Memoria Descriptiva Drenaje de La Av. Vice

ING. JESUS H. MORENO MANTILLA. CONSULTORURB. BANCARIOS MZ A LOTE 5 SEGUNDA ETAPA. PIURA TELEF. 619500, 969076424, RPM # 680192

GOBIERNO REGIONAL PIURAGERENCIA REGIONAL DE INFRAESTRUCTURA

UNIDAD FORMULADORA

MEMORIA DESCRIPTIVA

“MEJORAMIENTO DE LA AV. VICE TRAMO SANCHEZ CERRO – ANDRES AVELINO CACERES DISTRITO Y PROVINCIA DE PIURA”

ESTUDIO HIDRAULICO

El presente estudio correspondiente a la parte hidráulica cuyo objetivo es drenar las aguas que se acumulan en la cuenca de la Av. Vice, entre la Av. Cáceres y la Av. Sánchez Cerro en periodos lluviosos, para lo cual se han planteado tres probables soluciones:

1. Construcción de una captación en la Av. Vice (en la parte más baja) y conducir las aguas de lluvia por gravedad hacia una cámara de bombeo cercana al Rio Piura, para ser bombeadas.

2. Construcción de una captación y una cámara de bombeo en la parte más baja de la Av. Vice para bombear las aguas de lluvia hacia el rio Piura.

3. Construcción de una captación en la Av. Vice (en la parte más baja) y conducir las aguas de lluvia hacia el Rio Piura por gravedad.

1.- DESARROLLO DE LA PRIMERA ALTERNATIVA


Tiene como fundamento plantear como una primera alternativa, la captación de las aguas proveniente de lluvia en la parte más baja de la Av. Vice que corresponde a un área de drenaje de 0.41 km2. Y ser evacuadas a través de una tubería de POLIETILENO DE ALTA DENSIDAD de 1,550 m de longitud, de diámetro 1.50 m. que corresponde 60”. Hacia una cámara de bombeo ubicada 305 m. del rio Piura, en la berma central aproximadamente frente al colegio Santa María.

Por lo que se plantea lo siguiente:

Actualmente se han estudiado entre tanques de retención o tanques de tormenta que se vacían al terminar ésta, ya sea por bombeo, por regreso a la red o por gravedad directamente al punto de vertido; y un segundo tipo que serían los tanques de laminación.

Para nuestro caso funcionaría muy bien con este segundo tipo.


La diferencia estriba en que en este caso se debe tener un elemento, ya sea un vertedero con cota suficiente para verter al río (puede que sea muy complicado y obliga a poner en presión nuestra red anterior) o un bombeo que comience a funcionar a partir de un nivel de llenado. Este último es lo más adecuado y es el que vamos a plantear para nuestro proyecto.

TANQUE DE LAMINACION

El funcionamiento es buscar una laminación similar a la laminación que se hacen en las presas, es decir, se tiene un hidrograma de entrada que inicialmente me va llenando el tanque (se supone que no se tiene salida a través del conducto que va al río), y a partir de un nivel de llenado que se fija, que sea 1/3 de la altura del tanque por lo menos, para comenzar a vaciar por bombeo.

0.0

0.6

1.2

1.8

2.4

5 15 25 35 45 55 65 75 85 95 105 115 125 135 145

CAUD

AL (M

3/S)

TIEMPO (MIN)

HIDROGRAMA TRIANGULAR RESULTANTE TR=10Q=2.23 m3/s

0.038

0.048

0.061

0.078

0.099

0.139

0.181

0.239

0.232

0.203

0.177

0.168

0.147

0.130

0.115

0.103

Q (m3/s)

Es importante tener en cuenta que al bombear lo único que debe pasar es que la presión en el punto de salida sea superior al nivel del río.

De esta forma se tendrá una laminación. Jugando con la superficie del tanque (constante en altura por ejemplo) y la capacidad de las bombas (caudal de bombeo básicamente que


se puede hacer variable o constante con el llenado para mayor seguridad) y debe obtener una geometría tal que llegue a entrar la tormenta sin salir del tanque.

El caudal de diseño de las bombas deberá ser cercano al caudal punta de diseño y que corresponde al hietográma de diseño, como minimo un 80% de éste para nuestro caso, teniendo en cuenta el estudio hidrológico que arroja un valor inmediatamente cercano al depósito de retención, laminación y de bombeo es de 2.23 m3/seg correspondiente a un periodo de retorno de 10 años, será de 1.800 m3/seg, lo cual se verá al hacer el balance y tanteo.

En resumen este primer sistema propuesto consistirá en la captación ubicado en la avenida Vice con una estructura de captación de 7 m. de largo por 3 m. de ancho con una profundidad de 2.70 m.

Elevación de la estructura de capitación ubicada en la av. Vice

6.70/ VAR.

.06 2"2"2"2"2" 2"2"2"2"2" 2"2"2"2"2" 2"2"2"2"2" 2"2"2"2"2"

.15 6.70

.15

7.00

2.7

0

Ø 3/8"@0.30

PL 1/2"x1/8"PL 1/2"x1/8"

TUBO f° Ø 2" TUBO f° Ø 2"TUBO f° Ø 2"

L 4"x4"e=1/4"L 4"x4"e=1/4" L 4"x4"e=1/4"

ANCLAJE

f° CORR.Ø58"

ANCLAJE

f° CORR.Ø58"

Ø 3/8"@0.30

Ø 3/8"@0.30

Ø 3/8"@0.30

CORTE A - A

f'c=210 Kg/cm²

L 4"x4e=1/4" L 4"x4e=1/4"

Ø 1/2"@0.20

Ø 1/2"@0.20

S= 0.1 %

.15

1.2

0

1.50

1.5

0

2.00

Del cual partirá un conducto de 1.50 m. de diámetro que conducirá las aguas de lluvia por gravedad hacia el tanque de Retención, laminación y de bombeo, el cual bombeará las aguas hacia el rio Piura a través de una línea de impulsión de 26” de diámetro y de 305 m. de longitud.


MEMORIA DE CÁLCULO

SIMULACION HIDRAULICA DEL SISTEMA EN ESTUDIO

El presente estudio se ha modelado numéricamente a través del software SWMM, El modelo de gestión de aguas pluviales EPA SWMM (Storm Wáter Management Model) de Agencia de Protección del Medioambiente de los Estados Unidos (USEPA, U.S. Environmental Protection Agency), es un modelo numérico que permite simular el comportamiento hidrológico-hidráulico de un sistema de drenaje urbano, tanto en términos de cantidad de agua como en la calidad de la misma. Este modelo lleva más de treinta años de uso en los Estados Unidos y se ha difundido por todo el mundo, siendo una herramienta de cálculo reconocida a nivel mundial.

Para lo cual se va evaluar el sistema integral hidráulico, y se verá el comportamiento del mismo con la lluvia de diseño estadísticamente calculado por el hidrólogo.

Por lo que los datos de las cuencas que intervienen son, los datos topográficos del sistema planteado para su evacuación así como todo lo correspondiente a la parte hidrológica.

Nombre Pluviómetro Salida Area total (ha)

Porcentage de

impermeabilizacion

Anchpo de la cuenca (m)

Pendiente (m/m)

CUENCA1 LLUVIA_PIURA CAPTACION 12.22 70% 583 0.55

CUENCA2 LLUVIA_PIURA CAPTACION 29.49 75% 691 0.55

Cuencas en estudio ubicada en la av. Vice


Modelación Hidráulica del sistema

Método de cálculo:

CUENCA 1

CUENCA 2


SWMM 5.0 es un programa hidrológico-hidráulico cuyas rutinas de cálculo se desarrollan sobre los principios de Conservación de la Masa y Conservación de la Cantidad de Movimiento para calcular caudales, tirantes, velocidades, concentraciones, y otras variables de interés, sobre intervalos de tiempo discretos. Procesos tales como la escorrentía superficial, infiltración, propagación del flújo en la red, y el transporte de contaminantes, son simulados usando estos principios.

Para nuestro caso se utilizara el método de la Onda Dinámica, este método es el físicamente más correcto, aun que demanda un mayor tiempo de proceso computacional.

Como dato principal se ingresará la lluvia de diseño alcanzada por el responsable de diseñar la parte de hidrología.

Lluvia de diseño

Una vez ingresado los parámetros fisiográficos de las cuencas, así como el modelo de infraestructura hidráulica, captación,


colectores, buzones de inspección, cámara de bombeo y línea de impulsión. Se procede a la simulación correspondiente.

En el presente cuadro se puede observar los siguientes datos importantes:

La precipitación total producida por ambas cuencas de 37.64 mm, la infiltración de 9.74 mm, obteniéndose una escorrentía total neta de 27.10 mm. Esta escorrentía neta produce un caudal punta de 3.41 m3/seg.

A continuación se puede observar los niveles en cada uno de las infraestructuras de captación y buzones de inspección respectivamente. Mostrando que no existe ningún desborde para dicho caudal.


Así mismo en el cuadro siguiente se puede observar el caudal medio del sistema y el caudal en el vertido, así como las velocidades máximas en cada uno de las tuberías. Es importante señalar que en esta alternativa se está diseñando para un caudal de 1,800 m3/seg muy cercano al caudal medio calculado por el SWMM. Sin embargo lo propuesto es para ese caudal máximo producido por el hietográma calculado.


En este último cuadro se puede observar la potencia consumida de la bomba a utilizar para que el sistema sea estable así como el caudal medio a bombear.

Instante crítico de drenaje en el sistema, a los 60 minutos


Hidrograma de aporte del sistema – hidrograma de vertido


Simulación hidráulica del sistema en caudal punta, Captación, Cámara de bombeo y vertido (Rio Piura)

DISEÑO DE LA TUBERIA DE CONDUCCIÓN DESDE LA CAPTACIÓN HASTA EL TANQUE DE LAMINACIÓN Y DE BOMBEO

A continuación se presenta la memoria de cálculo donde se determina las cotas de llegada del tanque de retención, laminación y bombeo, las dimensiones del mismo y los parámetros hidráulicos para diseño del sistema hidráulico.


Diámetro elegido es de 60” o de 1500 mm, con una pendiente de 0.10 % y una longitud de 1550 m. con cajas de inspección cada 250m. de separación, como máximo.


DATOS DE ENTRADA

30.52 m1.2 m1.5 m

0.10%1550 m

3 m31.56 m

27.82 m26.27 m23.27 m8.29 m

Dimensiones del tanque

3 m5.5 m12 m80%198 m32.23 m3/seg1.78 m3/seg1.80 m3/seg0.43 m3/seg1.480 min

Cota del terreno en la captacion en Av. Vice

Prufundidad de excavacion

Diametro del tubo

Pendiente del tubo

Longitud del tubo

Profundidad del tanque efectivo (tirante de agua)

Cota de terreno en el tanque (frente Sta Maria)

Cota de fondo de inicio de tubo (En la Vice)

Cota de llegada de fondo de tubo (Frente Sta Maria)

Cota de fondo del Tanque (Frete Sta Maria)

Profundidad de excavacion en el tanque (Frente Sta Maria)

Altura tanque efectivo (tirante de agua)

Tiempo de llenado

Caudal del sistema de bombeo

Saldo de Caudal

Ancho del tanque

Largo del tanque

% de evacuacion de caudal

Volumen del tanque (efectivo)

Caudal

% de Caudal de Ingreso

Ver (plano del perfil longitudinal).


DISEÑO DE LA LINEA DE IMPULSIÓN Y TANQUE DE LAMINACIÓN Y DE BOMBEO

Perfil del Tanque:

Largo = 12 m.

Ancho= 5.5 m.

Tirante de agua = 3.0 m. Volumen del tanque efectivo = 198 m3


Nota:

Es necesario bombear por lo menos el 80 % del caudal de ingreso, para lo cual el ingeniero electromecánico deberá diseñar sus bombas para tal fin.

Cálculos de parámetros hidráulicos

Calculo de los parametros de diseño - linea de impulsion

a.- Datos de diseño

- Caudal de Bombeo lps. (Qb) 1800 lps - Cota de ubicación de Electro bomba 23 mts, - Cota de llegada de la Línea de impulsión pie de rio Piura31 mts. - Presion de servicio( Ps ) 1 mts. - Calidad de tuberia ( C ) 140 - Longitud de la tuberia ( L ) 305 mts. Numero de horas de bombeo

0.42 Horas

b.- Calculo del diametro economico 0.63 m.

24.97 pulgadas

2%

D = K ( Qb )^0.5 k2.000 L<500 mts.1.500 L>500 y L<10001.000 L>1500 mts.

Diametro elegido ........................26 Pulgadas

Q= 600 lps 1 bombaQ= 1200 lps 2 bombasQ= 1800.00 lps 3 bombas

3 bombas 2 bombas 1 bombas

26 26 26 - Perdidas de carga po friccion mts hf =7.72 3.64 1.01

- Velocidad m/seg. V =5.25 3.50 1.75

- Gradiente hidraulica So/oo = 0.03 0.01 0.00

- Altura dinamica total Hdt =16.45 12.37 9.74

- Potencia de la bomba HP P =563.96 282.81 111.31

- Potencia del motor HP Pm =676.76 339.37 133.57

DIAMETRO

Nº DE BOMBAS

Porcentaje de utilización de la bomba

en el dia


A continuación se presenta las curvas características del sistema, en la cual se determina su comportamiento con las tres bombas funcionando en serie, con un caudal total de 1800 lps.

Q Hdt0 8.7300

50 8.7401

100 8.7666

150 8.8075

200 8.8620

250 8.9295

300 9.0096

400 9.2063

500 9.4501

600 9.7393

1 bombas

Q Hdt0 8.7300

100 8.7666

200 8.8620

300 9.0096

400 9.2063

500 9.4501

600 9.7393

700 10.0727

800 10.4494

900 10.8684

1000 11.3292

1100 11.8309

1200 12.3730

2 bombas


Q Hdt0 8.7300

100 8.7666

200 8.8620

300 9.0096

400 9.2063

500 9.4501

600 9.7393

700 10.0727

800 10.4494

900 10.8684

1000 11.3292

1100 11.8309

1200 12.3730

1300 12.9551

1400 13.5766

1500 14.2372

1600 14.9363

1700 15.6737

1800 16.4490

3 bombas

Nota: La linea de impulsión para esta alternativa sera de 26” clase A-7.5 union flexible.

Solo falta incorporar la curva de la bomba en los graficos para determinar el punto optimo de funcionamiento, con un diametro de bomba determinado.


2.- DESARROLLO DE LA SEGUNDA ALTERNATIVA

Esta segunda alternativa consiste construcción de una captación y una cámara de bombeo en la parte más baja de la Av. Vice para bombear las aguas de lluvia hacia el rio Piura, a través de una línea de impulsión de 1,811 metros lineales con un diámetro de 32” clase A-7.5.

La captación y la cámara de bombeo serán similares a la primera alternativa. Sin embargo se presenta la memoria de cálculo para el diseño de la tubería de impulsión para la segunda alternativa.

Memoria de cálculo:

Para el cálculo del diámetro de la tubería de impulsión se trabajará con el 80% de 2.69 m3/seg que corresponde al caudal de aporte de la cuenca en estudio; y de acuerdo a esto nuestro caudal de diseño será de 2.20 m3/seg. Ver cuadro adjunto.

CUADRO N° 32

CAUDAL DE AVENIDA PARA T= 10 AÑOS

MICROCUENCA Tp(min)

A (Km2)

Q (m3/s)

AV. VICE 60 0.404 2.69

AV. VICE CON COLECTOR 80 0.404 2.23


a.- Datos de diseño

- Caudal de Bombeo lps. (Qb) 2200 lps - Cota de ubicación de Electro bomba 26 mts, - Cota de llegada de la Línea de impulsión pie de rio Piura31 mts. - Presion de servicio( Ps ) 1 mts. - Calidad de tuberia ( C ) 140 - Longitud de la tuberia ( L ) 1811 mts. Numero de horas de bombeo

0.7 Horas

b.- Calculo del diametro economico 0.80 m.

31.37 pulgadas

3%

D = K ( Qb )^0.5 k2.000 L<500 mts.1.500 L>500 y L<10001.000 L>1500 mts.

Diametro elegido ........................32 Pulgadas

Q= 733.33333 lps 1 bombaQ= 1466.6667 lps 2 bombasQ= 2200.00 lps 3 bombas

3 bombas 2 bombas 1 bombas

32 32 32 - Perdidas de carga po friccion mts hf =24.18 11.41 3.16

- Velocidad m/seg. V =4.24 2.83 1.41

- Gradiente hidraulica So/oo = 0.01 0.01 0.00

- Altura dinamica total Hdt =30.06 17.29 9.04

- Potencia de la bomba HP P =1259.46 483.02 126.29

- Potencia del motor HP Pm =1511.36 579.62 151.54

DIMENSIONAMIENTO DE LINEA DE IMPULSION

CAPATACION_CAMARA EN LA VICE HASTA EL PUENTE CACERES

Calculo de los parametros de diseño - linea de impulsion

Porcentaje de utilización de la bomba

en el dia

Nº DE BOMBAS

DIAMETRO


Modelación del sistema de la segunda alternativa considerando captación en la Av. Vice y bombeo hacia el rio Piura.


3.- DESARROLLO DE LA TERCERA ALTERNATIVA

Esta tercera alternativa consiste construcción de la captación en la Av. Vice (en la parte más baja) y conducir las aguas de lluvia hacia el Rio Piura por gravedad. De la misma forma la captación es similar a la primera alternativa, el caudal de diseño se utilizara de acuerdo a lo planteado por el hidrólogo de 2.69 m3/seg.

Esta alternativa consiste en la construcción adicional de una línea de evacuación de las aguas pluviales por gravedad de 1,814 ml de longitud con un diámetro de 1.50 m. y 16 buzones de inspección de 2.5 m. de diámetro de concreto armado, con separación variable, y como máximo cada 250 m.

Modelación del sistema de la tercera alternativa considerando captación en la Av. Vice y evacuación por gravedad hacia el rio Piura.

Simulación hidráulica correspondiente a un instante critico


En este grafico se puede observar que la cota de llegada del fondo de la tubería sería 25.994 m. Que estaría a solo dos metros del fondo del rio con sedimentos.

18.00

19.00

20.00

21.00

22.00

23.00

24.00

25.00

26.00

27.00

28.00

29.00

30.00

31.00

32.00

33.00

34.00

35.00

36.00

0.00 20.00 40.00 60.00 80.00 100.00 120.00 140.00 160.00 180.00

Seccion transversal Puente Caceres

Longitud mts.

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES


En el presente estudio se pueden hacer dos análisis el técnico y el económico, en lo que corresponde opinar es en la parte técnica y específicamente la hidráulica.

Cuadro comparativo hidráulicamente

Longitud (m)

Diametro

(pulg)

Longitud (m)

Diametro (pulg)

305 26 1550 60 Si Si 12

1811 32 No No Si Si No

No No 1814 60 Si Si 16

SEGUNDA ALTERNATIVA

TERCERA ALTERNATIVA

ALTERNATIVAS EVALUADAS

Tuberia de Impulsión

Tuberia por gravedad

CaptacionCamara de

bombeo

Buzones de

Inspeccion (und)

PRIMERA ALTERNATIVA

En la primera alternativa propuesta se tiene la ventaja que existe un aumento del tiempo de concentración por lo que nos va a permitir laminar el flujo y esto va a favorecer en disminuir los caudales punta en el hidrograma correspondiente, así mismo tendrá un diámetro menor de impulsión (26”) y la altura dinámica será también menor, por ende la potencia de las bombas serán menores. Por lo que abarataría los costos. Sin embargo tendríamos una considerable longitud de tubería por gravedad cercano a los 1,550 ml. De 60 pulgadas, así como la construcción de 12 buzones de inspección; y así mismo la construcción de la captación (Av. Vice) y la cámara de bombeo (frente colegio Sta. María).

Esta alternativa compara con la segunda, la diferencia estriba en que la captación y el bombeo se encuentran en la depresión de la Av. Vice solo tendríamos la línea de impulsión directamente hasta el rio, con una longitud de 1,811 m. y un diámetro de 32 pulgadas de alta presión.

Luego tenemos como una tercera alternativa, descargar las aguas de lluvia por gravedad, el único inconveniente seria que estaríamos llegando a la cota de 26 m. a tan solo 2 m. del fondo del rio sin socavación.


Por lo arriba descrito y de acuerdo a los cálculos realizados en las diferentes alternativas recomendamos que se tome en cuenta la primera alternativa como la solución definitiva. Ya que esta garantizaría la transitabilidad permanente en la Av. Vice y solucionaría la problemática de inundación en toda esa zona en estudio.

Sin embargo es importante realizar una evaluación económica a los tres sistemas planteados ya que en las tres alternativas la inversión inicial es importante.


ESTUDIO HIDRAULICO

“MEJORAMIENTO DE LA AV. VICE TRAMO SANCHEZ CERRO – ANDRES AVELINO CACERES DISTRITO Y

PROVINCIA DE PIURA”

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