Tratamiento de Aguas Servidas del Río Motatán, Ingeniería de Detalle, Drenaje y Protección Contra Inundación

República Bolivariana de Venezuela

Ministerio del Ambiente y de los Recursos Naturales (MARN)

Caracas, Venezuela

TRATAMIENTO DE AGUAS SERVIDAS DEL RÍO MOTATÁN

Contrato MARN No. DGI-DC-99-OBR-2002-TR-529

Ingeníeria de DetalleDrenaje y Protección Contra

Inundación

Mayo 2002

Doc. No. 013802-VT07-41EM-IBT0003 REV 00

D:\Mis documentos\Datos\BK\ING MAURICIO VICTORIA\INGENIERIA\PROYECTOS ALCANTARILLADO\PROYECTO VZLA LARA\VT07\Informe Drenaje y Proteccion Contra Inundacion. Rev00\013802-VT07-41EM-IBT0003 REV.00 Informe Drenaje y Protección.doc Tratamiento de Aguas Servidas del Río Motatán

INGENÍERIA DE DETALLE

DRENAJE Y PROTECCIÓN CONTRA INUNDACIÓN

MAYO 2002 PROYECTO: TRATAMIENTO DE AGUAS SERVIDAS DEL RÍO MOTATÁN

Contrato MARN No. DGI-DC-99-OBR-2002-TR-529 CLIENTE: REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA

MINISTERIO DEL AMBIENTE Y DE LOS RECURSOS NATURALES (“MARN”)

Preparado por: Verificado por: Ing. Mauricio Victoria Ing. Gilles Marchi Hidráulica Hidráulica Ing. Luis Long Ing. Adel Zaki Estructura Estructura Ing. Abdel Majid Benabess Ing. Jack Rothert Jefe de Ingeniería de Plantas Director de Proyectos

CONTENIDO


1. INTRODUCCIÓN 1-2

1.1 Contenido de la presente memoria descriptiva 1-2

2. DISEÑO HIDRÁULICO 2-2

2.1 Criterio de Diseño 2-2 2.1.1 Drenaje de las aguas pluviales 2-2 2.1.2 Protección contra las inundaciones del río 2-4 2.1.3 Recubrimiento de los canales y del talud del dique Oeste 2-6 2.2 Resultados de Diseño 2-8 2.2.1 Canal principal 2-8 2.2.2 Alcantarilla Secundaria 2-11 2.2.3 Alcantarilla Intermedia 2-15 2.2.4 Red de Drenaje Interna 2-17 2.2.5 Protección contra inundaciones 2-18 2.3 Especificaciones Técnicas 2-18 2.3.1 Recopilación de la naturaleza del recubrimiento de los canales de drenaje

principales y obras de protección 2-18 2.3.2 Especificaciones de Gavión tipo colchón 2-19 2.3.3 Gavión tipo caja 2-24 2.3.4 Geotextil no tejido 2-28 2.3.5 Material Pétreo para el relleno de colchones y gaviones 2-30 2.3.6 Estructuras en Concreto 2-30 2.3.7 Llenos compactados 2-31 2.4 Especificación técnica para ejecución de gaviones 2-32 2.4.1 Actividades generales para la construcción de estructuras en gaviones 2-32 2.4.2 Consideraciones técnicas sobre gaviones. 2-34 2.4.3 Material de relleno 2-34 2.4.4 Equipo 2-34 2.4.5 Personal 2-35 2.4.6 Procedimiento para la ejecución 2-35

3. CRITERIOS DE DISEÑO DE ESTRUCTURAS 3-2

3.1 Introducción 3-2 3.2 Alcance, Códigos y Manuales 3-3 3.3 Cargas para el Diseño 3-5 3.4 Combinaciones de cargas 3-7 3.5 Esfuerzos ó coeficientes de trabajo 3-8 3.6 Estudios Geotécnicos 3-9 3.7 Diseño Estructural 3-9 3.7.1 Concreto Armado 3-9 3.7.2 Acero Estructural 3-10 3.7.3 Pernos 3-11 3.7.4 Soldadura 3-11

Código del Documento

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INGENÍERIA DE DETALLE - DRENAJE Y PROTECCIÓN CONTRA INUNDACIÓN


CAP I

INTRODUCCIÓN


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1. INTRODUCCIÓN

1.1 Contenido de la presente memoria descriptiva

Para tener cuenta del cronograma provisional de la construcción para asegurar una coordinación entre la fase ingeniería y la fase construcción, la ingeniería de detalle de las obras de la planta de tratamiento de las aguas servidas de Valera esta elaborada en siete partes:

Pretratamiento (VT01),

Lagunas (VT02),

Clorinación (VT03),

Lechos de secado de lodos (VT04),

Edificio de servicios (VT05),

Arreglo externo (VT06),

Drenaje y protección contra inundación (VT07).

Cada parte contendrá las memorias descriptivas, las especificaciones técnicas y los planos de construcción de todas las disciplinas, particularmente: proceso, hidráulico, estructura, arquitectura, electricidad y instrumentación y control, elaborados por los especialistas respectivos del equipo de la ingeniería.

La presente memoria se refiere al drenaje y protección contra inundaciones (VT07), y esta compuesta de las obras siguientes:

Tres canales de drenaje de aguas de lluvia,

Una protección por colchones del dique ueste contra las inundaciones del río Motatán,

Canales afluentes,


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Este documento consta de los siguientes capítulos:

1. La presente Introducción.

2. Diseño Hidráulico

2.1 Base de Datos

Para la determinación de los caudales de diseño de las obras de drenaje y de protección contra inundación. Los objetivos a ser alcanzados y los criterios de concepción y de diseño.

Se relacionan también en este capítulo los cálculos hidrológicos realizados para determinar la “mancha de inundación”, a fin de poder ubicar y diseñar las obras especiales y estructuras de protección de la planta de tratamiento contra crecidas del Río Motatán.

2.2 Criterios y Resultados de Diseño.

Comprende la exposición de los resultados de diseño obtenido para los canales de drenaje y las obras de protección contra inundaciones del río Motatán

. 2.3 Especificaciones Técnicas.

Se establece la normatividad y calidad de los materiales a ser utilizados en la construcción de los canales de drenaje y obras de protección.

2.4 Especificaciones Técnicas para la ejecución de gaviones

Métodos constructivos y generalidades de campo en la instalación y llenado de los gaviones.

3. Diseño Estructural


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Se establecen aquí los cálculos estructurales de las obras de disipación y del box-culvert así que las especificaciones técnicas del concreto armado, del acero estructural, de los pernos y de las fundaciones.

Se adjuntan al presente informe 20 planos y 6 anexos de los cuales sus listas respectivas son:


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DISEÑO HIDRÁULICO: LISTA DE PLANOS

Código Titulo 013802-VT07-41DD-0001 Canal Principal y Afluentes – Planta y Perfil 013802-VT07-41DD-0002 Canal Principal y Afluentes – Planta, Perfil y

Detalles. 013802-VT07-41DD-0003 Canal Principal y Afluentes – Obras de Entrega y

Protección – Planta, Secciones y Detalles. 013802-VT07-41DD-0004 Canal Principal y Afluentes – Detallas de curvas –

Planta, Secciones y Detalles. 013802-VT07-41DD-0005 Obras de Protección contra Inundación – Enrocado

Dique Oeste – Planta, Secciones y Detalles 013802-VT07-41DD-0006 Canal Secundario y Afluentes – Planta y Perfil 013802-VT07-41DD-0007 Canal Secundario y Afluentes – Planta, Perfil y

Detalles. 013802-VT07-41DD-0008 Canal Intermedio y Afluentes – Planta y Perfil 013802-VT07-41DD-0009 Canal Intermedio y Afluentes – Planta, Perfil y

Detalles. 013802-VT07-41DD-0010 Obras de Protección contra Inundación – Enrocado

Dique Oeste – Planta, Secciones y Detalles 013802-VT07-41DD-0011 Cunetas de drenaje –Perfil y Detalles 013802-VT07-41DD-0012 Planta – Drenaje del Edificio de Servio


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ANEXOS

Anexo 2.1 Cálculos del caudal del río Motatán y de los canales (extracto de la memoria descriptiva de la ingeniería de detalle de los colectores)

Anexo 2.2 Criterios de Calculo Hidráulico e Hidrológico Anexo 2.3 Actualización de los cálculos de la mancha de

inundación y diseño de las obras de protección del dique oeste

Anexo 2.4 Cálculos de diseño Hidráulico de las alcantarillas de

drenaje

DISEÑO ESTRUCTURAL:

LISTA DE PLANOS

Código Titulo

013802-VT07-43DD-0001 Canal principal - cascada disipadora – Planta y secciones

013802-VT07-43DD-0002 Canal principal - cascada disipadora – Acero de

refuerzo. 013802-VT07-43DD-0003 Canal principal - cascada disipadora – Detalles. 013802-VT07-43DD-0004 Canal secundario – Box culvert y – Planta, Secciones

y Detalles. 013802-VT07-43DD-0005 Canal intermedio – Box culvert V – Planta,

Secciones, y Detalles 013802-VT07-43DD-0006 Canal principal Puente – Detalles


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013802-VT07-43DD-0007 Canal principal - Puente – Planta envigado – Detalles

013802-VT07-43DD-0008 Canal intermedio – Toma – Cabeza de Drenaje – Via

de Salida.

ANEXOS

Anexo 3.1 Obra de disipación de la alcantarilla principal Anexo 3.2 Box culvert de la alcantarilla intermedia


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CAP II

DISEÑO HIDRÁULICO


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2. DISEÑO HIDRÁULICO

2.1 Criterio de Diseño

2.1.1 Drenaje de las aguas pluviales

El sitio de la planta de tratamiento está dominado aguas arriba por la presencia de 3 cuencas vertientes cuyas características hidrológicas son presentadas en la tabla abajo y esquematizadas en la pagina siguiente:

Fosa Superficie (ha) de la

cuenca Caudal (T = 100 años)

m3/s Alcantarilla principal 142.97 47.4

Alcantarilla secundaria 8.42 5.31 Alcantarilla intermedia 4.69 2.96

Los cálculos hidrológicos de donde resultan los resultados arriba mencionados son ampliamente detallados en el Anexo No 2.1 extracto del reporte de la memoria descriptiva de la ingeniería básica de los colectores de Valera (27-04-01).

A fin de proteger las obras de la planta de los riesgos de inundación y de degradación que pueden ser causadas por las aguas de escorrentía superficial, las aguas de las tres vertientes serán canalizadas bajo la forma de canales a partir de los cuales un sistema de drenaje superficial de todo el sitio de la planta será ramificado.

Las aguas serán drenadas y encaminadas directamente hacia el río Motatán. Todas las obras de Pretratamiento, Edificio de servicio y el pie de los diques serán dotados de canales de drenaje que desembocaran sobre alguno de los tres grandes canales y cunetas.

Además, durante el periodo de los trabajos de nivelación de terreno de las lagunas y de la colocación de las geomembranas, el sistema de drenaje asegurará el papel de barrera contra las infiltraciones continuas de las aguas afluentes que pueden


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generar un eventual aumento del nivel de agua freático y por consiguiente mas


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complicaciones constructivas para el acabado de las lagunas (ver las recomendaciones geotécnicas, memoria descriptiva de la ingeniería básica).

Los tres canales principales de drenaje deberán construirse al principio de la fase de construcción de la planta de tratamiento a efecto de proteger las obras durante la construcción y después durante el funcionamiento de las instalaciones.

2.1.2 Protección contra las inundaciones del río

En virtud de que tres subcuencas contribuyen al río Motatán se adoptó como caudal máximo la resultante de la superposición de los tres hidrógramas de cada subcuenca (Escuque, Motatán y Momboy), de la superposición de los hidrógramas de las subcuencas resulta un hidrógrama total, y el caudal pico de este hidrógrama es el máximo valor resultante de dicha superposición, para determinar el caudal pico y su influencia sobre las estructuras de entrega del canal principal de drenaje en su confluencia con el río Motatán y determinar el grado de protección.

Una vez obtenido el caudal pico asociado a un periodo de retorno dado se procedió a determinar el nivel máximo de crecida para las secciones seleccionadas obteniéndose los valores de 345.80, 345.93, 346.06 y 346.10 m3/seg. para los periodos de retorno correspondientes de 10, 25, 50 y 100 años al nivel del sector La Suiza.

El diseño y el posicionamiento de las obras de tratamiento han sido concebidos todos teniendo en cuenta la altura de las aguas del río Motatán para una crecida centenaria que ha estado definida en el marco de la memoria descriptiva de la ingeniería detallada, de los colectores (ver Anexo No 2.1). Sin embargo, el calculo de la mancha de inundación a lo largo de la planta de tratamiento ha sido revisado y detallado en el marco de la presente ingeniería de detalle, sobre la base del cual, el diseño precisa de la parte del talud del dique Oeste, que se ve afectado por las crecidas de una frecuencia de 100 años del río Motatán. (Ver anexo No. 2.2) Así, un levantamiento topográfico detallado del rió a lo largo del sector La Suiza, ha permitido definir con precisión la mancha de inundación y la verificación de la distribución de las lagunas de manera de evitar las zonas susceptibles de ser


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afectadas por inundaciones. La tabla siguiente presenta los niveles máximos alcanzados, calculados para las tres secciones seleccionadas, detectando que una porción del dique Oeste (1.54 m) se vería expuesto a una sobre elevación del río Motatán en virtud de lo cual se ha diseñado las respectivas obras de protección.

SECCION (1) AGUAS ABAJO



NIVEL (m.s.n.m)

341.19 343.50 346.13 Río Motatan (Tr=100 años)349.50 349.74 350.60 Tope Dique Oeste 341.70 342.00 347.99 Pie Dique Oeste

Ver ubicación de las secciones en el plano No. 013802-VT08-41DD-0005

La longitud de la zona afectada es de 351.0 m. con una altura máxima esperada de 1.50 m. (nivel del agua en el río – nivel del pie del talud). Los cálculos de la zona afectada está exhaustivamente presentada en el anexo No 2.3 Entonces, para la protección de las obras, las disposiciones siguientes han sido previstas

Los diques periféricos situados al Oeste del río han sido, en la medida de lo posible, localizados al exterior del cauce de inundación anual.

Los taludes externos del dique Oeste serán dotados de una dispositivo de

protección en gaviones tipo colchoneta y reforzados con contrafuertes cada 26 m.

Obstáculos en gavión tipo caja en ángulo de entrega (hidrodinámico) será

previstos en el borde de la alcantarilla principal para calibrar el lecho del río en período de crecida y evitar que el lecho del río sea modificado hacia el interior del sitio de la planta.

Una densificación de la vegetación (bambú, árboles, etc.) será prevista a lo

largo de la ribera del río para reducir la rapidez (energía cinética) de las crecidas y estabilizar el suelo.

Es de mencionar también que el canal principal, ubicado al Sur del Sistema de Tratamiento, jugará un papel de barrera contra la propagación de las ondas (cinemática) durante repuntes excepcionales de las aguas del río Motatán.


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2.1.3 Recubrimiento de los canales y del talud del dique Oeste

Los tres canales que atraviesan el área destinada a la construcción de la planta de tratamiento de aguas residuales drenan la cuenca ubicada entre la autopista (La Suiza) y el área de Carvajal, la cuenca esta caracterizada por una fuerte pendiente en su tramo medio, y tiene una dirección este – oeste. La zona inicial drena sus aguas salvando el obstáculo que representa la autopista por medio de tres estructuras de drenaje existentes.

Dada las características de la cuenca: la fuerte pendiente, la baja cobertura vegetal y las condiciones geomorfológicas, hacen que las aguas de escorrentía superficial transporten material pétreo de gran tamaño (>500 mm). Así, árboles, y grandes depósitos de material de arrastre y sedimentos están depositados a lo largo del trazado de los tres cauces entre la autopista y el río Motatán lo que manifiestan la fuerza y magnitud de las aguas.

El trazado de las alcantarillas inicia en las obras de drenaje existentes de la autopista desviando y conduciendo las aguas hacia el río Motatán.

Dada la topografía del área en donde se construirán los canales de drenajes de aguas lluvias se hace necesario vencer grandes desniveles originando la necesidad de rápidos o de caídas que deben absorber en los tramos de pendiente suave la energía cinética que adquieren las aguas al caer abruptamente, por lo cual los tres canales están equipadas con disipadores de energía (bloques de impacto) en sus respectivos tramos iniciales.

Tres opciones han sido estudiadas para el recubrimiento de los canales:

Concreto armado Piedras sueltas o enrocado (Rip-Rap) Gaviones

La primera alternativa ha sido descartada del analisis en virtud de los costos elevados. Un predimensionamiento de las dos ultimas opciones ha sido hecho (ver anexo No 2.4: Calculos hidraulicos – Analisis de alternativas de recubrimiento).


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El recubrimiento de los canales en “gaviones” ha sido seleccionado por las siguientes razones:

Solicitaciones de velocidad media a las cuales será sometida las secciones hidráulicas.

Menor volumen de excavación por metro lineal.

Menor área de recubrimiento.

El menor volumen de material pétreo y de más pequeño tamaño

Rapidez de instalación y economía de mano de obra

Impermeabilización mas alta y reducción del riesgo de crecimiento del nivel freático debajo de las lagunas por infiltración a partir de los canales durante la construcción.

Disponibilidad de piedras D50 = 110 mm en el terreno del sitio o llegado el caso en las carreteras cercanas, al contrario de las piedras de ripirap D50 = 267 mm.

La utilización de un revestimiento flexible tipo gavión a base de piedras colocadas con resguardo asume entonces una particular importancia en consideración de las dimensiones de la obra y las cantidades de materiales a emplear.

Por otro lado, las mismas reflexiones han sido hechas para la protección del dique Oeste y ha conducido también a un recubrimiento de tipo colchón.


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2.2 Resultados de Diseño

2.2.1 Canal principal

El canal principal lo componen las obras siguientes (de aguas arriba hacia aguas abajo):

Estructura de disipación. Una curva hacia la derecha y una curva hacia la izquierda de 100 m de radio

de curvatura cada una. Obras de entrega y de protección.

2.2.1.1 Estructura de disipación de Energía

Al inicio del trazado del canal principal una estructura de disipación hidráulica esta prevista para reducir la velocidad del agua a la salida de la alcantarilla existente (7.5m/s).

El primer y segundo escalones se han proyectado como caída supercrítica y los demás como régimen subcritico, teniendo las dimensiones establecidas en el siguiente cuadro:

DESCRIPCIÓN UNIDAD CANTIDAD Altura unitaria de salto m. 0.60

Ancho del salto m. 10.0 Longitud de huella escalones iniciales

(régimen supercrítico) m. 3.35

Numero de saltos UND 7.0 Longitud de huella escalones secuentes

(régimen subcritico) m. 5.40

La función de la estructura de disipación es absorber, en los tramos de pendiente suave, la energía cinética que adquieren las aguas al caer abruptamente por encima de cada escalón, se ha contemplado el uso de muretes y tacos intermedios


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como los de una cámara disipadora en concreto de 0.40 m de ancho por 0.20 m de alto, la función combinada de tacos y murete, podrá contener adicionalmente las piedras de gran tamaño protegiendo las mallas de gavión ubicadas aguas abajo.

La profundidad aguas arriba de la caída es mayor que la critica, para que el borde de la misma caída se propicie la sección de control correspondiente.

Es de resaltar que los colectores interceptores de Valera y Carvajal Oeste van a atravesar la obra de disipación respectivamente por superficial y subterráneamente. Las dos tuberías de secciones respectivas 36” PEAD y 16” PVC, estarán recubiertas (embebidas) en concreto de 3000 PSI.

Para el interceptor de Valera (36”) dos bocas de visita están previstas antes y después de atravesar la estructura de disipación. Para el interceptor de Carvajal Oeste (16”) la desviación hacia la obra de pretratamiento estará asegurada por dos codos (mitered ell) y una “YEE” (mitered lateral) para mantenimiento y limpieza.

2.2.1.2 Trazado del Canal Principal

El trazado del canal principal toma en cuenta la ubicación de los lechos de secado, de las lagunas adaptándose a las condiciones topográficas. El canal en su recorrido posee dos puntos de giro con un radio de curvatura de 100 m cada uno.

La sobre elevación de las aguas esperada en la parte externa de las curvas será aproximadamente de 20.0 cm para lo cual se ha previsto una protección adicional basado en gaviones (colchón reno) en la parte externa de las curvas y en toda la longitud de giro mas una protección adicional aguas abajo de 34 m previendo el fenómeno de ondas cruzadas.

Se ha verificado de igual forma la estabilidad del recubrimiento del canal con un factor de seguridad (esfuerzos cortantes) de 1.26 para las zonas rectas y 1.20 para las zonas curvas.


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El canal principal corresponde al eje de drenaje central (47.4m3/s) de un sistema ramificado que recibe aportes tributarios del canal de drenaje intermedio (2.96m3/s), las cunetas de drenaje del dique Sur y Este de las lagunas, así como tan bien las cunetas de drenaje de los lechos de secado y el canal de rebose del pretratamiento.

Un puente de acceso en el canal principal y ubicado en la zona comprendida entre las lagunas y los lechos de secado esta previsto a efecto de permitir el transito de vehículos de mantenimiento y supervisión entre los anteriores sectores durante el periodo de secado del lodo (operación prevista en la Fase 2.)

Las características y dimensiones más relevantes del canal principal están resumidas en el cuadro siguiente, los cálculos hidráulicos están exhaustivamente detallados en el Anexo No 2.4.

Longitud total del canal (m) 445.64 Tipo de sección hidráulica Trapezoidal

Ancho inferior (m) 2.50 Ancho superior (m) 9.54

Angulo de inclinación de taludes (Grad.) 26.57° (1:2) Velocidad media de flujo (m/s) 4.46

Régimen de flujo Supercrítico Área de flujo (m2) 10.63

Profundidad normal de flujo (m) 1.76

De igual forma las características del material de relleno y las dimensiones del recubrimiento tipo Gavión (colchoneta) del canal principal están resumidas en el cuadro siguiente:

D50 piedras de relleno (mm) 110

Dimensión piedras de relleno (mm) 70-150 Tipo de malla (mm x mm) 6 x 8

Largo (m) 11.0 Ancho (m) 2.0 Espesor (m) 0.17 Área (m2) 22.0

Numero de celdas 11.0 Diámetro del alambre malla (mm) 2.0 Diámetro del alambre borde (mm) 2.4 Diámetro del alambre amarre (mm) 2.0


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2.2.1.3 Obra de Entrega

La entrega del canal principal en el río Motatán se ha protegido con una obra de protección en gaviones.

Las aguas drenadas por el canal principal son descargadas en un brazo del río Motatán ubicado a 15 m del mismo entre el dique oeste y el cauce principal el cual posee una longitud de 450 m. Para luego este brazo entregar sus aguas en la confluencia con el Motatán al Norte de la planta de tratamiento.

Se resalta que la obra de entrega esta localizada por fuera del área de influencia de la mancha de inundación, sin embargo, y por medidas de seguridad, se ha dispuesto una protección longitudinalmente al canal y en una longitud de 26 m en su lado sur.

Las características y dimensiones más relevantes de la obra de entrega, están resumidas en el cuadro siguiente, los cálculos se encuentran detallados en el anexo No 2.4.

PARÁMETRO CANTIDAD

Longitud de transición (trapezoidal a rectangular)

20.0 m

Longitud obra de entrega 25.85 m. Tipo de sección hidráulica Rectangular

Ancho útil 10.0 m. Altura 2.0 m.

Longitud de la sección protegida contra niveles de excedencia

26.0 m.

2.2.2 Alcantarilla Secundaria

2.2.2.1 Estructuras de Disipación de Energía

Se han contemplado tres (3) estructuras de Disipación de energía para el canal


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secundario, las dos primeras se localizan al inicio del trazado del canal, y la ultima en la confluencia del canal secundario con el cauce de drenaje natural localizado al norte de la planta de tratamiento.

a.) Estructura de disipación por incremento de resistencia

La primera estructura de disipación es de tipo interno y se encuentra localizada en el box-culvert a la entrada del sistema de drenaje secundario, su función es incrementar la rugosidad interna del culvert con elementos tipo bafles ubicados en la parte baja de la alcantarilla disminuyendo las velocidad de aproximación a la estructura de caída localizada aguas abajo, el diseño ha considerado las recomendaciones y metodología descrita por la FHWA2 para lo cual se ha utilizado un programa de calculo.

Las características y dimensiones más relevantes de la estructura de disipación por incremento de resistencia, están resumidas en el cuadro siguiente, los cálculos se encuentran detallados en el anexo No 2.4.

DESCRIPCIÓN UNIDAD CANTIDAD Velocidad inicial sin disipador m/s 3.383

Velocidad de salida con disipador m/s 2.061 Espaciamiento entre elementos m 0.563

Altura elementos iniciales m 0.113 Altura elementos secundarios m 0.056

b.) Estructura de disipación por caída

A la salida de la alcantarilla secundaria una estructura de disipación hidráulica por caída (torrentera) esta prevista, el primer y segundo escalón se han proyectado como caída supercrítica y los demás como régimen subcritico, teniendo las dimensiones establecidas en el siguiente cuadro:

1Normann, J.M., Hydraulic Aspects of Fish Ladder Bafles in Box Culverts, Preliminary FHWA Hydraulics Engineering Circular, Jan.1974


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Ancho del salto m. 3.0 Longitud mínima de huella régimen

supercrítico m. 2.0

Numero de saltos UND 4 Longitud mínima de huella régimen

subcritico m. 6.0

La función de la estructura de disipación por caída es absorber, en los tramos de pendiente suave, la energía cinética que adquieren las aguas al caer abruptamente por encima de cada escalón, se ha contemplado el uso de muretes finales como los de una cámara disipadora en gavión de 0.50 m de alto, la profundidad aguas arriba de la caída es mayor que la critica, para que el borde de la misma caída se propicie la sección de control correspondiente.

c.) Estructura de disipación de Energía por RipRap (Enrocado)

La ultima estructura de disipación se encuentra localizada a la salida del sistema de drenaje secundario sobre la entrega del canal natural localizado al norte de la planta de tratamiento, consiste en un lecho de rocas sueltas de diámetro 200 mm, cuyo fin es permitir que el agua alcance la velocidad y profundidad características del cauce natural, impidiendo la socavación del mismo, para él calculo del enrocado se ha aplicado la metodología descrita por la FHWA3 para lo cual se ha utilizado un programa de calculo.

Las características y dimensiones mas relevantes de la estructura de disipación por RipRap, están resumidas en el cuadro siguiente, los cálculos se encuentran detallados en el anexo No 2.4.

3 U.S.A DEPARTAMENT OF TRANSPORTATION, FEDERAL HYGHWAY ADMINISTRATION, Hydraulic desing of energy dissipators for culverts and channels. Hydraulic Engineering Circular 14. Washington, 1975.


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DESCRIPCIÓN UNIDAD CANTIDAD Tamaño del material pétreo (D50) mm 200.0

Longitud total del enrocado m 7.58 Longitud de la piscina m 5.42

Longitud extremo aguas abajo m 2.16 Profundidad m 0.43

Talud del enrocado 1:Z 2.0

2.2.2.2 Trazado

El trazado del canal secundario toma en cuenta la ubicación de las lagunas adaptándose a las condiciones topográficas y del (trazado de quebrada existente), conduciendo las aguas lluvias (5.31m3/s) en 630 m desde la alcantarilla que atraviesa el eje vial hasta el río Motatán. Los 290 m aguas arriba estarán recubiertos con colchones para mejorar la protección del dique este de la laguna 1.2 los 340 m aguas abajo el cual representa la alcantarilla existente. La capacidad de esta ultima es generalmente suficiente para asegurar el transito de las aguas sin un desbordamiento mayor. Sin embargo, para el fortalecimiento de algunos tramos se recomienda un dique de protección de 1 m de altura y 5m de ancho logrando el canal existente, ubicando entre el dique norte de las laguna y dicho canal, para jugar el papel de barrera contra un eventual de desbordamiento. En la plataforma del dique está previsto sembrar una fila de arboles Nym (azadirachita indica) ver especificaciones en los anexos de la Memoria Descriptiva del Arreglo Externo, así como la cerca de cyclón. Para evitar un eventual peligroso cambio del trazado del canal existente visto la naturaleza aluvionaria del suelo, ningúna limpieza ú arreglo de la sección existente está previsto.

Una alcantarilla de cajón en concreto (box-coulvert) ha sido considerada para el cruce del canal secundario y la vía de acceso a las instalaciones generales de la planta de tratamiento, la alcantarilla ha sido diseñada para trabajar parcialmente llena y tiene una sección hidráulica de 2.0 x 2.0 (m).


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Se ha considerado la estabilidad del revestimiento con referencia a la velocidad media, determinando la tensión tangente sobre el revestimiento y comparando este resultado con la velocidad critica para el revestimiento correspondiente.

Las características hidráulicas (F =100 años) y las dimensiones constructivas más relevantes del canal secundario están resumidas en el cuadro siguiente, los cálculos hidráulicos están presentados en el anexo No 2.4.

Longitud total del canal (m) 180.0 Tipo de sección hidráulica Trapezoidal

Ancho inferior (m) 2.00 Ancho superior (m) 3.37

Angulo de inclinación de taludes (Grad.) 45° Velocidad promedia de flujo (m/s) 3.88

Régimen de flujo Supercrítico Área de flujo (m2) 1.85


2.2.3 Alcantarilla Intermedia

2.2.3.1 Tramo en Terreno Natural

El primer tramo de 62.50m, a partir de la salida de la alcantarilla existente (autopista), estará solamente limpio, arreglado y perfilado según el diseño presentado en el plano 013802-VT07-41DD-0009.

2.2.3.2 Estructura de disipación de Energía

Dada la topografía del área en donde se construirá el canal de drenaje intermedio de aguas lluvias se hace necesario vencer grandes desniveles originando la necesidad de caídas (torrenteras) que deben absorber en los tramos de pendiente suave la energía cinética que adquieren las aguas al caer abruptamente por encima de los escalones, la estructura de disipación se localiza desde la progresiva


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0+71.65 hasta la 0+160.00.

2.2.3.3 Trazado

El trazado del canal intermedio (0+160.00 – 0+331.00) toma en cuenta la ubicación de las lagunas adaptándose a las condiciones topográficas y del entorno general del sistema de tratamiento, conduciendo las aguas lluvias (2.96 m3/s) desde la alcantarilla que atraviesa el eje vial hasta su confluencia con el canal principal de drenaje del cual es tributario.

Una alcantarilla de cajón en concreto (box-culvert) ha sido considerada para el cruce del canal intermedio y la vía de acceso (terraplén) que va del pretratamiento al dique este del sistema de lagunas, la alcantarilla ha sido diseñada para trabajar

parcialmente llena y tiene una sección hidráulica de 1400 x 3000 mm. con una longitud total de 14.0 m.

Las características hidráulicas (F = 100 años) y las dimensiones constructivas más relevantes del canal intermedio están resumidas en el cuadro siguiente, los cálculos hidráulicos están exhaustivamente detallados en el anexo No 4.

Longitud total del canal (m) 171.0 Tipo de sección hidráulica Rectangular

Ancho inferior (m) 2.0 Material de revestimiento Concreto Profundidad critica (m) 0.61

Velocidad media de flujo (m/s) 2.27 Régimen de flujo Subcritico Área de flujo (m2) 1.30



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De igual forma las características más relevantes de la estructura de disipación del canal intermedio están resumidas en el cuadro siguiente:

2.2.4 Red de Drenaje Interna

El pie de los taludes externos de los diques, la plataforma del pretratamiento, la plataforma de los lechos de secado así como las áreas externas del edificio de servicio están dotadas de cunetas de drenaje naturales, sin recubrimiento y de forma trapezoidal de próximamente 50 cm de fundo que aseguraran la evacuación de las aguas lluvias directamente hacia alguno de los tres grandes canales de drenaje presentados anteriormente.

El cuadro siguiente presenta resumidas las características, dimensiones y secciones de dichas cunetas que representan la red de drenaje secundaria.

CUNETA LOCALIZACIÓN LONGITUD (m.)

N4 Pretratamiento 100 N1 Dique Este-Norte 330.47 N2 Dique Este-Sur 255.54 N3 Dique Sur 190.14 N5 Lechos de secado 367 N6 Edificio de Servicio 90.49


Ancho del salto m. 2.00 Longitud mínima de huella régimen

supercrítico m. 2.00

Numero de saltos UND 21.00 Longitud de mínima régimen

subcritico m. 3.00


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2.2.5 Protección contra inundaciones

El talud de los diques oeste, norte y sur estarán protegidos por un recubrimiento de gaviones, la altura del recubrimiento toma en cuenta los niveles máximos calculados para la mancha de inundación. La zona realmente afectada por la inundación (F = 100 años) es de 150 m. Sin embrago, una protección de 350m, representando todo el dique oeste está provisto con colchones fortalecido por gaviones.

Una densificación y reforestación vegetal (en bambú) estará también prevista a lo largo de la margen derecha del río Motatán a fin de consolidar la capa vegetal y reducir la velocidad del agua en caso de inundación.

2.3 Especificaciones Técnicas

2.3.1 Recopilación de la naturaleza del recubrimiento de los canales de drenaje principales y obras de protección

El recubrimiento en gavión de los canales principal, secundario e intermedio así como sus obras complementarias de protección se regirá de acuerdo a las especificaciones técnicas (malla, alambre, amarre y atirantamiento) a continuación detalladas, el tipo de gavión y sus características más relevantes por canal de drenaje se resume en el siguiente cuadro.

CANAL TIPO DE GAVION MALLA

CANAL PRINCIPAL

Canal Trapezoidal: Colchón Reno e=17 cm 6x8 Transición rectangular-trapezoidal: Colchón Reno 6x8

Gavión caja 1.00 m altura 8x10 Gavión caja 0.50 m altura 8x10

Obra de entrega: Gavión caja 1.00 m altura 8x10 Gavión caja 0.50 m altura 8x10

Obra de protección: Gavión caja 1.00 m altura 8x10 Gavión caja 0.50 m altura 8x10


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CANAL SECUNDARIO

Canal Trapezoidal: Colchón Reno e=17 cm 6x8 Transición rectangular-trapezoidal: Colchón Reno 6x8

Gavión caja 1.00 m altura 8x10 Gavión caja 0.50 m altura 8x10

Estructura de disipación: Gavión caja 1.00 m altura 8x10 Gavión caja 0.50 m altura 8x10

CANAL INTERMEDIO

Estructura de disipación: Gavión caja 1.00 m altura 8x10 Gavión caja 0.50 m altura 8x10

DIQUE OESTE Protección Dique Oeste: Colchón Reno e=17 cm 6x8

Contrafuertes: Gavión caja 1.00 m altura 8x10 Gavión caja 0.50 m altura 8x10

2.3.2 Especificaciones de Gavión tipo colchón

2.3.2.1 Generalidades

Los Gaviones tipo colchón tienen contenedores de malla de alambre a doble torsión con celdas internas uniformemente repartidas y de altura relativamente pequeña con relación a las otras dimensiones. Las aberturas de malla menores son usadas en los gaviones.

Los colchones, (Ver Figura), obtenida entrelazando los alambres por tres veces media vuelta, están de acuerdo con las especificaciones de la ASTM4 975 tipo 6x8 2.0 mm y de 2.4 mm para los bordes.

4 American Society for Testing and Materials


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Los colchones deben ser fabricados con todos sus componentes conectados mecánicamente en las instalaciones de producción, con la excepción de las tapas de los colchones, las cuales se producen separadamente de la base. Los colchones, deben ser suministrados en forma plegada, ya sea doblados en fardos o en rollos para poder ser transportados.

La base, paredes laterales, diafragmas y paredes de las extremidades del colchón deben ser formadas a partir de un único paño de red.

Cada diafragma de pared doble, formado a partir de dobladuras en el paño de la base, debe presentar, en su parte inferior, cuatro espirales de unión en alambre de diámetro 2.0 mm.

Los diafragmas de pared doble deben estar colocados a cada metro del largo del colchón.

Para que las mallas libres de las extremidades, la base y la tapa adquieran mayor resistencia, deberá ser insertado un alambre de diámetro 3.0 mm entre todas las torsiones de las terceras mallas a partir de los bordes libres. Las mallas de las extremidades que sobren deben ser dobladas, durante la fabricación, en vuelta de este alambre.

Para facilitar en montaje del colchón de gaviones, la base debe ser cortada, durante el proceso de fabricación, en los diafragmas y en los laterales.

La tapa debe ser fabricada en un único paño de red.


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2.3.2.2 Clasificación

Estilo 2, consiste en malla de alambre a doble torsión, hecha de alambre el cual se reviste de Zn-5Al-MM, antes de ejecutarse la doble torsión de la malla. Las presillas, el alambre para amarre y los tirantes, se producen de alambre revestido de Zn-5Al-MM ( Zn-5Al-MM=aleción de zinc-5% aluminio-mischmetal).

2.3.2.3 Materiales y Fabricación

Estilo 2 la malla a doble torsión debe fabricarse de alambre de acero con revestimiento de Zn-5Al-MM, cumpliendo con la Especificación A 856/A 856M, Revestimiento Clase 3 en condición de temple blando. El alambre de amarre y los tirantes deben ser fabricados en alambre que tenga el material de revestimiento igual al de la malla de alambre a doble torsión.

a.) Propiedades Mecánicas

Resistencia a la Tensión - La resistencia a la tensión que se usa para la malla a doble torsión, el alambre para amarre y los tirantes, debe cumplir con los requisitos de las Especificaciones A 641, A 809 y A 856/A 856M para alambre en la condición de temple blando, cuando se ensayen éstos de acuerdo a los Métodos de Ensayos y Definiciones A 370.

Características de la Malla

COLCHON Características Rev. Metálico Tipo de Malla 6x8

Alambre de malla 2.2 mm (0.087 pulg.) Alambre para aristas 2.7 mm (0.105 pulg.) Alambre para amarre 2.2 mm (0.087 pulg.)

Tirantes 2.2 mm (0.087 pulg.)

b.) Propiedades Físicas

Revestimiento Metálico - Los pesos del revestimiento deben cumplir con los requisitos de la Especificación A 856/A 856M, Clase 3, para el revestimiento con Zn-5Al-MM.


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c.) Dimensiones y Tolerancias

El diámetro del alambre con revestimiento metálico, debe cumplir con la Tabla de la página procedente, con las tolerancias mostradas en las Especificaciones A 641, A 856/A 856 M, y A 809 como se aplique.

Los colchones deben ser fabricados con malla tipo 6 x 8, teniendo la malla una abertura nominal de 64 por 83 mm (2.5 por 3.25 "). Las dimensiones se obtienen tomando las medidas en ángulo recto desde el eje central de la abertura de la malla (D = 64 mm, ver Figura), paralelamente a la torsión y a lo largo del mismo eje.

El ancho, la altura y la longitud de un colchón al fabricarse, no debe diferir, antes de su llenado, más del ± 5%, y la altura no debe diferir más del ± 10% del tamaño de diseño.

Tolerancias en las aberturas de la malla - Las tolerancias en la abertura de la malla hexagonal en alambre a doble torsión, no deben exceder más del ± 10% de los valores sobre las dimensiones D como se muestra a continuación:

Tipo de malla Dimensión Nominal para valores D 6 x 8 64 mm (2.50 pulg.)


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d.) Alambre

Todo el alambre utilizado en la fabricación del gavión y en las operaciones de amarre y atirantado durante su construcción, debe ser de acero dulce recocido de acuerdo a las especificaciones ASTM 641, esto es una tensión de ruptura media de 38 a 48 kg/mm2.

Todo el alambre utilizado en la fabricación del gavión y en las operaciones de amarre y atirantamiento durante su construcción, debe ser revestido con liga zinc-5% aluminio (Zn 5 Al MM) de acuerdo con la especificación ASTM 856, esto es:

Diámetro nominal del alambre Mínimo peso del revestimiento 2.0 mm 240 g/m2

2.2 mm 240 g/m2

2.4 mm 260 g/m2

3.0 mm 275 g/m2

El revestimiento de Zinc debe adherir al alambre de tal forma que, después del alambre haber sido enrollado 15 veces por minuto alrededor de un mandril, cuyo diámetro sea igual a 3 veces el alambre, no pueda ser escamado, quebrado o removido con el pasar del dedo, de acuerdo a la especificación ASTM 641.

La elongación no deberá ser menor que 12%, de acuerdo con las especificación ASTM 641.


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e.) Amarre y atirantamiento

El alambre debe tener un diámetro de 2.2 mm y su cantidad, en relación al peso de los gaviones debe ser de 5%.

La tolerancia en el diámetro del alambre Zincado debe ser 2.5%

Se admite una tolerancia en el largo y en el ancho del colchón de gavión de 3% y, en la altura, de 2.5 cm.

2.3.3 Gavión tipo caja

2.3.3.1 Generalidades

La protección de los canales de drenaje secunadio e intermedio tomando en cuenta la diferencia de niveles a vencer así como las obras de protección en la zona de entrega del canal principal se hará con una estructura tipo Gavión (contenedor de malla de alambre a doble torsión, en tamaños variables, con celdas internas uniformemente repartidas e interconectado con otras unidades similares y que se llena con piedras en el local de la obra, para formar así una estructura flexible, permeable y monolítica, obtenida entrelazando los alambres por tres veces media vuelta, de acuerdo con las especificaciones de la ASTM5 975 tipo 8x10 2.7 mm y de 3.4 mm para los bordes.

Todos los bordes libres del gavión caja, incluso el lado superior de los laterales y de los diafragmas, deben ser enrollados mecánicamente en vueltas de alambre de diámetro mayor, en este caso de 3.4 mm, para que la red no se desarme y adquiera mayor resistencia.

La conexión entre el alambre del borde enrollado mecánicamente y la red debe tener una resistencia mínima de 17.5 KN/m, de acuerdo con las especificaciones ASTM 975.

5 American Society for Testing and Materials


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El lado inferior de los diafragmas debe ser cocido al paño de base, durante la fabricación con una espiral de alambre de diámetro 2.2 mm.

Cada gavión caja con un largo mayor de 1.50 m debe ser dividido en celdas por diafragmas colocados a cada metro.

El lado inferior de los laterales debe ser fijado al paño de la base, durante la fabricación, a través del entrelazamiento de sus puntas libres alrededor del alambre de borde.

2.3.3.2 Clasificación

Estilo 2, consiste en malla de alambre a doble torsión, hecha de alambre el cual se reviste de Zn-5Al-MM, antes de ejecutarse la doble torsión de la malla. Las presillas, el alambre para amarre y los tirantes, se producen de alambre revestido de Zn-5Al-MM ( Zn-5Al-MM=aleción de zinc-5% aluminio-mischmetal.

2.3.3.3 Materiales y Fabricación

Estilo 2 la malla a doble torsión debe fabricarse de alambre de acero con revestimiento de Zn-5Al-MM, cumpliendo con la Especificación A 856/A 856M, Revestimiento Clase 3 en condición de temple blando. El alambre de amarre y los tirantes deben ser fabricados en alambre que tenga el material de revestimiento igual al de la malla de alambre a doble torsión.


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a.) Propiedades Mecánicas

Resistencia a la Tensión - La resistencia a la tensión que se usa para la malla a doble torsión, el alambre para amarre y los tirantes, debe cumplir con los requisitos de las Especificaciones A 641, A 809 y A 856/A 856M para alambre en la condición de temple blando, cuando se ensayen éstos de acuerdo a los Métodos de Ensayos y Definiciones A 370.

Características de la Malla

b.) Propiedades Físicas

Revestimiento Metálico - Los pesos del revestimiento deben cumplir con los requisitos de la Especificación A 856/A 856M, Clase 3, para el revestimiento con Zn-5Al-MM.

c.) Dimensiones y Tolerancias

El diámetro del alambre con revestimiento metálico, debe cumplir con la Tabla arriba presentada, con las tolerancias mostradas en las Especificaciones A 641, A 856/A 856 M, y A 809 como se aplique. Los gaviones deben ser fabricados con malla tipo 8 x 10, teniendo la malla una abertura nominal de 83 por 114 mm (3.25 por 4.5 "). Las dimensiones se obtienen tomando las medidas en ángulo recto desde el eje central de la abertura

GAVION Características Rev. Metálico Tipo de Malla 8x10

Abertura de malla 83x114 mm Alambre de malla 3.05 mm (0.120 pulg.)

Alambre para aristas 3.8 mm (0.150 pulg.) Alambre para amarre 2.2 mm (0.087 pulg.)

Tirantes 2.2 mm (0.087 pulg.)


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de la malla (D = 64 mm, ver Figura), paralelamente a la torsión y a lo largo del mismo eje.

El ancho, la altura y la longitud de un gavión al fabricarse, no debe diferir, antes de su llenado, más del ± 5% del tamaño de diseño.

Tolerancias en las aberturas de la malla - Las tolerancias en la abertura de la malla hexagonal en alambre a doble torsión, no deben exceder más del ± 10% de los valores sobre las dimensiones D como se muestra a continuación:

Tipo de malla Dimensión Nominal para valores D 8 x 10 83 mm (3.25 pulg.)

d.) Alambre

Todo el alambre utilizado en la fabricación del gavión y en las operaciones de amarre y atirantado durante su construcción, debe ser de acero dulce recocido de acuerdo a las especificaciones ASTM 641, esto es una tensión de ruptura media de 38 a 48 kg/mm2.

Todo el alambre utilizado en la fabricación del gavión y en las operaciones de amarre y atirantamiento durante su construcción, debe ser revestido con liga zinc-5% aluminio (Zn 5 Al MM) de acuerdo con la especificación ASTM 856, esto es:


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Diámetro nominal del alambre Mínimo peso del revestimiento 2.2 mm 240 g/m2

2.7 mm 260 g/m2

3.4 mm 275 g/m2

El revestimiento de Zinc debe adherir al alambre de tal forma que, después del alambre haber sido enrollado 15 veces por minuto alrededor de un mandril, cuyo diámetro sea igual a 3 veces el alambre, no pueda ser escamado, quebrado o removido con el pasar del dedo, de acuerdo a la especificación ASTM 641.

La elongación no deberá ser menor que 12%, de acuerdo con las especificación ASTM 641.

d.) Amarre y atirantamiento

El alambre debe tener un diámetro de 2.2 mm y su cantidad, en relación al peso de los gaviones debe ser de 8% para los de 1.0 m de altura y de 6% para los de 0.50 m.

La tolerancia en el diámetro del alambre Zincado debe ser 2.5%

Se admite una tolerancia en el largo del gavión de 3% y, en la altura y ancho, de 5.0%.

2.3.4 Geotextil no tejido

Debajo de los colchones y los gaviones esta previsto un geotextil para la reducción de la velocidad superficial y la infiltración de los taludes y plantillas.

El geotextil utilizado debe ser del tipo no tejido agujado, producido con fibras de primera calidad 100% poliéster, libre de resinas y/o adherencias con las siguientes características:


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2.3.4.1 Propiedades Hidráulicas

Abertura de infiltración (ASTM D-4751): 0.150 mm

Permeabilidad (ASTM D-4491): 0.32 cm/s

Permisividad (ASTM D-4491): 1.80 s-1

Flujo de agua (ASTM D-4491): 4.885 l/min/m2

2.3.4.2 Propiedades Mecánicas

Resistencia a la tracción “Grab Test” (ASTM D-4632): 775 N

Elongación (ASTM D-4632): 60%

Resistencia a la tracción – tira ancha (ASTM D-4595): 15.0 KN/m

Elongación – tira ancha (ASTM D-4595): 50%

Resistencia al punzonamiento (ASTM D-4833): 485 N

Resistencia al estallido “Mullen Burst Test” (ASTM D-3786): 2.340 KPa

Resistencia al desgarre trapezoidal (ASTM D-4533): 350 N

2.3.4.3 Propiedades Físicas

Gramaje (ASTM D-5261): 200 g/m2

Espesor (ASTM D-5199): 1.50 mm

Resistencia a los rayos UV (ASTM D-4355): 70% retenida @ 500h


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2.3.5 Material Pétreo para el relleno de colchones y gaviones

La tabla abajo presenta las características dimensiónales del material pétreo para el relleno de los colchones y los gaviones:

Parámetro Colchón Gavión

Dimension (mm) 70 a 150 150 a 250

D50 (mm) 110 200

El material puede ser cogido directamente en el sitio durante las excavaciones de las alcantarillas y de las lagunas o, llegado el caso, impregnado de las canteras cercanas que aparecen aptas para el relleno.

2.3.6 Estructuras en Concreto

El concreto para las siguientes estructuras especiales: Estructura de disipación hidráulica. Canal principal. Box-culvert canal secundario (2.0 x 2.0 m) e intermedio (1.4 x 3.0 m). Canal rectangular intermedio (0+160.0-0+331.0).

Estarán constituidos por una mezcla de cemento Pórtland, agua, agregados finos y gruesos; los materiales cumplirán las especificaciones que se detallan en el Capitulo Estructuras. El diseño de las mezclas de concreto se basara en la relación agua – cemento necesaria para obtener una mezcla plástica y manejable según las condiciones especificas de colocación, de tal manera que se logre un concreto de durabilidad impermeabilidad y resistencia de acuerdo con los requisitos que se exigen para las diversas estructuras, según planos y especificaciones (Ver Capitulo III Estructuras).


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2.3.7 Llenos compactados

La colocación se hará por medios mecánicos o manuales, en capas de 0.20 m de espesor máximo, de acuerdo con el tipo de trabajo, pero preservando siempre la estabilidad y la integridad de las obras que se estén ejecutando (fundación de los gaviones y los colchones así como las obras de protección y disipación).

Como mínimo par todo tipo de relleno, se hará, para el material a utilizar la realización de ensayos de compactación (Proctor modificado), limites de consistencia, gradación por mallas, lavado sobre malla No 200 y contenido de material orgánico. Adicionalmente se deberán efectuar ensayos de densidad en obra para verificar las condiciones del lleno una vez sea compactado.

El espesor de la capa y el numero de pasadas del equipo de compactación estarán definidas por la clase de material, el equipo utilizado y la densidad especifica de acuerdo a la tabla siguiente:

Grado de Compactación adquirido de acuerdo con el tipo de material y al método de compactación

Tipo de Material I II III IV % Peso seco 9-12 9-18 6-30

Método % de Densidad Máxima (Proctor Standard) Equipo mecánico 95-100 95-100 95-100 90-100

Utilizando vibrador 80-95 80-95 80-85 75-90 Saturación 80-95 80-95

Colocación a mano 60-80 Compactación a mano 60-80 60-80 60-75

Volteo 60-80 60-80 60-80 60-75

Clasificación de materiales:

1. Clase I : Material granular de ¼” a 1½” de diámetro (triturado)

2. Clase II : Suelos tipo GW, GP, SW y SP

3. Clase III : Suelos tipo GM, GC, SM y SC

4. Clase IV : Suelos tipo ML, CL, MH y CH

5. Clase V : Suelos tipo OL, OH y PT (no deben ser utilizados)


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2.4 Especificación técnica para ejecución de gaviones

2.4.1 Actividades generales para la construcción de estructuras en gaviones

Como los gaviones son suministrados previamente doblados y reunidos en fardos, su proceso constructivo comienza con la apertura de los fardos y el despliegue de las redes que formarán cada caja donde se alojarán las rocas en forma acomodada. En general dos (2) obreros ejecutan esta labor.

Luego se arman las cajas y se amarran las aristas en contacto, incluyendo las de los diafragmas, utilizando un amarre especial de modo continuo y que pasa por todas las mallas formando dobles vueltas alternadas a vueltas simples, de manera que queden adheridas una a la otra. El alambre usado en el amarre (suministrado con los gaviones) debe tener las mismas características que el usado en la fabricación de la malla y el diámetro, para facilitar el amarre, debe ser menor (2.2mm), que el del gavión.

Las cajas ensambladas se trasladan al sitio definitivo de llenado, que ya deberá haber sido oportunamente preparado para recibir los gaviones (excavado, reafilado, etc). Dos (2) obreros trasladan las cajas, ya que su peso lo permite.

Una vez en el sitio las cajas son firmemente amarradas entre si a lo largo de todas las aristas en contacto con la misma forma de amarre indicado anteriormente. Se apuntalan para garantizar un perfecto alineamiento y también que el proceso de llenado no las disloque. Si se considera conveniente, el colocar un encofrado en la cara externa de la estructura puede garantizar la estética al final del trabajo. El apuntalamiento puede ser realizado con madera, colocándolo perpendicularmente a la cara externa. El encofrado se realiza con tres tablas de madera colocadas paralelamente y amarradas firmemente a la cara externa. Esta labor es realizada por los dos obreros anteriores.

El llenado se puede efectuar de tres maneras:

A mano. Mediante el uso de maquinaria pesada. Utilizando ambos.

A mano permite: una alta calidad estética, una alta eficiencia estructural, un bajo rendimiento.


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A máquina permite: una baja calidad estética, baja eficiencia estructural siendo que difícilmente se alcanza el bajo porcentaje de vacíos deseado a menos de usar piedras pequeñas de tamaño regular, un alto rendimiento;

El uso combinado permite: alta calidad estética, una buena eficiencia estructural y un buen rendimiento.

La diferencia entre uno y otro método es pequeña, por lo cual los requerimientos en memoria descriptiva o las necesidades en obra, sobretodo sí se trata de obras de emergencia, determinarán el método a utilizar.

La cantidad de obreros necesaria para la realización de esta etapa de la construcción depende del tiempo disponible para la realización de la obra aumentando o disminuyendo también en función de la distancia de acopio o del método de llenado como mínimo se estima necesaria la presencia efectiva de dos (2) obreros.

La actividad final incluye el cierre de las tapas, fijado, desmontaje del encofrado y del apuntalamiento. Para estos trabajos es necesario un (1) obrero.

Dependiendo del método elegido se necesitará de un retro excavador o un cargador frontal para las labores de llenado.

Es necesario destacar que la premisa “Volumen considerable” no afecta al proceso como tal, sino el rendimiento de las cuadrillas; sí se analiza dicho proceso se muestra en forma clara la repetición de un ciclo. La labor del analista es determinar las actividades que componen dicho ciclo, para con ello determinar la cuadrilla tipo y el rendimiento. En función del volumen y cronograma podrán así ser definidos el número necesario de frentes de trabajo y, consecuentemente, de cuadrillas, así como también las incidencias de los distintos equipos y herramientas necesarias para la total culminación de los trabajos que describe la Partida.

En resumen, la cuadrilla tipo resulta en un caporal con 7 obreros, un chofer de 3ra y dependiendo del método que se escoja un operador de equipo pesado con su ayudante.


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2.4.2 Consideraciones técnicas sobre gaviones.

Es un tipo de obra compuesta por cestas de malla de alambre llenas de rocas que trabajan por gravedad. Los materiales que intervienen en la ejecución de este tipo de obra están en proceso continúo de experimentación, de hecho, los productos revestidos en base a polímeros son de reciente adquisición en el mercado al servicio de la construcción.

Se puede decir que aunque no existe una Norma específica en Venezuela que controle la ejecución e inspección de las obras en gaviones, existe bastante material y experiencia para elaborar lo que puede ser un trabajo preliminar que sirva de base para generar proyectos de Normalización, tomando como guía del producto el standard desarrollado por la ASTM en su código ASTM A-975-97 “Standard Sepecification for Double Twisted Hexagonal Mesh Gabions and Revet Mattresses (Metallic-Coated Steel Wire or Metallic-Coated Steel Wire with Polyvinyl Chloride (PVC) Coating).

2.4.3 Material de relleno

Las piedras brutas, guijarros o cantos rodados que constituyen el relleno de los gaviones, deben resistir la acción del agua y agentes atmosféricos y ser de suficiente resistencia para soportar sin romperse las solicitaciones a que estén sometidos después de colocadas en la obra. De acuerdo a la Norma del Sector Vial e Hidráulico, el material pétreo será de gradaciones variables de diámetros promedios entre 12 cm a 25 cm, permitiéndose diámetros promedio máximos de 35 cm y su peso especifico deberá estar acorde con las consideraciones de diseño de la estructura propuesta en el proyecto.

2.4.4 Equipo

El equipo utilizado para este tipo de obras consiste en lo que se denomina generalmente como Herramientas menores, es decir, carretilla, martillos, mandarrias de mango corto, no superior a 2Kg, cintas métricas: una de 3 m y 25 m; barra metálica, tenazas de cabillero y alicates.

el uso del cargador o mini cargador en la acción de llenado.


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La conclusión a la cual se llegó es que los factores que inciden en la decisión de utilizar este tipo de maquinaria son: cuando la obra obedece a un evento urgente, cuando las solicitaciones no son el factor crítico, cuando se ha garantizado que el enrocado en contacto con la malla se ha colocado a mano y al cual se le ha asegurado su trabazón, cuando se pueda garantizar el porcentaje de vacíos considerado en el diseño, en circunstancias de premura y con determinadas necesidades de carga y estética.

2.4.5 Personal

El personal mínimo está formado por:

Caporal Obreros (Personal con conocimientos básicos)

Operador de Minishovel (Cuando las condiciones de la obra lo permite)

2.4.6 Procedimiento para la ejecución

2.4.6.1 Lugar de trabajo y ubicación de la obra

El primer paso es regularizar el lugar de ubicación de la obra que está formado por el plano de asiento sobre el que se colocará la primera camada de gaviones que formará la fundación de la obra y el despeje de malezas y vegetación en la zona de talud que soportará el relleno.

La correcta organización de la obra permitirá rendimientos mucho más altos, lo cual le otorga una gran importancia a la planificación logística de los trabajos.

Se le debe prestar una especial atención al lugar donde se desplegarán los fardos de los gaviones, que debe ser plano, de terreno bien compactado, de una extensión de mínimo 3 veces el tamaño del gavión y de una inclinación no mayor de 15º.


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2.4.6.2 Ensamblaje de los gaviones

Los gaviones son despachados en fardos que deben ser abiertos en el sitio de ensamblaje. Las mallas son desplegadas y armadas para formar una caja de forma paralelepípeda, cuya tapa quede abierta. Todas los bordes verticales de las paredes en contacto, incluyendo los de los eventuales diafragmas, serán unidos y amarrados con una costura continua formada alternativamente por vueltas simples y dobles. El alambre usado en el amarre debe tener las mismas características físicas, mecánicas y de revestimiento que el usado en lo fabricación de la malla y el diámetro, para facilitar el manipuleo, debe ser de 2.2mm.

Las cajas, una vez montadas, serán transportadas y colocadas en el lugar previsto. Se unirán los varios elementos vacíos entre si y con los adyacentes en todas las aristas verticales y horizontales en contacto, con costura continua formada alternativamente por vueltas simples y dobles para garantizar la monoliticidad de la estructura. También en caso los gaviones sean colocados sobre otros ya llenados, deberá ser realizado el mismo tipo de costura continua entre la nueva camada y la inferior. Las costuras deberán ser estrechadas de tal forma que impidan cualquier movimiento relativo entre gaviones contiguos.

2.4.6.3 Llenado de los gaviones

El llenado de los gaviones se comenzará una vez que éstos hayan sido colocados y amarrados debidamente. Los gaviones se rellenarán con piedras de gradación adecuada, en función de las dimensiones de la malla. El relleno se hará de acuerdo a lo indicado en la Memoria descriptiva del proyecto. En su defecto o en virtud de lo que acontezca en obra, será cumplido lo que dicte el ingeniero inspector, tomando en cuenta si esta figura está dispuesta en el contrato de obra. Deberá de toda forma ser garantizado el mínimo índice de vacíos, lo cual podrá ser alcanzado colocando apropiada y manualmente el material de relleno. En todo caso, se estima que el uso de maquinaria en el proceso de llenado es permitido siempre y cuando el resultado sean gaviones geométricamente regulares, en la disposición que los planos indiquen y que cumplan con la exigencia anterior.

En los casos en los que las solicitaciones sean muy grandes o en donde la estética juegue un papel importante, el relleno de la capa de piedra en contacto con la cara externa del gavión deberá ser llenado a mano cuidando su buena trabazón.


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A un tercio de la altura de llenado, en caso de gaviones de un metro de altura se deberá colocar un mínimo de dos tirantes horizontales por metro cuadrado de paramento frontal, que ligarán la cara que constituye el paramento externo con el diafragma o, en su falta, con la cara opuesta. Esta operación se repetirá a los dos tercios de la altura de llenado. En caso de gaviones de medio metro, los tirantes serán colocados solamente a mitad del altura. En la parte interna de la estructura, los tirantes podrán ser reducidos, siempre y cuando quede garantizada la perfecta verticalidad de las paredes de la caja. Para los tirantes deberá ser utilizado el mismo alambre usado para el amarre de las cajas.

Para obtener gaviones geométricamente regulares, será necesario, previo al proceso de llenado, escuadrar el paramento externo de cada camada de la obra, por medio de encofrados de madera, sostenidos por puntales apoyados en el terreno circundante o en las camadas inferiores. Es viable el uso de otros métodos que garanticen la prolijidad del paramento cuales por ejemplo el pretensado de los gaviones con aparatos tipo Tirfor.

El llenado será considerado completado cuando sobrepasar el nivel de la caja en aproximadamente 1 pulgada.

2.4.6.4 Cierre de los gaviones

Cuando se haya completado el llenado de cada gavión, se cerrará la tapa y se ligará a todas las aristas horizontales, laterales y diafragmas, siguiendo el mismo procedimiento antes indicado. El mismo amarre deberá unir las aristas del gavión con las de los gaviones contiguos de forma de proporcionar la trabazón que garantice ulteriormente el efecto de bloque flexible que es el concepto de este tipo de construcción.


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CAP III

DISEÑO ESTRUCTURAL


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3. CRITERIOS DE DISEÑO DE ESTRUCTURAS

3.1 Introducción

Canal de Drenaje.

En virtud de las necesidades planteadas y sirviendo de soporte desde el punto de vista estructural, se hace necesario el diseño, la construcción de obras en concreto armado, para la canalización de las aguas pluviales a manejarse en el canal de drenaje principal. Éste se encuentra ubicado al principio justamente a la salida de la alcantarilla principal existente el mismo será de concreto armado de aproximadamente de 33.76 mts de longitud, ancho 10.00 mts y de altura de 2.20 mts, continuándose el canal con estructura en gavión hasta interceptar al río Motatán. Dada la dificultad del acceso al sitio y tomando en consideración por tratarse de una estructura de disipación de energía cinética del agua, y con la finalidad de impedir que las condiciones del suelo puedan cambiar por agentes externos tales como la presencia de aguas de lluvias, se hace conveniente una vez de realizado el movimiento de tierra y compactado a la densidad especificada, la construcción de una carpeta de protección en concreto pobre (80 a 100 kgf / cm 2 ) de espesor de 20 cms. Esto redundará en una mejor distribución de esfuerzos en el suelo (0.04 kgf / cm 2 influencia por peso propio ) y la debida protección antes descrita.

Para conectar la estructura existente con la estructura nueva, se sembrarán cabillas en la estructura existente utilizándose para ello productos a base de resinas de epoxy de manera de garantizar la adherencia entre las estructuras de diferentes edades. Esta situación se detallarán en los respectivos planos.

Una tubería de diámetro de 16” (pulgadas) atraviesa tanto la alcantarilla existente como el canal en cuestión. Tal tubería de PVC deberá protegerse con una envoltura de concreto reforzada y se deberá anclar a la estructura de concreto existente siguiendo las recomendaciones que aparecen en los planos respectivos.


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Cajón de Concreto de una Celda

Dos cajones de concreto armado se tienen previsto para dar acceso a vehículos automotor por la parte superior y sirve a la vez de drenajes de aguas de lluvias en su sección hueca y se prevé su uso en la fase de la construcción de la planta de tratamiento. Se ha diseñado un solo cajón de una celda y de dimensiones internas de 2.00x2.00 mts siendo más desfavorable por tener mayor altura ya que el otro es de dimensiones internas de 1.50 mts de alto y de 3.00 mts de ancho.

El cajón de 2.00x2.00 mts se encuentra ubicado en la progresiva 0+261.00 de la vía de acceso principal, y el cajón de 1.50x3.00 mts se encuentra ubicado en el terraplén que conduce a las lagunas y la estructura de pre-tratamiento.

Puente.

Un puente que atraviesa al canal de drenaje principal en la progresiva 0+230.00 mts. De 13.80 mts de longitud, ancho de calzada de 3.05 mts (un solo canal). El vehículo de diseño es un camión H20-44. Su función principal es la de dar acceso a las instalaciones de los lechos de secado, con fines de mantenimiento y operaciones en general. El puente en cuestión está constituido por un tablero o losa de concreto armado, vigas de acero estructural debidamente arriostradas y estribos de fundaciones de concreto armado a ambos lados del puente. Los cálculos y criterios definitivos para el puente en cuestión serán presentados en próxima entrega.

3.2 Alcance, Códigos y Manuales

Alcance

Estos criterios de diseño definen los requerimientos mínimos y los parámetros generales para el diseño de soportes de estructuras, elementos de concreto armado, elementos de acero estructural, estructuras de contención, y todo lo relacionado a la ingeniería estructural desarrolladas para la planta de tratamiento de Valera.

En adición a éstos criterios de diseño, se incorporan a estos documentos las


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recomendaciones del estudio geotécnico realizado por la Empresa Construcciones GPA C.A. según consta en documento No. 013802-64GE6004[E.051].

Códigos

El diseño, fabricación, y construcción de los elementos sujetos al estudio se harán de acuerdo a los siguientes códigos y estándares donde aplique

AISC “Manual of Steel Construction, Allowable Stress Design”, Ninth Edition.

AISC “Specification for Structural Joints using ASTM A325 or A490”, Approved November 13, 1985

ACI “Building Code Requirements for Reinforced Concrete (ACI 318-89)

AASHTO Standard Specifications for Highway Bridges

Fifteenth Edition 1992.

COVENIN Acciones del Viento sobre las construcciones 2003 –86

COVENIN Edificaciones Sismorresistentes (1ra Revisión) 1756: 1998

COVENIN Estructuras de Acero para Edificaciones, 1618-82 Proyecto Fabricación y Construcción.

COVENIN Estructuras de Concreto Armado para Edificios 1753-85 Análisis y Diseño.

COVENIN “Código de Prácticas Normalizadas para la Fabricación y 1755-87 Construcción de Estructuras de Acero”

PDVSA “JA-221 Seismic Design for Industrial

Facilities”


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Manuales

Epelboim, Salomón; Arnal, Henrique . “Manual para el Proyecto de Estructuras de Concreto Armado para Edificaciones 1985”. Primera edición. Fundación Juan José Aguerrevere. Colegio de Ingenieros de Venezuela, Caracas, 1985. 910 págs.

Marin, Joaquin; Güell, Antonio. “Manual para el cálculo de Columnas de Concreto Armado 1984”. FUNVISIS, Fundación Venezolana de Investigaciones Sismológicas. Apdo. 1892. Caracas 1010ª. 1987, 220 págs.

Fortoul Padrón, Celso; Gutiérrez Rodríguez, Arnaldo; Coca Abia, Miguel; Sivocrynski Rojas, Juan; San Martín Caballero, Hector. “Manual de Proyectos de Estructuras de Acero” Tomo II. Diseño de Miembros y Uniones. Segunda edición 1982. C.V.G. SIDERURGICA DEL ORINOCO, C.A. (SIDOR)

3.3 Cargas para el Diseño

Las cargas Verticales: Constituyen el peso propio de los materiales, accesorios.

Densidad del concreto armado c = 2500 Kgf/m3

Densidad del acero estructural s = 7850 Kgf/m3

Las cargas Horizontales: Provienen de los empujes de tierra, agua ó de las tensiones de los cables, efectos de viento y sismo.

Para los efectos de viento se tomó según normas una velocidad de 70KPH para Valera; y una presión dinámica mínima de 30 Kg/m2 (en la dirección principal).


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Paso de un camión HS20-44 según definición de AASHTO.

Camión HS20-44:

Cargas por eje delantero: 4355 Kgf.

Cargas por eje trasero: 17418 Kgf.

Distancia entre ejes= 4.25 mts. Distancia entre ruedas= 1.83 mts.

Carga Hidrostática: Se considerará una densidad del fluido W (Agua + Lodo)

W = 1175 kgf / 3m

Carga Empuje de Tierra: Se considerará la densidad del suelo S = 1800 kgf / 3m

En forma general se utilizará la fórmula Rankine, ya que el suelo es de tipo granular y cohesión c=0. Para facilitar el análisis de cargas con el computador se discretizarán en empuje de tierra con altura de relleno ih , y empuje de tierra

debido a una sobrecarga de altura de relleno equivalente a Sh .

Peso del pavimento, éste se determinará mediante el peso específico del concreto asfalto de asfalto = 2500 kgf / 3m , el peso actuante será

2500*.14m=350 kgf/ 2m .

Para los efectos del sismo:

Valera pertenece a una zona sísmica 5

Coeficiente de Aceleración horizontal Ao=0.30

Coeficiente Sísmico y Espectro de Diseño

Para suelo S2 =2.6 ; T*= 0.8 seg; T+= 0.2seg

Cargas Primarias para la Estructura de Concreto Armado.

Para Cajones

Load 1 Peso Propio (P.P)


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Load 2 Cargas debido al Agua (Vertical) (PWV)

Load 3 Cargas debido al Agua (Horizontal) (PWH)

Load 4 Empuje de Tierra Horizontal (E)

Load 5 Empuje de Tierra por Sobrecarga (ES)

Load 6 Carga de Pavimento de Asfalto (P.PAV)

Load 7 Carga Paso Vehicular (P.VEH7)



Para Canal de Drenaje Principal

Load 1 Peso Propio (P.P)

Load 2 Cargas debido al Agua (PW)

Load 3 Empuje de Tierra Horizontal (Ex)

Load 4 Cargas de Mantenimiento C.Mtto

3.4 Combinaciones de cargas

Combinaciones de cargas para el chequeo de esfuerzos en el suelo

Cajones grupo X 1.( P.P+PWV+P.PAV+P.VEH8)

Load Comb 10 1. ( P.P+PWV+P.PAV+P.VEH8)

Canal de drenaje principal

Load Comb 5 (P.P + PW)

Load Comb 6 (P.P + EX +C.MTTO)


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Diseño en estados límites

Cajones grupo X 1.3( P.P + PWV + PWH + 1.5E + P.PAV)

Load Comb 11 1.3( P.P + PWV + PWH + 1.5E + P.PAV)

Load Comb 12 1.3( P.P + PWV + PWH + 1.5E + P.PAV + P.VEH7 + 1.5 ES )



Canal de drenaje principal

Load Comb 7 1.4P.P + 1.4PW

Load Comb 8 1.4P.P + 1.4PW + 1.7EX

Load Comb 9 1.4P.P + 1.7EX

Load Comb 10 1.4P.P + 1.7EX + 1.4C.MTTO

3.5 Esfuerzos ó coeficientes de trabajo

Concreto: Aplastamiento: 0.35x fć =0.35X210= 73.50Kg/cm2

Electrodos E 70xx FU= 4920 Kg/cm2

Corte: FV= 0.30xFu= 1480Kg/cm2

Pernos A-325

Tracción: Ft= 3090Kg/cm2

Corte: FV= 1480Kg/cm2 (rosca incluida en el plano de corte


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3.6 Estudios Geotécnicos

Las obras de conducción de aguas de lluvias serán diseñadas con canales revestidos de concreto. El suelo de soporte de estos canales, cajones y puente estará definido por los siguientes parámetros según recomendaciones del informe final de los estudios geotécnicos realizados por la empresa G.P.A. C.A No. 013802-64GE-6E6005[E-051], de acuerdo a los siguientes parámetros:

Capacidad de Soporte qa = 1.60 kgf/ cm 2

Módulo de reacción 1K = 1.1 kgf / 3cm

Angulo de Fricción Ø= 30°

Peso Unitario S = 1750 kgf / 3m

Para fundaciones directas a 1.50 mt. de profundidad (mínimo.)

Módulo de reacción K1= 1.1 kgf/cm3

Capacidad de carga qa= 1.60 kgf/cm3

Densidad del suelo S =1750 kgf/m3

Angulo de fricción = 30

3.7 Diseño Estructural

3.7.1 Concreto Armado

El tipo de concreto será preparado utilizando cemento Pórtland tipo I.

El diseño de todos los elementos de concreto armado deberá de estar en concordancia con el código ACI 318-89 y las normas COVENIN 1753-85.

El diseño de elementos de concreto armado estará basado usando los siguientes materiales:


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Concreto.

o Para todas las fundaciones, tanques, fć deberá ser de 210 Kgf/cm2 a los 28 días.

o Para toda superestructura, fć deberá ser de 250 Kgf/cm2 a los 28 días.

3.7.2 Acero Estructural

DISEÑO: El diseño de los elementos de acero estructural deberá de estar en concordancia utilizando los siguientes materiales:

Todo perfil I, H, C y planchas de acuerdo según ASTM A36

Este Capítulo corresponde esencialmente a la Sección 6 del Código de Prácticas AISC 1976 donde aplique. Las normas AASHTO para cajones y puentes. Las Normas COVENIN MINDUR 1618-82 establecen los requisitos detallados para la fabricación en su Capítulo 21; el Capítulo 22 para la pintura en el taller; reglamenta en su Capítulo 17 los pernos y remaches y en el Capítulo 18 reglamenta las soldaduras.

El Capítulo 23 de dichas normas contiene disposiciones sobre el montaje y la construcción.

Debido a que el producto final involucra numerosos factores, incluyendo la del propietario, la vida útil de la estructura, la agresividad de las condiciones de los procesos o del ambiente, el mismo requiere de hacer un seguimiento y examinar la mano de obra en cada etapa de la operación por lo que el fabricante deberá notificar la programación de las labores y permitir el acceso de los inspectores al sitio de trabajo.

En general el fabricante, mantendrán un programa de control de calidad mínimo necesario según se requiera a fin de garantizar que los trabajos se realicen de acuerdo con el código de prácticas y las Normas de Acero vigentes.

FABRICACIÓN : El acero de alta resistencia y el ordenado según requisitos especiales serán marcados por el proveedor antes de su entrega en el taller del fabricante o en otro lugar de uso, de acuerdo con las normas ASTM A6, “General requirements for Rolled Steel Plates, Shapes, Sheet


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Piling, and Bars for Structural Use” ( Requisitos generales para planchas de acero laminadas, perfiles, tablestacas y barras para uso estructural).

El acero de alta resistencia, no se utilizará hasta que se establezca su identificación mediante los ensayos autorizados en la sección anterior, y hasta que se hayan marcado con la identificación del fabricante, como se describe en la sección siguiente.

Durante la fabricación, hasta el momento de montar los miembros, cada pieza de acero llevará una marca de identificación, sea del fabricante o del proveedor original. La marca de identificación estará de acuerdo con su sistema de identificación establecido, el cual deberá estar registrado y asequible para información del propietario o de su representante, antes del inicio de la fabricación.

MONTAJE: La estructuración de las edificaciones de acero se ajustarán con nivel y plomada, dentro de las tolerancias definidas en el Articulo 7.11 de las normas COVENIN-MINDUR 1755-87 “Código de Prácticas Normalizadas para la Fabricación y Construcción de Estructuras de Acero” vigentes.

3.7.3 Pernos

Pernos de alta resistencia de acuerdo según ASTM A-325 para todas las conexiones de elementos primarios y secundarios de acero.

Pernos de anclajes de acuerdo según ASTM A-307 para conexiones de plancha base pedestal.

3.7.4 Soldadura

Se aplicarán todas las disposiciones de la Norma AWS D1.1-96 Structural Welding Code Steel (Código para soldaduras Estructurales-Acero) de la American Welding Society, excepto el Capítulo D Specific Requirements for Tubular Connections (Requisitos Específicos para Conexiones Tubulares).

El tipo de electrodo a utilizar será: E-70XX.


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INGENIERIA DE DETALLE - DRENAJE Y PROTECCION CONTRA INUNDACION


ANEXO 2.1

CALCULOS DEL CAUDAL DEL RIO MOTATAN Y DE LAS ALCANTARILLAS

(Extracto de la memoria descriptiva de la ingeniería de detalle de los colectores)


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ANEXO 2.2

CRITERIOS DE CÁLCULO HIDRÁULICO É HIDROLÓGICO


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ANEXO 2.3

ACTUALIZACIÓN DE LOS CALCULOS DE LA MANCHA DE INUNDACIÓN

PROTECCIÓN DE LA DIQUE OESTE


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ANEXO 2.4

RESULTADO DEL DISEÑO HIDRÁULICO DE LAS ALCANTARILLAS DE DRENAJE


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ANEXO 3

DISEÑO ESTRUCTURAL


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D:\Mis documentos\Datos\BK\ING MAURICIO VICTORIA\INGENIERIA\PROYECTOS ALCANTARILLADO\PROYECTO VZLA LARA\VT07\Informe Drenaje y Proteccion Contra Inundacion. Rev00\013802-VT07-41EM-IBGT-003 REV 00 Anexo 2.2.doc Tratamiento de Aguas Servidas del Río Motatán

1. CALCULO HIDRÁULICO DE LOS CANALES ABIERTOS

El diseño de las estructuras de drenaje comprende el dimensionamiento de las mismas, satisfaciendo condiciones hidráulicas que conducen a soluciones técnicas y económicamente optimas.

En líneas generales, existen dos formas geométricas de conductos abiertos: los prismáticos que conservan su forma con la distancia y los no prismáticos, que son irregulares: Estas ultimas, salvo en el caso de las cuencas naturales, se utilizan casi exclusivamente en transiciones y trechos muy cortos de colector.

Por sus características geométricas, hay infinidad de formas que satisfacen la condición de generar conductos prismáticos: rectangulares, trapeciales o triangulares; así mismo parabólicas u otra combinación simétrica o asimétrica de cualquiera de las formas básicas anteriores.

Los elementos geométricos mas importantes, con sus símbolos convencionales son: la profundidad (y), el área de flujo (A), el perímetro mojado (P), el radio hidráulico (R), el ancho de la superficie (T), la profundidad hidráulica (D).

Dada la forma de la sección, todas sus características geométricas son función exclusivamente de la altura (y).

Dadas las características geométricas de las secciones mas usuales, se puede decir que la relación entre el gasto y la profundidad normal es, para régimen uniforme, una relación de tipo exponencial:

NKyQ 0

Los coeficientes K y N son valores que dependen de la forma geométrica de la sección. La formula de Mannig, permite –conocidos el gasto, la forma geométrica y las características de los materiales- determinar la altura normal 0y necesaria.

En condiciones de flujo uniforme, o sea de movimiento permanente con caudal


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constante en todas las secciones en conducto prismático en declive en el sentido del movimiento y con pendiente constante, con superficie libre paralela al fondo la ecuación del flujo uniforme se puede escribir de la siguiente forma:

g

V

Ri

24

2

donde es un coeficiente de resistencia que depende del radio hidráulico, de la dimensión media de las irregularidades debidas a la rugosidad y al numero de Reynolds o de la forma equivalente (formula de Chezy):

RiV

Los coeficientes de resistencia y están relacionados a través de la ecuación:

g8

En el campo del régimen turbulento con paredes rugosas las resistencias al movimiento dependen de la rugosidad de las paredes y del radio hidráulico, pero solo de manera secundaria del numero de Reynolds y a veces son calculadas por medio de formulas empíricas.

1.1 Parámetros de diseño

1. Se diseñara en condiciones de flujo uniforme

2. El numero de Reynolds deberá estar en el rango de flujo no turbulento.

3. Se calcularan las dimensiones de los canales por medio de la formula de flujo uniforme.

4. Se ajustaran las dimensiones finales con base en el concepto de la eficiencia hidráulica o mediante reglas empíricas de mejor sección desde el punto de vista practico y económico.

5. Pendiente del canal: Se seleccionara según la topografía y carga de energía, se buscan niveles bajos.


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6. Talud: Generalmente dependen de la clase de material, de los métodos de construcción, tamaño del canal, estabilidad y respuesta a una eficiencia hidráulica.

1.2 Funciones y características del revestimiento

Tomando en cuenta las solicitaciones de velocidad media a las cuales será sometida las secciones hidráulicas obtenidas se ha adoptado la utilización de un revestimiento flexible tipo gavión a base de piedras colocadas con resguardo que asume una particular importancia en consideración de las dimensiones de la obra y las cantidades de materiales a emplear.

1.2.1 Estabilidad del revestimiento

La condición de comienzo del movimiento define el limite de estabilidad del revestimiento, la tensión tangente ejercida sobre el revestimiento es:

yiwb

donde w es el peso especifico del agua, y es la profundidad del agua, i es la pendiente del fondo.

Considerada una piedra de diámetro equivalente igual al diámetro medio dm del pedrisco de fondo se define como coeficiente de Shields a la relación adimensional:

mws

c

dC

)(

Donde c es la tensión tangente permitida en la situación critica de comienzo del

movimiento y s es el peso especifico del inerte. El denominador resulta

proporcional a la tensión normal en el fondo debida al peso sumergido de la piedra; el coeficiente de Shields es por lo tanto similar a un coeficiente de


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fricción.

La tensión tangente permitida en le fondo, que se puede alcanzar sin movimiento del pedrisco (tensión tangente critica) vale entonces:

mwsc dC )(

El revestimiento resulta estable si es verificado por la siguiente desigualdad:

cb

El coeficiente de Shields para el pedrisco contenido por la red metálica (gaviones) vale 0.10.

El pedrisco de relleno de los gaviones soporta mas que una tensión doble con respecto al rip-rap de iguales dimensiones gracias a la acción de contención de la red metálica.

Para el revestimiento de las orillas del canal de sección trapezoidal se puede considerar como tensión tangente:

yiwm 75.0

y como tensión tangente critica:

22

2

1

sen

sencs


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donde es la pendiente lateral y es el ángulo de reposo del pedrisco que constituye el revestimiento; se puede asumir para los gaviones = 41°, el revestimiento en las orillas es estable cuando:

sm

Con el control de las deformaciones se admite:

sm 2.1

Es uso corriente considerar la estabilidad del revestimiento con referencia a la velocidad media, mientras que la tensión tangente sola es suficiente para la definición de la condición de estabilidad, la velocidad critica para un determinado revestimiento depende también de la profundidad del agua.

La velocidad y la profundidad están relacionados entre si con la tensión tangente por la siguiente ecuación:

3/1

22

R

vnwb

La anterior ecuación se obtiene expresando la media como Riwb y

derivando la pendiente a través de la formula de Mannig.

Para la verificación y el análisis de estabilidad en las zonas rectas y curvas se ha utilizado el programa HYDRAIN2

1.2.2 Velocidad residual de fondo, Utilización de filtros

El espesor del revestimiento y las dimensiones de la piedra tienen que ser tales

2 HYDRAIN Integrated Dreinage Desing Computer System V6.1 (FHWA)


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que puedan resistir al movimiento producido por la corriente y evitar la erosión del material de fondo.

La velocidad del agua entre la capa de piedras y el suelo tiene que ser lo suficientemente baja para evitar el arrastre de las partículas que constituyen el terreno, la velocidad en la parte en contacto con el fondo o con un eventual filtro, se puede determinar con la formula de Mannig:

5.03/2)2

(1

idm

nV

fb

donde Vb es la velocidad de fondo y nf es el coeficiente de rugosidad de fondo, se puede asumir nf = 0.02 si debajo se coloca un geotextil o ninguna clase de filtro nf = 0.025 si hay un filtro de grava.

La velocidad que puede soportar el suelo sin ser erosionado se puede deducir de la siguiente ecuación:

2/11.16 dVe

Si empleando un filtro geotextil la velocidad de agua en la parte en contacto con el material de fondo es superior a la admisible, es oportuno prever un filtro de grava, este filtro debe tener un espesor de 0.15-0.20 m por lo menos y, de todas maneras, superior a la cantidad:

2)(1

Vb

Ve

f

dS v

donde f es el coeficiente de Darcy-Weisbach (f = 0.05) y dv es el diámetro equivalente a los vacíos, que se puede asumir igual a 1/5 de la dimensión media de la grava que constituye el filtro:


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550

filtroddv

La granulometría del filtro se ha determinado con las siguientes relaciones:

5

405;40

85

15

15

15

50

50

suelo

filtr

suelo

filtr

suelo

filtr

d

d

d

d

d

d

1.3 Criterios de diseño de la estructura de disipación de energía

Dada la topografía del área en donde se construirá el canal de drenaje principal de aguas lluvias se hace necesario vencer grandes desniveles originando la necesidad de rápidos o de caídas que deben absorber en los tramos de pendiente suave la energía cinética que adquieren las aguas al caer abruptamente por encima del escalón, se recomiendan para este tipo de estructura flujos de aproximación con números de Froude entre 2.5 y 4.5.

El primer escalón se ha proyectado como caída supercrítica y los demás como régimen subcritico, si se supone que el tirante en la caída es critica, entonces Rand (1955) demostró que se cumplen las siguientes funciones exponenciales, las cuales fueron obtenidas de datos experimentales con un error de 5% o menos, la geometría del flujo en vertederos de caída recta, se pueden describir como funciones del numero de caída, el, cual se define como:

3

2

gh

qD

En donde q es la descarga por unidad de ancho de la cresta de desborde, g es la


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aceleración de la gravedad, y h es la altura de caída. Las funciones son3:

275.1)(54.0h

yc

h

y

81.0)(66.12

h

yc

h

y

81.0)(3.4h

yc

h

Lc

66.0)(h

yc

h

yp

)12(9.6 yyLj

La función es absorber, en los tramos de pendiente suave, la energía cinética que adquieren las aguas al caer abruptamente por encima de cada escalón, se ha contemplado el uso de muretes y tacos intermedios como los de una cámara disipadora. La profundidad aguas arriba de la caída debe ser mayor que la critica, para que el borde de la misma caída se propicie el control.

Tabla No 1

Disipación por caída – Régimen Supercrítico

No FROUDE = 2 No FROUDE = 3 No FROUDE = 4

0/ yh 0/ yLc 0/ yLR 02 / yy 0/ yh 0/ yLc 0/ yLR 02 / yy 0/ yh 0/ yLc 0/ yLR 02 / yy1.0 2.8 9.4 1.9 1.0 3.4 18.4 3.4 1.0 3.4 28.6 5.2 1.5 3.2 9.0 1.7 1.5 4.0 17.2 3.0 1.5 4.5 27.0 4.7 2.0 3.5 8.5 1.4 2.0 4.4 15.8 2.6 2.0 5.2 25.2 4.2

3 Hidráulica de los Canales Abiertos, Ven Te Chow


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1.4 Transiciones y Secciones de Control

Dado que el canal principal tiene forma trapezoidal para el diseño de la caída , es necesario proyectar una transición que termina en una sección rectangular o sección de control, a fin de generar el flujo critico en las proximidades del mismo.

Como consecuencia de los cambios de sección transversal a lo largo de la transición se presentan conversiones de energía potencial en velocidades y viceversa, estas conversiones de energía, al igual que la fricción y la turbulencia , constituyen las perdidas de energía en la transición.

Para el caso especifico de flujo subcritico , se recomienda como máximo ángulo de deflexión de la lamina de agua un valor de 12.5°, con el cual se garantiza que no se presenta separación de la masa de fluido del contorno de la transición. La perdida de carga se estima mediante la siguiente expresión:

g

VKhf

2

2

En donde K = 0.10, la longitud de la transición se calcula de la siguiente forma:

L

TeTsTg

2

//

en donde :

Tg

TeTsL

2

//


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1.5 Hidráulica de Alcantarillas

1.5.1 Definiciones y consideraciones generales

Las alcantarillas que trabajan parcialmente llenas, o a secciones plenas con presiones nulas, se clasifican como canales abiertos y poseen todas las características de los mismos. Por el contrario, cuando las alcantarillas trabajan a presión se tratan como conductos cerrados. Por lo tanto, desde el punto de vista hidráulico es muy importante definir si la alcantarilla trabaja o no a presión para así poder estimar su capacidad.

1.5.2 Condiciones típicas de funcionamiento de las alcantarillas

De acuerdo al sitio donde ocurre una sección de control (aquella donde existe una relación definida para el gasto y la profundidad), existe principalmente dos clases de funcionamiento hidráulico.

1.5.3 Alcantarillas con control a la entrada

Se tiene control a la entrada cuando la capacidad de la alcantarilla esta regulada por la geometría y la altura del agua a la entrada (HE). Se entiende por geometría de la sección, al área y el tipo de borde que se tenga.

1.5.4 Relación altura – gasto

El U.S Bureau of Public Roads ha determinado a través de numerosas experiencias, las relaciones entre la altura y el gasto para diferentes tipos de alcantarillas.

1.5.5 Alcantarillas con control a la salida

La capacidad de las alcantarillas con control a la salida está determinada por la geometría de la sección de entrada, por los niveles de agua a la entrada y la salida


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y por la longitud, área de la sección transversal, pendientes y rugosidad de la alcantarilla.

1.5.6 Carga Utilizada

Para pasar una cantidad de agua por una alcantarilla que funcione con control a la salida, se requiere una carga de energía (H) capaz de suministrar la carga de velocidad (Hv), la perdida de carga a la entrada (He) y la perdida de carga por fricción en el conducto (Hf). Para este tipo de calculo se desprecia la energía cinética del agua en el canal de aproximación .

HfHeHvH

La carga de velocidad (Hv) es igual a:

g

VHv

2

2

La perdida de carga en la entrada He depende de la geometría de la entrada y se expresa en función de la carga de velocidad:

g

VCHe

2

2

La perdida de carga por fricción se puede calcular mediante la Ecuación de Mannig:

g

Vx

R

LnHf

2

6.19 2

3/2

2


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1.5.7 Relación carga – gasto

La carga (H), puede determinarse para diferentes tipos de alcantarillas a partir de los Nomogramas identificados como control a la salida con solo establecer los coeficientes de perdida de carga en la entrada “Ce” y de rugosidad de Mannig “n” apropiados.

1.5.8 Altura de agua a la entrada

Cuando el control es a la salida, no basta con determinar la carga (H) utilizada. Es necesario calcular la altura de entrada (He) considerando la pendiente de la alcantarilla y las condiciones de salida.

00 LShHHe

1.5.9 Calculo Hidráulico de la alcantarilla

Utilizando el Nomograma4 de control a la entrada apropiado al tipo de alcantarilla y considerando el tamaño tentativo seleccionado, se determina en la escala correspondiente la relación DHE / y calculando:

xDDHEHE )/(

Para el calculo de las alcantarillas se ha utilizado el Software de diseño CulvertMaster V1.05 y el HY86

1.6 Enrocado y protección de taludes

4 U.S Bureau of Public Roads (Enero 1963) 5 Haestad Methods, Inc. 6 HYDRAIN Integrated Dreinage Desing Computer System V6.1 (FHWA)


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El objetivo principal de este capitulo es el estudio del comportamiento de las áreas susceptibles a ser afectadas por las crecientes del rió Motatan y establecer las medidas de mitigación y protección correspondientes. La base de este capitulo son las nociones de hidráulica fluvial7 y los conocimientos de hidráulica del régimen en lamina libre.

La erosión se presenta en el dique Oeste cuando se ha sobrepasado la velocidad critica de resistencia del material que forma el dique. Esta erosión afecta la estabilidad del dique durante las crecidas ocasionando un problema de socavación localizada la cual ocurre siempre que se presenten zonas de aceleración alrededor de obstáculos, o donde el material de los taludes no resista la acción erosiva del agua.

El proyecto de secciones excavadas en tierra y revestidas en rocas, esta fundamentado en varios trabajos de investigación8, los principales problemas relacionados con el revestimiento referido son el proyecto de la carpeta de material filtrante que se coloca entre el revestimiento y el suelo natural, así como la diferencia en tamaño de las piedras que recubren los taludes.

Para el proyecto se dispondrá de los caudales (591.0, 556.46, 467.79, 385.68 m3/seg.) así como la secciones y pendiente del rió Motatan para tiempos de retorno (TR) asociado (100, 50, 25, 10 años), la determinación de la mancha de inundación o de las planicies inundables se realizo con la topografía modificada, a fin de observar el comportamiento sobre las obras de protección de la planta de tratamiento, determinando la profundidad máxima simuladas con ayuda de los programas FLOWMASTER9 y HEC-RAS10, calculando para las secciones seleccionadas (1,2 y 3) radio hidráulico y la velocidad media, una vez definida la sección critica y el revestimiento se procedió a proyectar la carpeta de material filtrante de ser necesaria.

7 MARTIN, J.P. Ingeniería Fluvial. Universidad Politécnica de Catalunya,UPC. 2000 8 NORMAN, J.M. Desing of stable channels with flexible linings. Hidraulic Engineering Circular No 15. Washington, U.S. Department of Transportation, Federal Hightway Administration. 1975 9 Haestad Methods, Inc. 10 HEC-RAS River Analysis System V2.2 U.S Army Corps of Engineers


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Para el calculo del coeficiente de rugosidad equivalente para cada una de las secciones transversales evaluadas se utilizo el criterio de HORTON Y EINSTEIN, suponiendo que la velocidad media en cada sección es la misma.

3/25.1

Pt

Pixnin eequivalent

En donde:

Pi = Perímetro mojado correspondiente a cada sección

Ni = Coeficiente de rugosidad de cada sección

Pt = Perímetro mojado total

Para la obtención del valor inicial (ni) para el calculo del coeficiente de rugosidad de Mannig a ser introducido en el programa, se obtuvo a través de la formula:

)/(24

6/150 BARBARROSAEINSTEIN

dn

0265.0

24

070.0 6/1

n

Con este valor se avalúa el método recomendado por el Soil Conservation Service, a través de las siguientes consideraciones:

Valor inicial : ni = 0.0265

Valor n2 debido al grado de irregularidad del cauce n2 = 0.0000

Variación del tamaño y la sección transversal n3 = 0.0000 (suave)


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Obstrucciones en el cauce n4 = 0.0000 (despreciable)

Factores de vegetación n5 = 0.020 (efecto medio)

Valor modificador debido a meandros n6 = 0.0000 (efecto menor)

0465.0020.00000.00000.00000.00000.00265.0 totaln

Para cauces montañoso sin vegetación en el cauce principal, márgenes bastante inclinados con presencia de arbustos y árboles presentando en el cauce gravas, cantos rodados y algunos peñones, se tiene:

Mínimo: n = 0.030

Normal: n = 0.040

Máximo: n = 0.050

El valor obtenido en el tramo en estudio se ubica entre los anteriores lo cual confirma las características del río Motatan.

Los valores a ser tomados en cuenta para los cálculos son:

025.0

045.0

030.0arg

Dique

cauce

enesm

n

n

n

1.6.1 Estabilidad del revestimiento

La sección transversal debe ser estable o permanente, es decir, no sufrir erosión ni sedimentación, o bien que éstas sean tolerables. Las tensiones se han determinado experimentalmente para una sección trapezoidal simétrica. La máxima tensión se da en el fondo y se aproxima mas al 100% del valor yI . La tensión máxima en el talud ocurre a una distancia del fondo de (0.10-0.20)y , y vale aproximadamente el 75% de yI con escasa influencia en el ángulo del talud, lugar por tanto propenso a la sedimentación, mientras que el crecimiento mas fuerte de la tensión


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ocurre a poca distancia del vértice (en el fondo y el talud), lugares quizás propensos a la erosión.

La condición de comienzo del movimiento define el limite de estabilidad del revestimiento, la tensión tangente ejercida sobre el revestimiento es:

yiwb

donde w es el peso especifico del agua, y es la profundidad del agua, i es la pendiente del fondo.

Considerada una piedra de diámetro equivalente igual al diámetro medio dm del pedrisco de fondo se define como coeficiente de Shields a la relación adimensional:

mws

c

dC

)(

Donde c es la tensión tangente permitida en la situación critica de comienzo del

movimiento y s es el peso especifico del inerte. El denominador resulta

proporcional a la tensión normal en el fondo debida al peso sumergido de la piedra; el coeficiente de Shields es por lo tanto similar a un coeficiente de fricción.

0.1-0.2y

N A


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La tensión tangente permitida en le fondo, que se puede alcanzar sin movimiento del pedrisco (tensión tangente critica) vale entonces:

mwsc dC )(

El revestimiento resulta estable si es verificado por la siguiente desigualdad:

cb

El coeficiente de Shields para el pedrisco contenido por la red metálica (gaviones) vale 0.10.

Para el revestimiento del talud se puede considerar como tensión tangente critica:

22

2

1

sen

sencs

donde es la pendiente lateral y es el ángulo de reposo del pedrisco que constituye el revestimiento; se puede asumir para los gaviones = 41°, el revestimiento en las orillas es estable cuando:

sm

Admitiéndose ms , pero no mas del 20%

Es uso corriente considerar la estabilidad del revestimiento con referencia a la velocidad media, mientras que la tensión tangente sola es suficiente para la definición de la condición de estabilidad, la velocidad critica para un determinado revestimiento depende también de la profundidad del agua.


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La velocidad y la profundidad están relacionados entre si con la tensión tangente por la siguiente ecuación:

3/1

22

R

vnwb

La anterior ecuación se obtiene expresando la media como Riwb y

derivando la pendiente a través de la formula de Mannig.

1.6.2 Velocidad residual de fondo, Utilización de filtros

El espesor del revestimiento y las dimensiones de la piedra tienen que ser tales que puedan resistir al movimiento producido por la corriente y evitar la erosión del material de fondo.

La velocidad del agua entre la capa de piedras y el suelo tiene que ser lo suficientemente baja para evitar el arrastre de las partículas que constituyen el terreno, la velocidad en la parte en contacto con el fondo o con un eventual filtro, se puede determinar con la formula de Mannig:

5.03/2)2

(1

idm

nV

fb

donde Vb es la velocidad de fondo y nf es el coeficiente de rugosidad de fondo, se puede asumir nf = 0.02 si debajo se coloca un geotextil o ninguna clase de filtro nf = 0.025 si hay un filtro de grava.

La velocidad que puede soportar el suelo sin ser erosionado se puede deducir de la siguiente ecuación:

2/11.16 dVe


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Si empleando un filtro geotextil la velocidad de agua en la parte en contacto con el material de fondo es superior a la admisible, es oportuno prever un filtro de grava, este filtro debe tener un espesor de 0.15-0.20 m por lo menos y, de todas maneras, superior a la cantidad:

2)(1

Vb

Ve

f

dS v

donde f es el coeficiente de Darcy-Weisbach (f = 0.05) y dv es el diámetro equivalente a los vacíos, que se puede asumir igual a 1/5 de la dimensión media de la grava que constituye el filtro:

550

filtroddv

La granulometría del filtro se determina con las siguientes relaciones:

5

405;40

85

15

15

15

50

50

suelo

filtr

suelo

filtr

suelo

filtr

d

d

d

d

d

d

1.7 Trazado Geométrico de Canales

1.7.1 Definiciones


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R = Radio de curvatura = OA = OB

= Angulo al centro

C = Cuerda principal

c = Cuerda Unitaria (5m, 10m, 20m)

T = Tangente = AV = VB

E = Externa = CV

F = Flecha = CP

A = Punto de curvatura = PC

B = Punto de Tangencia = PT

V = Punto de intersección de dos (2) tangentes = PI

G = Grado de curvatura

L = Longitud de la cuerda

(PI)

(PT)(PC)

A B

P

0

/2

C

G

G/2

C/2

R

V


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1.7.2 Formulas:

RcG

Sen )2

()2

(

)2

(

RtgT

G

cL

1.7.3 Metodología

El procedimiento seguido para el trazado de los canales se puede resumir así:

1. Elaboración de la topografía con las diferentes coordenadas y con los diferentes puntos de trazado.

2. Según en caudal (Q) que transporta el canal, se escoge el radio mínimo de curvatura (R).

3. Con el radio mínimo (R) se calcula la tangente (T) mínima.

4. Según la apreciación del trazado, se selecciona un valor (T) que se ajuste a las condiciones económicas.

5. Con este ultimo valor de (T), se calcula un nuevo valor de (R) y de (G) denominado grado de curvatura.

6. Se redondea este valor de (G) a un valor de fácil localización, luego se recalcula el valor de (R) y (T), a partir del nuevo valor de (G) aproximado. Estos últimos valores son los parámetros para el diseño.


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1.8 Calculo de la sobre elevación

La sobre elevación en canales curvos se ha determinado aplicando la segunda ley de movimiento de Newton a la acción centrífuga de la curva. Suponiendo que todas las velocidades filamentales en el codo son iguales a la velocidad media zV

y que todas las líneas de corriente tienen un radio de curvatura cr , la superficie

transversal del agua se puede ver que es una línea recta, y se puede obtener una formula simple para la sobre elevación:

c

z

gr

bVH

2

En donde:

rc = Radio de curvatura

Vz = Velocidad media

b = Ancho del canal

1.9 Hidrológia

1.9.1 Caudales de Diseño

Cuenca del canal principal :

Área de drenaje = 142.97 Ha

C = 0.52

I = 229.55 mm/hr

./40.47360

97.14255.22952.0 3 segmxx

Q


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Cuenca del canal secundario:

Área de drenaje = 8.42 Ha

C = 0.52

I = 436.58 mm/hr

./31.5360

42.858.43652.0 3 segmxx

Q

1.9.2 Determinación de los niveles de crecida del río Motatan en el punto de entrega de la alcantarilla principal

En virtud de que tres subcuencas contribuyen al río Motatan se adopto como caudal máximo la resultante de la superposición de los tres hidrógramas de cada subcuenca.

La superposición de los hidrógramas se realizo de manera que si una cuenca comienza a contribuir en el mismo momento que comienza la lluvia el hidrógrama comenzará en t=0. Si comienza a contribuir en un tiempo t luego de haber comenzado la lluvia, el hidrógrama se desfasará en t unidades de tiempo luego de haber comenzado la lluvia.

En el caso del sector La Suiza El Motatan comienza a contribuir inmediatamente, mientras que El Escuque se desfasa 0.4 horas y El Momboy se desfasa 0.8 horas.

De la superposición de los hidrógramas de las subcuencas resulta un hidrograma total, y el caudal pico de este hidrograma es el máximo valor resultante de dicha superposición.

Para determinar el caudal pico y su influencia sobre las estructuras del canal principal de drenaje en su confluencia con el río Motatan y determinar el grado de protección de las mismas se tomaron los periodos de retorno de 10, 25, 50 y 100 años.


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Una vez obtenido el caudal pico asociado a un periodo de retorno dado se procedió a determinar el nivel máximo de crecida con ayuda de los programas FLOW MASTER11 y HEC-RAS12, para las secciones seleccionadas (3 y 4), ver Anexo No 3 “Cálculos de la Mancha de Inundación (Obras de protección y Enrocado Dique Oeste)”.

11 Haestad Methods, Inc. 12 HEC-RAS River Analysis System V2.2 U.S Army Corps of Engineers

Documents

Tratamiento de Aguas Servidas del Río Motatán, Ingeniería de Detalle, Drenaje y Protección Contra Inundación