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Calibración hidrodinámica de una estructura de biorretención estándar, sin vegetación, para la determinación del espesor óptimo de la capa de almacenamiento para un evento de lluvia típico de una zona urbana de Bogotá / Frank David Velasco Ávila

By: Velasco Ávila, Frank David.
Contributor(s): Acero Riveros, Germán Eduardo Ing [dir].
Material type: materialTypeLabelComputer filePublisher: Bogotá (Colombia) : Escuela Colombiana de Ingeniería Julio Garavito, 2016Description: 199 p. : il., gráficas.Subject(s): EDUCACIÓN SUPERIOR | INFILTRACION | CALIBRACIÓN HIDRO DINÁMICOS DE SUELOS | DRENAJE SOSTENIBLE | APLICACIÓN HYDRUS-1DDDC classification: 624.151 Online resources: Click here to access online Dissertation note: Tesis (Magíster en Ingeniería Civil con énfasis en Recursos Hidráulicos y Medio Ambiente) Summary: Con la finalidad de proponer un sistema de biorretención estándar para la ciudad de Bogotá y de aplicar la metodología de solución inversa en Hydrus-1D, se requiere determinar los parámetros θ_s; θ_r; α;n y k_s de la función de van Genuchten-Mualem sin considerar histéresis para los suelos que componen un sistema de biorretención estándar, así como las dimensiones y componentes necesarios para la implementación de dicha estructura de biorretención en la ciudad de Bogotá. La formulación de la función objetivo en Hydrus-1D parte de las mediciones de la presión capilar y del contenido volumétrico de agua en el suelo, es decir, la construcción de la curva h vs. θ. En primer lugar, se realizó el dimensionamiento general de la estructura de biorretención con base en la normatividad actual de paisajismo urbano y algunas recomendaciones dadas por el operador del servicio de alcantarillado de la ciudad de Bogotá. Los componentes y diseño de los suelos que se utilizaron fueron producto de la recopilación de información de diversos manuales e investigaciones previas realizadas para el dimensionamiento de sistemas de biorretención y que son aplicables para la ciudad de Bogotá. Para poder interpretar el flujo en la zona no saturada, se realizó la construcción de un prototipo experimental del tipo columna de suelo, el cual permitió controlar y medir las variables que intervienen en la descripción unidimensional del flujo a través del sub-suelo como son: presión capilar, contenido volumétrico de agua, caudal de entrada y caudal de salida. En esta tesis se construyeron 13 instrumentos basados en sensores que miden las diferentes variables requeridas en el modelo inverso. Cabe aclarar que toda la instrumentación concebida se basó en el desarrollo de electrónica de bajo costo. La totalidad de la instrumentación se controla desde un PLC Arduino Mega y fue desarrollada como iniciativa propia del autor. Para el tratamiento de las señales y captura de datos se diseñó un programa intuitivo en la versión comercial de Lab View, software que permite crear una interfaz amigable para la visualización y control de todos los sensores en tiempo real. Finalmente, se determinaron los parámetros hidrodinámicos θ_s; θ_r; α;n y k_s de la función de van Genuchten-Mualem, sin considerar histéresis, de los suelos de estudio mediante un modelo inverso desarrollado en Hydrus-1D y ensayos de laboratorio. También se realizaron diversos modelos directos para determinar el tiempo de retención y el flujo de salida para la condición de operación de la estructura de biorretención. Con los resultados de este modelo se propuso una capa que sirve de almacenamiento en el fondo de la estructura, que se compone de rocas que permiten establecer un adecuado volumen de retención. También se realizó un modelo directo en Hydrus-1D como ejemplo de aplicación para una zona urbana de Bogotá, con el fin de observar el comportamiento de la estructura y el porcentaje de mitigación del pico de escorrentía superficial en condiciones normales de funcionamiento, utilizando datos hidrológicos propios de la zona de estudio suministrados por el operador del servicio de acueducto y alcantarillado de la ciudad de Bogotá.
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TRABAJOS DE GRADO TRABAJOS DE GRADO Biblioteca Jorge Álvarez Lleras
Fondo general
624.151 V433c TS (Browse shelf) 1 Available D000933
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Tesis (Magíster en Ingeniería Civil con énfasis en Recursos Hidráulicos y Medio Ambiente)

Incluye Bibliografía

Con la finalidad de proponer un sistema de biorretención estándar para la ciudad de Bogotá y de aplicar la metodología de solución inversa en Hydrus-1D, se requiere determinar los parámetros θ_s; θ_r; α;n y k_s de la función de van Genuchten-Mualem sin considerar histéresis para los suelos que componen un sistema de biorretención estándar, así como las dimensiones y componentes necesarios para la implementación de dicha estructura de biorretención en la ciudad de Bogotá. La formulación de la función objetivo en Hydrus-1D parte de las mediciones de la presión capilar y del contenido volumétrico de agua en el suelo, es decir, la construcción de la curva h vs. θ.

En primer lugar, se realizó el dimensionamiento general de la estructura de biorretención con base en la normatividad actual de paisajismo urbano y algunas recomendaciones dadas por el operador del servicio de alcantarillado de la ciudad de Bogotá. Los componentes y diseño de los suelos que se utilizaron fueron producto de la recopilación de información de diversos manuales e investigaciones previas realizadas para el dimensionamiento de sistemas de biorretención y que son aplicables para la ciudad de Bogotá.

Para poder interpretar el flujo en la zona no saturada, se realizó la construcción de un prototipo experimental del tipo columna de suelo, el cual permitió controlar y medir las variables que intervienen en la descripción unidimensional del flujo a través del sub-suelo como son: presión capilar, contenido volumétrico de agua, caudal de entrada y caudal de salida. En esta tesis se construyeron 13 instrumentos basados en sensores que miden las diferentes variables requeridas en el modelo inverso. Cabe aclarar que toda la instrumentación concebida se basó en el desarrollo de electrónica de bajo costo. La totalidad de la instrumentación se controla desde un PLC Arduino Mega y fue desarrollada como iniciativa propia del autor. Para el tratamiento de las señales y captura de datos se diseñó un programa intuitivo en la versión comercial de Lab View, software que permite crear una interfaz amigable para la visualización y control de todos los sensores en tiempo real.

Finalmente, se determinaron los parámetros hidrodinámicos θ_s; θ_r; α;n y k_s de la función de van Genuchten-Mualem, sin considerar histéresis, de los suelos de estudio mediante un modelo inverso desarrollado en Hydrus-1D y ensayos de laboratorio. También se realizaron diversos modelos directos para determinar el tiempo de retención y el flujo de salida para la condición de operación de la estructura de biorretención. Con los resultados de este modelo se propuso una capa que sirve de almacenamiento en el fondo de la estructura, que se compone de rocas que permiten establecer un adecuado volumen de retención. También se realizó un modelo directo en Hydrus-1D como ejemplo de aplicación para una zona urbana de Bogotá, con el fin de observar el comportamiento de la estructura y el porcentaje de mitigación del pico de escorrentía superficial en condiciones normales de funcionamiento, utilizando datos hidrológicos propios de la zona de estudio suministrados por el operador del servicio de acueducto y alcantarillado de la ciudad de Bogotá.

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