alcantarillado pluvial

Diseño del sistema de aguas lluvias para el municipio de Puerto Rondón

DISEÑO HIDRÁULICO ALCANTARILLADO PLUVIAL MUNICIPIO DE PUERTO RONDÓN

Consorcio Pluvial Rondón NIT: 900083282-0


TABLA DE CONTENIDO

INTRODUCCIÓN 1.

6

GENERALIDADES

7

1.1

DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA

7

1.2

JUSTIFICACION DEL PROYECTO Y ALCANCE

7

1.3

NIVEL DE COMPLEJIDAD.

8

2. CLIMATOLOGÍA

10

2.1 GENERALIDADES

10

2.2 CARACTERÍSTICAS CLIMÁTICAS DEL MUNICIPIO DE PUERTO RONDÓN

10

3.1 GENERALIDADES. 13 3.1.1 Características Característ icas de la zona 13 3.1.2 Frecuencia - Intensidad - Duración de las lluvias 14 3.1.3 Tiempo T iempo de concentración de las aguas en un determinado punto. 3.1.4 Estimación del caudal 16 3.1.5 Período de diseño 3.2 EVALUACIÓN DEL TRANSPORTE DE AGUAS LLUVIAS POR CANALES 3.2.1 Diseño de canales 3.2.2 Parámetros de diseño 4.

DISEÑOS HIDRÁULICOS DEFINITIVOS

4.1

CONSIDERACIONES GENERALES

4.2 4.3

CONSIDERACIONES ESPECÍFICAS. PROCEDIMIENTO DE DISEÑO

16

16 16 19 19 19

4.4 RESULTADOS DEFINITIVOS DEL DISEÑO HIDRÁULICO 4.4.1 Metodología 4.4.2 Diseño hidráulico de Canales

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4.5 CARACTERISTICAS GENERALES DE LA OBRA 4.5.1 Canales

27 27

21

3


15

19 21


4.5.2. Cunetas 4.5.3. Tramos en tubería 4.6

RECOMENDACIONES ADICIONALES

27 27 28

4.7 LIMITACIONES

28

ANEXOS

29

ANEXO A. CLIMATOLOGÍA ANEXO B. CUADROS DE CÁLCULO ANEXO C. ANÁLISIS DE PRECIOS UNITARIOS ANEXO D. ESPECIFICACIONES TÉCNICAS DE CONSTRUCCIÓN

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LISTA DE CUADROS

Cuadro 1A. Diseño hidráulico de canales trapezoidales. Cuadro 1B. Diseño hidráulico de canales rectangulares calle 3. Cuadro 2. Movimiento de tierra para canales. Cuadro 3. Transiciones. Cuadro 4. Cantidades de materiales para construcción canal de la calle 7. Cuadro 5. Cantidades de materiales para construcción canal de la calle 3. Cuadro 6. Cantidades de materiales para construcción del emisario final. Cuadro 7. Cantidades de obra canal rectangular calle 3. Cuadro 8. Cantidades de obra box culverts y sumideros. Cuadro 9. Cuadro de hierros para canales tipo box culverts calle 3. Cuadro 10. Cuadro de hierros para box culvers y sumideros. Cuadro 11. Demolición de pontones. Cuadro 12. Cantidades de obra pontones. Cuadro 13. Cantidades de obra para tuberías. Cuadro 14. Cantidades de obra pasos peatonales. Cuadro 15. Tapas de inspección box culverts canal calle 3. Cuadro 16. Obras adicionales. Cuadro 17. Cantidades de obra totales. Cuadro 18. Presupuesto general.



LISTA DE PLANOS

Plano 1. Planta general alcantarillado pluvial Puerto Rondón. Plano 2. Secciones transversales de canales alcantarillado pluvial Puerto Rondón. Plano 3. Detalles constructivos 1 alcantarillado pluvial Puerto Rondón Plano 4. Detalles constructivos 2 alcantarillado pluvial Puerto Rondón Plano 5. Pontones canal calle 7. Plano 6. Pontón y box culverts canal calle 7. Plano 7. Perfiles de canales y emisario final alcantarillado pluvial Puerto Rondón

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INTRODUCCIÓN

El objetivo de este trabajo es recoger las aguas lluvias que caen en el municipio de Puerto Rondón y conducirlas por cunetas, canales y/o tuberías a su disposición final, en el río Casanare. Para el diseño correspondiente se tuvieron en cuenta las normas del Reglamento Técnico del sector de agua potable y saneamiento básico “RAS” 2000, así como las condiciones climatológicas del municipio de Puerto Rondón. Para el cálculo de la intensidad de la precipitación se usaron las curvas IntensidadFrecuencia- Duración, elaboradas por el Ideam (ver anexo A). Para el diseño se contó con la topografía suministrada por el contratista de la obra. Los cálculos realizados se muestran en los cuadros correspondientes (ver anexo B). Se analizó la capacidad de las cunetas existentes; y para los tramos finales se optó por la solución en canales trapezoidales, desembocando al sitio donde se construirá la estación de bombeo, ya que no fue posible la solución por gravedad para entregar al río Casanare, por las altas cotas de inundación del mismo, lo cual haría que los canales trabajaran ahogados en épocas de invierno. El contratista suministró la topografía, los sentidos de flujo en las cunetas y la ubicación de la planta de bombeo de aguas lluvias, así como el sitio de entrega de dichas aguas.

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1. GENERALIDADES .

1.1

DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA

Frecuentemente se presentan problemas por las aguas lluvias en la mayoría del área urbana del municipio de Puerto Rondón. Se presentan inundaciones, erosiones en las vías publicas y formación de charcos que generan un ambiente mal sano, que va en contra del bienestar de la comunidad. Actualmente existen algunas cunetas que entregan a dos canales en mal estado, los cuales presentan pendiente del fondo irregular, por lo tanto el agua lluvia no circula fluidamente y se represa, produciendo la proliferación de mosquitos, con el consiguiente problema de salud para sus vecinos. En la calle 3 entre carreras 4 y 1A existe un tramo en tubería de concreto de 464 metros y 0.90 metros de diámetro; esta tubería está en mal estado y debe reemplazarse.

1.2

JUSTIFICACION DEL PROYECTO Y ALCANCE

Las obras a ejecutar forman parte del plan de manejo y control de los principales drenajes de aguas lluvias del municipio de Puerto Rondón. En general se pretende el diseño de canales cumpliendo con las especificaciones, de tal forma que se minimicen y eviten los problemas que en la actualidad se están presentando en diversos sectores del municipio. El objeto del contrato es recoger las aguas lluvias que caen en el municipio de Puerto Rondón y conducirlas por cunetas y canales a su disposición final en la estación de bombeo para luego entregar al río Casanare (ver plano Nº. 1).

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Las aguas que se empozan en las depresiones del sector en estudio y en algunas cunetas provocan la proliferación de mosquitos, con los consiguientes problemas de salubridad por transmisión de enfermedades, presencia de hongos en los encharcamientos que pueden transmitirse a los seres humanos y deterioro del paisaje.

1.3 NIVEL DE COMPLEJIDAD .

De acuerdo a lo establecido en el Reglamento Técnico del Sector de Agua Potable y Saneamiento Básico, RAS 2000, se debe establecer el nivel de complejidad del proyecto, el cual está en función de la población en la zona urbana de la localidad o de la capacidad económica de los usuarios. Según el PBOT de Puerto Rondón, realizado en el año 2000, la población de Arauca en la cabecera municipal era de 2.443 habitantes en 1995, sería 3.185 en 2001 y proyectada a 2025 será de 9.150 habitantes. Este último dato se calculó teniendo en cuenta la rata de crecimiento entre 1995 y 2001 (datos del DANE, según el PBOT, y aplicándola para el 2025. La zona urbana del municipio está conformada por nueve barrios, así: El Centro, La Virgen, 7 de Agosto, 20 de Enero, La Floresta, Barrio Nuevo, El Manguito, El Paraíso y El Tachuelo. Estos dos últimos presentan problemas de conformación y de cobertura en los servicios públicos. El área de la población a beneficiarse con el proyecto es de 60.64 hectáreas. El municipio de Puerto Rondón cuenta con los servicios básicos de acueducto, alcantarillado de aguas residuales, luz y teléfono; existen en la cabecera municipal tres establecimientos educativos de primaria y uno de bachillerato, un templo católico, un hospital, oficina de Telecom, alcaldía y juzgados. El acceso a Puerto Rondón puede hacerse por vía aérea, desde Arauca, o por carretera desde Tame, en un recorrido de 86 kilómetros, en regular estado. También se usa el 8



transporte fluvial por el río Casanare hacia las poblaciones ribereñas, pero no hay un servicio organizado. En el municipio de Puerto Rondón, los residentes se pueden clasificar en los estratos de 1 a 3, pero la mayoría son familias de escasos recursos económicos, con capacidad económica baja. Según la Tabla A.3.1, del RAS 2000, el nivel de complejidad del municipio de Puerto Rondón es Medio, debido a que se trata de una población urbana entre 2.501 y 12.500 habitantes y con capacidad socio – económica = Baja

9



2. CLIMATOLOGÍA 2.1 GENERALIDADES

Entre los factores climatológicos que afectan la hidrología de una región están la precipitación, la temperatura, la humedad del aire, la radiación solar, la evaporación, etc. Algunos de estos factores son determinantes para el diseño de alcantarillados pluviales, pues de la presencia de ellos depende el encharcamiento de las calles y la acumulación del agua en determinados sitios, creando focos de contaminación que se eliminan mediante la construcción de sistemas de evacuación de las aguas lluvias.

2.2 CARACTERÍSTICAS CLIMÁTICAS DEL MUNICIPIO DE PUERTO RONDÓN

Teniendo en cuenta que la altitud del municipio de Puerto Rondón es muy similar a la de Arauca, ubicados en la misma llanura (Orinoquia), y que están en zonas despejadas con grandes ríos en sus proximidades, se puede asumir sin mucho error que las condiciones climatológicas son muy similares, pues no existe una estación climatológica en el municipio de Puerto Rondón y por lo tanto se asumirán como características climáticas de Puerto Rondón las mismas de Arauca. En este numeral se hacen algunos comentarios a la información suministrada por el Ideam para la estación Santiago Pérez, ubicada en el aeropuerto de Arauca, para el período comprendido entre 1977 y 2005 (Ver Anexo A). Teniendo en cuenta lo dicho en el párrafo anterior sobre la similitud climatológica de los municipios de Arauca y Puerto Rondón. La precipitación media multianual es de 1.798 mm. Las épocas secas van desde diciembre a marzo y la época lluviosa desde la segunda quincena de abril hasta la primera quincena de noviembre. Los meses más lluviosos son junio y julio con 10



precipitaciones mayores a los 300 mm. mensuales y con más de 20 días con lluvia en cada uno de los meses. La temperatura promedio es de 26.8 C, presentándose la mínima absoluta de 15.2 ºC en febrero y la máxima absoluta de 39.3ºC en abril, la cual corresponde a un piso térmico cálido, característico de la Orinoquía (llanura). El brillo solar (Nº de horas de sol) tiene un promedio anual de 2259.5 horas, para un promedio mensual de 188.3 horas y un promedio diario de 6.3 horas, con máximo mensual de 270.2 horas en enero (8.7 horas diarias) y un mínimo mensual de 133.4 en junio (4.45 horas por día). La máxima evaporación se presenta en marzo con un total de 198.6 mm (6.6 mm por día); y la mínima se presenta en el mes de junio con un total de 88.4 mm (2.95 mm diarios). La Humedad Relativa anual presenta un valor medio de 78.5%, para un valor máximo de 86% (meses de junio y julio) y un mínimo de 65% (meses de febrero y marzo). Los vientos predominantes son en dirección Noreste, (26%) y velocidades superiores a los 17.2 m/seg (61.9 Km/Hora), en cambio en dirección SE y SW no se presentan vientos. Los índices de humedad varían de valores menores a 30 (muy seco), meses de enero y febrero a valores mayores de 150 (húmedo), meses de septiembre y octubre. Como puede observarse los meses de junio y julio son los de mayor precipitación y a su vez los de menor evaporación, por lo tanto estos meses son los más críticos desde el punto de vista de drenaje. El Balance Hídrico climático del municipio de Arauca, muestra un exceso de agua entre los meses de marzo a octubre (6 meses consecutivos), razón suficiente para construir un buen sistema de drenaje de las aguas lluvias.

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A manera de información se incluyen los registros promedios anuales obtenidos en el Ideam para Temperatura, Humedad Relativa, Brillo Solar y Precipitación, correspondientes a la estación climatológica Santiago Pérez, ubicada en el Aeropuerto de Arauca, para el período 1977-2005 y que como se dijo al principio de este numeral se puede asimilar a las condiciones de Puerto Rondón. Con este mismo criterio de similitud climatológica entre las dos poblaciones y además considerando que las curvas I-D-F de Arauca y de Saravena son bastante similares, se asume como curvas I-D-F para Puerto Rondón las mismas de Arauca, porque topográficamente esta ciudad se parece más a Puerto Rondón que el municipio de Saravena.

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3. DISEÑO DE SISTEMAS DE EVACUACION AGUAS LLUVIAS.

3.1 GENERALIDADES.

Para lograr un buen diseño deben tomarse en cuenta todas las variables que puedan intervenir en la determinación de un gasto de aguas lluvias acumulándose y que pueden crear inconvenientes en la comunidad y en la infraestructura de servicios existente o proyectada, sin embargo no deja de reconocerse que ello resulta difícil de evaluar y que aún con la mejor información posible, existirán criterios que primarán en el diseño de los proyectos referidos a un rango de probabilidades de ocurrencia de daños. En general se pueden considerar cinco factores importantes, para efectos de diseño de un sistema de recolección de aguas lluvias. 3.1.1 Características de la zona.El tipo de superficie, sus pendientes, así como los

porcentajes de construcción son factores que influyen sobre el grado de impermeabilidad que facilita o retarda el escurrimiento de las aguas lluvias que puedan concentrarse en un punto. El área del proyecto, o sea la que aporta a la estación de bombeo es 54.33 has, esta estación de bombeo recibe las aguas lluvias del municipio de Puerto Rondón, excluyendo el aeropuerto, que según el secretario de Planeación y Obras Públicas tiene su sistema propio de evacuación de las aguas lluvias. El terreno en la zona del proyecto es bastante plano, con pendientes que varían entre el 0.1% y el 0.2% aproximadamente. Definidas las áreas y las características de la superficie que la constituyen se procede por razones prácticas a determinar un coeficiente medio por zonas o para todo el proyecto dependiendo de su magnitud. Existen tablas que recomiendan factores de impermeabilización o escorrentía y que para nuestro proyecto indica el Coeficiente de escorrentía. En los casos en que se trata de una zona residencial, con casas contiguas y predominio de zonas duras, la Tabla D.4.5 del RAS 2000 recomienda un coeficiente de 13



escorrentía de 0.65; para los demás casos se asumió un factor de 0.30 de acuerdo al criterio de ponderación por áreas, debido a que se trata de una zona residencial, con casas rodeadas de pastos o cultivos de bajo crecimiento (que se pueden asimilar a jardines). 3.1.2 Frecuencia - Intensidad - Duración de las lluvias. Las características de las lluvias a considerar en el diseño dependen del grado de protección que se desee, lo cual

por razones económicas, se basa en la importancia del sector, en la importancia de los canales de drenaje y las vías, y los posibles daños que se puedan causar por no controlar las mismas. En el presente diseño se usaron las curvas Intensidad-Duración-Frecuencia, para la estación meteorológica Santiago Pérez, ubicada en el aeropuerto de Arauca, curvas realizadas por el Ideam, entidad encargada de la información hidrometeorológica para la República de Colombia (ver anexo A). Se utilizaron las curvas de Arauca, debido a que no existen para Puerto Rondón y teniendo en cuenta la similitud climatológica que hay entre estas dos poblaciones. La intensidad de una lluvia se define como el volumen de agua que precipita por unidad de tiempo y generalmente se expresa en mm/hr o lts/Ha/seg. Es conveniente recordar que 1 mm/hr = 2.78 lts/seg/ha. La duración de la lluvia es el tiempo comprendido entre el comienzo y el final de la lluvia, este final puede ser el total o el momento hasta donde es apreciable la lluvia para efectos prácticos. En el caso de Puerto Rondón, como se trata de canales abiertos, la Tabla D.4.2 del RAS 2000, no específica nada para canales abiertos en zonas planas que drenen áreas menores de 1.000 ha, y como en este caso tenemos áreas menores de 100 hectáreas, se asumió un período de retorno de 5 años. y una lluvia de duración igual al tiempo de concentración que se obtenga al realizar los cálculos, según el numeral D.4.3.7 del RAS, el tiempo mínimo de concentración es de 10 minutos para tramos iniciales. 14



3.1.3 Tiempo de concentración de las aguas en un determinado punto.El tiempo de concentración se define como el tiempo máximo que tarda la partícula más alejada del área, drenando hasta el punto de recolección. Para el diseño de los colectores de aguas lluvias en zonas urbanas, este tiempo de concentración representa la suma de dos tiempos:

Tc = Te + Tt a.) T e: El tiempo que tarda la partícula más alejada en escurrir sobre la superficie. b.) Tt: El tiempo de traslado que existe en una cierta longitud de colector o canal comprendida entre dos estructuras consecutivas. El primero es el tiempo de entrada que puede ser estimado o calculado por la siguiente fórmula: 1/2 Te = (0.707*(1.1-C)*L^ )/S1/3

Donde: Te = Tiempo de entrada en minutos. L = Longitud del cauce más largo en metros. S = Pendiente de la cuenca, desde el punto mas alejado hasta el punto de control. C = Coeficiente de escorrentía (ver Tabla D.4.5) El tiempo de tránsito en colectores o canales, se puede calcular por la fórmula clásica: Velocidad = Caudal / Área T = Longitud / Velocidad Si la longitud está en metros y la velocidad en m/seg, el T t dará en segundos. Para obtener T t en minutos, la fórmula será: Tt = L / 60V 15



El tiempo de concentración se toma como la duración de la lluvia para efectos de cálculo. 3.1.4 Estimación del caudal. La determinación del gasto de diseño para un sistema de recolección de aguas lluvias atiende generalmente el método racional, el cual asume que el caudal máximo que se acumula en un determinado punto como consecuencia de aguas pluviales está expresado por la ecuación:

Q

=CxixA

Donde: Q C i A

= Caudal en litros/segundo. = Coeficiente de escorrentía. = Intensidad de lluvia (litros/segundo/ha) = Área en Has.

El método considera la intensidad de lluvias, para una duración igual al tiempo de concentración, ya que se estima que habrá un incremento de caudal a medida que se incrementa el área, puesto que la disminución en intensidad con el tiempo es compensado con el mayor incremento de área. 3.1.5 Período de diseño.Se usará un período de retorno de diseño de 5 años, teniendo

en cuenta que se trata de áreas tributarias menores de 100 hectáreas, drenadas por canales abiertos en zonas planas y que la Tabla D.4.2 del RAS 2000 no especifica nada para áreas menores de 1.000 hectáreas. 3.2 EVALUACIÓN DEL TRANSPORTE DE AGUAS LLUVIAS POR CANALES 3.2.1 Diseño de canales.Es conveniente recordar los principios básicos para realizar el

diseño de canales. En general los principios del flujo uniforme son adecuados para el diseño de canales no erodables.

16



Se denominan canales no erodables a los conductos abiertos que pueden soportar satisfactoriamente la erosión producida por el paso del agua. Su diseño se plantea cuando se desea controlar la infiltración, cuando se requiere minimizar la erosión en el cuerpo del canal o cuando se requiere optimizar la sección hidráulica para aumentar la capacidad de transporte. Los canales no erodables son los revestidos (concreto, mampostería, suelo - cemento, etc.). Un resumen de los criterios utilizados en el diseño de canales no erodables es el siguiente: 

Calcular las dimensiones del canal por medio de una fórmula de flujo uniforme.

Ajustar las dimensiones finales con base en el concepto de la eficiencia hidráulica o mediante reglas empíricas de mejor sección desde el punto de vista práctico y económico. 

Los factores a tener en cuenta son: Uso de material no erodable y revestimiento, se supone que el agua no lleva sedimentos que golpeen fuertemente el cuerpo del canal. Pendiente del canal: se selecciona según topografía y carga de energía: se busca niveles bajos en los canales de drenaje. 

Talud o pendiente lateral: depende de la clase de material, en general en función de los métodos de construcción, tamaño del canal, estabilidad y respuesta a una alta eficiencia hidráulica. 

Borde libre: el suficiente para resistir fluctuaciones en los niveles hidrométricos y evitar desbordamientos. 

17



Los cálculos para el flujo uniforme se realizan fundamentalmente con las ecuaciones de Manning y de continuidad: V Q

= (1/n) x S 1/2 x R 2/3 =VxA

Donde: V n S R Q A

= Velocidad media en m/s = Coeficiente de rugosidad de Manning = Pendiente hidráulica o del fondo del canal, m/m = Radio hidráulico, en m. 3 = Caudal en m / segundo 2 = Área de la sección, en m

3.2.2 Parámetros de diseño. Los parámetros de diseño a considerar son los siguientes:

Tiempo de Concentración Inicial Periodo de diseño Coeficiente de escorrentía

= Debe estimarse = 5 años = 0.65, para tramos con densidad alta de viviendas y 0.30 cuando las casas están separadas; se explicó en el numeral 3.1.1. Pendiente longitudinal = Variable ajustando a terreno y control de velocidad Pendiente transversal = 2% Coeficiente de Manning concreto = 0.013 (Para canales). 0.5 Talud / =3 1: 3^ Gráficas de apoyo: Curvas Intensidad-Duración-Frecuencia, para la estación meteorológica Santiago Pérez, ubicada en el aeropuerto Santiago Pérez de Arauca, suministradas por el Ideam; se usaron estas curvas debido a que no existen para Puerto Rondón y se ajustan a los requerimientos del caso. 18



4. DISEÑOS HIDRÁULICOS DEFINITIVOS

4.1 CONSIDERACIONES GENERALES.

Se procedió a diseñar el sistema de transporte de las aguas lluvias en los canales, objeto del estudio bajo las siguientes premisas.

4.2 CONSIDERACIONES ESPECÍFICAS. 





Se utilizó el método racional para estimar el caudal producido por el agua lluvia en los puntos de control establecidos. Se utilizaron los levantamientos topográficos suministrados por el contratista, así como la información complementaria suministrada por el secretario de planeación y obras públicas, especialmente en lo referente a sentidos del flujo, y áreas aferentes; se seleccionaron puntos de control, longitudes y diferencias de nivel entre el punto de entrada al canal y el punto más alejado y más alto de la cuenca de drenaje. Se utilizó la gráfica de intensidad - frecuencia - duración, para la estación meteorológica Santiago Pérez, ubicada en el aeropuerto de Arauca, debido a que para Puerto Rondón no existe y ésta se acomoda a las características de la zona..

4.3 PROCEDIMIENTO DE DISEÑO.

A continuación se explicará el procedimiento utilizado para el diseño de los canales, información básica con la cual se elaboraron los cuadros de cálculo presentados y relacionados en este documento.

4.3.1 Canales.El procedimiento para el diseño de canales es el siguiente: 19



1.

Se definen los puntos de control o evaluación de caudales en sitios estratégicos y a criterio del diseñador, considerando especialmente los sitios al recibo de nuevas cargas de agua lluvia, con el objeto de diseñar las secciones acorde a las necesidades.

2.

En cada punto y utilizando el levantamiento topográfico se determina longitud de canal, diferencia de nivel y área.

3.

Para la evaluación de los caudales, se determina para la sección inicial: a. Tiempo de concentración con la formula explicada en el numeral 3.1.4 b. La intensidad de la precipitación se calcula con las curvas Intensidad-DuraciónFrecuencia, para una duración igual al tiempo de concentración y un período de retorno de 5 años, teniendo en cuenta que la frecuencia es el inverso del período de retorno. c. Con la intensidad de diseño, el área de drenaje y el Coeficiente de escorrentía, y aplicando la fórmula del método racional Q = C x i x A, se determina el caudal en el punto de evaluación. d. Para la estimación del tiempo de concentración en el segundo punto de control es necesario conocer la velocidad en la sección de canal del primer tramo, la cual se obtiene en un proceso iterativo asumiendo la velocidad en dicho tramo y posteriormente se corrige. e. Se utilizan las abscisas del trazado topográfico con sus respectivas cotas y pendientes de terrenos calculadas, con estos datos se vinculan las abscisas y cotas de los otros parámetros de diseño. f. Se dimensiona la sección y pendiente del canal, siguiendo el siguiente proceso: 20







Se nombra el tramo, se indica el abscisado, se determina la longitud del tramo. Considerando el perfil del terreno y el rango de pendientes permisibles, se asume la pendiente del eje del canal (Sw), el coeficiente de rugosidad (n), la base del canal (B) y se calcula la altura de lámina de agua (h), despejado de la ecuación de Manning.

. g. Se determina el área mojada (A), perímetro mojado (P), Radio hidráulico (R = A/P), velocidad (Vel = (1/n) x R 2/3 x S 1/2 ) y caudal (Q = A x Vel). 4.

Después del ajuste, se determina la profundidad hidráulica (D =A/B), el Número de Froude (Fr = Vel / (9.8 x D) ½). El cual se utiliza para determinar el tipo de flujo: Supercrítico: Fr > 1.1; Subcrítico Fr < 0.9.

5.

Con los datos de pendiente longitudinal del canal se calculan las cotas del eje del canal, cota roja y cota corona, altura lámina de agua (Hw) y borde libre (Bl).

El procedimiento de cálculo se realiza en Excel, aplicando macros para mayor precisión en todos sus parámetros. 4.4

RESULTADOS DEFINITIVOS DEL DISEÑO HIDRÁULICO

Considerando el marco teórico presentado, siguiendo los procedimientos descritos anteriormente se procede a elaborar los cuadros de diseño definitivos. 4.4.1 Metodología.Teniendo en cuenta los datos de entrada, para canales, como se describe en el numeral 4.4.2, y aplicando las normas del RAS 2000 para alcantarillados de aguas lluvias, se procedió a hacer los cálculos correspondientes, de acuerdo a la descripción de las columnas que se hace en el literal b. del numeral 4.4.2.

21



No se hizo diseño en colector debido a que éste llegaba ahogado a la fuente receptora (río Casanare), se diseñó el sistema en canales trapezoidales y las cunetas faltantes en el municipio; se dejaron las cunetas existentes porque éstas cumplían especificaciones. Los canales entregan a una estación de bombeo, desde la cual se envía el agua al río Casanare. 4.4.2 Diseño hidráulico de Canales.

Los resultados del diseño hidráulico de los canales se presentan en el cuadro Nº 1. a.

Datos de entrada. En la parte superior del cuadro se registran los datos de las vías requeridos para el diseño y que no van cambiar en el cuadro de cálculos: Rugosidad, para concreto 0.013, bombeo de la vía 2%, ancho de calzada, 6.00 metros altura de la cuneta 0.40 metros, ancho de la cuneta 0.25, área de la cuneta 0.1 metro cuadrado y perímetro mojado 6.80 metros.

Descripción de las columnas. A continuación se hace una breve descripción de cada

una de las columnas del cuadro de cálculos: La primera columna define el nombre del tramo de canal. Las dos columnas siguientes definen el punto inicial y final de cada tramo de acuerdo con la nomenclatura usada en el plano para calles y carreras. Las otras dos columnas (Cota Terreno) indican las cotas del terreno en cada uno de los puntos anteriores, de acuerdo con el levantamiento topográfico. Las columnas “Cota Diseño”, indican las cotas de fondo del canal al principio y al final de cada tramo. La columna Sw indica la pendiente del canal, la cual se obtiene dividiendo la diferencia de cotas de fondo inicial y final de cada tramo entre la longitud del mismo y se expresa en porcentaje. 22



La columna St indica la pendiente del terreno, la cual se obtiene dividiendo la diferencia de cotas de terreno inicial y final de cada tramo entre la longitud del mismo y se expresa en porcentaje. La columna Long. Es la longitud del tramo, medida sobre el plano para cada uno de los tramos. La columna Area Doméstica ( M 2 ) se obtiene delimitando las zonas aferentes para cada tramo y midiendo sus respectivas áreas, esta área doméstica se ha dividido en propia, contribuida (aportante de tramos anteriores) y total, siendo ésta la suma de las dos primeras. La columna área institucional corresponde a áreas institucionales aferentes al tramo y como en el caso anterior se ha dividido en propia, contribuida y total. Las dos columnas siguientes, Área comercial e industrial corresponden a áreas aferentes por estos conceptos. En el caso de Puerto Rondón no se consideraron áreas por estos conceptos dada la pequeña magnitud del municipio. 2 La columna Área Corregida ( M ) se obtiene multiplicando el área aferente de cada tramo, obtenida de la suma de los totales de las columnas anteriores por el factor de reducción por área, según la tabla D.4.4 del RAS 2000. Factor de reducción

Áreas de drenaje (ha) 50 – 100 100 – 200 200 – 400 400 – 800 800 – 1600

Factor de reducción 0,99 0,95 0,93 0,90 0,88

23



Luego viene Área Corregida (Ha), la cual consiste en pasar a Hectáreas la columna anterior. Coeficiente de Escorrentía, es el valor de C, el cual se asumió como 0.65, para los tramos ubicados sobre la parte más poblada de la población, considerando que toda esta área va a estar poblada, según la TABLA D.4.5 del RAS 2000, pues se trata de una zona residencial, con casas contiguas y predominio de zonas duras. Para el resto de la población, o sea en la calle 7 se consideró un factor C de 0.30 y el emisario final hasta la estación de bombeo, se consideró un factor de ponderación C de 0.49. La columna “velocidad asumida”, corresponde a una velocida d asumida para iniciar el diseño, este valor se asumió como 1.00 m/s., el cual se ajustará posteriormente por medio de una macro en Excel que itera esta velocidad hasta que la relación entre el tiempo de transporte inicial y el tiempo de transporte real sea igual a uno. El “Tiempo de entrada” se calculó con la fórmula de las FAA de los Estados Unidos,

utilizada frecuentemente en áreas urbanas (RAS pág. D47): T e = 0.707(1.1 – C)L/2 /S1/3, siendo C el coeficiente de escorrentía, L la suma de las longitudes de los tramos y S la pendiente promedio de los tramo considerados, desde el principio hasta el punto de evaluación. El tiempo de entrada debe ser mayor de 5 min., si da menor se asume este valor. El “Tiempo de transporte”, o tiempo de recorrido se ca lculó

con la ecuación T t = L c / 60V, siendo Lc la longitud de la conducción y V la velocidad del agua dentro del colector. El tiempo de concentración se calculó teniendo en cuenta que es igual a la suma del tiempo de entrada más el tiempo de circulación dentro del colector (T C = Te + Tt), o sea la suma de los dos anteriores. El tiempo de concentración corregido se obtuvo partiendo de la columna anterior, teniendo en cuenta que éste no debe ser menor de 10 minutos, ni mayor a 20 minutos en tramos iniciales según el RAS (numeral D.4.3.7). 24



La ”Intensidad de la precipitación mm / Hora” se calcula con las curvas Intensidad

-

Duración-Frecuencia, para una duración igual al tiempo de concentración y un período de retorno de 5 años, teniendo en cuenta que la frecuencia es el inverso del período de retorno. Datos basados en la TABLA D.4.2 del RAS 2000, para tramos con áreas tributarias entre 2 y 10 Has. La ”Intensidad de la precipitación Lts/seg -Ha”, se obtiene de la columna anterior, sabiendo

que un mm de lluvia equivale a un Lt/m 2 , una hectárea son 10.000 m 2 y una hora son 3.600 segundos. Para este caso basta multiplicar la columna anterior por 2.78 y queda hecha la conversión de unidades La columna siguiente “Caudal de Diseño Q = C*i*A, en M3 / seg “ se ob tiene

multiplicando el coeficiente de escorrentía por la intensidad de la columna anterior y por el área aferente 3 para el tramo, dividiendo entre 1.000 para obtener M / seg. La base, corresponde al ancho del canal inicial que para todos los tramos se autocorrige hasta el valor del diseño definitivo; luego se calcula el tirante dentro del canal, despejado de la ecuación de Manning, descrita anteriormente. Para determinar la altura del canal en cada punto, se calcula el borde libre como 30% del Ycanal, este borde libre se le suma al Ycanal para obtener H canal. La columna siguiente corresponde al talud del canal, que para canales revestidos el valor 1/2 óptimo según Ven Te Chow es 1: (3) / 3 = 0.5774 La siguiente columna “Q”, es el valor del caudal, calc ulado con la fórmula de Manning,

La columna siguiente verifica la diferencia entre los dos caudales calculados en los pasos anteriores.

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Con el caudal de diseño se determina la velocidad ( v ), aplicando la ecuación de continuidad; y luego se verifica si esta velocidad está dentro de los rangos establecidos por el RAS 2000. Con la velocidad que se ha verificado, se calcula el “Tiempo de transporte real”, el “Tiempo de concentración real” y el “Tiempo de concentración corregido”, siguiendo los

mismos lineamientos dados antes para el cálculo inicial de estos mismos parámetros. La “Intensidad de la precipitación en mm/Hora y Lts/seg -Ha”, se calcula siguiendo el

mismo procedimiento usado para el cálculo inicial de los mismos parámetros. El “Caudal de diseño“se calcula con la fórmula racional, cambiando el valor de la

intensidad obtenido en la columna anterior y usando el C y el Área definidos anteriormente. La columna siguiente Yc, muestra el resultado del cálculo del tirante crítico, el cual es igual a la raíz cúbica del caudal unitario al cuadrado dividido entre la aceleración de la gravedad: Yc = (q2/g)1/3 = ( Q2/B2*g)1/3 El tirante crítico se comparó con el tirante normal, teniendo en cuenta que el Y C fuera menor que el Y N, para que el flujo sea subcrítico. Si esta situación no se cumplía, era necesario ampliar la sección o disminuir la pendiente para aumentar el valor de Y. Luego se calcula el número de Froude, F = v / ( gD ) 1/2 el cual debe ser menor de 0.9 para flujo subcrítico o mayor de 1.1 para flujo supercrítico, con el fin de determinar que no se tenga flujo crítico en el canal. Finalmente se compara la altura del canal con el Y normal y si éste es menor, el canal cumple.

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4.5 CARACTERISTICAS GENERALES DE LA OBRA 4.5.1 Canales. Se proyecta la construcción de los canales en el municipio de Puerto Rondón con sección trapezoidal en concreto reforzado a excepción desde la carrera 6ª hasta la diagonal de la carrera 1ª sobre la calle 3, ya que en esta zona es muy urbanizada poniendo en riesgo la seguridad de los peatones, para el cual se construirá un canal rectangular tapado (Tipo Box Culverts), con tapas de inspección cada 10.00 m para su mantenimiento periódico.

Los cuadros Nº 4, 5 y 6 muestran las cantidades de concreto y acero requeridas para la construcción de los canales. Para la cimentación de estos canales se recomienda: -

Compactar el suelo de la cimentación con pisón manual hasta obtener una densidad equivalente al 90% de la densidad seca máxima del ensayo del Proctor modificado.

-

Colocar un solado en concreto

-

Si se detectan suelos demasiado compresibles, se deben sustituir éstos parcialmente por concreto ciclópeo en un espesor mínimo de 20 cm.

f´ c 1500

psi de 5 centímetros de espesor.

4.5.2. Cunetas. Las cunetas existentes cumplen con los requisitos de diseño; sin embargo, es necesario construir nuevas cunetas en algunos sectores. 4.5.3. Tramos en tubería. Existe un tramo de 464 metros en tubería que se encuentra en mal estado y que es necesario demoler y reemplazarlo por canal rectangular tapado en concreto, desde la carrera 6ª hasta la diagonal de la carrera 1ª. Además se utilizará un tramo de 20 m en tubería de 24 pulg al final del emisario final como desagüe del sistema de alcantarillado pluvia por gravedad.

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4.5.4. Puentes peatonales. Se construirán puentes peatonales con barandas en los cruces de la calle 7 y en los de la calle 3. 4.6 RECOMENDACIONES ADICIONALES

El concreto del canal estará sometido a continuos fenómenos de abrasión, producto de las fuerzas de roce del agua y los materiales de arrastre del canal. Por tal motivo se recomienda mantener la relación agua/cemento menor de 0.5 según recomendaciones del método de diseño de mezclas ACI. Este valor implica resistencias a la compresión superiores a 210 kg/cm 2. Se requiere establecer un control de calidad en la obra para verificar los materiales empleados y la mezcla colocada. Las juntas inducidas deberán ser rellenadas con un producto llenante y sellante que garantice resistencia ante la abrasión y arrastre de partículas, así como su durabilidad a largo plazo. Se recomienda el uso de productos especiales para este tipo de juntas como los de la serie IGAS de SIKA. No se recomienda el uso de sistemas de construcción de losas tipo tablero de ajedrez, ya que no garantizan un sistema de juntas adecuado para el correcto funcionamiento de la placa de fondo y de los taludes. 4.7 LIMITACIONES

Los resultados presentados en este informe están basados en las exploraciones realizadas y las visitas de reconocimiento realizadas al sitio de proyecto, así como en la información suministrada por la secretaría de planeación y obras públicas. Como es de común ocurrencia en este tipo de trabajos, existen variaciones locales que son detectables sólo en etapas de construcción. Por lo tanto cualquier variación con lo aquí consignado que sea descubierto en etapas posteriores del proyecto, deberá ser informado Oportunamente con el fin de realizar los ajustes que sean necesarios.

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alcantarillado pluvial

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