Diseño de Alcantarillas PDF

 

 

ÁREA DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL DRENAJE VIAL Y URBANO DISEÑO DE ALCANTARILLAS

Autores: Ariana Andrade Marco Asimbaya Diego Loachamín William Rueda JUNIO - 2018 QUITO - ECUADOR

 

1.  ANTECEDENTES. En estricto rigor con la malla curricular de la Universidad Politécnica Salesiana, carrera de Ingeniería Civil, es necesaria la aprobación de la asignatura de Drenaje Vial y Urbano correspondiente al 9no nivel de la misma; para tal fin, se pondrán en práctica los conocimientos y destrezas adquiridos a lo largo de la carrera de pregrado, principalmente en lo concerniente a Hidrología, Mecánica de Fluidos, Obras Hidráulicas, Geología e Hidrogeología, Topografía y Vías y Pavimentos. Para llevar a cabo el presente trabajo, se tiene como información de partida el plano topográfico, plano de áreas de drenaje y plano de trazado vial de la vía Yambo –  Ambato;  Ambato; además, se cuenta con información hidrológica de la Estación Rumipamba  –  Salcedo,   Salcedo,  proporcionadoss por la Ing. Gabrie  proporcionado Gabriela la Soria.

2.  INTRODUCCIÓN. El drenaje vial tiene el propósito de evacuar adecuadamente el caudal máximo generado  por los caudales de escorrentía, escurrimiento e infiltración, con el objeto de evitar inundaciones, daños en la infraestructura de la vía e inseguridad a los usuarios de la misma. En nuestro país, las condiciones topográfica topográficas, s, hidrológicas, geológicas y geotécnicas, dan lugar a la generación de problemas en materia de drenaje superficial y subterráneo aplicado a carreteras; lo características anterior, se desprende de realizar diseños adecuados, apegados adelas del lugarla yimportancia que, en efecto, solventen las necesidadess de drenaje de caudales pluviales. necesidade En el presente informe se llevará a cabo el cálculo de caudales pluviales máximos mediante el método racional, para posteriormente realizar el diseño de las alcantarillas, mismas que deben cumplir con los parámetros de diseño conocidos conocidos..

2. OBJETIVOS. General:   Diseñar las alcantarillas de la Vía Yambo-Ambato en el tramo comprendido entre las abscisas 95 + 287.45 y 96 + 343.91 para un periodo de retorno de 50 años. 

Específicos:    Realizar el estudio hidrológico de caudales con la información entregada y complementarla de ser necesario, con el estudio actualizado de lluvias intensas del INAMHI.   Calcular los caudales de vía y aquellos generados por las cuencas o áreas aportantes y acumularlos para determinar los caudales de diseño de las alcantarillas, respectivamente.   Implantar adecuadamente adecuadamente las alcantarillas en planta y en perfil, perfil , considerando las restricciones conocidas previamente.   Comprobar mediante una hoja de cálculo y un software especializado, que las alcantarillas diseñadas sean hidráulicamente óptimas. 

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3. METODOLOGÍA. 3.1. Recopilación de Información. Información.

 

Se parte de información entregada por la Ing. Gabriela Soria, dentro de esta información de partida se tiene:   Plano topográfico   Diseño geométrico de la vía (vertical y horizontal)   Plano de áreas de drenaje   Información Hidrológica (INAMHI, 1999). Adicionalmente, se obtiene información del último estudio de lluvias l luvias intensas (INAMHI, 2015), esto con el objeto de utilizar para el presente trabajo, datos y ecuaciones actualizados. 3.2. Diseño hidrológico. Consiste en realizar los l os cálculos de caudales provenientes de las cuencas que intervienen sobre el tramo de vía ví a analizado y el agua lluvia que cae sobre la calzada. Para tal fin, se realiza la superposición de los planos topográfico y de áreas de drenaje  para determinar las áreas de cuencas que aportan o generan caudal, mismo que en parte será descargado directamente directamente a las alcantarillas y, otra parte el caudal que será receptado y conducido por las cunetas diseñadas previamente. En este punto, se señala que, para nuestro caso en particular no se han diseñado las cunetas de vía puesto que se está trabajando con un tramo de vía diferente al que se analizó en un principio. En este punto, tomarán en cuenta  propuesta por el el se método raciona racional, l, comolos son:parámetros que intervienen en la ecuación   Coeficiente de escorrentía, C   Área de drenaje   Intensidad Se considerarán las intensidades propuestas por el estudio de lluvias intensas del INAMHI en función de la zona y periodo de retorno. 3.3. Diseño hidráulico de la sección transversal de flujo (alcantarilla). Se realizará el diseño de las secciones de alcantarillas en función de la pendiente transversal del terreno natural o del cauce, la cual se conoce en el diseño geométrico vertical; dichas secciones de alcantarillas deben ser hidráulicamente óptimas, satisfaciendo condiciones de velocidad, calado y receptar adecuadamente el caudal generado, de modo que no se produzca el desbordamiento de los mismos al momento de ser transportados con flujo a superficie libre hasta el sitio o punto de descarga (cauce de ríos). Se empleará un software especializado para facilitar la evaluación del comportamiento del caudal a lo largo de la sección circular y, adicionalmente, se realizará la misma verificación mediante una hoja de cálculo realizada manualmente. 3.4. Resultados Una vez verificadas las alternativas de diseño, se seleccionará la mejor para el diseño definitivo de cada alcantarilla a criterio de los diseñadores. 3.5. Conclusiones y Recomendaciones.

 

4. FUNDAMENTO TEÓRICO. Cálculo de caudales de diseño. El caudal de diseño de los elementos de drenaje vial se determinará a través del método racional, ya que las áreas de las l as cuencas aportantes, en su totalidad, son inferiores a 500 Ha. Método racional. Este método es utilizado para determinar el caudal máximo generado, mismo que escurrirá por una determinada sección, bajo el supuesto que éste acontecerá para una lluvia de intensidad máxima constante y uniforme en la cuenca correspondiente a una duración definida, igual al tiempo de concentración de la sección, en minutos. Este método se utiliza normalmente para calcular el caudal de diseño de obras de drenaje urbano y rural, de acuerdo con varios autores, para áreas de cuencas de 300 hectáreas hasta 500. El caudal se calcula por el método racional aplicando la siguiente ecuación:

 =  0.36 

 Donde: Q = Caudal máximo en l/s  A = Área de drenaje en Ha  I = Intensidad de lluvia de diseño de igual duración al tiempo de concentración y de  frecuencia igual a la adoptada adoptada en mm/h C= Coeficiente de escorrentía.

Coeficiente de escorrentía (C).   Es la variable menos precisa del método racional, su uso en la fórmula implica una relación fija entre la cantidad de escorrentía pico y la cantidad de la precipitación caída en la cuenca de drenaje, lo cual no es cierto en realidad. El coeficiente de escorrentía viene dado por la siguiente expresión en caso de tener información en la cuenca (Gutiérrez, 2014, p.362):

 =  

 Donde: C = Coeficiente de escorrentía (adimensional) Q = Escorrentía pico (mm)  P = Precipitación caída en la cuenca cuenca de drenaje (mm). El coeficiente de escorrentía varía entre 0 y 1; cero para un terreno impermeable y 1 para cuencas totalmente saturadas. Existen varios factores que influyen en el coeficiente de escurrimiento, por ende, es importante tomar en cuenta cada uno de ellos. El Coeficiente de escorrentía se determinará de la siguiente Tabla:

 

Tabla N°1. Coeficientes escorrentía para diferentes periodos de retorno. Período de retorno (Tr) (años) 5 10 25

Características de la superficie

2 Áreas desarrolladas  0.73 0.77 0.75 0.80

Asfaltico 0.81 Concreto/techo 0.83 Zonas verdes (jardines, parques, etc.) Condición pobre (cubierta de pasto menor del 50% del área) área)   Plano 0-2% 0.32 0.34 0.37 Promedio, 2-7% 0.37 0.40 0.43 Pendiente, superior a 7% 0.40 0.43 0.45 Condición promedio (cubierta de pasto menor del 50-75% del área) área)   Plano 0-2% 0.25 0.28 0.30 Promedio, 2-7% 0.33 0.36 0.38 Pendiente, superior a 7% 0.37 0.40 0.42 Condición buena (cubierta de pasto mayor al 75% del 0.21 área)  área)   Plano 0-2% 0.21 0.23 0.25 Promedio, 2-7% 0.29 0.32 0.35 Pendiente, superior a 7% 0.34 0.37 0.40 Áreas no desarrolladas   Área de cultivos Plano 0-2% 0.31 0.34 0.36 Promedio, 2-7%a 7% Pendiente, superior  Pastizales Plano 0-2% Promedio, 2-7% Pendiente, superior a 7%  Bosques Plano 0-2% Promedio, 2-7% Pendiente, superior a 7%

50

0.86 0.88

0.90

0.40 0.46 0.49

0.44

0.34 0.42 0.46

0.37 0.45 0.49

0.29 0.39 0.44

0.32 0.42 0.47

0.40

0.43

0.92

0.49 0.52

0.35 0.39

0.38 0.42

0.41 0.44

0.44 0.48

0.48 0.51

0.25 0.33 0.37

0.28 0.36 0.40

0.30 0.38 0.42

0.34 0.42 0.46

0.37 0.45 0.49

0.22 0.31 0.35

0.25 0.34 0.39

0.28 0.36 0.41

0.31 0.40 0.45

0.35 0.43 0.48

Fuente: Hidrología Aplicada  –  Ven  Ven Te Chow, 1994

Para el caso de que se tengan diferentes tipos de cobertura y/o de pendientes se considerará para el cálculo un coeficiente C medio. El valor se lo determina en función del área de cada zona en relación al área total.

⋯+  ∗    = 1 ∗ 1 + 2 ∗ 2 + ⋯+

Para el presente trabajo, considerando que no se cuenta con información respecto al uso de suelos del área de implantación i mplantación del proyecto, se ha procedido a realizar una inspección visual mediante la herramienta digital Google Earth, apreciándose lo siguiente:

Características de la Superficie Características Zonas verdes (jardines, parques, etc.), condición pobre (cubierta de pasto