informe técnico - dimensionamiento hidraulico

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Enero 2015 INFORME TÉCNICO: DIMENSIONAMIENTO HIDRAULICO DE TUBERIAS DE DRENAJE DE LA CIUDAD DE JULIACA - PUNO I N D I C E 1. ASPECTOS GENERALES DEL ESTUDIO................................3 1.1 ANTECEDENTES.............................................. 3 1.2 UBICACIÓN................................................. 3 2. OPTIMIZACION HIDRAULICA DEL PROYECTO.........................4 2.1 DIMENSIONAMIENTO HIDRAULICO DE TUBERIAS PVC...............4 3. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES...............................12 Informe Técnico: Optimización Hidráulica del Proyecto de Drenaje de la ciudad de Juliaca - Puno. 1

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ESTUDIO DRENAJE

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Enero 2015

INFORME TCNICO: DIMENSIONAMIENTO HIDRAULICO DE TUBERIAS DE DRENAJE DE LA CIUDAD DE JULIACA - PUNO

I N D I C E

1.ASPECTOS GENERALES DEL ESTUDIO31.1ANTECEDENTES31.2UBICACIN32.OPTIMIZACION HIDRAULICA DEL PROYECTO42.1DIMENSIONAMIENTO HIDRAULICO DE TUBERIAS PVC43.CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES12

NDICE DE TABLASTabla 1. Ubicacin del proyecto.3Tabla 2. Clculos hidrulicos con tuberas Sector A.6Tabla 3. Clculos hidrulicos con tuberas Sector B.7Tabla 4. Clculos hidrulicos con tuberas Sector C.8Tabla 5. Clculos hidrulicos con tuberas Sector D.9Tabla 6. Clculos hidrulicos con tuberas Sector E.10

NDICE DE FIGURASFigura 1. Vista satelital de ubicacin del proyecto.4Figura 2. Dimetro mnimo de tubera segn Norma OS. 060 Drenaje Pluvial Urbano.5

INFORME TCNICO N3: REVISION DEL SISTEMA DE DRENAJE PLUVIAL DE LA CIUDAD DE JULIACA - PUNO

1. ASPECTOS GENERALES DEL ESTUDIO

1.1 ANTECEDENTES

El Per durante los ltimos 10 aos ha emprendido la construccin de diferentes tipos de obra de infraestructura siendo una de ellas el rea de Saneamiento (Agua y Desage); donde en algunos casos y en especial en ciudades que son capitales de regiones, se han presentado problemas en ejecucin de las obras causando atrasos y en algunos casos paralizacin total de la obra por tiempo indefinido.

Estas demoras y/o paralizaciones de obra en la mayora de casos se debe a las limitaciones que aparecen durante la ejecucin; las cuales en su mayora pudieron ser reducidas al mnimo si las Instituciones indicadas intervienen en forma proactiva en bsqueda de la correccin de estas limitaciones, mediante un proceso de optimizacin del proyecto el cual suele involucrar una revisin de los criterios de diseo, construccin, operacin y mantenimiento para encontrar una actualizacin del diseo que incluya las variaciones tcnicas y de materiales desde la poca del estudio hasta su ejecucin como obra, pero siempre buscando las siguientes consideraciones:

Que la obra contine o mejore las condiciones de eficiencia concebida en el proyecto Que la solucin o modificacin planteada en la optimizacin permita la ejecucin de la obra en el menor tiempo posible Que el costo de la obra no se incremente por causa de implementar la optimizacin

Para lograr la optimizacin descrita la firma Contratista Aldesa ha contratado a la Consultora Mansen + Kuroiwa Ingenieros Asociados S.A.C para la optimizacin hidrulica del sistema de drenaje planteada en el expediente tcnico, para luego ser sustentado ante los entes autorizados; el cual es motivo del presente documento.

1.2 UBICACIN

El proyecto abarca casi la totalidad de la ciudad de Juliaca, departamento de Puno, en donde la topografa del lugar presenta un relieve plano. La cota aproximada del proyecto es de 3835 msnm, dicha ciudad se ubica aproximadamente a 25 km del Lago Titicaca. La ubicacin promedio de la ciudad se muestra en la Tabla 1 y una imagen de referencia en la Figura 1.

Tabla 1. Ubicacin del proyecto.PROYECTO COORDENADAS GEOGRFICASDatum: WGS 84 - COORDENADAS UTM

LatitudLongitud ZonaEste (m)Norte (m)

Ciudad de JuliacaS 152916W 700734 19L 379204 8287401

Rio CoataLago TiticacaJuliacaJuliaca

Figura 1. Vista satelital de ubicacin del proyecto.

2. OPTIMIZACION HIDRAULICA DEL PROYECTO

Cuando se realiza un diseo de drenaje, es sabido que el diseador, puede planificar su propuesta contestando las siguientes preguntas:

De dnde viene el agua? Cunto es el caudal a evacuar? Cmo atrapo el flujo generado? Cmo conduzco el flujo a evacuar? Dnde deposito el flujo?

Buscando la optimizacin del sistema de drenaje pluvial de la ciudad de Juliaca, pero teniendo en cuenta que se trata de una obra bajo ejecucin y no de un diseo nuevo, se ha considerado solo la pregunta: Cmo conduzco el flujo a evacuar?, la que se puede intervenir, para tal fin se ha considerado conveniente que se revise el diseo hidrulico presentado.

La optimizacin propuesta consiste en el cambio de drenes tipo marco de concreto por tuberas PVC. Al optimizar el funcionamiento de los drenes replanteando con tuberas de PVC, las cuales poseen una menor rugosidad que el concreto (nPVC = 0.010 y nconcreto = 0.015), permite mayores velocidades capaces de cumplir una funcin de auto-limpieza.

2.1 DIMENSIONAMIENTO HIDRAULICO DE TUBERIAS PVC

Se busca una nueva seccin para los canales de desfogue, una seccin ms adecuada desde el punto vista de la eficiencia hidrulica y del procedimiento constructivo.

Se dice que una seccin es de mxima eficiencia hidrulica cuando para la misma rea, pendiente y calidad de paredes deja pasar un gasto mximo. O bien, es aquella que para el mismo gasto, pendiente y calidad de paredes tiene un permetro mnima.Partiendo de la ecuacin de Manning:

Obteniendo al despejar rea:

Como en un canal dado, Q, n y S son constantes:

Partimos entonces de la definicin de M.E.H que para la misma rea se tiene el permetro mnimo. En consecuencia la seccin de mxima eficiencia hidrulica es la semicircular, pues es la figura geomtrica que mejor cumple estas condiciones: abarca una mayor cantidad de rea (y por lo tanto, un mayor volumen de gasto) para un valor de permetro mnimo.

Al determinar que una seccin hidrulica circular es mejor para este tipo de problemas, se opt por decidir en reemplazar algunos tramos de la red de drenaje proyectado, por tuberas, las cuales tienen forma circular y que funcionaran como canal con una rugosidad menor a la que ofrece el concreto (rugosidad de Manning de tubera: 0.010) y que por lo tanto compensa la falta de velocidad de auto limpieza producto de las pendientes muy bajas.

En todos los casos el diseo hidrulico de las tuberas debe hacerse considerndolo como canal abierto (flujo a superficie libre), por lo que debe existir siempre un borde libre adecuado. En aquellos tramos en donde el dimensionado del tubo PVC demande dimetros que sobresalgan de la cota del pavimento, debe pensarse en un dren conformado por dos tuberas PVC en paralelo.

Recalcar adems que los colectores de aguas pluviales (drenes) deben tener un dimetro mnimo de 0.45 m por recomendacin de la norma vigente de Drenaje Pluvial Urbano.

Figura 2. Dimetro mnimo de tubera segn Norma OS. 060 Drenaje Pluvial Urbano.

Los clculos hidrulicos en los tramos donde es posible proyectar las tuberas y en donde adems la informacin proporcionada es adecuada, se muestra en las siguientes tablas:

Tabla 2. Clculos hidrulicos con tuberas Sector A.

Tabla 3. Clculos hidrulicos con tuberas Sector B.

Tabla 4. Clculos hidrulicos con tuberas Sector C.

Tabla 5. Clculos hidrulicos con tuberas Sector D.

Tabla 6. Clculos hidrulicos con tuberas Sector E.

El ingreso de la escorrenta hacia los drenes debe ser a travs de los sumideros o registros los cuales deben estar debidamente protegidos con rejillas que atrapen basura o material no deseable antes de que ingresen a los drenes. Las tuberas de PVC propuestas funcionaran como canal cerrado y adems estarn embebidas de concreto por lo que el ingreso de basura a la canalizacin tras una fuerte lluvia ser en menor medida que si fuese a canal abierto como se proyecta en el expediente tcnico.

El ingreso de lodo y sedimentos provenientes de la calzada sin pavimentar de la ciudad de Juliaca es indiferente a si se mantiene los drenes abiertos o con las tuberas cerradas de PVC.

La pavimentacin de las calles debe realizarse. Mientras la recomendacin anterior no se efectu, no se puede garantizar el correcto funcionamiento del sistema de drenaje. Si se puede afirmar que con las tuberas de PVC se lograr mayores velocidades para la autolimpieza y la no sedimentacin en los drenes.

Con la optimizacin propuesta para el nuevo sistema de drenaje (ver recomendacin del tem 1.2), y con el fin de no generar ms controversias y concretar finalmente la construccin del proyecto, puede dejarse de lado las diferencias entre los clculos hidrulicos, planos y metrados y volver a realizarlos ya con la solucin propuesta.

Tal como se ver ms adelante, la solucin propuesta ser en su mayora con partidas existentes, por lo que no ser necesaria la apertura de nuevas partidas.

3. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

El Proyecto original dispone de tramos con pendiente bastante planos o suaves que originan velocidades bajas y que a la vez propiciara la sedimentacin; situacin que se agrava debido a las condiciones naturales de la poblacin. El uso de una seccin circular (tuberas PVC) favorece el incremento de la velocidad sin restar capacidad de conduccin. La solucin ms efectiva desde el punto de vista ingenieril para el mejorar performance del sistema de drenaje, sea cual sea la solucin a adoptarse, y necesario adems para mejorar la calidad de vida de los pobladores, es la pavimentacin correcta de sus calles (calzadas y bermas).

Conclusin Final.- El cambio de seccin hidrulica, favorece desde el punto de vista hidrulico, ya que aumenta la velocidad y disminuye el peligro de sedimentacin.

Informe Tcnico: Optimizacin Hidrulica del Proyecto de Drenaje de la ciudad de Juliaca - Puno. 11