Proyecto: PG Pailas Unidad II

Transcripción

1 CENTRO DE SERVICIO DISEÑO Informe de Diseño Planos y Especificaciones Proyecto: PG Pailas Unidad II Diseño de alcantarillado pluvial dentro del área de la casa de máquinas Consecutivo CSD: Número de Orden de Servicio: Consecutivo Informe de Diseño: CSD-ID Áreas Participantes Ingeniería Hidráulica Enero, 2014

2 CONTROL DE ELABORACIÓN, REVISIÓN Y APROBACIÓN Elaboró Dependencia Firma Fecha Priscilla Riggioni Hidráulica Revisó Dependencia Firma Fecha Eugenia Gutiérrez Hidráulica Aprobó Dependencia Firma Fecha Federico Aviles Hidráulica CONTROL DE CAMBIOS Versión 1 Apartado Modificado Fecha de Modificación Justificación CSD-ID

3 INDICE DE CONTENIDO 1. INTRODUCCIÓN METODOLOGÍA DESARROLLO Criterios hidrológicos Criterios hidráulicos Resumen de resultados de diseño Desfogue al río Colorado BIBLIOGRAFÍA... 1 CSD-ID de 12

4 1. INTRODUCCIÓN El presente informe resume la memoria de cálculo del alcantarillado pluvial de la casa de máquinas del Proyecto Geotérmico Las Pailas Unidad II. El diseño comprende los tragantes, las tuberías de conexión entre tragantes y pozos pluviales y los pozos pluviales. El sitio propuesto para la nueva central eléctrica de Las Pailas Unidad II es un espacio rectangular de 125m x 140m situado al este de la actual plataforma PGP-2 del Centro de Generación de Las Pailas Unidad I. En la Figura 1 se muestra la ubicación de casa máquinas respecto a las plataformas que conforman el proyecto. El diseño no incluye la estructura de desfogue final del alcantarillado, ni la estructura de trasiego del agua de este punto al río Colorado, ni ninguna estructura intermedia. Estos diseños quedarán para una etapa posterior al diseño básico del proyecto. Área de casa Máquinas CSD-ID de 12

5 Figura 1. Campo geotérmico de Pailas Unidad II. 2. METODOLOGÍA Se procedió a realizar un arreglo geométrico de las tuberías y los pozos de registro pluvial de forma tal que se pudiera asignar a cada tramo y pozo un área tributaria y un tiempo de concentración. Con estos datos y con la curva de Intensidad Duración Frecuencia (IDF) de Vahrson para la ciudad de Liberia se obtuvieron las diferentes intensidades de lluvia en mm/hora correspondientes a cada tramo. Con estos valores y los coeficientes de escorrentía basados en Ven te Chow (1994) se procedió a utilizar la fórmula del Método Racional para el cálculo de los caudales. Con los datos de caudal se procedió a realizar el cálculo hidráulico del colector pluvial según las formulas establecidas para el diseño de alcantarillados. Las premisas de diseño, metodología de cálculo, detalles y arreglo de estructuras son basadas en las normativas y lineamientos que dispone el Instituto Costarricense de Acueductos y Alcantarillados (AyA) para dichas estructuras. 3. DESARROLLO 3.1. Criterios hidrológicos El área de la casa de máquinas se dividió en áreas tributarias; a cada una de estas áreas se les asigno un tiempo de concentración y un coeficiente de escorrentía. El área tributaria se estimó de acuerdo con la topografía del sitio y con la disposición de tragantes y pozos. A cada tragante y a cada pozo le corresponde un área tributaria. Las áreas tributarias se muestran en la Figura 2. Cada una de estas áreas se muestra en un color diferente. Las aguas de los taludes en los alrededores de la casa de máquinas deberán de contar con un control independiente aguas arriba y una canalización aparte. Estos valores no fueron contemplados para el cálculo de las tuberías pluviales. CSD-ID de 12

6 Figura 2. Área tributarias para el cálculo de la escorrentía. Para el cálculo de la intensidad de la lluvia se debió calcular el tiempo de concentración. El tiempo de concentración (Tc) se compone del tiempo de entrada (Te) y el Tiempo de recorrido (Tr) en los colectores pluviales. A continuación el tiempo de concentración: (1) El tiempo de entrada se calcula: (2) Donde, C: coeficiente de escorrentía en función de la permeabilidad del área de drenaje. L: Longitud máxima de flujo de escorrentía superficial (m). CSD-ID de 12

7 S= gradiente hidráulico (m/m). El tiempo de recorrido de un colector Tr se calcula como: (3) Donde, Lc: longitud del colector en m. V: velocidad media del flujo en el colector en m/s. El tiempo de concentración mínimo en pozos iniciales es de 10 minutos y el tiempo máximo es de 20 minutos. El tiempo mínimo de entrada es de 5 minutos. Se estimó un tiempo de concentración de entrada a cada pozo como la suma del tiempo de concentración del pozo anterior y el tiempo de recorrido en el tramo anterior. En los pozos donde se reciben varios aportes se tomó el tiempo más largo de todos los tramos convergentes. El caudal se calcula con la siguiente fórmula: (4) Dónde: Q: Caudal máximo en m 3 /s. C: Coeficiente de escorrentía, que depende de la cobertura vegetal, pendiente y el tipo de suelo. I: Intensidad máxima de la lluvia para una duración igual al tiempo de concentración y para un periodo de retorno dado en mm/h. A: Área de la cuenca en km 2. El coeficiente de escorrentía empleado fue de 0.80 para toda el área de la casa de máquinas. No se tomó en cuenta ninguna infiltración en zonas verdes. La curva de intensidad duración frecuencia (IDF) de lluvia utilizada es la de la ciudad de Liberia, la cual posee la siguiente fórmula: (5) CSD-ID de 12

8 Se utilizará un periodo de retorno (tn) de 50 años para una duración (dur) de lluvia igual al tiempo de concentración de cada tramo. El caudal de diseño final para cada tramo de tubería es la suma del aporte de áreas tributarias en cada pozo más el caudal proveniente de las tuberías y pozos aguas arriba de cada tramo considerado Criterios hidráulicos Para el diseño y cálculo del alcantarillado pluvial de la casa de máquinas se utilizaron las siguientes premisas de diseño: La escorrentía superficial generada en la plazoleta de casa máquinas se conducirá por medio de una red de tuberías enterradas y canales superficiales hasta un colector principal, llamada sistema de alcantarillado pluvial. Este colector principal desfogará en una estructura final que conducirá el agua hasta el río Colorado. El sistema de alcantarillado pluvial de la casa de máquinas está diseñado como un sistema a gravedad. El ICE tiene a cargo el diseño del alcantarillado pluvial de dicha zona únicamente. El contratista por lo tanto deberá de realizar las interconexiones (cajas de registro, tuberías, etc) necesarias para conectar dichas estructuras al colector diseñado por el ICE. Se deberán de construir pozos de registro en todo inicio, intersección de tuberías, cambios de material, cambios de diámetro y cambios de pendiente. La distancia máxima entre pozos permitida es de 120 metros. Las tuberías del sistema de alcantarillado serán de concreto reforzado, con una rugosidad de n=0,014 (Manning). El alineamiento en planta y perfil se basó en la normativa de AyA (Reglamentación Técnica para Diseño y Construcción de Urbanizaciones, Condominios y Fraccionamientos, 2007) y en el arreglo arquitectónico realizado por el área de Estructuras y Arquitectura de la UEN PySA. En general, las tuberías se ubicarán por debajo de la calzada en los ejes indicados en planos. La velocidad a tubo lleno (v o en m/s) se definió de la siguiente manera: CSD-ID de 12

9 (6) Donde: D: diámetro de la tubería en m. S: pendiente de fondo del tubo. n: coeficiente de rugosidad de Manning. El dimensionamiento de la tubería se realizó para que la velocidad a tubo lleno no excediera en ningún caso los 5 m/s. Además, se verificó que la velocidad mínima no fuera inferior a 1.0 m/s y que la fuerza tractiva fuera mayor a 0.1 kg/m 2 Para este dimensionamiento se respetó el criterio de diámetro mínimo impuesto por AyA de 400 mm (16 pulgadas) para los colectores pluviales. El cálculo a tubo lleno (Q o en l/s) se estima de la siguiente manera: (7) Donde: D: diámetro del tubo en m. V o : velocidad a tubo lleno m/s. El valor de caudal a tubo lleno permite calcular la razón de caudal de diseño a caudal a tubo lleno (Q diseño /Q o ). Con esta razón, se puede obtener los valores de velocidad y tirantes del agua en las condiciones de diseño. Para lo anterior se utilizan las curvas para flujo en tubos parcialmente llenos disponibles en los libros de hidráulica. Se verificó que el diámetro de los tubos permitiera tener una relación tirante entre diámetro que no excediera de un valor de Resumen de resultados de diseño En la Tabla 1 y en la Tabla 2 se muestran los resultados de los cálculos de las tuberías y los pozos de registro pluvial. CSD-ID de 12

10 Tabla 1. Resultados de cálculo Pozo incial Pozo final L (m) Pendiente Diámetro (mm) V o (tubo lleno) m/s Q o (tubo lleno) l/s A tributaria (km 2 ) Ce ponderado tc (min) I 50 años (mm/h) Q diseño (l/s) Q d/q o y/d y (mm) τ (kg/m 2 ) v (m/s) Pozo incial Pozo final L (m) Pendiente Diámetro (mm) V o (tubo lleno) m/s Q o (tubo lleno) l/s A tributaria (km 2 ) Ce ponderado tc (min) I 50 años (mm/h) Q diseño (l/s) Q d/q o y/d y (m) τ (kg/m 2 ) v (m/s) A tributaria Ce I 50 años Q diseño Pozo incial Pozo final L (m) Pendiente Diámetro (mm) V o (tubo lleno) m/s Q o (tubo lleno) l/s (km 2 tc (min) Q ) ponderado (mm/h) (l/s) d/q o y/d y (m) τ (kg/m 2 ) v (m/s) Tabla 2. Resultados de cálculo De Pozo A Pozo DATOS DE CAD Nivel de terreno De Nivel de terreno A Distancia acumulada (m) de A ENTRADA SALIDA CIC CIB c CFC CFB CIC CIB c CFC CFB DIST. Vertical entre CFB y el otro CFB Cota Batea inicial (msnm) Cota Batea final (msnm) Diámetro de Tubo (m) Cota clave inicial (msnm) Cota clave final (msnm) De Pozo A Pozo Nivel de terreno De Nivel de terreno A Distancia acumulada (m) de A CIC CIB c CFC CFB CIC CIB c CFC CFB DIST. Vertical entre CFB y el otro CFB Cota Batea inicial Cota Batea final Diámetro de Tubo (m) Cota clave inicial Cota clave final De Pozo A Pozo DATOS DE CAD DATOS DE CAD Nivel de terreno De Nivel de terreno A Distancia acumulada (m) de A ENTRADA ENTRADA SALIDA SALIDA CIC CIB c CFC CFB CIC CIB c CFC CFB DIST. Vertical entre CFB y el otro CFB Cota Batea inicial Cota Batea final Diámetro de Tubo Cota clave inicial Cota clave final CSD-ID de 12

11 3.4. Desfogue al río Colorado El diseño del desfogue al río Colorado no se realizara hasta no llevar a cabo las giras de reconocimiento a campo para el diseño básico. A pesar de que se posee la topografía del perfil, no se puede definir el tipo de estructura a utilizarse (canal o alcantarillado) sin antes revisar todos los detalles de la ruta. Además, se debe verificar las condiciones del sitio de desfogue en el río Colorado pera ver la necesidad de diseñar un cabezal de desfogue o algún disipador de energía. Entre la casa de máquinas y el inicio de la estructura de desfogue (P1 en la Figura 3) hacia el río Colorado existen aproximadamente m de distancia. La totalidad de longitud de esta obra será aproximadamente de 680 metros. Figura 3. Perfil desde casa máquinas al río Colorado. 4. BIBLIOGRAFÍA Chow, V. t. (1994). Hidrología Aplicada. McGraw Hill. Instituto Costarricense de Acueductos y Alcantarillados. (2007). Reglamentación Técnica para Diseño y Construcción de Urbanizaciones, Condominios y Fraccionamientos. CSD-ID de 12

12 Instituto Costarricense de Acueductos y Alcantarillados. (2011). Uso de tuberías de concreto en proyectos de alcantarillados sanitarios, pluviales y alcantarillas en carreteras. Vahrson, Alfaro, & Aráuz. (1992). Curvas de intensidad, duración y frecuencia para los centros urbanos más importantes de Costa Rica. San José: Asociación Costarricense de recursos Hídricos y Saneamiento Ambiental. CSD-ID de 12