Calculo de canoas de drenaje.

MEMORIA DE CALCULO
DRENAJE DE AGUAS LLUVIAS
SECTOR CANAL LOS HELADOS
CENTRAL HIDROELECTRICA LA HIGUERA
5070-25-CAL-054-A
A 12.06.07 FLH FMC FBR Revisión
Rev Fecha Por Verif. Aprob. Páginas Observaciones
in cooperation with

Central Hidroeléctrica La Higuera
Memoria de Cálculo Drenaje de Aguas Lluvias Sector Canal Los Helados
DrenajeCanalLosHelados.5070-25-CAL-054-A. LI - EPS i
INDICE
1 INTRODUCCION 1-1
2 ANTECEDENTES 2-1
2.1 TOPOGRAFIA 2-1
2.2 GEOTECNICA 2-1
2.3 HIDROLOGIA 2-1
2.3.1 Precipitación Máxima de Duración de 1 a 24 horas. 2-1
2.3.2 Precipitación de duración menor a 1 hora 2-1
2.3.3 Intensidad de la Tormenta 2-1
2.3.4 Tiempo de Concentración. 2-1
2.3.5 Coeficiente de escorrentía 2-1
3 CRITERIOS DE DISEÑO 3-1
3.1 CRITERIOS GENERALES 3-1
3.2 CRITERIOS HIDRAULICOS 3-1
4 DISEÑO CONCEPTUAL 4-1
5 CALCULOS DE CAUDAL APORTANTE 5-1
6 VERIFICACION DE CAUDALES 6-1
6.1 VERIFICACION DE LAS CANALETAS DE RECOLECCION 6-1
6.2 VERIFICACION OBRAS DE EVACUACION 6-1
6.2.1 Obra Km 0,150 6-1
6.2.2 Obra Km 0,748 6-1
6.2.3 Obras Kms 1,159; 1,521 y 1,654 6-1

DrenajeCanalLosHelados.5070-25-CAL-054-A. LI - EPS 1-1
1 INTRODUCCION
Este documento tiene por objeto presentar los antecedentes, criterios y cálculos
realizados para desarrollar unas obras de drenaje que permitirán en su conjunto sanear
el canal Los Helados y el camino colindante al mismo canal.

2 ANTECEDENTES
2.1 TOPOGRAFIA
Para la delimitación de las cuencas y emplazamiento del canal de drenaje se empleó la
siguiente topografía:
• Levantamiento Topográfico escala 1:10.000
• Lámina 5070-21-25-201. Planta General Canal Los Helados
2.2 GEOTECNICA
Se contó con las características del suelo del área en estudio contenidas en el Informe
Geotécnico: 5070-17-REP-10-A
2.3 HIDROLOGIA
La estimación de los caudales afluentes al sistema de saneamiento se realizó siguiendo
las recomendaciones y procedimientos establecidos en el “Manual de Carreteras”,
Volumen 3.
Para la estimación del caudal a drenar se utilizará la Fórmula Racional:
6,3
** AiC
Q =
Donde:
Q : Caudal Máximo Instantáneo (m3/s).
i : Intensidad de la precipitación para el tiempo de concentración de
la cuenca (mm/hr).
A : Area aportante (km2)
C : Coeficiente de escorrentía.
En la zona de interés no se cuenta con registros pluviométricos que permitan establecer
la cantidad de lluvia caída, no obstante se ha recurrido a la información contenida en el
documento “Precipitaciones Máximas en 1,2 y 3 días” (D.G.A., 1994), determinándose
a través del plano de isoyetas la Precipitación Máxima Diaria para un período de
retorno de 10 años en la zona del estudio.
El valor así estimado corresponde a :
mmPD 14010
=

Para determinar la precipitación asociada a otros períodos de retorno y a ciertas
duraciones se emplean las siguientes expresiones dependiendo de la duración de la
lluvia
2.3.1 Precipitación Máxima de Duración de 1 a 24 horas.
TdD
T
d CFCDPP ***1,1 10
=
donde:
T
tP : Precipitación (mm), de período de retorno T años y duración t
horas.
10
DP : Lluvia máxima diaria (8 AM a 8 AM) con 10 años de período
de retorno.
dCD : Coeficiente de duración para t horas. (1 hora < t <24 horas).
TCF : Coeficiente de Frecuencia para T años de período de retorno.
2.3.2 Precipitación de duración menor a 1 hora
Para determinar la precipitación de duración menor a 1 hora se utiliza la siguiente
expresión:
10
1
25,0
*)52,0)(*21,0(*)50,0*54,0( PTLntPT
t +−=
donde:
T
tP : Precipitación (mm) con período de retorno T años y duración t
minutos.
10
1P : Precipitación (mm), con 10 años de período de retorno y
duración 1 hora.
T : Período de Retorno.
t : Duración de la lluvia (min)
2.3.3 Intensidad de la Tormenta
La intensidad de una tormenta se define a través de la siguiente expresión:
)60/(t
P
I
T
tT
t =
Los cálculos de precipitación se realizarán para un período de retorno de 20 años.
2.3.4 Tiempo de Concentración.
La utilización de la fórmula racional plantea que la duración de la lluvia es igual al
tiempo de concentración de la cuenca.

Para determinar el tiempo de concentración se emplearán las siguientes expresiones:
•
385,03
*57 





=
H
L
Tc California Culverts Practice
donde:
L : Longitud del cauce (km)
H : Diferencia de nivel total entre cotas extremas de la cuenca (m)
cT : Tiempo de concentración (min)
• ))*8,0/()*5,1*4((*60 5,05,0
mc HLAT += Giandotti
donde:
L : Longitud del cauce (km)
mH : Diferencia de nivel entre la cota media de la cuenca y la salida
(m).
A : Area de la cuenca (km2
)
cT : Tiempo de concentración (min)
La tabla Nº2.1 muestra los valores obtenidos para el tiempo de concentración usando las
dos expresiones descritas:
Area
Superficie
(km2
)
L
(km)
H
(m)
Hm
(m)
TC1
(min)
TC2
(min)
Tc adoptado
(min)
A0 0.014 0.21 115 62 1,5 7,5 10
A1 0.162 0.70 555 296 3,3 11,6 10
A2 0.169 0.63 315 193 3,6 14,0 10
A3 0.279 0.79 505 305 4,0 14,2 10
A4 0.346 1.30 815 480 5,8 14,7 10
A5 0.067 0.36 275 145 2,0 9,8 10
Tabla Nº 2.1: Tiempos de concentración
Nota: TC1 corresponde al tiempo de concentración calculado con la expresión California
Culverts Practice
TC2 corresponde al tiempo de concentración calculado con la expresión de Giandotti
Considerando que Tc según California Culverts es menor a 10 minutos, el tiempo de
concentración para la estimación del caudal de diseño será de 10 minutos, dado que este
valor es el mínimo recomendado para el empozamiento de la cuenca.
2.3.5 Coeficiente de escorrentía
El coeficiente de escorrentía fue estimado a partir de las recomendaciones del Estado de
California presentadas en el Manual de Carreteras, volumen 3, MOP 2002 como sigue:

∑= iCC
Con:
Crelieve : 0,30 Montañoso
Cinfiltración : 0,06 Suelos Normales bien drenados
Ccobertura vegetal : 0,06 Regular a buena
Calmacenamiento superficial : 0,08 despreciable, sin zonas húmedas
Luego se adopta:
C = 0,50

3 CRITERIOS DE DISEÑO
3.1 CRITERIOS GENERALES
Para recoger las aguas lluvias provenientes de la parte alta de la zona de estudio, se
establecieron los siguientes criterios:
• El área a sanear se dividió en 6 subáreas
• Cada subárea conducirá sus aguas a un punto específico de evacuación. A cada punto
de evacuación llegarán las aguas que conduce la quebrada, más las aguas que son
conducidas por las canaletas de recolección
• En los puntos de evacuación se diseñan canoas para drenar las aguas.
3.2 CRITERIOS HIDRAULICOS
Las canaletas de recolección se diseñan para un caudal de período de retorno de 20 años
Los coeficientes de rugosidad de Manning adoptados serán los siguientes:
• Canal dragado en tierra 0,03
• Sección rectangular de hormigón liso 0,016
Valores tomados del documento 5070-25-MAN-01. Criterios de Diseño Hidráulico

4 DISEÑO CONCEPTUAL
En la figura 4.1 se presentan las seis áreas aportantes, la disposición de las canaletas de
recolección y los puntos de evacuación de la aguas.
Cada una de las seis áreas en que se dividió el área aportante total, se saneará a través
de un par de canaletas de recolección, que convergen a un punto donde se realizará la
descarga del agua captada.
Las canaletas de recolección, serán dragadas en tierra y dependiendo del caudal que
recojan tendrán la geometría indicada en la figura Nº 4.2:
Figura Nº4.2. Geometría canaletas de recolección
Dado que la capacidad máxima de la canaleta de dimensiones b=0,50 m y h=0,50 m,
con una pendiente de 0,002 y sin considerar revancha corresponde a Q=0,30 m3
/s, se ha
adoptado como criterio de diseño para ellas lo siguiente:
Caudal
(m3
/s)
z b
(m)
H
(m)
Q < 0,30 1 0,5 0,5
Q>=0,30 1 0,6 0,6
Tabla Nº4.1: Criterio de diseño, geometría de la canaleta
La obra de evacuación del km 0,150 corresponde a una descarga directa cruzando el
badén y el camino para luego descargar las aguas a la quebrada más cercana. Ver
geometría de este cruce en la figura Nº 4.3
El resto de las obras para evacuar las aguas consistirán en un cajón de hormigón tipo
canoa que cruza por sobre el canal Los Helados, para luego continuar por un badén,
atravesar el camino y finalmente descargar a través de un empedrado a la quebrada más
cercana. Ver geometría de esta obra en figura Nº 4.4
b
z
H h

Figura Nº 4.1 Areas drenantes, canaletas recolectoras y ubicación de puntos de descarga
Canaletas de recolección
Km 0,150
Km 0,748
Km 1,159
Km 1,521 Km 1,521
Areas drenantes
Puntos de descarga

Figura Nº 4.3 Geometría obra km 0,150

Figura Nº 4.4 Geometría obra de cruce canal Los Helados
Canal Los Helados

5 CALCULOS DE CAUDAL APORTANTE
De acuerdo a las expresiones indicadas en el punto 2.3 de este documento, se procedió a
determinar para cada una de las áreas, en que se dividió el área total aportante, el caudal
correspondiente.
En la tabla Nº 5.1, se presentan los parámetros comunes a cada una de las cinco
cuencas.
Parámetros
10
DP 140 mm
10
24P 154 mm
1CD 0,12
)1( hrtCD < 0,46
)1( hrtCF < 1,15
10
1P 18,48 mm
20
min10P 9,77 mm
Tc 10 min
I 58,6 mm/hr
Tabla Nº 5.1: Parámetros hidrológicos
Los caudales a sanear y la superficie total de cada una de las 6 áreas, se indican en la
tabla Nº5.2
Km
0bra de
evacuación
Q
Total a evacuar
(l/s)
Nombre
Area
Superficie
(km2
)
Q
(l/s)
A0 (canaleta) 0,014 112
A1 0,144 1.1730,150 1.428
A11 (canaleta) 0,018 143
A2 0,107 873
A21(canaleta) 0,021 1750,748 1.379
A22(canaleta) 0,041 331
A3 0,260 2.119
A31(canaleta) 0,010 841,159 2.273
A32(canaleta) 0,009 71
A4 0,310 2.526
A41(canaleta) 0,022 1801,521 2.817
A42(canaleta) 0,014 112
A51(canaleta) 0,042 341
1,654
549
A52(canaleta) 0,026 208
Tabla Nº5.2: Superficies y caudales de áreas aportantes

6 VERIFICACION DE CAUDALES
6.1 VERIFICACION DE LAS CANALETAS DE RECOLECCION
Para verificar la capacidad de las canaletas de recolección, con las dos geometrías
consideradas, se procedió a calcular la máxima capacidad de conducción para la
sección completa (sin revancha) y para una pendiente mínima que se ha establecido en
0,002.
• Geometría tipo 1
z = 1,0
n = 0,03 (tierra)
b = 0,5 (m)
H = 0,5 (m)
Luego Q = 0,30 (m3
/s)
• Geometría tipo 2
z = 1,0
n = 0,03 (tierra)
b = 0,6 (m)
H = 0,6 (m)
Luego Q = 0,50 (m3
/s)
Conocidas las capacidades se procedió a compararla con los caudales de las canaletas
proyectadas. Ver tabla Nº 6.1
Parámetros Comunes:
n = 0,03 Canal dragado en tierra.
z = 1,0
s = 0,002 (m/m)
Area Superficie
(km2
)
Q
(l/s)
b
(m)
h
(m)
V
(m/s)
A0 0.014 112 0,5 0,30 0,47
A11 0.018 143 0,5 0,34 0,50
A21 0.021 175 0,5 0,38 0,53
A22 0.041 331 0,6 0,49 0,62
A31 0.010 84 0,5 0,26 0,43
A32 0.009 71 0,5 0,23 0,41
A41 0.022 180 0,5 0,38 0,53
A42 0.014 112 0,5 0,30 0,47
A51 0.042 341 0,6 0,50 0,63
A52 0.026 208 0,5 0,41 0,56
Tabla Nº6.1: Verificación canaletas de recolección

Se verifica que para todos los caudales considerados existe capacidad suficiente para
transportar el agua drenada.
6.2 VERIFICACION OBRAS DE EVACUACION
Para verificar la capacidad de las obras que atravesarán el canal Los Helados y el
camino para luego descargar a la quebrada más cercana, se procedió a calcular la
capacidad de conducción para las condiciones establecidas
6.2.1 Obra Km 0,150
En este kilometraje el canal Loa Helados se desarrolla bajo tierra, luego sólo se necesita
sanear el camino.
´
El caudal a sanear corresponde a 1,428 (m3
/s). La disposición de la solución para esta
evacuación de agua será según lo dispuesto en la lámina 4.704.101 del Vol 4 de M.C.
6.2.2 Obra Km 0,748
El caudal de dimensionamiento es: Q = 1,379 (m3
/s).
Se eligió una velocidad de conducción de: V = 2,0 (m/s).
La sección requerida para estas condiciones es de:
)(69,0
2
379,1 2
m
V
Q
A ===
La sección óptima para un canal rectangular indica que: hb *2=
Entonces se tiene que: 2
*2*69,0 hhbA ===
Luego:
)(59,0
)(17,1
mh
mb
=
=
Se adopta entonces: b=1,2 (m), h=0,6 (m) y H=1,0 (m).
La revancha adoptada es de 20 cm.
El perímetro mojado, el área y el radio hidráulico resultan ser:
30,0
)(72,0
)(4,2
=
=
=
R
mA
mP
La estructura de atravieso será una canoa de hormigón liso, que admitirá una velocidad
máxima de 4,0 (m/s). Se tiene entonces que el coeficiente de Manning será de:
016,0=n

Se seleccionó un gradiente “J” igual a:
015,0=J
Luego la velocidad real en la estructura será:
)/(43,3
* 2
1
3
2
sm
n
jR
V ==
Esta velocidad es menor que la velocidad máxima 4 (m/s), luego se verifica que las
dimensiones dadas a esta obra son las adecuadas.
Este canal, luego de terminar de cruzar sobre el canal Los Helados entregará las aguas
al camino a través de un badén, para luego mediante un empedrado entrega a la
quebrada más cercana.
6.2.3 Obras Kms 1,159; 1,521 y 1,654
Siguiendo el procedimiento descrito para la obra del km 0,748, se tienen lo siguientes
resultados para los otras obras ubicadas en los kilometrajes que se indican:
Dimensiones Canoa
Km
Qdim
(m3
/s)
b
(m)
h
(m)
H
(m)
n J
V
(m/s)
V max
(m/s)
1,159 2,273 1,6 0,8 1,2 0,016 0,013 3,87 4,0
1,521 2,817 1,7 0,9 1,3 0,016 0,011 3,85 4,0
1,654 0,549 0,8 0,4 0,8 0,016 0,020 3,02 4,0
Tabla Nº6.2: Verificación Dimensionamiento Obras Kms 1,159, 1,521 y 0,226
Nota: b=ancho basal
h=altura de agua
H=altura de muro de la canoa.
En todos las obras la velocidad es menor que la velocidad máxima( 4,0 m/s), luego se
verifica que las dimensiones dadas a la obra de hormigón son las adecuadas.
Estas obra, luego de terminar de cruzar sobre el canal Los Helados. entregarán las
aguas al camino a través de un badén, para luego mediante un empedrado continuar y
descargar a la quebrada más cercana.

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