3.4 DISEÑO Y CALCULO DE REDES COLECTORAS. COLECTORAS. 3.4.1 Principios de diseño y tipos de or!s.
Las redes redes colectoras colectoras de drenaje, corresponden corresponden a un conjunto de obras, las las cuales cuales deben deben garantizar el cumplimiento de los siguientes objetivos:
•
Permitir la recolección de las escorrentías generadas por las unidades de superficie prediales prediales (predio) (predio) o intraprediale intrapredialess (potreros), (potreros), mediante mediante la conección conección de la red colectora con algún punto del perímetro de estas unidades de superficie.
•
arantizar !ue las escorrentías del "rea interna del pro#ecto no descarguen a los predios predios ubicado ubicadoss aguas aguas abajo. abajo.
•
$segurar !ue los caudales totales generados por el pro#ecto sean absorbidos por la sección natural o por la sección ampliada de los cauces naturales, de manera de no ocasionar desbordes aguas abajo.
Las redes colectoras pueden estar compuestas por las siguientes obras: %uber ubería íass &ol &olec ecto tora ras: s:
'on 'on tube tuberí rías as !ue !ue rec recib iben en las las agua aguass de dren drenaj ajee # las des desca carg rgan an en zanjas o directamente a los cauces naturales eistentes.
anj anjas as &o &ole lect ctor oras as::
'on 'on zanj zanjas as !ue !ue rec recib iben en las las agu aguas as de de dren drenaj ajee # las las desc descar arggan en en los cauces naturales eistentes.
&auc &auces es *a *atu tura rale les: s:
'on 'on los los ríos ríos # este estero ross ei eist sten ente tess en en la red red +id +idro rogr gr"f "fic ica, a, # reci recibe benn las las agua aguass de dren drenaj ajee de tube tuberí rías as o zanj zanjaas cole colect ctor oraas. ependiendo de su estado # capacidad, a veces en estos cauces se debe realizar la limpieza # ampliación de su sección.
3.4." Sec#enci! $etodo%&'ic! 'ener!% de diseño.
La metodología secuencial para el dise-o # c"lculo de redes colectoras, considera las siguientes etapas:
)
efinición del trazado de la red de colectores.
/) elimitación de "reas aportantes por tramos de longitud de cauces naturales, zanjas o tuberías colectoras.
2)
0)
&"lculo del caudal de dise-o.
1)
&"lculo de la ampliación de los cauces naturales.
&"lculo de dimensiones de los colectores, #a sean zanjas o tuberías. 3.4.3 Tr!(!do de %! red de co%ectores.
&onsiste en ubicar en el terreno la red de colectores, # definir la dirección del flujo, para lo cual es recomendable contar con material cartogr"fico (mapas, planos, cro!uis, etc.)3 siendo lo óptimo un levantamiento topogr"fico del terreno a drenar. Para realizar este trazado, deben considerarse los siguientes aspectos: a) %opografía : Las zanjas deben ubicarse en sentido de la pendiente del terreno, en la medida !ue el apotreramiento, la forma de los potreros # el trazado seleccionado lo permita. b) $potreramiento # eslindes: Las zanjas deben !uedar ubicadas contiguas a los cercos principales. c) 'ecciones de facilidad constructiva: Las dimensiones resultantes deben ser de un tama-o tal, !ue no sean demasiado pe!ue-as ni tan grandes, de tal forma de optimizar el rendimiento de la construcción, #a sea manual o mecanizado. d) 4esguardar erosión: 5vitar conducir caudales mu# altos o en pendientes mu# ecesivas, !ue produzcan velocidades !ue sobrepasen la velocidad m"ima no erosiva. d) Punto de descarga: eben ser puntos de f"cil acceso, # en lo posible, distribuir el caudal en varios puntos de descarga. &onsiderando estos criterios, se decide el trazado de la red de colectores # se indica en el Plano 6%razado de la red de colectores # superficies aportantes en el "rea interna del Pro#ecto6. 3.4.4 De%i$it!ci&n de )re!s !port!ntes.
5n cada uno de los colectores # cauces naturales a intervenir, se identifican tramos # puntos de su recorrido, en los cuales se reciben caudales de una cierta superficie aportante.
La delimitación de estas superficies aportantes se realiza considerando los siguientes criterios: )
La pendiente del terreno posee dirección +acia el tramo o punto considerado del cauce o colector.
/)
'e considera !ue los deslindes prediales # los caminos interiores # eteriores, actúan como interceptores de las escorrentías, desvi"ndolas del sentido natural del escurrimiento.
0)
Las "reas aportantes !ue descargan en puntos de confluencia # no en tramos, en su ma#oría son a!uellas !ue son recolectadas por colectores o por cauces naturales.
1)
Los puntos de inicio # t7rmino de los tramos de "reas aportantes en los colectores, se definen en a!uellos puntos de v7rtice del trazado # en puntos de confluencia con otros colectores o cauces naturales.
2)
Los puntos de inicio # t7rmino de los tramos de "reas aportantes en los cauces naturales, se definen en a!uellos puntos identificados con secciones transversales, # en puntos de confluencia con otros colectores o cauces naturales. &onsiderando estos criterios, se definen "reas aportantes para los diferentes colectores
# cauces naturales a intervenir, los cuales se presentan en los Planos 6%razado de la red de colectores # superficies aportantes en el "rea interna del Pro#ecto6, # 6'uperficies aportantes en el "rea interna # eterna del Pro#ecto6 La importancia de definir estas "reas reside en !ue son utilizadas para el c"lculo de caudales de drenaje, al aplicar el valor de 5scorrentía en cada "rea. 3.4.* C!#d!% de diseño +,d-.
5l &audal de ise-o o &audal de renaje es a!uel generado por una determinada superficie aportante o "rea de influencia # se obtiene conociendo el valor de la 5scorrentía. 5n síntesis, como se muestra en el siguiente es!uema, mediante modelos # ecuaciones !ue incorporan factores de suelo # cobertura vegetal, se obtiene la 5scorrentía a partir de la precipitación3 posteriormente esta escorrentía se pro#ecta en una determinada superficie de influencia, gener"ndose el valor de &audal de renaje.
8odelos # Precipitación de Diseño
5cuaciones 9actores de
Escorrentía
'uelo # &obertura
rea de
Caudal de Drenaje
;nfluencia
i'. 3. 5s!uema c"lculo caudal de drenaje 3.4./ C)%c#%o di$ensiones de Co%ectores. 3.4./.1 Identi0ic!ci&n de %os co%ectores
5n el %razado de la 4ed de &olectores presentada en el Plano 6%razado de la red de colectores # superficies aportantes en el "rea interna del Pro#ecto6, se deben indicar los &olectores Principales pro#ectados, los cuales se identifican con números consecutivos 3.4./." Est!c!do de %! Red de Co%ectores
&on el objetivo de dise-ar # calcular en forma definitiva las dimensiones de los colectores, se debe realizar en terreno un estacado de toda la red de colectores pro#ectada # medir topogr"ficamente el Perfil Longitudinal, con cotas # distancias. 5ste estacado se realiza colocando estacas cada /< m., las cuales son de madera de roble de /6 6 # de <,2 m. de largo, con una cara cepillada. La estaca sobresale < cm. del nivel del suelo # !ueda identificada con un número escrito con tinta instant"nea en su cara cepillada. Las estacas se pintan en su parte superior, en sus tres caras no cepilladas, con pintura óleo de color rojo. 'e deben adjuntar los Planos de los Perfiles Longitudinales del 5stacado de los &olectores. 3.4./.3 &r$#%!s y p!r)$etros p!r! e% c)%c#%o de di$ensiones de co%ectores (!n!s.
Los par"metros de dimensionamiento de una zanja de sección trapezoidal, !ue se indican en la 9igura 1, son los siguientes: b
=
>ase
>
=
$nc+o superior
d
=
%irante ?idr"ulico
r
=
4evanc+e o altura libre.
=
%alud de las paredes.
?
=
Profundidad
i'#r! 4.
P!r)$etros de di$ensiones de (!n!s
Para calcular estas dimensiones se utiliza la 9órmula de 8anning para canales, sin incorporar el criterio de m"ima eficiencia, debido a !ue la pendiente del terreno es tan reducida, !ue no resiste los valores de tirante +idr"ulico del criterio de m"ima eficiencia. @
= $ A
A
= (Bn) ($BP) /B0 'o B/
$
= b d C d/
P
= b C / d ( C /) B/
?
= d C r
>
= b C /?
onde: @
= &audal de drenaje (m0Bs)
9órmula de 8anning
$
= rea transversal de conducción (m/)
A
= Aelocidad del flujo (mBs)
b
= >ase (m)
d
= %irante +idr"ulico (m)
= %alud de la pared (adim).
n
= &oeficiente de rugosidad de 8anning (adm).
P
= Perímetro mojado (m).
'o = Pendiente de la rasante (mBm). Para calcular las dimensiones de la zanja, la fórmula de 8anning la epresamos de la siguiente forma: @
=
$A
@
=
$ (Bn) ($BP) /B0 'o B/
(@ n) B 'o B/ =
$ 2B0 B P /B0
((@ n) B 'o B/ ) 0 = $ 2 B P/ ( (@ n) B 'o B/ ) 0 =
( b d C d / ) 2 B ( b C / d ( C /) B/ ) /
$l realizar el c"lculo, son conocidos los siguientes valores: @
: &alculado considerando el valor de escorrentía # el "rea de aporte
n
: 'e obtiene de tablas.
'o : 'e obtiene en el plano topogr"fico, o se asume.
: 'e obtiene de tablas.
Para calcular d # b, debe asumirse un valor para alguno de estos par"metros, # calcular el otro iterando en la ecuación.