DISEÑO HIDROSANITARIO CANCHAS DE TENIS UDEA MEDELLIN

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1 ACCESO ACCESO ÚTIL 1 ÚTIL 2 CANCHA 1 CANCHA 2 CANCHA 3 CANCHA 4 ÚTIL 3 ÚTIL 4 ACCESO ACCESO OPEN ESTRUCTURAS S.A.S DISEÑO HIDROSANITARIO CANCHAS DE TENIS UDEA MEDELLIN 1 PLANTA URBANISMO 1:75 INFORME DE DISEÑO FEBRERO 2016 Diseño Hidro sanitario

2 TABLA DE CONTENIDO OPEN ESTRUCTURAS S.A.S Pág. 1 INFORMACIÓN RECIBIDA SISTEMA DE ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE PROCEDIMIENTO DE DISEÑO Caudal de diseño Velocidad en el tramo: Numero de Reynolds: Factor de fricción: Pérdidas por fricción, hf (ecuación de Darcy- Weisbach): Pérdidas por accesorios, hm: Pérdidas totales del tramo, HT: SISTEMA DE AGUAS LLUVIAS CAUDAL DE AGUAS LLUVIAS METODOLOGÍA DE CÁLCULO Dimensionamiento de bajantes Dimensionamiento de ramales horizontales Calculo de cunetas y cárcamos MEMORIAS DE CÁLCULO RED DE ABASTOS EVACUACION DE AGUAS LLUVIAS CONCLUSIONES BIBLIOGRAFÍA LISTA DE TABLAS Pág. TABLA 1. UNIDADES DE DESCARGA Y CAUDALES POR APARATO Y DIÁMETRO MÍNIMO NTC 1500 ERROR! MARCADOR NO DEFINIDO. TABLA 2. CARGA MÁXIMA DE UNIDADES Y LONGITUD MÁXIMA DE TUBOS DE DESAGÜE NTC 1500 ERROR! MARCADOR NO DEFINIDO. TABLA 3. CAUDAL INSTANTÁNEO POR APARATO SANITARIO NTC TABLA 4. DIÁMETROS DE MEDIDORES SEGÚN LA NORMA NTC 1063 ERROR! MARCADOR NO DEFINIDO. TABLA 5. DIÁMETROS DE ACOMETIDAS COMERCIALES... ERROR! MARCADOR NO DEFINIDO. TABLA 6. RELACIONES HIDRÁULICAS PARA DIFERENTES SECCIONES TRANSVERSALES... 9 Diseño Hidro sanitario

3 Diseño Estructural Cotización ii

4 1 INFORMACIÓN RECIBIDA Para el diseño se recibió la información del proyecto en la que se incluye: 1. Planos en Arquitectónicos en AutoCAD. 2. Topografía. 3. Estudio de Suelos. 4. Visitas de campo. 2 SISTEMA DE ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE La velocidad máxima de diseño debe ser de 2 m/s para tubería de diámetro inferior a 76,2 mm (3 pulg); para diámetros iguales o mayores, la velocidad máxima debe ser de 2,50 m/s. La edificación será abastecida directamente desde la red de acueducto de Empresas Públicas. 2.1 Procedimiento de diseño Caudal de diseño Para calcular el caudal de abasto de cada unidad sanitaria, se procede de igual manera que para el cálculo del caudal de aguas residuales, de acuerdo al caudal instantáneo de cada aparato sanitario TABLA 1. CAUDAL INSTANTÁNEO POR APARATO SANITARIO NTC 1500 Aparato Q. Instant Lavamanos 0,20 Sanitario Tanque 0,20 Sanitario Fluxómetro 2,00 Ducha 0,32 Lavaplatos 0,28 Llaves Boca Mang. 0,15 Orinal 0,20 La metodología empleada se describe a continuación: 1. Se calcula el caudal máximo por tramo de acuerdo al número de aparatos sanitarios que existen en este, así: 3

5 Qt # aparatos sanitarios * Qi Qt Qi Caudal máximo total en L/s Caudal instantáneo de cada aparato sanitario en l/s. 2. Se calcula el caudal de diseño del tramo: Qd Qi* K1 K1 n 1 log10 # n aparatos sanitarios del tramo 3. Se elige el diámetro nominal del tramo 4. Se evalúan las condiciones hidráulicas del tramo de acuerdo al caudal de diseño y al diámetro nominal escogido, teniendo en cuenta los valores máximos de velocidad (2 m/s para tubería de diámetro inferior a 76,2 mm (3 pul); para diámetros iguales o mayores, la velocidad máxima debe ser de 2,50 m/s) y procurando obtener las menores pérdidas totales (locales y por fricción) posibles. Para esto empleamos las siguientes ecuaciones: Velocidad en el tramo: La velocidad en el tramo se evalúa con la ecuación de continuidad Q=V*A v m 4 * Q 2 s * D Q = Caudal de diseño en m 3 /s D = Diámetro del tramo en m 4

6 2.1.3 Numero de Reynolds 1 : v * D Re Factor de fricción 2 : v = Velocidad del tramo en m/s D = Diámetro del tramo en m µ= 1,14 X f 2log 10 ks d Re f f= Factor de fricción d = Diámetro del tramo en m Re = Reynolds K s = Rugosidad absoluta en m Pérdidas por fricción, hf (ecuación de Darcy- Weisbach): hf ( m) 2 f * L* v 2* g * f = Factor de fricción L = Longitud del tramo en m v = Velocidad del tramo en m/s g = aceleración de la gravedad 1 Saldarriaga. Juan. Hidráulica de Tuberías, abastecimiento de agua, redes, riegos. Editorial Alfaomega. Bogotá D.C 2007 P 10 2 Saldarriaga. Juan. Hidráulica de Tuberías. Ed MC GRAW HILL. Bogotá D.C P 68 5

7 Ø= Diámetro Pérdidas por accesorios, hm: hm ( m) Km* v 2* g 2 Km = Coeficiente de pérdidas para accesorios v = Velocidad del tramo en m/s g = aceleración de la gravedad Pérdidas totales del tramo, HT: HT ( m) hf hm 6

8 3 SISTEMA DE AGUAS LLUVIAS OPEN ESTRUCTURAS S.A.S Para calcular el caudal de aguas lluvias se empleará el método racional: Q A. LL. C * i * A Donde, Q A.LL. = Caudal de aguas lluvias, en L/s C = Coeficiente de escorrentía, adimensional I = intensidad de la lluvia, A = Área tributaria, 3.1 CAUDAL DE AGUAS LLUVIAS Con los siguientes parámetros tomados de la estación Miguel de Aguinaga la cual por polígonos de thiessen es al correspondiente al área donde se desarrollara el proyecto. 1. Periodo de retorno: 10 años 2. Constantes: C = h = 44 m = Intensidad = L/s*ha Para el agua en zonas duras, se emplea C = 0,9 y en zonas verdes 0,3 3.2 Metodología de cálculo La metodología de cálculo es la siguiente: 1. Se determina el área de la zona que se recogerá. 2. Se calcula el caudal que drenara esta área hacia el punto de evacuación respectivo, de acuerdo con la información hidrológica descrita y el método racional (fórmula descrita anteriormente) 3. Se calculan las dimensiones de la estructura necesaria para la evacuación del caudal, cuneta, bajante, tramo horizontal, cárcamo, etc. 7

9 3.2.1 Dimensionamiento de bajantes Para el cálculo de bajantes se emplea la siguiente formula: OPEN ESTRUCTURAS S.A.S Dónde: Q: Caudal en L/s r: Relación de áreas, valor entre ¼ y 1/3 y d: Diámetro en Pulgadas Dimensionamiento de ramales horizontales Para el cálculo de ramales horizontales se realiza de la siguiente forma, luego del paso Se asume un diámetro de tubería para evacuar el agua, a una pendiente determinada por la normatividad descrita anteriormente. 5. Se calcula la velocidad a tubo lleno, V.T.LL D V T. LL. * * S n Donde: n = Coeficiente de Manning (0,01 para el PVC) D = Diámetro del bajante en m. S = Pendiente del bajante V.T.LL. = Velocidad a tubo lleno en m/s. 6. Se calcula el caudal a tubo lleno, Q.T.LL. Q T. LL. V. T. LL. * A Donde: V.T.LL. = Velocidad a tubo lleno en m/s. 8

10 A = Área de la tubería en m 2 Q.T.LL. = Caudal a tubo lleno en m 3 /s 7. Se verifica que la relación de caudales (Caudal a tubo lleno sobre caudal de diseño) sea menor que 1. Si cumple la condición está bien, si no se regresa al numeral 4 para ajustar el diámetro o se aumenta la pendiente Calculo de cunetas y cárcamos En el caso de las cunetas y los cárcamos el procedimiento para determinar el caudal es el mismo que en los demás casos, una vez conocido el caudal se procede con la demás información requerida. La pendiente longitudinal de la cuneta o cárcamo normalmente es una variable conocida pues está condicionada por la topografía o por necesidades específicas, como profundidad máxima del cárcamo o cuneta, o condiciones constructivas. Geometría de la cuneta o cárcamo: estas variables normalmente se definen de acuerdo al uso de la cuenta, como cunetas en vías, cunetas en zonas de circulación de peatones, rondas de coronación, entre otras. Con esta información se procede a determinar las medidas mínimas requeridas para la sección elegida. Se usa la fórmula de Manning: Dónde: V= Velocidad en m/s R= Radio Hidráulico m. S= Pendiente de la línea de agua m/m. R= Radio Hidráulico Am= Área mojada m 2 9

11 Pm= Perímetro Mojado m Las relaciones hidráulicas de perímetro mojado y área mojada se determinan de acuerdo con la siguiente tabla: TABLA 2. RELACIONES HIDRÁULICAS PARA DIFERENTES SECCIONES TRANSVERSALES El procedimiento de cálculo usado consiste en definir las dimensiones de la canoa, canal o cárcamo, para lo cual se tiene en cuenta la disponibilidad de elementos prefabricados, la facilidad constructiva, dimensiones mínimas para limpieza y mantenimiento. Con estas dimensiones se determinan las relaciones anteriores, la velocidad y el caudal calculado para las condiciones asumidas. La comparación del caudal calculado para la estructura con el caudal aportado por las lluvias, permite definir si la estructura cumple con la capacidad requerida, es insuficiente o se encuentra sobredimensionada, este es un proceso iterativo hasta conseguir que la estructura cumpla con la capacidad requerida y no se encuentre sobredimensionada. 10

12 4 MEMORIAS DE CÁLCULO 4.1 Red de abastos La red de abastos se calculó punto a punto obteniendo unas pérdidas totales de 3.17 m.c.a para el caso más desfavorable, teniendo en cuenta que la presión mínima garantizada por EPM es de 20 m.c.a, podemos concluir que el grifo más desfavorable tendrá una presión de m.c.a, toda vez que la NTC 1500 en la Tabla 7 especifica la presión mínima de 1 m.c.a para la ducha, se concluye que la presión es mayor a la mínima especificada en la norma. Aparato Unidades No. Q. Instant Caudal Total Lavamanos Sanitario Orinal Duchas Llaves Boca M Lavaplatos CALCULO METODO RACIONAL CALCULO RED DE DISTRIBUCIÓN INTERNA (Ramal 1 COSTADO SUR) TRAMO Qi (l/s) D (mm) V(m/s) Re L(m) f hf(m) Km hm(m) Ht(m) n K1 Qd ACOM-A A-B Ks PERDIDAS TOTALES

13 Tabla B.6.11 RAS Coeficientes de pérdidas menores para accesorios comunes Accesorio Km Válvula de globo, completamente abierta 10 Válvula de mariposa, completamente abierta 5 Válvula de cheque, completamente abierta 2.5 Válvula de compuerta, completamente abierta 0.2 Codo de radio corto 0.9 Codo de radio medio 0.8 Codo de gran radio 0.6 Codo de Te, en sentido recto 0.3 Te, a través de la salida lateral 1.8 Unión 0.3 Ye de 45, en sentido recto 0.3 Ye de 45, salida lateral 0.8 Entrada recta a tope 0.5 Entrada con boca acampanada 0.1 Entrada con tubo entrante 0.9 Salida 1 PERDIDAS MENORES POR TRAMOS Válvula de cheque, completamente abierta Válvula de compuerta, completame nte abierta Codo de radio corto Codo de 45 0 Te, en sentido recto Te, a través de la salida lateral Entrada recta a tope Salida Total Km TRAMO Válvula de globo, completamente abierta Unión ACOM-A A-B

14 4.2 Evacuacion de aguas lluvias DETERMINACION DEL CAUDAL Estación Pluviográfica AGUINAGA Periodo de retorno 10 años C H 44 M Impermeabilidad 0.9 Distancia al punto mas alejado 18 m Pendiente del terreno 0.01 m/m Tiempo de Concentración 3 min Intensidad mm/h Intensidad L/s-ha Área ha Caudal 6.3 L/s VERIFICACION DIMENSIONES CARCAMO DE CANCHAS UDEA OPEN ESTRUCTURAS S.A.S n y B Área Perímetro mojado Radio hidráulico Ancho superficial Pendiente Velocidad Caudal Nro. De Froude m m m 2 m m m m/m m/s L/s OK Flujo Subcritico B=0.15m y=0.1m 13

15 ANEXO CALCULO CONEXIÓN A MHS REDES DE AGUAS LLUVIAS CANCHAS DE TENIS UDEA AREA TOTAL 346 Estacion AGUINAGA BAJANTE AREA (m2) Tc (min) = Ʈ Retorno = Intensidad lt/seg/m² Ks (m)= Rel. Areas= 0.33 CARCAMO Impermeabilidad cubierta 0.90 adim CARCAMO CALCULO DIAMETRO BAJANTES DE AGUAS LLUVIAS MAS CARGADO CUBIERTA Sanitaria Numero Area Bajante Caud/Disño Relacion Areas Diam/Baj D Real D/Comercial Comprobacion Velocidad Longitud Velocidad Bajante (m²) (Qd). (0.25 a 0.33) D mm D mm (Pulgadas) diametro Terminal Terminal Terminal BLL OK CALCULO DIAMETRO COLECTORES HORIZONTALES DE AGUAS LLUVIAS Tramo Area Area Material Diam/Tram Diam/Tram Pendiente Q. Diseño Q.-Tramo Relac-Caudal V-T, Lleno V-Parc-Lleno Propia (m²) Total (m²) D (m) D (Pul) % (Qd). (Qo). Qd/Q<=0,85 Vo Vf>=0,5 BLL PVC Sn BLL-CARCAMO PVC Sn CARCAMO PVC Sn

16 INTENSIDAD DE PRECIPITACIÓN PLUVIAL - AGUINAGA PERIODO DE RETORNO: 25 Años C= h = 48 m = Tc = 3 min. DISEÑO FILTRO OPEN ESTRUCTURAS S.A.S Intensidad= mm/h l/(ha.s) CAUDAL DE INFILTRACION Área que drena hacia el filtro: 188 m 2 Caudal de Aguas Lluvias 8.2 l/s Velocidad de Infiltración 15 mm/h Caudal de Infiltración 2.82 m 3 /h Caudal de Infiltración 0.78 l/s SECCIÓN MINIMA DEL FILTRO Permeabilidad k material del filtro 1.E-02 m/s Area Requerida de filtro m 2 Ancho asumido 0.4 m altura requerida 0.2 m SECCIÓN FINAL DEL FILTRO Altura del filtro Ancho Longitud 0.30 m 0.4 m 18 m Area filtro 5.4 m 2 Perimetro del filtro 1.8 m TUBO DE DRENAJE Diametro Tub. Drenaje 75 mm Coeficiente de rugosidad (n) Pendiente 1 % Velocidad 0.64 m/s Caudal a Tubo Lleno l/s Caudal Diseño l/s q/q 0.28 OK Diametro de los orificios Circulares> Ancho minimo ranuras > Caudal por metro lineal de filtro Area de orificios requerida por metro lineal de tuberia Diametro de los orificios Seleccionado Diametro de los orificios Seleccionado Numero de orificios por metro lineal de tuberia 19 mm 22.8 mm E-05 m 3 /s-m 174 mm 2 3/4 pulg 19 mm 9 15

17 5 CONCLUSIONES OPEN ESTRUCTURAS S.A.S 1. Por recomendación del líder de mantenimiento e infraestructura y recursos físicos, se aumenta el número de llaves boca manguera en el área del proyecto, dejando en total 6. Dada la distribución de estas llave se planteó un anillo perimetral para mantener las condiciones hidráulicas. 2. Se plantean dos cárcamos laterales de dimensiones mínimas de 10cm de profundidad por 15cm de ancho con una pendiente del 1% para la recolección de las aguas lluvias sobre las canchas. La conexión de cada cárcamo en 4 es independiente a la red existente. ver numeral Se plantean bajantes en 3 para la recolección de las cubiertas de los cuartos, aunque hidráulicamente la capacidad es mucho mayor, se plantea este diámetro mínimo para evitar problemas de mantenimiento. Ver numeral Aunque en el estudio de suelos no se reportaron niveles freáticos, hay que tener en cuenta que estamos en época de sequía con el fenómeno del niño y debido a la proximidad que tienen las canchas con cuerpos de agua como los son el Rio Medellín y el lago del Parque Norte, se conservan unos pocos filtros debajo de la estructura en concreto de las canchas para evitar problemas futuros con estos niveles freáticos 16

18 6 BIBLIOGRAFÍA OPEN ESTRUCTURAS S.A.S 1. López Cualla, Ricardo Alfredo. ELEMENTOS DE DISEÑO PARA ACUEDUCTOS Y ALCANTARILLADOS. Editorial Escuela Colombiana de Ingeniería. Bogotá Manual Técnico. Tubosistemas Presión, Sanitaria y Conduit. Sistemas de Canales y Bajantes. PAVCO. 3. Melguizo Bermúdez, Samuel. FUNDAMENTOS DE HIDRÁULICA E INSTALACIONES DE ABASTO EN LAS EDIFICACIONES. Centro de publicaciones Universidad Nacional. Sede Medellín Pérez Carmona, Rafael. DISEÑO DE INSTALACIONES HIDROSANITARIAS Y DE GAS PARA EDIFICACIONES. Grupo Editar. Universidad Católica. Bogotá Reglamento Técnico del Sector de Agua Potable y Saneamiento Básico. Ministerio de Desarrollo Económico. RAS Rodríguez Díaz, Héctor Alfonso. DISEÑOS HIDRÁULICOS, SANITARIOS Y DE GAS EN EDIFICACIONES. Editorial Escuela Colombiana de Ingeniería. Bogotá García Sosa Jorge, INSTALACIONES HIDRÁULICAS Y SANITARIAS EN EDIFICIOS. Fundación ICA, A. C. México, D.F Instituto Colombiano de Normas Técnicas y Certificación (ICONTEC). CÓDIGO COLOMBIANO DE FONTANERÍA NTC Segunda actualización Editada , BOGOTA D.C 9. Saldarriaga. Juan. Hidráulica de Tuberías, abastecimiento de agua, redes, riegos. Editorial Alfaomega. Bogotá D.C Saldarriaga. Juan. Hidráulica de Tuberías. Ed MC GRAW HILL. Bogotá D.C Criterios para definir el diámetro de la acometida y el medidor Versión 3. Empresas Públicas de Medellín. Medellín