Rh: El radio hidráulico de la sección. J: La pendiente de la conducción en m/m

13 n: El coeficiente de Manning, dependiente del tipo de material. Consideramos un coeficiente de Manning o de rugosidad para el hormigón de las conducciones de valor n= 0,0013. Para todos los colectores estudiados, se lleva a cabo un proceso iterativo, que finaliza con la determinación del diámetro de colector que cumple las condiciones de ser capaz de transportar el caudal requerido, con unas velocidades de transporte tales que no sean tan bajas que produzcan sedimentaciones en la red, ni tan altas que produzcan erosiones en la misma. Los resultados son los aportados a continuación, y que son abordados en la memoria: Zona asociada a colector Calle Cabestany Zona asociada a colector Calle San Lorenzo Zona asociada a colector Calle Padre Huesca Pendiente media del cauce principal (VIAL o COLECTOR) Je (m/m) CAUDAL TOTAL MÁXIMO (m3/seg) Coeficiente rugosidad "n" Diámetro requerido a sección llena (m) Velocidad del agua para diámetro (m/s) Sección existente (m2) Sección requerida (m2) Caudal máximo transportado (m3/s) Colector propuesto 0, ,02 0,013 1,2554 3,5730 0,7300 1,2378 4,4227 Tubo circular HA 1500 mm 0, ,02 0,013 1,4269 3,4195 0,7300 1,5992 5,4684 Tubo circular HA 1500 mm 0, ,53 0,013 0,3070 1,0036 0,3600 0,0740 0,0743 0, ,53 0,013 0,6000 1,5680 0,3600 0,2827 0,4433 0, ,53 0,013 0,7000 1,7375 0,3600 0,3848 0,6686 Tubo circular HA 800 mm 0, ,53 0,013 0,1748 1,2099 0,3600 0,0240 0,0291 0, ,53 0,013 0,6000 2,7504 0,3600 0,2827 0,7776 Tubo circular HA 800 mm 0, ,54 0,013 1,0188 3,2149 0,5600 0,8151 2,6206 Tubo circular HA 1200 mm 0, ,54 0,013 1,0790 3,1575 0,5600 0,9144 2,8871 Tubo circular HA 1200 mm Caudal para colector Alfonso II Aragón Pendiente media del cauce principal (VIAL) Je (m/m) CAUDAL TOTAL MÁXIMO (m3/seg) Coeficiente rugosidad "n" Diámetro requerido a sección llena (m) Velocidad del agua para diámetro (m/s) Sección existente (m2) Sección requerida (m2) Caudal máximo transportado (m3/s) 0,0198 6,09 0,013 1,20 4,85 1,15 5,58 0,0033 6,09 0,013 1,20 1,98 1,15 2,28 0,0198 6,09 0,013 1,81 6,37 1,15 2,56 16,33 0,0033 6,09 0,013 4,40 4,74 1,15 15,19 71,91 Colector propuesto Tubo circular HA 2000 mm o marco de 2 m x 1,50 m Rectificación de la pendiente longitudinal media Caudal por aliviadero a acequia por Avenida Monegros Pendiente media del cauce principal (VIAL) Je (m/m) CAUDAL TOTAL MÁXIMO (m3/seg) Coeficiente rugosidad "n" Diámetro requerido a sección llena (m) Velocidad del agua para diámetro (m/s) Sección existente (m2) Sección requerida (m2) Caudal máximo transportado (m3/s) 0,0100 0,013 0,80 2,63 0,50 1,32 Colector propuesto

14 CAPACIDAD DE LOS COLECTORES DE SANEAMIENTO QUE EVACÚAN AGUA DESDE LA PLAZA DE SANTA CLARA En el plano 1.- Situación y emplazamiento. Estado actual saneamiento, se pueden observar las 2 vías de evacuación de las aguas desde Plaza Santa Clara: Para cada uno de ellos se avanza a continuación: sus características generales y por otra parte una comparación entre la capacidad necesaria y la que en realidad es capaz de transportar. En este último punto, dada la imposibilidad de determinar con una claridad meridiana, la pendiente longitudinal de cada colector, se aportan capacidades reales de transporte en 2 escenarios: asumiendo que el colector lleva sensiblemente la pendiente del terreno, y asumiendo la pendiente longitudinal del colector que razonablemente se ha podido comprobar. Como en el caso de determinación de los caudales, la totalidad de las hipótesis y cálculos realizados, se hallan en el Anejo de Cálculos Hidráulicos: Colector desde Plaza Santa Clara a Alfonso II de Aragón y Camino de Salas: ovoide de hormigón, de sección interior aproximada 1500 mm x 1000 m, que parte desde la rotonda de la Plaza Santa Clara, y discurre a través de Alfonso II de Aragón, para posteriormente cruzar la Avenida de los Danzantes en dirección a Camino de Salas, hacia la EDAR. Capacidad de transporte:insuficiente FRENTE A LA NECESARIA ESTIMADA Sección actual: ovoide de 1500 mm x 1000 mm (área de sección=1,15 m2) Pendiente del vial (I=0.0198): capacidad transporte de 5,58 m3/seg frente a 6,09 m3/seg o Para ésta pendiente:necesaria sección de 2,56 m2 (MARCO HA 2 x 2.5 m) Pendiente colector (I=0.0033): capacidad transporte de 2,28 m3/seg frente a 6,09 m3/seg

15 o Los datos obtenidos hacen pensar que no es verosímil que la pendiente sea en ningún momento tan baja: de ser así, debería acometerse una rectificación de trazado en alzado. Aliviadero en pozo de Plaza Santa Clara: se trata en su origen de un tubo de hormigón armado, de un diámetro aproximado de 800 mm, y que, tras abandonar el pozo de origen, discurre bajo el acerado derecho de la Avenida de los Monegros, hasta integrase en una antigua acequia de riego. Su trazado discurre por el mismo lateral de la Avenida de los Monegros, hasta bifurcarse a la altura de la rotonda de Calle Alcañiz en otras 2 conducciones de sección prácticamente similar. La información sobre este supuesto aliviadero, es confusa incluso la procedente de las propias fuentes municipales, habiéndonos indicado incluso algunas de ellas, que en la actualidad está tapado, condenado, en algún punto la Avenida de Monegros. Independientemente de esta consideración, debe tenerse en cuenta que el funcionamiento de esta conducción se reduce únicamente a momentos de sobre elevación de la cota de agua en el Pozo de Santa Clara, y con los datos de que se dispone sobre el ovoide primario de desagüe, no es posible aventurar, en qué situaciones eso sucede. No obstante, se procede a dar unos datos mínimos, de hipotética capacidad de transporte para una pendiente similar a la que tiene el vial de Avenida de Monegros. Pero repetimos, esta capacidad de desagüe, se daría únicamente en momentos puntuales. Sección actual: tubo de HA de 800 mm (área de sección=0,50 m2) Pendiente del vial (I=0.01): capacidad transporte de 1,32 m3/seg En resumen, sumando las capacidades de transporte de ambos colectores, principal y aliviadero, 5,58 m3/seg y 1,32 m3/seg, se obtiene una capacidad de transporte conjunta (repetimos, que sólo se da con el primero trabajando a sección completa), de 6,90 mm3/seg, valor superior en un 13% a los 6,09 m3/seg que teóricamente serían necesario transportar. No obstante, dado que este aliviadero, se conecta metros más tarde a una acequia de riego, de la cual se desconoce sección, pendiente, materiales y, en definitiva, su capacidad de transporte, parece algo aventurado, concluir que entre ambas infraestructuras es posible

16 llevar a cabo una correcta evacuación de las aguas, y por tanto, es más coherente pensar, que el único modo de evacuar los 6,09 m3/seg que llegan hasta la Plaza de Santa Clara, es únicamente, a través del ovoide que discurre por Alfonso II de Aragón. Balance neto de volúmenes a evacuar en caso de evacuación únicamente por ovoide de Calle Alfonso II de Aragón: llevando a cabo un pequeño tanteo, para las 2 pendientes extremas entre las que se halla el colector, podemos averiguar la diferencia o déficit de caudal que es incapaz de aliviar dicho colector. Ese déficit, sostenido durante el tiempo de duración de un aguacero, genera en definitiva un volumen acumulado, que no es transportado por el colector. Considerando tiempos de 20 y 40 minutos, se generan unos volúmenes que oscilan entre los 600 m3 y 9000 m3, como puede apreciarse en la tabla a continuación. Caudal para colector Alfonso II Pendiente media del cauce principal (VIAL) Je (m/m) CAUDAL TOTAL MÁXIMO (m3/seg) Coeficiente rugosidad "n" Diámetro requerido a sección llena (m) Velocidad del agua para diámetro (m/s) Sección existente (m2) Caudal máximo transportado (m3/s) Diferencia entre Caudal aguas arriba y capacidad de alivio Tiempo de duración lluvia t1=20 minutos (segundos) Caudal a retener y laminar para t1 (m3) Tiempo de duración lluvia t2=40 minutos (segundos) Caudal a retener y laminar para t2 (m3) 0,0198 6,09 0,013 1,20 4,85 1,15 5,58 0, ,00 608, , ,35 0,0033 6,09 0,013 1,20 1,98 1,15 2,28 3, , , , ,02 Dado que los diámetros existentes en la actualidad en la Avenida de Monegros, son 300 mm en su primer tramo, y 400 mm en el segundo tramo, será necesario acudir a un diámetro mayor, no tanto por la incorporación de los volúmenes de aguas residuales de un lado de la Avenida Monegros, sino por la incorporación puntual de posibles caudales de lluvia provenientes tanto del alivio del colector de Alfonso II de Aragón y por el mayor número de sumideros nuevos a ejecutar. Por todo ello, el diámetro de la nueva conducción de saneamiento, será de diámetro 800 mm de hormigón armado.