Metodología numérico-experimental para el análisis del riesgo asociado a la escorrentía pluvial en una red de calles

Resumen

En los últimos años, el continuo crecimiento de las áreas urbanas ha incrementado los problemas ocasionados por inundaciones, especialmente en las grandes ciudades. Estos problemas aparecen debido a: la disminución del área permeable; el aumento tanto del coeficiente como del volumen de escorrentía; y la reducción de la rugosidad de la superficie y del tiempo de punta del hidrograma. Todo lo cual ocasiona un desmesurado crecimiento de los caudales punta. Muchas ciudades tienen un sistema de drenaje pluvial superficial consistente en canales y en las propias calles de la ciudad. Otras tienen un sistema de drenaje urbano subterráneo. En ambos casos, la escorrentía en las calles es un hecho común y puede ser de interés determinar los niveles de agua y velocidades máximos que pueden alcanzarse con relación a un determinado período de retorno. El objetivo principal de esta tesis es el desarrollo de un modelo numérico que permita conocer las características del flujo (velocidad, calado) a lo largo de un conjunto de calles cuando éstas actúan como red de drenaje pluvial. Para ello, es crucial conocer la distribución de los caudales en los cruces. Se ha puesto a punto un modelo que simula el comportamiento hidráulico (flujo no permanente unidimensional) en las propias calles. Este trabajo se centró exclusivamente en el análisis del comportamiento hidráulico de cruces de calles en los que los flujos, tanto de entrada como de salida, son supercríticos. Para ello se realizaron experimentos en un modelo de cruce de calles en el laboratorio. Analizando distintas relaciones entre las variables involucradas, se encontró que tanto el reparto de caudales de salida como las condiciones de contorno del flujo en las calles de aproximación al cruce pueden ser determinados satisfactoriamente conociendo ciertas magnitudes físicas de los flujos de entrada al cruce, como por ejemplo la potencia del flujo. Una vez conocidas las relaciones que determinan el reparto de caudales y las características del flujo en el cruce, fue posible desarrollar un modelo numérico unidimensional para resolver el flujo en toda la red de calles. Para demostrar la utilidad del modelo numérico propuesto, fue aplicado al estudio de la escorrentía pluvial en una cuenca urbana de la ciudad de Mendoza, Argentina, con pendientes medias del 1 al 2% lo que propició la ocurrencia de flujo supercrítico en la sección de salida de casi todos los cruces. Como resultado se obtuvieron, para cada periodo de retorno, los calados y velocidades del flujo en cada una de las calles, los cuales fueron analizados mediante la aplicación de ciertos criterios para evaluar la peligrosidad asociada a la escorrentía en las calles. Estos criterios se basan en calados y velocidades máximas admisibles, así como combinaciones entre ellos. Además, se propone un nuevo criterio de peligrosidad basado en la estabilidad de una persona al deslizamiento por el arrastre del agua. Se identificaron las calles donde se producen situaciones de flujo peligroso en función de los criterios adoptados y pudo determinarse también la duración de estas situaciones. Como ejemplo de aplicación, los resultados finales se presentan en forma de mapas de peligrosidad de la escorrentía en las calles asociados a periodos de retorno de 5, 10 y 25 años. -----------------------------------------------