MEJORAMIENTO Y MODERNIZACION DE LAS INSTALACIONES DEL ESTADIO DE FUTBOL DEL MUNICIPIO DE VILLA CARO NORTE DE SANTANDER
DISE O SISTEMA DE DRENAJE DRENAJE DE CAMPO CAMPO PARA PARA EL ESTADIO ESTADIO VILLA CARO
Se requiere diseñar el sistema de subdrenaje para el estadio de fútbol Villa Caro Ubicado en el Municipio de Villacaro, de dimensiones 78 m x 52 m. Permeabilidad Permeabilida d (k) = 3.86 x 10 -7 m/s
Limo organico
1. Estimación del caudal de diseño
El caudal de diseño está conformado por el caudal procedente de agua lluvia, llamado caudal por infiltración únicamente, debido a que en el terreno en consideración no hay presencia de nivel freático. • Caudal por Infiltración
IR
33 mm mm/h
9.17E-06 m/ m/s
Precipitación máxima horaria de frecuencia anual, registrada en la estacion pluviografica para la curva de intensidad, duración y frecuencia. Curva 2 años, 120 min. L B
AT Fi
78 m 52 m 4056 056 m2 0.7
Entonces:
Qinf QT
0.026 0.0260 0 m3/s m3/s 0.026 0.0260 0 m3/s m3/s
Con base en lo anterior se observa que un porcentaje óptimo de arena, en este caso y para este tipo de material orgánico, para aumentar la permeabilidad es del 40%. La permeabilidad del limo orgánico es de 3.86 x 10 -7 m/s, al mezclarlo con 40% de arena aumenta a 2.38 x 10 -5 m/s. Es importante conocer que para el buen funcionamiento de un sistema de subdrenaje, la permeabilidad del suelo no puede ser menor a 1 x 10 -5 m/s. 3. Método de captación de agua
Los colectores principales y secundarios son diseñados con el sistema geodrén con tubería de drenaje y son función de la geometría del terreno y del caudal de diseño definido. 3.1 Colchón drenante con geodrén planar 3.1.1 Evaluación del tipo de geotextil a usar en el colchón drenante
Se revisa si el geotextil del geodrén cumple con todos los criterios de diseño. • Criterio de retención (TAA)
10 cm
ψreq
(altura promedio de la capa organica)
6.41667E-05
s-1
Para este cálculo se tomó el caudal total de diseño y el área de todo el campo de fútbol, como sección transversal perpendicular al flujo. Una vez calculada la permitividad requerida por el sistema, se toma la permitividad suministrada por el fabricante como la permitividad última para la realización del diseño.
ψult
1.8 s-1
(Ver Apéndice B. Especificaciones De Productos)
Con base a la permitividad última del geodrén, se calcula la permitividad admisible, teniendo en cuenta los factores de reducción para sistemas de subdrenaje que aparecen en la Tabla 3.3.
Aa = Área unitaria unitaria del colchón colchón drenante drenante con geodren geodren planar (m (m 2 ) Lc-c = Longitud entre colectores, es la longitud máxima que el agua debe recorrer en el colchón drenante para ser captada por el colector (m) W = Ancho del geodrén planar, dimensión normal al sentido del flujo (m) Lc-c W Aa
6.5 m 1m 6.5 m2
El caudal para esta área aferente se calcula de la siguiente forma:
Q Aa
0.000 0.000041 0417 7 m3/s m3/s
Una vez obtenido el caudal que capta el colchón drenante por área aferente, se verifica si el geodrén a seleccionar puede conducir en su plano el caudal calculado.
qw req req Q Aa W
Tasa Tasa de fluj flujo o req reque ueri rida da para para el cole colect ctor or (m3/ (m3/ss-m) m) Caudal calculado para el área aferente del colector (m 3 /s) Ancho del geodrén geodrén planar planar (m)
En este caso el ancho del geodrén es la unidad por lo que el valor de la tasa de flujo será la misma que el caudal del área aferente. Reemplazando los valores en la fórmula anterior se obtiene:
qw req
4.17E-05 (m ( m3/s-m)
Para determinar la tasa de flujo última del geodrén planar como colchón drenante se utiliza la Figura 9.6 y como datos de entrada el gradiente igual a 0.1 por la posición casi horizontal del geodrén y el esfuerzo normal mínimo de la gráfica, debido a que el geodrén está a una profundidad menor de 1.0 m de profundidad.
qw ult
0.0000716 m3 m 3/s-m
Con base a la tasa de flujo última para el geodrén instalado de forma horizontal, se calcula la tasa de flujo admisible, teniendo en cuenta los factores de reducción para colchón drenante, propuestos en la Tabla 3.4.
qw adm
4.59E-05 m3 m3/s-m
Finalmente se compara la tasa de flujo admisible con la requerida para determinar el factor de seguridad global:
FSg
1.10 OK
Q Aa
1.35E-03 m3/s
1.35E+03
Teniendo una pendiente del 1% y en relación con el nomograma basado en la ecuación del Prandtl -Colebrook (Figura 9.7), se denomina que el diámetro de la tubería más adecuado para los colectores secundarios es de 100 mm (4”).
Una vez obtenido el caudal que capta cada colector por área aferente, se verifica si el geodrén a seleccionar puede conducir en su plano el caudal calculado.
Donde: qw req req
Q Aa Lc
Tasa Tasa de fluj flujo o req reque ueri rida da para para el cole colect ctor or (m 3 /s/s-m) m) Caud Caudal al calc calcul ulad ado o par para a el el áre área a afe afere rent nte e del del col colec ecto torr (m 3 /s) /s) Longitud del colector secundario (m)
En este caso la longitud de cada colector secundario es la misma y equivale a la mitad del ancho del campo de fútbol, por lo que reemplazando los valores en la fórmula anterior se obtiene:
qw req
5.17344E-05 m3/s-m
Para determinar la tasa de flujo última del geodrén se utiliza la Figura 9.6 y como datos de entrada el gradiente igual a 1.0 por la posición vertical del geodrén y el esfuerzo normal mínimo de la gráfica, debido a que el geodrén esta a una profundidad menor de 1.0 m de profundidad.
qw ult
3.50E-04 m3 m3/s-m
qw adm
3.18E-04 m3 m3/s-m
Finalmente se compara la tasa de flujo admisible con la requerida para determinar el factor de seguridad global:
3.3 Colectores Principales
Se van a diseñar 4 colectores principales, con geodrén con tubería circular, que corren de manera longitudinal y paralela con la longitud mayor del campo de fútbol; debido a las condiciones topográficas se recomienda conectar los colectores a los desagües existentes en la zona.
AT QT s
4769.5 m2 0.0260 m3/s 1 % (seleccionada)
0.0065065
El diámetro de la tubería a usar puede ser determinado utilizando el nomograma basado en la ecuación de Prandtl - Colebrook (Figura 9.7) Según el nomograma para una pendiente del 1% y los cuatro diámetros de tuberías existentes para geodrén el caudal máximo a transportar es el siguiente:
El caudal requerido para cada colector principal es igual a 0.0065 m3/s, por lo tanto la tubería a usar para los conectores principales es de 150 mm (6”).
MEJORAMIENTO Y MODERNIZACION DE LAS INSTALACIONES DEL ESTADIO DE FUTBOL DEL MUNICIPIO DE VILLA CARO NORTE DE SANTANDER República República de Colombia Ministerio Del Medio Ambiente INSTITUTO DE HIDROLOGIA, METEOROLOGIA Y ESTUDIOS ESTUDIOS AMBI A MBIENTALES ENTALES IDEAM
CURVAS DE INTENSIDAD-DURACION-FRECUENCIA INTENSIDAD-DURACION-FRECUENCIA 190 180 170 160 150 140 130 120 ) h 110 / m m ( 100
Tr (años)
D A 90 D I S N E 80 T N I 70
100
50 25 10 5 3
60 50 40 30 20 10 0 0
30
60
90
120
150
IDEAM
Relaciones Intensidad - Duración - Frecuencia
DURACION Minutos
N£mero de a¤os a¤os analizado analizado : 29 PERIODO DE RETORNO, años 5 10 25 50
15 30 60 120 360
3
103.3 85.7 61.2 35.4 12.6
114.7 98.8 72.8 42.8 15.4
129.0 115.3 87.3 52.2 19.0
147.1 136.1 105.6 64.0 23.6
160.5 151.5 119.1 72.8 26.9
180
100
173.9 166.8 132.6 81.5 30.3
DURACION (min)
210
240
270
300
330
360
MEJORAMIENTO Y MODERNIZACION DE LAS INSTALACIONES DEL ESTADIO DE FUTBOL DEL MUNICIPIO DE VILLA CARO NORTE DE SANTANDER CALCULO DEL CAUDAL EN LA CANALETA
1. Estimación del caudal de diseño
El caudal de diseño está conformado por el caudal procedente de agua lluvia únicamente, debido a que el terreno en consideracion se encuentra revestido. • Calculo del Caudal Tributario
Q tri
IR
33 mm mm/h
9.17E-06 m/ m/s
Precipitación máxima horaria de frecuencia anual, registrada en la estacion pluviografica para la curva de intensidad, duración y frecuencia. Curva Curva 2 años, 120 min.
AT Fi
615 m2 1
Entonces:
QT
0.0056 0.0056375 375 m3/s m3/s
Utilizando las Siguientes dimensiones y características de la canaleta triangular de recoleccion, calculamos el caudal con la fórmula de Manning:
Donde: 1 n
Q=
x S1/2 x R 2/3 x A
= Caudal de la sección en m3 /se n = Coeficiende rugosidad S = Pendiente longitudinal R = Radio hidráulico de la sección A = Área de la sección tranversal en m2
Coeficiente de Rugosidad (n) Tabla No. 7 Valores de “n” dados por Horton, Horton, para ser empleados en la fórmula de Manning Manning Superficie
Perfectas
CONDICIONES Buenas Regulares
Malas
Canales y Zanjas
Canales revestidos con concreto En tierra, alineados y uniformes En roca, lisos y uniformes En roca, con salientes y sinuosos Sinuosos y de escurrimiento lento Dragados en tierra Con lecho pedregoso y bordos de tierra, enhierbados Plantilla de tierra, taludes ásperos Corrientes naturales
0.0120 0.0170 0.0250 0.0350 0.0225 0.0250 0.0250 0.0280
0.014* 0.0200 0.0300 0.0400 0.025* 0.0275* 0.0300 0.0300
0.016* 0.0225 0.033* 0.0450 0.0275 0.0300 0.035* 0.0330
0.0180 0,025* 0.0350 0.0300 0.0330 0.0400 0.0350
0.0250 0.0300 0.0330 0.0400 0.0350 0.0450 0.0500 0.0750
1. Limpios, bordos rectos, llanos, sin hendiduras ni charcos profundos 2. Igual a 1, pero con algo de hierbas y piedra 3. Sinuoso, algunos charcos y escollos limpios 4. Igual a 3, de poco tirante con pendiente y sección menos eficientes 5. Igual a 3, algo de hierba y piedras 6. Igual a 4, secciones pedregosas 7. Ríos perezosos, cauce enhierbado o con charcos profundos 8. Cauces muy enhierbados
0.0275 0.0330 0.0350 0.0450 0.0400 0.0500 0.0600 0.1000
* Valores corrientemente usados en la práctica. Extractado de Canales de Desviación; Ciancaglini, N.1966, Argentina, UNESCO.
0.0300 0.0350 0.0400 0.0500 0.0450 0.0550 0.0700 0.1250
0.0330 0.0400 0.0450 0.0550 0.0500 0.0600 0.0800 0.1500
Usamos:
0.0140
Pendiente Longitudinal ( S) Pendiente (S) =
0.00315
Area de la sección hidráulica hidráulica (A) A B*H A 0.02
m2/s
Radio hidráulico de la sección R Pm = 0.4 R=
A Pm
m =
perímetro mojado 0.02 m2/s 0.4 m
=
0.05
m
Reemplazando esto valores obtenidos en la ecuación de Manning tenemos que: Q=
1 0.014
x
0.0561249
x
=
0.0108819 m3/seg 0.02 m2/s
0.1357209
x
0.02
=
0.544094
m/seg
=
0.010882
m3/seg
Velocidad del canal canal (V) V =
Q A
Así las cosas, las canaletas recolectoras de la escorrentia superficial estaran conformadas por una seccion rectangular de 0.2 m de base X 0.1 m de altura
