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CAPITULO 3 – PROYECTO EJECUTIVO Desagüe Pluvial Solano Vera – San Luis - Ciudad de Yerba Buena Departamento de Yerba Buena - Provincia de Tucumán 1 Anexo II – Cálculo Hidráulico y Dimensionamiento Memoria Técnica Criterios de Cálculo y Dimensionamiento Tanto para el colector Solano Vera – San Luis como para el colector secundario, se tuvieron en cuenta las siguientes consideraciones para los diseños: Se adoptaron secciones rectangulares cerradas en H°A°, o circulares de PRFV, con pendientes longitudinales variables entre el 0.40 % y el 1.00 %, con saltos de alturas variables con el objeto de salvar los desniveles, en algunos casos generados por pendientes excesivas del terreno natural y en otras por salvar interferencias de caños maestros de agua potable y colectores de cloaca y hasta un gasoducto de alta presión. Las dimensiones surgieron en función de los caudales para una recurrencia de 25 años, de acuerdo a estudio hidrológico, actualizado y sincretizado para esta oportunidad. A continuación se describe la metodología utilizada para la verificación de los colectores, la cual consta de dos pasos: En primer lugar se predimensionan las obras en régimen permanente tomando los caudales máximos asociados a la diferentes recurrencias, empleando un software especifico. Para este predimensionado se trabajó con la fórmula de Manning adoptando un coeficiente de rugosidad de n= 0.015 (para hormigón) y de n= 0.012 (para PRFV). Previendo que el sistema debe funcionar como canal a pelo libre se considera una revancha variable entre el 10% y 30% del tirante adoptada según condiciones específicas de cada tramo, en función del régimen, de la altura disponible entre el fondo y la rasante de la calle, de las interferencias que se detectaron y de la pendiente del terreno natural, que en varios tramos es muy elevado, lo que llevó a plantear los saltos y cuencos. Se aclara que además de las condiciones planteadas anteriormente, como se consideró la limpieza mecánica de diferentes tramos también se tuvo en cuenta la entrada de un cargador tipo Bocat que requiere una altura libre (fondo y losa de techo) mínima de 2 m.
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CAPITULO 3 – PROYECTO EJECUTIVO Desagüe Pluvial Solano Vera – San Luis - Ciudad de Yerba Buena
Departamento de Yerba Buena - Provincia de Tucumán 1
Anexo II – Cálculo Hidráulico y Dimensionamiento
Memoria Técnica
Criterios de Cálculo y Dimensionamiento
Tanto para el colector Solano Vera – San Luis como para el colector
secundario, se tuvieron en cuenta las siguientes consideraciones para los diseños:
Se adoptaron secciones rectangulares cerradas en H°A°, o circulares de
PRFV, con pendientes longitudinales variables entre el 0.40 % y el 1.00 %, con
saltos de alturas variables con el objeto de salvar los desniveles, en algunos
casos generados por pendientes excesivas del terreno natural y en otras por
salvar interferencias de caños maestros de agua potable y colectores de
cloaca y hasta un gasoducto de alta presión.
Las dimensiones surgieron en función de los caudales para una recurrencia de
25 años, de acuerdo a estudio hidrológico, actualizado y sincretizado para esta
oportunidad.
A continuación se describe la metodología utilizada para la verificación de los
colectores, la cual consta de dos pasos:
En primer lugar se predimensionan las obras en régimen permanente
tomando los caudales máximos asociados a la diferentes recurrencias, empleando un
software especifico. Para este predimensionado se trabajó con la fórmula de Manning
adoptando un coeficiente de rugosidad de n= 0.015 (para hormigón) y de n= 0.012
(para PRFV).
Previendo que el sistema debe funcionar como canal a pelo libre se considera
una revancha variable entre el 10% y 30% del tirante adoptada según condiciones
específicas de cada tramo, en función del régimen, de la altura disponible entre el
fondo y la rasante de la calle, de las interferencias que se detectaron y de la pendiente
del terreno natural, que en varios tramos es muy elevado, lo que llevó a plantear los
saltos y cuencos.
Se aclara que además de las condiciones planteadas anteriormente, como se
consideró la limpieza mecánica de diferentes tramos también se tuvo en cuenta la
entrada de un cargador tipo Bocat que requiere una altura libre (fondo y losa de techo)
mínima de 2 m.
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En una segunda instancia se realizó la modelización matemática con el
modelo HEC-RAS para tener en cuenta el funcionamiento del colector considerando
efectos transitorios generados por las múltiples saltos, cambios de pendiente y
entradas de agua distribuidas a los largo del canal, que generan una variación del
caudal a lo largo del mismo, y que producen curvas de remanso, resaltos y todos los
fenómenos asociados.
Con este modelo se determinó el comportamiento hidráulico de los colectores
principales y de los colectores secundarios, para la situación de proyecto. Los cálculos
hidráulicos se realizaron entonces tomando como base la geometría adoptada en el
predimensionado del proyecto, respetando todas las singularidades del mismo, tales
como los saltos hidráulicos y sus correspondientes cuencos de disipación de energía.
Como resultados se obtuvieron: niveles de agua, niveles de la línea de
energía, pendiente de la línea de energía, velocidades, perdidas de carga, número de
Froude, tirante crítico, fuerza tractriz, etc., con los cuales se verificó el funcionamiento
de los colectores principales secundarios, para los caudales de diseño.
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Características Geométricas de los Canales
El canal sobre Avda. Solano Vera tiene 3 secciones diferentes, al inicio en Av.
Aconquija sus dimensiones son 2.40m de ancho por 1.40 de altura. Esta sección se
modifica al recibir los aportes de la calle Sarmiento siendo a partir de allí de 3.00m de
ancho por 2.00m de alto hasta la calle Colón, donde se incorpora el canal de calle
Colón y su sección es de 4.00m x 2.70m hasta la curva que lo deriva a calle San Luis.
Figura 5- Síntesis de geometría adoptada – Canal Solano Vera.-
El canal sobre la calle San Luis tiene 4 secciones diferentes, al inicio en
Solano Vera sus dimensiones son 4.20m de ancho por 2.70m de altura. Esta sección
se modifica al recibir los aportes de la calle San Martín y los desagües del Norte a la
altura de la calle Güemes, en este punto se ensancha quedando sus dimensiones de
4.40m por 2.70m de alto hasta calle Martín Fierro. La tercera sección corresponde a
un ancho de 5.40m y 2.70m de altura, se extiende desde calle Martín Fierro hasta el
ingreso de los desagües del country Marcos Paz, unos 670m aguas abajo. Desde allí
DENOMINACION TRAMO LONG SECCION
TRAMO 1 385.62
TRAMO 2 226.5
TRAMO 3 784.56
CANAL SOLANO VERA
PROGR. 971.49 -1357.22
0.3
01
.40
2.40
0.3
5
0.200.20
0.3
0
3.00
2.0
00.3
00
.30
0.35
0.3
5
PROGR. 1357.22 - 1582.90
0.300.30
4.20
2.5
0
0.3
0
0.30
0.30
3.50 0.3
5
0.3
0
PROGR. 1582.903 - 2367.46
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hasta la desembocadura el ancho se incrementa a 6.20m. La desembocadura tiene
una configuración geométrica de manera que el flujo ingresa tangencial al canal Yerba
Buena.
Figura 6- Síntesis de geometría adoptada – Canal San Luis.-
El canal Francia-España se inicia en la Av. Aconquija, la primer cuadra
corresponde a un canal existente el cual se encuentra muy deteriorado, a éste se debe
realizar un recubrimiento 0.15m de espesor de HºAº, funcionando el canal actual a
modo de encofrado. A partir de allí, se construye el canal de hormigón proyectado en
2.50m de ancho por 1.80m de alto hasta calle España donde cambia de sección a
DENOMINACION TRAMO LONG SECCION
TRAMO 4 1264.35
TRAMO 5 421.58
TRAMO 6 673.65
TRAMO 7 226.12
CANAL SAN LUIS
PROGR. 4727.05 - 4959.57
4.20
2.7
0
0.35 0.3
5
0.3
0
0.300.30
0.3
0PROGR. 2367.46 - 3631.81
4.40 0.300.30
0.3
02.7
0
0.35 0.3
5
0.3
0
PROGR. 3631.81 - 4053.396
0.35 0.3
5
5.40 0.300.30
0.3
02
.70
PROGR. 4053.396 - 4727.050.3
0
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2.50 por 2.00m de alto. A partir del cruce con calle Sarmiento la sección del canal será
de 2.80m por 2.00, hasta su desembocadura en el canal Colón.
Figura 7- Síntesis de geometría adoptada – Canal Francia- España
El canal Colón nace 260m aguas arriba de esta confluencia, con una sección
inicial de 1.10m por 1.10. A partir de calle España y hasta Solano Vera sus
dimensiones son 3.20m por 2.00m.
DENOMINACION TRAMO LONG SECCION
TRAMO 1 89.12
TRAMO 1a 6.36
TRAMO 2 166.33
TRAMO 3 246.43
TRAMO 4 213.61
CANAL ESPAÑA- FRANCIA
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Figura 8- Síntesis de geometría adoptada – Canal Colon
Comportamiento Hidráulico del Colector Solano Vera, San Luis y Colectores
Secundarios rectangulares (HEC-RAS) – Determinación del Perfil Hidráulico
Se buscó aproximar el comportamiento hidráulico de la totalidad de canales
rectangulares de HºAº, para lo cual se procedió al cálculo del perfil hidráulico del
mismo haciendo uso del modelo computacional HEC-RAS, desarrollado por
Hydrologic Engineering Center (HEC) del U.S. Army Corps of Engineers.
El modelo HEC-RAS se desarrolló para calcular perfiles hidráulicos para flujos
permanentes, gradualmente variados en canales prismáticos y no prismáticos. Se
pueden estimar perfiles subcríticos y supercríticos.
El modelo computa el perfil hidráulico desde una sección a la siguiente
resolviendo la ecuación de la Energía mediante un procedimiento iterativo llamado
Método estándar por pasos. La pérdida de energía entre dos secciones está
compuesta por las pérdidas por fricción y las pérdidas por contracción y expansión.
La determinación de la pendiente de fricción se realiza mediante la ecuación de
Manning. Es importante destacar que el modelo trabaja con agua “limpia”.
Metodología del modelo
Con el modelo HEC-RAS se determinó el comportamiento hidráulico de los
canales Solano Vera, Francia – España, Colon y San Luis en su conjunto para la
DENOMINACION TRAMO LONG SECCION
TRAMO 1 260.88
TRAMO 2 689.87
COLECTOR COLON
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situación de proyecto. Los cálculos hidráulicos se realizaron tomando como base la
geometría adoptada en el predimensionado del proyecto, respetando todas las
singularidades del mismo, tales como saltos con sus correspondientes cuencos.
Como resultados se obtuvieron niveles de agua, niveles de la línea de energía,
pendiente de la línea de energía, velocidades, perdidas de carga, número de Froude,
tirante crítico, fuerza tractriz, etc., con los cuales se verificó el adecuado
funcionamiento del conjunto hasta su desembocadura en el canal Yerba Buena.
Parámetros Geométricos
En el programa HEC-RAS se ingresaron las coordenadas de los perfiles
transversales en forma consecutiva desde aguas abajo hacia aguas arriba, y de
izquierda hacia derecha mirando hacia aguas abajo. Las progresivas consideradas
por este software no son coincidentes con las definidas en los planos del proyecto.
Se ingresó al modelo la configuración completa del sistema, es decir, Canal
Solano Vera, Francia – España, Colon, San Luis y además el tramo del canal Yerba
Buena donde desembocará el canal proyectado. Cabe destacar que actualmente
desemboca en el mismo punto con una sección menor.
Estimación del Coeficiente de Resistencia
Paredes y solera de Hº n = 0.015
Tabla 10: Valores adoptados para el coeficiente n de Manning
Parámetros Hidráulicos
En el programa también se ingresaron los siguientes parámetros hidráulicos:
Coeficiente de Contracción 0.1
Coeficiente de Expansión 0.3
Tabla 11: Parámetros Hidráulicos Adoptados
Caudales de Diseño
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Se consideró para el diseño una recurrencia de 25 años de acuerdo al informe
de hidrología se realizó la modelización con las siguientes series de caudales que se
indican en las Tablas 12 a 15:
Caudales ingresados en el programa
CANAL SOLANO VERA
Q (m3/s)
ACUM DESCRIPCION
AV ACONQUIJA 11.59 Inicio colector de HºAº
SARMIENTO 14.37
COLON 36.41 Confluye el canal S. Vera y el Canal Colon
CORDOBA - THEILE 44.79 Una cuadra antes de girar hacia San Luis Tabla 12: Series de Caudales Ingresados en el Programa HEC-RAS – Canal Solano Vera
CANAL SAN LUIS
Q (m3/s)
ACUM DESCRIPCION
SOLANO VERA 52.24
Ingresan caudales en cada una de las esquinas que intersectan al canal San Luis a
modo de caudales distribuidos en ruta
RECONQUISTA 54.94
QUINTANA 55.67
SAN LORENZO 56.55
DARWIN 57.80
MARTIN FIERRO 65.38 Ingresa Colector Martin Fierro
CONCORDIA 68.46
LANTANAS 70.54 Ingresa caudal erogado por Barrio Cerrado
Marcos Paz Tabla 13: Series de Caudales Ingresados en el Programa HEC-RAS – Canal San Luis
CANAL SAC CANAL FRANCIA – ESPAÑA
Q (m3/s)
ACUM DESCRIPCION
AV ACONQUIJA 11.66
Capta los caudales provenientes del canal de Avda. Aconquija y de S. Lamas y del
conducido por ambas arterias
POLONIA 13.50 Capta en ruta los caudales provenientes de las cuencas al oeste SARMIENTO 18.47
Tabla 14: Series de Caudales Ingresados en el Programa HEC-RAS – Canal Francia España
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CANAL COLON
Q (m3/s)
ACUM DESCRIPCION
ROJAS PAZ 1.10
ESPAÑA 19.79 Tabla 15: Series de Caudales Ingresados en el Programa HEC-RAS – Canal Colon
Resultados.
CANAL SOLANO VERA
UNION CON CANAL COLON Tabla 16: Resultados del Programa HEC-RAS – Canal Solano Vera entre Avda. Aconquija y San Luis
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CANAL SAN LUIS
Tabla 17: Resultados del Programa HEC-RAS – Canal San Luis hasta la desembocadura en Canal Yerba Buena
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CANAL FRANCIA- ESPAÑA
Tabla 18: Resultados del Programa HEC-RAS – Canal Francia – España entre avda. Aconquija y Canal Colon
CANAL COLON
Tabla 19: Resultados del Programa HEC-RAS – Canal Colon hasta su intersección con canal Solano Vera
En general se observan que los resultados son satisfactorios a las pautas
impuestas como condiciones de borde del sistema modelizado. El sistema funciona
adecuadamente.
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Figura 9 Perfil hidráulico a lo largo del canal principal de H°A° sobre Solano Vera y San Luis entre Avda. Aconquija y su desembocadura en canal Yerba Buena
0 400 800 1200 1600 2000 2400 2800 3200 3600 4000440
445
450
455
460
465
470
475
480
485
490
495
500
DEFINITIVO 12DIC Plan: plan 09 12/18/2014
Main Channel Distance (m)
Ele
vatio
n (
m)
Legend
WS PF 1
Ground
LOB
ROB
SA
...
SA
LTO
...
SA
LTO
18
SA
LTO
17
SA
LTO
16
SA
LTO
15 C
HA
CH
O P
EÑ
A...
SA
LTO
14
SA
LTO
13 M
AR
TIN
FIE
RR
O
SA
LTO
12
DA
RW
IN S
AL
TO
11
SA
LTO
10
SA
LTO
9
SA
N M
AR
TIN
SA
LTO
8
SA
LTO
7
SA
LTO
6
SA
LTO
5
SA
LTO
4
SA
N L
UIS
GIR
O S
AL
TO
3
CO
LO
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AL
TO
2
CA
LLE
SA
RM
IEN
TO
SA
LTO
1
AV
AC
ON
QU
IJA
SAN LUIS SAN LUIS SAN LUIS SOLANO VERA
COLECTOR COLON 21.44m3/s
11.59m3/
14.37m3/s 36.41m3/
s
S.VERA ESQ SAN LUIS
CALLE SAN MARTIN
INGRESA A CANAL Y. BUENA
57.35m3/s
52.24m3/s
65.38m3/s
70.54m3/s
COLECTOR M. FIERRO
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Figura 10 Perfil de velocidades del canal principal de H°A° sobre Solano Vera y San Luis entre Avda. Aconquija y su desembocadura en canal Yerba Buena
0 1000 2000 3000 40000
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
DEFINITIVO 28ene15 P lan: plan 10 2/3/2015
Main Channel Distance (m)
Ve
l Le
ft (
m/s
), V
el C
hn
l (m
/s),
Ve
l R
igh
t (m
/s)
Legend
Vel Chnl Qdise (m³/s)
SAN LUIS SAN LUIS SAN LUIS SOLANO VERA
VALOR MAX ESTABLECIDO 5m/s
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Figura 11 Perfil hidráulico a lo largo del canal de H°A° Francia España y Colón hasta su desembocadura en canal Solano Vera
Inicio Colector Francia en Avda Aconquija Q = 11.66 m³/s
Inicio Colector Colon en Rojas Paz Q = 1.1 m³/s
Confluencia Colector Francia-España con Colector Colón Q = 19.79 m³/s
18.47 m³/s
Confluencia Colector Colon con Colector Solano Vera Q = 36.41 m³/s
21.44 m³/s
15
PERFIL LONGITUDINAL DE VELOCIDADES
Figura 12 Perfil de velocidades a lo largo del canal de H°A° Francia España y Colon hasta su ingreso en el Canal Solano Vera. En el inicio del canal en particular en el tramo a readecuar, como no se puede cambiar la pendiente las velocidades será del orden del 5,5m/s.
0 200 400 600 800 1000 1200 14000
1
2
3
4
5
6
7
8
9
DEFINITIVO 12DIC Plan: plan 09 12/18/2014
Main Channel Distance (m)
Ve
l Le
ft (
m/s
), V
el C
hn
l (m
/s),
Ve
l Rig
ht (m
/s)
Legend
Vel Chnl PF 1
SAN LUIS COLON 2SAN LUIS FRANCIA
SAN LUIS COLON
VALOR MAX ESTABLECIDO 4m/s
16
Conclusiones
Como resultado de la modelización se observa que existe un
funcionamiento hidráulico adecuado del canal, para las recurrencias
estudiadas de 10 y 25 años.
Se debe tener en cuenta que la carga del modelo considera la situación
en que el caudal pico de la tormenta llega en el mismo instante a un punto
de convergencia, cuando en la realidad los picos se encontrarían
desplazados para cada uno de los canales de descarga que convergen.
Por lo que se considera la situación más desfavorable.
Es importante remarcar que en la modelización hidráulica los caudales
provenientes de los colectores secundarios se ingresaron en forma
puntual sin tener en cuenta la configuración geométrica que se proyectó
en cada confluencia, lo cual, en realidad, permite un ingreso armónico con
el flujo del canal principal, evitando de esta forma los resaltos que se
observan en el perfil de la modelización.
Las velocidades obtenidas en los canales están comprendidas dentro de
las admisibles para la estructura de HºAº proyectada, a excepción puntual
de los saltos donde se produce un pico de velocidad. Esta situación se
presenta en un muy breve periodo de tiempo por las lluvias cortas e
intensas características de la región.
Para el diseño de las confluencias al canal principal se trabajó con el
Manual “DIRETRIZES BÁSICAS PARA PROJETOS DE DRENAGEM
URBANA NO MUNICIPIO DE SAO PAULO”, de la Prefeitura do Municipio
de Sao Paulo. Se diseñaron las confluencias según lo especificado en las
hojas 166 a 168, y 181 del manual antes aludido.
