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DISEO DE OBRAS DE ARTE Y DRENAJE PLUVIAL

PROYECTO: MEJORAMIENTO Y REMEDIACION DE SUELOS

CONTAMINADOS A TRAVES DEL MEJORAMIENTO DE LADERAS

CON TRATAMIENTO PAISAJISTICO EN LA PARTE SUPERIOR DE

LOS BARRIOS SANTA ROSA, SAN FRANCISCO , SAN LUIS,

COMANDANTE FAURA Y CHANCHAMAYO DEL SECTOR DE LA

OROYA ANTIGUA, YAULI, JUNIN

COPERSA INGENIERIA S.A.C. Junio 2015 - 1

INDICE

1. INTRODUCCION .......................................................................................................... 2

1.1. OBJETIVO .......................................................... Error! Marcador no definido.

1.2. UBICACION ........................................................ Error! Marcador no definido.

2. INVENTARIO DE ESTRUCTURAS EXISTENTES ..................................................... 3

2.1. SECTOR SANTA ROSA ..................................................................................... 3

2.2. SECTOR SAN LUIS ............................................................................................ 4

2.3. SECTOR SAN FRANCISCO ............................................................................... 4

2.4. SECTOR COMANDANTE FAURA...................................................................... 6

2.5. SECTOR CHANCHAMAYO ................................................................................ 7

3. PLANTEAMIENTO HIDRAULICO ............................................................................... 8

4. DISEO HIDRULICO ............................................................................................... 10

4.1. CANAL DE CORONACION .............................................................................. 10

4.2. OBRAS DE ARTE ............................................................................................. 16

4.3. MURO DE GAVIONES ...................................................................................... 26










1. INTRODUCCION

1.1. Objetivo

El presente informe tiene como objetivo proponer el diseo de las estructuras y obras

de arte y drenaje del Proyecto: MEJORAMIENTO Y REMEDIACION DE SUELOS

CONTAMINADOS A TRAVES DEL MEJORAMIENTO DE LADERAS CON

TRATAMIENTO PAISAJISTICO EN LA PARTE SUPERIOR DE LOS BARRIOS

SANTA ROSA, SAN FRANCISCO, SAN LUIS, COMANDANTE FAURA Y

CHANCHAMAYO DEL SECTOR DE LA OROYA ANTIGUA, YAULI, JUNIN, el cual se

efectu en base al inventario y evaluacin de las estructuras existentes durante la

etapa de campo y a los estudios de Topografa, Hidrologa Hidrulica y Geotecnia.

1.2. Ubicacin

El proyecto se ubica en:

Barrios : Santa Rosa, San Luis, San Francisco, Comandante Faura y

Chanchamayo

CCPP : La Oroya

Distrito : La Oroya

Provincia : Yauli

Regin : Junn

La Oroya Antigua, centro poblado tradicional, tiene una extensin de 31 Has. aprox.,

limita por el Norte, Este y Oeste con los cerros Chacraza y Cuchimachay; por el Sur

con el malecn Odra, el ro Mantaro y el Complejo Metalrgico.

Comprende la margen izquierda del ro Mantaro entre el Malecn Odra a la altura del

Complejo Deportivo Municipal hasta el barrio denominado Carhuascayn,

comprendiendo todo el casco urbano de la quebrada hasta el final de la Avenida

Iquitos (bajo el reservorio de EMSAPA), comprendiendo los Barrios de Santa Rosa,

San Francisco, Cruz de Mayo, San Luis y Comandante Faura .

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2. INVENTARIO DE ESTRUCTURAS EXISTENTES

De acuerdo a los trminos de referencia del Proyecto, este abarca 05 sectores: Santa

Rosa, San Luis, San Francisco, Comandante Faura y Chanchamayo

2.1. BARRIO SANTA ROSA

De acuerdo a lo observado se tiene:

200 m, aprox. de canal de coronacin de concreto armado, en buen estado

145 m aprox. de canal natural en condiciones regulares

Foto N1: Canal de Coronacin de

Concreto armado, en buenas

condiciones, en la parte superior

del sector.

Foto N2: Canal de Coronacin en

terreno natural, con presencia de

algunos desprendimientos de roca y

de talud.









2.2. SECTOR SAN LUIS


03 Canales de coronacin de concreto armado, en buen estado, conformando un

sistema de drenaje, entre los cuales suman 223 m aprox. de canal

2.3. SECTOR SAN FRANCISCO

Es el sector donde encuentran la mayor cantidad de canales de coronacin en

terreno natural.

270 m de canal de coronacin en terreno natural parte baja

186.30 m de canal de coronacin en terreno natural parte alta.

115.0 m de zona con presencia de geodinmica externa moderada.

Foto N3: Sistema de Drenaje mediante canales de coronacin de concreto

armado.









Foto N6 Foto N7: Canal de Coronacin en terreno natural. (Parte Alta), se

encuentra en mal estado, no se observa caja de canal definido

Foto N4 Foto N5: Canal de Coronacin en terreno natural, proyectado para su

revestimiento. (Parte Baja)









2.4. SECTOR COMANDANTE FAURA


03 Canales de coronacin de concreto armado, en buen estado, conformando un

sistema de drenaje, entre los cuales suman 325 m aprox. de canal.

Foto N8 Foto N9: Zona con presencia de geodinmica

externa moderada, con cobertura vegetal.









2.5. SECTOR CHANCHAMAYO


175 m, aprox. de canal de coronacin de concreto armado, en buen estado

Foto N12: Canal de Coronacin de concreto armado en buen estado.

Foto N10 Foto N11: Canales de Coronacin de

concreto armado en buen estado.









3. PLANTEAMIENTO HIDRAULICO

De la evaluacin del inventario de estructuras existentes en el proyecto, se ha

determinado:

Para el Sector de San Francisco

- Revestimiento de 270 m de canal de coronacin con concreto armado Fc=

210 kg/cm2.

- Construccin de 03 POZAS de disipacin.

- Construccin de 03 pases peatonales de concreto armado.

- Construccin de un muro de gavin de 115 m, para las zonas que presentan

algn riesgo geodinmica.

Para el Sector de Santa Rosa, se plantea la posibilidad de prolongar el canal

principal en la parte alta una longitud de 60 m, para receptar la escorrenta en

tiempo de lluvias.









Imagen 1.0 ESQUEMA HIDRAULICO









4. DISEO HIDRULICO

4.1. CANAL DE CORONACION

Los canales de coronacin en la parte alta de un talud son utilizadas para

interceptar y conducir adecuadamente las aguas lluvias y evitar su paso por el

talud. El canal de coronacin no debe construirse muy cerca del borde superior

del talud para evitar que se convierta en activadora de un deslizamiento en cortes

recientes; o en una nueva superficie de falla en deslizamientos activos; o se

produzca la falla de la corona del talud.

Se sugiere que al menos cada dos aos se reparen las cunetas de coronacin

para impermeabilizar las fisuras y las grietas que se presenten.

Partimos de la informacin determinada por el Estudio Hidrolgico; as para los

diferentes periodos de retorno, se determin caudales empleando para ello el

Mtodo Racional y Mtodo de Mc Math, el mismo que se detalla en el siguiente

cuadro:

Del Cuadro N1 determinamos el caudal para un periodo de retorno de 50 aos,

obtenido mediante el mtodo Mc Math Q50 = 0.241 m/seg, y definimos como

caudal de diseo QDISEO = 0.360 m/seg, que resulta del producto del Q50 por un

factor de seguridad.

a) CONSIDERACIONES BSICAS DE DISEO

Dentro de los parmetros necesarios para el diseo de estos canales se ha

utilizado el mtodo de la ecuacin de Manning (1891). La expresin que permite

determinar los caudales de diseo se presenta a continuacin:

PR IMetodo

Racional

Metodo

Mc Math

Aos mm/hr m/s m/s

2 1 0.030 0.038

5 2.1 0.063 0.080

10 3.1 0.093 0.119

20 4.3 0.129 0.165

50 6.3 0.190 0.241

Cuadro N 1: Informacin Hidrologica









Donde:

Q: Caudal (m/s)

n: Rugosidad

A: rea (m)

R: Radio hidrulico: rea de la seccin hmeda / Permetro hmedo

S: Pendiente del canal

Para el diseo de los canales de seccin trapezoidal a ms de utilizar la ecuacin

de Manning (1891), se ha utilizado la siguiente formulacin para la geometra.

Donde:

A= rea Hidrulica del Canal (m2)

P= Permetro Mojado del Canal (m)

T= Ancho Superficial del Canal (m)

b= Ancho del Canal (m)

z= Relacin de pendiente de las paredes laterales del canal

y= altura del agua (m)

F= Borde Libre (m)

Para el clculo del borde libre se ha utilizado la siguiente expresin recomendada

por el U. S. Bureau of Reclamation.

Imagen 2.0: Parmetros de un Canal Trapezoidal









Donde:

F= Borde Libre (m)

y= profundidad de agua en el canal (m)

C= Es un coeficiente que vara desde 1.5 para canales con capacidad de 20

Pies/s hasta 2.5 para canales con capacidades de 3000 pies/s o mayores









Con la informacin obtenida y las consideraciones detalladas se obtiene el siguiente cuadro:

De los parmetros hidrulicos obtenidos, se determina finalmente la seccin tpica del canal de coronacin, el siguiente cuadro resume las

caractersticas hidrulicas.

Inicio Final IZQ Z = DER Z =

1 0+000.00 0+075.66 Trapecio 0.09 0.90 0 0.25 0.084 1.09 0.077 0.016 0.143 4.28 0.36 4.50 SUPERCRITICO



4 0+163.21 0+200.24 Trapecio 0.09 0.90 0 0.25 0.084 1.09 0.077 0.016 0.141 4.26 0.36 4.48 F. SUPERCRITICO



7 0+256.80 0+269.99 Trapecio 0.38 0.90 0 0.25 0.360 1.67 0.215 0.016 0.002 1.00 0.36 0.52 SUBCRITICO

Area

mojada

A (m2)

Gasto

Q (m3/s)

Numero de

Froude

Perimetro

mojado

P (m)

Radio

medio

hidraulico

R (m)

Coefic. de

rugosidad

de Manning

n

Pendiente

del fondo

So (m/m)

Velocida

d media

V (m/s)

Tipo

Progresiva

Seccion

Tirante

normal del

agua

Y (m)

Ancho

del fondo

b (m)

Cuadro N 2: Parametros Hidrulicos

Tipo de flujo

Talud Z: 1:Z









Con las caractersticas hidrulicas se determina el siguiente esquema

b) DISEO ESTRUCTURAL DEL CANAL DE CORONACION

En todo caso el rea de la seccin transversal de la armadura para le caso del

concreto armado puede colocarse con la siguiente frmula:

= . .

2.

Inicio Final IZQ Z = DER Z =

1 0+000.00 0+075.66 0.37 1.00 0.90 0.143 0 0.25 0.15

2 0+079.96 0+150.44 0.35 1.00 0.90 0.208 0 0.25 0.15

3 0+154.94 0+163.21 0.49 1.00 0.90 0.026 0 0.25 0.15

4 0+163.21 0+200.24 0.37 1.00 0.90 0.141 0 0.25 0.15

5 0+200.24 0+245.74 0.33 1.00 0.90 0.282 0 0.25 0.15

6 0+250.34 0+256.80 0.39 1.00 0.90 0.099 0 0.25 0.15

7 0+256.80 0+269.99 0.75 1.00 0.90 0.002 0 0.25 0.15

Cuadro N 3: Caracteristicas Hidrulicas

Espesor

e(m)Borde Libre

f (m)

Altura

del canal

h (m)

Ancho del

fondo

b (m)

Pendiente

del fondo

So (m/m)

Talud Z: 1:ZCaracteristicas Hidrulicas

Progresiva

Tipo

0.90

0.15

0.30

0.15

0.25

0.15

1.00

0.15

1.10 1.00

0.15

Terreno Natural

1

.25

Material de Relleno

0.75

Material de Corte

Esquema N1: Seccin Tpica del Canal de Coronacin









Donde:

As Es el rea de acero en cm, por metro en la direccin que se

mide L.

L Distancia en metros entre las juntas transversales, si se trata de

acero longitudinal, o entre las juntas longitudinales si se trata de

acero transversal.

f Coeficiente de rozamiento entre la loza (muro) y el terreno de

cimentacin, con valores entre 0.5 a 3.0, aunque generalmente se

acepta entre 1.5 a 2.

W Peso de la losa en kg/m.

Fs Esfuerzo admisible por el acero en kg/cm, que se asume igual a

0.5 de la carga de rotura.

Datos: Longitud de Juntas Longitudinales: 3.0 m Recubrimiento:

0.04m

Acero Transversal: =1

2 @ 0.25 Acero Longitudinal: =

3

8 @ 0.25

0.90

0.15

0.30

0.15

0.25

0.15

1.00

0.15

1.10 1.00

0.15

Terreno Natural

1

.25

0.75

Esquema N2: Diseo Estructural del Canal de Coronacin









4.2. OBRAS DE ARTE

a) POZAS DE DISICIPACION

Debido a que el canal de coronacin presenta tramos con pendientes media

altas, este canal debe ser tratado como una rpida, motivo por el cual se debe de

disearlas POZAS disipadoras, las mismas que tienen la misin de controlar la

energa del flujo. Para el diseo se utilizara el software Rapida V 1.0.









Esquema N3: POZA DISIPADORA N1









Esquema N4: POZA DISIPADORA N1 PERFIL LONGITUDINAL

Esquema N5: POZA DISIPADORA N1 PLANTA









Esquema N7: POZA DISIPADORA N2 PERFIL LONGITUDINAL










Determinado todas las caractersticas hidrulicas de las pozas de disipacin, se

presenta el siguiente cuadro con las dimensiones teniendo en cuenta los aspectos

constructivos de los mismos.

Esquema N10: POZA DISIPADORA N3 PERFIL

LONGITUDINAL










b) PASES PEATONALES

Estructuras proyectadas para permitir el libre y seguro desplazamiento de los

pobladores y animales.

L (m) A (m) h (m) Talud Z e (m)

0+075.66 4.30 1.20 1.20 0 0.15

0+150.44 4.50 1.20 1.20 0 0.15

0+245.74 4.60 1.20 1.20 0 0.15

Cuadro N 4: Ubicacin de Pozas de Disipacion

Caracteristicas Estructurales

Posa Disipadora I

Posa Disipadora II

Posa Disipadora III

Tipo Progresiva

L = Variable

h = 1.20

0.1

5

a b c 0.70

1.55

0.1

5 0.25

0.90 A = 1.20 1.50

0.1

5 0.25

0.90

0.30

0.15

0.25

0.25 0.25

a b c 0.70

Esquema N12: ESQUEMA POZA DISIPADORA PERFIL

PLANTA









A.- ANALISIS TRANSVERSAL

1.- PREDIMENSIONAMIENTO

a) Longitud > 6 m. y < 10 m. h = Luz/15

b) Longitud < 6 m. h = Luz/12

LUZ = 1.50 M.

H = 0.13 M. Asumir 0.15 m. OK

0.00 m

Altura de relleno 0.20 m

Peso Especfico del Terreno g1 = 1.50 ton/m3

Peso Especfico del Concreto gc = 2.40 ton/m3

Resistencia a la compresin del Concreto f'c= 175.00 kg/cm2

Resistencia a la fluencia fy= 4200.00 kg/cm2

2.-METRADO DE CARGAS

P.P. LOSA 0.36 T/M.

ASFALTO 0.00 T/M

WD 0.36 T/M DE LOSA

SOBRECARGA 0.10 T/M. carga viva de peatones, bicicletas

RELLENO 0.20 T/M

WL 0.30 T/M DE LOSA

Wu= 1.5*Wd+1.8*Wl

Wu= 1.08 ton/m

3.- MOMENTO ULTIMO

Mu 0.30 T - M

B.- DISEO

a.- Verificacin del Peralte en Servicio

d = 4.97 cm.

Asumiendo d = 11.00 cm. espesor h= 15.00 CM

recubrimiento de 4 cm.

b.- Calculo de rea de Acero:

El rea de acero necesario por metro de ancho de losa

para diseo por servicio ser:

As = 0.07 cm2









C.-Verificando el diseo por rotura:

Mu = 0.30 T-m

Momento ltimo por metro de ancho de losa. Reemplazando

en la expresin general:

a = 1.00 As2 a= 0.21

b = -22.00 As

c = 4.57

As = 0.07 cm2 tomar valor absoluto

rea de acero principal por metro de ancho de losa

Hallando el Acero mnimo

Asmn= 5.00 cm2

d.- Acero de Reparticin

Considerando que la losa se arma con el acero principal paralelo

al trfico, se tiene:

% Asr = 44.91 ok

Asr = 2.25 cm2

Area de acero de reparticin al fondo de losa por metro de ancho.

e.- Acero de Temperatura

Ast = 1.98 cm2

Espaciamiento= 7.04

f.- Distribucin de acero

1) Acero principal As= 5.00 cm2

Espaciamiento (cm) = 25.80 1/2pulg 25.00

2) Acero de Reparto: Asr= 2.25 cm2

Espaciamiento (cm)= 31.62 3/8pulg 35.00

3) Acero de Temperat. Ast= 1.98 cm2

Espaciamiento (cm)= 16.16 1/4pulg 15.00

A continuacin de detalla la ubicacin de los pases peatonales y las

dimensiones constructivas.









4.3. MURO DE GAVIONES

Se plantea la colocacin de muros de gavin, como proteccin de los taludes

con geodinmica externa

Este es un gavin que tiene 2 bloques de 1 x 1 m en la base, un bloque de 1.5 x 1

m en el tercio central, y un bloque de 1 x 0.5 en la parte superior (entindase que

las dimensiones son bxh)

ngulo de friccin interna (&) : 32

Cohesin ( C ) : 0

Densidad seca total : 1.93 g/cm3

Capacidad portante del suelo : 3.12 Kg/cm2

Ancho de cimentacin : 2 m

Altura del muro : 2.5 m

F.S. : 3

L (m) A (m) h (m) Talud Z e (m)

0+111.00 1.50 1.00 - - 0.15

0+150.00 1.50 1.00 - - 0.15

0+240.00 1.50 1.00 - - 0.15Pase Peatonal III

Cuadro N 5: Ubicacin de Pases Peatonales

Pase Peatonal I

Pase Peatonal II

Caracteristicas EstructuralesTipo Progresiva

1.50

3/8" @ 0,30m.

s %

1.10

1.00

Esquema N13: ESQUEMA PASE PEATONAL









CHEQUEO DE ESTABILIDAD DEL GAVION

Clculo del empuje activo:

Ea = 1/2 * Ys * H^2 * Ka - 2cH * (Ka)

C = 0

Ys = 1.93 ton/m3

h = 2.5 m

b = 2 m

a = 1 m

@ = 0

Ka = 0.307

H = (h-(b-a)*tg@)cos@ = 2.5

Ea = 1.852 ton/m

Seguridad al deslizamiento:

Yg = Yp * ( 1 - n )

Yp = 2.11 g/cm3

n 0.3

Yg = 1.477 ton/m3

Clculo de las componentes del empuje activo:

Ev = Ea * sen ( 90 + - )

Eh = Ea * cos ( 90 + - )

= & = 32

= 90

Ev = 0.9812 ton/m

Eh = 1.5702 ton/m

n' = [ (w + Ev) cos @ + Eh sen @] tg & + ( w + Ev ) sen @

>= 1.5

Eh cos @









Metrado de cargas:

W W (ton) Xi Mi

Wa 1.477 1.5 2.216

Wb 1.477 0.5 0.739

Wc 2.216 1.25 2.769

Wd 0.739 1.5 1.108

5.908 6.831 Mr

n ' = 2.742 ,entonces cumple con la condicin

Seguridad al volteo:

d = H/3 = 0.833

Mv = Eh * d = 1.309 ton-m/m

n " = Mr

> 1.5

Mv

n " = 5.220 , entonces cumple con la condicin

Verificacin :

e = B/2 - (( Mr - Mv ) / N ) < B/6

N = ( W + Ev ) cos @ + Eh sen @

N = 6.889 Tn/m

e = 0.198 m < 0.333

Si cumple con la condicin, cae dentro del ncleo central.

Seguridad a la distribucin de presiones:

P1 = ( N / B ) * ( 1 + ( 6*e / B ) )

P2 = ( N / B ) * ( 1 + ( 6*e / B ) )

P1 = 5.495 ton/m2 = 0.549 Kg/cm2

P2 = 1.395 ton/m2 = 0.139 Kg/cm2

La tensin en el punto 1 est por debajo de la capacidad portante del terreno.

La tensin en el punto 2 est por debajo de la capacidad portante del terreno.









A continuacin se presenta el siguiente cuadro

L (m) A (m) b (m)

0+145.00 0+260.00 115.00 2.50 2.00

ProgresivaTipo

Muro de Gavion

Caracteristicas Estructurales

Cuadro N 6: Ubicacin de Muro de Gavion

TOSHIBANota adhesivaIndispensable adjuntar al documento el metrado de las obras civiles, requerimiento de de los insumos, presupuesto analtico, cronograma fsico - financiero.

TOSHIBANota adhesivaadjuntar las especificaciones tcnicas de las obras a ejecutarse, estrategias de intervencin y la participacin comunal.

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