Estudio y diseno_drenaje
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  • 1. CEPIA INGENIEROS CONSULTORES LTDA. Estudio Drenaje FUNDO SANTA MARIA DE TRAPICHE AGRÍCOLA SANTA MARIA LTDA. SAGRADA FAMILIA VII Región Noviembre 2008
  • 2. CEPIA INGENIEROS CONSULTORES LTDA. Longitudinal Sur Nº 90 - Fono: (071)262532 Fax: (071)260065 – E-mail: cepia@cepia.cl - Talca 2 1. INTRODUCCIÓN El siguiente informe presenta los resultados del estudio de drenaje realizado durante el año 2008 en el Fundo Santa Maria de Trapiche Rol N° 122-22 propiedad de Agrícola Santa María de Trapiche Ltda., Comuna de Sagrada Familia, VII Región. Forma parte de este informe el estudio de suelo que se realizó en el predio y el plano de fases de series de suelo resultante. El estudio de suelos abarcó una superficie de 35,05 hás, de las cuales se reconocieron 35,05 hás con clases de drenaje que varían de imperfecto a pobremente drenado. Estos resultados confirman la necesidad de un sistema artificial de evacuación de aguas para mejorar el potencial agrícola de los suelos. Para definir la dinámica temporal y espacial de la napa se instalaron pozos de observación distribuidos en forma regular sobre la superficie a drenar. La mediciones se realizaron durante el periodo comprendido entre la temporada de otoño-primavera del 2008. Adicionalmente se detalla la metodología utilizada para la determinación de la precipitación anual máxima de 3 días, la conductividad hidráulica de diseño y la porosidad drenable, factores que definen las características del sistema de drenaje propuesto. De igual forma se adjunta el plano de planta de los drenes y el detalle constructivo de cada uno de estos.
  • 3. CEPIA INGENIEROS CONSULTORES LTDA. Longitudinal Sur Nº 90 - Fono: (071)262532 Fax: (071)260065 – E-mail: cepia@cepia.cl - Talca 3 2. RESULTADOS 2.1. RECARGA 2.1.1. Precipitación máxima para 1, 2 y 3 días Para determinar la lluvia anual máxima para la zona se utilizó la información disponible para la zona de Curico, perteneciente a la red de estaciones meteorológicas de la Dirección General de Aguas. Los datos de lluvia máxima de 1, 2 y 3 días disponibles desde 1976 hasta el año 2006 fueron utilizados para el análisis de frecuencia y se presentan en el siguiente cuadro. Lluvia anual máxima [mm] Años 1 día 2 días 3 días 1976 82,9 83,4 99,1 1977 59,0 105,0 132,0 1978 56,0 94,0 122,5 1979 47,0 69,0 83,0 1980 64,0 96,0 102,5 1981 34,0 57,5 71,0 1982 78,0 110,5 116,0 1983 66,0 81,5 96,5 1984 90,0 134,5 168,0 1985 57,5 63,5 63,5 1986 153,0 173,0 232,0 1987 88,0 94,0 150,0 1988 62,5 63,0 85,0 1989 77,0 103,5 103,5 1990 43,5 45,0 52,0 1991 54,5 86,0 86,0 1992 62,0 114,0 161,0 1993 49,6 49,6 52,5 1994 66,5 66,5 70,5 1995 87,0 88,3 124,3 1996 29,0 55,5 72,0 1997 56,5 93,0 98,0 1998 35,5 50,0 50,0 1999 62,5 71,0 86,5 2000 65,5 110,5 118,0 2001 50,5 76,0 90,5 2002 110,0 170,0 178,5 2003 50,0 76,5 79, 2004 44,5 59,0 61,0 2005 55,0 84,0 93,0 2006 97,8 113,8 178,8
  • 4. CEPIA INGENIEROS CONSULTORES LTDA. Longitudinal Sur Nº 90 - Fono: (071)262532 Fax: (071)260065 – E-mail: cepia@cepia.cl - Talca 4 El análisis de frecuencia para un período de retorno T = 5 años, basado en una distribución log-normal, permitió determinar que la precipitación máxima para 1, 2 y 3 días equivale a: Tiempo [d] Precipitación [mm] 1 83,6 2 111,2 3 136,3 Con la información de lluvia máxima para 1, 2 y 3 días, se construyó el siguiente gráfico, Altura – Duración – Frecuencia (ADF). Curva Altura-Frecuencia-Duración para periodo de retorno T= 5 años 0 60 120 180 0 1 2 3 Tiempo [Días] Precipitaciones [mm] Esta información fue combinada con los datos de los análisis físicos de suelos, los que fueron cotejados con los valores de retención de agua y densidad aparente (δb) descritos en el estudio de CIREN para la VII región. Utilizando los datos físicos de suelo de la serie más limitante (Lontué; Fa; δb = 1,5 Mg/m3 ) se determinó que para una profundidad de 0,5 m, la humedad aprovechable del suelo es de 60 mm. La retención de agua fue calculada utilizando la siguiente fórmula:
  • 5. CEPIA INGENIEROS CONSULTORES LTDA. Longitudinal Sur Nº 90 - Fono: (071)262532 Fax: (071)260065 – E-mail: cepia@cepia.cl - Talca 5 Ha: Capacidad de almacenamiento del suelo [mm] wCCi: Contenido gravimétrico de agua a 33 kPa (CC) en el horizonte i [fracción] wPMPi: Contenido gravimétrico de agua a 1500 kPa (PMP) en el horizonte i [fracción] δbi: Densidad aparente del suelo en el horizonte i [Mg/m3 ] δa: Densidad del agua [Mg/m3 ] Zi: Espesor del horizonte i [mm] Pi:Pedregosidad del horizonte i [fracción] Se consideró que al momento de la recarga, el suelo se encontraría con un contenido de agua equivalente al 60% de su capacidad de almacenamiento, con lo que la capacidad de almacenamiento disponible equivale a un 40% de la capacidad de almacenamiento del suelo. Con este valor como punto de inicio se trazó una tangente a la curva ADF, para calcular la recarga por lluvia. El procedimiento de cálculo se presenta en el siguiente gráfico. ( ) ( )ii a bi n 1i PMPCCa P1ZwwH ii −⋅⋅ δ δ ⋅−= ∑ = mm24604,0H4,0H ad =⋅=⋅=
  • 6. CEPIA INGENIEROS CONSULTORES LTDA. Longitudinal Sur Nº 90 - Fono: (071)262532 Fax: (071)260065 – E-mail: cepia@cepia.cl - Talca 6 La tangente trazada a la curva ADF, desde el eje de las ordenadas adoptando una capacidad de almacenamiento disponible de 24 mm (0,4Ha) permite definir la percolación profunda que en este caso equivale a: 52,19 mm/d Se ha considerado a la lluvia como el principal factor de recarga, ya que en el predio los mas graves problemas de drenaje se producen en la epoca de lluvias, consecuentemente la recarga por riego es considerablemente inferior a la recarga por lluvia. mm19,52 21,1 2415,87 tg = − =α
  • 7. CEPIA INGENIEROS CONSULTORES LTDA. Longitudinal Sur Nº 90 - Fono: (071)262532 Fax: (071)260065 – E-mail: cepia@cepia.cl - Talca 7 2.2. PARÁMETROS HIDRODINÁMICOS DEL SUELO 2.2.1. Conductividad hidráulica La conductividad hidráulica saturada (K) se intento obtener en terreno utilizando el método del pozo – barreno, propuesto por Hooghoudt. El valor de K se obtiene mediante la siguiente fórmula, que considera una distancia distinta de 0 entre el fondo del pozo de medición y el estrato impermeable. en que: K: Conductividad hidráulica [m/día] r: Radio del pozo de observación [m] ho: Distancia entre el NF estabilizado y el nivel de agua en el pozo al tiempo to [m] h1: Distancia entre el NF estabilizado y el nivel del agua en el pozo al tiempo t1 [m] H: Distancia entre el NF estabilizado y el fondo del pozo de medición [m] ∆t: Tiempo transcurrido entre to y t1 [s] Sin embargo las características del terreno no permitieron obtener mediciones confiables. Los problemas más comunes fueron la baja o no estabilidad del pozo- barreno (suelos con texturas que van de francas a areno francosas), presencia de gravas en profundidad no permitiendo una mayor profundización, y una rapidísima recuperación de la napa una vez deprimida no dejando tiempo a la toma de mediciones. De la suma de estos escenarios y en especial de las texturas involucradas se desprende que la adopción de una conductividad hidráulica saturada de 10 m/día, esta dentro de los valores esperados. 2.2.2. Conductividad hidráulica de diseño Se utilizo un valor de 10 m/día por las razones vertidas en 2.2.1 ( ) 1 0 h h ln trH2 Sr K ∆+ ⋅ = 19,0 Hr S ⋅ =⇒
  • 8. CEPIA INGENIEROS CONSULTORES LTDA. Longitudinal Sur Nº 90 - Fono: (071)262532 Fax: (071)260065 – E-mail: cepia@cepia.cl - Talca 8 2.2.3. Porosidad drenable µ Para determinar la porosidad drenable se utilizo la relación de Van Beers, que permite derivarla directamente a partir de la conductividad hidráulica, según la siguiente relación, en que: µ:porosidad drenable [%] K: conductividad hidráulica [m/día] 2.3. PARÁMETROS FÍSICOS DE SUELO 2.3.1. Profundidad al estrato impermeable D La información disponible para la zona permitió definir que el estrato impermeable se encuentra una profundidad aproximada de 8 m. La información fue obtenida algunas norias vecinas. Debido a que los drenes no alcanzan el estrato impermeable se utilizó el valor de estrato equivalente d, para realizar los cálculos de distancia entre drenes. 2.3.2. Estrato equivalente d Basado en la información de profundidad al estrato impermeable disponible para el área, se indujo a partir de la conductividad hidráulica que la distancia D entre la base de los drenes y el estrato impermeable es menor a ¼ de la distancia entre drenes, por lo que el valor de distancia al estrato equivalente d se calculó utilizando la siguiente ecuación propuesta por Hooghoudt. 100K ⋅=µ %62,3110010 =⋅=µ L 4 1D ⋅< u D ln L D8 1 D d ⋅ ⋅π ⋅ + =
  • 9. CEPIA INGENIEROS CONSULTORES LTDA. Longitudinal Sur Nº 90 - Fono: (071)262532 Fax: (071)260065 – E-mail: cepia@cepia.cl - Talca 9 en que: d: distancia equivalente entre la base de los drenes y el estrato impermeable [m] D: distancia entre la base de los drenes y el estrato impermeable [m] L: distancia entre drenes [m] u: Perímetro mojado [m] b: Base de la zanja de excavación [m] ro: Radio interior de la tubería [m] Considerando una base de zanja de excavación de 0,6 m y un radio de tubería promedio de 0,1 m el perímetro mojado resulta: Consecuentemente el estrato equivalente para D = 6 m se estima en: 2.4. OTROS PARÁMETROS DE DISEÑO 2.4.1. Profundidad efectiva (Pe) y tiempo de máximo de drenaje t El predio a ser drenado está plantado con frutales específicamente vid vinífera, se consideró como criterio de drenaje el mantener 1,0 m libre de agua abarcando la zona de mayor actividad radical. Dadas las texturas de los suelos en estudio, se ha estimado el ascenso capilar en 0,17 m debido a la recarga por percolación profunda. Como criterio adicional se desea que luego de una recarga la profundidad efectiva no se vea afectada por una elevación del nivel freático. Para esto se considero un máximo de 3,3 días para que el agua libre bajo la profundidad efectiva se retire del perfil, es decir, que el nivel freático alcance 1,0 m. or2bu ⋅+= m8,01,026,0u =⋅+= = ⋅ ⋅π ⋅ + = u D ln L D8 1 D d m89,4 8,0 6 ln 135 68 1 6 = ⋅ ⋅π ⋅ +
  • 10. CEPIA INGENIEROS CONSULTORES LTDA. Longitudinal Sur Nº 90 - Fono: (071)262532 Fax: (071)260065 – E-mail: cepia@cepia.cl - Talca 10 2.4.2. Profundidad de drenes Pd Dadas las características de profundidad de suelos, conductividad hidráulica, pendiente superficial y disposición de puntos de desagüe, se optó por instalar los drenes a una profundidad de 2,0 m. 4.3. Recarga hidráulica ∆h La recarga hidráulica esta dada por: en que: ∆h Recarga hidráulica [m] R : Recarga [m] µ : Porosidad drenable [fracción] 2.4.4. Espesor de la región de flujo Do Para calcular el espesor de la región de flujo se consideró que el valor de profundidad al estrato equivalente es de 4,89 m y que la altura media del nivel freático será: en que: h: Altura media del nivel freático [m] ho: Carga hidráulica inicial [m] ht: Carga hidráulica final [m] con esto el espesor de la región de flujo queda definido como: µ R ∆h = m17,0 3126,0 05219,0 h ==∆ to hhh ⋅= hdDo += m80,591,089,4Do =+=
  • 11. CEPIA INGENIEROS CONSULTORES LTDA. Longitudinal Sur Nº 90 - Fono: (071)262532 Fax: (071)260065 – E-mail: cepia@cepia.cl - Talca 11 2.5. DISTANCIA ENTRE DRENES Por tratarse de recarga instantánea por lluvia y drenes que serán instalados por sobre el estrato impermeable, la distancia entre drenes fue calculada en base a un equilibrio dinámico utilizando la ecuación de Glover y Dumm, que se presenta a continuación: en que: L: Distancia entre drenes [m] K: Conductividad hidráulica [m/día] Do: Espesor región de flujo [m] t: Tiempo máximo de drenaje para alcanzar ht [día] µ: Porosidad drenable [francción] ho: Carga hidráulica inicial [m/día] ht: Carga hidráulica final [m] Luego de resolver en forma iterativa la ecuación para satisfacer las condiciones de drenaje impuestas, el distanciamiento entre drenes es de: 2.6. CAUDALES DE DISEÑO 2.6.1 CAUDAL DISEÑO DRENES El sistema de drenaje a construir corresponde a un sistema subsuperficial con drenes entubados. El caudal máximo de diseño estará dado por: en que: ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎣ ⎡ ⋅µ ⋅⋅⋅π = t o o 2 2 h h 16,1ln tDK L 2 2 2 617.18 83,0 0,1 16,1ln3162,0 3,380,510 L = ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎣ ⎡ ⋅ ⋅⋅⋅π = m135L = AqQ omáx ⋅=
  • 12. CEPIA INGENIEROS CONSULTORES LTDA. Longitudinal Sur Nº 90 - Fono: (071)262532 Fax: (071)260065 – E-mail: cepia@cepia.cl - Talca 12 Qmáx: Caudal máximo [m3 /día] qo: Caudal específico [m/día] A: Área drenada por un dren especifico [m2 ] L: Espaciamiento entre drenes [m] Ld: Longitud del dren [m] Como se ha utilizado la ecuación de Glover y Dumm, el caudal específico resulta: en que: qo: Caudal especifico [m/día] K: Conductividad hidráulica [m/día] d:Profundidad estrato equivalente[m] L: Distancia entre drenes [m] ho: Carga hidráulica inicial [m] La disposición de los drenes de alivio en terreno respondió a fines de eficiencia en drenaje y costos. En el punto 2.5 se menciona que la distancia de drenes que cumple con los requerimientos impuestos al sistema de drenaje es de 135 m, gran parte del diseño aquí propuesto cumple estas requerimientos, con los drenes dispuestos de manera de interceptar la dirección de flujo del nivel freático. Para el caso de los colectores, el caudal de diseño está dado por la sumatoria de los drenes laterales que desaguan al colector. Su caudal será incrementa al irse sumando más drenes quedando expresado por: LdLA ⋅= 2 o o L hdK48,6 q ⋅⋅⋅ = día/m0174,0 135 189,41048,6 q 2o = ⋅⋅⋅ = ∑ = = n 1i io qq
  • 13. CEPIA INGENIEROS CONSULTORES LTDA. Longitudinal Sur Nº 90 - Fono: (071)262532 Fax: (071)260065 – E-mail: cepia@cepia.cl - Talca 13 en que: Q: Caudal del colector [m3 /día] qo: Caudal máximo del dren lateral [m/día] Con estos parámetros se calculó el caudal máximo de cada dren lateral y colector, lo que se informa en la memoria de cálculo adjunta. 2.6.2 CAUDAL DE DISEÑO INTERCEPTORES El sistema de drenes debe contemplar la intersección del riego extrapredial para lo cual se debe disponer de interceptores paralelos al flujo subterráneo existente en el predio. Para el caso de este proyecto se consideran como tales los drenes A-1 y B-1, a los cuales para su dimensionamiento debe sumárseles el caudal interceptado por del acuífero interceptado. Primero se calcula el caudal por metro lineal que posee el acuífero, mediante la expresión: en que: q: Caudal por Unitario del Acuífero [m3 /día/m] K: Conductividad hidráulica [m/día] H: Espesor de la región de flujo, este alcanza 8 metros según lo observado en norias vecinas [m] S: Gradiente hidráulico de la napa freática es 0,005 según plano de isohypsas [m/m] Ahora reemplazando los valores el caudal unitario del acuífero es: Ahora para determinar el caudal interceptado por un interceptor ubicado a 2 m de profundidad, se utiliza la siguiente expresión: en que: qi: Caudal por metro interceptado por el dren [L/s/m] q: Caudal por Unitario del Acuifero [m3 /día/m] SHKq ⋅⋅= m/s/L005,0m/aíd/m40,0005,0810q 3 ==⋅⋅= ( ) H hH qqi − ⋅=
  • 14. CEPIA INGENIEROS CONSULTORES LTDA. Longitudinal Sur Nº 90 - Fono: (071)262532 Fax: (071)260065 – E-mail: cepia@cepia.cl - Talca 14 H: Espesor de la región de flujo, este alcanza 8 metros según lo observado en norias vecinas [m] h: Espesor de la lámina saturada sobre la capa impermeable aguas abajo del dren interceptor, que corresponde a la diferencia entre el espesro del acuífero y la profundidad de los drenes [m/día] Finalmente, reemplazando los valores el caudal por metro interceptado por los drenes dispuesto a 2 m de profundidad: Este caudal corresponde a la intercepción de los riegos extraprediales que se realizan en la zona. 2.7. DISPOSICIÓN ESPACIAL DE LOS DRENES EN TERRENO Por tratarse de drenes de alivio cuya función principal es evacuar el exceso de agua acumulado por la recarga por lluvia, los drenes fueron distribuidos en el terreno siguiendo dos criterios. El primero dice relación con la interceptación de la napa freática que se estima se mueve con dirección nor-poniente con un curso similar la disposición de las cotas superficiales. Para conocer la dirección de movimiento de a napa se utilizaron las mediciones del nivel freático durante la temporada invernal y se generaron las isohypsas como se muestra en el plano que forma parte de este informe. El segundo criterio dice relación con la dirección de plantación del predio, el cual ya se encuentra cultivado, por lo tanto, los drenes dispusieron según la orientación de la plantación existente. Basado en lo anterior ambos criterios se combinaron y se definieron redes en forma paralela, con la finalidad de maximizar la intercepción del flujo de agua y a la vez reducir el volumen total de excavación. Por la pendiente que presenta el terreno los drenes fueron diseñados siguiendo en lo posible las pendientes naturales del terreno, de modo tal que la pendiente de drenes no fuese en lo posible inferior al (0,2%) y su profundidad mínima en la mayoría de los casos no fuera inferior a 2,0 m. El sistema principal de drenes desemboca en un canal de regadío, denominado Canal Trapiche Bajo que pasa por la parte nor-oriente del predio. Además en este canal se deberán ejecutar obras de descargas para tres colectores distintos ,ya que debido a la forma del predio y a problemas de cota no pueden descargar los tres en un solo punto. ( ) m/s/L00125,0 8 68 005,0qi = − ⋅=
  • 15. CEPIA INGENIEROS CONSULTORES LTDA. Longitudinal Sur Nº 90 - Fono: (071)262532 Fax: (071)260065 – E-mail: cepia@cepia.cl - Talca 15 2.8. CÁMARAS DE INSPECCIÓN Y TUBERÍAS DE DRENAJE Para los drenes, la tubería seleccionada correspondió a tubos perforados corrugados del tipo Flexadren y Top-Dren producidos por la empresa Petroflex o ADS Pipes Chile S.A. Se ha estimado un ancho de excavación de 0,5 m para los drenes laterales con un talud mínimo de 1/10 para su construcción. Estos drenes se han considerado encamados con gravilla, sobre la cual se incluye el uso de una lámina de plástico de 20 a 30 micrones (manga de riego), la que actuará como barrera para impedir el paso de partículas de suelo hacia los drenes. Los tubos seleccionados para los drenes correspondieron a tubos de polietileno de alta densidad en diámetros 100, 160 y 2x160mm. La debilidad estructural de los tubos de 200 mm llevo a descartar su uso en tramos de drenes en donde era hidráulicamente recomendada y ser reemplazada por tubería dos tuberías de 160 mm. Se contemplaron solo colectores cerrados. Para los colectores cerrados la excavación se ha considerado de 0,6 m de ancho con un talud de 1/10 para mantener la estabilidad de los drenes durante la construcción. En el caso de doble tubería se considero una base de 0,6 m respetando el talud anterior. Para los colectores se consideraron tubos de PVC, corrugados sin perforaciones, modelos Top-San de 250 mm también producidos por Petroflex. En el caso de los colectores se han considerado sin encamado de gravilla solo se considera material procedente de la misma excavación sin contenido de piedras. A continuación se presenta un diagrama de instalación de los drenes subsuperficiales.
  • 16. CEPIA INGENIEROS CONSULTORES LTDA. Longitudinal Sur Nº 90 - Fono: (071)262532 Fax: (071)260065 – E-mail: cepia@cepia.cl - Talca 16 Para la inspección y mantención de los drenes se ha contemplado el uso de cámaras de inspección de 0,80 m de diámetro en cada intersección de drenes con los colectores y en los cambios de dirección. Estas cámaras serán construidas en tubo de PVC Top-San de 0,8 m según el esquema presentado en la siguiente figura y la excavación para su instalación considera un talud de 1/5 y de un extra al radio del tubo de 60 cm, por lo tanto se deberá hacer una excavación de 1,4m con la finalidad de instalar el radier y la tubería Top-San que servirá de cámara de inspección. Se ha estimado que la tubería colectora, dentro de la cámara de inspección, se encuentre como mínimo a 10 cm bajo la llegada de la tubería de drenaje, así como la base de la cámara se encuentre a 30 cm de profundidad de la base del tubo colector. Además se contempla un radier en la parte baja de la cámara ejecutado con hormigón grado H15 o superior de un espesor de 15 cm.
  • 17. CEPIA INGENIEROS CONSULTORES LTDA. Longitudinal Sur Nº 90 - Fono: (071)262532 Fax: (071)260065 – E-mail: cepia@cepia.cl - Talca 17 Para determinar el diámetro de los drenes laterales y colectores tapados junto con sus largos se utilizaron las siguientes ecuaciones: 2.8.1. Ecuación de Manning. Considerando la tubería completamente llena entonces de lo que se desprende que donde: 21 32 35 máx S 2 R Q ⋅ ⋅η ⋅π = 1875,0375,0 25,0375,0375,0 máx S 2Q R ⋅π ⋅η⋅ =
  • 18. CEPIA INGENIEROS CONSULTORES LTDA. Longitudinal Sur Nº 90 - Fono: (071)262532 Fax: (071)260065 – E-mail: cepia@cepia.cl - Talca 18 Qmáx : Caudal máximo [m3 /s] R : Radio de la tubería [m] S : Pendiente [m/m] η : Factor de rugosidad de Manning. 2.8.2. Volumen de excavación Para determinar el volumen de excavación tanto de drenes laterales como colectores se utilizó la siguiente fórmula: donde: V : Volumen a excavar [m3] Ld : Largo de dren [m] p: Profundidad promedio del dren [m] b = Ancho de la base de la zanja excavada z = Talud de construcción para evitar desmoronamiento Para el caso de los drenes el ancho de la base excavada es de 0.6m y para los colectores cerrados es de 0.7 m. El talud de construcción se fijó en 1/5 para los drenes y colectores. La profundidad media de excavación se determinó como el promedio de la profundidad inicial y final de los drenes. Para el tapado de los drenes se consideró un 20% de esponjamiento sobre el volumen inicial excavado. Para el caso del volumen de excavación para las cámaras de inspección se utilizo la siguiente formula: donde: V : Volumen a excavar [m3 ] D : diámetro tubo para cámara [m] pc: profundidad de la cámara [m] [ ]zpbLdpV +⋅= 2 pp p finalinicial + = ( ) cp D CamarasNV ⋅⋅⎥⎦ ⎤ ⎢⎣ ⎡ ⋅+ ⋅°= π 2 2 5,02
  • 19. CEPIA INGENIEROS CONSULTORES LTDA. Longitudinal Sur Nº 90 - Fono: (071)262532 Fax: (071)260065 – E-mail: cepia@cepia.cl - Talca 19 2.8.3. Volumen de material envolvente de gravas Para determinar el volumen de material envolvente se consideró una altura promedio de 0,50 m de gravilla por dren. De esta se estima que 0,1m irán a estabilizar el fondo de los drenes, ya que debido a las bajas pendientes se debe trabajar con una cama estable y pareja para la instalación de los tubos. Los 0,30 adicionales serán utilizados en recubrir la tubería que servirá como material filtrante y de estabilización. El ancho de las zanjas de los drenes es de 0,5 m y de 0,6 m la tubería colectora como se indicó anteriormente. 2.8.4. Superficie de filtro de plástico Para determinar la superficie del filtro de plástico que se colocara sobre la cama de gravilla o material envolvente se consideró el ancho de la base de las zanjas para los drenes (0,5 m) más 10 cm a cada lado. Se considera una lámina plástica sobre todos los drenes. 2.9. MEMORIA DE CÁLCULO La memoria de cálculo resume los valores de diseño que se reflejan en el plano de planta del sistema de drenaje. La memoria de cálculo incluye: Código del dren sobre el plano de planta Tipo Largo Cota inicio terreno proyectado Cota fin terreno proyectado Pendiente diseño dren Profundidad inicio dren Profundidad final dren Cota inicio dren Cota final dren Caudal Drenaflex 100mm en el dren Drenaflex 160mm en el dren Drenaflex 2x160mm en el dren Topsan 250mm en el colector Excavación colector Excavación dren Envolvente dren Cámara de inspección Topsan de 0,8 m. : Permite identificar el dren : Dren, Dren/Colector o Colector : Largo de los drenes [m] : Cota de inicio del dren [m] : Cota del final del dren [m] : Pendiente de diseño del dren [m/m] : Profundidad al inicio del dren [m] : Profundidad en la cota del dren [m] : Cota al inicio del dren [m] : Cota en la cola del dren [m] : Caudal del dren [m3 /s] : Largo de Drenaflex de 100 [m] : Largo de Drenaflex de 160 [m] : Largo de Drenaflex de 2x160 [m] : Largo de Topsan de 250 [m] : Volumen de excavación [m3 ] : Volumen de excavación [m3 ] : Volumen gravilla envolvente [m3 ] : Cámara inspección en tubo
  • 20. CEPIA INGENIEROS CONSULTORES LTDA. CALCULO DE CAUDAL DE DRENES Como se trata de un régimen variable, se aplicará el metodo de cálculo deducido por Glover y Dumm, considerando que la recarga es la generada por la lluvia de diseño. L 2 = π 2 ⋅K⋅Do⋅t µ⋅ln(1,16⋅ho/ht) Calculando con: K= 10 m/d Conductividad hidráulica R= 52,19 mm/d Deducida del gráfico Altura-frecuencia-duración t= 3,3 días µ= 32 % µ = (K*100)^0,5 P= 2 m Profundidad drenes Pe= 1 m Profundidad efectiva libre de agua d= 4,89 m Profundidad estrato equivalente Eq= 8,0 m Profundidad estrato impermeable D= 6,0 m Región de flujo bajo los drenes L= 135,0 m Distancia entre drenes Iterada u= 0,80 m u=(ancho zanja)+2*(radio dren) ∆h= 0,17 m ∆h = R/µ Recarga hidráulica ho= 1,00 m ho = P-Pe Carga hidráulica inicial ht= 0,83 m ht = ho-∆h Carga hidráulica final h= 0,91 m h=raíz(ho*ht) Altura media del nivel freático Do= 5,80 m Espesor region de flujo L2 = 18.167 L = 134,79 m Se adopta 135 m Distancia entre drenes Se adopta en definitiva un espaciamiento de 135 metros, y se instalarán a 2,0 metros de profundidad. Considerando el distanciamiento y la recarga por lluvia, se tiene que los drenes se captarán: qo= (6,48*K*d*ho)/L2 con K = 10 m/d Conductividad hidráulica d = 4,89 m Profundidad estrato equivalente ho = 1,00 m Carga hidráulica inicial L= 135 m Distancia entre drenes qo = 0,0174 m/d
  • 21. CALCULO DE CAUDAL DE DISEÑO INTERCEPTORES El caudal total por metro lineal que aporta un acuifero se calcula con la siguiente relación: q = K * H * S donde : q = flujo de agua por ml (m3/d/m) K = conductividad hidráulica (m/d) H = Espesor del acuifero (m) S = gradiente hidráulico de la napa freatica Considerando los datos de nuestro caso se tiene : K = 10 m/d Adoptado de Acuerdo a Bases H = 8 m Adoptado de acuerdo observaciones en terreno S = 0,005 Deducido del Plano de Isohipsas El caudal del acuifero sería: q = 0,40 m3/d/m 0,005 lt/s/m qi = q (H-h) / H qi = flujo de agua interceptada por metro de dren ( m3/d/m) q = flujo de agua del acuifero por ml (m3/d/m) Con: H = 8 m Espesor del acuifero (m) h = 6 m Espesor de la lámina saturada sobre la capa impermeable aguas abajo del dren interceptor (m). Se obtiene el caudal interceptado por metro lineal de dren. qi = 0,0012 lt/s/m Correspondiente a riegos extraprediales
  • 22. PROPIETARIO: AGRICOLA SANTA MARIA DE TRAPICHE LTDA. NUMERO CEPIA: 4109 Para el Calculo del Caudal del Dren: El diámetros de las tuberías corrugadas perforados de los drenes se calculan con: qo= (6,48*K*d*ho)/L2 Q = 24.2 D^2.667*S^0.5 (m3/s) D = 0.303*Q^0.375*S^-0.1875 (m) con K = 10 m/d Conductividad hidráulica d = 4,89 m Profundidad estrato equivalente El diámetro de las tuberías lisas de los colectores entre los drenes ho = 1,00 m Carga hidráulica inicial se calcula con : L= 135 m Distancia entre drenes Q = 88.14 D^2.71 * S^0.571 (m3/s) D = 0.192 Q^0.375 S^-0.211 (m) qo = 0,0174 m/d Para el Calculo del Caudal del Interceptor: qi = 0,0012 L/s/m Caudal Caudal Largo Largo Largo Largo Diámetro Diámetro Diámetro Código Tipo Largo Pendiente Máximo Máximo Tub. Dren Tub. Dren Tub. Dren Tub. Dren Optimo Máx. Optimo Máx. Comercial Dren Diseño Dren Colector 65 mm 100 mm 160 mm 2x160mm Dren Colector Colector m m/m m3/s/m m3/s m m m m mm mm mm A1 Dren/Inter. 285 0,002 0,0000283 25 50 210 159 A2 Colector 244 0,002 0,0080724 134 250 A3 Dren 390 0,0025 0,0000272 25 50 250 65 169 A4 Colector 132 0,005 0,0186674 145 250 A5 Dren 390 0,0025 0,0000272 25 50 250 65 169 A6 Colector 117 0,005 0,0292624 172 250 A7 Dren 80 0,001 0,0000272 50 30 111 A8 Dren/Colec. 71 0,001 0,0000272 0,0041022 71 141 A9 Colector 117 0,001 0,0333645 242 250 A10 Dren 120 0,0025 0,0000272 25 50 45 109 A11 Dren/Colec. 70 0,005 0,0000272 0,0051617 70 114 A12 Dren/Colec. 40 0,005 0,0000272 0,0062483 40 122 A13 Dren/Colec. 19 0,005 0,0000272 0,0067645 19 126 A14 Dren/Colec. 125 0,0025 0,0000272 0,0033958 25 50 50 111 A15 Dren/Colec. 265 0,0025 0,0000272 0,0173595 265 204 A16 Colector 132 0,001 0,0507240 270 300 DISEÑO DE DRENES Y COLECTORES
  • 23. A17 Dren 390 0,001 0,0000272 50 175 165 201 A18 Colector 21 0,001 0,0613190 290 300 Caudal Caudal Largo Largo Largo Largo Diámetro Diámetro Diámetro Código Tipo Largo Pendiente Máximo Máximo Tub. Dren Tub. Dren Tub. Dren Tub. Dren Optimo Máx. Estimado Comercial Dren Diseño Dren Colector 65 mm 100 mm 160 mm 2x160mm Dren Colector Colector m m/m m3/s/m m3/s m m m m mm mm mm B1 Dren/Inter. 390 0,0025 0,0000283 25 50 225 90 172 B2 Colector 130 0,002 0,0110464 145 250 B3 Dren 390 0,0025 0,0000272 25 50 250 65 169 B4 Colector 228 0,0015 0,0216414 198 250 Caudal Caudal Largo Largo Largo Largo Diámetro Diámetro Diámetro Código Tipo Largo Pendiente Máximo Máximo Tub. Dren Tub. Dren Tub. Dren Tub. Dren Optimo Máx. Estimado Comercial Dren Diseño Dren Colector 65 mm 100 mm 160 mm 2x160mm Dren Colector Colector m m/m m3/s/m m3/s m m m m mm mm mm C1 Dren 160 0,0015 0,0000272 75 85 133 C2 Dren 220 0,0015 0,0000272 75 145 150 C3 Colector 73 0,001 0,0103233 163 250