Memoria de Calculo Aguas Lluvias

PROYECTO DE EVACUACIÓN DE AGUAS L L UVI UVIA A INT INTERI ERIOR OR AMPL A MPLIA IACIÓN CIÓN WATTS WA TTS LONQUÉN L ONQUÉN

MEMORI MEM ORIA A DE CAL CALCULO CULO DE AGUAS LLUVI LL UVIA A

C B A Rev.

13/07/2011 08/04/2011 11/03/2011 Fecha

REVISIONES Se Emite para Ejecucion Se Emite para Revisión Se Emite para Revisión Detalle

O.L.H. M.E.R. M.E.R. Realizó

A.G.S. A.G.S. A.G.S. Revisó

JULIO DE 2011 ORYGGEN INGENIERIA Y DESARROLLO Av. General Bustamante N°20 / Teléfono 2-3434972 www.oryggen.cl [email protected] PROVIDENCIA – SANTIAGO Empresa Afiliada a la Cámara de Comercio de Santiago (CCS) y en Proceso de Implementación de Sistema de Gestión de Calidad según Norma NCh-2909.

Ampliación Watts Lonquén _ Evacuación de Aguas Aguas Lluvia – San Bernardo Bernardo

INDICE. 1 2 3 4

INTRODUCCIÓN. .......................... ........................................ ............................ ........................... ........................... ........................... ........................... .................. ....2 ANTECEDENTES. ........................... ......................................... ........................... ........................... ........................... ........................... ............................ ................ ..2 CONSIDERACIONES. ........................... ......................................... ............................ ........................... ........................... ........................... ....................... .......... 2 3.1 Solución Adoptada............. .......................... ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ................... ..... 2 DISEÑO. .......................... ....................................... ........................... ........................... ........................... ............................ ........................... ....................... ................... .........3 4.1 Áreas Aportantes. .............. ............................ ............................ ........................... ........................... ............................ ............................ .................... ...... 3 4.2 Verificación de Canaletas. ............. ............................ ............................. ............................ ............................ ............................ .................... ...... 4 4.2.1 Generalidades. ............ .......................... ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ .................... ...... 4 4.2.2 Canaleta Techumbre Principal Sector Conservas. ............ ........................... ............................. ..................... .......5 4.2.3 Canaleta Techumbres Segundarias Sector Conservas. ............. ........................... ........................... .............6 4.2.4 Canaleta con Rejilla Andén Sector Lacteos. ............. ............................ ............................. ............................ ................8 4.2.5 Canaleta con Rejilla Calzada Sector Conservas. .............. ............................ ............................ .................... ...... 10 4.3 Bajadas de Agua. .............. ........................... ........................... ............................ ............................ ............................ ............................ .................. .... 12 4.3.1 Bajadas desde Canaleta a Colector Aereo............... ............................ ............................ ............................ ................ 13 4.3.2 Bajadas desde Colector Aereo. .............. ............................ ............................. ............................. ............................ .................. .... 13 4.4 Colector Aereo. .............. ............................ ........................... ........................... ............................ ............................ ............................ ...................... ........ 14 4.5 Colectores Enterrados. .............. ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ....................... ......... 15 4.6 Drenes de Infiltración. .............. ............................. ............................. ............................ ............................ ............................ ........................ .......... 16 4.6.1 Cálculo de Caudales. ............. ........................... ............................ ............................ ............................ ............................ ...................... ........ 16 4.6.2 Diseño de la Zanja. ............. ........................... ............................ ............................. ............................. ............................ ........................ .......... 18

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Ampliación Watts Lonquén Evacuación de Aguas Lluvia – San Bernardo

PROYECTO DE EVACUACIÓN DE AGUAS LLUVIA INTERIOR AMPLIACIÓN WATTS LONQUÉN. MEMORIA DE CÁLCULO.

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INTRODUCCIÓN.

La presente Memoria de Cálculo se refiere a los antecedentes necesarios para la realización del proyecto de evacuación de aguas lluvia del interior de las nuevas dependencias de “Watts Lonquén”, ubicado Camino a Lonquén Nº 12021, comuna de San Bernardo, Región Metropolitana. En este informe se definirá a nivel de proyecto las caracteríasticas técnicas de las obras involucradas en el proyecto de Aguas Lluvia. Esta Memoria se complementa con la Mecánica de Suelos y los planos del proyecto. En general se proyectó en base a normas de diseño oficiales. NOTA: La solución de Aguas Lluvia es independiente del sistema de Aguas Servidas y Riles. 2

ANTECEDENTES.

Para la elaboración del proyecto se ha considerado los siguientes documentos:  





3 3.1

Planos de Arquitectura del proyecto. Técnicas alternativas para soluciones de Aguas Lluvia en sectores urbanos; Guía de diseño", MINVU, 1996. Manual de Pavimentacion y Evacuacion de Aguas Lluvias de Serviu Metropolitano 2005. Plano Topográfico.

CONSIDERACIONES. Solució n Adop tada.

El proyecto de captación y evacuación de aguas lluvia se divide en 2 sectores, Sector Conservas y Sector Lácteos. Sector Conservas: Las Aguas Lluvia que precipitan sobre la techumbre del Sector Conservas, serán interceptadas por canaletas perimetrales, que descargan a colectores colgados y a través de bajadas para, posteriormente, ser llevadas por medio de colectores enterrados hacia el dren de infiltración ubicado en el área verde mas cercana.

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A pesar de que este sector presenta áreas de posible crecimiento solo se considera para el diseño de los colectores y dren de infiltración el agua precipitada sobre la techumbre del Sector Conservas. No se considera la captación de las aguas que precipitan sobre los pavimentos del bypass de calle Los Guindos, dado que se desconoce el caudal afluente real de la calle. Solo se considera la implementación de una canaleta con rejilla en un sector del pavimento proyectado de modo de mantener la continuidad de la calle. Sector Lacteos: Para la ampliación de este sector solo se considera la captación de las Aguas Lluvia que precipitan sobre el nuevo andén de carga, las cuales serán interceptadas por una canaleta perimetral, que descarga mediante un colector a una cámara decantadora y posteriormente a un dren de infiltración ubicado bajo el área de andén. Los distintos elementos se ubican según lo indicado en los planos de proyecto. Es fundamental para el buen funcionamiento del sistema, la limpieza periódica en cada elemento componente del conjunto evacuador de Aguas Lluvia. 4 4.1

DISEÑO. Áreas Apo rtant es. Figura 4.1 – Áreas Sector Conservas


3


Figura 4.2 – Áreas Sector Lácteos

4.2

Verificació n de Canaletas.

4.2.1 Generalidades. Todo proyecto de intercepción y conducción de Aguas Lluvia, por la naturaleza eventual de éstas, está asociado a probabilidades de ocurrencia o períodos de retorno a adoptar, así como los recursos económicos disponibles. Considerando lo anterior, el dimensionamiento de los distintos elementos que componen el sistema de evacuación de aguas lluvias se realiza con diferentes periodo de retorno. Las Aguas Lluvias que precipitan sobre la cubierta serán interceptadas por canaletas ubicadas en los lados más bajos de la techumbre, descargarán a colectores colgados y luego a través de bajadas de agua proyectadas en los pilares de la estructura para, posteriormente, ser evacuadas mediante colectores hacia drenes. A continuación se entrega la verificación hidráulica de las canaletas de evacuación de Aguas Lluvia proyectadas para la cubierta del Sector Conservas y la canaleta del ánden del Sector Lacteos.


4


4.2.2 Canaleta Techumb re Princip al Sector Conserv as. Se verificará la sección tipo de canaleta utilizando el área aportante correspondiente al sector con mayor solicitación de la techumbre principal. Esta área, denominada A1, tiene como dimensión A1= 840 m2.

De esta manera, el área A1 de la cubierta aporta un caudal de 0,0167 m 3/s. La canaleta se evaluarán con este caudal. Se plantea la sección tipo de las canaletas, que corresponde aproximadamente a un rectángulo de base 0,30 m y altura útil máxima de 0,25 m, y se verifica si dicha sección tiene la capacidad de portear el caudal detallado anteriormente. Para efectos de cálculo se considera una pendiente longitudinal de diseño i = 0,5 % y calculando la altura normal de escurrimiento por medio de la fórmula de Manning:

Q =

i ×A

5

n × Pm

2

3

3

Con n = 0,015 (Metal), se obtienen los siguientes resultados:


5


Para caudal A1

: Tirante nor mal (y) = 0,084 m < altura úti l máxim a = 0,25 m

En conclusión, la canaleta tipo analizada se encuentra perfectamente dimensionada para la captación de las Aguas Lluvia durante una precipitación con un periodo centenario. De lo anterior se desprende que el resto de las canaletas que reciben aportes de áreas menores, también funcionarán en forma adecuada. 4.2.3 Canaleta Techumb res Segundarias Sector Conserv as. Se verificará la sección tipo de canaleta utilizando el área aportante correspondiente al sector con mayor solicitación de la techumbre principal. Esta área, denominada A2, tiene como dimensión A2= 80 m2.


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De esta manera, el área A2 de la cubierta aporta un caudal de 0,0016 m 3/s. La canaleta se evaluarán con este caudal. Se plantea la sección tipo de las canaletas, que corresponde aproximadamente a un rectángulo de base 0,15 m y altura útil máxima de 0,15 m, y se verifica si dicha sección tiene la capacidad de portear el caudal detallado anteriormente.


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Para caudal A2

: Tirante nor mal (y) = 0,03 m < altur a úti l máxim a = 0,15 m

En conclusión, la canaleta tipo analizada se encuentra perfectamente dimensionada para la captación de las Aguas Lluvia durante una precipitación con un periodo centenario. De lo anterior se desprende que el resto de las canaletas que reciben aportes de áreas menores, también funcionarán en forma adecuada. 4.2.4 Canaleta con Rejilla And én Sector Lacteos. Se verificará la sección de la canaleta utilizando el área aportante correspondiente al sector del Andén de carga y la techumbre que descarga al Andén. Esta área, denominada A3, tiene como dimensión A3= 348,5 m2.


8


De esta manera, el área A3 de la cubierta aporta un caudal de 0,0054 m 3/s. La canaleta se evaluarán con este caudal. Se plantea la sección tipo de esta canaleta, que corresponde aproximadamente a un rectángulo de base 0,15 m y altura útil máxima de 0,20 m, y se verifica si dicha sección tiene la capacidad de portear el caudal detallado anteriormente. La rejilla a utilizar en esta canaleta deberá ser de alta resistencia debido al paso de camiones.


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Para caudal A3

: Tirante nor mal (y) = 0,067 m < altura úti l máxim a = 0,20 m

En conclusión, la canaleta tipo analizada se encuentra perfectamente dimensionada para la captación de las Aguas Lluvia durante una precipitación con un periodo centenario. 4.2.5 Canaleta con Rejill a Calzada Sector Cons ervas. Se verificará la sección de la canaleta utilizando el área aportante correspondiente al pavimento proyectado para el bypass de calle Los Guindos, y dado que se desconoce el caudal de aguas lluvias que viene de los pavimentos existentes se considerará un factor de seguridad de 3. Esta área de pavimento proyectado tiene como dimensión A= 1900 m 2 aproximadamente.


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De esta manera, tres veces el área de pavimento proyectado aporta un caudal de 0,0625 m 3/s. La canaleta se evaluarán con este caudal dividido por 2 considerando que el caudal se distribuye uniforme entre ambas canaletas. Se plantea la sección tipo de esta canaleta, que corresponde aproximadamente a un rectángulo de base 0,20 m y altura útil máxima de 0,30 m, y se verifica si dicha sección tiene la capacidad de portear el caudal detallado anteriormente.


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Para caudal A

: Tirante nor mal (y) = 0,24 m < altur a úti l máxim a = 0,30 m

En conclusión, la canaleta tipo analizada se encuentra perfectamente dimensionada para la captación de las Aguas Lluvia durante una precipitación con un periodo de retorno de 50 años. La rejilla a utilizar en esta canaleta deberá ser de alta resistencia debido al paso de camiones. 4.3

Bajadas de Agu a.

Para determinar el diámetro mínimo requerido para las bajadas de agua se utilizó la teoría de orificio hidráulico (por Bernoulli) en base a lo cual se obtiene la siguiente expresión: Q =

2hg × d

2

π

4

Donde: h : Altura de escurrimiento. d : Diámetro interior del orificio (descarga). g : Aceleración de Gravedad. Q : Caudal de porteo para la altura h. \\Oryggenserver\Proyectos Industriales\proyectos en desarrollo\10A59 Ampliación Watts Lonquén\informes\AGUAS LLUVIAS\Proyecto Inicial\10A59-D- MC-ALL-01.doc

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4.3.1 Bajadas desde Canaleta a Colecto r Aereo. Las bajadas de aguas entre la canaleta y el colector aéreo, descargan el caudal definido para la canaleta de la techumbre principal del Sector Conservas, Q= 0.0167 m 3/s (cálculo en pto 4.2.2.). Se considera que se implementarán como minimo 2 bajadas por canaleta, por lo que evaluar las bajadas con el caudal definido anteriormente implica aplicar un factor de seguridad. Se tienen las siguientes condiciones de borde: Q1 = 0,00835 m 3 /s

h 1 = 0,052

m

Se obtienen diámetros interiores de d 1 = 91 mm . Se disponen bajadas de diámetro comercial de 110 mm (diámetro interior= 103 mm) en PVC Clase 6. En el punto de conexión de la canaleta a la bajada de agua, la bajada deberá presentar un tubo auxiliar de d =110 mm, de modo de evitar el ahogamiento de ésta. 4.3.2 Bajadas desde Colecto r Aereo. El mayor caudal que descargará desde un colector aéreo, será el caudal definido para la mitad de la techumbre principal del Sector Conservas. En este caso se verificará que el diametro del colector colgado sea suficiente para la bajada de agua. Se tienen las siguientes condiciones de borde: Q1 = 0,0184 m 3 /s

h 1 = 0,11

m

Se obtienen diámetros interiores de d 1 = 126 mm . Se disponen bajadas de diámetro comercial de 200 mm (diámetro interior= 188 mm) en PVC Clase 6. En el punto de conexión de la canaleta a la bajada de agua, la bajada deberá presentar un tubo auxiliar de d =110 mm, de modo de evitar el ahogamiento de ésta.


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4.4

Colecto r Aereo.

A continuación se entrega la verificación hidráulica de los colectores aéreos que conducen las aguas provenientes de las canaletas de la nave principal del Sector Conservas hacia la red de colectores enterrados. Se considera para la siguiente verificación el colector aereo que lleva el mayor caudal, este caudal corresponde a la mitad de la cubierta principal de Sector Conservas. Esta área, denominada A4, tiene como dimensión A4= 929 m 2.

El colector se verificará entonces, con un área A4=929 m 2, cuyo caudal asociado es Q= 0.0184 m3/s, para un periodo de retorno de T=100 años. El diámetro del colector a considerar es D= 200 mm, en PVC hidráulico clase 6.


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Tirante normal (y) = 0,11 m < altura útil máxima = 0,13 m (h/d=0.7) En conclusión, el colector analizado se encuentra perfectamente dimensionado para la captación de las Aguas Lluvia durante una precipitación con un periodo centenario. 4.5

Colectores Enterrados.

A continuación se entrega la verificación hidráulica de los colectores enterrados que conducen el total de las aguas provenientes de la nave principal del Sector Conservas hacia el dren de infiltración. Se considera para la siguiente verificación del colector, el área, denominada A5, tiene como dimensión A5= 1836 m2 y caudal Q=0,02 m3/s, para un periodo de retorno de T=20 años. El diámetro del colector a considerar es D= 200 mm, en PVC tipo I.


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Tirante normal (y) = 0,115 m < altura útil máxima = 0,133 m (h/d=0.7) En conclusión, el colector analizado se encuentra perfectamente dimensionado para la captación de las Aguas Lluvia durante una precipitación con un periodo de retorno de 20 años. 4.6

Drenes de Infiltració n.

4.6.1 Cálculo de Caudales. Dren Sector Conservas. El destino final de las Aguas Lluvia provenientes de la techumbre del Sector Conservas serán conducidos a traves de colectores enterrados bajo la calzada de la ampliación (o by pass) de calle Los Guindos a un dren de infiltración ubicada bajo un área verde cercana al sector. Para la zona de proyecto, la precipitación base empleada para el diseño corresponde a la precipitación máxima en 24 h, para un período de retorno de 10 años. Para estimar la precipitación de una tormenta, se debe obtener la correspondiente a 1 hora de duración y 20 años de período de retorno, para luego determinar la precipitación de 10 minutos y 20 años de período de retorno.


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Para determinar el caudal total de lluvia, se considera un tiempo de concentración de 10 minutos, con lo que se tiene: CD 10 = 0,46 Para calcular los caudales aportantes para cada área se considera la ecuación del método racional: c⋅i⋅A Q= 3,6

Donde: c: i: A:

Coeficiente de Escorrentía Intensidad de la lluvia de diseño, (mm/h) Área Aportante, (km 2)

Considerando el área aportante en m 2 y el coeficiente de escorrentía equivalente, se obtiene para cada dren un caudal de 0,020 m 3/s.


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Dren Andén Sector Lacteos. El destino final de las Aguas Lluvia que precipitan sobre el Andén de carga del Sector Lacteos será la infiltración mediante un dren ubicado bajo el mismo andén. En este caso el periodo de retorno para el cálculo del dren será de 20 años. Obteniendo el siguiente caudal.

Considerando el área aportante en m 2 y el coeficiente de escorrentía equivalente, se obtiene para cada dren un caudal de 0,004 m 3/s. 4.6.2 Diseño de la Zanja. Dren Sector Conservas. El diseño considera una dren de infiltración ubicado bajo el área verde donde en la actualidad se encuentra una cancha deportiva. Para el dimensionamiento de la zanja se considera que ésta debe ser capaz de infiltrar las Aguas Lluvia precipitadas sobre la techumbre del Sector Conservas.


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El volumen acumulado para una duración t de la tormenta de diseño viene dado por: 10 V afl (t ) = FS ⋅ 0,001 ⋅ C eq ⋅ AT .Pt

m

3

Donde: FS Ceq Pt10 At

: Factor de seguridad, 1,25 : Coeficiente de escorrentía equivalente : Precipitación, en mm, de duración t y periodo de retorno de diseño : Área total a drenar, en m 2

El volumen acumulado de infiltración para una duración t de la tormenta de diseño viene dado por: V inf (t ) = Cs ⋅ 0,001 ⋅ f ⋅ A per .t

m

3

Donde: C S

t

: Factor de seguridad, 0,75. : Capacidad de infiltración del suelo, se supondrá una infiltración de 120 mm/hr. Según informe de Mecánica de Suelos. : Tiempo de percolación, en h.

A per

: Área total de percolación, en m 2

f

Figura 4.3 – Dimensio nes Zanja de Infiltración

Para una zanja del tipo descrita en la Figura 4.3, se tiene que: A perc = 2 ⋅ H ⋅ ( L + b ) + 0,5 ⋅ L ⋅ b

⎛ b + B ⎞ ⎟ ⋅ H ⎝ 2 ⎠

V zanja = L ⋅ ⎜


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⎛ b + B ⎞ ⎟ ⋅ H 2 ⎝ ⎠

V alm = p ⋅ L ⋅ ⎜

Donde: V zanja

: Volumen de la zanja.

V alm

: Volumen de almacenamiento.

p

: Porosidad del material de relleno, igual al 35 %.

Se considera la construcción de 1 dren con la siguiente sección: Dimensión H B b

(m) 2,0 3,0 2,5

A continuación se verifica la longitud y dimensión del dren.

El largo total del dren, con las dimensiones definidas anteriormente corresponde a 23 m .

Dren Andén Sector Lacteos. \\Oryggenserver\Proyectos Industriales\proyectos en desarrollo\10A59 Ampliación Watts Lonquén\informes\AGUAS LLUVIAS\Proyecto Inicial\10A59-D- MC-ALL-01.doc

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El destino final de las Aguas Lluvia que precipitan sobre el Andén de carga del Sector Lacteos será la infiltración mediante un dren ubicado bajo el mismo andén. Se considera la construcción de 1 dren con la siguiente sección:

Dimensión H B b

(m) 3,2 2,5 2,0

A continuación se verifica la longitud y dimensión del dren.

El largo total del dren, con las dimensiones definidas anteriormente corresponde a 2.5 m .

ANGELA GARRIDO SILVA Ingeniero Civil - USACH. p. ORYGGEN Ingeniería y Desarrollo. Santiago, 13 de Julio de 2011.


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Memoria de Calculo Aguas Lluvias

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