MEMORIA CÁLCULO
MEMORIA DE CÁLCULO DISEÑO DE DREN
1.-
GENERALIDADES
El presente proyecto se refiere al diseño del sistema de evacuación de aguas lluvias de una cancha de fútbol para la ciudad de Monte Patria. 2.-
TOPOGRAFÍA
El terreno tiene una topografía con una pendiente constante desde el eje central hacia los costados de campo de juego, permitiendo esto plantear una solución adecuada al problema de evacuación de aguas lluvias. 3.-
SOLUCIÓN ADOPTADA
Para el problema de evacuación de aguas lluvia se ha considerado la colocación de tubos ranurados separados a una distancia de 10 mt. Cada uno, los que conducirán las aguas hacia otros tubos colocados al costado del terreno, según se indica en los planos anexos: 4.-
DISEÑO DE SISTEMA DE DRENAJE
4.1.-
Calculo de caudales:
Para el cálculo de caudales se utilizará el método racional, el cual indica que:
= ∗,∗ Donde: Q C A I
: Caudal en . : Coeficiente de Escorrentía . : Área aportante en : Intensidad de lluvia en ℎ .
Carlos Morales Flores – Ingeniero Ingeniero Civil.
MEMORIA CÁLCULO
Se supondrá que toda el agua caída se infiltra en el terreno y este debe ser capaz de ser evacuada por los drenes por lo cual C=1. El área aportante se tomara como el valor total de la cancha: 90 x 45=4050 m2= 0.00405 km 2.
4.2-
Calculo de Intensidad:
La intensidad se define como:
∗ = Donde: I
: Intensidad de lluvia en mm/hr. : Precipitación en mm para un periodo de retorno en T años y duración d horas. : Factor de duración : Tiempo de duración.
4.3-
Calculo de la Precipitación:
Para el caso de la precipitación en un periodo de retorno está definido por:
= ∗ ∗ ∗ K : Coeficiente igual a 1,1, para estimar la lluvia máxima absoluta en 24 horas en función de la lluvia máxima diaria. : Precipitación máxima diaria (máxima en 24 horas) que para la comuna de Monte Patria es 70,3 mm. : Coeficiente de duración para un periodo de retorno de 10 años y duración d horas y la lluvia máxima absoluta en 24 horas. Del manual de carreteras (ver tabla 3.702.403 (B)). : Coeficiente de frecuencia por T años de periodo de retorno, este definido de acuerdo a la región donde se evalúa y está referido a un porcentaje menor a 1 en el caso que sea menor a 10 años y mayor a 1 en el caso que sea mayor a 10 años.
Carlos Morales Flores – Ingeniero Civil.
MEMORIA CÁLCULO
4.4-
Resultados:
Para el análisis se define un periodo de retorno de 5 años por condiciones económicas. CF5
P1024
Pd5
DURACION
CDd
I
HORAS
MIN
(*)
0H
0
0
0
0,75
70,30
0
0
0H
5
0,083
0,307
0,75
70,30
2,67
9,839
0H
10
0,166
0,46
0,75
70,30
4,00
11,045
0H
20
0,333
0,642
0,75
70,30
5,59
10,757
0H
30
0,5
0,764
0,75
70,30
6,65
10,156
0H
40
0,666
0,858
0,75
70,30
7,46
9,607
0H
50
0,833
0,936
0,75
70,30
8,14
9,146
1H
1
0,150
0,75
70,30
8,70
8,700
2H
2
0,260
0,75
70,30
15,08
7,540
4H
4
0,440
0,75
70,30
25,52
6,380
6H
6
0,590
0,75
70,30
34,22
5,703
8H
8
0,660
0,75
70,30
38,28
4,785
10 H
10
0,780
0,75
70,30
45,24
4,524
12 H
12
0,820
0,75
70,30
47,56
3,963
14 H
14
0,860
0,75
70,30
49,88
3,563
18 H
18
0,910
0,75
70,30
52,78
2,932
24 H
24
1,000
0,75
70,30
58,00
2,417
(mm)
Tabla n°1.- Intensidad de lluvia en 5 años periodo de retorno para duración 24 horas
El valor mínimo que recomienda el manual de carretera que es de 10 minutos, sin embargo se adoptara el periodo de 20 min por representar las peores condiciones.
= 5.59 mm Como estamos estudiando el efecto de una lluvia de 20 minutos, se recurre a la expresión propuesta por Bell. Para este caso, 20 minutos el factor de duración es 0.642 (Obtenido de la tabla 3.702.405 (a) del Manual de Carreteras.
= .∗. =, Carlos Morales Flores – Ingeniero Civil.
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Con esta relación se Obtiene Q:
∗,∗. = = . , A evacuar en toda la superficie de la cancha, sin embargo se dispondrá de un sistema de tuberías que evacuaran y drenaran la superficie, cada tubería cubre un área de 225 m 2 por lo que el caudal a retirar por cada tubería corresponde a
= . 5.-
VERIFICACIÓN DIÁMETRO DE TUBERÍA FLEXADREN
5.1-
Consideraciones:
Para el diseño de la tubería se establecieron los criterios utilizados en la Nch. 1105 Of.99, cuyas restricciones son las siguientes:
Caudales: a)
Para Caudal máximo de diseño, h = 0,8 D
b)
Para Caudal mínimo, h > 0,3 D
Velocidades: a)
Velocidad máxima = 3 m/s
b)
Velocidad mínima = 0,6 m/s, con tubería a boca llena, para producir autolavado.
El caudal mínimo instantáneo se estima utilizando lo recomendado por la Boston Society of Civil Engineering.
Carlos Morales Flores – Ingeniero Civil.
MEMORIA CÁLCULO
La velocidad de autolavado está dado por:
= . ∗ + . (); Donde: h
: es la altura de escurrimiento.
D
: es el diámetro interior de la tubería.
5.2-
Velocidad de Autolavado:
Para determinar la capacidad de las tuberías se utilizó la ecuación de Manning. Q n
i
S R H
2 3
Donde: : : : : :
Q n i S RH R H
S
P
Caudal (m3/s) Coeficiente de rugosidad de Manning Pendiente de la tubería Sección de escurrimiento (m2) Radio hidráulico (m)
, donde corresponde al perímetro mojado (m)
Luego, en la figura 1 se observa el cálculo de la velocidad y altura de escurrimiento para la tubería de diámetro 4” flexadren:
Carlos Morales Flores – Ingeniero Civil.
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Figura n°1.- Calculo de sección circular.
La altura de agua apenas alcanza el 22% del diámetro de la tubería.
= 0.2463 ∗ 0.221 + 0.367 = 0,421 Vesc. = 0,458 m/s
La tubería
Vesc. > Vautolav
flexadren de 4” ti ene
Ok!
una velocidad mayor a la necesaria para producir
autolavado y está bajo los 3,0 m/s, por lo tanto no presenta problemas de capacidad.
Carlos Morales Flores – Ingeniero Civil.
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6.-
VERIFICACIÓN DIÁMETRO DE TUBERÍA PVC-4
6.1-
Consideraciones:
Caudal total en la cancha:
∗,∗. = = . , Sin embargo se considera la mitad del caudal circulando por cada una de las tuberías, por lo tanto el caudal por cada tubería debe considerarse como:
. = = .
Para el diseño de la tubería se establecieron los criterios utilizados en la Nch. 1105 Of.99, cuyas restricciones son las siguientes:
Caudales: a)
Para Caudal máximo de diseño, h = 0,8 D
b)
Para Caudal mínimo, h > 0,3 D
Velocidades: a)
Velocidad máxima = 3 m/s
b)
Velocidad mínima = 0,6 m/s, con tubería a boca llena, para producir autolavado.
El caudal mínimo instantáneo se estima utilizando lo recomendado por la Boston Society of Civil Engineering.
La velocidad de autolavado está dado por:
Carlos Morales Flores – Ingeniero Civil.
MEMORIA CÁLCULO
= . ∗ + . (); Donde: h
: es la altura de escurrimiento.
D
: es el diámetro interior de la tubería.
6.2-
Velocidad de Autolavado:
Para determinar la capacidad de las tuberías se utilizó la ecuación de Manning. Q n
i
S R H
2 3
Donde: : : : : :
Q n i S RH R H
S
P
Caudal (m3/s) Coeficiente de rugosidad de Manning Pendiente de la tubería Sección de escurrimiento (m2) Radio hidráulico (m)
, donde corresponde al perímetro mojado (m)
Luego, en la figura 2 se observa el cálculo de la velocidad y altura de escurrimiento para la tubería de PVC-4 160 mm:
Carlos Morales Flores – Ingeniero Civil.
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Figura n°2.- Calculo de sección circular.
La altura de agua apenas alcanza el 19% del diámetro de la tubería.
= 0.2463 ∗ 0.191 + 0.367 = 0,414 Vesc. = 2,48 m/s
Vesc. > Vautolav
Ok!
La tubería PVC-4 de 160 mm tiene una velocidad mayor a la necesaria para producir autolavado y está bajo los 3,0 m/s, por lo tanto no presenta problemas de capacidad.
Carlos Morales Flores – Ingeniero Civil.
MEMORIA CÁLCULO
7.-
DISEÑO POZO ABSORBENTE
Para el diseño del pozo absorbente se utiliza la siguiente expresión:
= ∗∗ ∅ ∗∗ Donde:
∅
: Altura útil del pozo (m) : Número de habitantes. : Dotación. : Coeficiente de absorción suelo de zanja Dren (0,7) : Diámetro medio del pozo (2,0 m) : Coeficiente de absorción del suelo (90 l/m2/día)
∗=13900
Luego, se tiene que:
Para una lluvia de un periodo de retorno de 5 años y 24 horas de lluvia.
Se estima instalar 4 pozos por lo que cada pozo deberá recibir
3475
3475∗0.7 = 3.8 7 = ∗2∗100 Las dimensiones de pozo absorbente serán: Altura de holgura (H H): 1,0 m. Altura total = HH + Hutil = 1,0 + 4,0 = 5,0 m. Diámetro superior: 1,5 m. Diámetro inferior: 2,5 m.
Carlos Morales Flores Ingeniero Civil
Carlos Morales Flores – Ingeniero Civil.
