aguas lluvia

RAMON NAZAR ITAIM

INGENIERO CIVIL

Cochrane 369, Of. 202 Concepcin Fono-Fax: 041-2462937 [email protected] www.ingenieronazar.cl

MEMORIA DE CLCULO AGUAS LLUVIAS

PROYECTO: Diseo evacuacin Aguas Lluvias Sector Cerro El Santo, Tom

Revisin Descripcin Por Fecha Aprob

A Para revisin y Aprobacin S. Maureira V. 26/02/2010 Ramn Nazar I.

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1.- INTRODUCCIN

La I. Municipalidad de Tom contrat al Consultor que suscribe el diseo de ingeniera denominado DISEO DE PROYECTO DE URVANIZACIN SECTOR CERRO EL SANTO, TOM, el cual se inserta en el Programa de Mejoramiento de barrios. El estudio consiste en la ejecucin de la ingeniera de las obras de pavimentacin y aguas lluvias de calles y pasajes ubicada en el sector el Santo, Regin del Bo Bo.

2.- DESCRIPCIN GENERAL DEL PROYECTO

Atendiendo al objetivo del presente informe, se recopilaron antecedentes de topografa de la poblacin, antecedentes hidrolgicos y meteorolgicos, mecnica de suelos, etc., que son informacin de apoyo a la Ingeniera Bsica. El objetivo del estudio es definir soluciones viales, incluyndose en esto el tipo de calzada a utilizar, su perfil transversal, su longitudinal, sus cortes tipo y el sistema general de evacuacin de aguas lluvias.

La proposicin de solucin a las calles en estudio, considerando tipo de calzada, pendientes, dimensiones, etc., es la siguiente:

DESCRIPCIN CALZADA OBSERVACION Calles Hormign Calzada proyectada 6 m ancho, soleras tipo A. Pasajes Hormign Calzada proyectada 3.5 m ancho, soleras tipo A.

Las calles y pasajes se muestran en planos del proyecto

3.- INGENIERIA BASICA

3.1. TOPOGRAFA

Para definir la altimetra del rea, se efectu una nivelacin cerrada de los Puntos de Referencia (P.R.) ubicados en puntos singulares, distribuidos estratgicamente en el sector en estudio. A partir de esta red altimtrica se tomaron las cotas del eje de las calles y en todas las intersecciones, lo cual permite definir sus perfiles longitudinales. Adems, a partir de cada estacin se radi taquimtricamente los puntos singulares de la planta, identificndose claramente todos los elementos existentes.

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3.2. ESTUDIO HIDROLGICO

3.2.1. Introduccin. El objetivo del estudio hidrolgico es determinar, por medio de relaciones

precipitacin-escorrenta, los caudales de aguas lluvias aportantes al sector en estudio, y especficamente a las calles involucradas en el proyecto, para un determinado perodo de retorno, con el fin de canalizar dichos escurrimientos superficiales sobre las calzadas de las calles durante la ocurrencia de lluvias.

3.2.2. Metodologa para Estimacin de Caudales.

Las reas tributarias de las subcuencas del cerro el santo se muestran en la siguiente figura N1, con las cuales se obtuvieron los parmetros de diseo que a continuacin se detallan.

Figura N1; reas Tributarias para solucin de aguas lluvias.

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El clculo de caudales se realiz a travs del Mtodo Racional, el que es aconsejable utilizar en cuencas pequeas (de superficie menor a 25 Km2), como es el caso del sector en estudio.

3.6CiAQ =

Donde: Q: Caudal Mximo de escorrenta. (m3/s). C: Coeficiente de Escorrenta.

i: Intensidad de Precipitacin (mm/hr). A: rea de la Cuenca (Km2).

3.2.2.1. Tiempos de Concentracin.

En cuencas rurales no planas con escurrimiento preferentemente concentrado se utiliza la Frmula de Kirpich, para el clculo de los tiempos de concentracin se opt por utilizar la siguiente expresin:

(m.) Cuenca la de Desnivel Mximo:H(km.) Principal Cauce del Longitud:L

(hrs.)in Concentrac de Tiempo:tc:

98.0385.03

DondeHL

tc

=

Tabla N1 Tiempo de Concentracin

Subcuencas A (Km2) L (km) H (m) tc (min) rea 1 0.1081 0.61 43 7.81 rea 2 0.1963 0.45 29 6.39 rea 3 0.0992 0.72 124 6.29 rea 4 0.0834 0.50 46 6.05 rea 5 0.0864 0.64 43 8.25 rea 6 0.0038 0.38 20 6.2

Los criterios de diseo de aguas lluvias consideran tiempos de concentracin mnimos de 10 minutos (0,167 hr), dado que esto representa una situacin de flujo mximo para el mtodo racional. Cuando el tiempo de concentracin obtenido es inferior a 10 minutos, se adopta el tiempo mnimo de concentracin.

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3.2.2.2. Coeficientes de Escorrenta. El Coeficiente de Escorrenta depende de las caractersticas geomorfolgicas de la

cuenca, topografa, vegetacin, capacidad de almacenamiento, condiciones de infiltracin etc. Este coeficiente refleja la capacidad de retencin de agua que tiene la superficie del terreno o bien la capacidad de una gota de agua de escurrir a travs de la superficie del terreno hasta llegar al punto en estudio. En la tabla N 2 se muestra la estimacin del coeficiente de escorrenta para diferentes subcuencas aportantes de las calles analizadas. Se considera lo siguiente:

Tabla N2 Coeficiente de Escorrenta

Tipo de Superficie A1 Casas y Patio 5% 0.67 Calles 1% 0.80 rea verde 94% 0.35 Coeficiente de Escorrenta Ponderado Cp 0.37






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3.2.2.3. Estimacin de Lluvias de Diseo Con el fin de determinar los respectivos caudales de aguas lluvias fue necesario

primeramente, evaluar las precipitaciones mximas para diferentes perodos de retorno (T) que caen sobre el rea aportante al camino. Para ello se obtendr la intensidad de lluvia a travs de las curvas IDF propuestas en el Plan Maestro 21 de Penco y tom, entre 5 y 120 minutos, mostrados en la figura N2.

Figura 2: Curvas IDF, Menor a 1 Hora. Zona de Penco Lluvia de Diseo. Comuna de Tom

Curvas IDF Duracin menor a 1 hr.Tom

0.00

20.00

40.00

60.00

80.00

100.00

120.00

0 10 20 30 40 50 60 70Duracin (minutos)

I (mm/h)

T=2 T=5 T=10 T=20 T=50 T=100

Por lo tanto la intensidad de lluvia de diseo considerando un periodo de retorno de diez aos es 59 mm/h.

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3.2.2.4. Caudales de Aguas Lluvias. Los caudales de diseo, calculados por el Mtodo Racional, se presentan en la Tabla N3.

Tabla N3 Caudales de Diseo (m3/s)

AREAS Q diseo

(m3/s) A1 0.656 A2 1.271 A3 0.683 A4 0.533 A5 0.549 A6 0.245

3.3. DISEO DE SUMIDEROS Para la captacin del escurrimiento superficial se utilizarn sumideros horizontal

tipo S2 y S3 del SERVIU, segn lo recomendado por el Plan Maestro de la Comuna.

3.3.1. Capacidad del Sumidero La capacidad del sumidero depende del tipo, tamao y diseo de la rejilla,

caractersticas de la cuneta y la calle donde se ubica y las condiciones de operacin. Su capacidad hidrulica se puede calcular suponiendo que el sumidero funciona como vertedero para pequeas alturas de agua y como orificio para alturas de agua mayores.

El siguiente cuadro muestra las expresiones para determinar las capacidades para ambas condiciones, suponiendo que la capacidad del sumidero est dada por el aporte de la rejilla horizontal.

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3.3.1.1 Clculo de capacidad de un sumidero

Capacidad Tipo de funcionamiento Condicin de altura lmite

( ) 5,11 266,1 hbLQ +=

Como vertedero )(6,1 bLAh+

<

5,02 66,2 hAQ = Como orificio )(6,1 bL

Ah+

L Longitud del sumidero(m) b Ancho del sumidero(m) h Altura del agua en la cuneta (m) A rea libre de la rejilla del sumidero(m2)

Fuente: Serviu Metropolitano.

Para calcular la capacidad del sumidero se utilizarn intensidades de lluvia con 10 aos periodo de retorno y la altura de escurrimiento que se indican en cada calle para la condicin de un ancho mximo de inundacin por la cuneta. Segn las condiciones de escurrimiento y las dimensiones de la rejilla horizontal del sumidero se tienen las capacidades que se muestran en la tala N 4. Los sumideros se verificaron en su totalidad, pero se muestran los ms desfavorables los que se encuentran el las calles enunciadas a continuacin.

Tabla N4 Capacidad de sumideros tipo S2.

Nombre A L B h limite. h adoptado. Q1 (vert.) Q2 (orif.)

Calle [m2] [m] [m] [m] [m] [lts/s] [lts/s]

LAS ACACIAS 0,22 0,98 0,41 0,25 4,30 26,64 121,35

LOS OLIVOS 0,22 0,98 0,41 0,25 4,25 26,18 120,64

LOS HELECHOS 0,22 0,98 0,41 0,25 4,00 23,90 117,04

LAS ORQUIDIAS 0,22 0,98 0,41 0,25 4,10 24,80 118,49

Nombre A L B h limite. h adoptado. Q1 (vert.) Q2 (orif.)

Pasaje [m2] [m] [m] [m] [m] [lts/s] [lts/s]

LAS CINIAS 0,22 0,98 0,41 0,25 2,80 14,00 91,92

LOS OLMOS 0,22 0,98 0,41 0,25 2,75 13,63 97,04

LAS PATAGUAS 0,22 0,98 0,41 0,25 2,70 13,26 96,16

LOS PERALES 0,22 0,98 0,41 0,25 2,73 13,48 96,69

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3.3.1.2. Ubicacin de los sumideros Para la evacuacin de las aguas se subdividir el terreno en subcuencas, determinadas en funcin de las pendientes y el largo de las calles y pasajes.

Los sumideros se ubicarn ya sea solos o formando bateras de sumideros en serie, preferentemente en la cuneta de las calles, en los lugares que resulten ms efectivos, para lo cual se puede considerar las siguientes recomendaciones:

En las intersecciones entre calles para captar el 100% del flujo que llega por las calles, de manera de evitar que el flujo cruce las calles en las intersecciones. Se ubicarn aguas arriba del cruce de peatones.

En las partes bajas de las intersecciones de calles, formadas por las cunetas que llegan desde aguas arriba. En lo posible se tratar de evitar que existan zonas bajas en las que se pueda acumular el agua, favoreciendo siempre el flujo hacia aguas abajo.

Inmediatamente aguas abajo de secciones en las que se espera recibir una cantidad importante de aguas lluvias, como salidas de estacionamientos, descargas de techos, conexiones de pasajes.

Siempre que la cantidad acumulada de agua en las cunetas sobrepase la cantidad mxima permitida para condiciones de diseo.

Se evitar la colocacin de sumideros atravesados transversalmente en las calzadas.

Para conectar los sumideros a la red se preferir hacerlo en las cmaras. En estos casos el tubo de conexin llegar a la cmara con su fondo sobre la clave del colector que sale de la cmara.

Cuando sea necesario conectar un sumidero directamente al colector la conexin debe hacerse por la parte superior de este ltimo. El tubo de conexin debe ser recto, sin cambio de dimetro, pendiente ni orientacin. El ngulo de conexin entre el tubo y el colector debe ser tal que entregue con una componente hacia aguas abajo del flujo en el colector. Para este empalme podr emplearse piezas especiales.

Adicionalmente a estos criterios, se verificar la capacidad hidrulica de la calle para los distintos tramos en funcin de las pendientes. Para ubicar, de esta forma, la cantidad de sumideros necesaria que permita recolectar caudales aportados por las reas resultantes, inferiores a las capacidades de las calles y sumideros.

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3.3.2Capacidad de las calles La capacidad terica de agua que puede conducir una calle se puede estimar con las caractersticas geomtricas de la cuneta y la pendiente longitudinal de la calzada, aplicando la ecuacin de Manning para estimar la velocidad media del flujo.

n

IPAV

5,032

=

donde:

V = velocidad media del flujo, en m/s A = rea de la seccin del flujo en m2 P = permetro mojado, en m I = Pendiente longitudinal de la calle, en m/m n = Coeficiente de rugosidad de la superficie

Para el coeficiente de rugosidad se utilizara el valor 0.015 para pavimento asfltico Para calcular la capacidad de la calle, se analizaran los tres tramos con distinta pendiente de la calle principal.

3.3.2.1Capacidad de las calles segn el ancho mximo inundable

Considerando un ancho de inundacin mximo de un metro las diferentes calles en estudio, Se verificaron todas las calles y pasajes en toda su extensin, mostrando de esta forma las ms desfavorables desde el punto de vista de las pendiente y dificultad en la evacuacin de las aguas lluvias. En condiciones de diseo las capacidades de conduccin de aguas lluvias de las calles y pasajes son las que se indican en la tabla N 5.

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Tabla N5 Capacidad de las calles y pasajes.

A continuacin se presenta la verificacin hidrulica de las calles y pasajes proyectados.

Calle Las Acacias

Tramo I % a

(m) h(m) A esc.(m2) Pm (m) i

(m/m) n V Q

(lts/seg) 1 0,89 1,43 0,04 0,03 1,48 0,01 0,02 0,48 14,69 2 8,43 1,43 0,04 0,03 1,48 0,08 0,02 1,47 45,21 3 7,98 1,43 0,04 0,03 1,48 0,08 0,02 1,43 43,98 4 10,18 1,43 0,04 0,03 1,48 0,10 0,02 1,61 49,68

Calle Las Orqudeas

Tramo I % a


(m/m) n V Q

(lts/seg) 1 9,59 1,37 0,04 0,03 1,41 0,10 0,02 1,52 42,47 2 3,45 1,37 0,04 0,03 1,41 0,03 0,02 0,91 25,47 3 2,00 1,37 0,04 0,03 1,41 0,02 0,02 0,69 19,39 4 1,41 1,37 0,04 0,03 1,41 0,01 0,02 0,58 16,28 5 8,62 1,37 0,04 0,03 1,41 0,09 0,02 1,44 40,26 6 0,23 1,37 0,04 0,03 1,41 0,00 0,02 0,23 6,58 7 2,45 1,37 0,04 0,03 1,41 0,02 0,02 0,77 21,46 8 4,50 1,37 0,04 0,03 1,41 0,05 0,02 1,04 29,09 9 0,80 1,37 0,04 0,03 1,41 0,01 0,02 0,44 12,27

Calles Los Helechos

Tramo I % a


(m/m) n V Q

(lts/seg) 1 10,90 1,33 0,04 0,03 1,37 0,11 0,02 1,59 42,39 2 3,92 1,33 0,04 0,03 1,37 0,04 0,02 0,95 25,42 3 7,06 1,33 0,04 0,03 1,37 0,07 0,02 1,28 34,12 4 14,40 1,33 0,04 0,03 1,37 0,14 0,02 1,83 48,72 5 7,22 1,33 0,04 0,03 1,37 0,07 0,02 1,29 34,50 6 1,13 1,33 0,04 0,03 1,37 0,01 0,02 0,51 13,65 7 4,72 1,33 0,04 0,03 1,37 0,05 0,02 1,05 27,89 8 7,57 1,33 0,04 0,03 1,37 0,08 0,02 1,32 35,33 9 15,20 1,33 0,04 0,03 1,37 0,15 0,02 1,88 50,06

Calle Los Nenfares

Tramo I % a


(m/m) n V Q

(lts/seg) 9 4,00 1,33 0,04 0,03 1,37 0,04 0,02 0,96 25,68

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Calle Los Olivos

Tramo I % a

(m) h(m) A esc.(m2) Pm (m) i (m/m) n V Q (lts/seg) 1 6,08 1,42 0,04 0,03 1,46 0,06 0,02 1,24 37,21 2 13,35 1,42 0,04 0,03 1,46 0,13 0,02 1,83 55,14 3 11,25 1,42 0,04 0,03 1,46 0,11 0,02 1,68 50,62 4 17,00 1,42 0,04 0,03 1,46 0,17 0,02 2,07 62,23 5 6,38 1,42 0,04 0,03 1,46 0,06 0,02 1,27 38,12 6 2,67 1,42 0,04 0,03 1,46 0,03 0,02 0,82 24,66 7 9,82 1,42 0,04 0,03 1,46 0,10 0,02 1,57 47,29 8 15,76 1,42 0,04 0,03 1,46 0,16 0,02 1,99 59,91

Pasaje Las Pataguas

Tramo I % a

(m) h(m) A esc.(m2) Pm (m) i (m/m) n V Q (lts/seg) 1 14,24 1,80 0,03 0,02 3,60 0,14 0,02 0,90 21,83

Pasaje Los Perales

Tramo I % a

(m) h(m) A esc.(m2) Pm (m) i (m/m) n V Q (lts/seg) 1 10,85 1,82 0,03 0,02 3,64 0,11 0,02 0,79 19,63 2 7,66 1,82 0,03 0,02 3,64 0,08 0,02 0,66 16,49 3 6,23 1,82 0,03 0,02 3,64 0,06 0,02 0,60 14,87

Pasaje Los Olmos

Tramo I % a

(m) h(m) A esc.(m2) Pm (m) i (m/m) n V Q (lts/seg) 1 3,12 1,83 0,03 0,03 3,67 0,03 0,02 0,43 10,73

Pasaje Las Cinias

Tramo I % a

(m) h(m) A esc.(m2) Pm (m) i (m/m) n V Q (lts/seg) 1 8,05 1,87 0,03 0,03 3,73 0,08 0,02 0,69 18,09 2 12,35 1,87 0,03 0,03 3,73 0,12 0,02 0,86 22,40 3 4,76 1,87 0,03 0,03 3,73 0,05 0,02 0,53 13,91

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3.4.- VERIFICACIN HIDRAULICA DE CALLES Y SUMIDEROS

A continuacin se presenta la verificacin hidrulica de los sumideros tipo S2 proyectados.

Calle: Las Acacias Sumidero A C i Q Q Real Capacidad Evacuacin estado

(m2) (mm/h) (m3/s) (lts/s) Tramo Qmx (lts/s)

Q Sum (lts/s)

1 1149,90 0,37 59,00 0,01 6,97 tramo 1 14,69 26,64 OK 2 2257,40 0,37 59,00 0,01 13,69 tramo 2 45,21 26,64 OK 3 1545,90 0,37 59,00 0,01 9,37 tramo 2 45,21 26,64 OK 4 1528,30 0,37 59,00 0,01 9,27 tramo 3 43,98 26,64 OK 5 1812,70 0,37 59,00 0,01 10,99 tramo 3 43,98 26,64 OK 6 1772,40 0,37 59,00 0,01 10,75 tramo 4 49,68 26,64 OK 7 2013,00 0,37 59,00 0,01 12,21 tramo 4 49,68 26,64 OK 8 1962,00 0,37 59,00 0,01 11,90 tramo 4 49,68 26,64 OK

Calle: Las Orqudeas Sumidero A C i Q Q Real Capacidad Evacuacin estado


Q Sum (lts/s)

1 5767,00 0,37 59,00 0,03 34,97 tramo 5 40,26 24,81 OK 2 6016,30 0,37 59,00 0,04 36,48 tramo 5 40,26 24,81 OK 3 2597,80 0,37 59,00 0,02 15,75 tramo 7 21,46 24,81 OK 4 2135,00 0,37 59,00 0,01 12,95 tramo 7 21,46 24,81 OK

Calle: Los Helechos Sumidero A C i Q Q Real Capacidad Evacuacin estado


Q Sum (lts/s)

1 465,60 0,40 59,00 0,00 3,05 tramo 6 13,65 23,90 OK 2 1642,00 0,40 59,00 0,01 10,76 tramo 6 13,65 23,90 OK 3 1366,14 0,40 59,00 0,01 8,96 tramo 5 34,50 23,90 OK 4 2125,00 0,37 59,00 0,01 12,89 tramo 4 48,72 23,90 OK 5 263,00 0,37 59,00 0,00 1,59 tramo 4 48,72 23,90 OK 6 2085,00 0,40 59,00 0,01 13,67 Los Nenfares 25,68 23,90 OK

Pasaje Las Pataguas Sumidero A C i Q Q Real Capacidad Evacuacin estado


Q Sum (lts/s)

1 2895 0,39 68,44 0,0215 21,464 tramo 1 21,835 13,295 OK

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Calle: Los Olivos Sumidero A C i Q Q Real Capacidad Evacuacin estado


Q Sum (lts/s)

1 1703,90 0,40 59,00 0,01 11,17 tramo 2 55,14 26,18 OK 2 8085,10 0,40 59,00 0,05 53,00 tramo 2 55,14 26,18 OK 3 2789,10 0,40 59,00 0,02 18,28 tramo 3 50,62 26,18 OK 4 2083,50 0,40 59,00 0,01 13,66 tramo 3 50,62 26,18 OK 5 7032,80 0,40 59,00 0,05 46,10 tramo 4 62,23 26,18 OK 6 959,80 0,40 59,00 0,01 6,29 tramo 4 62,23 26,18 OK

3.5.- VERIFICACIN HIDRLICA DE COLECTORES.

A continuacin en anexo N 1 se presenta la verificacin hidrulica de los colectores que conforman la red de aguas lluvias del sector, la cual se realiz en base al criterio de seccin ptima y teora de escurrimiento gravitacional de Cezy-Maning.

3.6.- DISPOSICIN DE LAS AGUAS Para la disposicin final de las aguas se evaluar la factibilidad de evacuar hacia la red de colectores existente, de no cumplirse esto se descargar las aguas a quebradas mas cercanas que seguirn su curso natural hacia el estero Colln para luego descargar en el mar mediante este mismo curso.

1. Nivel mximo de la napa: Para determinar el nivel mximo de la napa se consultan los resultados entregados por el informe de mecnica de suelos, estos indican que en no hay presencia de napa.

2. Caractersticas del suelo: Con respecto al suelo presente en el lugar, se manifiesta una tipologa en general bastante homognea de subsuelo. Compuesto principalmente de limo arenoso, con una alta plasticidad

.

Ramn Nazar Itaim Ingeniero Civil

Concepcin, Febrero de 2010

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ANEXO 1

VERIFICACIN HIDRAULICA DE COLECTORES

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ANEXO 2

VERIFICACIN ESTRUCTURAL DE MUROS DE CONTENCIN

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ANEXO 3

CERTIFICADO DE ANCHO DE LINEAS

RAMON NAZAR ITAIM

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ANEXO 4

MECNICA DE SUELOS

RAMON NAZAR ITAIM

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ANEXO 5

PRESUPUESTO ESTIMATIVO

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ANEXO 6

PLANOS DE PROYECTO

aguas lluvia

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