Análisis del drenaje superficial en vías urbanas a partir de un modelo hidrodinámico bidimensional

Abstract

Para la optimización de la infraestructura existente del drenaje urbano en una ciudad, es necesario comprender los patrones de flujo en las vías y a partir de allí, disponer adecuadamente los sistemas de captación. En la ciudad de Medellín, no se disponen de estudios particulares para estimar la capacidad de captación de los sumideros utilizados, por ello se optó por realizar una simulación hidrodinámica tridimensional del sumidero Tipo B de las Empresas Públicas de Medellín E.S.P, en una plataforma virtual de 3.0 m de ancho y 5.30 m de largo, variando los caudales de entrada de 50 a 250 l/s, la pendiente longitudinal de 0.1 a 10% y la pendiente transversal de 0 a 5%, generando 105 casos simulados. Los resultados del modelo numérico se compararon con aproximaciones empíricas que representan el proceso de captación en sumideros de reja de fondo, logrando correlaciones satisfactorias. Se propone un umbral de potencia unitaria del flujo de aproximación a la reja para distinguir de la captación tipo vertedero y orificio, para las cuales se determinaron coeficientes de descarga en función del número de Froude. Posteriormente, se realiza la simulación hidrodinámica bidimensional de una vía particular, para diferentes sensibilidades a los caudales de entrada, magnitud de la intensidad de lluvia, separación entre sumideros y análisis de la peligrosidad del flujo para peatones. Las simulaciones muestran que los patrones del flujo preferente dentro de la vía se conservan y son útiles para la propuesta de ubicación de nuevos sumideros, logrando el aumento del caudal captado y la reducción de las zonas de riesgo.

Abstract: Optimization of urban drainage current infrastructure needs the understanding of flow patterns in roads, in order to locate efficiently and correctly inlet systems. There are no particular studies about inletcapacity of the grate of Medellin (Colombia), that is why in this work a grate type B of E mpresas Públicas de Medellín (local pubic utility) was tested in a 3-dimensional hydrodynamical numerical model and several simulations were performed. Simulations were performed in a virtual platform of 3 meters width by 5.30 meters long, with a varying inlet discharge from 50 to 250 l/s, longitudinal slope from 0.1 to 10%, and transverse slope from 0 to 5%, computing 105 simulation cases. Numerical model results were compared with empirical aproximations of inlet process in grate and high correlations were achieved. It was proposed a threshold for the unit-power of approximation flow to distinguish if a inletis weir or oriffice type, for which discharges coefficient depending on the Froude number were determined. Then, a hydrodynamic 2-dimensional simulation was performed on a particular road, in order to do a sensitivity analysis with different inputs flow, rain intensities, distances between grate inlet and flow dangerousness to pedestrians. Simulations show conservation of preferential flow patterns, and are useful for purposing locations for new inlets, increasing the inlet flow and the reduction of risk zones.