EVALUACIÓN DEL COEFICIENTE DE DESCARGA DE REJILLAS PLUVIALES MEDIANTE EXPERIMENTACIÓN FÍSICA, PARA DISEÑO DE SUDS

Abstract

La carencia de información conduce a la asignación de coeficientes de descarga inapropiados a las rejillas pluviales durante la etapa de diseño de sistemas de drenaje pluvial, y actualmente en el diseño de sistemas urbanos de drenaje sostenible (SUDS). Parte del problema de las inundaciones radica en la baja eficiencia de las rejillas pluviales en la captación de los escurrimientos de las calles, lo que resulta en inundaciones cada vez más intensas y pérdidas económicas significativas. Por esta razón, es crucial llevar a cabo investigaciones que involucren diversos tipos de rejillas con el fin de encontrar la geometría óptima para la captación de agua pluvial en distintos escenarios de funcionamiento. Esto permitiría eliminar del diseño aquellas rejillas o tapas que no cumplan con los requisitos necesarios. En esta investigación, se trabajaron cuatro escenarios de funcionamiento de la tapa de concreto y de una rejilla de fierro fundido, y bajo estas condiciones se llevó a cabo una campaña experimental. Los escenarios incluyeron los fenómenos de sumidero libre, sumidero ahogado, surgencia ahogada y surgencia libre. Los experimentos se realizaron en un modelo físico construido en el laboratorio de modelos hidráulicos del IITCA, con una escala de longitud de 1:6, representando una calle en San Juan Jalpa, San Felipe del Progreso, México, con su respectivo pozo de visita en el centro. Se construyeron a escala la tapa de concreto y la rejilla de fierro fundido. Se llevaron a cabo los experimentos con los diferentes escenarios para determinar los coeficientes de descarga, las curvas de eficiencia, el caudal de surgencia, la presión, entre otros parámetros. Los datos experimentales se validaron mediante simulaciones en el modelo numérico IBER, utilizando su módulo de drenaje urbano. Se simularon los cuatro escenarios con las dimensiones del modelo físico, y también se realizaron simulaciones con las dimensiones del prototipo. Para esto, se escaló la información experimental, incluyendo el tirante, el caudal y la rugosidad de Manning. Los resultados proporcionaron los coeficientes de descarga para diferentes fenómenos observados en el brocal sin tapa, brocal con tapa de concreto y brocal con rejilla de fierro fundido.

Los resultados demostraron que para el fenómeno de sumidero es decir de captación de flujo que escurre por la calle, las tapas de concreto, comúnmente utilizadas en los pozos de visita de los sistemas de drenaje, no son eficientes para la captación de agua pluvial, dado que presentaron una eficiencia entre el 2-10%. En contraste, las rejillas presentaron una eficiencia entre el 18 y 40%, variando según la velocidad del flujo en la calle. Este efecto de reducción de la eficiencia se reflejó en los coeficientes de descarga, con valores de 0.11 para el brocal y 0.62 para la rejilla, demostrando que las tapas de concreto no son adecuadas para esta función. Las simulaciones con las dimensiones del prototipo confirmaron los resultados experimentales, respaldando la idea de que los modelos de simulación son herramientas ideales para estudiar el comportamiento de diversos fenómenos hidráulicos, siempre y cuando se realice una validación con datos experimentales.