UNIVERSIDAD NACIONAL PEDRO RUIZ GALLO
FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL, SISTEMAS Y ARQUITECTURACARRERA
PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL
CURSO:HIDRAULICA APLICADAPROYECTO :DISEO DE
ALCANTARILLASDOCENTE: Ing. ZELADA ZAMORA, WILMERALUMNO:REINA MORI,
WUILVER ANTONIO.CODIGO:051836-JUNIVERSIDAD NACIONAL PEDRO RUIZ
GALLOU.N.P.R.G
LAMBAYEQUE, FEBRERO DEL 2012
HIDRAULICA APLICADAPgina 4
INTRODUCCINEntre una de las obras de arte pertenecientes a las
hidrulica se encuentran las alcantarillas, estas estructuras son
muy usadas cuando se desea seguir el curso de agua de un canal o un
dren, por debajo de un camino o por el de otro canal.Generalmente,
las alcantarillas reducen la seccin transversal del cauce de la
corriente ocasionando un represamiento de agua a su entrada y un
aumento de su velocidad dentro del conducto a la salida.En el
presente trabajo se planteara el diseo de una alcantarilla del tipo
cajn en cuyo xito debe radicar en la capacidad de esta estructura
para descargar de manera econmica la cantidad necesaria de agua
cumpliendo con los lmites establecidos de niveles de agua y
velocidad.Para realizar este cometido se realizara el diseo
hidrulico con los parmetros dados, as como su respectivo chequeo a
fin de determinar que dicha alcantarilla funcione hidrulicamente;
tambin se determinara la estructura y los materiales ms adecuados
teniendo en cuenta que el diseo debe cumplir con lo establecido
anteriormente.
I. TEMA:Diseo De alcantarillasII. OBJETIVOS:Disear una
alcantarilla del tipo cajn.III. MARCO TEORICO: a. Conceptos:i.
Alcantarillas: Son conductos que pueden ser de seccin circulares o
de marco (cuadradas o rectangulares) usualmente enterradas,
utilizadas en desages o en cruces con carreteras, pueden fluir
llenas o parcialmente llenas dependiendo de ciertos factores tales
como: dimetro, longitud, rugosidad y principalmente los niveles de
agua, tanto a la entrada como a la salida.
Es asi como desde el punto de vista prctico, las alcantarillas
se han clasificado en funcin de las caractersticas del flujo a la
entrada y a la salida de la misma.
Segn las investigaciones de laboratorio, se dice que la
alcantarilla no se sumerge si la carga a la entrada es menor que un
determinado valor crtico denominado H\ cuyo valor vara de 1.2 D a
1.5 D siendo D el dimetro o altura de la alcantarilla.ii. Criterios
de diseo 1. El diseo hidrulico de una alcantarilla consiste en la
seleccin de su dimetro de manera que resulte una velocidad promedio
de 1.25 m/seg., en ciertos casos se suele dar a la alcantarilla una
velocidad igual a la del canal donde sta ser construida, slo en
casos especiales la velocidad ser mayor a 1.25 m/seg. 2. La cota de
fondo de la alcantarilla en la transicin de entrada, se obtiene
restando a la superficie normal del agua, el dimetro del tubo ms
1.5 veces la carga de velocidad del tubo cuando ste fluye lleno o
el 20% del tirante de la alcantarilla. 3. La pendiente de la
alcantarilla debe ser igual al a pendiente del canal. 4. El relleno
encima de la alcantarilla o cobertura mnima de terreno para caminos
parcelarios es de 0.60 m y para cruces con la panamericana de 0.9
m. 5. La transicin tanto de entrada como de salida en algunos casos
se conectan a la alcantarilla mediante una rampa con inclinacin
mxima de 4:1. 6. El talud mximo del camino encima de la
alcantarilla no debe ser mayor de 1.5:1 7. En cruce de canales con
camino, las alcantarillas no deben disearse en flujo supercrtico.
8. Se debe determinar la necesidad de collarines en la
alcantarilla. 9. Normalmente las alcantarillas trabajan con nivel
del agua libre, llegando a mojar toda su seccin en periodos con
caudales mximos. 10. Las prdidas de energa mximas pueden ser
calculadas segn la frmula:
Donde los coeficientes de prdida pueden ser determinadas segn lo
explicado anteriormente: Pe = Prdidas por entrada Ps = Prdidas por
salida Pf = Prdidas por friccin en el tubo Va = Velocidad en la
alcantarilla El factor f de las prdidas por friccin, se puede
calcular mediante el diagrama de Moody o por el mtodo que ms se
crea conveniente.
iii. Tipos de alcantarilla por el flujo a la entrada y a la
salida
Tipo I: Salida sumergidaLa carga hidrulica H* a la entrada es
mayor al dimetro D, y el tirante Yt a la salida, es mayor a D, en
este caso la alcantarilla es llena: Luego: H* > D Yt > D
Alcantarilla llena
Tipo II: salida no sumergidaTipo V: Salida no sumergida H <
H*Yt < Yc Flujo subcrtico en la alcantarilla Flujo supercrtico
en la salida
H > H* 1.2 H* 1.5 Yt < D Alcantarilla llena
Tipo III: Salida no sumergida H > H Yt < D Parcialmente
llena
Tipo VI: Salida no sumergida H < H* Yt < Yc Flujo
supercrtico en la alcantarilla Flujo supercrtico en la entrada En
diseos preliminares rpidos se recomienda usar H* = 1.5 D
IV. DISEO DE ALCANTARILLA Problema a ResolverUn camino
carrozable cruza un canal a travs de un terrapln instalado en el
cauce de dicho canal el terrapln a su vez obstruye el flujo de agua
en el canal y para solucionar el problema se cree conveniente
instalar una alcantarilla tipo cajn.Datos:Para el canalTirante
(y):0.64 mAncho de solera (b):1.4 mTalud (Z):1Coef. De rugosidad
(n):0.030Pendiente (S):0.007 m/mVelocidad (v): 1.53 m/sBorde libre
(Bl): 0.3 mAdems la capacidad portante del material de fondo es:
Para el terrapln Elevacin de corona: 27.74 msnm.Talud : 1.5 Angulo
de rozamiento interno: 33Peso especfico (): 1800 Kg/m3Ancho : 10
mVehculo de paso: H20ESQUEMA PRELIMINAR
V. MEMORIA DE CLCULO1. Para el canal:
2. Para la alcantarilla:Asumimos la velocidad de diseo igual a
la del canal: Velocidad de diseo: 1.53 m/s Caudal (Q):1.99 m3/s 2
m3/sAplicando:
Si asumimos una plantilla de 1.5 m nos resulta un tirante
de:
En consecuencia podemos asumir una alcantarilla tipo cajon de:
1.5 x 0.9, con un borde libre de 0.25 que puede servir para los
avenamientos y para caudales imprevistos o extraordinarios mayores
a Qmx, lo cual nos de una alcantarilla de seccin rectangular de
dimensiones 1.5 m x 1.15 m
3. Para Las TransicionesCalculo de la longitud de la
transicin
Asumimos , para una transicin de longitud corta.
Como resulta demasiado corto tomamos:
4. Cotas y longitudes para el perfil de la alcantarilla Cota de
la plantilla de la alcantarilla en el Punto 2Cota en 1: 26.430
msnmNivel de agua en 1 = cota en 1 + Tirante de canalNivel de agua
en 1 = 26.430 + 0.64Nivel de agua en 1 = 27.07 msnm Cota en 2 =
Nivel de agua en 1 Tirante de alcantarillaCota en 2 = 27.07 0.9
msnmCota en 2 = 26.17 msnm Nivel de agua en 2 = cota en 2 + tirante
de alcantarillaNivel de agua en 2 = 26.17 + 0.9Nivel de agua en 2 =
27.07 msnm Longitud de la alcantarillaCota de corona del camino =
27.74 msnmCota en 2 = 26.17 msnmDiferencia de cotas = 27.74
26.17Diferencia de cotas = 1.57 m Por lo tanto la longitud de la
alcantarilla ser:
Pendiente para la alcantarillaAplicando la frmula de Manning y
considerando que la alcantarilla ser de concreto armado para lo
cual n=0.014 Tenemos:
Para lo cual:
Por lo tanto:
Cota de la alcantarilla en el punto 3Cota en 3 = cota en 2 S x
Long. Alcantarilla Cota en 3 = 26.17 0.0015 x 15.00 Cota en 3 =
26.1475 msnm Nivel de agua en el punto 3Nivel de agua en 3 =
26.1475 + 0.9Nivel de agua en 3 = 27.0475 msnm Cota en el punto
4Teniendo la pendiente del canal, Longitud de la alcantarilla,
Longitud de la transicin, Desnivel = 0.007 x (15 +2 x 3 )Desnivel =
0.147 mCota en 4 = cota en 1 desnivelCota en 4 = 26.430 - 0.147Cota
en 4 = 26.283 msnm Nivel de agua en 4 Nivel de agua en 4 = cota en
4 + tirante de alcantarillaNivel de agua en 4 = 26.283 + 0.90Nivel
de agua en 4 = 27.183 msnm5. Comprobacin hidrulica de la
alcantarillaSabemos que:
Perdida en la transicin de entrada:K= 0.3
Perdida en la transicin de salida:K= 0.6
Perdida por friccin:
Energa en 1 ser:
Energa en 4 ser:
Ya que , se ha comprobado el funcionamiento hidrulico de la
alcantarilla6. Inclinacin de las transicionesTransicin de
entrada
3=11.54
26.43-26.17
Es decir:11.54:1
Transicin de salida
3=22.14
26.283-26.1475
Es decir:22.14:1
MEMORIA DE CLCULO ESTRUCTURAL