Informe de Alcantarillas

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INGENIERIA CIVIL

ALCANTARILLAS I.

INTRODUCCION Al desarrollarse la construcción de algunas obras de Ingeniería tales como las carreteras que cruzan el cauce natural, o artificial, se hace indispensable la construcción de obras apropiadas para drenar el agua que impide la construcción de dicha obra. Los drenajes transversales de carretera se hacen mediante alcantarillas, puentes y caídas. Con frecuencia, las alcantarillas tienen una luz más pequeña (=0.15

0.08-0.27

0.1

para tubo de concreto de espiga o de campana instalado al ras en el muro de cabeza vertical

0.10-0.33

0.15

para tubos de concreto salientes con extremos de espiga o de campana Para tubos de acero o de metal ondulado

0.2 0.5-0.9

0.85

 PROCEDIMIENTO DE CALCULO Un procedimiento significativo para el diseño de una alcantarilla, cuyos parámetros se indican en la siguiente figura, es como sigue:

1. Calcular las dimensiones del canal, es decir, definir sus dimensiones y parámetros hidráulicos.

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2. Calcular las dimensiones de la alcantarilla, para esto, con el caudal conocido, usando la tabla, 01 determinar el diámetro de la alcantarilla, recordar que para una transición de tierra elegir v=1.52 m/s. 3. Calcular el área A con el diámetro elegido:

4. Calcular la velocidad en el conducto, para esto, con el caudal dado y el área calculada, usar la ecuación de continuidad:

5. Calcular la carga de velocidad en la alcantarilla:

6. Calcular la elevación del nivel de agua a la entrada de la alcantarilla: NAEA=Cota A+y Dónde: NAEA = Elevación del nivel de agua en el canal, a la entrada de la alcantarilla. Cota A = cota de fondo del canal antes de la transición. Y = tirante en el canal. 7. Calcular cotas Cota B= NAEA – 1.5 hv-D Cota F = Cota B+D +cobertura Cota E = Cota A + H Dónde: Cota B = elevación del fondo de la tubería al inicio de la alcantarilla. Cota F = elevación de la carretera, o fondo del canal a atravesar. Cota E = elevación del ancho de corona del canal. H = profundidad del canal (incluye bordo libre) Cobertura = profundidad de cobertura de la alcantarilla 8. Calcular la longitud total de la alcantarilla:

Dónde: Z = talud del camino

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Esta longitud se redondea de acuerdo a un múltiplo de la longitud de tuberías que existen en el mercado. 9. Calcular caída en la tubería:

Dónde: = diferencia de cotas, al inicio y al final de la alcantarilla. L = longitud de la tubería. = pendiente de la tubería. = 0.05 10. Calcular Cota C:

Dónde: Cota C = elevación del fondo al final de la alcantarilla. 11. Calcular la pendiente de la línea de energía: (

)

12. Calcular hfE :

13. Calcular las pérdidas asumidas hT1, usando la ecuación 9.1:

14. Calcular el nivel del agua a la salida de la alcantarilla, NASA: NASA = NAEA 15. Calcular cota en D: Cota D = NASA – y Dónde: Cota D = elevación del fondo del canal después de la alcantarilla ESTRUCTURAS HIDRAULICAS

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y = tirante en el canal. 16. Calcular las longitudes de las transiciones: L1 = 3D o 5’ mín. L2 = 4D o 5’ mín. Se puede utilizar también la ecuación de Hinds:

17. Calcular el talud de la transición:

Verificar que sea menor que el talud 4:1, es decir que Z≥4

18. Calcular las pérdidas reales hT2, usando la siguiente ecuación

(

)

Dónde: = carga, en m = coeficiente de pérdidas a la entrada. D = diámetro de la tubería, en m n = coeficiente de rugosidad. L = longitud de la alcantarilla, en m Q = caudal, en m3/s 19. Verificar que

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≤

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VII.

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RESULTADOS Y DISCUSIÓN

01. Ejemplos de diseño (ANA) Ejercicio 1. Diseñar la alcantarilla de la figura adjunta, que cruza un camino parcelario con ancho de 5.5 m.

TALUD MAXIMO 1.5 : 1

ANCHO DEL CAMINO COBERTURA

BORDO TRANSICIÓN DE ENTRADA

TRANSICIÓN DE SALIDA

Características del canal aguas arriba y aguas abajo Q = 0.7 m 3/s (Máximo) Z = 1.5 S = 1 o/oo n = 0.025 b = 1.0 m Y1 = Y2= 0.59 m V = 0.63 m/s

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Solución El diseño se hará siguiendo los criterios recomendados en los ítems descritos anteriormente. 1. Selección del Diámetro Q max = Di2 √ Di = 0.836 escogemos: 36” Di = 36” = 0.9144 m

2. Cota del tubo en 2 Área =

= 0.6567 m2

Va= 0.087

El nivel de carga aguas arriba = 100 + 0.59 = 100.59 Cota del tubo en 2

(

)

3. Longitud de las transiciones entrada y salida Lt = 4 Di Lt = 3.66 ≈ 3.70 Longitud de la tubería: Cota del camino: 101.60 msnm Cota del punto 2: 99.59 msnm Long. = 2 (1.5 (101.60 – 99.59) ) + 5.50 Long. 11.53 ≈ 11.60 m Cota en 4:

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Esta cota al igual que la del punto 1, se obtiene del perfil del canal, cota 4: 99.90 m.s.n.m. 4. Carga hidráulica disponible Sería la diferencia de niveles entre el punto 1 y 4 ΔH = (100.00 + 0.59) – (99.90 +0.59) ΔH = 0.10 (Debe ser ≥ a las pérdidas de carga)

5. Inclinación de la transición de entrada La inclinación máxima recomendada es 4:1

La inclinación sería 9:1 < 4:1; se acepta

6. Balance de energía entre 1 y 4 ∑

∑

∑

Dónde: f=0.025 (comúnmente asumido para casos prácticos) L=11.60 (se puede redondear a 12) D=0.9144 m Los coeficientes de Pe y Ps

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∑

∑ En la ecuación (x) debe cumplirse la igualdad, o ser E1 ligeramente mayor, en nuestro caso se tiene: E1-(E4+∑

) = 100.61-100.596=0.014m

Lo que significa que no habrá problema hidráulico, según nuestro calculo la alcantarilla funcionara perfectamente. Cota en 3 La pendiente del tubo es 2 0/00 Luego: 12*0.002=0.024 Cota 3= cota 2-0.024 =99.57 msnm

7. Inclinación de la transición de salida

La inclinación seria: 11.2:10.60 (mínimo requerido); no existe problema 8. Longitud de protección Es la longitud del enrocado en seco colocado a mano, entre la transición y el canal de tierra y según el Ítems 4.3.1.4 será: Lp = 3 Di Lp = 3 x 0.9144 = 2.74 Lp = 2.80 m El enrocado se colocará solo en la salida y en un espesor de 0.2 m.

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9. COCLUSIONES Y RECOMENDACIONES  Se encontró diversos métodos de diseño hidráulico de una alcantarilla, dentro de los cuales tratamos el Método de Chanson H. y el Metodo de USBR. Desing of Small Canal Structures.  Se logró identificar las partes, tipos de alcantarillas así como el tipo de flujo presente en la alcantarilla a diseñar.

 Se logró establecer las circunstancias en las cuales será necesario la construcción de dicha obra hidráulica en la labor profesional.

10. BIBLIOGRAFIA  DISEÑO DE ESTRUCTURAS HIDRÁULICAS.- Máximo Villón Béjar, Editorial Villón, Primera edición, Lima, 2005. - Alcantarilla.  AUTORIDAD NACIONAL DEL AGUA.- Lima diciembre de 2010.  http://cybertesis.urp.edu.pe/bitstream/urp/162/1/quispe_po.pdf UNIVERSIDAD RICARDO PALMA -TESIS ALCANTARILLA.Bachiller Quispe Palomino Piter Orlando.- Factores que determinan el diseño de una alcantarilla.- Lima, 2008  http://www.fing.edu.uy/imfia/imfiaweb/sites/default/files/Teo7_09_ b.pdf CALCULO DE ALCANTARILLAS.- Curso de Hidrología e Hidráulica Aplicadas.

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