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MEMORIA DE AGUAS LLUVIAS. 24-9-2019, VIÑA DEL MAR

PASAJE LAUTARO, I. MUNICIPALIDAD DE PUYEHUE

SERGIO MELO VERGARA INGENIERO CIVIL & MASTER EN ESTRUCTURAS, 1RA CATEGORIA REVISOR ESTRUCTURAL

SERGIO MELO VERGARA PASAJE LAUTARO, I. MUNICIPALIDAD DE PUYEHUE

Tabla de contenido INFORMACIÓN GENERAL .................................................................................................................... 2 Introducción .................................................................................................................................... 2 CÁLCULO DE AGUAS LLUVIAS .............................................................................................................. 3 Marco Conceptual ........................................................................................................................... 3 Desarrollo de Caudal de Aguas Lluvias............................................................................................ 4 Cuencas Aportantes .................................................................................................................... 4 Periodo de Retorno ..................................................................................................................... 4 Coeficiente de Escorrentía .......................................................................................................... 5 Intensidad de Lluvia .................................................................................................................... 5 Caudal máximo de crecida .......................................................................................................... 8 Capacidad Hidráulica del pavimento........................................................................................... 9 Capacidad Hidráulica de Canaleta ............................................................................................. 10 Conclusiones ................................................................................................................................. 10

24 de septiembre de 2019

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INFORMACIÓN GENERAL Introducción La presente memoria expondrá la forma de cálculo y consideraciones tomadas para el diseño de aguas lluvias de la Calle Sin Nombre, ubicada en el sector central de la Ciudad de Entrelagos, comuna de Puyehue. (Figura 1)

Figura 1: Ubicación Calle Sin Nombre, Entrelagos, Región de los Lagos. La ciudad de Entrelagos se encuentra al sur de Chile ubicada en la Provincia de Osorno, Región de Los Lagos capital de la comuna de Puyehue. La comuna de Puyehue consta de una población de 11.368 habitantes con una superficie 1.693 km2. Por su ubicación geográfica posee un clima templado cálido lluvioso con influencia mediterránea en la zona del valle, además se caracteriza por presentar un período estival de las precipitaciones generando periodos calurosos y periodos invernales fríos y lluviosos. (Figura 2)

Figura 2: Ubicación de Entrelagos, Provincia de Osorno, Región de los Lagos.

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CÁLCULO DE AGUAS LLUVIAS El cálculo y diseño de aguas lluvias se realiza siguiendo las especificaciones y recomendaciones entregadas en el Código de Normas y Especificaciones Técnicas de Obras de Pavimentación versión 2018, Manual de Drenaje Urbano Versión 2013 y el estudio de Precipitaciones Máximas en 1, 2 y 3 Días 1991.

Marco Conceptual Precipitación Se entenderá por precipitación al agua que cae a la superficie terrestre desde la atmosfera. Esta se categoriza en llovizna, lluvia, chubascos, granizos, aguanieve y nieve. Cabe destacar que en la localidad de estudio se pueden ver todos los tipos de precipitación antes descritos. Intensidad de lluvia Es el valor representativo de la altura de precipitación por unidad de tiempo. Coeficiente de duración Es la razón entre la lluvia de una duración dada y la lluvia diaria de la misma frecuencia. Coeficiente de frecuencia Es la razón entre la lluvia asociada a un cierto periodo de retorno y la lluvia de igual duración para un periodo de retorno dado. Periodo de retorno Es una representación usada comúnmente para presentar un estimativo de la probabilidad de ocurrencia de un evento determinado en un periodo de tiempo. Curvas Intensidad Duración Frecuencia Las curvas intensidad – duración – frecuencia (IDF) son curvas que representan la variación de la intensidad de la lluvia de distintas duraciones, asociadas a diferentes probabilidades de ocurrencia (Periodo de Retorno). Cuenca Es un área natural en la que el agua proveniente de la precipitación pluvial forma un curso principal de agua que descarga en un mismo punto. Tiempo de concentración Es el tiempo que transcurre desde el inicio de una tormenta de intensidad uniforme para que toda la superficie de la cuenca aportante aporte al escurrimiento de la salida. Caudal Cantidad de fluido que circula a través de una sección o cauce por unidad de tiempo. Escorrentía Es el volumen o caudal total de agua que circula sobre la superficie en una cuenca hidrológica. Método racional Método ampliamente utilizado para determinar el caudal instantáneo máximo de descarga de una cuenca hidrográfica, recomendado para cuencas urbanas y rurales con áreas aportantes menores de 1.000 [Ha], pero se reportan casos de aplicación a cuencas del orden de 30.000[Ha]. La cual se define de la siguiente manera.

Donde: Q: Caudal máximo de crecida en [m3/s] C: Coeficiente de escorrentía de la cuenca I: Intensidad de la lluvia de diseño en [mm/h] A: Superficie de la cuenca aportante en [km2]

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Desarrollo de Caudal de Aguas Lluvias Para el cálculo del caudal de aguas lluvias se utilizará el método racional antes definido, el cual requiere un coeficiente de escorrentía, área aportante de la cuenca e intensidad de lluvia de diseño para un periodo de retorno dado. Cuencas Aportantes Se definen dos cuencas aportantes considerando la topografía del sector y posibles descargas de agua al pavimento diseñado, generando un cauce de escurrimiento, definiendo el área, largo de cauce principal y diferencia de alturas. Valores en Anexos. (Figura 3)

Figura 3: Cuenca Aportante, Calle Sin Nombre, Entrelagos. Periodo de Retorno La elección del periodo de retorno para la lluvia diseño se establece dependiendo el tipo de obra, para este caso corresponde a una lluvia de 24 [Hrs]. de duración total con intervalos de tiempo variables, concentrada al inicio con un periodo de retorno de T=2 [años] para operación normal del pavimento y T=10 [años] para condiciones de inundaciones. En caso de que el pavimento no cumple con las exigencias hidráulicas se debe considerar un colector con una capacidad de porteo para lluvias con periodo de retorno de T=2-5 [años], como se estableces en la tabla 21.1 en el Código de Normas 2018.

Tabla 21.1: Períodos de Retorno, Código de Normas 2018.

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Coeficiente de Escorrentía El coeficiente de escorrentía se establece en la tabla 21.2 del Código de Normas 2018. Para el caso en estudio se considera casas aisladas como se puede apreciar en la Figura 4 de la presente memoria.

Tabla 21.2: Coeficientes de Escorrentía, Código de Normas 2018. Intensidad de Lluvia Para determinar la intensidad de lluvia de diseño para los periodos de retorno de T=2 y 10 [años] se requiere del valor de intensidad de lluvia para T=10 [años], que se obtiene del plano de isoyetas entregado en el estudio de Precipitaciones Máximas en 1, 2 y 3 días desarrollado por la DGA. Dado que no existe el dato preciso de la localidad de Entrelagos, su valor se obtiene por medio de interpolación lineal entre las isoyetas existentes en el plano del sector de Valdivia. (Figura 4 y 5)

Figura 4: Plano de Isoyetas, Sector de Valdivia, Precipitaciones Máximas de 1, 2 y 3 días, DGA.

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Entrelagos

Figura 5: Sector del Plano de Isoyetas, Entrelagos, Precipitaciones Máximas de 1, 2 y 3 días, DGA. Como se aprecia en la Figura 5 la Localidad de Entrelagos se encuentra entre las isoyetas de 80 y 90, prácticamente equidistante de ambas por lo que se asume el valor de 85 [mm/día]. Para las curvas IDF, los coeficientes de duración y coeficientes de frecuencia se utilizarán los de la localidad más cercana que estén establecidos en alguno de los Manuales Nombrados, en concreto los de la ciudad de Osorno estipulados en el Manual de Drenaje Urbano 2013. Se presenta los valores para la localidad de Osorno de las Tablas 4.3.3 (curvas IDF), 4.3.4 (Coeficiente de Duración) y 4.3.5 (Coeficiente de Frecuencia).

Tabla 4.3.3: Curvas IDF, Osorno, Manual de Drenaje 2013

Tabla 4.3.4: Coeficiente de Duración, Osorno, Manual de Drenaje 2013

Tabla 4.3.3: Curvas IDF, Osorno, Manual de Drenaje 2013

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Con los parámetros de cálculo determinados se calcula la IDF de diseño a partir de las siguientes formulas dependiendo si su duración es mayor o menor a una según corresponda. Para lluvias de 1 a 24 [Hrs]:

Para lluvias menores a 1 [Hrs]:

Intensidad para todo Tiempo:

Siguiendo el procedimiento descrito en el Código de Normas y Especificaciones Técnicas de Obras de Pavimentación, Versión 2018, se determinan las curvas IDF para 2, 5 y 10 años de periodo de retorno (Grafico 1, 2 y3).

CURVA IDF T=2 [Años]

40.00 35.00

T=2[años]

i [mm/hrs]

30.00

Potencial (T=2[años])

25.00 20.00

y = 10.534x-0.459 R² = 0.9957

15.00 10.00 5.00 0.00 0.0

2.0

4.0

6.0

8.0

10.0

12.0

t [hrs]

14.0

16.0

18.0

20.0

22.0

24.0

Grafico 1: Curva IDF para 2 años de Periodo de Retorno, Entrelagos.

CURVA IDF T=5 [Años]

i [mm/hrs]

50.00 45.00

T=5[años]

40.00

Potencial (T=5[años])

35.00 30.00

y = 13.465x-0.464 R² = 0.9957

25.00 20.00 15.00 10.00 5.00 0.00 0.0

2.0

4.0

6.0

8.0

10.0

12.0

t [hrs]

14.0

16.0

18.0

20.0

22.0

24.0

Grafico 2: Curva IDF para 5 años de Periodo de Retorno, Entrelagos.

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i [mm/hrs]

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CURVA IDF T=10 [Años]

55.00 50.00 45.00 40.00 35.00 30.00 25.00 20.00 15.00 10.00 5.00 0.00

T=10[años] Potencial (T=10[años])

y = 15.581x-0.471 R² = 0.9956

0.0

2.0

4.0

6.0

8.0

10.0

12.0

t [hrs]

14.0

16.0

18.0

20.0

22.0

24.0

Grafico 3: Curva IDF para 10 años de Periodo de Retorno, Entrelagos. Con las curvas definidas y los datos antes mencionados de la cuenca hidráulica se procede a calcular los tiempos de concentración para las cuencas con la fórmula de Morgali y Linsley expuesta en la tabla 21.3 en el Código de Normas 2018.

Se presentan los tiempos de concentración e intensidad de lluvia de diseño obtenidos para los periodos de diseño antes mencionados para las dos macro-cuecas definidas. Cuenca 3: T=2[años]

T=5[años]

T=10[años]

Tc [min] =

7.45

Tc [min] =

6.57

Tc [min] =

6.07

i [mm/hrs]

27.4

i [mm/hrs]

37.6

i [mm/hrs]

45.8

Cuenca 4: T=2[años]

T=5[años]

T=10[años]

Tc [min] =

5.96

Tc [min] =

5.26

Tc [min] =

4.85

i [mm/hrs]

30.4

i [mm/hrs]

41.7

i [mm/hrs]

50.9

Caudal máximo de crecida Con todos los parámetros determinados se procede a calcular el caudal aportante de la cuenca con la Método Racional, se presentan resultados. Sin Nombre

T=2[años] T=5[años]

T=10[años]

Cuenca 3 Q [lt/s] =

8.11

11.10

13.54

Cuenca 4 Q [lt/s] =

13.20

18.09

22.12

Total =

21.31

29.19

35.66

Cabe destacar que como la formula racional lo expone estos son caudales máximos de crecida para tormentas de 2, 5 y 10 años de periodo de retorno.

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Capacidad Hidráulica del pavimento Con los caudales de diseño queda corroborar la capacidad Hidráulica de la calle por cada tramo de cuenca, que se presentan a continuación. Tramo Cuenca 3: Cálculo de Parámetros cunetas T=2 [años] Q diseño [m3/s] Ancho inundada diseño [m] V diseño [m/s] % Calzada inundada Q capacidad [m3/s] Ancho inundada máx [m] V máx [m/s] % Calzada inundada máx

: 0.00405 : 0.36 : 1.05 : 10.3% : 0.012 : 1.20 : 0.28 : 34.3%

Cálculo de Parámetros cunetas T=10 [años] Q diseño [m3/s] Ancho inundada diseño [m] Altura de inundación [m] % Calzada inundada Q capacidad [m3/s] Ancho de inundación máx [m] Altura de inundación máx [m] % Calzada inundada máx

: 0.00555 : 0.40 : 0.02 : 11.6% : 0.047 : 2.00 : 0.02 : 57.1%

Tramo Cuenca 4: Cálculo de Parámetros cunetas T=2 [años] Q diseño [m3/s] Ancho inundada diseño [m] V diseño [m/s] % Calzada inundada Q capacidad [m3/s] Ancho inundada máx [m] V máx [m/s] % Calzada inundada máx

: 0.00660 : 0.37 : 1.63 : 10.5% : 0.012 : 1.20 : 0.28 : 34.3%

Cálculo de Parámetros cunetas T=5 [años] Q diseño [m3/s] Ancho inundada diseño [m] Altura de inundación [m] % Calzada inundada Q capacidad [m3/s] Ancho de inundación máx [m] Altura de inundación máx [m] % Calzada inundada máx

: 0.00905 : 0.41 : 0.02 : 11.8% : 0.047 : 2.00 : 0.02 : 57.1%

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Capacidad Hidráulica de Canaleta Con los caudales de diseño para 10 años de periodo de retorno se verifica el funcionamiento de la canaleta proyectada para la evacuación de aguas, se presentan a continuación los resultados.

Conclusiones La capacidad de transporte hidráulico del pavimento proyectado en sus diferentes tramos es suficiente para conducir las aguas lluvias hasta los sumideros o canaletas proyectadas y el colector o canal proyectado tiene capacidad de porteo suficiente para conducir las aguas hasta su descarga. Las aguas lluvias tiene como disposición final un canal de aguas lluvias existentes por medio de un colector en dirección a calle O’higgins, se presenta imagen que muestra su trazado

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. SERGIO MELO VERGARA

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ANEXOS

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