Embed Size (px)
Citation preview
EL SISTEMA MÁS AVANZADO DE DRENAJE – HECHO EN MÉXICO CON CLASE MUNDIAL
DISTRIBUIDORES AUTORIZADOS DE NUEVA TECNOLOGIA EN SISTEMAS HIDAULICOS
ANÁLISIS Y DISEÑO DE REDES DE ALCANTARILLADO SANITARIO
USANDO CivilADS®
• Criterios de Diseño• Origen de valores de tabla de
calculo• Ejemplo de calculo de tramo• Ejemplo de análisis y diseño
de un red de drenaje sanitario aplicando CivilADS
TEMARIO
CRITERIOS DE DISEÑO
• En los planes de estudio de ingeniería, generalmente se le dedica poco espacio al diseño de estructuras subterráneas, especialmente el diseño de tuberías pequeñas.
• Al considerar el diseño de tuberías, generalmente los tubos se dividen en dos categorías, rígidos y flexibles.
• Los tubos rígidos se definen como aquellos que no aceptan deflexión sin que se presente una falla estructural.
• Los tubos flexibles son definidos como aquellos que se deflexionan por lo menos un 2% sin que se presente falla estructural.
• Tubos de concreto, barro y de hierro son ejemplos de tubos rígidos.
• Tubos de acero, aluminio y de plásticos son considerados flexibles.
• Dentro de los tubos flexibles, los de metal y PVC se consideran elásticos, mientras que los tubos de polietileno se consideran visco elásticos o visco plásticos.
DISEÑO DE TUBERÍAS PLÁSTICAS
Criterios de Diseño
• Los diferentes tipos de tubería pueden tener diferentes límites de desempeño de acuerdo al tipo de material y diseño de la pared.
• La resistencia a los esfuerzos en la pared debidos a cargas externas es crítico para la tubería rígida, mientras que para la tubería flexible, la rigidez es importante para resistir la deflexión y el posible pandeo.
• En el caso de todas las tuberías enterradas ya sean flexibles o rígidas, el desempeño estructural depende de la interacción entre el suelo y la tubería.
DISEÑO DE TUBERÍAS PLÁSTICAS
Criterios de Diseño
• La capacidad de conducción de una tubería es inversamente proporcional a la rugosidad interna de esta, es decir a menor rugosidad mayor capacidad de conducción.
• En la industria de la tubería, hay una amplia variedad de rugosidades, normalmente expresadas por el coeficiente “n” de Manning, para diferentes tipos de tubos.
CARACTERÍSTICAS HIDRÁULICAS
Criterios de Diseño
• Deben considerarse un par de cuestiones antes de elegir un valor de rugosidad, ya que por lo mencionado anteriormente, la tubería más conveniente sería la de menor rugosidad, para el diseño de cualquier sistema de flujo gravitacional.
1. Los valores “n” desarrollados para cualquier tubo dado son dependientes de la velocidad, al aumentar las velocidades, el valor “n” disminuye dentro del rango de velocidades normalmente usadas para drenaje pluvial o sanitario. El rango en la tubería ADS es de n = 0.012 resultando una velocidad de 0.24 m/s y n = 0.009 para una velocidad de 2.28 m/s.
2. Existe una gran variación en los diámetros interiores reales dependiendo del tipo de tubo. El tubo ADS se fabrica para que el diámetro interior real iguale o exceda el diámetro nominal. Los flujos de diseño deben basarse en diámetros de interiores reales. La tabla siguiente muestra los diámetros interiores comunes para varios tipos de tubo.
CARACTERÍSTICAS HIDRÁULICAS
Criterios de Diseño
CARACTERÍSTICAS HIDRÁULICASDiámetros efectivos de tuberías
Criterios de Diseño
• El número, la suavidad y alineamiento de las juntas del tubo pueden tener gran impacto en el comportamiento hidráulico del sistema.
• Los drenajes pluviales y sanitarios son estructuras que comúnmente acumulan sedimentos, los cuales pueden afectar negativamente los flujos. El diseño entonces debe considerar ajustar el valor de la rugosidad. La textura de la superficie del interior y el material del tubo pueden influir en la capacidad del azolve para adherirse a la superficie del tubo.
• Los valores típicos promedio de rugosidad “n” a usar para diferentes tipo de tubos se muestran a continuación:– ADS, n = 0.010– Concreto, n = 0.013– PVC, n = 0.009
CARACTERÍSTICAS HIDRÁULICAS
Criterios de Diseño
• Los criterios de diseño en las redes de drenaje sanitario son esencialmente los establecidos por las normas que rigen esta área de la ingeniería, es decir la dotación, el cálculo de la población de proyecto, el factor de aportación, los caudales medio, mínimo, máximo instantáneo y extraordinario, están basados en el criterio de simultaneidad propuesto por Harmon.
• Manual de Agua Potable, Alcantarillado y Saneamiento, MAPAS Alcantarillado Sanitario Comisión Nacional del Agua (SEMARNAT)
• Con el advenimiento de la facilidad de emplear modelos matemáticos cada vez más sofisticados a través de programas de cómputo, el cálculo de las redes de drenaje sanitario, han incorporado soluciones más óptimas en su dimensionamiento, tal y como lo propone el modelo CivilADS en sus diferentes versiones
• Este programa contiene extensa ayuda en español y rutinas útiles para anotación automática de datos en líneas y arcos, generación de cuadros de construcción y de curvas, reportes de puntos geométricos, memorias descriptivas y técnicas, resumen de áreas, dibujo de polígonos y curvas.
SISTEMAS DE DRENAJE SANITARIO
Criterios de Diseño
ORIGEN DE VALORES DE TABLA DE CÁLCULO
TABLA DE CALCULO
• Tramo
1 2
Longitud propia (m)
A
+
Longitud total (m)
Tributaria (m)
• Longitud (m)
• Población de proyecto.
TABLA DE CALCULO
-Método Aritmético
-Método Geométrico
-Tasa decreciente de crecimiento
-Extensión gráfica
• Gastos de diseño.
a) Gasto medio
TABLA DE CALCULO
• Gastos de diseño.
b) Gasto mínimo
Es el menor de los valores de escurrimiento que normalmente se presentará en la conducción, para efectos de cálculo la experiencia ha determinado se acepte como criterio que el valor sea la mitad del flujo medio.
TABLA DE CALCULO
• Gastos de diseño.
c) Gasto máximo instantáneo
Es el valor máximo de escurrimiento que puede presentarse en un momento dado.
TABLA DE CALCULO
• Gastos de diseño.
d) Gasto máximo extraordinario
Es el caudal de aguas residuales que considera aportaciones de agua que no forman parte de las descargas normales, como bajadas de aguas pluviales de azoteas, patios, o las provocadas por un crecimiento demográfico explosivo no considerado .
TABLA DE CALCULO
• Pendiente.
El sistemas de drenaje estará diseñado para trabajar a gravedad, por lo que deberá seguir en lo posible el perfil del terreno, con objeto de tener excavaciones mínimas, pero tomando en cuenta las restricciones de velocidad y de tirantes mínimos.
TABLA DE CALCULO
S = (C1 – C2) / L
• Diámetro de proyecto. Formula de Robert Manning (1816-1897).
TABLA DE CALCULO
• Diámetro de proyecto. Formula de la continuidad.
TABLA DE CALCULO
A = (π * D2) / 4 (4)
Diámetro mínimo de 20 cm (propuesto)
EJEMPLO DE CALCULO DE TRAMO
• Ejemplo: Tramo 1 a 2
Datos: Población = 500 hab. Longitud = 120 m. Dotación = 250 lts / hab /dia Aportación = 80% = 200 lts / hab /dia Coeficiente de Harmon = 3.8 por ser < 1000 hab. Pendiente = 0.004 Coeficiente de rugosidad “n” = 0.010 (PEAD ADS)
Qmed = (500 hab * 200 lts/hab/dia)/86400 = 1.15 lps <=1.5, se adopta 1.5 lps
Qmin = (0.5*1.15) = 0.57 <=1.5 lps
Qmax.ins. = (3.8 * 1.5) = 5.7 lps
Qmax.ext. = (1.2 * 5.7) = 6.84 lps
TABLA DE CALCULO
• Ejemplo: Tramo 1 a 2
Datos: Población = 500 hab. Longitud = 120 m. Dotación = 250 lts / hab /dia Aportación = 80% = 200 lts / hab /dia Coeficiente de Harmon = 3.8 por ser < 1000 hab. Pendiente = 0.004 Coeficiente de rugosidad “n” = 0.010 (PEAD ADS) Diámetro propuesto = 20 cm = 8” mínimo
Velocidad a tubo lleno:
A = 3.1416 * (0.10^2) = 0.0314 m2 P = (3.1416 * 0.20) = 0.628 m
rh = (0.0314/0.628) = 0.05 m
VTLL = (1/0.010) * (0.05)2/3 * (0.004)1/2 = 0.858 m/s
Gasto a tubo lleno:
QTLL = A * V = (0.0314 * 0.858) = 0.027 m3/s = 27 lps
TABLA DE CALCULO
Ejemplo: Tramo 1 a 2
Tirante mínimo (Ymin) :
( Ymin/D ) = ( Qmin / QTLL ) = (1.5 / 27) = 0.055 “del nomograma de Manning” tenemos 0.17, entonces despejamos Ymin tal que:
Ymin = 0.17 * 20 = 3.4 cm > 1.5 cumple.
Velocidad mínima ( Vmin) :
(Vmin / VTLL) = (Qmin / QTLL) = (1.5/27) = 0.055 “del nomograma de Manning” tenemos 0.54, entonces despejamos Vmin tal que:
Vmin = 0.54 * 0.858 = 0.46 m/s > 0.3 cumple.
Velocidad máxima (Vmax) :
(Vmax/VTLL) = (Qmax / QTLL) = (6.84 / 27) = 0.25 “del nomograma de Manning” tenemos 0.835, entonces despejamos Vmax tal que:
Vmax = 0.835 * 0.858 = 0.716 m/s < 5 cumple.
TABLA DE CALCULO
EJEMPLO DE ANÁLISIS Y DISEÑO DE UNA RED DE DRENAJE SANATARIO APLICANDO CivilADS
Nomograma de Manning
