3.2.1 Memoria de Calculo de Alcantarillado PDF

 

 

MEMORIA CÁLCULO JUSTIFICATIVO Municipalidad Provincial de 

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EXPEDIENTEE TECNICO: “MEJORAMIENTO DE LOS S ERVICIOS DE AGUA POTABLE Y ALCANTARILLADO DE LA EXPEDIENT URB. SANTA ELENA, DISTRITO DE ICA – ICA” 

3.2.1 MEMORIA DE CÁLCULO JUSTIFICATIVO DISEÑO Y CALCULO HIDRAULICO DE LAS REDES DE ALCANTARILLADO Los parámetros de diseño utilizados para el cálculo Hidráulico de la Red de alcantarillado DEL PROYECTO DENOMINADO: "MEJORAMIENTO DE LOS SERVICIOS DE AGUA POTABLE Y ALCANTARILLADO DE LA URB. SANTA ELENA, DISTRITO DE ICA – ICA ", la cual debe trabajar con la condición de auto limpieza para limitar en los colectores, la sedimentación de arena y otras sustancias sedimentables (heces y otros productos de desecho). En el caso de flujo en canales abiertos la condición de auto limpieza está determinada por la pendiente del conducto. Para tuberías de alcantarillado, la pendiente mínima puede ser calculada utilizando el criterio de velocidad mínima o el criterio de la tensión tractiva. A continuación se indican los Parámetros de Diseño y las Formulas para el Análisis Hidráulico.

CALCULO DE CAUDALES DE DISEÑO Considerando una dotación de Dot.=220 Lt/hab./día y teniendo en cuenta los coeficientes para la variación de consumo de agua se calcula los caudales de diseño: d iseño: Coeficiente Máximo Diario: K1 = 1.3 Coeficiente Máximo Horario: K2 = 1.8

CAUDAL PROMEDIO Qp Qp = 0.80 Dot. X PD / 86400 =

6.27 lt./seg.

CAUDAL MAXIMO DIARIO Qmd Qmd = Qp X K1 =

8.151 lt./seg.

CAUDAL MAXIMO HORARIO Qmh Qmh = Qp X K2 =

11.286 lt./seg.

A continuación se detallan las formulas aplicadas para el diseño hidráulico de las redes de alcantarillado:

 

 

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FORMULA PARA DISEÑO: La fórmula empírica de Manning es la más práctica para el diseño de canales abiertos, actualmente se utiliza para conductos cerrados y tiene la siguiente expresión:

V=1/n x R 2/3 x S1/2 . . . (1) Donde: V = Velocidad (m/s) n = Coeficiente de rugosidad (a dimensional) R = Radio hidráulico (m) S = Pendiente (m/m) El Radio hidráulico se define como: R = Am/Pm . . . (2) Donde: Am = Area de la sección Mojada (m2) Pm = Perímetro de la sección Mojada (m)

PARA TUBERÍAS CON SECCIÓN LLENA : El radio hidráulico es : R = D/4 . . . (3)

Donde: D = Diámetro (m) Sustituyendo el valor de (R) , la fórmula de Manning para tuberías a sección llena es:

V = 0.397/N x D2/3 x S1/2 . . . (4) En función del caudal, con: Q = VA . . . (5) Donde: Q = Caudal (m3/s) A = Area de la sección circular (m2)

Q = 0.312/n x D 8/3 x S1/2 . . . (6)

PARA TUBERÍAS CON SECCIÓN PARCIALMENTE LLENA : El ángulo central ø (en grado sexagesimal):

 

 

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ø = 2 ar cos (1 – 2h/D) . . . (7)

Radio hidráulico:

R = D/4 x[ 1 - (360xsenø/2xPIxø) . . . (8)

Sustituyendo el valor de (R), la fórmula de Manning para tuberías con sección parcialmente llena es:

V = 0.397 D2/3 /n (1 – 360xsenø/2xPIxø) 2/3 x S1/2 . . . (9)

En función del caudal: Q = D8/3 /7257.15n(2xPIxø)2/3x (2xPIxø - 360xsenø)5/3 S1/2 . . . (10)

Criterio de Velocidad Mínima La práctica usual, es calcular la pendiente mínima, con el criterio de la velocidad mínima y para condiciones de flujo a sección llena. Bajo este criterio las tuberías de alcantarillado se proyectan con pendientes que aseguren una velocidad mínima de 0,6 m/s. De la fórmula de Manning, la pendiente tiene la siguiente expresión: e xpresión:

S(m/m) = (V x n/0.397xD2/3 )2 . . . (11)

Criterio de la Tensión Tractiva La tensión tractiva o tensión de arrastre (t) es el esfuerzo tangencial unitario ejercido por el líquido sobre el colector y en consecuencia sobre el material depositado. Tiene la siguiente expresión:

t = r g R S . . . (12) Donde: t = Tensión tractiva en pascal (Pa) r = Densidad del agua (1000 kg/m3) g = Aceleración de la gravedad (9,81 m/s2) R = Radio Hidráulico (m) S = Pendiente de la Tubería (m/m)

 

 

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El objetivo es calcular la pendiente mínima del tramo, capaz de provocar la tensión suficiente para arrastrar el material que se deposita en el fondo. La pendiente mínima de la tubería, puede ser calculada con el criterio de la tensión tractiva, considerando que el transporte de sedimentos es proporcional a la tensión tractiva. De la ecuación (2), obtenemos la pendiente de la tubería a sección llena:

S=

t / R g r . . . (13)

Sustituyendo la ecuación (8) en (13), obtenemos la pendiente para tuberías para sección parcialmente llena:

S=

t r x g x D x (1 - 360 x sen ø) 4

. . . (14)

2x PIx ø

Para el diseño de la Redes de Alcantarillado del Expediente Técnico: EXPEDIENTE TECNICO: MEJORAMIENTO DE LOS SERVICIOS DE AGUA POTABLE Y ALCANTARILLADO DE LA URB. SANTA ELENA, DISTRITO DE ICA – ICA” se empleó el software Bentley SewerCAD. “

SewerCAD es un programa de análisis y diseño de sistemas de drenaje urbano con énfasis en Sistemas Sanitarios, basado en un algoritmo de cálculo de de Flujo Gradualmente Variado (FGV). Esto implica, que el motor de cálculo realiza un análisis de línea de energía del fluido a través del método estándar considerando las condiciones de flujo (Subcrítico, Crítico, C rítico, o Supercrítico) SewerCAD ofrece la posibilidad de hacer análisis estáticos o cuasi-estáticos (Periodo Extendido). Durante una simulación en Periodo Extendido, las cargas sanitarias con variación en el tiempo o hidrogramas de caudales entrantes (que también pueden ingresarse directamente) son "ruteados" a través del sistema de colectores a gravedad para tener en cuenta el tiempo de viaje del agua a través del sistema por traslación y otros efectos. La metodología que usa SewerCAD se llama de Ruteo Convexo (Convex Routing) que en términos generales implica que para cada salto de tiempo o salto de cálculo hidráulico, el programa evalúa el caudal de cada tramo basado en el caudal entrante y saliente del ssalto alto de cálculo previo. Otro aspecto característico de SewerCAD es que ofrece la posibilidad de realizar un diseño automatizado (optimización de diámetros) de la Red basado b asado en criterios como % de ccapacidad apacidad de las tuberías, y rangos mínimos y máximos de velocidad, pendiente y cobertura en los colectores del sistema. SewerCAD es también un modelo multi-plataforma capaz de d e soportar plataformas como MicroStation, AutoCAD y una interfaz autónoma llamada Stand-Alone. Sta nd-Alone. De igual manera, SewerCAD permite el análisis de sistemas a gravedad o sistemas que combinan subsistemas a presión y subsistemas a gravedad.

 

 

 

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Tipos de Cálculo Empleado. El cálculo empleado en SewerCAD (descripción basada en versión V8i) posee diferentes herramientas y tipos de cálculo complementarios al análisis hidráulico convencional, sin embargo em bargo para el presente estudio se empleó el Tipo de Cálculo (Régimen Permanente); de Análisis Hidráulico en Periodo Estático (también Conocido como Análisis Steady State ó State ó SS por su Siglas en Inglés)

Módulos o Herramientas Complementarias incluidas:  1.  2.  3.  4. 

Centro de Control de Demandas (Demand ( Demand Control Center ) Construcción Inteligente de Modelos a partir de archivos externos (ModelBuilder  (ModelBuilder ) Asignación Automática de Elevaciones a partir de Modelos Digitales de Terreno Terreno (  (Trex  Trex ) LoadBuilder ) con la asignación de Asignación Manual de Demandas basada en Análisis Espacial ( Espacial (LoadBuilder  la perdidas de cargas por tuberías (incluida en el software) y accesorios.

Procedimiento realizado con el software: 1.  Modelación de las Redes en Autocad con archivos externos (ModelBuilder). Para poder realizar el diseño de las redes es imperativo el tener la cantidad actual de lotes para el cálculo de las demandas y las curvas de nivel para el otorgamiento de las elevaciones den los nodos lo que conllevará al cálculo y control de las presiones conforme a lo establecido en el RNE. 1.  Para ello se realizó el levantamiento topográfico con Estación Total y la edición de los planos en Autocad y Autocad Civil 3d, exportándose la poligonal de amarre al software SewerCad mediante el formato .dxf y la construcción Inteligente de Modelos a partir de archivos externos (ModelBuilder ), ), estableciéndose los Monhole (Buzones) en los cuales posteriormente se deberá añadir la Poblacion para el cálculo del caudal.

 

 

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2.  Asignación Automática de Elevaciones a partir de Modelos Digitales de Terreno (Trex) Asimismo, el procesamiento topográfico realizado con Estación Total y procesado con Autocad Civil 3d son exportado mediante la opción de importación de Modelos Digitales de Terreno (Trex), a partir de archivos de curvas de nivel en elevación mediante el formato .DXF, obteniendo la altura de cotas en Monhole (Buzones), Wet Well ( cámaras de Bombeo) y Out Fall ( planta de Tratamiento), complementado los datos de los mismos para el desarrollo del cálculo y verificaciones de acuerdo a llaa Normatividad Vigente. 

3.  Cálculo e ingreso de las Demandas (Demand Control Center). Calculo de las demandas.- El mismo que se realizó con el conteo de lotes demandantes por cada nudo en el plano topográfico de lotización tomándose una dotación promedio de 220 tl/hab/día

 

 

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Label

Número de conexiones domiciliarias

Población Inicial

Población Final

Bz-147'

3

12

15

Bz-145

2

8

10

Bz-144

1

4

5

Bz-135

10

41

51

Bz-135A

6

24

30

Bz-136A

0

0

0

Bz-138

0

0

0

Bz-147

4

16

20

Bz-135'

1

4

5

Bz-137

5

21

26

Bz-141

11

45

56

Bz-142A

0

0

0

Bz-140

5

21

26

TOTAL

48

196

244

Del mismo que se deprende la siguiente tabla del ingreso del Caudal en los Manhole (Buzones) - 

Se ingresan las demandas halladas:

 

 

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4.  Ingreso de la Dotación y flujo extremo. Debido a las características de la zona de acuerdo al reglamento Nacional de Edificaciones la dotación es de 220 lts/hab/dia, de los cuales el 80% regresara al sistema de Alcantarillado 220x0.80=176lts/dia

 

 

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Flujo Extremo K2=1.80

5.  Verificación de resultados (Tub. de PVC).   Se muestra la tabla con los resultados Obtenidos.