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PROYECTO FINAL

Proyecto de Ampliación de Red de Desagüe Pluvial de Colector Existente sobre calle Santiago, San Miguel de Tucumán
by

Ezequiel Uriarte

on 27 April 2010

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Transcript of PROYECTO FINAL

Con el presente proyecto, se pretende evaluar la capacidad de evacuación de excedentes pluviales del conducto sobre calle Santiago del Estero en la Ciudad de San Miguel de Tucumán y proponer un nuevo diseño de red ante los eventuales problemas que presente la conducción. Además se propondrá un nuevo diseño hidráulico para la nueva red calculada OBJETIVOS INTRODUCCION MARCO URBANO Y SECTORIAL ESTUDIOS HIDROLÓGICOS EVALUACIÓN HIDRÁULICA SITUACIÓN ACTUAL DISEÑO HIDRÁULICO DE ALTERNATIVA DE DESAGÜES UBICACIÓN Zona de Influencia de proyecto: San Miguel de Tucumán DIAGNÓSTICO DESAGÜES SMT DIAGNÓSTICO DESAGÜES EN CUENCA DE PROYECTO MARCO URBANO El Conducto de Desagüe sobre calle Santiago del Estero se inicia en la intersección de dicha calle con calle Marco Avellaneda, sigue la pendiente natural de terreno Oste-Este, hasta desembocar en Av. Avellaneda en un conducto principal que oficia de *cuerpo receptor Está desarrollada una red de imbornales, los cuáles se conectan al conducto principal PROBLEMAS A SOLUCIONAR Desagües irregulares en Zona de Estación de Transferencia Ferroviaria Los caudales generados aportan de manera concentrada a la cuenca sobre calle Santiago al volcar estos sobre la vereda de dicha calle
Red de Imbornales Deteriorada El problema principal del sistema de imbornales es la falta de limpieza de los mismos. Al comenzar la tormenta estos se taponan, en su entrada o en su interior, con una cantidad importante de basura. Esto provoca que no ingrese al sistema la cantidad de caudal para el que fue diseñado. Falta de Capacidad en Conducto Principal sobre Calle Santiago Este es el principal problema que tiene este sistema de desagüe y su solución el objeto del tema de este proyecto.

Estos problemas son inaceptables en la ciudad núcleo histórico, cultural y comercial más importante de la provincia. Los inconvenientes se producen al colapsar el desagüe principal de calle Santiago e ingresar todo el excedente al área céntrica, la cuál no tiene capacidad de evacuar eficientemente éstos caudales de escorrentía En todo lo antes expuesto resulta la necesidad de proyectar una alternativa de desagües eficiente que brinde las soluciones largamente esperadas por la población. En capítulos subsiguientes se desarrollará la solución propuesta, siendo la misma de eficiencia hidráulica superior a la situación actual.

DIVISIÓN Y CARACTERIZACION DE SUBCUENCAS Para la determinación de las subcuencas, se contó con el relevamiento planialtimétrico realizado por la Dirección de Catastro de la Provincia sobre el Gran San Miguel de Tucumán.
Este se complementó con inspecciones a la zona de proyecto para determinar sentidos de escurrimientos en cada bocacalle
PARÁMETROS DE SUBCUENCAS Almacenamiento en subcuencas LLUVIA EFECTIVA Método del Servicio de Conservación de Suelos LLUVIA DE DISEÑO Curva de Intensidad - Duración - Recurrencia Se utilizo como resultados las relaciones de Intensidad-Duración-Recurrencia, (Figura 3.3.1.1) aplicables a la ciudad de San Miguel de Tucumán según los datos de precipitaciones diarias de la Estación Obispo Colombres, para duraciones de precipitación variables desde 5 a 180 minutos y para recurrencias que van de 2 a 45 años, realizadas por Paz, Hugo Roger. Factor de Reducción Areal para Lluvias de Diseño en el Gran S. M. de Tucumán
A fin de tener en cuenta la distribución espacial de la tormenta en el área de la cuenca se utiliza un factor de reducción areal. Este factor fue obtenido del trabajo “Factor de Reducción Areal para Lluvias de Diseño en el gran San Miguel de Tucumán” del Ing. Roberto Lazarte Sfer Hietograma para TR = 5 años Duración = 180 min

PARÁMETROS DE TRANSFORMACIÓN PRECIPITACION-CAUDAL. MODELO SWMM La generación de caudales de la cuenca se realizó mediante la aplicación del modelo SWMM (Storm Water Management Model) V 5.0 de la EPA. (Enviromental Protection Agency – EEUU). Dispone de tres módulos de cálculo:

•El módulo hidrológico de SWMM funciona con una serie de subcuencas sobre las cuales cae el agua de lluvia y se genera la escorrentía.

•El módulo hidráulico de SWMM analiza el transporte de estas aguas a través de un sistema compuesto por tuberías, canales, dispositivos de almacenamiento y tratamiento, bombas y elementos reguladores.

•El módulo de calidad permite a SWMM seguir la evolución de la calidad del agua de escorrentía de cada subcuenca y también en cada tubería y canal durante una simulación compuesta por múltiples intervalos de tiempo. No analizaremos este módulo en este capítulo ya que no es de utilidad en el proyecto.
DATOS DE ENTRADA SWMM – SITUACIÓN ACTUAL DISCRETIZACIÓN DE SUBCUENCAS Parámetros de Nudos Subcuencas de Aporte Ancho de Cuenca
Se calcula un factor de simetría:

SK = (A2 -A1)/A

donde: SK: factor de simetría, 0 ≤ SK ≤ 1

A1: área mayor a un lado del canal
A2: área menor a un lado del canal
A: área total


Luego se calcula el ancho de la cuenca teniendo como límites a ℓ y 2 ℓ de la siguiente manera:

w = (2 -SK) * L
Parámetros de Subcuencas Conductos Pérdida de Carga en Cámaras Usando K para representar la constante de la proporcionalidad, la pérdida de energía, Hah, se calcula aproximadamente según la ecuación:

Donde:

K: Coeficiente de pérdida ajustado

K0 : Coeficiente principal de pérdida según tamaño relativo del orificio
de entrada

CD: factor de corrección para diámetro del conducto
(solo flujo en presión)

Cd: factor de corrección para profundidad de flujo

CQ: factor de corrección relativo al caudal

Cp: factor de corrección para flujo sumergido

CB: factor de corrección por alineamiento vertical del conducto de ingreso
a la cámara

V0: velocidad de salida del conducto
Los estudios experimentales han determinado que el valor de K se puede aproximar por la siguiente ecuación: RESULTADOS DE MODELIZACIÓN
SITUACIÓN ACTUAL Hidrogramas de salida de subcuencas CAUDAL EN NUDO DE SALIDA: 11727.22 lts/seg

Se produce a 1:35 hs de comienzo de tormenta de diseño
CONCLUSIONES SOBRE SITUACIÓN ACTUAL

Del análisis de la Modelización Computacional de acuerdo a los parámetros de cuenca atribuidos a las mismas salen a la vista los problemas de falta de capacidad del conducto sobre calle Santiago del Estero.

Para una lluvia de 5 años de tiempo de retorno, se producen desbordes en la zona central del conducto, correspondiente a la zona del microcentro.

Estos desbordes provocan que la conducción se realice a presión lo cuál no es recomendable para un conducto de este tipo.
PROPUESTA DE SOLUCIÓN: CONDUCTO SOBRE CALLE CORRIENTES La propuesta de solución consiste en reducir al máximo la cuenca de aporte sobre conducto de calle Santiago del Estero de manera de optimizar su capacidad de conducción. Para ello se propone un conducto interceptor en calle Corrientes y de una red de conductos secundarios y de imbornales a fin de optimizar las captaciones hacia el. CONDUCTO CALLE CORRIENTES
DESCRIPCIÓN
El sistema óptimo diseñado consta de un conducto principal rectanramgular sobre calle Corrientes, de dimensiones variables, según se detalla a continuación:

•1er tramo: se extiende desde la esquina de calle Santiago y José Colombres hasta la intersección de Corrientes y Catamarca. Se utiliza una sección circular de 1.50 m de diámetro en hormigón armado.

•2do tramo: se desarrolla sobre calle Corrientes desde calle Catamarca hasta Muñecas. Se proyectó una sección rectangular de 2.00 m de altura por 2.50 de ancho en hormigón armado.

•3er tramo: este tramo final se inicia en calle Muñecas y desemboca en el colector principal sobre Av. Avellaneda. También se adoptó un sección rectangular de hormigón armado de 2.00 m de altura por 3.00 de ancho
COLECTORES SECUNDARIOS
DESCRIPCIÓN
Los colectores secundarios se diseñaron según secciones circulares de hormigón armado, tomando 0,80 m como diámetro mínimo. El desarrollo de los mismos se detallan a continuación.

•Secundario N°1: desde calle Santa Fé hasta Corrientes por calle Catamarca. Diámetro: 0,80m en toda su longitud.

•Secundario N°2: desde calle Santa Fé hasta Corrientes por Avenida Salta. Se combinan diámetros de 0,80m y 1,00m.

•Secundario N°3: desde calle Marcos Paz hasta Corrientes por calle Junín. Diámetro: 0,80m en toda su longitud.


•Secundario N°4: desde calle Santa Fé hasta Corrientes por calle Maipú. Se combinan diámetros de 0,80m, 1,00m y 1,20m.

DATOS DE ENTRADA SWMM SITUACIÓN DE PROYECTO
RESULTADOS DE MODELIZACIÓN SITUACIÓN DE PROYECTO
Hidrogramas de salida de subcuencas Calle Santiago CAUDAL EN NUDO DE SALIDA
CALLE SANTIAGO SITUACION DE PROYECTO:
8338.56 lts/seg

Se produce a 1:40 hs de comienzo de tormenta de diseño
Hidrogramas de salida de subcuencas Calle Corrientes CAUDAL EN NUDO DE SALIDA
CALLE CORRIENTES SITUACION DE PROYECTO:
19354.34 lts/seg

Se produce a 1:40 hs de comienzo de tormenta de diseño
MICRODRENAJE CONDUCTOS SECUNDARIOS DISEÑO ESTRUCTURAL DE SECCIÓN CONDUCTO CALLE CORRIENTES El diseño y dimensionado del conducto se realizó teniendo en cuenta las dimensiones impuestas por el diseño hidráulico, y los distintos estados de carga para los posibles escenarios en su vida útil. Los Elementos a calcular son:

•Conducto 1: Conducto de hormigón armado (B=2,50m x H=2,00m)

•Conducto 2: Conducto de hormigón armado (B=3,00m x H=2,00m)
Características resistentes de los materiales:

Los materiales usados en las consideraciones del análisis estructural constituyen la exigencia mínima para el suministro en obra
Hormigón Armado

-Hormigón estructural: calidad mínima H-21
-Hormigón de limpieza: calidad H-8 según CIRSOC 201
-Acero: calidad ADN 420 (acero Tipo III)
Para el análisis de las diferentes secciones cajón se utilizó el software BOXCAR (Versión 2, 2000, desarrollado por la ACPA, American Concrete Pipe Association). El mismo está basado en el análisis de las secciones cerradas como cuatro elementos de pórticos a los que se resuelve por el método de matrices de rigidez. ANÁLISIS ESTRUCTURAL: Verificación de secciones y estimación de cuantías de acero
Cargas permanentes

Peso propio de la conducción.- Se considera un peso unitario del hormigón armado de 24 KN/m3 (2,4 t/m3).

Peso del suelo.- Se considera un peso unitario del suelo de 19 KN/m3 (1,9 t/m3) y el volumen unitario que conforma el bloque de la tapada sobre la losa superior de la sección cajón.

Empuje lateral del suelo.- Se considera una variación lineal en función de la altura de las presiones ejercidas en las paredes laterales de la estructura. Los coeficientes de empuje lateral mínimo y máximo se establecieron en 0,25 y 0,50 respectivamente (considerando de esta manera empujes activos y de suelos en reposo).

Presión interna del agua.- Se considera una altura de carga igual al 100% de la altura interior de la sección considerada. Para el fluido se adopta un peso unitario de 9,81 KN/m3 (1 t/m3)
Cargas vivas

Para las cargas vivas se utiliza el tren de cargas establecido por la AASHTO HS-Series de 20 t. El software analiza distintas posiciones de la carga viva, dimensionando para la situación más desfavorable CONCLUSIONES El objetivo de este proyecto fue brindar soluciones a los problemas de los desagües pluviales que afectan a un amplio sector de la población de la Provincia. Esta población es de alrededor de 800.000 habitantes, por lo que es de suma importancia solucionar estos inconvenientes, ya que afectan a una parte importante de la población que frecuenta el sector capitalino para la realización de sus actividades principales.

En los primeros capítulos se enumeraron y diagnosticaron los problemas de la zona de emplazamiento del conducto de calle Santiago del Estero y de su cuenca de aporte. Luego, en capítulos subsiguientes se diseñó una nueva alternativa de desagües, al plantear un colector principal sobre calle Corrientes y una red de colectores secundarios a fin de optimizar su funcionamiento.

Al modelar la situación de proyecto, se pudo comprobar que, debido al emplazamiento de un conducto paralelo a calle Santiago, por calle Corrientes, se produce un alivio importante en el conducto de calle Santiago y su capacidad de conducción se optimiza al interceptar los caudales mayores el conducto de calle Corrientes.

El proyecto de colectores secundarios y de una nueva red de imbornales posibilita que ingresen al nuevo conducto proyectado sobre calle Corrientes la totalidad de los caudales de escorrentía. Se logra de esta manera achicar la cuenca de aporte sobre el conducto de calle Santiago, posibilitando así un mejoramiento de aptitud de conducción hidráulica en el mismo.

De acuerdo a lo antes expuesto, se concluye que la solución propuesta a la problemática de los desagües pluviales en la cuenca del conducto de calle Santiago del Estero, es satisfactoria y que se cumplieron todos los objetivos de solución al proyectar una nueva alternativa
ELEMENTOS DE PRESENTACIÓN Problemática de los Desagües en SMT La ciudad de San Miguel de Tucumán está soportando un crecimiento acelerado dentro de sus límites políticos

La ciudad no posee una infraestructura de desagües pluviales apta para hacer frente a los crecientes caudales que la permanente expansión de la ciudad genera

La falta de adecuados desagües pluviales produce en la ciudad de San Miguel de Tucumán destrucción de pavimentos, afectación de servicios, daños a personas y propiedades y paraliza la ciudad durante las tormentas por afectar la transitabilidad vehicular, peatonal y la accesibilidad a diversas zonas.

Red Céntrica Pertenece a la antigua red de Obras Sanitarias de la Nación. Desagua al norte de Av. 24 de Septiembre de lo que se denomina Área Central (dentro de las 4 avenidas)

Los antiguos planos de OSN preveían la construcción de una red al norte de calle Santiago, para captar las aguas provenientes desde la calle Italia (límite de cuenca de aporte) y otra red de colectores entre 24 de Septiembre y Av. Roca que nunca llegaron a construirse

El estado general de la Red Céntrica es aceptable apara la larga vida que tiene, lo cual muestra un buen nivel de calidad en su factura

El Micro drenaje consiste en las obras destinadas a la captación de los escurrimiento superficiales y la conducción de estos hacia una boca de registros por donde ingresan al conducto principal La capacidad hidráulica de un imbornal depende de igual manera de su geometría como del caudal que ingresa a él. La capacidad de entrada se compone de la cantidad de agua de renovación del imbornal y de la cantidad de agua que pueden entrar en el sistema de drenaje pluvial DISEÑO DE IMBORNALES Este tipo de imbornal es el adoptado en el proyecto. Para determinar las longitudes adecuadas, captando el 100% del caudal de cada nudo, se trabajó con el software Flow Master, el cuál tiene en cuenta los criterios de diseño antes enunciados. PARÁMETROS DE CALCULO
IMBORNAL COMBINADO Se consideraron los siguientes datos:

-Pendiente longitudinal variable, según cada calzada analizada.

-Pendiente transversal de la calzada de 2%.

-Pendiente transversal de la cuneta de 4%.

-Coeficiente de Manning de 0.015, considerando cuneta y calzada de Hº.

-La pendiente transversal equivalente se obtiene como

Se = Sx + Sw Eo = 0.02 + 0.7 * 0.04 = 0.048
PASOS DE CALCULO
(método manual) Primera Etapa: Cálculo del caudal interceptado por el bordillo, aguas arriba de la reja de piso Segunda Etapa: Cálculo del caudal interceptado por la Reja de piso CALCULO COMPUTACIONAL
(Flow Master) Los diámetros necesarios adoptados en el cálculo de los conductos secundarios se calcularon según el software de diseño hidráulico Flow Pro, utilizado para el cálculo en régimen uniforme • Modelización Computacional y Evaluación Hidráulica del Conducto para Situación Actual • Modelización Computacional y Diseño Hidráulico de Nueva Alternativa de Desagües •Estudios Hidrológicos y Parámetros de Cuenca • Marco Urbano y Sectorial • Diseño Estructural de Sección De Conducto sobre calle Corrientes AGRADECEMOS A:

En 1er lugar a nuestros padres y hermanas...
nuestros tutores Ing. Roger Paz e Ing. Roberto Lazarte
María y Beatriz, nuestras novias y a sus respectivas familias
José T. de Cristobal
"Maestro" Aguirre
Ing. Mario Parrado
Florencia, Mónica, Toly, Magui, Camilo y a todo el plantel de Estudios y Proyectos de la DPA.

...y a nuestros compañeros y amigos de la facultad por el aguante.

MUCHAS GRACIAS, HASTA SIEMPRE




•VERIFICACIÓN CAÑERÍA DE COMUNICACIÓN ENTRE CÁMARA DE IMBORNAL Y CONDUCTO PRINCIPAL METODO MANUAL
(fórmula de orificio) Los datos de ingreso son los siguientes:

-Área del conducto de 500mm: 0,1963 m2.
-H: altura de carga. Medida desde el nivel libre al centro de gravedad del orificio. Es la variable del problema.
-h: tirante por encima de la clave del conducto. También es variable.
-Coeficiente de Orificio según:
d/d0 = 0,50m/1,00m = 0,5 -------> m = 0,62.
(bibliografía “Hidráulica” de Francisco Javier Domínguez S.)
METODO COMPUTACIONAL
(Programa Culvert Master) Se encuentra que para poder erogar un caudal de 0,420 m3/seg., la altura de carga deberá ser e 0,61m, es decir que se requiere que el tirante se eleve 0,36m por encima del conducto Dicha verificación se llevo a cabo con el Software Culvert Master v 1.0 de la Haestad Methods; el cuál corresponde a una versión académica y de uso libre Se considera al conducto de nexo trabajando a modo de una alcantarilla.

Los datos de ingreso son los siguientes:

-Caudal aportado por la subcuenca SC20 de 1,252 m3/seg. Este se divide en forma proporcional sobre 3 cajas idénticas de 5 bloques de imbornales de 1m cada una, por lo que cada línea de imbornal se dimensiona con un caudal de 0,4173 m3/seg. 0,420 m3/seg. (instante correspondiente al caudal pico)

-Cota en el ingreso del conducto: 10,10 m.
-Cota en la salida del conducto: 10,00 m.
-Longitud: 10,00 m.
-Pendiente: 1%.
-Conducto circular de PVC.
-Diámetro 500 mm.
-Coeficiente de perdida a la entrada: 0,50
Se obtiene que para descargar dicho caudal es necesario que el nivel dentro de la cámara del imbornal se eleve 0,43 m por encima del conducto, lo cuál es factible con las dimensiones adoptadas para la misma.
Además se muestra que el conducto trabaja como una alcantarilla con control de entrada, con tirante medio dentro del conducto de 0,38 m y una velocidad media de 2,62 m/seg.
FIN
Conclusión: los resultados de la segunda alternativa se utiliza para otorgar las dimensiones adecuadas a la caja del imbornal, permitiendo la correcta evacuación de los caudales. SE PROPONE COMO SOLUCION LA CONTRUCCION DE UN REJA DE
CAPTACION DE 10 M DE LARGO SOBRE VEREDA EN CALLE SANTIAGO ENTRE MARCO AVELLANEDA Y JOSE COLOMBRES. Este parámetro tiene un calculo especial a fin de ingresar el mismo en la modelización.
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