Perfil Hans

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(1)

ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL

PERFIL DE PROYECTO DE TESIS

"PROPUESTA DE DISEÑO DEL DRENAJE

PLUVIAL DE LA LOCALIDAD DE SAUCE,

DISTRITO DE SAUCE, PROVINCIA DE SAN

MARTÍN, REGIÓN SAN MARTÍN”

AUTOR

: HANS GÁRATE NAVARRO

(2)

CONTENIDO

Página

INTRODUCCIÓN 05

I. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 05

1.1 Antecedentes del Problema 05

1.2 Justificación e importancia 06

1.3 Definición del Problema 06

1.4 Formulación del Problema 06

1.5 Limitaciones 07

II. OBJETIVOS 07

2.1 Objetivo General 07

2.2 Objetivos Específicos 07

III. MARCO TEORICO Y CONCEPTUAL 08

3.1 Antecedentes de la Investigación 08 3.2 Bases Teóricas 08 3.2.1 Climatología 08 3.2.2 Clima 08 3.2.3 Hidrología 09 3.2.4 Precipitación Pluvial 09 3.2.4.1 Formas de Precipitación 10 3.2.4.2 Tipos de Precipitación 10 3.2.5 Escorrentía Superficial 10 3.2.5.1 Tiempo de Concentración (Tc) 10

3.2.5.2 Tiempo de Traslado en los Colectores 11

3.2.5.3 Coeficiente de Escorrentía 12

3.2.5.4 Método Racional 13

3.2.6 Evaporación 14

3.2.7 Caudal de Diseño 14

3.2.7.1 Factores que Influyen en la Formación de Caudales 15

3.2.8 Cunetas 15

3.2.8.1 Diseño Estructural de Cunetas 16

3.2.9 Alcantarillas 26

3.2.10 Rápidas 26

3.2.10 Flujos en Canales Abiertos 26

3.2.11 Tirante (Yn) 28

3.2.12 Talud de Cunetas (Z) 29

3.2.13 Coeficiente de Rugosidad 30

3.2.14 Ancho de Solera (b) 31

3.2.15 Área Hidráulica (A) 32

3.2.16 Borde Libre (f) 32

3.2.17 Profundidad total de Cuneta 33

3.2.18 Velocidad 33

3.2.19 Velocidad Máxima y Mínima del agua pluvial para la Solución

con Tuberías(llenas) 35

3.2.20 Revestimiento de Cunetas 39

3.3 Definición de Términos Básicos | 40

3.4 Hipótesis 42

IV. SISTEMA DE VRIABLES 42

4.1 Variable Independiente 42

(3)

4.3 Variable Interdependiente 42

V. METODOLOGIA DE LA INVESTIGACION 42

5.1 Tipo y Nivel de Investigación 42

5.2 Diseño del método de la Investigación 43

5.3 Cobertura del estudio 43

5.3.1 Universo Y/O Muestra 43

5.3.1.1 Universo 43

5.3.1.2 Muestra 43

5.3.2 Ámbito Geográfico 43

5.4 Fuentes Técnicas o Instrumentos de Solución de Datos 44

5.4.1 Fuentes Técnicas 44

5.4.2 Instrumentos 44

5.4.1.2 Instrumentos Bibliográficos 44

5.5 Procedimiento y Presentación de Datos 44

5.5.1 Procesamiento de Datos 44

5.5.2 Presentación de Datos 45

VI. ANALISIS E INTERPRETACION DE DATOS Y RESULTADOS 45

6.1 Contratación de Hipótesis 45

VII. ASPECTOS ADMINISTRATIVOS 45

7.1 Cronograma de Actividades 45

7.2 Asignación de Recursos 46

7.3 Presupuesto o Costo del Proyecto 46

7.4 Financiamiento 46

VIII. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS 47

8.1 Bibliografía 47

(4)

1. PLANTEAMIENTO Y FORMULACION DEL PROBLEMA. 1.1 Antecedentes del Problema y formulación del problema.

El drenaje pluvial urbano es de gran importancia para el desarrollo normal de la vida cotidiana de la gente que habita en un lugar determinado en una ciudad, y su finalidad es evitar el maximo de los daños a personas y propiedades que las lluvias puedan ocacionar. Garantizar el normal desenvolvimiento de la vida diaria.

Es de mucha importancia que la localidad de Sauce, siendo un destino turistico importante en la Region San Martin cuente con un sistema de drenaje pluvial urbano y poder cumplir con la finalidad, para esto se debe implementar un sistema de drenaje que permita que las aguas pluviales o provenientes de la lluvia, puedan descurrir por las calles, hasta llegar a un cauce natural. Para que esto puedad darse, es cecesario realizar un buen estudio de la cantidad de agua que pueda escurrir en una zona determinada, para que asi se pueda hacer un buen diseño de la capacidad hidraulica de las calles, de modo que satisfagan las condiciones antes expuestas.

El presente trabajo de investigación se propone efectuar rel estudio de las aguas pluviales que pueden discurrir en una zona determinada, asi como el óptimo diseño de las secciones de las vias, y las demas obras que encierra todo el sistema de drenaje pluvia, lo cual comprende la determinacion de las caracteristicas hidraulicas, geometricas y estructurales (obteniendo las secciones transversales de los conductos, pendientes y las elevaciones del tirante para cada colector) que conduce la escorrentia producto de una tormenta caida en el area de influencia de una ciudad.

Para diseñar el drenaje pluvial de una ciudad requiere realizar un estudio topografico de la zona, recoleccion y procesamiento de los datos de precipitacion pluvial, en la cual esta basado el desarrollo del presente trabajo.Ante la importancia de un sistema de drenaje plubial para la localidad de Sauce, siendo de gran importancia y poder mejorar la calidad de vida de los pobladores y contribuir en el desarrollo mejorando en el ornato de la ciudad.

Para diseñar los elementos de una red de drenaje plivial es necesario conocer el origen y la magnitud de los caudales maximos que pueden llegar a la red.

Enfocandonos en hacer un estudio concreto de la zona en su cuerpo hidraulico, para asi determinar cual seria la mejor opcion y buscar la solucion a cada uno de los problemas existentes, en la cual se tendra que diseñar cunetas y alcantarillas, usando criterios como el metodo racional, para el estudio de las cuencas y usando las normas de velocidades y caudales admisibles para el diseño de cunetas y alcantarillas enfocados en las necesidades de los habitantes de la localidad de Sauce, tratando de incurrir en la mejor solucion.

Actualmente la Municipalidad Distrital de Sauce, no cuenta con un proyecto del sistema de drenaje pluvial en la localidad de Sauce.

(5)

1.2 Justificación e Importancia

Dado que no existen estudios, ni información detallada sobre un proyecto un sistema de drenaje pluvial en la localidad de Sauce, trae como consecuencias la degradacion continua de las calles al no haber una rapida evacuacion de las aguas, focos infecciosos al acumularse el agua despues de una precipitacion ademas la inundacion de las casas al no tener como escurrir las aguas despues de una tormenta, en consecuencia de ello un sistema de drenaje pluvial es necesario en lalocalidad de Sauce.

La presente investigación se justifica por lo siguiente:

1. Porque mediante la aplicación de las teorías correspondientes se estudiará los principales factores generadores de las precipitaciones pluviales y escorrentía regional y local, particularmente Sauce, incidiendo fundamentalmente en el drenaje superficial y cómo su adecuada gestión permitirá generar el mejoramiento del ornato y transitabilidad adecuada en la ciudad. En este caso, los fundamentos de las teorías, serán aplicados a un caso de la realidad concreta (temática o teórica).

2. Porque la información que se obtenga será consecuencia de una adecuada metodología, aplicada de acuerdo con la realidad que se investiga. Los métodos usados en la investigación son serios y merecen confiabilidad (metodológica).

3. Porque nos proponemos conocer cuáles son los potenciales logros en la localidad de Sauceo y los aportes del graduando y el proyecto en la mejora de las condicones de ornato y transitabilidad, que adecuadamente gestionados, van a redundar en beneficio del crecimiento y desarrollo económico y social de Sauce (práctica).

4. Porque los resultados de la investigación se van a convertir en un aporte social, por cuanto a partir de la información obtenida se puede inferir la orientación que deben tener los resultados para favorecer la ejecución de proyectos de desarrollo en favor de la localidad de Sauce, por lo que bajo este supuesto es viable el estudio (viabilidad).

1.3 Definición del Problema

Dado a que en los últimos años la migración en la provincia de San Martín se ha incrementado en general, la expansión urbana, la afluencia de turistas hacia esa zona, y por considerarse Sauce una localidad netamente turística en vías de desarrollo, se requiere de un Sistema de Drenaje Pluvial, que será de gran importancia para mejorar la calidad de vida de los pobladores y mejorar en ornato de la ciudad, recopilando la información necesaria para el diseño de las cunetas y demás estructuras que corresponden a sistema de drenaje, haciendo una descripción de los factores que generan los caudales y procedimientos de cálculos para determinación de los caudales. Posteriormente, se hará un análisis sobre las obras de drenaje y se darán recomendaciones para su diseño.

(6)

1.4 Formulación del Problema

Bajo estas presmisas, nos encontramos en la obligación de respondernos la siguiente interrogante: ¿De qué manera la propuesta del diseño de un sistema

de drenaje pluvial podrá resolver el problema de inundaciones y beneficiará socialmente a la localidad de Sauce, del Distrito de Sauce Provincia de San Martín, Región San Martín?

1.5 Limitaciones

En esta investigación se presentan las siguientes limitaciones.

 La falta de información bibliografica, procesamiento y experiencias referidas al drenaje pluvial urbano en nuestra zona.

 Los textos obtenidos referentes a drenaje pluvial son muy superficiales en su contenido.

 El costo que genera el procediemiento derecoleccion de datos, por lo cual dificulta el desarrollo del presente trabajo.

 Limitaciones económicas, para realizar el estudio topográfico de la zona.

 El transporte hacia la zona de estudio, se dificulta, debido a la falta de mantenimiento de la carretera afirmada, más aun en tiempos de lluvias.

 Finalmente, el estudio se refiere a proponer el diseño de un sistema de drenaje pluvila en el sector urbano de la Localidad de Sauce.

2. OBJETIVOS.

2.1 Objetivo General.

Proponer el Diseño del Drenaje Pluvial de la Localidad de Sauce, Distrito de Sauce con fines de brindarle seguridad contra inundaciones y mejora de su ornato y demás servicios.

2.2 Objetivos Específicos.

1. Determinar el caudal de escorentia en determinados puntos de descargas. 2. Determinar la capacidad hidraulica de la calle en estudio, para el diseño de

las secciones transversales

3. Permitir el manejo racional del agua de lluvia en la localidad de Sauce para evitar daños en las edificaciones y obras publicas (pistas, redes de agua, redes electricas, etc.).

4. Contribuir en el desarrollo mejorando el ornato del dristrito, dado por su crecimiento poblacional.

(7)

6. Satisfacer la necesidad de evacuar caudales producidas por precipitacionesde gran intensidad con el Diseño del Drenaje Pluvial de la Localidad de pilluana.

7. Diseñar las estructuras que evacuarán el agua de escorrentía.

3. MARCO TEÓRICO Y CONCEPTUAL 3.1 Antecedentes de la Investigación

Para la elaboración del presente proyecto se ha revisado material bibliográfico y trabajos anteriores, que nos permite tomar nota de antecedentes y resultados, que deben considerarse para los fines más convenientes, siendo como sigue:

Zuleta Bilbao1, en su libro “Diccionario de la Construcción”, los cuales incluyen

la “Normatividad para el Sistema de Drenaje Pluvial”, “Norma OS.060 Drenaje Pluvial Urbano, nos indica que para un diseño adecuado de un sistema de drenaje pluvial hay que seguir las normas en los que hace mención en su libro “Diccionario de la Construcción”.

Chávez Iglesias2, desarrollo un trabajo de investigación en el año 2010 en el

cual determinó que el “Diseño del Drenaje Pluvial de la Localidad de Pilluana Provincia de Picota Región San Martin”.

Delgado Ramírez y Sánchez Pérez3, en el año 2003 realizaron un trabajo de

investigación, en el que realizaron el “Diseño Hidráulico y Estructural del Sistema de Drenaje Pluvial Urbano del Sector Progreso Margen Izquierda Quebrada Choclino, en la Banda de Shilcayo”.

Ramos Dávila4, en el año 2010 desarrollo un trabajo para elaborar un Informe

de Ingeniería para titulación habiendo determinado la “Red de Drenaje Pluvial Urbano Caspizapa – Picota”.

3.2 Bases Teóricas 3.2.1 Climatologia

Según ZULUETA, BILBAO5, “es el estudio del clima y sus causas en relacion con la

region particular o zona de estudio”.

3.2.2 Clima

1 Zuleta Bilbao, Hugo, Diccionario de la Construcción, pág. 50.

2 Alan Chávez Iglesias, Alan Ángel, Diseño de Drenaje Pluvial de la Localidad de Pilluana, Provincia de Picota, Región San Martín, Tesis Profesional, pág. 10.

3 Delgado Ramírez, José Fernando y Sánchez Pérez, Lleny, Diseño Hidráulico y Estructural del Sistema de Drenaje Pluvial Urbano del Sector Progreso Margen Izquierda Quebrada Choclino, en la banda de Shilcayo, pág. 12.

4 Ramos Dávila, Ytalme Bildad, Red de Drenaje Pluvial Urbano Caspizapa – Picota, Informe de Ingeniería, pág. 15

(8)

ZULUETA, BILBAO, precisa que “es el conjunto de los caracteres atmosfericos que

tipifican una region o espacio geografico determinado. Caracteristicas relativamente variables de temperatura y humedad atmosferica, determinadas y/o influidas por el regimen hidrologico, los vientos, la latitud y la altitud, para cada espacio geografico”.

3.2.3 HIDROLOGIA

Según FAIR – GEIR y OKUM6, “es la ciencia que estudia las aguas en toda la

complejidad dinamica de su proceso en la biosfera

Hidrologia es la ciencia que trata el agua en la naturaleza: sus propiedades, distribucion y comportamiento como tal, proporciona una informacion basica para la administracion de los recursos hidraulicos dentro de la estructura de nuestra economia hidraulica e hidrologica”.

3.2.4 PRECIPITACION PLUVIAL

MONSALVE SÁENS7, nos indica que “Precipitacion en general, es el termino que se

refiere a todas las formas de humedades emanadas de la atmosfera y depositadas en la superficie terrestre, tales como lluvia, granizo, rocio, neblina, nieve o helada”.

3.2.4.1 FORMACION DE PRECIPITACIONES.

Los elementos necesarios para la formacion de las precipitaciones son las siguientes:8

 “Humedad atmosférica.  Radiación solar.

 Mecanismo de enfriamiento del aire.

 Presencia de núcleos higroscópicos para que haya condensación.  Mecanismo de crecimiento de las partículas”.

“El proceso de la formación de la precipitación es la siguiente:

a) El aire húmedo de los estratos bajos es calentado por conducción.

b) El aire húmedo, entonces, se torna más leve que el de las densidades y experimenta una ascensión adiabática.

c) El aire húmedo entonces, se expande y se enfría a razón de 1º C por cada 100 metros (expansión adiabática seca) hasta llegar a una condición de saturación, para llegar a un nivel de condensación.

d) A partir de ese nivel, y con núcleos higroscópicos, el vapor de agua se condensa formando minúsculas gotas a lo largo de dichos núcleos.

e) Dichas gotas se mantienen en suspensión durante el proceso de crecimiento, hasta alcanzar el tamaño suficiente para la precipitación.

Existen dos procesos de crecimiento de las gotas:

a. Coalescencia: es el aumento de tamaño de las gotas debido al contacto con otras gotas. Además, las gotas grandes ya cayendo incorporan a las gotas más pequeñas.

6 FAIR – GEIR y OKUM, “Abastecimiento de Agua y Remoción de Aguas residuales”, pág. 113 7 MONSALVE SÁENS, Germán, “Hidrología en la Ingeniería”, pág. 79

(9)

b. Difusión de vapor (transporte) de vapor súpersaturado y su consiguiente condensación en torno a las pequeñas gotas que aumentan de tamaño”.

3.2.4.2 TIPOS DE PRECIPITACION

Las precipitaciones pueden ser clasificados de acuerdo con las condiciones que producen movimiento vertical del aire:

Convectivas, orograficas y de convergencia.

3.2.5 ESCORRENTIA SUPERFICIAL

Según CADENA CÉPEDA9, “la escorrentia superficialviene a ser el caudal que fluye

sobre el terreno y sobre las edificaciones es decir, la porcion que no ha sido absorvida por el suelo o infiltrado, ni se ha evaporado a la atmosfera, y es por tanto la parte que interesa evacuar. Es el aspecto mas palpable del problema pluvial, sin embargo este fenomeno es el menos estudiado y el mas complejo de analizar.

Diferentes autores han hecho pruebas en maquetas y mediciones “in situ” para determinar un modelo matematico que represente al movimiento del agua sobre el terreno. Los estudios realizados se han enfocados principalmete a grandes extensiones de terreno para dar soluciones a grandes cuencas. Estos resultados no son aplicables a zonas urbanas con area de captacion pequeña, especialmente en los casos de pendientes pronunciadas y cuando se presenta condiciones irregulares, como pueden ser, la existencia de obstaculos urbanisticos, edificaciones y calles que no siguen la direccion del flujo natural del agua”.

Las variables mas importantes que afectan los escurrimientos superficiales, son el coeficiente de escorrentia y el tiempo de concentracion, variables que se representan con letras “c” y “Tc”.

3.2.5.1 Tiempo de Concentracion (Tc)

Según MORALES UCHOFÉN10, “este parametro referido al tiempo que tarda el agua

en su recorrido estre dos puntos determinados, los caudales son: el estremo superior de la cuenca y el punto donde se mide el gasto pluvil. El tiempo de concentracion

puede ser determinado usando una ecuacion empirica desarrolada por Kirpich”:

T

c

= (0.871* L

3

/H)

0.385

………(01)

Donde:

Tc= Tiempo de concentracion en horas (hrs.)

L = Longitud del curso de agua mas largo en kilometros (km.) H = Desnivel maximo del curso de aguas mas largo en metros.

9 CADENA CÉPEDA, Raul, http/www.rcadena.put.htm

10 MORALES UCHOFÉN, Walter, “Drenaje Vial”, Ciclo de Actualización Académica UNSM/2000-II/FIC-Tarapoto-Perú

(10)

La duracion del diseño es igual al tiempo de concentracion para el area de drenaje en consideracion.

Se supone que el maximo escurrimineto se presenta en el tiempo de concentracion Tc cuando toda la cuenca esta contribuyendo al flujo en su salida. El tiempo de concentracion Tc es el tiempo requerido por una gota de agua para fluir desde el punto mas remoto de la cuenca hasta el punto de estudio, se calcula mediante

:

T

c

= T

cs

+ Tt

……….(02)

Donde

:

T

c

= Tiempo de concentracion.

T

c

= Tiempo de concentracion sobre la superficie.

T = Tiempo de traslado a traves de los colectores.

3.2.5.2 Tiempo de Traslado en los Colectores.

Según MORALES UCHOFÉN11, “para determinar el tiempo de traslado en los

colectores (tuberia, canales, vialidad , etc.), se emplean las siguientes formulas”:

V =

(

r

h 2 3

X S

1 2

n

)

………(03)

Donde:

V: velocidad media del flujo en m/s.

r

h : radio hidraulico de la tuberia, canal

r

h =

A

P

m

A : Area transversal del flujo en m2

Pm: Perimetro mojado en m.

S: Pendiente hidraukica del tramo

h

l

(

m/n

).

n:

Coeficiente de rugosidad (ver Tabla Nº 01). El tiempo de traslado resulta:

t

t

=

L

V ……….. (04)

Donde:

tt=

Tiempo de traslado en segundos.

L=

longitud del tramo en el cual escurre el agua en m.

V=

Velocidad media de traslado en

m

s

11 MORALES UCHOFÉN, Walter, “Drenaje Vial”, Ciclo de Actualización Académica UNSM/2000-II/FIC-Tarapoto-Perú

(11)

Para el metodo Racional se considera que la duracion de la lluvia es igual al tiempo de concentracion:

d=t

c ………..(05)

Donde:

d Duracion de la lluvia en minutos.

tc Tiempo de concentracion en toda la cuenca en minutos.

Tabla Nº 01: Coeficientes de friccion  para las formulas de Manning12.

Fuente: Normatividad para el sistema de drenaje pluvial, Pag. 34

3.2.5.3 Coeficiente de Escorrentia (c)

MONSALVE SÁENS13, propone que “el Coeficiente de escorrentia (c) es la relacion

entre el volumen de agua de escorrentia superficial total y el volumen total de agua precipitada, en un intervalo de tiempo detrerminado”.

Los valores que se recomiendan para el coeficiente de escurrimiento son los siguientes.

Tabla Nº 02: Coeficientes de Escorrentia según KUICHLING14

Naturaleza de la cuenca Valor de “c”

Superficie de tejados 0.70 – 0.95

Pavimentos de asfaltos en buen estado 0.85 – 0.90

Pavimentos de piedra, ladrillo, bloque de madera con juntas cementadas

Impermeables. 0.75 – 0.85

Los mismos pavimentos con juntas abiertas. 0.50 – 0.70

12 NORMATIVIDAD PARA EL SISTEMA DE DRENAJE PLUVIAL 13 MONSALVE SÁENZ, German, “Hidrología de la Ingeniería” Pág. 179

14Ibáñez García, Hernando y Bartra Pezo, Oscar. Tesis: “SANEAMIENTO BASICO Y PLUVIAL DE LA CIUDAD UNIVERSITARIA, SAN MARTIN, TARAPOTO”, pag. 677

(12)

Pavimentos de losa de mala calidad con juntas abiertas. 0.40 – 0.50

Carretera de macadan. 0.25 – 0.60

Carretera y caminos de grava. 0.15 – 0.30

Superficies sin pavimento, patios de ferrocarril y solare. 0.10 – 0.30

Parques, jardines, praderas, según pendiente del suelo y sub suelo. 0.05 – 0.25

Areas de monte o bosques, según pendiente del suelo y las caracteristicas

del sub suelo. 0.01 – 0.20

Parte mas densamente poblado o cubierto de Construcciones de una ciudad. 0.70 – 0.90

Fuente : Tesis de Ibañez Garcia, Hernado y Bartra Pezo, Oscar.

Para el caso del calculo del escurrimiento superficial que es el que nos interesa conocer, para poder determinar los gastos que debemos de controlar en los fraccionamientos a travez del drenaje pluvial sera por el procedimiento llamado

Metodo Racional, que se puede aplicar a cuencas pequeñas.

3.2.5.4 Metodo Racional

.

Segú MONSALVE SÁENZ15, “para la determinacion del escurrimiento superficial en

estructuras hidraulicas menores como las utilizadas en fraccionamientos, que son estructuras en las que no hay almacenamiento ni retencion de agua pluvial, se empleara el Metodo Racional que esta definido por la siguiente formula”:

Q=C x i

d

x A x 0.27777

………

(06)

Donde:

Q: Gasto del escurrimiento superficial en

m

3

/

s

C: Coeficiente de escurrimiento ponderado para el área tributaria por analizar, es igual al porcentaje de la lluvia que aparece como escurrimiento directo (ver tabla Nº 03).

id: Intensidad media de la lluvia en mm/h , para una duracion igual al

tiempo de concentracion de la cuenca.

A: Area tributaria del drenaje por analizar en km2.

0.2777 Factor de conversion de unidades.

El Método Racional tiene aplicaciones razonables para las zonas urbanas que tienen instalaciones para drenaje de dimensiones y características hidráulicas fijas.

Este método combina todos los factores complejos que afectan el escurrimiento en un solo coeficiente, estas consideraciones son válidas para los fraccionamientos por no justificarse la aplicación de procedimientos más complejos para el cálculo de los drenajes pluviales.

La fórmula del Método Racional incluye los siguientes supuestos:

 El valor máximo de escurrimiento para una intensidad particular de lluvia ocurre si la duración de la lluvia es igual o mayor que el tiempo de concentración.

(13)

 El tiempo de concentración se define como el tiempo requerido para que corra el agua desde el punto más alejado de la cuenca hasta el punto de descarga del caudal.

 El valor máximo de escurrimiento para una intensidad especifica de lluvia, la cual tiene una duración igual o mayor que el tiempo de concentración, es directamente proporcional a la intensidad de la lluvia.

 La intensidad de la lluvia disminuye conforme aumenta la duración.

 El coeficiente de escurrimiento “C” permanece constante para todas las tormentas en una cuenca hidrológica.

Tabla Nº 03: Coeficiente de Escurrimiento“C”16

Fuente: Normatividad para el sistema de drenaje pluvial, Pag. 28

(14)

Al seleccionar el corficiente de escurrimiento debe tomarse en cuenta tambien que depende de las caracteristicas y condicienes del suelo, como la humedad antecedente, el grado de compactacion, la porosidad, la vegetacion, la pendiente y el almacenamiento por alguan depresion, asi como la intensidad de la lluvia.

3.2.6 EVAPORACION

Según REYES CARRASCO17, “Es el conjunto de fenomenos que transforman el agua en

vapor mediante un proceso especificamente fisico. La velocidad de evaporacion es funcion del estado de la atmosfera en las densidades de la superficie evaporante (agua, nieve, hielo, etc)”

3.2.7 CAUDAL DE DISEÑO

Según MORALES UCHOFÉN18, ”Es el caudal maximo de escorrentia ha utilizar en el

diseño hidraulico de las estructuras. El caudal se define como el volumen de agua por unidad de tiempo; se expresa en m3/seg., lts/seg, etc.”

3.2.7.1 Factores que Influyen en la Formacion de Caudales

Según SILVA MEDINA19,“Son basicamente dos factores: factores de la lluvia y

factores de la cuenca”.

1. Factores de la lluvia.

Los factores de la lluvia son cuatro: duración, intensidad, frecuencia, patrón.

Duración (t). Es el periodo de análisis. Las lluvias de corta duración, conocidas

también como tormentas, son eventos que por lo general tienen duraciones entre 5 minutos y 24 horas, y se utilizan para el cálculo de crecientes, (Es el intervalo de tiempo que dura la lluvia, definiéndose en minutos).

Intensidad (i). Se define como el volumen de precipitación por unida de tiempo.

Se expresa en milímetro por hora (

mm/h

).

Frecuencia (f). Es la medida de la probabilidad de ocurrencia de eventos

mayores o iguales que el que se analiza. Generalmente se relaciona con el periodo de retorno (Tr). Por ejemplo, el aguacero que tiene una frecuencia de uno por mil tiene una probabilidad de ser igualado o excedido una vez cada mil años en promedio. Para este aguacero el periodo de retorno es de mil años.

Variación Temporal o Patrón. Está representada por el histograma de la lluvia.

La duración del aguacero se divide en “n” intervalos iguales, y a cada intervalo le corresponde una parte de la precipitación total.

2. Factores de la Cuenca.

Los factores de la lluvia son: morfometria, uso del suelo, almacenamiento.

17 REYES CARRASCO, Luis, “Hidrología Básica”, Pág. 185

18 MORALES UCHOFÉN, Walter, “Drenaje Vial”, Ciclo de Actualización Académica UNSM/2000-II/FIC-Tarapoto-Perú

(15)

Morfometria. Se requiere a las características físicas de la cuenca vertiente. Los

principales son el área, la longitud del cauce principal, la forma, la pendiente del cauce y la pendiente de la ladera.

El Suelo y su uso tienen importancia en lo que hace relación con la capacidad de

infiltración y con los estimativos de evapotranspiración.

La Capacidad de regulación por almacenamiento tiene que ver con los tipos de almacenamiento que predominan en la cuenca; por ejemplo, concentrados en embalses, o repartidos en las corrientes de drenaje o en los depósitos subterráneos.

3.2.8 CUNETAS20

 Son zanjas que se hacen a ambos lados del camino, calles y pueden ser de diferente geometría, dependiendo de las condiciones de suelo, topografía, etc.

 Propósito de recibir y conducir el agua pluvial de las mitades del camino (o de todo el camino), el agua que escurre por los cortes y a veces la que escurre de pequeñas áreas adyacentes.

Las cunetas se construyes generalmente con sección transversal en forma de “V” (a veces trapezoidal o rectangular), que sean eficientes, fácil de construir y de conservar.

3.2.8.1 Diseño Estructural de Cunetas

Según MORALES UCHOFÉN21, “consiste en determinar las dimensiones y

cantidades de refuerzo que contendría la cuneta en función de las solicitaciones de carga que se presentan”.

Gráfico Nº 01: Sección Típica Cuneta

En el cálculo estructural se tiene en cuenta los diferentes casos extremos que se puedan presentarse durante la vida útil De la obra de arte, los casos extremos Que se podrían presentar, son los siguientes:

20 MORALES UCHOFÉN, Walter, “Drenaje Vial”, Ciclo de Actualización Académica UNSM/2000-II/FIC-Tarapoto-Perú

21 MORALES UCHOFÉN, Walter, “Drenaje Vial”, Ciclo de Actualización Académica UNSM/2000-II/FIC-Tarapoto-Perú

(16)

Caso Nº I: La poza se encuentra sin agua.

Con lleno a ambos lados de las paredes laterales, nivel freatico en la cota mas alta observada en el campo, una sobrecarga equivqlente del camion de diseño H20 S16

(q

s= 1000 Kg / m2

).Tal como se muestra en el siguiente grafico:

Grafico Nº 02: Caso I – Poza sin Agua, Napa Freatica Alta.

Caso Nº II: La poza esta llena hasta la cota superior de la pared lateral.

Con relleno a ambos lados de las paredes laterales, pero con el nivel freatico por debajo de la cimentaciones y de estructura una sobrecarga del pavimento qp

= 400

kg/m

2

. Tal como se muestra en el grafico a continuacion:

Grafico Nº 03: Caso II – Poza con Agua, Terreno Seco.

Para iniciar el cálculo se estima un primer valor para el espesor de las paredes y losa. Tomando una recomendación práctica, tanto para las paredes y loza con un valor inicial d = h/15, donde h es la altura de las paredes laterales.

Sin embargo, por razones constructivas (vaciado del concreto), se tiene que tomar como mínimo dmin= 0.15m, o sea:

(17)

h

15

d=¿

ó

El Mayor

I. 15 cm

Luego se calcula para cada caso (caso I y caso II):

El momento en el punto A,

El momento en el punto B

La seguridad contra la sub – presión.

La presión de la estructura sobre el terreno.

A1. Caso I.

El momento en el punto A (ver grafico Nº 02) se genera por las presiones. Las expresiones de los esfuerzos que se generan son las siguientes:

2

45

2

−∅ /

¿

K

a

=

Tg

2

¿

………... (07)

P

S 1

=

K

a

γ

s

h

s c

=

K

a

γ

s

(

q

s

+

q

p

)

γ

s

=

K

a

(

q

s

+

q

p

)

……….

. (08)

h

s c

=

(

q

s

+

q

p

)

γ

s

………(09)

P

S 2

=

K

a

γ

s

[

H−h+h

s c

]

……… (10)

h

e

=

(

S/C

total

)

γ

s

=

γ

s

(

H +h )+h

s /c

γ

s ………. (11)

(18)

γ

´

=

γ

s

m γ

a ... (12)

P

S 3

=

K

a

γ

´

(

h

e

+

h

)

……….. (13)

Presion del Agua “

P

S 4 “ (kg/m) ………

(14)

P

S 4

=

γ

a

h

………... (15)

E

1

=

1

2

(

P

S 1

+

P

S 2

)

(

H +h)

……….. (16)

E

2

=

1

2

(

P

S 2

+

P

S 3

)

h

………. (17)

Empuje del Agua “ E3 “ (kg/m)

E

3

=

1

2

P

S 4

h

………. (18)

Y

1

=

(

2 P

S 1

+

P

S 2

)

(

H−h )

3

(

P

S 2

+

P

S 3

)

………. (19)

Y

2

=

(

2 P

S 2

+

P

S 3

)

h

3

(

P

S 2

+

P

S 3

)

………. (20)

Y

3

=

H

3

……… (21)

El Momento en el Punto “A”

M

4

=

E

1

Y

1

+

E

2

Y

2

+

E

3

Y

3 ……… (22)

Donde:

K

a

=

¿

Coeficiente de empuje activo.

(19)

∅=

¿

Angulo de friccion interna en frados sexagesimales.

γ

s

=

¿

Peso Especifico del suelo (Kg./m3)

h

S/ C

=

¿

Altura equivalente en metros debido a la sobrecarga del camion H

20

S16 (qs

)

y del pavimento (qp

).

h

e = altura equivalente en metros debido a “qs

”, “

qp

” y el suelo por encima

de h (ver grafico anterior)

γ

´

=

¿

Peso especifico del terreno con agua (Kg./m3)

γ

a

=

¿

Peso especifico del agua (

γ

a

=1000 Kg/m

3

)

m=¿ Coeficiente que se obtiene de un estudio de mecanica de suelos,

depende principalmente del indice de vacios del terreno.

Si no hay posobilidades de realizar ensayos de suelo, considerar:

m=¿ 0.80 (Terrenos compactos)

m=¿ 0.60 (Terrenos arenosos)

E

i

=

¿

Empujes activos (Kg/m)

Yi = Posicion de los empujes activos respecto a la cara superior de la loza

inferior del canal (m)

H = Altura de las paredes laterales de la cuneta (m)

h=

¿

Distancia entre la parte superior de la loza inferir y el nivel freatico (m)

M

A

=

Momento en el punto “A” (Kg – m)

El momento en el punto “B”.

Se calcula tomando en cuenta

M

Ay sub – presion “q” (Kg/m2):

(20)

Luego según el grafico siguiente se obtiene:

M

B

=

M

A

1

8

q

(

b+d

1

)

2

……….. (24) El momento en el punto “B” puede ser positivo o negativo. A continuacion se muestra los diagramas de momentos para ambos (Caso I y Caso II).

Grafico Nº 04: Diagrama de momentos para el Caso I y Caso II.

Seguridad Contra la Sub – presión (ver gráfico Nº 02)

El peso de la estructura debe ser mayor que la sub –presión del agua, para evitar que la estructura vaya a flotar. El parámetro “F” es el denominado factor de seguridad contra la sub – presión y este factor tiene que ser mayor o igual a 1.10.

El peso de la estructura se calcula con las siguientes ecuaciones:

P

1

=

(

b+2 d

1

+

2 x

)

d

2

γ

c ... (25)

P

2

=

d

1

H γ

c ………....

(26)

P

3

=

γ

c

Hx

………..

(27)

Donde:

γ

c

=

¿

Peso específico del concreto,

γ

c

=

¿

2400 kg./cm3

(21)

Q=q (b+ 2d

1

+2 x)

………. (28)

Luego el factor de seguridad “F” es definido como:

F=

P

1

+2 P

2

+

2 P

3

Q

≥ 1.10

……… (29)

Si:

F<1.10 Aumentar ancho de la oreja “X”, y/o espesor “d

1” y “d2”

hasta llegar al valor del factor de seguridad requerido. Presión de la estructura sobre el terreno.

La presión de la estructura sobre el terreno es:

σT= P1+2 P2+2 P3−Q

(

b+2 d1+2 x

)

10000 ………. (30)

Luego debe cumplirse que:

F=

σ

t

σ

T

≥ 2

……… (31)

Donde:

σ

T

=

¿

Presion de la estructura sobre el terreno (Kg/cm2)

σ

t

=

¿

Capacidad portante del suelo (Kg/cm2) A2. Caso II

El momento en el punto “A” se calcula según el grafico Nº 03, de donde se obtiene las siguientes ecuaciones:

h

´

=

q

p

γ

s ………. (32)

Y

5

=

H

2

+

3 H h

´

3(H +2 h

´

)

……….. (33) Empuje del Agua “E4

(Kg./m)

(22)

E

4

=

1

2

γ

a

H

2 ………... (34)

E

5

=

1

2

K

a

γ

s

(

H +2 h

´

)

H

……… (35)

El momento en el Punto “A”

M

A

=

1

3

H E

4

E

3

Y

3 ……… (36)

El momento es el punto “B” se calcula según la siguiente ecuacion:

M

B

=−

M

A

+

1

8

q b

2 ………... (37 Donde:

q=γ

a

H

………. (38)

Seguridad contra la sub – presión:

No es necesario por que en este caso la napa freatica esta por debajo de la losa del canal.

Presion de la estructura sobre el terreno (

σ

T )

Para esto se tiene en cuenta las siguientes ecuaciones obtenidas (las Ec. 38, 39 y 40; obtenidas del Iten 2.3.9-A1):

P

1

=

(

b+2 d

1

+

2 x

)

d

2

γ

c ………. (25)

P

2

=

d

1

H γ

c ………... (26)

P

3

=

γ

s

H x

………... (27)

Q=γ

a

Hb

………. (39) Entonces: σT= P1+2 P2+2 P3+Q

(

b+2 d1+2 x

)

10000 ………. (40)

(23)

Luego, el Factor de seguridad “F” debe cumplir lo siguiente:

F=

σ

t

σ

T

≥ 2.00

………. (31)

Donde:

σ

T

=

¿

Presion de la estructura sobre el terreno (Kg/cm2)

σ

t

=

¿

Capacidad portante del suelo (Kg/cm2) A3. Cálculo del Refuerzo

El refuerzo se calcula conforme a la norma para concreto ciclópeo y armado del Reglamento nacional de Construcciones y en base al diseño a la rotura. La calidad del concreto sera f

'

c

=

210 kg/cm2 y la calidad de la armadura fy = 4200 kg/cm2. A3.1 Criterios Generales para el Diseño.

Refuerzo de Reparticion por Contraccion y Temperatura (Astº

)

Es el refuerzo perpendicular al principal. Los espaciamientos “S” permisibles son: 0.45 m > S < 5d ……….. (41)

S = Ab/As ………. (42)

Cuantias Minimas a usar, seran:

Para : muros

ρ

min tº

=

¿

0.0025

Losas

:

ρ

min tº

=

¿

0.0018

Luego las Areas de Refuerzo por Temperatura “

As

”, seran:

Para: muros

As

=

0.0025b d

T ……….. (43)

Losas

As

=

0.0018b d

T ……… (44)

Dónde:

S = Espaciamiento entre barras de acero, distribuidos en un metro de ancho.

d

T = altura total o espesor total del elemento en (cm)

AS = Área total del refuerzo (cm2)

(24)

Refuerzo Mínimo de Elementos Sujetos a Tracción (Asmin)

Las Cuantías Mínimas a usar para fY = 4200 kg/cm2, serán:

Para : Losas

ρ

min

=

¿

0.0017

Muros

ρ

min

=

¿

0.0015

Luego las Areas del Refuerzo Minimo “ As

min

”, seran:

Para: muros

As

min

=0.0015 b d

……….. (45)

Losas

As

min

=0.0017 b d

……….(46)

Donde:

d=

¿

Distancia de la fibra extrema en comprension al centro del refuerzo

de traccion (cm)

Recubrimiento de Concreto para el Refuerzo (r).

Consideramos lo siguiente:

r=0.075m

Para el refuerzo de zapatas y otros miembros

estructurales principales en los que el concreto se deposita contra el suelo.

r=0.050 m Para barras mayores que la Nº 4( 5/8´) en superficie de concreto que van a estar en contacto con el suelo despues del desencofrado.

r=0.050 m

Para barras menores que la Nº 4(

1/2´) en superficie de concreto que van a estar en contacto con el suelo despues del desencofrado.

A3.2 Elementos Rectangulares con Refuerzo de Traccion Unicamente.

El momento resistente a la rotura sera calculado, según.

A

s

=

M

u

∅ f

y

(

d−

a

(25)

Y

a=

A

s

f

y

0.85 f ´

c

b

………... (48)

Donde:

AS = Area del refuerzo en traccion (cm2)

f

y

=

¿

Limite de fluencia del refuerzo, se usará

f

y

=4200 kg /

¿

cm2

d=¿ Distancia de la fibra extrema en compresion al centroide del refuerzo

en traccion (cm)

a=

¿

Profundidad del preisma rectangular de esfuerzos (cm)

f

=

¿

Resistencia a la comprension del concreto a los 28 dias, se usara

f

C ´

=210

kg/cm2

b=¿ Ancho de la cara en comprension de un elemento suujeto a flexion

(cm), para nuestro caso b = 100 cm

∅=

¿

Factor de reduccion de capacidad, se usara el factor para flexion y

traccion simple ∅=0.90

La cuantia (ρ) del refuerzo no exederá de 0.75 de la cuantía balanceada

(

ρ

b

) ,

que produce la condicion de falla balanceada, osea debe cumplirse.

ρ=

A

s

bd

<

0.75 ρ

b ………. (49)

ρ

b

=

0.85 β f ´

c

f

y

.

6100

6100+f

y ………. (50) Donde:

β=

¿

0.85 Para

f ´

c hasta 280 kg/cm2 y se reducira de 0.05 por cada 70

(26)

Para concreto de

f ´

c

=210 kg/cm

2 y

f

y

=4200

kg/cm2, la

ρ

max

=0.016

A3.3 Resistencia a la Rotura por Fuerza Cortante (

τ

u )

El esfuerzo cortante nominal en la rotura “

τ

u ”, como medida de la traccion

diagonal, es:

τ

u

=

V

u

b d

……….(51)

El esfuerzo cortante nominal que tomara el concreto “

τ

c “ es:

τ

c

=

0.50∅

f ´

c

………. (52)

Donde:

V

u

=

¿

1.8 V ………...

(53)

V =¿ Cortante en el elemento, producto del analisis estructural

∅=¿ Factor de reduccion, ∅=0.85 (para elementos sometidos a traccion diagonal, adherencia y anclaje)

Debe cumplirse lo siguiente:

τ

u

<

τ

c

(

ok )

……… (54)

Tabla Nº 04: Valores de Angulo de Friccion Interna “ ∅ ”. Peso Especifico “

γ

s ” y

Coeficiente de Friccion “f” en funcion del tipo de suelo22.

Tipo de Suelo Angulo de Fricción Peso Especifico

Coeficiente De Friccion

(27)

(grados sexagesimales)

γ

s (kg./m3) F

Arena o grava sin particulas finas 35º - 40º 1750 – 1900 0.50 – 0.60

Arena o grava con mezcla de

particulas finas 25º - 35º 1900 – 2100 0.40 – 0.50

Arena fina 23º - 30º 1750 – 1900 0.30 – 0.40

Arcilla media compacta 25º - 35º 1600 – 1900 0.25 – 0.40

Arcilla suelta 20º - 35º 1400 – 1750 0.20 – 0.30

Agua 0 1000 - 1100

---Fuente: Daniel Días Pérez, Apuntes del Curso de ESTRUCTURAS HIDRAULICAS de la U.N.S.M.– Tarapoto, Ciclo 98-II

Tabla Nº 05: Valores Referenciales de Esfuerzo Portante “

σ

t ”. Según tipo de

Suelo23.

Tipo de Suelo

σ

t

(

kg/cm

2

)

Roca, dura y sana (granito, basalto) 40.00

Roca, medio dura y sana (pizarras y esquistos) 20.00

Roca, blanda y fisurada 7.00

Conglomerado compacto bien graduado 4.00

Gravas, mezcla de arena y grava 2.00 *

Arena gruesa, mezcla de grava y arena 2.00 *

Arena fina a media, arena media a gruesa, mezcla con limo y

arcilla 1.50 *

Arena fina, arena media a fina mezclada con limo o arcilla 1.00 *

Arcilla inorgánica, firme 1.50

Arcilla inorgánica, blanda 0.50

Arcilla Inorgánica con o sin arena 0.25

(*) Reducir en 50% en el caso de estar bajo el nivel freático

Fuente: Cámara Peruana de la Construcción (CAPECO), MANUAL DE OBRAS, Pag. 13

3.2.9 ALCANTARILLAS

Son obras para el cruce de Drenaje Transversal. Tiene por objeto dar paso rápido al agua que cruza la vía de un lado a otro.

3.2.10 RAPIDAS

Según ROSELL CALDERON24, Las rápidas son estructuras construidas en aquellos

tramos de canal, donde es necesario cambiar la cota de la superficie libre del agua, de una cota superior a otra cota inferior, donde el desnivel se hace en una gran longitud; con la consiguiente disipación de energía.

3.2.11 Caída Vertical

23 Cámara Peruana de la Construcción (CAPECO), MANUAL DE OBRAS, Pág. 27 24 ROSELL CALDERÓN, Cesar Arturo, “Irrigación”, Pág. 231

(28)

Es una rápida que cuenta de una transición de entrada, salto o varios saltos (comprende la trayectoria vertical y la posa de disipación de energía) y transición de salida.

3.2.12 Pozas de Disipación de Energía

Según ROSELL CALDERON25, Las pozas de disipación de energía, de

tranquilizacion o amortiguamiento son como su nombre lo indica para producir el salto hidráulico y pasar de un régimen subcritico a supercrítico, y contener este resalto hidráulico dentro de la poza.

3.2.10 FLUJOS EN CANALES ABIERTOS. Elementos básicos de los Canales

Según MERRITT, Frederic26, El flujo libre de superficie o flujo en canal abierto

incluye todos los casos de flujo en los cuales la superficie del líquido está abierto a la atmosfera.

Canal uniforme. Es el de sección uniforme;

Flujo uniforme si la pendiente de la superficie del agua es la misma que la

del canal. Por tanto, el tirante del flujo es constante en su totalidad.

En el canal uniforme ocurre flujo variado si el perfil longitudinal de la superficie del agua no está paralelo con el fondo del canal.

El flujo variado existe dentro de los límites de las curvas de remanso, dentro de un salto hidráulico y en un canal con pendiente o descargas cambiantes.

Energía Específica

La energía específica en una sección de un canal se define como la energía por kilogramo de agua que fluye a través de la sección, medida con respecto al fondo del canal es decir.

E= y+α v

2

/(2 g)

……….. (55)

Dónde:

E=¿ Energía específica, en m-kg. / Kg.

y=

¿

Tirante en agua en m.

α=¿ Coeficiente de coriolis que representa el grado de turbulencia

y varía de 1.00 a 1.36 para canales prismáticos, pero por lo general se toma 1.00 por efectos prácticos.

v =

¿

Velocidad, en m/s

g=¿ Aceleración de la gravedad (9.81 m/s2)

El concepto de energía específica fue introducido por Boris A. Bakhmeteff y es de gran ayuda para el cálculo del flujo crítico.

25 ROSELL CALDERÓN, Cesar Arturo, “Irrigación”, Pág. 232

(29)

Grafico Nº 05: Esquema de la Energia Para un tramo27

Fuente: Fedrerick S. Merritt, MANUAL DEL INGENIERO CIVIL, Volumen III, Pag. 21- 48

Régimen Crítico

Según VEN TE, Chow28, Se dice que un canal, o alguna sección de él

están trabajando bajo un régimen crítico cuando:

Posee la energía especifica mínima para un caudal, dado,

Posee el caudal máximo para una energía especifica dada,

Posee la fuerza específica mínima para un caudal dado.

Grafico Nº 06: Curva de la Energia Especifica (“Q” constante)29

Fuente: Fedrerick S. Merritt, MANUAL DEL INGENIERO CIVIL, Volumen III, Pag. 21- 48

27 MERRITT, Frederic s., “Manual del Ingeniero Civil”, Volumen III, Pág. 21-48 28 VEN TE, Chow, “Hidrología de los Canales Abiertos”, Pág. 64

(30)

3.2.11 TIRANTE (y)

Según MERRITT, Frederic

30

,

Es la distancia vertical, desde el fondo del

canal hasta la superficie del flujo.

Tirante Normal (yn)

Según MERRITT, Frederic

31

,

Es el tirante del flujo en equilibrio que existe

en el canal. Se puede calcular mediante tanteos con la siguiente ecuación de Manning.

A R

2/ 3

=

1

n

Q S

1/ 2 ………. (56) Dónde: V = Velocidad (m/s) n = Coeficiente de rugosidad A = Área Hidráulica (m2) R = Radio Hidráulico (m)

S = Pendiente a la Línea de energía (m/m)

Tirante Crítico (yc)

Según MORALES UCHOFÉN32, Es el tirante Hidráulico que existe cuando el

caudal es el máximo para una energía específica dada, o el tirante al que ocurre un caudal determinado con la energía especifica mínima

.

Según ROSEL CALDERON33, El número de fround (F) determina la condición

del flujo así

:

Si,

F = 1 Existe flujo critico F > 1 Existe flujo supercrítico F < 1 Existe flujo subscritico

Luego:

F=v

g . A

T

……….

(57)

Dónde:

v

= velocidad media de la sección (m/s)

g = aceleración de la gravedad (m2/s)

30 MERRITT, Frederic S., “Manual del Ingeniero Civil”, Volumen III, Pág. 21-46 31 MERRITT, Frederic S., “Manual del Ingeniero Civil”, Volumen III, Pág. 21-47 32 MORALES UCHOFÉN, Walter, “Infraestructura de Riego”, Parte I, Pág. 26 33 ROSELL CALDERÓN, Cesar Arturo, “Irrigación”, Pág. 155

(31)

A

= área hidráulica de la sección (m2)

T = Espejo de agua (m)

3.2.12 TALUD DE CUNETAS (Z)

Según ROSEL CALDERON34, Es la inclinación de las paredes de los canales

que dependen de la geología de los terrenos que atraviesan. En el siguiente cuadro se muestra los taludes recomendables:

Tabla Nº 06: Taludes Recomendables (Horizontal – Vertical)35

Fuente: Cesar Arturo Rosell Calderón, COLECCIÓN EL INGENIERO CIVIL CAPITULO DE INGENIERO CIVIL, TOMO 14 “IRRIGACION”, Pág. 152

3.2.13 COEFICIENTE DE RUGOSIDAD (n)

Según ROSEL CALDERON36El coeficiente de rugosidad (n) es un parámetro

que determina el grado de resistencia, que ofrecen las paredes y fondo del canal al flujo del fluido.

Mientras más áspero o rugosas sean las paredes y fondo del canal, más dificultad tendrá el agua para desplazarse.

Este parámetro ha sido muy estudiado por muchos investigadores en el laboratorio, por lo que se ha elaborado una tabla para los diferentes valores de “n”, dependiendo del material que aloja el canal.

La tabla representa solo una guía, ya que el canal a diseñar no siempre funcionara en las mismas condiciones para las que fueron deducidas.

34 ROSELL CALDERON, Cesar Arturo, “Irrigación”, Pág. 149

35 ROSELL CALDERON, Cesar Arturo, “Colección el Ingeniero Civil Capitulo de Ingeniero Civil”, Tomo 14 “Irrigación”, Pág. 152

(32)

Tabla Nº07.a: Coeficiente de Rugosidad (n) de Manning37

Fuente: Ricardo Alfredo López Cualla, Diseños de Acueductos y Alcantarillas, Página 281

Tabla Nº 07.b: Coeficiente de Rugosidad (n) de Manning38

Fuente: NORMATIVIDAD PARA EL SISTEMA DE DRENAJE PLUVIAL, Página34.

37 LÓPEZ CUALLA, Ricardo Alfredo, “Diseño de Acueductos y Alcantarillas, Pág. 281 38 LÓPEZ CUALLA, Ricardo Alfredo, “Diseño de Acueductos y Alcantarillas, Pág. 281

(33)

3.2.14 ANCHO DE SOLERA (b)

Según MORALES UCHOFÉN39, Viene a ser la base del canal. Resulta muy

útil para cálculos posteriores fijar de antemano un valor para el ancho de solera, con lo cual se pueden manejar con facilidad las fórmulas para calcular los tirantes.

Fórmulas para calcular los tirantes.

Una forma práctica de fijar el ancho de solera se basa en el caudal, como se muestra en siguiente cuadro.

Tabla Nº 08: Ancho de solera (b)40

Fuente: Ing. Walter Morales Uchofén, Infraestructura de Riego, Pág. 46

Tabla Nº 09: Sección Rectangular de un Canal

3.2.15 AREA HIDRAULICA (A)

Según VEN TE, Chow41, El área hidráulica o área mojada es el área de la

sección transversal del flujo normal a la dirección del flujo (ver gráfico Nº 09).

3.2.16 BORDE LIBRE (f)

39 MORALES UCHOFÉN, Walter. “Infraestructura de Riego”, Parte I, Pág. 46 40 MORALES UCHOFÉN, Walter. “Infraestructura de Riego”, Parte I, Pág. 46 41 VEN TE, Chow, “Hidráulica de los Canales Abiertos”, Pág. 27

(34)

Según MORALES UCHOFÉN42, Es la distancia vertical entre la superficie del

flujo para el tirante normal y la corona de los bordos del canal (ver gráfico Nº 09). Se deja este desnivel como margen de seguridad al canal con el objetivo de evitar desbordamientos.

RUSELL CALDERON, Dice43, Cuando el caudal es menor de 2.00 m3/s es

suficiente 0.3 m. el Bureau of Reclamation utiliza (canales mayores a 2.00 m3/s) para canales con régimen supercrítico la fórmula:

f =0.60+0.0037 v

2

y

1 /2

……….. (58)

Tabla Nº 10: Borde Libre con relación al caudal44

Fuente: Morales Uchofén, INFRAESTRUCTURA DE RIEGO – PARTE I, Pág. 46

Tabla Nº 11: Borde Libre con relación al ancho de solera45

.

Fuente: Morales Uchofén, INFRAESTRUCTURA DE RIEGO – PARTE I, Pág 47

3.2.17 PROFUNDIDAD TOTAL DE CUNETA (H)

Es la altura total del canal, o sea el tirante más el borde libre (ver gráfico Nº 09).

3.2.18 VELOCIDAD (v)

42 MORALES UCHOFÉN, Walter. “Infraestructura de Riego”, Parte I, Pág. 46 43 ROSELL CALDERON, Cesar Arturo, “Irrigación”, Parte I, Pág. 46

44 MORALES UCHOFÉN, Walter. “Infraestructura de Riego-Parte I”, Parte I, Pág. 46 45 MORALES UCHOFÉN, Walter. “Infraestructura de Riego”, Parte I, Pág. 47

(35)

Según MORALES UCHOFÉN46, Es el diseño de canales, la velocidad es un

parámetro que es necesario verificar de tal manera que estén en un rango cuyos límites son los que se muestra en las tablas siguientes.

Velocidad Mínima (vmin)

Que no produzcan sedimentación (depósitos de materiales sólidos en suspensión), valores experimentales se indican a continuación en la tabla Nº 10, velocidades menores, disminuyen la capacidad de conducción del canal:

Tabla Nº 12: Criterios de Velocidades Mínimas (vmin)47

Tabla Nº 13: Valores Coeficiente de Escurrimiento (

β

)48

Velocidad Máxima (vmax.)

Que no produzcan erosión en las paredes y fondo del canal, valores que sobrepasan las velocidades máximas permisibles, modifican la rasante y crean dificultades al funcionamiento de las estructuras que tenga el canal. Valores experimentales indican valores máximos recomendadas, según las tablas Nº 14 al Nº 19. Verificar que las velocidades de diseño, están comprometidas entre los límites indicados.

46 MORALES UCHOFÉN, Walter. “Infraestructura de Riego”, Parte I, Pág. 42 47 MORALES UCHOFÉN, Walter. “Infraestructura de Riego”, Parte I, Pág. 42 48 MORALES UCHOFÉN, Walter. “Infraestructura de Riego”, Parte I, Pág. 46

(36)

Tabla Nº 14: Velocidades Máximas según material de la tubería49

Fuente: CAPECO, REGLAMENTO NACIONAL DE CONSTRUCCIONES, Pag 485

Tabla Nº 15: Velocidades Máximas de Erosión50

Fuente: Cesar Arturo Rosell Calderon, IRRIGACION del Capitulo de Ingenieria Civil – Consejo Departamental de Lima Tomo 14 , Pág 147.

Tabla Nº 16:Velocidades Máximas para tuberias de alcantarillado según material de la tuberia51.

49 CAPECO, REGLAMENTO NACIONAL DE CONSTRUCCIONES, Pág. 485

50 CESAR ARTURO ROSELL CALDERON, “Irrigación del Capítulo de Ingeniería Civil-Concejo Departamental de Lima “ Tomo 14, Pág. 147

(37)

Fuente: Ricardo Alfredo López Cualla, DISEÑO DE ACUEDUCTOS Y ALCANTARILLADOS, Pág 320.

Tabla Nº 17:Velocidades Máximas según caracteristicas del material en el cual estan alojados52.

Fuente: Ingº Walter Morales Uchofén, INFRAESTRUCTURA DE RIEGO, Pág 43.

Tabla Nº 18:Velocidades Máximas permisibles con revestimiento de “Concreto” según los siguientes investigadores53.

Fuente: Ingº Walter Morales Uchofén, INFRAESTRUCTURA DE RIEGO, Pág 43.

Tabla Nº 19:Velocidades Máximas permisibles54.

52 MORALES UCHOFÉN, Walter. “Infraestructura de Riego”, Parte I, Pág. 43 53 MORALES UCHOFÉN, Walter. “Infraestructura de Riego”, Parte I, Pág. 43 54 MAXIMO BILLÓN BEJAR, HCANALES para Windows, Versión 2.0

(38)

Fuente: Maximo Billon Bejar, HCANALES para Windows, Version 2.0

3.2.19 VELOCIDAD MÁXIMA Y MINIMA DEL AGUA PLUVIAL PARA LA SOLUCION CON TUBERÍAS (LLENAS)

Según LA NORMATIVIDAD PARA EL SISTEMA DE DRENAJE PLUVIAL55,

Para el caso de tuberias parcialmente llenas se aplicará para el cálculo de la velocidad la siguiente fórmula.

V =

(

r

h 2 3

X S

1 2

n

)

……….(03)

Donde:

V velocidad media del flujo en m/s.

r

h radio hidraulico de la tuberia, canal

r

h =

A

P

m

A Area transversal del flujo en m2

Pm Perimetro mojado en m.

S Pendiente hidraukica del tramo

h

l

(

m/n

).

n

Coeficiente de rugosidad (ver Tabla Nº 01).

Tabla Nº 20:VelocidadeMáxima y Minimapermisibles en tuberias56.

Fuente: NORMATIVIDAD PARA EL SISTEMA DE DRENAJE PLUVIAL, Pág. 34

El calculo hidráulico, para el caso tuberias circulares parcialmente llenas se da con las siguientes formulas:

55 NORMATIVIDAD PARA EL SISTEMA DE DRENAJE PLUVIAL , Pág. 34-37 56 NORMATIVIDAD PARA EL SISTEMA DE DRENAJE PLUVIAL , Pág. 34

(39)

Tabla Nº 21:Caracteristicas hidraulicas principales de tuberias circulares parcialmente llemas57.

Fuente: NORMATIVIDAD PARA EL SISTEMA DE DRENAJE PLUVIAL, Pág. 35

Para el calculo de las velocidades en las tuberias se supone un diametro comercial de la tuberia que se proyecte utilizar, considerando que el diametro minimo de las tuberias para el drenaje pluvial debe ser de 30 cm (12”).

Para los canales al igual que en las tuberias, se deben de revisar la velocidad maxima y minima de circulacion con objeto de poder controlar la sedimentacion y erosion respectivamente. La velocidad se calcula con la formula.

V =

(

r

h 2 3

X S

1 2

n

)

………. (03)

Donde:

V velocidad media del flujo en m/s.

r

h radio hidraulico de la tuberia, canal

r

h =

A

P

m

A Area transversal del flujo en m2

Pm Perimetro mojado en m.

S Pendiente hidraukica del tramo

h

l

( m/n ).

n

Coeficiente de rugosidad (ver Tabla Nº 24).

A continuacion se dan las principales caracteristicas para tres de las principales formas usadas en canales.

(40)

Tabla Nº 22:Caracteristicas hidráulicas principales de canales58

Fuente: NORMATIVIDAD PARA EL SISTEMA DE DRENAJE PLUVIAL, Pág. 36

(41)

Tabla Nº 23:Coeficiente de friccion

n

para las formulas de Manning en canales y Velocidades maxima y minima permisibles59.

Fuente: NORMATIVIDAD PARA EL SISTEMA DE DRENAJE PLUVIAL, Pág. 37

3.2.20 REVESTIMIENTO DE CUNETAS

Según MORALES UCHOFÉN60, El revestimiento de una cuneta debe

satisfacer los siguientes requerimientos: a) Disminuir las perdidas por infiltración. b) Protección de las cunetas contra la erosión.

c) Permite el flujo a mayor velocidad. Esta a su vez permite reducir la sección y economía en las excavaciones de la cuneta.

d) Evitar el derrumbamiento de los taludes por humedecimiento. e) Reduce considerablemente los costos de mantenimiento.

59 NORMATIVIDAD PARA EL SISTEMA DE DRENAJE PLUVIAL , Pág. 37 60 MORALES UCHOFÉN, Walter. “Infraestructura de Riego”, Parte I, Pág. 48

(42)

Por lo tanto un buen revestimiento debe ser:  Impermeable.

 Resistente a la erosión.

 De bajo costo de construcción, mantenimiento y resistente a acciones de agentes atmosféricos.

3.3 Definición de términos básicos

 ALCANTARILLA.- Conducto subterráneo para conducir agua de lluvia, aguas servidas o una combinación de ellas.

 ALCANTARILLADO PLUVIAL.- Conjunto de alcantarillas que transportan agua de lluvia.

 ANCHO DE SOLERA.- Viene a ser la base del canal.

 AREA HIDRAULICA.- El área hidráulica o área mojada es el área de la sección transversal del flujo normal a la dirección del flujo.

 BASE.- Capa de suelo compactado, debajo de la superficie de rodadura de un pavimento.

 BERMA.- Zona lateral pavimentada o no de las pistas o calzadas, utilizados para realizar parada de emergencias y no de causar interrupción del tránsito en la vía.

 BOMBEO DE LA PISATA.- Pendiente transversal contada a partir del eje de la pista con que termina una superficie de rodadura vehicular, se expresa en porcentaje.

 BORDE LIBRE.- Es la distancia vertical entre la superficie del flujo para el tirante normal y la corona de los bordos del canal.

 CANAL,- Conducto abierto o cerrado que transporta agua de lluvia.

 CAUDAL DE DISEÑO.- Es el caudal máximo de escorrentía a utilizar en el diseño hidráulico de las estructuras.

 CARGA HIDRAULICA.- Suma de las cargas de velocidad. presión o posición.  CLIMA.- Conjunto de los caracteres atmosféricos que tipifican una región o

espacio geográfico determinado

 COEFICIENTE DE ESCORRENTIA.- Coeficiente que indica la parte de la lluvia que escurre superficialmente.

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