Perfil Hans

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

ASESOR:

JOSÉ EVERGISTO ALARCON ZAMORA

1

CONTENIDO Página INTRODUCCIÓN

05

I.

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 1.1 Antecedentes del Problema 1.2 Justificación e importancia 1.3 Definición del Problema 1.4 Formulación del Problema 1.5 Limitaciones

05 05 06 06 06 07

II.

OBJETIVOS 2.1 Objetivo General 2.2 Objetivos Específicos

07 07 07

III. MARCO TEORICO Y CONCEPTUAL 3.1 Antecedentes de la Investigación 3.2 Bases Teóricas 3.2.1 Climatología 3.2.2 Clima 3.2.3 Hidrología 3.2.4 Precipitación Pluvial 3.2.4.1 Formas de Precipitación 3.2.4.2 Tipos de Precipitación 3.2.5 Escorrentía Superficial 3.2.5.1 Tiempo de Concentración (Tc) 3.2.5.2 Tiempo de Traslado en los Colectores 3.2.5.3 Coeficiente de Escorrentía 3.2.5.4 Método Racional 3.2.6 Evaporación 3.2.7 Caudal de Diseño 3.2.7.1 Factores que Influyen en la Formación de Caudales 3.2.8 Cunetas 3.2.8.1 Diseño Estructural de Cunetas 3.2.9 Alcantarillas 3.2.10 Rápidas 3.2.10 Flujos en Canales Abiertos 3.2.11 Tirante (Yn) 3.2.12 Talud de Cunetas (Z) 3.2.13 Coeficiente de Rugosidad 3.2.14 Ancho de Solera (b) 3.2.15 Área Hidráulica (A) 3.2.16 Borde Libre (f) 3.2.17 Profundidad total de Cuneta 3.2.18 Velocidad 3.2.19 Velocidad Máxima y Mínima del agua pluvial para la Solución con Tuberías(llenas) 3.2.20 Revestimiento de Cunetas 3.3 Definición de Términos Básicos | 3.4 Hipótesis

08 08 08 08 08 09 09 10 10 10 10 11 12 13 14 14 15 15 16 26 26 26 28 29 30 31 32 32 33 33

IV. SISTEMA DE VRIABLES 4.1 Variable Independiente 4.2 Variable Dependiente

42 42 42

35 39 40 42

2

4.3 V.

Variable Interdependiente

METODOLOGIA DE LA INVESTIGACION 5.1 Tipo y Nivel de Investigación 5.2 Diseño del método de la Investigación 5.3 Cobertura del estudio 5.3.1 Universo Y/O Muestra 5.3.1.1 Universo 5.3.1.2 Muestra 5.3.2 Ámbito Geográfico 5.4 Fuentes Técnicas o Instrumentos de Solución de Datos 5.4.1 Fuentes Técnicas 5.4.2 Instrumentos 5.4.1.2 Instrumentos Bibliográficos 5.5 Procedimiento y Presentación de Datos 5.5.1 Procesamiento de Datos 5.5.2 Presentación de Datos

42 42 42 43 43 43 43 43 43 44 44 44 44 44 44 45

VI. ANALISIS E INTERPRETACION DE DATOS Y RESULTADOS 6.1 Contratación de Hipótesis

45 45

VII. ASPECTOS ADMINISTRATIVOS 7.1 Cronograma de Actividades 7.2 Asignación de Recursos 7.3 Presupuesto o Costo del Proyecto 7.4 Financiamiento

45 45 46 46 46

VIII. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS 8.1 Bibliografía

47 47

IX. ANEXOS

48

3

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.

4

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.

5

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. 5. Facilitar el transito peatonal y vehicular en cualquier epoca del año. 6

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 5 Zuleta Bilbao, Hugo, Diccionario de la Construcción, pág. 50 7

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 8 Ídem. Pág. 79 8

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”:

Tc = (0.871* L3/H)0.385……………………………………(01) Donde: Tc= L = H =

Tiempo de concentracion en horas (hrs.) Longitud del curso de agua mas largo en kilometros (km.) 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/FICTarapoto-Perú 9

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:

Tc = Tcs + Tt

………………………………………….(02)

Donde :

Tc= Tc= T=

Tiempo de concentracion. Tiempo de concentracion sobre la superficie. 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=

(

2 3

rh X S n

1 2

)

…………………………(03)

Donde: V: velocidad media del flujo en m/s.

rh :

radio hidraulico de la tuberia, canal

rh =

A : Pm:

Area transversal del flujo en m2 Perimetro mojado en m.

S:

Pendiente hidraukica del tramo

n:

Coeficiente de rugosidad (ver Tabla Nº 01).

h l

A Pm

( m/n ).

El tiempo de traslado resulta:

tt =

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/FICTarapoto-Perú 10

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 Superficie de tejados Pavimentos de asfaltos en buen estado Pavimentos de piedra, ladrillo, bloque de madera con juntas cementadas Impermeables. Los mismos pavimentos con juntas abiertas.

Valor de “c” 0.70 – 0.95 0.85 – 0.90 0.75 – 0.85 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 11

Pavimentos de losa de mala calidad con juntas abiertas. Carretera de macadan. Carretera y caminos de grava. Superficies sin pavimento, patios de ferrocarril y solare. Parques, jardines, praderas, según pendiente del suelo y sub suelo. Areas de monte o bosques, según pendiente del suelo y las caracteristicas del sub suelo. Parte mas densamente poblado o cubierto de Construcciones de una ciudad.

0.40 – 0.50 0.25 – 0.60 0.15 – 0.30 0.10 – 0.30 0.05 – 0.25 0.01 – 0.20 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: 3

m /s

Q:

Gasto del escurrimiento superficial en

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

A: 0.2777

tiempo de concentracion de la cuenca. Area tributaria del drenaje por analizar en km2. Factor de conversion de unidades.

mm/h , para una duracion igual al

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.

15 MONSALVE SÁENZ, German, “Hidrología de la Ingeniería” Pág. 179 12

   

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 16 NORMATIVIDAD PARA EL SISTEMA DE DRENAJE PLUVIAL, Pág. 28 13

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/FICTarapoto-Perú 19 SILVA MEDINA, Gustavo A., “Elementos y Estructuras de Drenaje”. Pág. 27 14

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/FICTarapoto-Perú 21 MORALES UCHOFÉN, Walter, “Drenaje Vial”, Ciclo de Actualización Académica UNSM/2000-II/FICTarapoto-Perú 15

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 (qs= 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 q p = 400 kg/m2. 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: 16

h 15

d=¿

ó I.

El Mayor

15 cm

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

   

A1.

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.

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 −∅ /¿ K a=Tg 2 ¿ 2

…………………………………………………... (07)

PS 1=K a γ s h s =K a γ s

( q s +q p ) γs

c

h s= c

( q s +q p )

[

c

]

……………………………………………… (10)

( S/C total ) γ s ( H +h )+ hs /c γs

……………………. . (08)

……………………………………………………………(09)

γs

PS 2=K a γ s H−h+h s

he =

=K a ( q s +q p )

=

γs

……………………………………………. (11)

17

´

γ =γ s −m γ a ...................................................................................... (12) PS 3= K a γ ´ ( he +h )

Presion del Agua “

………………………………………………………….. (13)

PS 4

“ (kg/m) ………………………………………………

(14)

PS 4=γ a h …………………………………………………………………...... (15) 1 E1= ( P S 1+ P S 2 ) ( H + h ) ………………………………………….. (16) 2 1 E2= ( P S 2+ P S 3 ) h ……………………………………………………. (17) 2 Empuje del Agua “ E3 “ (kg/m)

1 E3= P S 4 h …………………………………………………………………. (18) 2

Y 1=

( 2 P S 1 + PS 2 ) ( H−h ) 3 ( P S 2+ P S 3 )

Y 2=

( 2 P S 2 + PS 3 ) h 3 ( P S 2 + PS 3 )

Y 3=

H 3 …………………………………………………………………………

……………………………………………………….

(19)

…………………………………………………………….

(20)

(21) El Momento en el Punto “A”

M 4=E 1 Y 1 + E2 Y 2+ E3 Y 3 …………………………………………………… (22) Donde:

K a=¿ Coeficiente de empuje activo. PSi =¿ Presiones debidos a los empujes activos correspondientes (Kg./m2) 18

∅=¿ 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).

he = altura equivalente en metros debido a “q s”, “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/m3 ) 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)

Ei=¿ 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) MA = Momento en el punto “A” (Kg – m) El momento en el punto “B”. Se calcula tomando en cuenta MAy sub – presion “q” (Kg/m2):

q=γ a (h+ d 2) …………………………………………………………… (23)

19

Luego según el grafico siguiente se obtiene:

1 2 M B=M A − q ( b+d 1 ) ………………………………………………….. (24) 8 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:

P1=( b+ 2 d1 +2 x ) d 2 γ c ......................................................................... (25) P2=d 1 H γ c ………………………………………………………………….... (26)

P3=γ c Hx

……………………………………………………………………..

(27) Donde:

γ c =¿ Peso específico del concreto, γ c =¿ 2400 kg./cm3

La sub – presión en Kg/m se puede expresar así: 20

Q=q (b+ 2d 1 +2 x) …………………………………………………………. (28) Luego el factor de seguridad “F” es definido como:

F=

P1 +2 P2+ 2 P3 ≥ 1.10 ………………………………………………… (29) Q

Si:

F