Sumideros de aguas lluvias: ancho de inundación en la cuneta y capacidad de captación

Una red de colectores bien dimensionada no sirve si el agua no logra entrar. En calles con pendiente, cada sumidero capta solo una fracción del caudal de la cuneta y el resto sigue al siguiente; en los puntos bajos toda el agua debe entrar, o la calle se inunda. El caudal lo entrega el método racional, pero el número y el tipo de sumideros se deciden con la hidráulica de cuneta. Esta guía sigue las ecuaciones del manual HEC-22 de la FHWA, que también son la base de los criterios de drenaje urbano usados en Chile.

Flujo en la cuneta

Para una cuneta de sección triangular con pendiente transversal $S_x$ y longitudinal $S_L$, la ecuación de Izzard modificada en SI es:

donde $T$ es el ancho de inundación medido desde la solera (m). La profundidad junto a la solera es $d = S_x T$, el área $A = S_x T^2/2$ y la velocidad $V = Q/A$. El criterio de proyecto suele ser un ancho máximo compatible con el uso de la vía, por ejemplo que no se invada más de medio carril.

Sumideros en pendiente

Una rejilla de ancho $W$ y largo $L$ capta el flujo frontal (el que pasa sobre su ancho) y parte del lateral:

$R_f$ es la eficiencia frontal; vale 1 mientras la velocidad sea menor que la de salpicadura de la rejilla, que HEC-22 grafica según tipo y largo. Para una abertura en solera, el largo que capta el 100 % y la eficiencia de una abertura más corta son:

Sumideros en punto bajo

La rejilla funciona como vertedero con poca profundidad y como orificio cuando se ahoga:

con $P$ el perímetro libre (sin el lado contra la solera) y $A_g$ el área abierta. Para una profundidad dada, la capacidad es la menor de las dos. Es práctica habitual considerar un 50 % de obstrucción por basura en los puntos bajos.

Ejemplo resuelto

Caudal. Área aportante de 0,60 ha, $C = 0{,}80$ e $i = 55$ mm/h: $Q = 0{,}80 \times 55 \times 0{,}60/360 = 0{,}0733$ m³/s.

Cuneta. $n = 0{,}016$ y $S_x = S_L = 0{,}02$. Despejando, $T = 2{,}77$ m, $d = 0{,}055$ m, $A = 0{,}0767$ m² y $V = 0{,}96$ m/s.

Rejilla de 0,60 × 0,90 m en pendiente. Se toma $R_f = 1$, verificando en HEC-22 que la velocidad de salpicadura de la rejilla elegida supere 0,96 m/s.

Casi la mitad del caudal no entra por la primera rejilla: ese remanente se suma al del tramo siguiente. La abertura en solera necesita 10,5 m para captar todo, por lo que en pendiente conviene la rejilla.

Así se definen los espaciamientos. Se parte desde el punto alto y se acumula caudal hasta que el ancho de inundación llega al máximo admitido; ahí va el primer sumidero. El caudal que pasa se suma al del tramo siguiente, por lo que los sumideros de más abajo quedan más juntos que el primero. Cerca de un punto bajo conviene agregar sumideros de flanco a ambos lados, que captan antes de llegar al fondo y dan redundancia si el central se obstruye.

Punto bajo. Llegan 0,12 m³/s a una rejilla de 0,60 × 0,90 m con $P = 2 \times 0{,}90 + 0{,}60 = 2{,}40$ m y 50 % de área abierta ($A_g = 0{,}27$ m²). Como vertedero requiere $d = 0{,}097$ m y como orificio 0,022 m; gobierna el vertedero. Con 50 % de obstrucción (perímetro y área útiles a la mitad) se necesitan 0,154 m de agua y el ancho inundado llega a 7,7 m: hay que agregar una segunda rejilla o sumideros de flanco antes del punto bajo.

Errores frecuentes

• Suponer que cada sumidero capta el 100 % en calles con pendiente.
• No arrastrar el caudal no captado al sumidero siguiente.
• Diseñar los puntos bajos sin obstrucción y sin una vía de rebase si el sumidero se tapa.
• Rejillas con barras paralelas al tránsito en zonas con ciclistas, o rejillas de baja velocidad de salpicadura en calles empinadas.
• Ubicar sumideros aguas abajo de los cruces peatonales, dejando el agua justo donde se camina.

Relacionado: drenaje pluvial urbano con el método racional, curvas IDF y tensión tractiva en alcantarillado.