Ingenieria Sanitaria

1.3 Capacidad de Sumideros

El Instituto Nacional de Hidráulica (INH) en conjunto con la Dirección de Obras Hidráulicas realizó entre los años 2003 y 2005 un conjunto de pruebas experimentales para cuantificar la eficiencia del funcionamiento de los sumideros de aguas lluvias. Este estudio actualiza la experiencia realizada por el INH en 1970 en la cual se ensayaron sumideros con un caudalmáximo de 60 l/s.

Estos experimentos del INH fueron realizados en varias etapas:

 Entre los años 2003-2004 se evaluó el funcionamiento de 5 tipos de rejillas, sin ventana lateral, todas ellas sin depresión del pavimento y sin modificar la línea de solera. Los experimentos fueron realizados para pendientes longitudinales de 0.1%, 1.0% y 3.0% y para pendientes transversales (bombeos) de 1.0%,2.0%, 3.0%, 4.0% y 5.0%. Los caudales de ensayo fueron 20, 40, 60, 80, 100 y 120 l/s.
 En el año 2004 se evaluó la capacidad del sumidero tipo DOH con 7cm de depresión en el pavimento y ventana lateral de 10cm de altura y longitud igual a la rejilla. En esta oportunidad se aumentó el caudal de ensayo hasta 180 l/s.
 En el año 2005 se analizaron 5 geometrías de depresiones de pavimento,sumideros en la vereda y variaciones en la ventana lateral.

En este estudio se analizan los resultados obtenidos por el INH y se comparan con los predichos por las ecuaciones de 2 métodos: de Johns Hopkins University (JHU) y de la Federal Highway Administration (FHWA). El método de la FHWA es conocido en Chile como el método del SERVIU Metropolitano aunque con algunas diferencias que se detallan másadelante.

El objetivo de esta comparación es obtener alguna relación que permita aplicar unos de éstos métodos (JHU ó FHWA) a situaciones diferentes a las ensayadas por el INH como son:

 Rejillas de geometrías diferentes
 Pendientes longitudinales entre 0.1% y 3.0%
 Pendientes transversales entre 1.0% y 5.0%
 Caudales entre 20 l/s y 180 l/s

No obstante lo anterior, y producto de losescenarios analizados en este proyecto, será necesario aplicar la relación resultante a situaciones que se escapan al rango de los ensayos.
1.3.1 Método de la Johns Hopkins University (JHU)

Este método es aplicable a rejas con barras o pletinas longitudinales y sin depresión del pavimento. Las ecuaciones calculan la longitud necesaria de la rejilla a partir de las condiciones delescurrimiento (altura y velocidad), ancho de la rejilla y bombeo transversal.
La expresión es la siguiente y calcula la longitud necesaria para captar el 100% del caudal:


Figura N° 1.1: Esquema de flujos y geometría de un sumidero

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Donde:

L’ : Largo teórico para captar el 100% del caudal (m)
L : Largo de la rejilla (m)
B : Ancho de la rejilla (m)
T : Ancho de escurrimientosuperficial (m)
h : Altura de escurrimiento (m)
z : Inclinación del pavimento (m/m)
g : Aceleración de gravedad (m/s²)
Q : Caudal afluente (m³/s)
Qnocaptado : Caudal no captado (m³/s)
V : Velocidad de escurrimiento (m/s)
Complementariamente, el método permite calcular el caudal no captado por una rejilla de largo L con la expresión:


Por lo cual el caudal captado por la rejilla es igual a:Se procedió a calcular los caudales predichos por este método para las condiciones geométricas de calzada y rejillas utilizadas por el INH asumiendo condición de escurrimiento normal y un coeficiente de rugosidad de Manning igual a 0,014. Se seleccionaron sólo las rejillas tipo SENDOS y DOH de 1 y 2m con pendientes transversales de 1%, 2% y 3%. De esta manera y diferenciando los casoscon y sin depresión del pavimento, se obtienen los siguientes ajustes lineales.

Figura N° 1.2: Caudales observados por INH versus predichos por método JHU











Nota: Los casos con depresión del pavimento corresponden sólo a rejillas tipo DOH.
1.3.2 Método de la Federal Highway Administration (FHWA)

Esta metodología fue desarrollada por la FHWA a partir de los resultados...