Alcantarillado Drenajes

7/25/2019 Alcantarillado Drenajes

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Memoria de

clculo yconceptual deldiseo de

alcantarilladofuvial.

Universidad de

Cartagena

Ingenieria civil

Ever Jose Anaya

Suarez

Nestor BuenoOsuna

Rafae l

A l tami randa

Oscar Suarez

Torres


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INTRODUCCIN

Una red de alcantarillado pluvial se encuentra conformado por sistemas detuberas, sumideros e instalaciones, cuya funcin es captar las aguas lluvias y

conducirlas hasta las canalizaciones y conductos, para que stas seandescargadas en el medio urbano hasta los cauces naturales para su libreescurrimiento, manifestando su gran importancia en zonas con altasprecipitaciones y escasas superficies permeables. (Hidra!oft"are, #$%&'.uncionalmente facilitan la evacuacin de aguas pluviales para evitarinundaciones de viviendas, negocios, industrias, etc., as como de las aguas dease u consumo presente en las vas para disminuir las incidencias de estosefectos n la comunidad que provoquen da)os* cabe resaltar, que el aumento dezonas industriales incrementa los vol+menes de agua que escurrensuperficialmente por la impermeabilidad del concreto y pavimento-. (endez,

#$%#'

/l libre tr0nsito de personas y vehculos son los par0metros m0s importantes quese buscan con el adecuado dise)o de los sistemas de drena1e urbano oalcantarillado pluvial, adem0s de garantizar que para distintas frecuencias de laslluvias se prote1a la integridad de las propiedades.

2ara el dise)o del sistema de drena1e pluvial es necesario aplicar losconocimientos de hidrologa, topografa, par0metros hidr0ulicos tales como ladeterminacin del caudal m03imo de aguas lluvias, la pendiente longitudinal de

cada tramo de vial, establecimiento del caudal interceptado por los elementos decaptacin de aguas pluviales, y por +ltimo la estimacin de di0metros y pendientespara el sistema de alcantarillado pluvia. (Hidra!oft"are, #$%&'

4on base en lo anterior, el presente documente contiene el dise)o de un sistemade alcantarillado para el drena1e de aguas lluvias, teniendo en cuenta lospar0metros e indicaciones previamente mencionadas.


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1. OBJETIVOS

1.1 GENERAL

5ise)ar un sistema de drena1e pluvial ptimo para el plano conocido,aplicando las normativas pertinentes contempladas en el 6eglamento de 7gua2otable y !aneamiento 80sico (67! #$$$' complementado con lafundamentacin terica de clases y bibliografa previa.

1.2 ESPECIFICOS

4alcular las 0reas aferentes a la cual se realiza el dise)o del sistema de

alcantarillado de drena1e pluvial urbano, con el propsito de poder determinar

las dem0s caractersticas requeridas en dicho dise)o.

5eterminar los par0metros hidrolgicos requeridos tales como la intensidad,

coeficiente de escorrenta, caudales de escorrenta y tiempo deconcentracin.

4alcular los di0metros, pendientes, cotas claves y longitudes tanto de las

tuberas de conduccin de aguas pluviales como de las tuberas colectoras deaguas lluvias.

9ocalizar y calcular las dimensiones de los sumideros que se requieran ensectores de la zona de dise)o.

6ealizar los planos correspondientes al dise)o de drena1e pluvial urbano

requerido para la zona, con todos los componentes y elementos que fuerondeterminados en el proceso de c0lculo y revisin.

2. MARCO CONCEPTUAL


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Un sistema de drena1e urbano debe estar dirigido al logro de unos ob1etivos, esdecir, los fines o intenciones hacia las cuales se dirigen las acciones a llevar acabo. /stos ob1etivos son dos: uno b0sico y el otro complementario. /l ob1etivob0sico trata de evitar al m03imo posible los da)os que las aguas de lluvias puedenocasionar a las personas y a las propiedades en el medio urbano. /l

complementario busca garantizar el normal desenvolvimiento de la vida diaria enlas poblaciones, permitiendo un apropiado tr0fico de personas y vehculos durantela ocurrencia de precipitaciones.

!e entender0 por sistema de drena1e urbano un con1unto de acciones, materialeso no, destinadas a evitar, en la medida de lo posible, que las aguas pluvialescausen da)os a las personas o a las propiedades en las ciudades u obstaculicenel normal desenvolvimiento de la vida urbana* es decir, dirigidas al logro de losob1etivos establecidos.

5entro del trmino ;aguas pluviales'

2.1 Definiciones

9as definiciones utilizadas por el 67! son:

7guas lluvias: 7guas provenientes de la precipitacin pluvial.

7guas residuales: 5esecho lquido provenientes de residencias,edificios, instituciones, f0bricas o industrias.

7guas residuales domsticas: 5esechos lquidos provenientes de laactividad domstica en residencias, edificios e instituciones.

7guas residuales industriales: 5esechos lquidos provenientes de las

actividades industriales.

7guas de infiltracin: 7gua proveniente del subsuelo, indeseablepara el sistema separado y que penetra en el alcantarillado.

7lcantarillado: 4on1unto de obras para la recoleccin, conduccin ydisposicin final de las aguas residuales o de las aguas lluvias.


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!umidero: /structura dise)ada y construida para cumplir con elpropsito de captar las aguas de escorrenta que ocurren por lascunetas de las calzadas de las vas para entregarlas a las

estructuras de cone3in o pozos de inspeccin de los alcantarilladoscombinados o de lluvias.

?iempo de concentracin: ?iempo de recorrido de la escorrentasuperficial desde el punto m0s le1ano de la cuenca de drena1e hastael punto de salida considerado. /n alcantarillados es la suma deltiempo de entrada y de recorrido.

2ara la elaboracin de un proyecto de recoleccin y evacuacin de aguasresiduales o lluvias es aconse1able disponer estudios previos a su dise)o, quepermitan caracterizar la regin desde el punto de vista fsico y socioeconmico,conocer los sistemas e3istentes de abastecimiento de agua potable y saneamientob0sico y considerar los planes de desarrollo urbano y ordenamiento territorial.

9as actividades que de manera general deben seguirse en el desarrollo de unproyecto completo de recoleccin y evacuacin de aguas residuales y@o pluvialesse listan a continuacin: Anformacin b0sica, delimitacin del permetro sanitariomunicipal, delimitacin del 0rea del proyecto, definicin de perodo de an0lisis,estimacin de la poblacin, delimitacin de 0reas de drena1e, determinacin de lascaractersticas del sistema, generacin de alternativas de sistemas de recolecciny evacuacin de aguas residuales y@o pluviales, aprovechamiento de componentese3istentes, an0lisis de sitios de descarga, predimensionamiento de loscomponentes de las alternativas, definicin de criterios para la estimacin decostos, determinacin de etapas de construccin, seleccin de la me1or alternativa,dise)o de la alternativa seleccionada. (67!, #$$$'

/l desarrollo urbano con base en sistemas convencionales conlleva una serie deimpactos que generan a su vez efectos negativos sobre las masas receptoras. 2oruna parte, el crecimiento de las zonas impermeables en las ciudades modifica losflu1os naturales del ciclo hidrolgico, tanto desde el punto de vista cualitativo comocuantitativo. /l aumento de la impermeabilidad redunda en una reduccin de la

infiltracin. 4omo consecuencia de todo ello, se generan vol+menes deescorrenta netamente mayores y adem0s, se aceleran los tiempos de respuesta,por lo que aumentan el riesgo de inundaciones.

2or otro lado, el uso de los sistemas convencionales est0n asociados con losproblemas de calidad de agua, ya que las actividades humanas generan, tanto enla atmsfera como en la superficie de las cuencas urbanas una amplia gama de


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contaminantes. /l origen de esta contaminacin corresponde a zonas muy ampliasy de difcil acotacin, por lo que se habla de contaminacin difusa.

/l impacto en el medio receptor de escorrentas asociadas con el lavado de loscontaminantes antes e3puestos degenera problemas graves en la calidad de agua

del cuerpo receptor tales como la cada del o3geno disuelto, el incremento de lasconcentraciones de nutrientes, la contaminacin de agentes patgenos, o laacumulacin de elementos t3icos. (!ecretaria 5istrital de 7mbiente, #$%%'

/n un dise)o de una red de drena1e urbano sin importar cu0l sea su metodologa,el primer paso consiste en recolectar informacin sobre las caractersticastopogr0ficas, geolgicas e hidrolgicas del sector en el que se construir0 la red,as como informacin sobre el catastro de los usuarios. /stos datos, en con1untocon los del catastro de la zona deben ser superpuestos con el fin de que eldise)ador pueda determinar la ubicacin m0s adecuada de cada uno de los

elementos de la red.

Una vez o anterior ha sido realizado, el siguiente paso consiste en calcular elcaudal m03imo que cada tubera de la red podr0 transportar. 2ara el caudal deagua lluvia se debe hacer una estimacin de la escorrenta generada en cadacuenca tributaria con base en el porcenta1e de zonas impermeables, en suscaractersticas geomtricas, geolgicas y topogr0ficas, y en la inestabilidad yduracin del m03imo evento de precipitacin que se presentar0 durante undeterminado perodo de retorno. /n cualquiera de estos casos, las ecuacionesutilizadas para calcular variables como las proyecciones de demanda de agua

potable, el porcenta1e de agua lluvia que se convierte en escorrenta o el tiempoque est0 dura en recorrer cada cuenca, entre otras, varan seg+n las normastcnicas de cada pas y el nivel de comple1idad del sistema que ser0 construido.(e3ichem 4olombia !.7.!'

. MEMORIA DE C!LCULO

.1 GENERALIDADES


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2ara realizar el dise)o del drena1e pluvial urbano en el 0rea localizada encercanas al 4anal 9os 9imones, es menester tener en cuenta varios par0metrosdentro de los cuales se encuentran el perodo de dise)o, coeficiente deescorrenta, topografa del 0rea, tiempo de concentracin, intensidad,caractersticas de las vas, entre otros, con el propsito a su vez de poder

determinar los caudales de escorrenta y capacidad hidr0ulica de la va y definircu0les son las 0reas que requieren sumideros.

9a siguiente tabla presenta los datos iniciales recogidos de las caractersticas del0rea del proyecto:

DATOS DE ENTRADAITEMS UNIDAD VALOR!"e# Ha ##

Pe"io$o $e Dise%o (7)os' %>

A%o $e Dise%o (7)o' #$%>A%o &o"i'on(e (7)o' #$&$

In(ensi$#$) mm@Hora %#>Coeficien(e $e

Esco""en(*#B2 $,C>

+ $,$#Tie+,o Concen("#ci-n min ##,D&E$C

Loni(/$ $e0 C#/ce m %%$$#nco 34 m $,F

G"#5e$#$ 4 m@segG# E,%

Tabla 1. Datos iniciales

.2 CRITERIOS DE DISE6O

9os par0metros de evaluacin utilizados para el dise)o de los sistemas dealcantarillado del casco urbano de 2uerto 9pez, son los dados por el ?tulo 5 del6eglamento ?cnico del !ector de 7gua 2otable y !aneamiento 80sico 67! I#$$$. 2ara el dise)o del sistema de aguas lluvias, se tuvo en cuenta los

requerimientos de dados por el 6eglamento en el numeral 5.C.

.2.1 C#/$#0 $e Dise%o


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!eg+n las recomendaciones del 67! #$$$ se utiliza el mtodo racional para ladeterminacin de los caudales de dise)o, este mtodo es adecuado para elc0lculo de los caudales generados en superficies menores de %.&$$ Ha.

/ste mtodo establece que el caudal superficial producido por una precipitacin

es:

J K 4 3 A 3 7 en donde:

J K caudal superficial (9@s' 4 K coeficiente de escorrenta (adimensional' A K intensidad promedio de la lluvia (9@sL ha' 7 K 0rea de drena1e (ha'

.2.2 !"e#s $e D"en#7e

2ara la determinacin de las 0reas de drena1e, primero se realiz la evaluacin delos lmites de la cuenca a drenar obteniendo: por el oriente y por el norte la 7v. %C,por el occidente hasta el lmite del brazo del 6o etica, y por el sur hasta el lmitecon el 4a)o 8anderas. 9a zona que se acaba de enmarcar se considerar0 como lazona de estudio del proyecto y el ob1etivo es lograr drenar eficientemente el %$$Mde esta zona concentr0ndose en las zonas que hoy se identifican comoanegables./n la delimitacin del 0rea de drena1e es necesario tener en cuenta elsistema de drena1e natural. /l agua de precipitacin y de escorrenta de las 0reasperimetrales a la poblacin son evacuadas por el ca)o 8anderas y el brazo del roeta.

Una vez determinado los lmites de acuerdo al trazado preliminar de loscolectores, y el trazado de los colectores de /5/!7 !7 /!2, se procede a dividirla cuenca por 0rea aferentes para cada tramo de colectores, esto se realiza atravs del mtodo de trazar las bisectrices entre colectores, esto teniendo encuenta la topografa de la cuenca.

.2. Coeficien(e $e Esco""en(*#

/l coeficiente de escorrenta tiene un significado similar al del coeficiente de

retorno en el c0lculo de alcantarillado sanitario. Bo toda el agua lluvia precipitadallega al sistema del alcantarillado, pues parte se pierde por factores tales comoevaporizacin, intercepcin vegetal, detencin superficial en cunetas, zan1as odepresiones, y por infiltracin. 5e todos los factores anteriores el de mayorimportancia es la infiltracin, el cual es funcin de la impermeabilidad del terreno,por lo que en algunos casos se le llama coeficiente de impermeabilidad.


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/n la ?abla # se presentan los par0metros para la seleccin del coeficiente deescorrenta:

Ti,o $e s/,e"ficie Coeficien(e Nonas comerciales 5esarrollos residenciales con casa continuas y predominio de zonas duras 5esarrollo residenciales multifamiliares conbloques contiguos y zonas duras entre ellos

5esarrollo residencial unifamiliar con casacontiguas y predominio de 1ardines

5esarrollo residencial con casas rodeadasde 1ardines o multifamiliares apreciablemente

separados. Oreas residenciales con predominio de zonas verdes y cementerios tipo 1ardines 9aderas desprovistas de vegetacin 9aderas protegidas con vegetacin.

$,E$

$,F>

$,F>

$,>>

$,C>

$,&$$,D$$,&$

Tabla 2 Coeficientes de Escorrenta

/l valor del coeficiente 4 se estima tanto para la situacin inicial como la futura alfinal del periodo de dise)o, es as como se escogen los coeficientes de escorrentapara cada 0rea aferente teniendo en cuenta las condiciones de tipo de superficieactual y futura. /stos datos se encuentran consignados en la memoria de c0lculoque acompa)a el presente informe.

.2.8 In(ensi$#$ $e P"eci,i(#ci-n

9a intensidad de precipitacin que debe usarse en la estimacin del caudal pico deaguas lluvias, corresponde a la intensidad media de precipitacin dada por lacurva A5 para el periodo de retorno de dise)o definido y una precipitacinequivalente al tiempo de concentracin de la escorrenta.

/n la ?abla 5.C.% del numeral 5.C.& del reglamento 67! #$$$, establece que parael nivel medio alto de comple1idad se recomienda utilizar una curva A5 basada eninformacin pluviogr0fica regional. 2ara el caso del dise)o del alcantarillado del4asco Urbano de 2uerto 9pez se ha tomado la curva desarrollada por el Ang.8osco 4hiscaiza durante el desarrollo del 2lan aestro de 7cueducto y

7lcantarillado:


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d

Tri

6341,0

2727,0

535.498=

i K intensidad de la lluvia en mm @ hora ?r K perodo de retorno en a)os d K tiempo de concentracin en minutos

.2.9 Pe"io$o $e Re(o"no $e Dise%o

/l periodo de retorno de dise)o se determina de acuerdo con la importancia de las0reas y con los da)os, per1uicios o molestias que las inundaciones peridicaspuedan ocasionar a los habitantes, tr0fico vehicular, comercio, industria, etc. 9a

seleccin del periodo de retorno est0 asociada entonces con las caractersticas deproteccin e importancia del 0rea de estudio. /n la ?abla &, e3tractada de la ?abla5.C.# del reglamento 67! #$$$ se establecen los valores de periodos de retorno:

C#"#c(e"*s(ic#s $e0 !"e# $e D"en#7ePe"io$o $eRe(o"no#%os4

?ramos inciales en zonas residenciales con0reas tributarias menores a # ha.

#

?ramos inciales en zonas comerciales oindustriales, con 0reas tributarias menores de #

ha

&

?ramos de alcantarillado con 0reas tributariasentre # y %$ ha.

&

?ramos de alcantarillado con 0reas tributariasmayores de %$ ha

>

Tabla 3 Periodos de Retorno

9os periodos de retorno asumidos para cada uno de los casos est0n consignadosen la memoria de c0lculo que acompa)an a este informe.

.2.: Tie+,o $e Concen("#ci-n

/l tiempo de concentracin es el tiempo que tarda el agua en llegar desde el puntom0s ale1ado de la cuenca hasta el colector, es decir, es el tiempo requerido desde


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el comienzo de la lluvia para que toda el 0rea este contribuyendo al colector encuestin.

/l tiempo de concentracin est0 compuesto por el tiempo de entrada y el tiempode recorrido en el colector. /l tiempo de entrada corresponde al tiempo requerido

para que la escorrenta llegue al sumidero del colector, mientras que el tiempo derecorrido se asocia con el tiempo de via1e o tr0nsito del agua dentro del colector.

?c K ?e P?t

?iempo de entrada (rmula de Qerby':

Te=1.44 ( LmS1/2 )

0.447

9a norma 67! #.$$$ recomienda que el tiempo de concentracin total o duracinde la lluvia de dise)o para tramos inciales (arranques' sea superior a diez minutose inferior a #$.

.2.; P#"


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I

magen 1. Representacin de seccin de una a !ue funciona como un canal.

"uente# $utores.

2or hidr0ulica se conoce que el caudal est0 dado por las siguientes e3presiones:

Q=S

1

2R

2

3

n A

S

1

2 ( APm )2

3

n A

5onde s es la pendiente longitudinal de la va, la cual es conocida, n de anning,el cual se tom para este traba1o como $,$#$* y el 0rea y el permetro mo1ado,que se establecer0 su valor teniendo en cuenta la geometra del canal.

b=(

l

2i

)

2

+

(

l

2

)

2

A=dl[l(l2i)]

2A=l(d li4)


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Pm=2(l

2i)

2

+(l2 )2

+dPm=li2+1+2d

!ustituyendo los valores de 0rea y permetro mo1ado en la ecuacin para el

c0lculo de caudal, se tiene:

Q=

S

1

2 (l(dli

4)l i2+1+2d

)2

3

l(d li4)n

inalmente

Q=[l

(d

li

4)5

3

S

1

2

]n (l i2+1+2d )

2

3

.2.> Di


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2ara aguas con cantidades no significativas de sedimentos suspendidos, lavelocidad m03ima es funcin del material de la tubera. /n la medida en que eltama)o de los slidos aumenta, se debe reducir la velocidad a causa de la posibleabrasin de la tubera. /n la ?abla & se muestran algunos valores para losmateriales tpicos de tuberas.

M#(e"i# $e 0# (/?e"*# A/# con se$i+en(osco0oi$#0es

A/# con f"#+en(os$e #"en# "#5#

9adrillo com+n9adrillo vitrificado y gres4oncreto de : %C$ Rg@cm#

#%$ Rg@cm#

#>$ Rg@cm#

#$ Rg@cm#

&%> Rg@cm#

4oncreto reforzadomayor de#$ Rg@cm#y curado alvapor4loruro de polivinilo

&,$>,$&,$>,$D,$D,>F,>

%$,$%$,$

#,$&,,$&,&C,$C,&>,$

D,D%$,$

Tabla % &elocidad '()ima para tubera de alcantarillado* en m+s.

/l material escogido para el desarrollo de este proyecto es 2S4, son colectores

constituidos por una?uberade pared estructural con superficieinterior y e3teriorlisa, construida apartir de un perfil e3truido, que esacoplado helicoidalmente porunsistema de enganche mec0nico. /l !istema de unin es mec0nico, tuboscone3tremos lisos y unionesfabricadas del mismo material conhidrosellos instaladosen f0brica. /ste tipo de tubera se ha escogido porque favorece la hermeticidad,posee fle3ibilidad, presenta resistencia a la corrosin y a la abrasin, tiene unme1or comportamiento hidr0ulico frente a otros materiales como: el concreto ogres, presenta alta resistencia al impacto, y por su facilidad de instalacin ymantenimiento.

.2.12 Pen$ien(e M*ni+#

/l valor de la pendiente mnima del colector debe ser aquel que permita tenercondiciones de autolimpieza, de acuerdo con los criterios de la velocidad mnimaespecificados en reglamento 67! #$$$.

.2.1 Pen$ien(e M


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/l valor de la pendiente m03ima admisible es aquella para la cual se tenga unavelocidad m03ima real, seg+n los criterios especificados en el reglamento 67!.

.2.18 P"of/n$i$#$ &i$"


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8. PROCEDIMIENTO

9uego de tener en cuenta la respectiva localizacin del proyecto, topografa(2lanimetra y altimetra', se determinan las caractersticas de la zona, sedetermina el coeficiente de escorrenta (?abla C,> 67! #$$$', !e realiza unaverificacin de las secciones en las vas.

9uego se calculan los respectivos tiempos de concentracin en el pavimentos

Tie+,o $e concen("#ci-n

4 $,D $,$#9ongitud tramo de

la via F>2endientelongitudinal $,$$%

?c(min',F&%DD>

E

!e seleccionara un 2eriodo de dise)o e %> a)os y una intensidad de %#> mm@horaseg+n los datos de entrada.

!e calcularan los respectivos 4audales de escorrenta y la capacidad hidr0ulica de

la via, se compararan y si la capacidad de hidr0ulica es menor, se necesitara unacorreccin o sumidero en este tramo para evacuar el caudal e3cedente.

2ara el c


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Q=2,78CIA

7 manera de e1emplo tomamos un tramo con su respectivo caudal de escorrentacomo se muestra a continuacin:

Imagen 2. muestra de c(lculo caudal de escorrentade un tramo en especifico

7 manera de e1emplo mostraremos como se realiza el c


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7 manera de e1emplo mostraremos como se realiza el c0lculo de los sumiderostomando un tramo en especifico:

Imagen %. 'uestra de c(lculo de sumidero en un tramo especifico


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Documents

Alcantarillado Drenajes