Cap06 drenaje pluvial
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  • 1. 6-1 “Proyecto Ejecutivo de las Estaciones de Transferencia de Residuos Sólidos y del Relleno Sanitario Regional de Frontera Chica, Tamaulipas”. DRENAJES PLUVIALES CAPÍTULO 6
  • 2. 6-2 “Proyecto Ejecutivo de las Estaciones de Transferencia de Residuos Sólidos y del Relleno Sanitario Regional de Frontera Chica, Tamaulipas”. 6.1 CANAL PERIMETRAL PARA AGUAS PLUVIALES 6.1.1 Canal perimetral El propósito de este canal es evitar que el agua captada en los terrenos adyacentes al predio, pueda incidir dentro del mismo dañándolo, por lo que se pretende captar el agua a través de un canal situado en forma perimetral dentro de la zona de amortiguamiento la cual tiene 15 m de ancho. El canal perimetral tendrá la función de encauzar el agua de manera tributaria para que se descargue al punto del lindero ubicado en la zona noroeste y noreste como se indica en el plano correspondiente. Área de captación Conforme a la configuración topográfica del terreno, la cuenca de aportación o captación tiene una superficie de 100 hectáreas con una longitud de 1 km por 1 km de ancho en sus lados más distantes con pendiente constantes de de 0.17% en el sentido de escurrimiento. El terreno consta de una superficie de 15.7 hectáreas de forma irregular con una superficie de captación de precipitación de 100 hectáreas. Período de retorno Se define como período de retorno al intervalo de recurrencia; es decir, el tiempo o período (medido en años) en el cual ocurre una lluvia con igual intensidad. Para el diseño de toda estructura hidráulica de paso a las avenidas que genera la cuenca de un río o arroyo, se debe seleccionar un nivel de riesgo determinado, dado que siempre existirá la probabilidad de que se presente una avenida de magnitud mayor a la adoptada por el diseño. Como primer paso en el estudio para el cálculo de gasto de proyecto de una obra de tipo pluvial, se tiene que determinar o seleccionar la excedencia más adecuada que tendrá tal caudal. En la tabla 6.1se muestran los períodos de retorno para cada tipo de obra:
  • 3. 6-3 “Proyecto Ejecutivo de las Estaciones de Transferencia de Residuos Sólidos y del Relleno Sanitario Regional de Frontera Chica, Tamaulipas”. Tabla 6.1 Periodo de Retorno para Distintos Tipos de Obra TIPO DE OBRA PERIODO DE RETORNO (TR, EN AÑOS) Bordos o diques 2-5 Drenajes urbanos o pluviales 2-10 Zanjas de drenaje 5-100 Drenaje de aeropuertos 5 Puentes de carreteras importantes 50-100 Puentes de carreteras menos importantes o alcantarillados sobre carreteras importantes 25 Para el presente proyecto se tienen datos históricos de 1961 hasta 1990 del Servicio Meteorológico Nacional, con registros de las lluvias máximas en 24 horas de la estación 00028099 S.J.2-9 Comales, Camargo, la cual es la estación más próxima al sitio de estudio. Debido a que se cuenta con datos por 29 años, se adopta el valor de los mismos años, como periodo de retorno para esta obra. La Norma Oficial Mexicana NOM-083-SEMARNAT-2003, en el punto 7.4 establece un diseño de drenaje pluvial para el desvío de escurrimientos y desalojo del agua de lluvia, minimizando de esta forma su infiltración a las celdas. Intensidad de lluvia (I) La rapidez de la variación de lluvia con respecto al tiempo se le llama intensidad de lluvia, su expresión es como sigue: I h t = (1) Donde: I = Intensidad de lluvia, en mm/hora. h = Altura de lluvia, en mm. t = Tiempo de duración de la lluvia, en hrs. Por otro lado, el nivel de precipitación máxima en 24 horas que ocurre en el sitio de estudio es de 17 mm, el cual se determinó por medio del análisis de registros proporcionados por el servicio meteorológico mexicano, datos registrados en la estación climatológica conocida como “00028099 S.J.2-9 Comales, Camargo”. Este dato se utilizará para el cálculo de intensidad de lluvia. Sustituyendo valores en la ecuación (1), se tiene como resultado una intensidad de lluvia de 0.7083 mm/h.
  • 4. 6-4 “Proyecto Ejecutivo de las Estaciones de Transferencia de Residuos Sólidos y del Relleno Sanitario Regional de Frontera Chica, Tamaulipas”. Coeficiente de escurrimiento (C) El coeficiente de escurrimiento es la relación que hay entre el volumen de agua que escurre en la superficie con respecto al llovido, y se le representa por la letra “C”. Se debe a que no todo el volumen de agua que precipita escurre, ya que se toman en cuenta varios parámetros tales como la impermeabilidad, la infiltración, la evaporación y la rugosidad del terreno o área drenada. El coeficiente de escurrimiento está representado por la expresión: C a a = ' (2) Donde: C = Coeficiente de escurrimiento (adimensional) a’ = Agua que escurre a = Agua llovida A continuación en la tabla 6.2 se presentan valores de “C” para diferentes superficies: Tabla 6.2 Coeficiente de Escurrimiento (C) Techo impermeables 0.75 a 0.95 Pavimentos de asfalto en buen estado 0.85 a 0.90 Pavimentos empedrados o de adoquín junteados con cemento 0.75 a 0.85 Pavimento de adoquín sin cemento 0.50 a 0.70 Pavimento de terracería 0.25 a 0.60 Pavimento de grava 0.15 a 0.30 Superficie sin pavimentar como patios de ferrocarril y terrenos sin construir 0.10 a 0.30 Parques jardines y prados dependiendo de su superficie, de su pendiente y características del suelo 0.05 a 0.25 Áreas boscosas dependiendo de su pendiente y del suelo 0.10 a 0.20 Zonas citadinas densamente pobladas 0.70 a 0.90 El coeficiente de escurrimiento seleccionado es de 0.20 dadas las características de la superficie del suelo, pendiente y vegetación existentes en el sitio.
  • 5. 6-5 “Proyecto Ejecutivo de las Estaciones de Transferencia de Residuos Sólidos y del Relleno Sanitario Regional de Frontera Chica, Tamaulipas”. Gasto de aguas pluviales (Q) Para determinar el gasto de aguas pluviales que se generará en un área determinada, existen distintos métodos los cuales tienen fundamentos teóricos muy parecidos y en general se clasifican en dos grupos: métodos racionales y métodos empíricos. Para determinar el gasto, en el presente proyecto se ha empleado uno de los métodos más comúnmente utilizados: el Método Racional Americano que tiene la siguiente expresión: ( )Q CIA= 2778. (3) Donde : Q = Gasto pluvial en l/s C = Coeficiente de escurrimiento (adimensional) I = Intensidad de lluvia, en mm/ h A = Área por drenar, en hectáreas Datos: C = 0.20 I = 0.7083 mm/hr. A = 100 ha Sustituyendo datos, tenemos: Q = 2.778 (0.20) (.7083) (100) Q = 39.4 l/s Q = 0.0394 m3 /s Sección Propuesta La forma de la sección propuesta del canal será trapezoidal por las ventajas constructivas que presenta con una longitud total de 1432 m. Las variables que delimitan este diseño dependen de la pendiente del terreno, del gasto y de las velocidades mínimas permitidas. El método utilizado para el análisis hidráulico del canal es por medio de interacciones (aproximaciones sucesivas) utilizando la fórmula de Manning. El gasto de diseño (Q) se obtuvo empleando el Método Racional Americano pues el área a drenar es menor de 5 hectáreas.
  • 6. 6-6 “Proyecto Ejecutivo de las Estaciones de Transferencia de Residuos Sólidos y del Relleno Sanitario Regional de Frontera Chica, Tamaulipas”. Fórmula de Manning V n R S= ⎛ ⎝ ⎜ ⎞ ⎠ ⎟ 1 2 3 1 2 (4) Donde: V = Velocidad de escurrimiento, en m/s N = Coeficiente de rugosidad n, adimensional. R = Radio hidráulico, en m S = Pendiente del canal, en milésimas y R A P = (5) Donde: R = Radio hidráulico, en m A = Área hidráulica de la sección, en m2 P = Perímetro mojado, en m Por la ecuación de Continuidad: Q = VA (6) donde: Q = Gasto, m3 /s V= Velocidad obtenida con la fórmula de Manning, en m/s A = Área de la sección hidráulica, en m2 Determinación de los parámetros de diseño del canal de aguas pluviales. Área de la Cuenca.- con base a observaciones realizadas sobre la carta topográfica del sitio con relación a sus límites de contribución de escurrimientos pluviales, se determinó que el área de la cuenca es de 100 ha. Intensidad de lluvia.- en relación a registros pluviográficos registrados en la estación de “00028099 S.J.2-9 Comales, Camargo” y proporcionados por el servicio meteorológico mexicano, se determinó que la lluvia máxima en 24 horas es de 17 mm, por lo que la intensidad de lluvia para una hora será de 0.7083 mm/hr.
  • 7. 6-7 “Proyecto Ejecutivo de las Estaciones de Transferencia de Residuos Sólidos y del Relleno Sanitario Regional de Frontera Chica, Tamaulipas”. Coeficiente de Escurrimiento.- considerando que el sitio de estudio se encuentra en una zona de características boscosas y con pendiente plana, se consideró un coeficiente de 0.20. Gasto Pluvial.- con las variables anteriores y de acuerdo al Método Racional Americano el gasto máximo pluvial es de 0.0.394 m3 /s. Diseño Geométrico del Canal de Aguas Pluviales.- Se propuso una sección transversal trapezoidal con talud 0.50:1, ancho de base 0.30 m y profundidad de 0.30 m; donde esta se requiera mayor excavación por las condiciones naturales del terreno se realizará. Se pondrá un recubrimiento de zampeado de concreto de espesor de 7 cm reforzado con malla electrosoldada con una pendiente del 0.40%. en la figura siguiente se ilustra la sección del canal. Figura 6.1 Sección de Canal Pluvial Este canal será construido en todo el contorno del camino perimetral, con lo que se hizo la revisión de su capacidad hidráulica para conducir el gasto pluvial obtenido en el punto anterior, con lo que haciendo el análisis hidráulico por medio de la ecuación de continuidad y la de Manning, en condiciones de flujo normal, se obtuvieron los siguientes resultados que se muestran en la tabla 6.3. Para el diseño del canal trapecial, se partió del establecimiento de los parámetros del Ancho de la zanja, talud, pendiente y gasto, con los cuales el tirante normal para flujo uniforme.
  • 8. 6-8 “Proyecto Ejecutivo de las Estaciones de Transferencia de Residuos Sólidos y del Relleno Sanitario Regional de Frontera Chica, Tamaulipas”. Tabla 6. 3 Análisis Hidráulico Tirante “Y” (m) Área hidráulica AH (m2 ) Perímetro mojado P (m) Radio Hidráulico RH (m) Velocidad de flujo V (m/s) Gasto Q (m3 /s) Observaciones 0.15 0.090 0.60 0.150 .594 0.031 “Y” es el tirante para que se establezca el flujo normal Procedimiento constructivo Primeramente se realiza una limpieza y trazo del canal en una longitud de 1432 m donde se desplantará y nivelará con pendiente de 0.05 %, la pendiente anterior correrá 0.5 % en 7160 m al suroeste y los otros 716 m correrán al sureste con un pendiente igual. A continuación se realizará una excavación manual (a pico y pala) hasta producir una zanja lo más cercana posible a la sección del canal propuesta, la cual posteriormente se ajustara por medios manuales y más adelante se recubra con concreto de f´c=150 kg/cm2 . La sección a excavar para el canal deberá ser de 0.30 m de profundidad, por 0.30 m de ancho de base y talud 0.50:1, la cual se llevará de acuerdo al trazo, paralelamente al camino, (Ver el Plano Camino y Canal Perimetral). Como observación, se recomienda la construcción de un pequeño bordo libre de 3 a 5 cm como medida de seguridad. Una cuadrilla de trabajo se encargará de ir afinando los taludes. El nivel de base del canal se compactará con un pisón manual para obtener la consistencia y nivel buscado en toda la superficie de excavación. El canal es fabricado de concreto f´c=150 kg/cm2 hecho en obra, con ayuda de una revolvedora de un saco (trompo) para obtener la consistencia adecuada además de una carretilla para el vertido de la revoltura. El espesor de la sección será de 7cm en todas sus partes, reforzado con malla electrosoldada E-6-6/6-6, cuidando de mantener el recubrimiento del lado mojado, tal y como lo marca el detalle de proyecto en el plano de Canal para Aguas Pluviales.
  • 9. 6-9 “Proyecto Ejecutivo de las Estaciones de Transferencia de Residuos Sólidos y del Relleno Sanitario Regional de Frontera Chica, Tamaulipas”. 6.2 DRENAJE INTERIOR Todo relleno sanitario debe contar con un eficiente sistema de drenaje pluvial a fin de evitar inundaciones y minimizar la cantidad de lixiviados a generar. El control sobre las aguas pluviales se lleva a cabo sobre los escurrimientos de la periferia del sitio de disposición, ya que es prácticamente imposible interceptar el agua que cae sobre los residuos sólidos. El drenaje interior de esta obra, corresponde al construido al pie de los taludes, el cual tendrá la función de captar el agua pluvial que escurre sobre la plataforma, disminuyendo de esta manera, la cantidad de agua que pueda infiltrarse, y por ende el volumen de lixiviados por generarse en los estratos. Este canal tendrá una sección triangular de 0.4 m de ancho y un tirante de 0.30 m con una pendiente del 0.5% en toda su longitud. Dicho canal no será revestido.