MEMORIA DE FACTIBILIDAD TECNICA PARA SISTEMA DE DETENCIÓN DEL PROYECTO CONDOMINIO RESIDENCIAL ALTOS DE LA ESCALÓN II Presenta: Ing. Pedro Antonio Rodriguez Mayo 2012
ÍNDICE. ANTECEDENTES 1 ESQUEMA DE UBICACIÓN DEL PROYECTO 2 DESCRIPCION DEL PROYECTO 2 PARAMETROS HIDRAULICOS E HIDROLOGICOS. 3 Intensidad de Lluvia. Escorrentía Generada en Condiciones Naturales. Escorrentía Generada por el Desarrollo del Proyecto. Incremento en las Condiciones de Escorrentía PROPUESTA TECNICA SISTEMA DE DETENCION 8 RECOMENDACIONES 12
ANTECEDENTES El problema de las inundaciones en sectores urbanos en ciudades como San Salvador, puede tener diferentes causas, muchas de las cuales no aparecen directamente conectadas con las aguas lluvias que precipitan en el lugar inundado. Entre ellas cabe citar las siguientes: a) desborde de cauces naturales que atraviesan sectores urbanos durante las crecidas, b) desborde de cauces artificiales, como canales o colectores de todo tipo que ven superada su capacidad, c) acumulación de aguas lluvias en zonas bajas con drenaje insuficiente, y d) zonas en las cuales se interrumpe el drenaje natural. En muchas ciudades las inundaciones no se deben a una sola causa específica sino a la combinación de varias de ellas, o coexisten sectores con diferentes tipos de problemas. A todo lo anterior deben agregarse los efectos de la urbanización propiamente tal, la cual incrementa la proporción de suelos impermeables y acelera el tiempo de respuesta a las precipitaciones, provocando el aumento de los volúmenes escurridos y de los caudales máximos hacia aguas abajo. Recientemente se han desarrollado algunos intentos Gubernamentales e institucionales por aplicar soluciones alternativas de drenaje urbano en algunos proyectos y desarrollos Urbanísticos del Gran San Salvador, ligados a la obtención de permisos y factibilidades de drenaje de aguas lluvias, concientizando al desarrollador para que incorpore sistemas de retención o detención de aguas lluvias, cuya finalidad es generar un impacto hidrológico mínimo en las cuencas hidrográficas donde se descargan las aguas lluvias provenientes de la impermeabilización de los suelos urbanizados. La solución tradicional basada exclusivamente en redes de colectores de aguas lluvias incrementa ambos fenómenos. En casos en que las áreas urbanas se expanden hacia aguas arriba de los sectores que ya cuentan con un sistema de drenaje, estos van quedando obsoletos o son incapaces de operar con los mayores caudales que se generan en las nuevas zonas impermeabilizadas por la expansión de la urbanización. Así hoy en día se admite que la reducción de los volúmenes necesarios a evacuar por las redes de drenaje y su redistribución temporal presenta numerosas ventajas. Para ello se recomienda utilizar como criterio de diseño, el que una vez urbanizado un sector debieran generarse volúmenes y gastos máximos de las crecidas de aguas lluvias similares a los que ocurren previos a la urbanización. Ello supone recuperar la capacidad de infiltración y la de amortiguación de crecidas que el sector tenía antes de ser urbanizado, haciéndose cargo de las consecuencias de la impermeabilización del terreno. 1
ESQUEMA DE UBICACIÓN DEL PROYECTO Figura 1. Ubicación del proyecto DESCRIPCION DEL PROYECTO El proyecto de urbanización a desarrollarse en terreno propiedad de la empresa Inversiones Roble S.A. de C.V, que esta ubicado sobre la corresponde a la II Etapa del proyecto Altos de la Escalón el cual esta ubicado sobre la prolongación de la Alameda Juan Pablo II (adyacente a Urbanización Cumbres de la Escalón) del municipio de San Salvador. El inmueble tiene un área total de 30,135.11 m2, y en él se ha proyectado un condominio con un total de 32 viviendas de entre aproximadamente 200.00 m2 a 400.00 m2 aproximadamente, además también incluye el equipamiento social y áreas verdes recreativas requeridas por el proyecto, así como también por espacios de uso común, tales como, Áreas verde ecológicas completamente arborizadas, en las cuales se ha contemplado retiros respecto a las colindancias, buscando maximizar el porcentaje de áreas verdes y de esparcimiento, y de esta manera minimizar el impacto de la urbanización en el terreno natural. 2
PARAMETROS HIDRAULICOS E HIDROLOGICOS. El terreno donde se construirá el proyecto Altos de la Escalón II, es parte de la cuenca de la Quebrada Los Cojos (conocida también como El Nueve) la cual atraviesa y parte el terreno en dirección Nor-poniente a Sur-Oriente, y dado que el proyecto se encuentra en la proximidad del volcán de San Salvador, se escogió la estación pluviométrica El Boquerón para los datos de precipitación. (Ver anexo Informe de Estudio Hidrológico Base del Proyecto Altos de la Escalón II. ) Para el calculo del sistema de aguas lluvias de éste proyecto, se utilizara el Método de la Formula Racional, el cual considera que toda la superficie en estudio posee la misma intensidad de lluvia. Este método utilizado para la evaluación del flujo superficial consiste en la aplicación de la siguiente expresión: Q = 168CIA Donde: Q = Caudal en lt/seg en la sección considerada C = Coeficiente de flujo superficial de la cuenca I = Intensidad media de la lluvia de cálculo, en mm/min A = Área de la cuenca que tributa para la sección, en Ha 168 = Factor de conversión para la obtención de lt/seg Figura 2. Ubicación de la cuenca Quebrada Los Cojos (conocida también como El Nueve). 3
Coeficiente de Escorrentía C. El coeficiente de escorrentía representa el porcentaje de la lluvia que no logra infiltrarse, debido a las condiciones del suelo, las cuales van de suelos muy permeables a suelos impermeables. Los Valores de C generalmente utilizados Tabla 1. Factor de Escorrentía C Descripción del Área Tributaria Coeficiente de Escorrentía, C Techos de Asbesto Cemento 0.70 0.95 Techos de Aluminio 0.85 0.90 Calles de Asfalto 0.75 0.85 Calles Pavimentadas 0.80 0.95 Terrenos con cultivos 0.20 0.40 Jardines y Áreas Verdes 0.10 0.35 Intensidad de Lluvia. Desde el punto de vista de la ingeniería hidrológica, la precipitación es la fuente primaria del agua superficial y sus mediciones forman el punto de partida de la mayoría de estudios concernientes al uso y control del agua. Los aparatos que usualmente se utilizan para medir la precipitación son los pluviómetros en estaciones secundarias y los pluviógrafos en estaciones primarias. Debido a que la precipitación es el elemento generador de la escorrentía, se hace necesario determinar la relación y la duración de la lluvia, el período de retorno y la duración de la tormenta, esto se simplifica utilizando las curvas intensidadduración-frecuencia. Para esta información se utilizó los datos existentes de la estación EL BOQUERON por su cercanía a la cuenca en estudio; para la aplicación de este método es necesario determinar el valor de la intensidad de la precipitación, valor que junto con el tiempo de concentración de la cuenca sirven para determinar los caudales de diseño. Los períodos de retorno 5-10-25 y 50 años son los períodos de diseño que se muestran como las lluvias de diseño tipificadas en las curvas intensidad-duraciónfrecuencia. Por las condiciones existentes en el área de estudio, las tormentas ocurren en un periodo de tiempos cortos con una intensidad alta, por lo que para una tormenta de TC de 6.85 minutos de duración se utilizara una intensidad de lluvia de: I = 3.211 mm/min para una IDF de 5 años I = 3.550 mm/min para una IDF de 10 años I = 3.978 mm/min para una IDF de 25 años I = 4.298 mm/min para una IDF de 50 años 4
Área de estudio. El área del terreno a urbanizar es de 1.2618 Ha, área del terreno que será intervenida por el proyecto, (ver Figura 4) dentro del cual se propone un sistema de colectores con capacidad hidráulica adecuado para el manejo de la escorrentía generado al interior del inmueble, que descargaran directamente en la Quebrada Los Cojos (conocida también como El Nueve). El resto del área del inmueble no será intervenido y por lo tanto no será incorporado al sistema de detención, y seguirá drenando naturalmente a la quebrada Los Cojos (conocida también como El Nueve). Figura 3. Plano topográfico. 5
Generación de Caudales. Escorrentía Generada en Condiciones Naturales. Se analizará las generaciones de caudales de los terrenos en estudio, tanto en las condiciones actuales como las condiciones con el desarrollo del proyecto, para evaluar el incremento de escorrentía en la quebrada Los Cojos (conocida también como El Nueve). Actualmente las condiciones dominantes en el terreno son de Árboles con matorrales, los cuales se pueden clasificar como Bosque de sombra con una pendiente promedio entre 5%-20%, los cuales poseen un suelo de permeabilidad medio, es decir se puede trabajar con un valor de C = 0.15 para el terreno en su estado actual. Escorrentía Generada por el Desarrollo del Proyecto. Al desarrollar el proyecto se tiene previsto impermeabilizar por la construcción de los techos de las viviendas, pavimento de calles, etc.., dejando el resto del terreno como áreas verdes recreativas, ecológicas y jardines y reservándose una porción de terreno como futuro desarrollo. A partir de estas premisas de diseño podríamos obtener el valor de C ponderado para el proyecto de C= 0.90. A partir de estos datos obtenemos los siguientes caudales para los diferentes periodos de retorno, tanto en la condición natural y urbanizada del proyecto para las diferentes áreas de recogimiento generadas. UBICACIÓN AREA TRIBUTARI A (A) COEF. (C) S A.C. Tc INTENSIDA D (I) CAUDAL GENERADO 25 AÑOS CAUDAL DESCARGA 5 AÑOS Hectareas min mm/min lt/seg lt/seg Colector Paseo del Bosque Urbanizado 0.8961 0.900 0.807 6.508 4.078 552.537 Colector Paseo del Bosque Natural 0.8961 0.150 0.134 6.508 3.290 74.295 Colector Secundario Urbanizado 0.3656 0.900 0.329 6.508 4.078 225.454 Colector Secundario Natural 0.3656 0.150 0.055 6.508 3.290 30.315 Sistema de Detencion 1.2618 0.900 1.136 6.508 4.078 777.991 104.610 Puede notarse que el incremento de escorrentía superficial por el desarrollo del proyecto es bastante alto y es lo que deberá de mitigarse por medio del sistema de retención. 6
Figura 4. Propuesta de planta de conjunto Arquitectónico del proyecto con sus diferentes áreas a intervenirse efecto de la urbanización. 7
PROPUESTA TECNICA SISTEMA DE DETENCION La propuesta de solución que se plantea para minimizar el impacto aguas abajo en la cuenca de la Quebrada Los Cojos (conocida también como El Nueve), generado por el incremento de caudal dada la impermeabilización del terreno al momento de desarrollar el proyecto, es el de la construcción de una deposito de concreto de almacenamiento (laguna decorativa artificial), la cual se encargaría de captar el flujo superficial, lo almacenaría temporalmente, para descargarlo aguas abajo durante tiempos más prolongados disminuyendo los caudales máximos en relación a los que provocaría la tormenta. La laguna de retención es muy efectiva en lograr reducir los caudales máximos pero no tiene efecto sobre el volumen total de escorrentía, ya que sólo la postergan temporalmente. La obra se construirá en el punto más bajo del proyecto, y se encargaría de colectar las aguas lluvias de la zona a urbanizar, las cuales serian conducidas a ese punto mediante colectores que se construirán en el condominio. La cisterna se diseña de manera que se vacíe totalmente después de un periodo relativamente corto una vez que pasa la tormenta, y por lo tanto la mayor parte del tiempo se encuentra vacío o seco. Se supone que si bien eventualmente pueden capturar cantidades significativas de sedimentos, estos deben ser retirados posteriormente a su decantación de manera de mantener habilitado el volumen de detención de diseño. El caudal máximo que puede descargar la cisterna a través de la obra de descarga depende de las condiciones de aguas abajo, es decir de la capacidad de recibir caudales que tenga el sistema de drenaje, (natural, artificial) hacia el cual el estanque entrega el agua retenida. Este caudal se determinará como el máximo generado por la lluvia de diseño de periodo de retorno correspondiente a lluvias con una intensidad de 10 años, en condiciones naturales de la cuenca aportante. Existen varios procedimientos para estimar el volumen necesario de almacenamiento. Para disponer de una idea preliminar se puede recurrir a un método simple que supone una crecida de forma triangular de acuerdo al método Racional Modificado, y un caudal de salida que crece linealmente hasta el máximo permitido. Entonces el volumen necesario está dado por: Donde: V almacenamiento = (0.5 x Tb x ( Qs - Qi ))/1000 V almacenamiento: es el volumen estimado para almacenar la crecida, en m3 ; Tb: es el tiempo base del hidrograma de entrada, en segundos y es igual al doble del tiempo de concentración de la cuenca aportante Qs: es el caudal máximo del hidrograma de entrada para la crecida de periodo de retorno de diseño y condiciones de máximo desarrollo, l/s (ver cuadro anexo) 8
Qi: es el caudal máximo que puede evacuar la descarga, en l/s, empleado para dimensionar el ducto de salida de la cisterna (ver cuadro anexo) Para el caso del proyecto el caudal máximo a poder descargar equivale a 0.10461 m3/seg, que es correspondiente a lluvias con una intensidad de 5 años, en condiciones naturales de la cuenca aportarte (lo cual seria el valor mas bajo de generación de lluvia). UBICACIÓN AREA TRIBUTARI A (A) COEF. (C) S A.C. Tc INTENSIDA D (I) DIAMETRO (d) PENDIENTE (s) COEFICIEN TE DE RUGOSIDA D (n) CAPACIDA D HIDRALICA CAUDAL GENERADO 25 AÑOS CAUDAL DESCARGA 5 AÑOS Hectareas min mm/min plg (%) PVC lt/seg lt/seg lt/seg VOLUMEN M3 Colector Paseo del Bosque Urbanizado 0.8961 0.900 0.807 6.508 4.078 24 1.00% 0.010 834.351 552.537 Colector Paseo del Bosque Natural 0.8961 0.150 0.134 6.508 3.290 74.295 Colector Secundario Urbanizado 0.3656 0.900 0.329 6.508 4.078 15 1.00% 0.010 238.248 225.454 Colector Secundario Natural 0.3656 0.150 0.055 6.508 3.290 30.315 Sistema de Detencion 1.2618 0.900 1.136 6.508 4.078 8 5.25% 0.010 102.119 777.991 104.610 262.94 Volumen Total= 275.00 Propuesta diametro para la descarga de la cisterna de Retencion Diametro de salida 8.00 in Altura total proyectada del agua 1.50 m h (μ) 1.40 m μ 0.598 Caudal de descarga 0.102 m3/s Por lo tanto a partir de los análisis que se han realizado el tamaño de la laguna artificial almacenamiento que se proponen para el desarrollo del proyecto 275.00 m3. A continuación se anexa la tabla de cálculo μ para calcular el caudal de descarga proyectado para un orificio circular del sistema de retención con un diámetro sumergido de 12 pulgadas con una altura de agua de 1.20 m. 9
Valores de μ para orificios en pared delgada vertical Carga sobre el centro ORIFICIOS CIRCULARES EN PARED DELGADA VERTICAL Diametro del orificio en metros del orif. (m) 0.006 0.015 0.03 0.05 0.18 0.3 0.12 0.000 0.631 0.618 0.000 0.000 0.000 0.15 0.000 0.627 0.615 0.600 0.592 0.000 0.16 0.650 0.624 0.613 0.601 0.593 0.590 0.21 0.620 0.622 0.611 0.601 0.594 0.591 0.24 0.648 0.620 0.610 0.601 0.594 0.591 0.27 0.656 0.618 0.609 0.601 0.595 0.591 0.3 0.644 0.617 0.608 0.600 0.595 0.591 0.4 0.638 0.613 0.605 0.600 0.596 0.593 0.6 0.632 0.610 0.604 0.599 0.597 0.595 0.9 0.627 0.606 0.603 0.599 0.597 0.597 1.2 0.623 0.611 0.602 0.599 0.598 0.596 1.8 0.618 0.604 0.600 0.598 0.597 0.596 2.4 0.614 0.603 0.600 0.598 0.596 0.595 3 0.611 0.601 0.598 0.597 0.596 0.595 6 0.601 0.598 0.596 0.596 0.596 0.594 30 0.593 0.592 0.592 0.592 0.592 0.592 hsup 1.2 0.623 0.611 0.602 0.599 0.598 0.596 hinf 1.8 0.618 0.604 0.600 0.598 0.597 0.596 1.8 2.4 Ø [m] Dinf 0.18 0.598 0.597 μ(h)= 0.599 0.18 Dsup 0.3 0.596 0.596 μ(h)= 0.596 0.3 μ (h,ø)= 0.598 Luego de los cálculos realizados y del análisis de la topografía natural del terreno y el Proyecto Urbanístico realizado se presenta la siguiente propuesta de ubicación, detalles típicos y geometría para la construcción del sistema de detención del proyecto Altos de la Escalón II 10
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RECOMENDACIONES La propuesta de solución que se plantea para minimizar el impacto aguas abajo en la Cuenca de la Quebrada Los Cojos (conocida también como El Nueve), es factible bajo las siguientes consideraciones: 1. Se debe incorporar en el diseño del condominio a desarrollarse en el terreno una cisterna de almacenamiento de aguas lluvias del siguiente volumen preliminar: i. Proyecto Altos de la Escalón II 275 m3 2. Al comparar los caudales generados aguas arriba por la cuenca de la quebrada Los Cojos (conocida también como El Nueve) para un periodo de retorno de 50 años 30.41 m3/seg (ver estudio Hidrológico anexo) se puede observar que los caudales que genera el proyecto de condominio Altos de la Escalón II utilizando las cisternas de detención cumplen su objetivo de lograr un impacto hidrológico mínimo en la cuenca de descarga. (Caudal a descargar = 0.102 m3/seg) 3. Debido a la topografía del terreno y a la configuración de diseño del proyecto una ubicación optima para la cisterna seria el punto especificado en la propuesta geométrica anexa en este estudio (al oriente del paseo del Bosque antes del llegar al redondel), además este es el punto más cercano al posible punto de descarga hacia la quebrada Los Cojos (conocida también como El Nueve). 4. Al estar los proyectos en régimen de condominio la administración seria la encargada de darle mantenimiento a la cisterna, debido a la posible acumulación de sedimentos o basura, que se pueden acumular después de un periodo de tormentas. 5. El volumen definitivo a almacenar, la dimensión de la cisterna, el diseño estructural, así como también la ubicación de la misma, la ubicación de los niveles de llegada y salida, y las obras de disipación de energía del flujo de entrada y de descarga a la Quebrada Los Cojos (conocida también como El Nueve), deberán de revisarse y diseñarse completamente en concordancia a los reglamentos vigentes en el país y ser supervisados a la hora de la construcción. CONCLUSION Al construir la cisterna de retención de 275 m3, luego de verificar el caudal que se estará descargando a la Quebrada el Nueve (Caudal a descargar = 0.102 m3/seg) el proyecto está cumpliendo con la condición de descarga puesta por OPAMSS en la Factibilidad de Aguas Lluvias 0029-2011 con fecha 11 de Agosto de 2011, donde considera que el caudal máximo a descargar deberá ser de 0.215 m3/seg, con lo cual se logra mantener las características de escorrentía natural del inmueble. 12