Anexo II Cálculo Hidráulico y Dimensionamiento

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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= (para hormigón) y de n= (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. CAPITULO 3 PROYECTO EJECUTIVO Desagüe Pluvial Solano Vera San Luis - Ciudad de Yerba Buena Departamento de Yerba Buena - Provincia de Tucumán 1

2 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. CAPITULO 3 PROYECTO EJECUTIVO Desagüe Pluvial Solano Vera San Luis - Ciudad de Yerba Buena Departamento de Yerba Buena - Provincia de Tucumán 2

3 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. DENOMINACION TRAMO LONG SECCION TRAMO PROGR CANAL SOLANO VERA TRAMO PROGR TRAMO PROGR 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 Departamento de Yerba Buena - Provincia de Tucumán 3

4 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. DENOMINACION TRAMO LONG SECCION 4.20 TRAMO PROGR TRAMO CANAL SAN LUIS PROGR TRAMO PROGR TRAMO PROGR 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 Departamento de Yerba Buena - Provincia de Tucumán 4

5 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. DENOMINACION TRAMO LONG SECCION TRAMO TRAMO 1a 6.36 TRAMO CANAL ESPAÑA- FRANCIA TRAMO TRAMO 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 A partir de calle España y hasta Solano Vera sus dimensiones son 3.20m por 2.00m. Departamento de Yerba Buena - Provincia de Tucumán 5

6 DENOMINACION TRAMO LONG SECCION TRAMO COLECTOR COLON TRAMO 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 Departamento de Yerba Buena - Provincia de Tucumán 6

7 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 = 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 Departamento de Yerba Buena - Provincia de Tucumán 7

8 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) DESCRIPCION ACUM AV ACONQUIJA Inicio colector de HºAº SARMIENTO COLON Confluye el canal S. Vera y el Canal Colon CORDOBA - THEILE 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) DESCRIPCION ACUM SOLANO VERA RECONQUISTA Ingresan caudales en cada una de las QUINTANA esquinas que intersectan al canal San Luis a SAN LORENZO modo de caudales distribuidos en ruta DARWIN MARTIN FIERRO Ingresa Colector Martin Fierro CONCORDIA LANTANAS Ingresa caudal erogado por Barrio Cerrado Marcos Paz Tabla 13: Series de Caudales Ingresados en el Programa HEC-RAS Canal San Luis CANAL FRANCIA ESPAÑA Q (m3/s) ACUM DESCRIPCION Capta los caudales provenientes del canal de Avda. Aconquija y de S. Lamas y del conducido por ambas arterias AV ACONQUIJA POLONIA Capta en ruta los caudales provenientes de SARMIENTO las cuencas al oeste Tabla 14: Series de Caudales Ingresados en el Programa HEC-RAS Canal Francia España Departamento de Yerba Buena - Provincia de Tucumán 8

9 CANAL COLON Q (m3/s) DESCRIPCION ACUM ROJAS PAZ 1.10 ESPAÑA 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 Departamento de Yerba Buena - Provincia de Tucumán 9

10 CANAL SAN LUIS Tabla 17: Resultados del Programa HEC-RAS Canal San Luis hasta la desembocadura en Canal Yerba Buena Departamento de Yerba Buena - Provincia de Tucumán 10

11 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. Departamento de Yerba Buena - Provincia de Tucumán 11

12 DEFINITIVO 12DIC Plan: plan 09 12/18/ SAN LUIS SAN LUIS S.VERA ESQ SAN LUIS COLECTOR COLON 21.44m3/s SAN LUIS SOLANO VERA Legend WS PF 1 Ground LOB ROB m3/ Elevation (m) COLECTOR M. FIERRO CALLE SAN MARTIN 52.24m3/ 36.41m3/ 14.37m3/ m3/ INGRESA A CANAL Y. BUENA SA... SALTO... SALTO m3/ SALTO 17 SALTO 16 SALTO 15 CHACHO PEÑA m3/ SALTO 14 SALTO 13 MARTIN FIERRO SALTO 12 DARWIN SALTO 11 SALTO 10 SALTO 9 SAN MARTIN SALTO 8 SALTO 7 SALTO 6 SALTO 5 SALTO Main Channel Distance (m) 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 SAN LUIS GIRO SALTO 3 COLON SALTO 2 CALLE SARMIENTO SALTO 1 AV ACONQUIJA Departamento de Yerba Buena - Provincia de Tucumán 12

13 DEFINITIVO 28ene15 Plan: plan 10 2/3/ SAN LUIS SAN LUIS SAN LUIS SOLANO VERA Legend Vel Chnl Qdise (m³/s) 9 Vel Left (m/s), Vel Chnl (m/s), Vel Right (m/s) VALOR MAX ESTABLECIDO 5m/s Main Channel Distance (m) 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 Departamento de Yerba Buena - Provincia de Tucumán 13

14 Confluencia Colector Francia- España con Colector Colón Q = m³/s Inicio Colector Colon en Rojas Paz Q = 1.1 m³/s Confluencia Colector Colon con Colector Solano Vera Q = m³/s Inicio Colector Francia en Avda Aconquija Q = m³/s m³/s m³/s Figura 11 Perfil hidráulico a lo largo del canal de H A Francia España y Colón hasta su desembocadura en canal Solano Vera Departamento de Yerba Buena - Provincia de Tucumán 14

15 PERFIL LONGITUDINAL DE VELOCIDADES DEFINITIVO 12DIC Plan: plan 09 12/1 8/ SAN LUIS COLON 2 SAN LUIS COLON SAN LUIS FRANCIA Legend Vel Chnl PF 1 8 Vel Left (m/s), Vel Chnl (m/s), Vel Right (m/s) VALOR MAX ESTABLECIDO 4m/s Main Channel Distance (m) 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. 15

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. 16