Análisis de sistema de alcantarillado existente

Una vez obtenidos los parámetros anteriormente descritos de diseño, se procedió al dibujo de las áreas de drenaje de aguas lluvias de cada pozo, de igual manera se realizó el dibujo

del sistema de alcantarillado. Así se incorporaron todas las propiedades de la red y de la zona. Cabe recalcar que para este análisis, solamente se utilizó el área comprendida entre las calles Naciones Unidas, 6 de Diciembre, Eloy Alfaro, República del Salvador, pues sobre la avenida República del Salvador no se identificaron edificios que realicen bombeo de aguas subterráneas. A continuación se muestra la distribución de áreas empleadas en el estudio:

Ilustración 40-Distribución de área en modelo de alcantarillado

Elaborado por: Juan Luis Duque Poveda, Diana Carolina Moreno Saltos.

 Modelo N°1

En el Modelo N°1, se realizó un análisis del sistema de alcantarillado sometido a los caudales de agua lluvia, agua servida y aguas subterráneas, el mismo que arrojó como resultado en su mayoría un sistema de alcantarillado subdimensionado, generando así inundaciones durante los momentos de grandes precipitaciones en un 84% de los pozos para los parámetros de diseño descritos anteriormente. En la siguiente gráfica se observan en color rojo las áreas de aporte máximo y los pozos que sufren inundación a los 40 minutos de precipitación, respectivamente:

Ilustración 41-Áreas de aporte máximo a los 40 minutos de precipitación Modelo N°1

Ilustración 42-Pozos inundados a los 40 minutos de precipitación Modelo N°1

Elaborado por: Juan Luis Duque Poveda, Diana Carolina Moreno Saltos.

De la misma manera, se graficaron los perfiles de las tuberías a los 40 minutos de precipitación para observar de mejor forma cómo suceden las inundaciones; mismos que se adjuntan en el Anexo N°7 de este trabajo. En ellos se observa la saturación de la red de

alcantarillado alrededor del minuto 35, alcanzando su punto más crítico durante el minuto 40, lo cual concuerda de manera directa con lo mencionado anteriormente, sobre el minuto de mayor precipitación del Hietograma. En la siguiente gráfica, se visualiza que las tuberías en rojo superan su capacidad máxima en dicho tiempo:

Ilustración 43-Tuberías que superan su capacidad máxima en minuto 40 de precipitación Modelo N°1

Elaborado por: Juan Luis Duque Poveda, Diana Carolina Moreno Saltos.

Así, en el estudio de las velocidades dentro de la red evidenciado en las gráficas de velocidad en función del tiempo que se adjuntan en el Anexo N°7, se observan las velocidades fluctuantes cerca del minuto 40; en las mismas se puede observar la presencia de velocidades negativas que se relacionan directamente con la inundación presente en ese tiempo.

Se realizó un conteo de tuberías que se encuentran fuera de los rangos permitidos, tanto mínimos como máximos, por parte de la Norma de diseño de Alcantarillado la EMAPS, las cuales se tienen como 0.6 m/s la velocidad mínima, y 4.5m/s la velocidad máxima22 y se obtuvo el dato de que un 78% de las tuberías no cumplen con las velocidades mínimas durante los primeros 5 minutos de corrida del software, mientras que un 8% de las tuberías superan la velocidad máxima permitida, por lo cual se tiene que el 14% restante permanece 22 _{Normas de diseño de alcantarillado de la Empresa Pública Metropolitana de Agua Potable y Saneamiento} tabla N° 5.3.15.1

dentro de estos rangos permitidos todo el tiempo, como se observa en las siguientes imágenes:

Ilustración 44-Conteo de tuberías que no cumplen velocidad mínima Modelo N°1

Elaborado por: Juan Luis Duque Poveda, Diana Carolina Moreno Saltos.

Ilustración 45-Conteo de tuberías que no cumplen velocidad máxima Modelo N°1

En las gráficas de caudales en función del tiempo se observa el mismo gráfico tipo, en el cual podemos notar que en la red de alcantarillado se tiene la presencia de caudales representativos durante la primera hora y media, y posteriormente, una vez terminada la lluvia, se mantienen únicamente los caudales sanitarios y de agua subterránea dentro de la red; los cuales se definen como caudales constantes.

Ilustración 46.- Gráfico tipo de caudal en función de tiempo del Modelo N°1

Elaborado por: Juan Luis Duque Poveda, Diana Carolina Moreno Saltos.

A su vez se obtuvieron los resúmenes de la corrida presentes en el Anexo N°8 adjunto, en los cuales se advierte tuberías que están trabajando a presión en algún momento de la corrida. Se estudió la condición hidráulica de las tuberías de alcantarillado existentes en el modelo N°1, utilizando como dato, el caudal máximo alcanzado del resumen de la corrida en el programa SWMM 5.0, comparándolas así con el caudal a tubería llena.

En el cuadro resumen presentado en el anexo mencionado, se presenta la columna titulada Max/Full Flow, en donde se relaciona el caudal máximo de cada tramo, sobre el caudal a tubería llena de la misma, con sus respectivas propiedades. Los valores que muestren una relación ≥1.0 nos dicen que la tubería está trabajando a presión; es decir, que está subdimensionada (falta de sección para el flujo necesario), una relación <1.0 nos indica un flujo libre o lo que quiere decir, que la tubería está sobredimensionada. Se obtuvo un 68% de tuberías sometidas a presión.

 Modelo N°2

Por sí sólo, el análisis anterior no arroja ningún resultado significativo para el estudio, tomando en cuenta que se puede o no, atribuir el déficit del sistema de alcantarillado al caudal bombeado de aguas subterráneas; por lo cual se realizó un análisis comparativo al mismo modelo, sin tomar en cuenta la presencia de los caudales que bombean los edificios a la red, introduciendo únicamente los caudales de aporte tanto de agua lluvia y los caudales sanitarios.

En la siguiente gráfica se observan en color rojo los pozos que sufren inundación a los 40 minutos de precipitación:

Ilustración 47-Pozos inundados a los 40 minutos de precipitación Modelo N°2

Elaborado por: Juan Luis Duque Poveda, Diana Carolina Moreno Saltos.

De la misma manera se estudian los perfiles de la tubería en el momento de inundación, como se evidencia en el Anexo N°9.

Al igual que en el Modelo N°1, se analizan las tuberías que están sobre explotadas. El gráfico de tuberías que superan su capacidad máxima es el siguiente:

Ilustración 48-Tuberías que superan su capacidad máxima en minuto 40 de precipitación Modelo N°2

Elaborado por: Juan Luis Duque Poveda, Diana Carolina Moreno Saltos.

El estudio de las velocidades dentro de la red realizando las gráficas de velocidad en función del tiempo de la corrida del programa, arrojó los gráficos adjuntados en el Anexo N°9, donde se observan las mismas velocidades fluctuantes cerca del minuto 40, como se evidenció en el Modelo N°1.

El conteo de tuberías que se encuentran fuera de los rangos permitidos, tanto mínimos como máximos, por parte de la Norma de diseño de Alcantarillado la EMAPS descritos en el Modelo N°1 fueron los mismos que se produjeron en la corrida del Modelo N°1, como se observa en las gráficas siguientes.

De la misma manera se realizó un estudio de las gráficas de caudales en función del tiempo y resultaron ser iguales en los dos modelos que arrojaron similitud con la corrida del modelo N°1.

Los resúmenes de la corrida presentes en el Anexo N°10 adjunto, evidencian que las condiciones hidráulicas no se ven alteradas con respecto al modelo N°1.

Ilustración 49-Conteo de tuberías que no cumplen velocidad mínima Modelo N°2

Elaborado por: Juan Luis Duque Poveda, Diana Carolina Moreno Saltos.

Ilustración 50-Conteo de tuberías que no cumplen velocidad máxima Modelo N°2