CHAVEZ FERNANDO SIMULACION OPTIMIZACION SISTEMA ALCANTARILLADO URBANO

TESIS PUCP

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PONTIFICIA UNIVERSIDAD CATOLICA DEL PERU
FACULTAD DE CIENCIAS E INGENIERIA

SIMULACION Y OPTIMIZACION DE UN SISTEMA DE
ALCANTARILLADO URBANO

Tesis paraoptar el Titulo de
INGENIERO CIVIL

Fernando Javier Chávez Aguilar

LIMA – PERU
2006

PONTIFICIA UNIVERSIDAD CATOLICA DEL PERU
FACULTAD DE CIENCIAS E INGENIERIA

SIMULACION Y OPTIMIZACION DE UN SISTEMA DE
ALCANTARILLADO URBANO

Trabajo de Tesis para optar el Titulo de
INGENIERO CIVIL
Anexos del proyecto

Fernando Javier Chávez Aguilar

LIMA – PERU
2006

PONTIFICIA UNIVERSIDAD CATOLICA DEL PERUFACULTAD DE CIENCIAS E INGENIERIA

SIMULACION Y OPTIMIZACION DE UN SISTEMA DE
ALCANTARILLADO URBANO

Trabajo de Tesis para optar el Titulo de
INGENIERO CIVIL
Planos del proyecto

Fernando Javier Chávez Aguilar

LIMA – PERU
2006

RESUMEN

Se optimizará una red de alcantarillado pluvial dada, ubicada en la ciudad de
Tumbes, localidad que se ha elegido por estar en zona de influencia del fenómeno ElNiño, tomando en cuenta:
- Las restricciones existentes, en este caso dadas por el Reglamento Nacional.
- Los parámetros hidráulicos de acuerdo al tipo de material elegido y la geometría de
los conductos.
- La intensidad de la lluvia de diseño
- Los caudales de escorrentía variables en el tiempo y con valor máximo calculado con
el método Racional.
El Diseño consta de dos partes:
- Optimización: enesta parte se obtienen las pendientes y diámetros de los conductos
de la red optimizada, empleando un programa que emplea el cálculo por diferencias
finitas y combinaciones para obtener costos mínimos, como datos requiere: las
coordenadas de los nudos, la numeración de nudos y conductos, la profundidad
máxima y mínima de instalación, la velocidad máxima y mínima, el coeficiente de
rugosidad delos conductos, los diámetros disponibles y los caudales de escorrentía.
- Documentación: se emplea el programa de simulación hidráulico Extran teniendo
como datos los diámetros y pendientes obtenidos en la optimización, con el que se
verifica que no existen sobrecargas ni inundaciones en los nudos.
Para el cálculo de los costos se han realizado los análisis por metro lineal de tubería
de acuerdo alas diferentes profundidades de instalación posibles.
Asimismo se hace un estudio de los métodos de cálculo
programas de simulación y optimización.

empleados en los

CONTENIDO
INDICE
1. INTRODUCCIÓN

1

2. OBJETIVO

1

3. MODELADO MATEMATICO DE SISTEMAS DE ALCANTARILLADO

2

3.1 MODELOS DE DRENAJE URBANO

2

3.2 CLASIFICACIÓN DE MODELOS DE DRENAJE URBANO
3.2.1 OBJETIVOS
3.2.2 MODELOS DEINVESTIGACION
3.2.3 MODELOS DE ESTUDIO
3.2.4 MODELOS DE DISEÑO
3.2.5 MODELOS DE OPERACIÓN

2
2
2
2
3
3

3.3 MODELADO MATEMATICO EN HIDRÁULICA
4
3.3.1 GENERALIDADES
4
3.3.2 MODELADO UNIDIMENSIONAL
5
FLUJO UNIDIMENSIONAL NO ESTACIONARIO GRADUALMENTE
VARIADO ECUACIONES DE SAINT VENANT
3.3.3 SOLUCION DE LAS ECUACIONES DE SAINT- VENANT
6
3.3.3.1 METODOS DE SOLUCIÓN
3.3.3.2 METODO EXPLICITO
3.3.3.3 METODOIMPLICITO
3.3.4 PASOS PARA LA CONSTRUCCIÓN Y OPERACIÓN DE UN MODELO 9
MATEMATICO
3.3.5 PARAMETROS DE UN MODELO MATEMATICO
9
3.3.6 CLASIFICACIÓN DE LOS MODELOS MATEMATICOS
10
3.3.6.1 INTRODUCCIÓN
3.3.6.2 DIMENSIONALIDAD
3.3.6.3 METODO DE CÁLCULO
3.3.6.4 REGIMENES DE FLUJO
3.3.6.5 VARIACIÓN EN EL TIEMPO
3.3.6.6 CONTORNO DEL CAUCE
3.4 MODELOS DE OPTIMIZACIÓN PARA SISTEMA DE ALCANTARILLADO

11

3.5 MODELOSDE SIMULACIÓN PARA SISTEMA DE ALCANTARILLADO
3.5.1 STORM WATER MANAGEMENT MODEL (SWMM)
3.5.1.1 DESARROLLO DE SWMM
3.5.1.2 DESCRIPCIÓN GENERAL
3.5.1.3 BLOQUE RUNOFF
3.5.1.4 BLOQUE TRANSPORT
3.5.1.5 BLOQUE EXTRAN
3.5.1.5.1 DESCRIPCIÓN GENERAL
3.5.1.5.2 LIMITACIONES SIGNIFICATIVAS
3.5.1.5.3 TIPOS DE SECCIONES DISPONIBLES
3.5.1.5.4 ECUACIÓN FUNDAMENTAL DE FLUJO
3.5.1.5.5 SOLUCION DE LA ECUACIÓN...