aducciones final 2.pdf

41
HIDRAULICA DE LOS CONDUCTOS Los primeros experimentos relativos al flujo de agua en tuberías se llevaron a cabo en el año de 1850, cuando Darcy y Weisbach dedujeron experimentalmente una expresión para calcular las pérdidas: h = (f*L / d o ) * (v 2 / 2g) en donde :

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Page 1: ADUCCIONES FINAL 2.pdf

HIDRAULICA DE LOS CONDUCTOS

Los primeros experimentos relativos al

flujo de agua en tuberías se llevaron a

cabo en el año de 1850, cuando Darcy

y Weisbach dedujeron

experimentalmente una expresión

para calcular las pérdidas:

h = (f*L / do) * (v2 / 2g)

en donde :

Page 2: ADUCCIONES FINAL 2.pdf

h= Pérdida de la carga (m/m)

L= Longitud del tubo(m)

do= Diámetro (m)

V= Velocidad media del agua (m/s)

g= Gravedad(m/s2 )

f= factor de fricción

Page 3: ADUCCIONES FINAL 2.pdf

COEFICIENTE DE FRICCIÓN

El coeficiente de fricción de Darcy,

f, para tuberías de sección

circular se obtiene utilizando las

siguientes ecuaciones:

Flujo laminar (Re < 2000)

Flujo turbulento (Re > 4000)

Page 4: ADUCCIONES FINAL 2.pdf

Flujo Laminar: f= 64/Re

COEFICIENTE DE FRICCIÓN

Flujo turbulento (Re > 4000)

Blasius f= 0.316/Re 0.25

Prandtl-Von Kárman (1920)

f= 2(8g) 0.5 log ( 14.8 *R)

KS

Page 5: ADUCCIONES FINAL 2.pdf

NÚMERO DE REYNOLDS-DIAGRAMA DE MOODY

Como alternativa, puede

utilizarse el diagrama de

Moody para evaluar el factor

f.

Deben evitarse diseños con

flujos en la zona de transición

(2000 < Re < 4000) .

Page 6: ADUCCIONES FINAL 2.pdf

ECUACIONES EMPÌRICAS

MANNING

HAZEN WILLIAMS

FLAMANT

Page 7: ADUCCIONES FINAL 2.pdf

ECUACIÓN DE MANNING El ing. Irlandés Robert Manning en el año de 1889, a la edad

de 73 años propuso una fórmula basada en el trabajo de Darcy y Bazin ( 1855-1860) en canales experimentales reales .

Manning seleccionó 7 ecuaciones de flujo uniforme para velocidad en canales abiertos y calculó la velocidad en un rango de R entre 0.35 y 30 m en cada fórmula para una pendiente dada.

De etos resultados preliminares, concluyó que la velocidad era proporciona a R 4/7 y S ½ .

Para obtener una ecuación más general, analizó los resultados de Bazin en canales semicirculares revestidos con mortero y concluyó que el exponente de R era muy cercano a los 2/3 .

Q=(1/n)*A* R 2/3 S ½

Page 8: ADUCCIONES FINAL 2.pdf

DETERMINACIÓN DEL “ n de Manning”

Es una medida de la rugosidad de las paredes de la tubería .

Si n aumenta, la velocidad disminuye y la profundidad normal aumenta. El flujo se frena por fricción.

Si n disminuye, la velocidad aumenta y la profundidad normal disminuye. La capacidad hidráulica aumenta = mayor caudal.

M1. Material del conducto

2. Forma y tamaño del conducto

3. Profundidad de flujo

4. Tipo de uniones

5. Número de uniones por unidad de longitud

6. Desalineamiento horizontal del conducto

7. Desalineamiento vertical del conducto por efecto de las uniones

8. Depósitos de material en el conducto

9. Entrada de flujos laterales puntuales al conducto

10. Penetración de raíces

11. Crecimiento de biofilmes en el interior del conducto

Page 9: ADUCCIONES FINAL 2.pdf

n de manning

Para los niveles de complejidad de sistema medio alto y

alto, el valor del coeficiente n de rugosidad de Manning en

tuberías de pared lisa debe definirse entre 0.009 y 0.013,

previa aprobación de la empresa prestadora del servicio de

recolección y evacuación de aguas residuales.

Para los niveles de complejidad de sistema bajo y medio,

donde las condiciones de mantenimiento preventivo se

hacen en forma ocasional, el coeficiente n de rugosidad de

Maning se debe establecer con base en la tabla que se

presenta a continuación.

Page 10: ADUCCIONES FINAL 2.pdf

1. Deformación del colector

Material

n

CONDUCTOS CERRADOS

Asbesto - cemento

0.011 - 0.015

Concreto prefabricado interior

liso

0.011 - 0.015

Concreto prefabricado interior

rugoso

0.015 - 0.017

Concreto fundido en sitio,

formas lisas

0,012 - 0,015

Concreto fundido en sitio,

formas rugosas

0,015 - 0,017

Gres vitrificado

0.011 - 0.015

Hierro dúctil revestido

interiormente con cemento

0.011 - 0.015

PVC, polietileno y fibra de

vidrio con interior liso

0.010 - 0.015

Metal corrugado

0.022 - 0.026

Colectores de ladrillo

0.013 - 0.017

CONDUCTOS ABIERTOS

Canal revestido en ladrillo

0.012 - 0.018

Canal revestido en concreto

0.011 - 0.020

Canal excavado

0.018 - 0.050

Canal revestido rip-rap

0.020 - 0.035

Page 11: ADUCCIONES FINAL 2.pdf

ECUACIÓN DE HAZEN -WILLIAMS

En 1902 se estableció la fórmula de Hazen Williams, tanto para tuberías como para canales en régimen turbulento. Hoy en día su uso se ha generalizado solo para tuberías y específicamente para diámetros menores de 2”. A la fórmula de Hazen-Williams se le critica el ser empírica y el no poderse utilizar en líquidos diferentes al agua. Sin embargo su precisión ha sido suficientemente probada.

La fórmula original en el sistema inglés (Q en pies3 / seg y Ø en pies es :

Q = 1.318 C * D 2.63 * S0.54

Page 12: ADUCCIONES FINAL 2.pdf

ECUACION HAZEN-WILLIAMS

Donde “C” se conoce como el coeficiente de Hazen-Williams y es propio de cada material y S es el gradiente hidráulico (pendiente de la línea piezométrica) en m/m

Si se utiliza el sistema métrico (Q en M3/ seg y Ø en metros), la fórmula se expresa como :

Q = 0.2785 C*D2.63 * S0.54

En Colombia es usual utilizar el caudal en litros/seg y el Ø en pulgadas, en cuyo caso la ecuación se transforma en :

Q = 0.0178C * do2.63 * S0.54

Page 13: ADUCCIONES FINAL 2.pdf

ECUACION DE HAZEN-WILLIAMS

RESTRICCIONES

SOLO TRANSPORTE DE

AGUA

do mayores a 2”

Velocidad màxima 3 m/seg

Page 14: ADUCCIONES FINAL 2.pdf

C COEFICIENTE DE HAZEN

TIPOS DE TUBERÍAS C

Asbesto cemento 140

P.V.C 150

Ladrillo 100

Hierro galvanizado- HIERRO

DÙCTIL

120

Acero 145

Cobre 140

Page 15: ADUCCIONES FINAL 2.pdf

ECUACION DE FLAMANT La fórmula de Flamant ha sido la más

comúnmente adaptada para tuberías de pequeño diámetro ( MENOR DE 2”).

J= 4Cf V

1.75/do1.25

J=6.1 Cf Q1.75/do4.75

Cf = 0.0001 PVC

EMPLEADA EN REDES DE DISTRIBUCIÓN EN EDIFICIOS

Page 16: ADUCCIONES FINAL 2.pdf

ECUACIÓN DE COLEBROOK -

WHITE

fd

k

f o

s

Re

51.2

7.3log2

110

Page 17: ADUCCIONES FINAL 2.pdf

ECUACIÓN DE COLEBROOK -WHITE y

ECUACIÒN DE DARCY

fd

k

f o

s

Re

51.2

7.3log2

110

h = (f*L / do) * (v2 / 2g)

1

2

DE LA ECUACIÒN 2 SE DESPEJA f

ghd

Lv

ghd

Lv

f

Lv

ghdf

o

f

o

2

2

1

2

1

0

2

2

ghd

Lv

d

k

ghd

Lv

o

s

o 0

102Re

51.2

7.3log2

2

3

IGUALANDO 1 Y 3

Page 18: ADUCCIONES FINAL 2.pdf

ECUACIÓN DE COLEBROOK -WHITE y ECUACIÒN DE DARCY

ooe

vdvdR

ghdvd

Lv

d

k

ghd

Lv

o

s

o 00

102

51.2

7.3log2

2

Lghd

vd

v

d

k

Lghd

v

o

s

o 00

102

51.2

7.3log2

2

REEMPLAZANDO

Se OBTIENE

DIVIDIENDO POR L SE TIENE

Page 19: ADUCCIONES FINAL 2.pdf

HIDRAULICOGRADIENTEL

hJS

f

W .

gdSdd

k

gdS

v

wo

s

ow 00

102

51.2

7.3log2

2

REEMPLAZANDO Y CANCELANDO v

Aplicando ecuaciòn de continuidad

Page 20: ADUCCIONES FINAL 2.pdf

ECUACION FINAL

gdSdd

kAgdSQ

wo

sow

00

102

51.2

7.3log**22

Rugosidad Ks (m) MATERIAL

1.5 * 10-6 PVC

4*10-4 CONCRETO

3*10-4

GRES

1.5 *10-4

HF-HG

1.2 *10-4

HIERRO DUCTIL

Page 21: ADUCCIONES FINAL 2.pdf

PRESENTACION PLANOS

D_

38

68

67

D_

37

D_

36

63

66

65

64

62

61

D_

35

60

59

D_

34

58

57

D_

33

56

55

54

53

D_

32

51

D_

31

50

49

69

8.0

6

69

8.4

0

70

5.8

4

70

0.7

3

70

2.9

6

70

1.2

5

69

6.9

9

69

9.0

7

69

8.3

2

70

0.2

2

69

6.5

7

69

1.6

9

69

7.2

7

68

9.7

7

69

2.5

8

69

6.1

7

68

8.7

5

69

8.1

7

68

1.5

8

68

4.2

2

68

4.3

2

68

9.5

6

69

1.4

5

69

1.8

1

68

9.5

8

69

1.1

9

69

0.8

4

46

D_

30

47

45

D_

29

43

D_

27

41

42

40

D_

26

38

71

5.1

7

71

6.9

9

71

2.8

5

71

2.0

6

71

0.9

8

71

2.1

8

71

0.9

0

70

2.1

8

70

0.1

7

70

1.8

6

71

2.7

8

70

3.5

1

PUNTO 34

D_

25

36

35

33

32

29

28

-3

D_

24

28

-2

D_

23

28

-1

28

27

-1

26

25

D_

22

24

D_

21

21

D_

18

20

D_

17

D_

5

19

D_

15

D_

14

D_

13

17

D_

11

16

D_

10

14

13

CA

3-S

A

CA

2-S

A

CA

1-S

A

45

C

ABSCISA

TERRENOCOTA

74

9.2

3

74

8.3

0

74

8.1

0

74

7.5

5

74

4.6

3

74

2.9

6

74

5.5

8

73

7.1

9

74

0.3

0

73

5.1

1

73

6.9

4

73

4.3

1

73

4.8

7

73

3.1

4

73

3.9

1

73

0.6

5

73

1.5

1

72

5.6

9

73

0.7

3

72

5.8

2

72

8.3

0

72

3.5

2

72

2.1

8

71

9.0

8

72

1.6

0

71

9.3

4

72

4.2

9

72

3.1

5

72

5.3

6

72

1.6

4

72

2.4

1

71

6.8

2

71

4.4

5

71

6.8

4

71

9.4

8

71

7.4

5

74

8.8

1

71

5.9

2

PIEZOMETRICACOTA

COTATUBERIA

TUBERIADIAMETRO

PRESIÓN(m.c.a)

122.84°

CA

1-E

N7

48

.30

CA

3-E

N7

47

.55

CA

2-E

N7

48

.10

DE

S-E

N7

47

.82

PLANTA Y PERFIL

UBICACIÓN GENERAL

ACUEDUCTO LA CHINA - TROYA

DE 71

PLANO :CONTIENE :

ESC HOR 1 : 2500

ESCALA :FECHA :DIGITALIZO :

CALCULO :

LEVANTAMIENTO :

REVISION : ESC VERT 1 : 500

PLANTA

1:1000

PERFIL

1:1000 H

1:100 V

Page 22: ADUCCIONES FINAL 2.pdf

PLANOS-PLANTA

14.36°

Page 23: ADUCCIONES FINAL 2.pdf

PLANOS PERFIL

326.7

23

4

323.9

68

K0+

235.9

21

2

332.7

69

3

K0+

222.9

3

D4

K0+

200.7

0

D5

K0+

209.7

3323.4

57

323.4

19

6

K0+

194.4

15

K0+

187.5

2

326.2

64

326.5

06

K0+

168.8

7

D2

K0+

138.4

7335.6

07

D3

K0+

156.3

4

331.3

56

D1

K0+

110.7

4339.0

49

324.1

29

7

K0+

196.6

1

338.6

7338.6

7

326.1

2

322.8

6

330.7

6

323.5

3

337.0

2

336.5

5

337.4

2

336.7

4

10.9

0

13.6

9

6.6

6

13.2

1

0.0

0

PUNTO

REFERENCIA

ABSCISA

COTA TERRENO

COTA CLAVE

PIEZOMETRICA

PRESION (m.c.a)

Page 24: ADUCCIONES FINAL 2.pdf

PERFIL HIDRAULICO

326.7

23

4

323.9

68

K0+

23

5.9

212

332.7

69

3

298.5

14

K0+

60

6.1

5D

13

301.2

74

K0+

58

7.6

9D

12

33

K0+

59

8.1

3

T11

K0+

60

4.5

1

299.3

50

298.5

58

32

K0+

56

8.6

33

02.3

92

31

K0+

55

3.5

53

03.7

94

28

K0+

49

7.0

83

09.9

20

29

K0+

51

5.3

23

09.9

10

D11

K0+

47

5.5

33

12.5

32

27

K0+

45

7.7

93

13.0

16

D10

K0+

44

3.5

83

14.2

57

25

K0+

41

5.1

0

26

K0+

42

4.0

6

316.9

91

314.9

02

D9

K0+

40

1.4

33

19.8

13

24

K0+

38

5.3

13

18.0

05

30

K0+

53

4.2

63

05.6

29

23

K0+

36

4.8

93

16.8

67

21

K0+

33

5.4

23

14.7

32

22

K0+

35

3.4

23

15.5

43

D8

K0+

32

3.8

63

15.0

96

19

K0+

31

0.4

0

17

K0+

29

6.8

7

317.3

68

318.6

55

D7

K0+

28

2.3

53

21.1

30

16

K0+

26

6.1

9

15

K0+

26

0.2

2

321.3

89

320.8

97

K0+

22

2.9

3

13

K0+

24

2.1

53

19.6

53

D4

K0+

20

0.7

0

D5

K0+

20

9.7

33

23.4

57

323.4

19

D6

K0+

25

1.6

53

24.5

12

6

K0+

19

4.4

15

K0+

18

7.5

2

326.2

64

326.5

06

K0+

16

8.8

7

D2

K0+

13

8.4

73

35.6

07

D3

K0+

15

6.3

4

331.3

56

D1

K0+

11

0.7

43

39.0

49

324.1

29

7

K0+

19

6.6

1

338

.67

320

.53

326

.12

322

.86

330

.76

323

.53

320

.30

323

.91

309

.32

311

.93

314

.13

314.5

314.3

319

.21

332

.43

331

.94

334

.10

33.8

5

330

.83

330

.37

309

.31

300

.67

298

.92

305

.03

1273800 E

1273700 E

1273500 E

1273600 E

PUNTO

REFERENCIA

ABSCISA

COTA TERRENO

COTA CLAVE

PIEZOMETRICA

LINEA DE CARGA ESTATICA

Page 25: ADUCCIONES FINAL 2.pdf

ADUCCIONES ACUEDUCTO DEL RIO ZULIA

Page 26: ADUCCIONES FINAL 2.pdf

RELLENO DE

MATERIAL DE

SIN PIEDRAS

EXCAVACION

Variable

EXCAVACION PARA INSTALACION DE LA

TUBERIA DE ADUCCION

ESC : _______________________1:20

TUBERIA Ø 3"

CAPA DE ARENA

0,10

Page 27: ADUCCIONES FINAL 2.pdf

ACCESORIOS

CODOS

VÁLVULAS DE CORTE

VÁLVULAS DE VENTOSA

VÁLVULAS DE PURGA

VÁLVULAS REDUCTORAS

CÁMARAS DE QUIEBRE

PASOS ELEVADOS

Page 28: ADUCCIONES FINAL 2.pdf

CODOS

Horizontales

=45 o

Los codos en la planta

se determinan en base

al ángulo de deflexión

. Se utilizan los

codos comerciales de

11 1/4o 22 1/2o

45o 90o y se

utiliza la deflexión

máxima permita en la

tubería de PVC de 6o.

Page 29: ADUCCIONES FINAL 2.pdf

CODOS VERTICALES ( cambio de pendiente)

+

+

+

+

--

--

--

--

Suma de

pendientes

Diferencia de

pendientes

SUMA O

DIFERENCIA

CODO

8.7% - 30%

31%-53%

54%-83%

84%-119%

120%-180%

11 ¼

22 ½

22 ½ + 11 ¼

45

45 + 11 ¼

Page 30: ADUCCIONES FINAL 2.pdf

Codos especiales Son los codos cuyas tangentes determinan ángulos con un plano horizontal

y además tienen deflexión en el mismo plano. Esto ocurre cuando hay coincidencia en cambio de direcciòn y pendiente en un trazado

Para determinar estos codos se debe calcular el ángulo verdadero entre tangentes; :

Cos = Cos Cos Cos + Sen Sen

= Angulo entre tangentes

, = Angulo entre las tangentes y un plano horizontal

= Deflexión horizontal

Una vez determinado el ángulo entre tangentes se escoge el codo requerido con base es èste.

p1

PERFIL

p1 PLANTA

Page 31: ADUCCIONES FINAL 2.pdf

PLANTA ANCLAJE

.70

.40

.70

.21

.21

Anclaje en concreto 1:2:3

Codo 45º Ø16"

Material de relleno

ASTM Tipo I o II

Page 32: ADUCCIONES FINAL 2.pdf

CORTE ANCLAJE

.45.45 D=16"

1.30

Accesorio a anclar

CORTE A-A'

.40

.40

.475

.475

1.35

ASTM Tipo I o II

Anclaje en concreto de 21 MPa

Material de relleno

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VÁLVULAS DE CORTE

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VÁLVULAS DE VENTOSA

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Page 36: ADUCCIONES FINAL 2.pdf

B'

Ø 3" I = 2%

TUBERIA DE DRENAJE

REGISTRO

Ø 3"Ø 3"

B

0,12

0,800,12 0,12

0,80

0,12

VARIABLE

Ø 3"

0,10

PLANTA Y CORTE DE CAJA PARA VALVULAS DE VENTOSA

ESC : _______________________1:20

Las ventosas tendrán los siguientes diámetros mínimos:

Para tuberías con diámetro nominal menor o igual a 100 mm (4

pulgadas) el diámetro mínimo será de 50 mm (2 pulgadas).

Para tuberías con diámetro nominal mayor que 100 mm (4

pulgadas) el diámetro mínimo de las ventosas será de 75 mm (3

pulgadas

Page 37: ADUCCIONES FINAL 2.pdf

CONCRETO DE 2500 PSI

B'

Ø 3"

0,09

VARIABLE

0,12

0,12 0,12

Ø 3"

Ø 3"

Ø 3"

Ø 3"

0,80

0,80

0,12

0,12

Ø 3"

PLANTA Y CORTE DE CAJA PARA

VALVULAS DE PURGAESC : _______________________1:20

Se recomienda que el diámetro de la tubería de desagüe esté entre 1/3 y ¼ del

diámetro de la tubería principal, con un mínimo de 75 mm (3 pulgadas) para

tuberías mayores a 100 mm (4 pulgadas). Para diámetros menores debe

adoptarse el mismo diámetro de la tubería principal

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DETALLE ACCESORIOS PERFIL

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CÁMARA DE QUIEBRE

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PASO ELEVADO

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PASO ELEVADO