DISEÑO DRENAJE PLUVIAL CRA 13ª BARRIO SAN PEDRO MARTIR DE LA CIUDAD DE CARTAGENA El objetivo principal es el diseño de la capacidad hidráulica de la vía el cual consta del chequeo del terreno para determinar el coeficiente de escorrentía a utilizar según la Tabla 1 del REGLAMENTO TECNICO NORMATIVO DEL SECTOR DE AGUA POTABLE Y SANEAMIENTO BASICO (RAS).

Las pendientes a utilizar serán las dadas por el levantamiento topográfico previo que se hizo de la zona, con esta serie de variables y con otras que nos brindara la misma norma se realizara el siguiente diseño con los anexos requeridos.

La metodología a implementar en el presente estudio es la siguiente:

1) Calculo del tiempo de concentración por tramos y general del proyecto 2) Calculo de la intensidad a utilizar según este tiempo de concentración

(por tablas). 3) Calculo del caudal aportado por cada cauce y de todos en general. 4) Calculo de la capacidad hidráulica de la vía para comparar con el caudal

aportado y decidir si se hace necesaria la construcción de canales aledaños.

5) Chequeo de la velocidad superficial de la vía para decidir si se hace

necesario la construcción de estructuras disipadoras de energía.

UBICACIÓN DEL PROYECTO A REALIZAR.

Foto 1 Zona en estudio.

CONSIDERACIONES SOBRE EL DISEÑO DE REDES DE ALCANTARRILLADO PLUVIALES DE ACUERDO CON EL RAS

REDES DE SISTEMAS DE ALCANTARILLADO PLUVIAL

Los sistemas de alcantarillado pluvial tienen unas consideraciones generales que se presentaran a continuación.

Los aspectos generales para la concepción de proyectos de recolección y evacuación de aguas pluviales deben seguirse de acuerdo con el Capitulo A.4. del RAS.

Los sistemas de recolección y evacuación de aguas lluvias pueden proyectarse cuando las condiciones propias del drenaje de la localidad requieran una solución a la evacuación de la escorrentía pluvial. No necesariamente toda población o sector requiere un sistema pluvial. Dependiendo de las condiciones topográficas, tamaño de la población, características de las vías, la estructura y desarrollo urbano, entre otros, la evacuación de la escorrentía podría lograrse satisfactoriamente a través de las cunetas de las calles. Donde sea necesario, estos sistemas pueden abarcar la totalidad de la población o solamente los sectores con problemas de inundaciones.

Los sistemas de recolección y evacuación de aguas pluviales pueden ser proyectadas y construidas para:

1. Permitir una rápida evacuación pluvial de las vías públicas. 2. Evitar la generación de caudales excesivos en las calzadas. 3. Evitar la invasión de aguas pluviales a propiedades públicas y privadas. 4. Evitar la acumulación de aguas en vías de transito. 5. Evitar la paralización del tráfico vehicular y peatonal durante un evento de

fuerte precipitación. 6. Evitar las conexiones erradas del sistema de recolección y evacuación de

aguas residuales. 7. Mitigar efectos nocivos a cuerpos de agua receptores por contaminación de

escorrentía de agua pluvial urbana.

A continuación se mencionan algunos de los factores que deben ser considerados en el estudio de los problemas de recolección y evacuación de aguas pluviales en aéreas urbanas.

1. Tráfico peatonal y vehicular. 2. Valor de las propiedades sujetas a daños por inundaciones. 3. Análisis de soluciones con canales abiertos o conductos cerrados. 4. Profundidad de los colectores.

En la elaboración de un proyecto de sistemas de recolección y evacuación de aguas lluvias es necesaria la consideración económica. La selección de los periodos de retorno que deben adoptarse en el proyecto está en función de la ocurrencia de eventos de precipitación y deben representar un balance adecuado entre los costos de construcción y operación y los costos esperados por daños y perjuicios de inundación para el periodo de diseño. La capacidad de recolección de aguas lluvias del conjunto de sumideros debe ser consistente con la capacidad de evacuación de la red de colectores para garantizar el caudal de diseño efectivo que llegue a la red de evacuación.

PARAMETROS DE DISEÑO

Los parámetros de diseño constituyen los elementos básicos para el desarrollo del diseño de un sistema de recolección y evacuación de aguas lluvias. A continuación se establecen las condiciones para su definición y estimación.

AREAS DE DRENAJE

El trazado de la red de drenaje de aguas lluvias debe, en general, seguir las calles de la localidad. La extensión y el tipo de aéreas tributarias deben determinarse para cada tramo a diseñar. El área aferente debe incluir el área tributaria propia del tramo en consideración. Las áreas de drenaje deben ser determinadas por medición directa en planos, y su delimitación debe ser consistente con las redes de drenaje natural.

CALCULO DEL TIEMPO DE CONCENTRACION

Se realizara un promedio de los tiempos de concentración de las áreas tributarias que en general se encuentran en terreno natural con los tiempos de concentración de cada tramo de la vía que estará pavimentada.

Para este cálculo se tendrá en cuenta el periodo de retorno seleccionado según la tabla D 4.2 del RAS.

El periodo de diseño el cual nos acogeremos será a 10 años.

Teniendo lc (longitud del cauce) y s (pendiente longitudinal) se puede calcular el tiempo de concentración, con la siguiente fórmula:

Tc=LC/VC donde

TC= Tiempo de concentracion

Lc= Longitud del cauce

Vc= Velocidad de concentracion

CALCULO DE INTENSIDAD

Teniendo ya el tiempo de concentración puedo calcular la intensidad de la lluvia para un periodo de retorno asumido mediante la fórmula.

�(��ℎ ) = 616.97 ∗ T^0.18(tc ∗ 60 + 10)^0.561

Donde:

I= Intensidad

T= Periodo de retorno

tc=tiempo de concentración en horas

CALCULO DE CAUDALES MAXIMOS CON COEFICIENTES DE REDUCCION

Con la intensidad calculada podemos estimar el caudal aportante del cauce mediante la siguiente fórmula:

� = CIAR360

Donde:

Q= Caudal instantáneo máximo en m3/sg

C= Coeficiente de escorrentía

I= Intensidad de la lluvia

A= Área de la cuenca en hectáreas

R= Coeficiente de reducción por el tamaño del área

El coeficiente de escorrentía se presenta en la tabla a continuación, el área de la cuenca es calculada mediante la topografía brindada y herramientas tecnológicas como Google Earth.

Donde C es el coeficiente de escorrentía, tabla D 4.5 RAS

Valores de caudales máximos por tramos

CALLES

CALCULO DE CAUDALES INSTANTANEOS MAXIMOS PARA CADA CUENCA CON DIFERENTE PERIODO DE RETORNO

caudal instantáneo máximo PARA LA CUENCA 1

R A(ha) I(mm/h) C Q(m3/s)

0,9928932 3 153,17 0,6 0,76

0,9928932 3 180,64 0,6 0,90

0,9928932 3 204,65 0,6 1,02

0,9928932 3 231,84 0,6 1,15

caudal instantáneo máximo PARA LA CUENCA 2

R A(ha) I(mm/h) C Q(m3/s)

0,993745222 1,8 174,77 0,6 0,52

0,993745222 1,8 206,11 0,6 0,61

0,993745222 1,8 233,50 0,6 0,70

0,993745222 1,8 264,53 0,6 0,79

caudal instantáneo máximo PARA LA CUENCA 3

R A(ha) I(mm/h) C Q(m3/s)

0,993349938 2,3 150,92 0,6 0,57

0,993349938 2,3 177,98 0,6 0,68

0,993349938 2,3 201,63 0,6 0,77

0,993349938 2,3 228,42 0,6 0,87

Nota: Los rellenados en Amarillo son los caudales de diseño Para un periodo de retorno de 10 años.

CAPACIDAD HIDRAULICA DE LA VIA

La capacidad hidráulica de la vía es cuanto caudal es capaz de transportar la vía en cierta sección sin que esta afecte la funcionalidad de ella misma, tratando siempre de mantener un borde libre.

El cálculo se hará mediante la siguiente fórmula: Q=S^(1/2)(Ld-(L/2)^2i)^(5/3)

� =S^(12)[L ∗ d − !

L2"#∗ i]^(53)

n(2d − L√L − i#)^(23)

Donde:

Q= Capacidad hidráulica de la vía

S= Pendiente longitudinal de la vía

L= Ancho de calzada

d= lamina de agua

i= Bombeo

n= Coeficiente de rugosidad

La capacidad hidráulica de la vía se contrarresta con el caudal aportarte y si este caudal es mayor que la capacidad se hace necesario la construcción de sumideros o imbornales para el alivio del cauce.

Con esta capacidad se chequea si cumple o no la capacidad hidráulica de la vía.

CALCULO DE LA CAPACIDAD HIDRAULICA DE LA VIA

ABSCISA n S i d(m) l(m) Q(m3/sg)

CRA 65 A INTERSECCION CON CRA 13A 0,015 0,039 0,01 0,15 4,10 1,381

ENTRE CALLE 13 D Y CRA 13 A 0,015 0,084 0,01 0,15 4,10 2,022

CRA 13 A 0,015 0,009 0,00 0,20 4,10 1,145

TRAMO RESPECTIVO A CADA CUENCA CUENCA T(retorno)

Q (m3/sg) QUE APORTA CADA CUENCA

Q(VIA) CAPACIDAD HIDRAULICA DELA VIA CUMPLE

CRA 65 A INTERSECCION CON CRA 13A 1 10 1,02 1,38 SI

ENTRE CALLE 13 D Y CRA 13 A 2 10 0,7 2,02 SI

CRA 13 A 3 10 1,72 1,15 NO

CONCLUSIONES Como se puede confirmar por el cálculo el problema critico se presentara en la cra 13a por que el volumen que afluirá de las cuencas 1 y2, es mucho mayor a la capacidad con que estará contando la vía, también se nos está presentando la afluencia en la cra 65 la cual nos presenta un volumen considerable y en el cual actualmente se está evacuando por un canal natural, para el cual se realizo el estudio hidrológico y se observo que la mejor manera es construir un canal revestido en concreto en la misma zona donde está el canal natural actualmente. Y el último inconveniente era a donde seria la disposición final de las aguas abajo transportadas. Sabiendo que las pendientes están establecidas por que se empieza y termina en cotas fijas se pueden recomendar las siguientes soluciones.

1) con el afluente de la carrera 65 se diseña un canal de evacuación, el cual se presenta en

dos opciones para efectos de diseño pero para efectos constructivos se recomienda que se

haga la construcción de un canal rectangular y también por efectos de anchos de calzada,

este canal tendrá su captación en la intersecccion con la carrera 65 estará a lado de la vía y

será destapado hasta que se intercepte con la calle canal donde atravesara la vía con un

box de igual dimensión a ala que trae en el cual su zona de entrada estará protegida con

una trampa de basuras. Luego este canal ira al lado de la calle canal cubierto y

preferiblemente debajo del andén hasta que se comunique con la carrera 13ª.

2) Caudal excedente que afluye a la carrera 13ª el cual debe ser evacuado por sumideros y

que se une al que viene de la carrera 65. En este sector el canal se le ampliaran sus

dimensiones para poder evacuar la suma de los dos afluentes y será transportado asta el

final de la carrera 13ª donde travesara la vía para continuar con su recorrido.

3) Con respecto a la zona final de evacuación el canal llega a un punto muerto en el cual

existen 2 opciones.

a) La primera es llevarlo por donde se muestra actualmente la escorrentía superficial la

cual tiene un recorrido atreves de vía para morir en un canal natural lo suficiente

mente amplio que se comunica con el canal principal del barrio el campestre, anexo

(foto 2).

b) La segunda opción es que la carrera 13ª se puede proyectar hasta la carrera 62 y nos

permitiría llevar nuestro canal al lado de la vía con un menor recorrido y con mayor

espacio. Para lo cual si esto se presenta se debe tener en cuenta que se debe hacer la

compra de predios. Anexo (foto 3 )

4) Por último se recomienda que se le brinde un mantenimiento periódico a la trampa de

basuras para que no exista obstrucción en algún momento dado.

DISEÑO DE CANALES

OPCION CANAL QUE AFLUIRA DE LA CARRERA 65

ALTERNATIVA CON CANAL TRAPEZOIDAL

CUENCA Q (M3/Seg) S(m/m) Z B(m) n h(m) Q

hallado(m3/seg.)

AFLUENTE 4,6 0,039 1 0,5 0,017 0,7 4,74

ALTERNATIVA CON CANAL RECTANGULAR

CUENCA Q (M3/Seg) S(m/m) Z B(m) n h(m) Q

hallado(m3/seg.)

AFLUENTE 4,6 0,039 0 0,8 0,017 1,2 5,00

CALCULO DE SUMIDEROS

Q(CAUDAL RECOLECTADO EN m3/sg) POR CADA IMBORNAL. P Y

1,075333313 2,6 0,12

1,075333313 2,6 0,12

CANAL QUE EVACUARA LA SUMA DEL EXCEDENTE MA LO QUE VIENE DE LA CARRERA 65

ALTERNATIVA CON CANAL TRAPEZOIDAL

CUENCA Q (M3/Seg) S(m/m) Z B(m) n h(m) Q

hallado(m3/seg.)

N 3 5,6 0,009 1 1 0,017 0,9 5,87

ALTERNATIVA CON CANAL RECTANGULAR

CUENCA Q (M3/Seg) S(m/m) Z B(m) n h(m) Q

hallado(m3/seg.)

N 3 5,6 0,009 0 1,3 0,017 1,4 5,91

CHEQUEO DE LA VELOCIDAD SUPERFICIAL

Este chequeo se hace con el fin de mantener la velocidad permisible sin que esta afecte su optima funcionalidad o presente riesgo por presentase una velocidad demasiado grande, y si esto llegara a ocurrir se hace necesario la construcción de estructuras disipadoras de energía.

El chequeo se hace mediante la formula

Donde:

S= pendiente longitudinal de la vía

a= constante de velocidad superficial dada por la siguiente tabla:

Calculo para cada tramo

CHEQUEO DE LA VELOCIDAD SUPERFICIAL

Vs(m/s) a S(PENDIENTE) TRAMO

0.822 6.500 0.016 CALLE 6 TRAMO 1

0.503 6.5 0.006 CALLE 6 TRAMO 2

0.528 6.5 0.007 CALLE 6 TRAMO 3

0.964 6.5 0.022 CALLE 1

De acuerdo con lo anterior, no es necesario construir estructuras de disipación de energía, puesto que las velocidades superficiales son inferiores a las velocidades permitidas y también se cumple con las velocidades mínimas para que no exista sedimentación.

El detalle de los diseños está consignado en el PLANO 1/1.

PEDRO RAMOS BAIZ Ingeniero Civil MP 13202-178487 BLV

ANEXOS

• Planos con dimensiones y secciones de la vía y las estructuras • Hojas de calculo

BIBLIOGRAFIA • Reglamento técnico del Sector de Agua Potable y Saneamiento básico

(RAS 2000) • Diseño de desagües pluviales urbanos (ing.unne.edu.ar/pub/HIDRO_TP11.) • Hidrología practica para ingenieros (memorias Ing. Alfonso Arrieta

Pastrana)