anexo pauta para elaboraciÓn de proyectos …

ANEXOS TECNICOS DE DRENAJE

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ANEXO

PAUTA PARA ELABORACIÓN DE PROYECTOS

DRENAJE

INSTITUTO DE DESARROLLO AGROPECUARIO INDAP

MINISTERIO DE AGRICULTURA


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1. DEFINICIÓN El drenaje es una tecnología que tiene como objetivo eliminar el exceso de agua que se puede acumular, tanto en la superficie como en el interior del suelo, con el fin de proporcionar las condiciones de aireación y actividad biológica necesarias para el crecimiento y desarrollo de las raíces. Según la localización de los excesos de agua, el drenaje se clasifica en subsuperficial o superficial. En drenaje subsuperficial, el problema consiste en un exceso de agua en el perfil del suelo, debido a la presencia de una napa freática, permanente o fluctuante, ubicada sobre una estrata impermeable. Por drenaje superficial, se entiende la remoción de los excesos de agua que se acumulan sobre la superficie del terreno, a causa de lluvias muy intensas y frecuentes, topografía muy plana e irregular y suelos poco permeables (Rojas, 1984). El tema del drenaje subsuperficial ha sido objeto de muchos estudios y la literatura abunda en referencias al respecto; no ocurriendo lo mismo con el drenaje superficial de tierras agrícolas, que prácticamente está comenzando a ser estudiado en detalle (Rojas, 1984). El exceso de agua sobre los terrenos puede ser ocasionado por cuatro causas principales: precipitación, inundaciones, limitaciones topográficas y limitaciones edáficas. La precipitación es la principal fuente de exceso de agua; las inundaciones son consecuencia de la precipitación y las limitaciones topográficas y edáficas contribuyen a agravar la acción de las causas anteriores (Rojas, 1984). El desbordamiento de los ríos es causa de algunos problemas de drenaje superficial, pero se considera como un problema de control de inundaciones relacionado al manejo de cuencas, más que con un tema de diseño de drenaje superficial propiamente tal. En el suelo, las características de textura arcillosa, estructura masiva y de estratificación, son determinantes en la formación de problemas de drenaje superficial. La topografía es causante del problema de drenaje superficial, en el caso de topografías muy planas (< 0,5% de pendiente), presencia de depresiones sin salida natural y cuando existe microrelieve con depresiones pequeñas y medianas.


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2. PRESENTACIÓN DEL PROYECTO

2.1 Descripción General del Proyecto: Se deberá presentar una breve descripción del proyecto, dando un nombre corto y claro que permita identificar el proyecto, indicando la ubicación del proyecto (localidad, comuna, provincia, región), carta IGM o imagen obtenida de Google Earth, maps Google o similar indicando las coordenadas UTM WGS 84 del lugar y los accesos principales. Se deberá describir brevemente la solución técnica de drenaje que se propone y las obras o componentes principales del proyecto, indicando el objetivo principal de la presentación del proyecto. Se deberá indicar si se trata de un proyecto de mejoramiento o ampliación de nuevas obras de drenaje. La descripción del proyecto de drenaje deberá considerar la relación de las obras proyectadas con las inversiones en drenaje realizadas con anterioridad en los predios beneficiados, especialmente si éstas han recibido incentivos económicos de INDAP, indicando la superficie total implementada, indicando cual es la superficie existente y cuál es la nueva superficie, y la fuente de agua que genera el problema de drenaje. 3. ESTUDIO TÉCNICO Se debe presentar una breve descripción del proyecto que permita identificar breve y claramente los siguientes puntos. 3.1 Recarga por lluvia

El proyecto deberá describir la recarga por lluvia generada por un problema de drenaje superficial o subsuperficial. En ambos casos el primer paso es determinar la lluvia crítica o lluvia de diseño y luego se calcula la escorrentía (para drenaje superficial) o la percolación profunda (para drenaje subsuperficial). 3.1.1 Lluvia de diseño

Determinar la lluvia crítica o de diseño, se deberá realizar el análisis de frecuencia de lluvias máximas en períodos de 1, 2 y 3 días consecutivos de lluvia, para un período de retorno de 5 años, la cual deberá generar gráficos de altura-duración-frecuencia (ADF). Puesto que se trata de valores máximos, se utilizará la distribución Gumbel. Para ello se procederá de la siguiente manera:


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a) Ordene los datos de mayor a menor (para análisis de excedencia).

b) Calcule la “posición de graficado” de cada dato mediante la ecuación de Weibull.

Ecuación 1

donde:

P = probabilidad de excedencia m = número de orden N = total de datos de la serie T = período de retorno (años)

c) Grafique los valores anteriores en un papel de probabilidad Gumbel. En el eje de las abscisas se ubica la probabilidad (P) calculada en el punto b y en la ordenada los datos del punto a.

d) Si los datos no se ajustan a una línea recta significa que esta distribución no

sirve y se debe recurrir a otra distribución como la Log Pearson o Log Normal.

e) Si los datos se ajustan a una recta, proceda de la siguiente manera para el trazado de la línea de regresión que mejor se ajusta.

- Calcule la media:

Ecuación 2

- Calcule la desviación estándar:

Ecuación 3

- De las Tablas 1 y 2 obtenga la media esperada (yn) y la desviación estándar

esperada (σn).


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TABLA 1. Media esperada (yn) como función del número de extremos "N".

N 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0,4952 0,4996 0,5035 0,5070 0,510 0,5128 0,5157 0,5181 0,5202 0,5220

20 0,5236 0,5252 0,5268 0,5283 0,5209 0,5309 0,5320 0,5332 0,5343 0,5353

30 0,5362 0,5371 0,5380 0,5388 0,5396 0,5402 0,5410 0,5418 0,5424 0,5430

40 0,5436 0,5442 0,5448 0,5443 0,5458 0,5463 0,5468 0,5473 0,5477 0,5481

50 0,5485 0,5489 0,5493 0,5497 0,5501 0,5504 0,5508 0,5511 0,5515 0,5518

60 0,5521 0,5524 0,5527 0,5530 0,5533 0,5535 0,5538 0,5540 0,5543 0,5545

70 0,5548 0,5550 0,5552 0,5555 0,5557 0,5559 0,5561 0,5563 0,5565 0,5567

80 0,5569 0,5570 0,5572 0,5574 0,5576 0,5578 0,5580 0,5581 0,5583 0,5585

90 0,5586 0,5587 0,5589 0,5591 0,5592 0,5593 0,5596 0,5596 0,5598 0,5599

100 0,5600

110 0,5646

120 0,5672

130 0,5688

140 0,5699

150 0,5714

160 0,5724

170 0,5738

180 0,5745

TABLA 2. Desviación estándar esperada (σn) como función del número de extremos

"N". N 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0,9496 0,9679 0,5833 0,9971 0,0095 1,0206 1,0316 1,0411 1,0493 1,0565

20 1,0628 1,0696 1,0754 1,0811 1,0864 1,0915 1,0916 1,1004 1,1047 1,1089

30 1,1124 1,1159 1,1159 1,1226 1,1255 1,1285 1,1313 1,1339 1,1363 1,1388

40 1,1413 1,1436 1,1436 1,1480 1,1499 1,1519 1,1538 1,1577 1,1574 1,1590

50 1,1607 1,1623 1,1638 1,1658 1,1667 1,1681 1,1696 1,1708 1,1721 1,1734

60 1,1747 1,1759 1,1782 1,1782 1,1793 1,1803 1,1814 1,1824 1,1834 1,1844

70 1,1854 1,1863 1,1873 1,1881 1,1890 1,1898 1,1906 1,1915 1,1923 1,1930

80 1,1938 1,1953 1,1953 1,1959 1,1967 1,1973 1,1980 1,1987 1,1994 1,2001

90 1,2007 1,2013 1,2020 1,2026 1,2032 1,2038 1,2044 1,2049 1,2055 1,2060

100 1,2065

110 1,2253

120 1,236

130 1,2429

140 1,2479

150 1,2545

160 1,2588

170 1,2651

180 1,2685

Ejercicio 1 (página 18)

Si son 28 años =

En la columna N (10 – 180) seleccionar 20

En fila numérica (0 – 9) seleccionar 8

∑ 28 (0,5343)

Ejercicio 1 (página 18)

Si son 28 años =

En la columna N (10 – 180) seleccionar 20

En fila numérica (0 – 9) seleccionar 8

∑ 28 (1,1047)


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- Calcule la variable auxiliar (a), tal que:

Ecuación 4

- Calcule el parámetro (u):

Ecuación 5

- Calcule la ecuación de la recta: x

Ecuación 6

- Trace la recta que mejor se ajusta eligiendo dos valores arbitrarios de la

variable reducida (y).

f) Como los datos originales conformarán tres series (para 1, 2 y 3 días de lluvia consecutivos), en el mismo papel de probabilidades trace las tres rectas.

g) Con un valor de período de retorno (T) de 5 años (P = 0.20 = 20%), seleccione los datos correspondientes y construya la curva. altura- duración-frecuencia (ADF).

3.1.2 Escorrentía Los drenes superficiales no se dimensionan para la descarga de diseño de aguas de escorrentía porque generalmente su capacidad es mayor que la requerida para la descarga máxima. Esto se debe a que la sección hidráulica mínima depende generalmente más de las necesidades de control de erosión y manejo del suelo, que de la capacidad de descarga del agua. Sin embargo, el cálculo del caudal correspondiente a la escorrentía se necesita para el diseño de la red principal de drenaje ya que sobre esta descarga y la descarga debida al drenaje subsuperficial se dimensionan los drenes colectores y los drenes principales. El primer paso para determinar la descarga de diseño (m/seg) es estimar que porcentaje de la lluvia crítica (mm) se transforma en escorrentía superficial, una vez descontada el agua interceptada por la vegetación y la infiltrada en el suelo. Los métodos de predicción de la escorrentía en función de la precipitación se fundamentan en alguno de los siguientes principios: a) Medir la escorrentía en una cuenca pequeña, calcular la relación que resulta entre este factor y la precipitación que la originó y aplicarlas a una cuenca mayor. En este principio se basa el Método Racional. b) Determinar la relación existente entre la escorrentía y las características de una cuenca y la relación así formulada aplicarla a una cuenca donde no existen datos de


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escorrentía. El principio es similar al anterior, pero incluye otras características de la cuenca. En este principio se basa el Método de la Curva Número. Por la simplicidad de su uso, se sugiere el Método de la Curva Número (CN) propuesto por el Soil Conservation Service de USA. Dicho método asume que la escorrentía no es un valor constante, sino que varía de acuerdo a la magnitud de la precipitación según se indica en la figura 1.

A partir de la figura 1 y para una condición en que:

Ecuación 7 se ha deducido la siguiente expresión:

Ecuación 8

donde:

Ecuación 9


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8

donde: E = escorrentía (mm) P = lluvia crítica (mm) S = retención máxima de la cuenca (mm)

la = índice de almacenamiento superficial (mm) CN = curva número

Como puede observarse, el único valor desconocido hasta el momento es el de la curva número (CN). Para obtener dicho valor, proceda de la siguiente manera: a) Determine el o los grupos de suelos existentes en la cuenca aportante (Tabla 3).

TABLA 3. Grupos de suelos según su potencial de escurrimiento, para el cálculo de

la curva número (CN).

GRUPO DESCRIPCION CLASE

TEXTURAL

A

Bajo potencial de escorrentía. Suelos que tienen altas tasas de infiltración aun cuando están bien mojados, consistentes principalmente en arenas o gravas profundas y bien a excesivamente drenados. Estos suelos tienen una alta tasa de transmisión de agua.

Arenoso

Arenoso Franco

B

Moderadamente bajo potencial de escorrentía. Suelos con tasas de infiltración moderadas cuando están bien mojados, moderadamente profundos a profundos, moderadamente bien a bien drenados, con texturas moderadamente finas a moderadamente gruesas. Estos suelos tienen una tasa de transmisión de agua moderada.

Franco Arenoso

Franco Franco Limoso

C

Moderadamente alto potencial de escorrentía. Suelos con tasas de infiltración lentas cuando están bien mojados, principalmente con una capa que impide el movimiento hacia abajo del agua, o de textura moderadamente fina a fina y una tasa de infiltración lenta. Estos suelos tienen una tasa lenta de transmisión de agua.

Limoso Franco Arcilloso Franco Arenoso

Arcilloso

Franco Limoso Arcilloso

D

Alto potencial de escorrentía. Suelos que tienen tasas de infiltración muy lentas cuando están bien mojados, principalmente suelos arcillosos con un alto potencial de expansión; suelos con una napa subterránea permanente alta; suelos con claypan o capa arcillosa en la superficie o cercana a ella; y suelos poco profundos sobre materiales casi impermeables. Estos suelos tienen una tasa muy lenta de transmisión de agua.

Arcilloso Arenoso Arcilloso Limoso

Arcilloso

En el caso de existir más de un grupo de suelos, o distintos cultivos, o distintos tratamientos, etc., es posible obtener más de un número de la curva para un área aportante dada. En ese caso se recomienda utilizar una curva número promedio (CN) ponderada según superficie (A). Esto es:


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Ecuación 10

b) Determine la condición hidrológica del área aportante (Tabla 4) TABLA 4. condición hidrológica del área aportante, según estado de la vegetación.

A. Praderas Naturales y/o Artificiales Condición Hidrológica Estado de la vegetación

Mala Muy pastoreada, no hay residuos o con cubierta vegetal en menos del 50% de la superficie

Aceptable Moderadamente pastoreada; entre el 50 y 75% de la superficie con cubierta vegetal.

Buena Ligeramente pastoreada; más del 75% de la superficie con cubierta vegetal

B. Zonas boscosas

Condición Hidrológica Estado de la vegetación

Mala Muy pastoreada o quemada regularmente de modo que los desechos, árboles pequeños, y arbustos se destruyen

Aceptable Pastoreada pero no quemada; puede haber algo de desechos, pero estas zonas boscosas no están completamente protegidas del pastoreo

Buena Protegida del pastoreo de modo que el suelo está cubierto de desechos y arbustos


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Una vez obtenido el volumen de escorrentía (mm), se puede calcular la recarga o coeficiente de drenaje (mm/día) a partir de la siguiente expresión:

Ecuación 11

Ecuación 12

donde:

R = recarga en litros por segundo por ha (1/s/ha) o milímetros por día (mm/día) E = escorrentía (mm)

td= tiempo de drenaje (horas) (según cultivo, ver Tabla 5)

El tiempo de drenaje (td) es una variable dependiente de la tolerancia a la inundación mostrada por los cultivos y se obtiene de la Tabla 5. TABLA 5. Tolerancia máxima al exceso de agua de algunos cultivos

ESPECIES Tolerancia

máxima (días) Deducción (en horas)

Hortalizas anuales (poroto, papa, lechuga), frutilla, frambuesa, palto

< 2 < 48

Hortalizas perennes (espárragos, alcachofas) frutales pomáceos, maíz, remolacha, kiwi

2-3 48 - 72

Cereales, frutales drupáceos (durante periodo invernal), alfalfa

3-4 72-96

Praderas permanentes, tréboles, festucas, peras, membrillos

4-6 96-144


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c) Determine la curva número a partir de la Tabla 6, conociendo el uso del suelo o cobertura vegetal, el tratamiento o práctica a que se somete el cultivo, la condición hidrológica y el grupo de suelos.

TABLA 6. Curvas Numero (CN) cuencas en condición humedad media. Uso del suelo o

cubierta Tratamiento o

practica Condición hidrológica

Grupo de suelo Hidrológico A B C D

Barbecho Surco recto Mala 77 86 91 94

Cultivos en surcos

Surco recto Mala 72 81 88 91 Surco recto Buena 67 78 85 89 En contorno Mala 70 79 84 88 En contorno Buena 65 75 82 86 En contorno y terraceado

Mala 66 74 80 82

En contorno y terraceado

Buena 62 71 78 81

Granos pequeños


Mala 61 72 79 82


Buena 59 70 78 81

Leguminosas de siembra densa o praderas de rotación


Mala 63 73 80 83


Buena 51 67 76 80

Praderas o pastizales

Mala 68 79 86 89 Aceptable 49 69 79 84 Buena 39 61 74 80 En contorno Mala 47 67 81 88 En contorno Aceptable 25 59 75 83 En contorno Buena 6 35 70 79

Praderas (permanente)

Buena 30 58 71 78

Bosques (en predios agrícolas)

Mala 45 66 77 83

Aceptable 36 60 73 79 Buena 25 55 70 77

Parques, patios 59 74 82 86

Caminos tierra 72 82 87 89

Caminos de superficie dura

74 84 90 92


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3.2 Diseño Hidráulico Debe considerar todos aquellos cálculos hidráulicos que permitan dimensionar correctamente la red de distribución de los laterales. No se permitirán sobredimensionamiento no justificados técnicamente. 3.2.1 Calculo dimensiones de colectores, tuberías y cauces naturales 3.2.1.1 Memoria de calculo Deberá contener la descripción de cada uno de los componentes de las ecuaciones utilizadas en los cálculos hidráulicos. Para fines de este concurso se permitirá programas computacionales como HCanales o similares, los cuales deberán contener las siguientes formulas según parámetros de dimensionamiento: Figura 2. Geometría secciones transversales

donde: y = tirante de agua, es la profundidad máxima del agua en el canal. b = ancho de solera; plantilla o solera, es el ancho de la base del canal. T = espejo de agua, es el ancho de la superficie del agua. C = ancho de la corona del bordo. H = profundidad total del canal o altura del bordo. H – y = bordo libre. D = Diámetro del tubo. θ = ángulo de inclinación de las paredes laterales con la horizontal. Z = talud, indica la inclinación de las paredes del canal, representa la proyección horizontal cuando la vertical es 1. La relación entre θ y Z es:


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Z = ctg θ Ecuación 13 A = área hidráulica, es el área transversal ocupada por el líquido. p = perímetro mojado, es la parte del contorno del conducto que está en contacto con el agua. R = radio hidráulico, se obtiene de la siguiente relación:

Ecuación 14

= profundidad media, se obtiene de la siguiente relación:

= A / T Ecuación 15

Continuidad (Q): Q = v x A Ecuación 16

donde:

Q = caudal, en m3/s v = velocidad, en m/s

A = área hidráulica, en m2

Ecuación de Manning:

Ecuación 17

donde:

v = velocidad media, en m/s R = radio hidráulico, en m S = pendiente de la línea de energía, en m/m n = coeficiente de rugosidad

Ecuación de Manning y continuidad

Ecuación 18

donde:

Q = caudal, en m3/s A = área hidráulica, en m2 R = radio hidráulico, en m S = pendiente de la línea de energía, en m/m n = coeficiente de rugosidad


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Ecuación general del flujo crítico (calculo tirante critico)

Ecuación 19

donde:

Q = caudal, en m3/s g = aceleración de la gravedad = 9.81 m/s2 Ac = área hidráulica crítica, en m2 Tc = espejo de agua crítico, en m

Número de Froude

Ecuación 20

donde:

Fr = número de Fraude, adimensional v = velocidad media, en m/s g = aceleración de la gravedad = 9.81 m/s² A = área hidráulica, en m² T = espejo de agua, en m

Fuerza específica

Ecuación 21

donde:

F = fuerza específica Q = caudal, en m3/s g = aceleración de la gravedad = 9.81 m/s2 A = área hidráulica, en m² yG = profundidad hasta llegar al centro de gravedad de la sección transversal, en m

Ecuación dinámica del flujo gradualmente variado

Ecuación 22

donde: dy/dx = variación del tirante y, con la distancia x So = pendiente del fondo del canal Se = pendiente de la línea de energía Q = caudal, en m3/s T = espejo de agua, en m A = área hidráulica, en m2 g = aceleración de la gravedad = 9.81 m/s2


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3.2.1.2 Coeficientes de rugosidad En forma práctica, los valores del coeficiente de rugosidad que se usan para el diseño

de canales alojados en tierra, están comprendidos entre 0.025 y 0.030 y para canales

revestidos están comprendidos entre 0.013 y 0.015. En el cuadro 1 se indican los

coeficientes de rugosidad n, propuestos por Horton, para ser utilizados en la fórmula

de Manning.

CUADRO 1. Coeficiente de rugosidad para distintos materiales

Material Coeficiente de

rugosidad

Superficie de cemento pulido 0,012

Tuberías de concreto 0,015

Canales revestidos con concreto 0,014

Superficie de mampostería con cemento 0,02

Acueductos semicirculares, metálicos, lisos 0,012

Acueductos semicirculares, metálicos corrugados 0,025

Canales en tierra, alineados y uniformes 0,025

Canales en roca, lisos y uniformes 0,033

Canales en roca, con salientes y sinuosos 0,04

Canales dragados en tierra 0,0275

Canales con lecho pedregoso y bordos de tierra enhierbados 0,035

Canales con plantilla de tierra y taludes ásperos 0,033

Corrientes naturales limpias, bordos rectos, sin hendiduras ni charcos profundos

0.030

Corrientes naturales, igual al anterior, pero con algo de hierba y piedra

0,035

Corrientes naturales, igual al anterior, pero menos profundas, con secciones pedregosas

0.055

Ríos con tramos lentos, cauce enhierbado o con charcos profundos

0,07


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3.2.1.3 Talud Como talud, se define la relación de la proyección horizontal y la proyección vertical de las paredes del canal. Se designa como talud Z, a la proyección horizontal, cuando la vertical es 1. La inclinación de las paredes laterales depende de la clase de terreno donde está alojado el canal. Mientras más inestable sea el material, menor será el ángulo de inclinación de los taludes, y mayor debe ser Z. En el cuadro 2 se muestran valores de Z experimentales, recomendados para diferentes materiales. CUADRO 2. Valores de Z experimentales para diferentes materiales.

Material Talud Z Roca en buenas condiciones 0 (vertical) Rocas con fisura 0,5 Arcillas compactas o conglomeradas 0,75 Arcilla con grava, suelo franco, limo arcilloso 1 Suelo franco con grava 1,5 Arena y grava y arena bien granulada 2 Arena fina y limo (no plástico) 3

En relación al valor de la pendiente de la zanja, se recomienda un valor mínimo de 0,1%, para evitar sedimentación y secciones demasiado grandes. Por otro lado, deben evitarse pendientes excesivas, que generen velocidades muy altas que ocasionen erosión y socavación del dren, por lo cual, existen valores de velocidades máximas no erosivas según el tipo de material del dren. 3.2.1.4 Rango de velocidades recomendadas Las velocidades en los canales varían en un rango cuyos límites son: a) Velocidades mínimas: Que no produzcan sedimentación (depósitos de materiales sólidos en suspensión), valores experimentales indican que este valor mínimo es de 0.30 m/s, velocidades menores, disminuyen la capacidad de conducción del canal. b) Velocidades máximas: Que no produzcan erosión en las paredes y fondo del canal, valores que sobrepasan las velocidades máximas permisibles, modifican las rasantes y crean dificultades al funcionamiento de las estructuras que tenga el canal. En el cuadro 3 se muestran valores de velocidades máximas recomendadas, en función del material en el cual está alojado el canal.


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CUADRO 3. Velocidades máximas recomendadas en función del material.

Veloc. Max. No erosiva (m/s) Material Excavado

Aguas claras

Agua con limo

coloidal

Agua con arena o gravas

Arena fina no coloidal 0,45 0,75 0,45 Material franco arenoso no coloidal 0,50 0,75 0,60 Material franco limoso no coloidal 0,60 0,90 0,69 Limos aluviales no coloidales 0,60 1,10 0,60 Material franco arenoso firme 0,75 1,10 0,70 Cenizas Volcánicas 0,75 1,10 0,60 Grava fina 0,75 1,50 1,15 Arcilla firme coloidal 1,15 1,50 0,90 Material franco o cascajoso bien proporcionado

1,15 1,50 1,50

Limos aluviales coloidales 1,15 1,50 0,90 Material limoso o cascajoso bien proporcionado

1,20 1,70 1,50

Cascajo grueso 1,20 1,80 1,95 Piedras redondeadas 1,50 1,70 1,95 Esquistos arcillosos y arcilla compacta 1,80 1,80 1,50

3.2.1.5 Identificación de los colectores. En el Trazado de la Red de Colectores presentada en el Plano "Trazado de la red de colectores y superficies aportantes en el área interna del Proyecto", se deben indicar los Colectores Principales proyectados, los cuales se identifican con números consecutivos. 3.2.1.6 Estacado de la Red de Colectores. Con el objetivo de diseñar y calcular en forma definitiva las dimensiones de los colectores, se debe realizar en terreno un estacado de toda la red de colectores proyectada y medir topográficamente el Perfil Longitudinal, con cotas y distancias. Este estacado se realiza colocando estacas cada 20 m., las cuales son de madera de roble de 2" x 1" y de 0,5 m. de largo, con una cara cepillada. La estaca sobresale 10 cm. del nivel del suelo y queda identificada con un número escrito con tinta instantánea en su cara cepillada. Las estacas se pintan en su parte superior, en sus tres caras no cepilladas, con pintura óleo de color rojo. Se deben adjuntar los Planos de los Perfiles Longitudinales del Estacado de los Colectores.


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3.2.1.7 Convenciones para el cálculo de dimensiones de zanjas colectoras. Se consideran las siguientes convenciones para el cálculo: a. El valor de la pendiente para Caudales afluentes en un punto, corresponde a la del

tramo que comienza en el punto de descarga del afluente.

b. El valor de la pendiente para caudales generados en el transcurso de un tramo, es

la correspondiente al tramo en cuestión.

c. El valor de la pendiente para los caudales existentes al inicio de los cauces,

corresponde a la pendiente del primer tramo.

d. En los puntos de confluencia de caudales, el nivel de las aguas o Cota de espejo en

el tramo anterior al punto de confluencia debe ser mayor o igual con respecto al

tramo siguiente al punto de confluencia. Esta convención se cumple aumentando la

base (ensanchando) o aumentando el tirante hidráulico (profundizando), en el tramo

siguiente al punto de confluencia.

e. En los puntos de confluencia de caudales, el valor de la base en el tramo anterior al

punto de confluencia, debe ser menor o igual al valor de la base en el tramo siguiente

al punto de confluencia.

f. En los puntos de confluencia de caudales, la altura de corte o altura de

profundización del tramo anterior al punto de confluencia, debe ser menor o igual a

la altura de corte en el tramo siguiente al punto de confluencia.

g. En sentido de aguas abajo, el valor de la cota de espejo de un punto, debe ser

siempre menor a la cota de espejo del punto anterior.

h. Todos los colectores deben descargar con cotas de espejo y cotas de rasante

mayores a iguales que las cotas de espejo y cotas de rasante de los colectores o

cauces naturales donde descargan finalmente como afluentes.

3.2.1.8 Secuencia Metodológica de Cálculo Colectores Zanjas. En términos generales, la secuencia metodológica para el cálculo de las dimensiones de los colectores, consta de las siguientes etapas: a. Definición de los puntos y tramos en el transcurso del colector.

b. Definición de longitud parcial y acumulada, áreas aportantes, caudales parciales y

totales, y cotas de estaca, para los puntos y tramos según corresponda.

c. Cálculo de dimensiones de la sección del colector en cada punto del trazado,

correspondientes a la profundidad, cota de la rasante, revanche o altura libre, tirante

hidráulico, base, ancho superior, velocidad del flujo y cota de espejo.

d. Cálculo del área de corte en cada punto, volumen de corte parcial en cada tramo y

volumen de corte acumulado en cada punto.


Versión 1.0

19

Ejemplo 1 Determine la lluvia crítica en un área de 100 hectáreas ubicadas en las cercanías de Lago Riñihue. El suelo es plano (pendientes menores a <0,5%), de textura franco limosa, condición hidrológica buena, con 50 hectáreas con cultivos anuales y 50 hectáreas de praderas naturales. Se desea tener una profundidad efectiva de 1.0 metro. En atención a la cercanía de Lago Riñihue, se utilizarán los datos diarios de precipitación recolectados en la Lago Riñihue (MOP-DGA). a) Análisis de frecuencia. Como se indicó anteriormente, el primer paso para determinar la lluvia crítica es realizar el análisis de frecuencia de lluvias máximas anuales en 1, 2 y 3 días consecutivos de lluvia, con un período de retorno de 5 años. Estos valores, obtenidos según la técnica de las medias móviles, se indican en la tabla 7 siguiente: TABLA 7. Lluvias máximas anuales en 1, 2 y 3 días consecutivos registrados en la

estación agrometeorológica Lago Riñihue (MOP-DGA).

Año Lluvias máximas anuales (mm)

1 día 2 día 3 día 1985 91,80 121,00 144,10 1986 66,20 95,50 134,80 1987 100,10 119,30 143,50 1988 85,30 98,40 107,50 1989 64,80 114,20 153,50 1990 88,20 134,60 134,60 1991 86,40 106,70 134,10 1992 59,20 95,10 119,40 1993 89,50 154,00 180,90 1994 50,50 79,20 100,60 1995 70,20 98,70 121,80 1996 51,20 90,00 91,20 1997 76,50 110,70 139,70 1998 68,00 106,20 140,20 1999 88,00 114,00 140,00 2000 125,50 205,50 264,30 2001 83,00 128,00 145,00 2002 74,00 96,00 117,00 2003 93,00 120,50 149,00 2004 125,00 126,00 143,00 2005 105,00 141,00 163,00 2006 94,20 123,70 154,20 2007 81,00 100,60 110,90 2008 84,30 163,50 217,00 2009 91,50 117,30 159,50 2010 76,10 120,40 145,00 2011 92,50 110,50 134,50 2012 82,50 89,50 129,50

Fuente: DGA - MOP


Versión 1.0

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Al ordenar los datos en forma decreciente (tabla 8) (columna 4, 5 y 6), calcular la posición de graficado según la ecuación 1 (columna 2 y 3) y resolver las ecuaciones 2 a 3, resulta lo indicado en la Tabla 8. TABLA 8. Análisis de frecuencia

LLUVIAS MÁXIMAS ANUALES (mm)

N° Orden P = m/(n+1) T =1/P 1 2 3

1 0,034 29,000 126 206 264

2 0,069 14,500 125 164 217

3 0,103 9,667 105 154 181

4 0,138 7,250 100 141 163

5 0,172 5,800 94 135 160

6 0,207 4,833 93 128 154

7 0,241 4,143 93 126 154

8 0,276 3,625 92 124 149

9 0,310 3,222 92 121 145

10 0,345 2,900 90 121 145

11 0,379 2,636 88 120 144

12 0,414 2,417 88 119 144

13 0,448 2,231 86 117 143

14 0,483 2,071 85 114 140

15 0,517 1,933 84 114 140

16 0,552 1,813 83 111 140

17 0,586 1,706 83 111 135

18 0,621 1,611 81 107 135

19 0,655 1,526 77 106 135

20 0,690 1,450 76 101 134

21 0,724 1,381 74 99 130

22 0,759 1,318 70 98 122

23 0,793 1,261 68 96 119

24 0,828 1,208 66 96 117

25 0,862 1,160 65 95 111

26 0,897 1,115 59 90 108

27 0,931 1,074 51 90 101

28 0,966 1,036 51 79 91

N : 28 28 28

Ec. 2 Prom : 84 117 143

Ec. 3 Sx : 18 26 34

Tabla 1 Yn : 0,5343 0,5343 0,5343

Tabla 2 sn : 1,1047 1,105 1,105

Ec. 4 a = sx/Sx : 0,061 0,043 0,032

Ec. 5 u = X - Yn/a : 75 105 127


Versión 1.0

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Seleccionando un par de valores cualesquiera de "y" es posible calcular los respectivos valores de "x" utilizando la ecuación 6. Los resultados obtenidos son: TABLA 9. Variable reducida según valores de precipitaciones.

Una vez trazadas las rectas en el papel de probabilidad de Gumbell (Figura 2) y para un período retorno de 5 años (T = 5 años) es posible obtener las lluvias máximas en 1, 2 y 3 días. Estos son: TABLA 10. Lluvia critica para 1, 2 y 3 días.

Tiempo (días) Pp (mm) 1 97 2 136 3 169

FIGURA 2. Rectas de regresión, según distribución Gumbel.

Variable Reducida

Valores de precipitación

1 día 2 días 3 días

y = 0 75 105 127 y = 3 124 175 220


Versión 1.0

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Con estos datos se construye el gráfico de altura-duración-frecuencia (ADF), que se indica en la figura 3. FIGURA 3. Curva altura-duración-frecuencia para un periodo de retorno (T) de 5 años.


Versión 1.0

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Ejemplo 2 Con los datos de Ejemplo 1, determine la escorrentía y la recarga o coeficiente de drenaje. a) De la Tabla 4 obtenemos que la lluvia crítica para un período de retorno de 5 años

y 3 días de duración es de 169 mm.

b) Dado que el suelo de la cuenca es de textura franco limosa de la Tabla 3 se deduce que pertenece al grupo B.

c) Como el cultivo es ligeramente pastoreado y con más del 75% de la superficie con

cubierta vegetal se considera como buena (Tabla 4).

d) Con la información b) y c), de la Tabla 5 obtenemos la curva número por cultivo:

Cultivos anuales CN = 72 Praderas naturales CN = 61

Aplicando la ecuación 10 se obtiene un valor ponderado del numero de la curva (CN):

CN = 72 x 0,5 + 61 x 0,5 = 66,5

e) Se calcula retención máxima (S) mediante la ecuación 9.

S = (25400 / CN) – 254 S = (25400 / 66,5) – 254 = 127,95 mm

Luego, según ecuación 10 y una precipitación de 169 mm, da como resultado:

E = (P – 0,2S)² / (P + 0,8S) E = (169 – 0,2 * 127,95)² / (169 + 0,8 * 127,95) = 75,79 mm

Finalmente, según ecuación 11 y td = 24 horas (1 día para el cultivo) (Tabla 6): R (l/s / ha) = 2,78 * (E / td) R = 2,78 * ( 75,79 / 24) R = 8,78 l/s/ha o, según ecuación 12: R (mm/día) = (E * 24) / td R = (75,79 * 24) / 24 R = 55 mm/día

0,01 m3/h (Caudal de diseño)

anexo pauta para elaboraciÓn de proyectos …

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