DISEÑO DE ALCANTARILLAS Y SIFONES.UNPRG

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL

 ALCANTARILLA Y SIFON SIFON

CURSO

: HIDRÁULICA APLICADA

DOCENTE : Ing. HAMILTON VLADIMIR CUEVA CAMPOS

INTEGRANTES: CHIROQUE NIMA WILLIAM RAMOS FERNÁNDEZ ALAIN PANTA BARANDIARAN JUAN CICLO

: 2013-I

LAMBAYEQUE, LAMBAYEQUE, NOVIEMBRE DEL 2013

DISEÑO DE UNA ALCANTARILLA CIRCULAR TIPO TMC

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I.- INTRODUCCIÓN

El diseño de alcantarillas y sifones deberá realizarse en función de las características de la cuenca hidráulica a ser drenada y de la carretera a la que prestará servicio. Como los sistemas de drenaje inciden en los costos de conservación y mantenimiento de las carreteras, es necesaria que sean proyectadas considerando que su funcionamiento deberá estar acorde con las limitaciones impuestas por los sistemas de conservación y métodos de mantenimiento.

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II.- ALCANTARILLAS DEFINICION Las alcantarillas son conductos cerrados, de forma diversa, que se instalan o construyen transversales y por debajo del nivel de la subrasante de una carretera, con el objeto de conducir, hacia cauces naturales, el agua de lluvia proveniente de pequeñas cuencas hidrográficas, arroyos o esteros, canales de riego, cunetas y/o del escurrimiento superficial de la carretera.

De acuerdo a las condiciones topográficas del corredor de la carretera, se puede considerar que las alcantarillas servirán para drenar: planicies de inundación o zonas inundables, cuencas pequeñas definidas o para colectar aguas provenientes de cunetas.

También podríamos decir que es un canal cubierto de longitud relativamente corta diseñado para conducir el agua a través de un terraplén (por ejemplo, carreteras, vías de ferrocarril, presas). Es una estructura hidráulica que puede conducir aguas de creciente, aguas de drenaje, corrientes naturales por debajo de la estructura de relleno en tierras o en rocas.

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ELEMENTOS CONSTITUYENTES Los elementos constitutivos de una alcantarilla son: el ducto, los cabezales, los muros de ala en la entrada y salida, y otros dispositivos que permitan mejorar las condiciones del escurrimiento y eviten la erosión regresiva debajo de la estructura. Entre las principales tenemos:



Bocatoma: entrada o abanico.



Barril: cuerpo central o garganta



Difusor: salida o abanico de expansión.



Batea: es el fondo del barril o cuerpo central.



Corona o Clave: es el techo del cuerpo central o garganta.



Muros Aleta: son los muros que permiten la transición del flujo a la entrada y a la salida de la estructura de cruce.

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MATERIALES Los materiales que se utilizarán en la construcción de las alcantarillas serán de TC (tubería de concreto) TMC (tubos metálicos corrugados) CCA (Cajones de concreto armado), aunque las alcantarillas metálicas son de fácil instalación, en zonas de alto potencial corrosivo, se debe preferir el uso de alcantarillas de concreto.

CUENCA DE DRENAJE. La cuenca de drenaje de una corriente es el área que contribuye al escurrimiento y proporciona parte o todo el flujo del curso tributario. El área drenante es, por tanto, un factor importante para la estimación de la avenida de diseño y deberá ser cuidadosamente definida por medio de: a) fotografías aéreas, b) levantamiento topográfico, c) cartas topográficas

y d) observaciones en el

terreno. El escurrimiento en una cuenca dependerá de diversos factores, tales como el área, la pendiente, las características del cauce principal (longitud y pendiente), elevación (cota) de la cuenca y red de drenaje. No se puede analizar con el mismo criterio una cuenca pequeña o tributaria que una cuenca grande. En una cuenca pequeña, la forma y cantidad del escurrimiento están influenciadas por las condiciones físicas del suelo; por lo UNPRG-2013-I

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tanto, el estudio hidrológico deberá enfocarse con más atención a la cuenca misma. En cambio en una cuenca grande, el efecto de almacenaje del cauce es muy importante, por lo que se deberá dar, también, atención a las características de este último.

CARACTERÍSTICAS DEL CAUCE. Para disponer de una representación precisa del cauce será necesario obtener secciones transversales en el sitio probable de cruce, el perfil longitudinal y el alineamiento horizontal, así como las zonas de inundación. El perfil longitudinal se extenderá, a partir del sitio propuesto para la alcantarilla, tanto aguas arriba como aguas abajo, una distancia suficiente para definir la pendiente del cauce. Se observará, también, las características generales del cauce, tales como: tipo de suelo o roca del fondo, condiciones de las márgenes, tipo y extensión de la cobertura vegetal, cantidad de arrastre de materiales y de desechos, y cualquier otro factor que pudiera influir en el dimensionamiento de la alcantarilla y en la durabilidad de los materiales de construcción.

SECCION HIDRAULICA CIRCULAR TIPO TMC Se denomina así a las tuberías formadas por planchas de acero corrugado galvanizado, unidas con pernos. Esta tubería es un producto de gran resistencia con costuras empernadas que confieren mayor capacidad estructural, formando una tubería hermética, de fácil armado. Entre sus características más resaltantes tenemos: 

Sección variable entre: 24, 36, 48,60 y 72 pulgadas.



Coeficiente de Manning 0.024



Superficie corrugada

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Perdid as de carga según p rincip ales tipo s de emb ocadu ra de entrada. Fuente: Cariciente, 1985.

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PARAMETROS DE DISEÑO El diseño del sistema de drenaje transversal menor de una carretera se realizará tomando en cuenta, para su solución, dos pasos básicos: el análisis hidrológico de la zona por drenar y el diseño hidráulico de las estructuras. El análisis hidrológico permite la predicción de los valores máximos de las intensidades de precipitación o picos del escurrimiento, según el caso, para períodos de retorno especificados de acuerdo a la finalidad e importancia del sistema. El Diseño hidráulico permite establecer las dimensiones requeridas de la estructura para desalojar los caudales aportados por las lluvias, de conformidad con la eficiencia que se requiera para la evacuación de las aguas.

1.

AL INEA CIÓN.

La localización óptima de una alcantarilla consistirá en proporcionar a la corriente una entrada y una salida directa. Cuando no se puedan lograr estas condiciones, se las puede obtener por medio de los procesos siguientes: un cambio en el trazado del cauce, una alineación o una combinación de ambas. Se deberá tener presente que es conveniente evitar que el cauce cambie bruscamente de dirección, en cualquier de los extremos de la alcantarilla, puesto que se retardaría el flujo de la corriente, provocando un embalse excesivo y, posiblemente, hasta el colapso del terraplén. La alineación requiere unas

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alcantarillas más largas, que se justifica por el mejoramiento en las condiciones hidráulicas y por la seguridad de la carretera.

2.

PENDIENTE.

La pendiente ideal para una alcantarilla es aquella que no produzca sedimentación, ni velocidades excesivas y erosión, y que, a su vez, permita la menor longitud de la estructura. La capacidad de una alcantarilla con salida libre (no sumergida) no aumenta cuando la pendiente sea mayor que la “pendiente crítica”, puesto que la capacidad está determinada, en este caso, por el volumen de agua que puede ingresar por la entrada.  Así mismo, la capacidad de una alcantarilla, con pendiente muy reducida, pero con salida sumergida, puede variar según la carga hidráulica; en este caso, la rugosidad interna de la alcantarilla es un factor que debe tenerse en cuenta. Para evitar la sedimentación, la pendiente mínima será 0,5 por ciento.  Además, es conveniente que el fondo de la alcantarilla coincida con el nivel promedio del cauce, aguas arriba y aguas abajo de la estructura; en caso contrario, será necesario proteger la entrada y salida de la alcantarilla.

3.

LONGITUD DE LA AL CANTARILL A.

La longitud necesaria de una alcantarilla dependerá del ancho de la corona de la carretera, de la altura del terraplén, de la pendiente del talud, de la alineación y pendiente de la alcantarilla y del tipo de protección que se utilice en la entrada y salida de la estructura. La alcantarilla deberá tener una longitud suficiente para que sus extremos (entrada y salida) no queden obstruidos con sedimentos ni sean cubiertos por el talud del terraplén. 4.

VELOCIDAD DE LA CORRIENTE.

Las alcantarillas por su características, generalmente, incrementan la velocidad del agua con respecto a la de la corriente natural, aunque lo ideal sería que la velocidad en el cauce aguas abajo fuese la misma que tenía antes de construir la alcantarilla. Las altas velocidades en la salida son las más peligrosas y la erosión potencial en ese punto es un aspecto que deberá tenerse en cuenta. UNPRG-2013-I

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Para establecer la necesidad de protección contra la erosión, la velocidad a la entrada y/o salida deben compararse con la máxima velocidad permisible (no erosiva) del material del cauce, inmediatamente aguas arriba y/o aguas abajo de la estructura. Cuando la velocidad de salida resulte muy alta o el material del cauce es particularmente susceptible a la erosión, podrían requerirse dispositivos para disipar la energía del escurrimiento de salida. Estos dispositivos pueden variar desde un delantal inclinado hasta un tanque de amortiguación.

5.

CARGA ADMISIBLE A LA ENTRADA.

 A fin de evitar que el agua sobrepase la corona de la carretera, la altura permisible del remanso (HEP) en la entrada de la alcantarilla se establecerá como el valor menor que resulte de considerar los siguientes criterios: a) disponer de un bordo libre mínimo de 1,00 m, medido desde el nivel de la rasante y b) que no será mayor a 1,2 veces la altura del ducto.

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6.

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ÁREA DE DRENA JE.

El área de drenaje se puede determinar en las cartas topográficas (escala 1:25.000), o en fotografías aéreas, y se considerará como la superficie en proyección horizontal limitada por el parte-aguas. Esta área se calculará por cualquier método y se expresará en hectáreas o en kilómetros cuadrados.

7.

INTENSIDADES.

Se determinarán las intensidades de precipitación y se relacionarán con su frecuencia y duración. Aunque la información hidrológica disponible no es suficiente, el SENAMHI publica, periódicamente, análisis estadísticos de intensidades que permite calcular, por medio de las ecuaciones pluviométricas, la relación intensidad-frecuencia-duración, para cada una de las denominadas “zonas de intensidades” en que está dividido el país.

8.

COE FICIENTE DE ESCO RRE NTÍA .

Este coeficiente establece la relación que existe entre la cantidad total de lluvia que se precipita y la que escurre superficialmente; su valor dependerá de varios factores: permeabilidad del suelo, morfología.

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9.

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CAUD AL DE DISEÑO

Existen varios métodos para evaluar los caudales de diseño que pueden ser: 

Em p íri co s. Que se emplean para tener una idea preliminar sobre el caudal de diseño, o bien cuando no se conocen las características de la precipitación en la zona correspondiente a la cuenca en estudio; los métodos más comunes son Creager y Lowry. 

Sem i-em p íric o s.

Estos métodos son similares a los anteriores, pero hacen intervenir a la intensidad de la lluvia en la relación funcional que define el caudal de diseño. Estos métodos se basan en el conocimiento del ciclo hidrológico y difieren de otros en el mayor o menor detalle con que se toman los factores que intervienen en dicho ciclo. Los métodos más usados son el Racional y el de Ven Te Chow . 

Es tad íst ic o s.

Son de gran utilidad en sitios en que se cuenta con un buen registro de caudales ocurridos. Se basan en suponer que los caudales máximos anuales aforados en una cuenca, son muestra aleatoria de una población de caudales máximos. Difieren entre ellos en la forma de la función de distribución de probabilidades que suponen tiene la población. 

Mod elo s Matem átic os

Existen actualmente una serie de modelos matemáticos de gran utilidad que requieren datos extensos y completos los cuales son difíciles de obtener. No obstante, todos las limitaciones que puedan presentarse, se recomienda su utilización, debiendo tener cuidado de la información que se ingresa y de la interpretación de los resultados

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CRITERIOS DE DISEÑO Según las investigaciones de laboratorio, se dice que la alcantarilla no se sumerge si la carga a la entrada es menor que un determinado valor crítico, denominado H*, cuyo valor varía desde 1.2D, a 1.5D siendo d el diámetro o altura de la alcantarilla.

AL CANTA RILLA TIPO I (SALIDA SUMERGIDA)

La carga hidráulica H*, a la entrada es mayor al diámetro D, y el tirante Yt, a la salida, es mayor D, en este caso la alcantarilla es llena: Luego:

∗> >…. .

AL CANTA RILLA TIPO II (SAL IDA NO SUMERGIDA ).

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 > ∗ 1.2 ≤ ∗≤ 1.5  < ……..  AL CANTA RILLA TIPO III. (SALIDA N O SUMERGIDA).

>∗  < ………… . AL CANTA RILLA TIPO IV. (SALIDA NO SUMERGIDA).

      . AL CANTA RILLA TIPO V. (SALIDA NO SUMERGIDA)

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