Cálculo del alcantarillado pluvial: análisis de las características importantes del diseño

La estructura técnica diseñada para la recolección y evacuación del agua de lluvia (de deshielo) se denomina alcantarillado pluvial. Es una de esas importantes construcciones de uso doméstico y técnico que forman parte de los elementos esenciales de edificios residenciales, comerciales e industriales.

Un factor importante durante la construcción es el cálculo del alcantarillado pluvial. La construcción del sistema «a ciegas» corre el riesgo de inundación o desecación de áreas del paisaje, así como de destrucción de la estructura del suelo.

En el artículo que presentamos se analizan en detalle las variedades de alcantarillas pluviales, se describen las formas de su construcción. Se exponen los principios básicos del diseño de sistemas de evacuación de agua atmosférica. Se ofrecen valiosas recomendaciones para su construcción.

Clasificación de los tipos de “alcantarillas pluviales”

La práctica de la construcción de diversos tipos de estructuras muestra la aplicación de tres tipos de sistemas, cada uno de los cuales se diferencia por los métodos de recolección y evacuación de los productos de las precipitaciones atmosféricas:

1. Basado en canales y canaletas abiertos (tipo acequia).
2. Basado en pozos y tuberías cerrados (tipo cerrado).
3. Basado en una solución combinada (tipo mixto).

El primer proyecto se implementa en la práctica mediante la construcción de canales que conectan las canaletas de recolección de agua entre sí y, en última instancia, desvían el agua recolectada fuera del área prevista.

Todos estos elementos del alcantarillado pluvial tienen una comunicación abierta con el entorno. Para la construcción de tales instalaciones se requiere una cantidad relativamente pequeña de recursos y materiales.

El esquema de alcantarillado pluvial de tipo cerrado debe considerarse más avanzado en términos de diseño. Aquí se construyen líneas de drenaje ocultas, así como un sistema de receptores de lluvia: depósitos acumuladores intermedios especiales.

Alcantarillado pluvial de tipo abierto en versión industrial. Los elementos principales de la estructura son canales de hormigón, sobre los cuales se colocan láminas metálicas enrejadas. Bajo el mismo principio se construyen esquemas abiertos de alcantarillado pluvial para viviendas particulares.

La evacuación del agua recolectada se realiza a través de redes de tuberías tendidas y ocultas bajo tierra. Por lo general, los productos de precipitación atmosférica recolectados se llevan a las instalaciones de tratamiento y luego a las cuencas de cuerpos de agua naturales.

La tercera opción es el alcantarillado pluvial mixto. Se construye sobre la base de componentes de montaje destinados a sistemas tanto de tipo abierto como cerrado.

El diseño del alcantarillado pluvial mixto se realiza en función de la racionalidad de la operación del sistema en áreas específicas del terreno. La parte financiera de su implementación juega un papel importante en la decisión de elegir la opción combinada.

Por separado, cabe destacar el sistema de acequias (canales) para la recolección y evacuación del agua de lluvia. Este esquema de alcantarillado pluvial, junto con su simple esquema de fabricación, posee universalidad de operación.

El alcantarillado pluvial de acequia tiene la ventaja de que, junto con la función de evacuación del agua de lluvia, puede desempeñar el papel de suministrador de humedad para las plantaciones agrícolas. También es una opción de construcción económica en comparación con otros proyectos.

Gracias a la construcción de acequias, es posible organizar no solo un drenaje bastante efectivo de los productos de precipitación atmosférica. Este mismo sistema puede aplicarse con éxito como una estructura de riego, por ejemplo, para las necesidades de una parcela familiar (de campo).

¿Qué se tiene en cuenta en el cálculo?

Para cada objeto de construcción privado (área de terreno explotada), el diseño de un esquema de alcantarillado pluvial individual es algo habitual.

Sin embargo, siempre se toman como base las soluciones características de los proyectos típicos de construcción de alcantarillado pluvial. Las soluciones típicas por defecto implican recurrir a cálculos técnicos antes de que comience la construcción del sistema.

Los cálculos se realizan teniendo en cuenta las normas SNiP y considerando los siguientes factores característicos de la zona y el objeto específicos:

• precipitación normal anual;
• propiedades del suelo;
• superficie del objeto;
• masa de aguas evacuadas;
• superficie de escorrentía requerida.

Además de la información sobre la masa de precipitaciones evacuadas, puede obtener el resto de la información contactando con el servicio meteorológico local. Y la cantidad condicional de productos de precipitación atmosférica evacuados se calcula mediante una fórmula donde se toman como datos de cálculo el área de la cuenca de captación y el parámetro de intensidad de dichas precipitaciones.

Expresión matemática de la fórmula:

M = (A * 20) * S * k,

En ella, respectivamente:

• M – masa de las aguas evacuadas;
• A – intensidad de las precipitaciones atmosféricas en 20 minutos;
• S – área de captación (para el tejado, además, + 30% del área total de las paredes del edificio);
• k – coeficiente de absorción de humedad del material del objeto.

Como materiales del objeto suelen actuar los revestimientos de tejado (k=1); las estructuras de hormigón y asfalto (k=0,9); el suelo (k=0,75); la piedra triturada y la grava (k=0,45).

Características del diseño del sistema

La evacuación de las precipitaciones atmosféricas desde el techo del edificio se realiza a través de un sistema de recolección de agua de lluvia. Se trata de líneas externas de tuberías verticales, colocadas debajo de los puntos finales de los canales receptores. A su vez, los canales receptores se instalan a lo largo del perímetro del área del techo, debajo del borde inferior de la cubierta.

La recogida del agua de lluvia (de deshielo) del área del tejado se realiza principalmente mediante canalones. Estos elementos estructurales se montan a lo largo del borde inferior del revestimiento del tejado y en el punto más bajo de la pendiente se conectan a la bajante. Luego, a través de la tubería, el agua se dirige al receptor de agua de lluvia.

En tejados planos, el drenaje va directamente a las bajantes de tuberías. Con este esquema, las tuberías de desagüe se suelen montar verticalmente dentro de los edificios, y sus campanas superiores se extienden hasta el tejado y forman una sola unidad con la membrana impermeabilizante. En los tejados planos de casas particulares, se permite la presencia de una sola bajante de aguas pluviales.

Si en la vivienda se utilizan bajantes internas con salida abierta, su diseño debe prever la posibilidad de desviar el agua de deshielo en invierno hacia el sistema de alcantarillado sanitario. La línea de desviación debe realizarse obligatoriamente con sifón. A partir de los datos calculados sobre el caudal másico de agua, se selecciona el diámetro de las tuberías para construir la bajante del alcantarillado pluvial.

Tabla de selección de tuberías para la bajante:

El material preferido para las tuberías de desagües internos es plástico, asbestocemento, hierro fundido. Las tuberías de chapa y plástico se suelen utilizar para la instalación del sistema externo de alcantarillado pluvial.

Al instalar líneas principales horizontales, se debe mantener la pendiente normativa (no menos de 0,005 m y no más de 0,15 m por 1 m de longitud de la línea).

Los proyectos de alcantarillado pluvial para viviendas unifamiliares suelen prever el uso de tuberías de plástico para la instalación de líneas principales lineales. Esta no es la opción más fiable, pero sí la más económica. Sin embargo, los frecuentes daños en tramos concretos anulan todo el ahorro.

Para casos de mantenimiento, es necesario prever la instalación de registros y limpiezas. En las bajantes del alcantarillado pluvial, los registros se montan dentro del perímetro del piso inferior del edificio.

Para calcular la capacidad de los canales lineales de alcantarillado pluvial, es necesario tener en cuenta el área del objeto tratado, el valor de la pendiente hacia los canales y el coeficiente de absorción de agua adoptado para la superficie del terreno. Además de estos datos, también será necesario calcular la sección hidráulica del canal.

Principios generales de la instalación de la “alcantarilla pluvial”

Los propietarios de viviendas unifamiliares tienen la capacidad de construir por sí mismos las comunicaciones para la recolección y evacuación de aguas pluviales (de deshielo). Después de realizar todos los cálculos y adquirir los materiales necesarios, se procede a las acciones de instalación del alcantarillado pluvial.

En primer lugar, se excavan zanjas en el terreno de la casa para las líneas de drenaje, según el plan previsto. Se conducen las zanjas hasta los puntos de ubicación de las bajantes de desagüe (tuberías de canalón). Para el diseño del sistema de una propiedad privada, es suficiente una profundidad de zanja de 300-500 mm.

Al realizar la excavación de zanjas, se tiene en cuenta la pendiente de las futuras tuberías (o canaletas) hacia el recolector-acumulador central. El fondo de las zanjas terminadas se compacta mediante apisonado y se cubre con una capa de arena de río (de al menos 200 mm de altura).

En las áreas debajo de las bajantes de canalón se cavan pozos para los receptores de lluvia y se instalan. Estos elementos del sistema son recipientes de forma rectangular de pequeño volumen (5-10 litros).

Para la instalación de pozos de inspección y de cambio de dirección, se recomienda utilizar contenedores de plástico industriales prefabricados o hacerlos moldeados de polibetón. La primera opción es más cara, pero más sencilla de instalar y mantener.

Los receptores de lluvia fabricados industrialmente suelen complementarse con cestas recolectoras de residuos grandes. Los residuos naturales inevitablemente ingresan al alcantarillado pluvial con los flujos de agua de lluvia.

Una de las numerosas estructuras existentes de receptores de lluvia. Material de fabricación: plástico. Opción óptima en proyectos de propiedad privada. Estos recipientes suelen complementarse con cestas filtro para retener residuos grandes.

Según la tecnología elegida para la construcción del alcantarillado pluvial (abierta o cerrada), en las zanjas se colocan canaletas o se instala una línea de tuberías de polímero.

Si se realiza un simple sistema de canaletas de desagüe con salida a un césped cercano, es recomendable prever los riesgos de posible erosión del suelo en las zonas de desagüe. Los elementos de instalación cerrada en las uniones deben sellarse obligatoriamente.

Las tuberías así ensambladas deben conectarse a un tanque acumulador común o al colector de la red centralizada.

También se debe cuidar la construcción de filtros captadores de arena justo antes de la entrada al acumulador común. Y no olvidar instalar pozos de inspección. Su instalación es necesaria en tramos de tuberías principales de más de 10 metros de longitud, así como en los lugares del esquema donde se forman giros de la línea de drenaje.

Métodos de evacuación del agua recogida

Una tarea importante para los propietarios de propiedades rurales es la evacuación del agua de lluvia recolectada del área total del terreno.

Si no hay redes centralizadas cerca de la casa, para resolver esta tarea quedan dos opciones:

1. Recolección en un tanque especial con uso posterior para riego;
2. Evacuación del agua del acumulador al suelo o a zonas naturales.

La primera opción se considera racional si en el terreno de la casa hay elementos para riego. En ese caso, se necesitará un dispositivo simple (una estación de bombeo doméstica) para extraer agua del depósito de almacenamiento y luego suministrarla a las áreas de riego.

Esquema de desviación del agua de lluvia recolectada hacia el suelo. Es uno de los esquemas posibles que están disponibles para los propietarios de casas rurales. La eficiencia en la velocidad de drenaje es baja, pero considerando su uso en áreas pequeñas, este esquema es adecuado.

La segunda opción conlleva grandes dificultades. La salida al suelo es un proceso que lleva tiempo. El tiempo necesario depende de la capacidad del suelo para absorber la humedad. En diferentes áreas del terreno, el coeficiente de saturación de humedad del suelo puede variar significativamente.

Para evacuar las aguas del alcantarillado pluvial hacia zonas naturales («al relieve» o «al paisaje»), será necesario implementar un esquema adicional. Este esquema incluye un recolector central de agua y un sistema de depuración adicional del suelo, por ejemplo, un campo de filtración.

El esquema de salida «al relieve» o «al paisaje» conlleva dificultades en la construcción de módulos de tratamiento. Ambas opciones requieren la aprobación de las autoridades ambientales.

Generalmente, el propietario de la propiedad (terreno) debe dirigirse a las siguientes organizaciones para el objeto de la aprobación:

1. Departamento de Supervisión Natural.
2. Dirección de Pesca.
3. Dirección de Supervisión del Consumidor.
4. Dirección de Cuencas Hidrográficas.
5. TsGMS.

Por objeto de aprobación se entiende el «Proyecto de normas que caracterizan el procedimiento de vertido». Sobre la base de dicho proyecto se emite un permiso que permite el vertido de contaminantes «al paisaje» o «al relieve», y también se toma una decisión sobre la concesión del cuerpo de agua.

Vertido de agua del alcantarillado pluvial «al relieve» o «al paisaje». Dichos esquemas no están regulados por los documentos SNiP.

La implementación de tales opciones de manera ilegal conlleva el riesgo de multas elevadas, y el vertido legal requiere la aprobación de las autoridades.

Los proyectos de propiedades privadas tradicionalmente incluyen, junto con el alcantarillado pluvial, otras redes de comunicación. El alcantarillado doméstico y el sistema de drenaje también forman parte de las comunicaciones domésticas. El principio de su funcionamiento difiere poco del funcionamiento del alcantarillado pluvial, por lo que los propietarios de casas particulares a menudo ven la posibilidad de utilizar estas redes.

Sin embargo, la combinación del alcantarillado pluvial con el esquema de alcantarillado doméstico de evacuación de aguas residuales está prohibida por SNiP. La prohibición de combinar diferentes tipos de alcantarillado se debe a factores obvios.

Así, con la condición de evacuar el agua de lluvia al alcantarillado doméstico y teniendo en cuenta la alta intensidad de las precipitaciones, el nivel normal de aguas residuales se exagera varias veces.

La inundación de los pozos de trabajo provoca el bloqueo de las aguas residuales domésticas y fecales. Los depósitos de lodo y los desechos naturales se precipitan hacia el sistema de alcantarillado doméstico. Como resultado, después de una nueva tormenta, los instaladores de la estructura tendrán que limpiar el sistema.

La combinación del drenaje pluvial con la red de alcantarillado corre el riesgo de tener un resultado desastroso. El desbordamiento del sistema de drenaje debido a la violación de las cargas calculadas provoca la inundación de los cimientos del edificio.

Las inundaciones frecuentes alteran la estructura del suelo, lo que provoca el desplazamiento de los bloques de cimentación, el socavamiento de la base bajo la estructura monolítica y, posteriormente, puede llevar al colapso del edificio.

Conclusiones y video útil sobre el tema

Los videos útiles ampliarán su conocimiento sobre el propósito y la instalación del drenaje pluvial.

Video #1. Drenaje pluvial en una casa particular – desde el proyecto hasta la instalación:

Video #2. Tecnologías industriales:

Las etapas de diseño y cálculo cuidadoso del drenaje pluvial son una parte integral de la construcción de casas particulares. Un proyecto de drenaje pluvial bien pensado y cálculos precisos – eso es la durabilidad de la estructura y un ambiente confortable para sus ocupantes.

¿Quiere contar cómo instaló el drenaje pluvial en su propia parcela de campo? ¿Desea proporcionar información útil y colocar fotos sobre el tema del artículo? Por favor, escriba comentarios en el bloque que se encuentra a continuación.