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DISEÑO DE ALCANTARILLAS
PASOS A SEGUIR PARA DISEÑO DE ALCANTARILLAS TRIANGULARES
CONSIDERANDO UNA SECCION TRIANGULAR
SECCION ELEGIDA
1.- POR SER ZONA LLUVIOSA
2.- DE ACUERDO A LAS NORMAS PERUANAS
DE DISEÑO DE CARRETERAS
FORMULAS PARA CUNETA TRIANGULAR
TALUD INTERIOR 1:1.5 Y TALUD EXTERIOR 1:1.5
RADIO HIDRAULICO
SECCION MOJADA
HALLANDO EL RADIO HIDRAULICO Y LA SECCION MOJADA
DATOS : n: 0.027 coeficiente de rugosidad (tierra)
n: 0.035 roca suelta
tomando en consideracion del proyecto establecemos una cuneta con las dimensiones
DIMENSIONES TOMADAS EN EL PROYECTO
b: 0.7
h: 0.5
Q: 0.4911
DIMENSIONES PARA NOSOTROS
CON TALUD 1:1.5 EXTERIOR Y INTERIOR DATOS
h: 1 0.4 ROCA K: 25
b: 1.5 0.6 TERRENO K: 33
encontramos
AREA: 0.24 SECCION MOJADA
RH: 0.14422205
DE LAS NORMAS TENEMOS QUE LA PENDIENTE MINIMA Y MAXIMA:
Smin: 0.50%
smax: 10.00%
considerando la mas critica
luego
Qe= 0.68877857 tierra
Qe= 0.52180195 ROCA SUELTA
𝑸 =𝑨 ∗ 𝑹𝑯
𝟐/𝟑 ∗ 𝑺𝟏/𝟐
𝒏
𝑹𝒉 =𝑯 ∗ 𝟏𝟑
𝟐
𝟏𝟎 𝑹𝑯 =
𝒏 ∗ 𝑽
𝑺𝟐
𝟑/𝟐
A=𝟏𝟑∗𝑯𝟐
𝟐
FINALMENTE TRABAJAMOS AL 75% CON LA FINALIDAD DE EVITAR EL REBALSE DEL AGUA
coeficient: 75%
Qe final= 0.51658393 trabajando en tierra
CALCULO DEL CAUDAL A DRENAR
Condiciones a tener en cuenta:
En zonas lluviosas la Longitud Máxima permitida para el desfogue de las
aguas que escurren por las Cunetas es de 100 a 140 m de longitud. Se
plantea el Diseño para el caso desfavorable en que las circunstancias
Económicas y Topográficas no lo permitan, teniendo una longitud de
140 m.
Como no se cuenta con datos Hidrológicos y teniendo conocimiento de la
situación climatológica del Tramo en Estudio (zona lluviosa), se tiene :
I: 62 mm/hr
(de la estación Weberbawer, en Cajamarca, la cual tien
similitud con la cuenca en estudio) y una Longitud horizontal transversal a drenar de:
L: 250 mts ANCHO DE LA CALLE: 4 mts
utilizamos la formula racional
Cálculo de Caudal por Precipitación Pluviométrica
DONDE:
I: 62 mm/hr intensidad de precipitacion
A: 7.5 Ha area a drenar
C: coefiente de escorrentia
teniendo en cuenta las condiciones topograficas del lugar
tipo de superficie C
SUELOS LIGERAMENTE PERMEABLES 0.15 0.4
PASTOS 0.36 0.42
Qi= 0.51666667 m^3/seg
Calculo del caudal que escurre por el pavimento:
C: 0.3
I: 62
A: 500 m^2 entonces 0.05 Ha
reemplazando en la formula
𝑸𝒊 =𝑪𝑰𝑨
𝟑𝟔𝟎
Qi: 0.00258333 m^3/seg
caudal total a drenar
Q total drenar: 0.51925 m^3/seg < 0.68877857 (tierra)…Ok
verificacion de la velocidad:
A: 0.24 m^2
A: 0.18 m^2
Qdrenar: 0.51925 m^3/seg
luego:
Vd: 2.88472222 m/seg
Vmin= 0.60m/seg < 2.88472222 < Vmax 6 m^3/seg
Está última expresión garantiza evitar posteriores problemas de Erosión y sedimentacion.
el tirante es: 0.4 mts
trabajando al 75%
luego:
Y: 0.3 mts
Por tratarse de un camino vecinal, optamos por la conformación de cunetas sin revestir.
Consideraciones Generales:
1.- El diseño se basa estrictamente al Plano adjunto.
2.- El diseño considera que el mayor desfogue de la Alcantarilla será en un
tramo en contrapendiente, es decir recibirá un canal igual al doble del que
se escurre por la cuneta de una longitud de 250m.
3.- El cálculo de la capacidad hidráulica de la Alcantarilla se obtiene a
través de la fórmula de Manning.
4.- Longitud mínima de alcantarilla propuesta L alc = 5.00 m.
DISEÑO DE ALCANTARILLA
primer diseño
𝑸𝒊 =𝑪𝑰𝑨
𝟑𝟔𝟎
𝑸𝒊 =𝑸 𝒅𝒓𝒆𝒏𝒂𝒓
𝑨
SUSTENTO HIDRAULICO
D= 0.6 Y= 75% D
Y= 0.45
Φ=
R= 0.3
HALLANDO EL ANGULO
H= (0.6- 0.45) 0.15 mts
tag a= 0.5
entonces
a= 29.5167 grados sexagesimales
hallando sumatoria 180 angulo llano mas los angulos agudos
Φ= 239.0334 Sexage… 4.17191985 Rad
CALCULO DE LA CAPACIDAD HIDRAULICA DE UN DREN CILINDRICO
30 0.523598776
DONDE n: 0.025 material de acero
0.02359878
considerando una seccion de maxima eficiencia
Qmáx Pmín Rmáx
teniendo en cuenta las formulas siguientes
sabemos
𝑸 =𝑨 ∗ 𝑹𝑯
𝟐/𝟑 ∗ 𝑺𝟏/𝟐
𝒏
R=𝒅
𝟒∗ (𝟏 − 𝒔𝒆𝒏)
A= 𝟎. 𝟏𝟐𝟓 ∗ − 𝒔𝒆𝒏 ∗ 𝑫^𝟐)
S= 5%
LUEGO:
A= 0.127306365 m^2
R= 0.135622468 mts
LA FORMULA DE MANING SE TIENE
Qc= 0.300572704 mts^3/seg
El diseño contempla dos Drenes cilíndricos por lo que la capacidad
hidráulica de la Alcantarilla será doble:
Qd: 2*Qe
Qd: 0.60114541 mts^3/seg
Verificacion de la velocidad de disenio:
Vd= Qc/A
Vd= 4.72203734 mts/seg
Vmin 0.60mts/seg < 4.72203734 < 5mts/seg
Cálculo del Caudal Pluviométrico a Drenar:
Considerando que la alcantarilla se encuentra en una pequeña quebrada, el caudal a drenar sera:
Qdrenar = 2 Qtalud + Qquebrada
El área a drenar de cada talud será de 250 m. de carretera y 300 m. de seccion transversal
Empleando
donde:
C: 0.3
I: 62 mm/Hr
A= 7.5 Ha
Q talud= 0.3875 mts^3/seg
Q drenar= 1.37614541 mts^3/seg
comparacion
Q drenar= 1.37614541 < Qd= 1.20229081 mts^3/seg … ok
VERIFICACION DE LA VELOCIDAD
A= 0.28274334 m^2 Trabajando a toda la seccion llena
A 75%= (0.75*0.282743338823081) TRABAJANDO AL 75%
A 75%= 0.2120575 m^2
𝑸𝒕𝒂𝒍𝒖𝒅 =𝑪𝑰𝑨
𝟑𝟔𝟎
Q drenar= 1.37614541 m^3/seg
luego:
Vd= 6.48949167 m/seg
comparando:
Vmin=0.6 < Vd= 6.48949167 < Vmax=6 m^3/seg OK
DATOS
Area de la cuenca: 7.5 Ha 0.075 km^2
longitud del cauce: 700 mts
elevacion superior : 2970 msnm
elevacion inferior: 2950 msnm
periodo de retorno: 15 años
longitud alcantarilla: 250 mts
ancho canal descarga: 3 mts seccion cuadrada
diseño
tiempo de concentracion:
S= 0.02857143 m/m
hallando el valor de k:
K: 13583.3192
REEMPLAZANDO EL K PARA LA FORMULA:
tc: 11.8715971 min 0.19785995 horas tc
por la formula de hidrologia
DISEÑO CON ABACOS EJEMPLO DE CLASE
𝑽𝒅 =𝑸 𝒅𝒓𝒆𝒏𝒂𝒓
𝑨
𝑺 =𝑪𝑶𝑻𝑨 𝑺𝑼𝑷 − 𝑪𝑶𝑻𝑨 𝑰𝑵𝑭
𝑳𝑶𝑵𝑮𝑰𝑻𝑼𝑫
𝒌 = 𝟑. 𝟐𝟖 ∗𝑳
𝑺𝟏/𝟐
𝒕𝒄 = 𝟎. 𝟎𝟎𝟕𝟖 ∗ 𝒌𝟎.𝟕
Donde
Tc : Tiempo de concentración, en minL : Máxima longitud del recorrido, en m.
s : pendiente de la cuenca
tc= 11.8729227
observamos que el tiempo de concentracion por las formulas coinciden.
detrminamos el coeficiente de uniformidad
CU= 1.61153478
COEFICIENTE DE ESCURRIMIENTO 0.3
SEGUN EL PROYECTO LA INTENSIDAD LO AN SACDO DE LA ESTACION DE LA UNC
I= 62 mm/hr
calculo del caudal de descarga:
Q= 0.62446973 m^3/seg
elegimos el tipo de alcantarilla tentativo forma del conducto y tipo de entrada
diametro 0.6 mts
Suponer que nuestra alcantarilla escurre con CONTROL A LA ENTRADA
trabajando con los monogramas
fig= 5.21
caso 1
tenemos
HE/D= 0.72 DESPEJANDO monograma
HE= 0.432 mts
Tipo de alcantarilla = Tubo circular de Metal Corrugado Standard con bordes cuadrados,
Muro Frontal y Alas.
0.385
0.77
cS
L0.01947t
𝑪𝑼 = 𝟏 +𝒕𝒄𝟏.𝟐𝟓
𝒕𝒄𝟏.𝟐𝟓 + 𝟏𝟒
𝑸 = 𝑪𝑼 ∗𝑪𝑰𝑨
𝟑. 𝟔
verificamos la carga maxima
tabla 5.5
He max= 0.9 mts
comparando
He < He max resultado es apropiado
Suponer que nuestra alcantarilla escurre con CONTROL A LA SALIDA.
Calcular la altura de agua a la salida de la alcantarilla (Tw)
despejandoTw:
tenemos: n: 0.025
s: 0.028571429
Q= 0.624469726
obtenemos Tw: 0.13
Q= 0.640209205
RH=𝑨
𝑷=
𝟑∗𝑻𝒘
𝟐∗𝑻𝒘+𝟑 𝑸 =
𝑨
𝒏∗ 𝑹𝑯
𝟐𝟑 ∗ 𝑺
𝟏𝟐
𝑸 =𝟑 ∗ 𝑻𝒘
𝒏∗ (
𝟑 ∗ 𝑻𝒘
𝟐 ∗ 𝑻𝒘 + 𝟑)
𝟐𝟑∗ 𝑺
𝟏𝟐
TENEMOS
COMO : Tw< D La salida no es sumergida
Calcular la altura de la línea piezométrica aproximada (ho):
tenemos dc= 0.45
Linea piez= 0.525 mts
tenemos que
tenemos que la linea piezometrica es mayor que el Tw
calculando el H como la salida no es sumergida se utiliza los monogramas
fig: 5.24
Ke= 0.5 tabla 5.8
(con muro de frontal perpendicular al eje del tubo sin o con Muros de ala y bordes cuadrados)
Con el nomograma de la Figura 5.24
para longitud del a alcantarilla: 15 mts
se tiene:
Q= 0.62446973 m^3/seg
D= 0.6 mts
H= 0.11 mts
𝑳𝑰𝑵𝑬𝑨 𝑷𝑰𝑬𝒁𝑶𝑴 =𝒅𝒄 + 𝑫
𝟐
La profundidad del agua en la entrada medida desde el umbral
He= 0.20642857 mts
Teniendo el valor de He (Control de Entrada) y He (Control de Salida), se debe verificar
que tipo de control tiene nuestra alcantarilla. Para eso debemos escoger el mayor de los dos
valores y ese también será el tipo de control que tenga:
He(entrada)= 0.432
He(salida)= 0.206428571
𝑯𝒆 = 𝑯 + 𝒉𝟎 − 𝑳 ∗ 𝑺𝟎