APÉNDICE 4.A CÁLCULO DE CAPACIDAD HIDRÁULICA DE CUNETAS Y

POCETOS a. La Figura 4.8 muestra las cunetas triangulares de sección uniforme y compuesta, requeridas para el diseño con la nomenclatura que se utiliza en las ecuaciones que se presentan a continuación. T T Sx D Sx Sw Dₛ Figura 4.8 Secciones típicas de cunetas. 4.13.1 Cálculo del Caudal en Cuneta Triangular de Sección Uniforme a. El caudal en cunetas se calculará usando la ecuación de Manning para canales triangulares modificada por Izzard [5]: (4.1) donde Qc es el caudal en la cuneta (mcs o pcs), n es el coeficiente de rugosidad de Manning, Cₘ es una constante para las unidades; 0.376 para SI o 0.560 para USC, T es el ancho de la superficie libre (metros o pies), Sx es la pendiente lateral de la rasante, y Sₗ es la pendiente longitudinal de la calle. b. La profundidad del agua dentro de la cuneta, D, se relaciona con el ancho de la superficie libre del agua de acuerdo con la relación D = TSₓ. c. De la Ecuación 4.1 se calcula el ancho de la superficie libre del agua como 0.375 nQc T = (4.2) REGLAMENTO PARA EL DISEÑO, CRITERIOS DE OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO DE 4-14 SISTEMAS DE ALCANTARILLADOS PLUVIALES EN PUERTO RICO, 2022 d. La Tabla 4.4 presenta los valores del coeficiente de Manning que se usarán para cunetas y pavimentos. Tabla 4.4 Coeficientes de Manning para diferentes superficies de pavimentos y cunetas [2] Material de la superficie de Coeficiente de Manning (n) cuneta/pavimento Hormigón acabado 0.012 Asfalto/Asfalto Textura Lisa 0.013 Textura Rugosa 0.016 Hormigón /Asfalto Textura Lisa 0.013 Textura Rugosa 0.015 Hormigón/Hormigón Textura Lisa 0.014 Textura Rugosa 0.016 4.13.2 Cálculo del Caudal en Cuneta Triangular de Sección Compuesta a. El diseño de cunetas de sección compuesta debe considerar que el caudal puede discurrir en la zona cercana al encintado, donde la pendiente lateral es más empinada (Sw en la Figura 4.8) o, cubrir ambas zonas (cuneta y parte de la superficie de rodaje). En el caso de una cuneta triangular de sección uniforme, el valor de la profundidad Dₛ es cero y Sw = Sx. b. El caudal dentro del segmento de la zona con pendiente Sw se denota como Qw y el ancho máximo de la superficie libre del agua en esta zona es W (Figura 4.9). Dentro de la zona con pendiente Sₓ, fuera de la cuneta, el caudal es Qₓ. Por lo tanto, el caudal total es Qc = Qw + Qₓ (4.3) y el ancho total de la superficie libre del agua es T. c. Además, la profundidad del agua es D = Y + Dₛ siendo Y = T Sₓ según se muestra en la Figura 4.9. d. La relación entre ambas pendientes se expresa como Sw = Sx + Dₛ/w, donde Dₛ es la altura desde el fondo de la cuneta hasta el punto de intersección de la proyección de la pendiente lateral de la superficie de rodaje (Sx) y la pared del encintado (ver Figura 4.9). REGLAMENTO PARA EL DISEÑO, CRITERIOS DE OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO DE |4-15 SISTEMAS DE ALCANTARILLADOS PLUVIALES EN PUERTO RICO, 2022 T Ts ACERA A Qw Qx Y D S₁ Ds Sw W Tx Figura 4.9 Detalle de sección de cuneta triangular compuesta. a. El caudal en el tramo de la carretera fuera de la sección de la cuneta se calcula con la Ecuación 4.4. (4.4) b. Usando la notación de la Figura 4.9, el caudal en la zona frente a la rejilla de la cuneta, Qw, se calcula con la Ecuación 4.5. (4.5) donde Tₛ se define en la Figura 4.9. c. El área seccional del flujo en la Figura 4.9 es A = 0.5YT + 0.5wDs (4.6) d. La razón Qw/Qc está dada por la siguiente expresión [2]: -1 Sw = Sₓ 1+ 2.67 (4.7) Sw Sₓ 1 + T -1 1 W donde E₀ es la eficiencia del poceto para atrapar el flujo frontal. e. El caudal total se obtiene como REGLAMENTO PARA EL DISEÑO, CRITERIOS DE OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO DE 4-16 SISTEMAS DE ALCANTARILLADOS PLUVIALES EN PUERTO RICO, 2022 (4.8) 4.13.3 Cálculo de la Capacidad de Pocetos de Rejilla en Cunetas Triangulares de Sección Uniforme a. El caudal interceptado por un poceto de rejilla tiene dos componentes: la porción del flujo interceptado frontalmente y la porción interceptada lateralmente. El caudal interceptado será una porción o el total del caudal que llega al poceto. b. La eficiencia total del poceto, Ef, es la suma de la proporción del flujo interceptado frontalmente, Qint-frontal, más la porción del flujo interceptado lateralmente, Qint-lateral, dividido por el flujo total que llega al poceto, Qc. Qint-lateral (4.9) Qc C. Para determinar el caudal interceptado frontalmente, se presume que el mismo es proporcional a la diferencia entre la velocidad promedio de la escorrentía que llega al poceto, Vₚ, y la velocidad del agua a la cual comienza el salpiqueo, V₀. La velocidad promedio se calcula dividiendo el caudal entre el área de la sección transversal inundada dada por la Ecuación 4.6. Según esta presunción, la fracción del flujo interceptado frontalmente es Rf V₀) para Vₚ ≥ V₀, de lo contrario Rf = 1 (4.10) El coeficiente de unidades, Cₘ, es 0.295 para SI y 0.09 para USC. La velocidad donde el flujo comienza a salpicar se obtuvo experimentalmente [2]. d. La velocidad de salpiqueo depende del tipo de poceto y se calcula mediante la siguiente relación. (4.11) Los coeficientes α, ß,yyφ en esta relación se presentan en la Tabla 4.5. Tabla 4.5 Coeficientes para estimar la velocidad de salpiqueo. Tipo de Parrilla α ß Y φ P-50 2.22 4.03 0.65 0.06 P-30 1.76 3.12 0.45 0.03 P 50 X 100 0.74 2.44 0.27 0.02 REGLAMENTO PARA EL DISEÑO, CRITERIOS DE OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO DE |4-17 SISTEMAS DE ALCANTARILLADOS PLUVIALES EN PUERTO RICO, 2022 e. La ecuación para estimar la fracción del flujo interceptado lateralmente con respecto al flujo total se define como Rₛ (4.12) Los valores del coeficiente de unidades son Cₘ = 0.0828 para SI y 0.15 para USC. La longitud Lₑ es la longitud corregida por el factor de obstrucción (ver Apéndice 4.B). f. La eficiencia del poceto es la suma del componente debido al flujo frontal más la debida al flujo lateral. Denotando (4.13) y combinando 4.10 y 4.12 se obtiene que (4.14) g. El caudal interceptado por el poceto es la porción del caudal de diseño dada por Qᵢₙₜ = EⱼQₑ (4.15) 4.13.4 Cálculo de la Capacidad de Pocetos de Rejilla en Cunetas Triangulares de Sección Compuesta a. En el caso de secciones compuestas, si el ancho de la rejilla del poceto es igual o mayor al ancho W de la sección con pendiente más empinada (ver Figura 4.9), no se requiere ningún ajuste. b. Si el ancho de la rejilla del poceto es menor que el ancho W, entonces se introduce un factor de corrección para la razón de flujo frontal E₀. c. El factor de corrección es la relación de las áreas entre el área de flujo para un ancho igual al ancho del poceto entre el área de la sección de pendiente pronunciada de ancho W. El ajuste está dado por (4.16) donde A'w es el área de flujo en un ancho igual al ancho de la rejilla y Aw es el área en el ancho de la depresión en la cuneta. E'₀ se sustituye por E₀ en la Ecuación 4.14 para obtener la eficiencia total del poceto para atrapar el caudal que le llega en una cuneta triangular de sección compuesta como sigue (4.17) d. El flujo interceptado por el poceto es REGLAMENTO PARA EL DISEÑO, CRITERIOS DE OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO DE |4-18 SISTEMAS DE ALCANTARILLADOS PLUVIALES EN PUERTO RICO, 2022 (4.18) 4.13.5 Cálculo de la Capacidad de Pocetos de Entrada Lateral a. Para un uso eficiente de estos pocetos, la profundidad del agua para el flujo de diseño no debe exceder la altura de la apertura lateral del poceto. b. La altura de la apertura varía entre 10 y 15 cm (≈ 4 a 6 pulg). c. Por razones de seguridad la apertura no excederá 15 cm (= 6 pulg) de altura. d. Para interceptar todo del caudal en el pavimento, cuando la cuneta es de pendiente uniforme, sin considerar obstrucciones por escombros, la longitud requerida del poceto será determinada por la siguiente ecuación [6]. 0.564 (4.19) donde Lₚ es la longitud requerida del poceto para interceptar el 100% del flujo en la cuneta, Cₘ es una constante de unidades igual a 0.387 para SI y 0.337 para USC, Sₗ es la pendiente longitudinal de la cuneta, y Qc es el caudal en la cuneta. e. La eficiencia de este poceto disminuye con la longitud de la apertura. En este caso la eficiencia es (4.20) donde Lₑ es la longitud del poceto considerando el efecto de obstrucción según la Ecuación 4.31. f. El caudal interceptado, considerando el efecto de obstrucciones en el poceto, es Qᵢₙₜ = EⱼQc (4.21) g. Si el poceto de entrada lateral tiene depresión en el borde interno (ver Figura 4.10), se usa una pendiente equivalente, Sₑ, obtenida mediante la siguiente ecuación. (4.22) donde Ew es la razón entre el flujo en la zona con la depresión y el caudal total en la cuneta y Sw = Dₛ/w. La pendiente Sₑ se sustituye por el de Sx en la ecuación para Lₚ (Ecuación 4.19). El valor de las constantes de unidades, Cₘ, es el mismo. REGLAMENTO PARA EL DISEÑO, CRITERIOS DE OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO DE |4-19 SISTEMAS DE ALCANTARILLADOS PLUVIALES EN PUERTO RICO, 2022 4.13.6 Cálculo de la Capacidad de Pocetos Combinados de Rejilla y Entrada Lateral a. Si la rejilla y la apertura lateral se ubican en el mismo sitio y son de igual longitud, el cálculo de la capacidad del poceto usa la capacidad de la rejilla solamente. La entrada lateral no se considera. b. Los pocetos con apertura lateral mayor a la longitud de la rejilla son efectivos para interceptar las basuras antes de que bloqueen la rejilla. A esta configuración se le llama "entrada con barrido". Esta combinación es recomendable en zonas bajas donde se prevé empozamiento excesivo del agua [7]. TOPE DE LA ACERA Sx Sw Dₛ W Figura 4.10 Sección de un poceto de entrada lateral con depresión frente a la apertura (ver Figura 4.4 (3) para una vista 3-D). c. Su capacidad es igual a la suma de la capacidad de la apertura lateral antes de la rejilla más la capacidad de la rejilla. d. En este caso, la capacidad de la rejilla para recoger el caudal frontal se reduce por el caudal interceptado por la apertura. e. El cálculo de estos pocetos en zona de empozamiento se describe en la Sección 4.13.8. 4.13.7 Pocetos de Parrilla Continua (en Todo el Ancho de Rodaje) a. Este tipo de poceto solo se permitirá en puntos bajos de calles locales. La descarga mayor de diseño será de 30 pcs. b. El diseño se realizará como el de un poceto de rejilla de un ancho igual a la longitud del poceto a lo largo de la calle. REGLAMENTO PARA EL DISEÑO, CRITERIOS DE OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO DE 4-20 SISTEMAS DE ALCANTARILLADOS PLUVIALES EN PUERTO RICO, 2022 C. Se debe proveer un conducto con capacidad suficiente para transportar toda la escorrentía que entra a través de la rejilla. Aplica el mismo criterio de niveles máximos permitidos según presentado en la Sección 4.4. 4.13.8 Pocetos en Zonas de Empozamiento a. Las siguientes subsecciones establecen los criterios y observaciones que se tomarán en cuenta durante la ubicación y diseño de pocetos en áreas donde el agua se empoza. 4.13.8.1 Generalidades a. En zonas bajas, el flujo se acumula rápidamente y puede exceder la capacidad del sistema de drenaje causando inundaciones. En estas condiciones el volumen de agua y la extensión de la inundación son parámetros importantes para prevenir profundidades excesivas que afecten las propiedades adyacentes y pongan en peligro a los conductores y peatones. b. Si son vías importantes, se debe mantener al menos un carril para el paso de vehículos para atender emergencias. c. El ancho y la profundidad máxima de la zona inundada deberán cumplir con la