Diseño de Cunetas

El presente trabajo consta del desarrollo del diseño de una cuneta para la Carretera Central del

Perú, comprendida en el distrito de Ninacaca. En su primera parte del trabajo se han evaluado las normas que rigen dicho diseño; también, se han tomado la sugerencia de autores referentes al tema.

En su segunda parte, el trabajo se ha enfocado netamente a la aplicación del diseño de las cunetas, planteando dos alternativas de desarrollo, una cuneta triangular y trapezoidal, adicionando el tipo de

recubrimiento que tendrán ambas alternativas.

Finalmente, se ha evaluado ambas alternativas para determinar cuál de ellas es la más adecuada.

DISEÑO DE LAS CUNETAS

CALCULO DE CAUDAL MAXIMO (METODO RACIONAL)

• Dónde:• Q: Caudal Máximo (m3/seg)• C: Coeficiente de escorrentía• I: Intensidad de precipitación máxima horaria (mm/h)• A: Área de la cuenca (Km2)

𝑄=𝐶𝐼𝐴3.6

TIEMPO DE CONCENTRACION (KIRPICH – CALIFORNIA CULVERT PRACTICE)

• Dónde:• L: Longitud del canal desde aguas arriba hasta la salida

(m)• H: Pendiente promedio de la cuenca (J*L), en metros

tc=0.01952 (𝐿3

𝐻 )0.385

INTENSIDAD DE PRECIPITACION

• Dónde:• I: Intensidad de la precipitación (mm/hr)• Tr: Tiempo de retorno (años)• D: Duración de la precipitación (Tc, min)

𝐼=615×𝑇𝑟 0.18

(𝐷+5 )0.685

CALCULO DEL CAUDAL DE DISEÑO (MANNING)

• Dónde:• Q: Caudal (m3/seg)• A: Área de la Sección hidráulica (m2)• R: Radio hidráulico (m)• S: Pendiente longitudinal de la Cuneta• n: Coeficiente de rugosidad o Manning

𝑄= 𝐴×𝑅2/3×𝑆1/2

𝑛

MEMORIA DE CALCULO

PROCEDIMIENTO Y CALCULO

• Primera mente se determinaran los datos generales que engloban al proyecto, como el tipo de suelo, talud, dimensiones mínimas para la cuneta y la pendiente del fondo de la cuneta.

• Continuando con el desarrollo se procederá con el cálculo del caudal máximo (Aplicando el Método Racional), coeficiente de escorrentía, el tiempo de concentración y la intensidad.

• Después se calculara el caudal de diseño (Aplicando la fórmula de Manning), para ello se propondrá una primera opción del fondo de la cuneta y se establecerá en coeficiente de rugosidad, en función al revestimiento. Se comparara ambos caudales calculados, si el caudal

• de diseño (Manning) es menor al Caudal máximo, se cambiara la opción del fondo de la cuneta.

• La sección de la será diseñado de forma triangular. Así mismo también se hará una propuesta para una cuneta de sección trapezoidal, para comparar ambos diseño.

TRAMO ELEGIDO

TIPO DE SUELO

• SUCS: SP Arena mal graduada con pocos finos (Arcilla y Limo)

• AASTHO: A-2-4 (0) Grava arenosa

Al tener este tipo de suelo con arena, el suelo es Semi-impermeable; por lo tanto, se recomienda que la cuneta este revestida con concreto simple.

DATOS PARA LA CUNETA

• Talud: 1:2• Pendiente: 0.5% y 1%• Dimensiones Mínimas:

Para una zona lluviosa de 1600 a 3000 mm/año

H = 40cm

A = 120 cm

EJEMPLO DE CALCULO

J = 1.0% Pendiente del tramo

L = 200 m Espaciamiento entre dos alcantarillas consecutivas

Vp = 4.5 - 6 m/s Velocidad Permisible

A = 0.02 Km2 Área total

C = 0.45 Coeficiente Ponderado de escorrentía

T = 20 años Periodo de Retorno para Cunetas

Datos:

TRAMO 0+200 0+400Efectuado bajo el principio de Flujo con movimiento uniforme, es decir, el calado y la velocidad se mantienen uniformes

a lo largo de la cuneta.

L =200.00m

H=J*L =2.00m

tc= 6.79 min

D = tc = 6.79 min

T retorno = 20 años

I = 194.58 mm/h

C = 0.45Area = 0.02 Km2

194.58 mm/h

Q=CIA/3.6 = 0.49 m3/s

1. Tiempo de Concentracion para la Cuneta:

2. Intensidad de Precipitacion

3. Caudal Maximo

I =

385,03

*0195.0

H

Ltc

4. Caudal de Diseño (Manning)

H Cuneta = 0.30 m Propuesto

Rh = 0.46

A mojada = 0.1125 m2

S = 0.01n = 0.013

Q = 0.51 m3/seg

Cumple

5. Evaluacion

RESUMEN DE CALCULOS

• Tiempo de Concentración

Progresiva: 0+000 – 0+200: 6.79 min

Progresiva: 0+200 – 0+400: 6.79 min

Progresiva: 0+400 – 0+600: 6.79 min

Progresiva: 0+600 – 0+800: 6.79 min

Progresiva: 0+800 – 1+000: 8.87 min

• Intensidad• Progresiva: 0+000 – 0+200: 194.58 mm/h• Progresiva: 0+200 – 0+400: 194.58 mm/h• Progresiva: 0+400 – 0+600: 194.58 mm/h• Progresiva: 0+600 – 0+800: 194.58 mm/h• Progresiva: 0+800 – 1+000: 174.11 mm/h

RESUMEN DE CALCULOS

• Calculo del Caudal Máximo• Progresiva: 0+000 – 0+200: 0.49 m3/seg• Progresiva: 0+200 – 0+400: 0.49 m3/seg• Progresiva: 0+400 – 0+600: 0.49 m3/seg• Progresiva: 0+600 – 0+800: 0.49 m3/seg• Progresiva: 0+800 – 1+000: 0.44 m3/seg

• Caudal por Manning• Progresiva: 0+000 – 0+200: 0.51m3/seg• Progresiva: 0+200 – 0+400: 0.51m3/seg• Progresiva: 0+400 – 0+600: 0.51m3/seg• Progresiva: 0+600 – 0+800: 0.51m3/seg• Progresiva: 0+800 – 1+000: 0.52 m3/seg

RESULTADOS FINALES

RESULTADOS FINALES

RESULTADOS FINALES

COMPARACION Hcanales

COMPARACION Hcanales

Conclusiones

• Todo el tramo elegido posee una terreno uniforme y constante, por tal motivo la constante de escorrentía no varía significativamente y solo se posee un valor.

• Por el tipo de suelo predominante en el lugar escogido para el diseño, el cual es Arena pobremente graduada con presencia de arcillas, se ha de necesitar el uso del revestimiento de Concreto Simple con f’c=175 Kg/cm2.

• El diseño de la cuneta, con sección triangular, no varía sus dimensiones a lo largo de todo el tramo de 1 Kilometro, a pesar de la pequeña variación de la pendiente. La sección para la Cuneta triangular es de Y=35 cm, H=45 cm y A=90 cm.

• En una comparación estructural ambas propuestas, triangular y trapezoidal, cumplen con los requerimientos; sin embargo, la propuesta trapezoidal posee una mayor cantidad de concreto simple, por ende un mayor costo.

• La sección trapezoidal propuesta, tiene las siguientes dimensiones: Y=30 cm, H=40 cm, B=40 cm y A=80 cm. Dichas dimensiones no varían drásticamente con respecto a la cuneta de sección triangular.

• Comparando el diseño realizado con el programa Hcanales, no se ha obtenido grandes diferencias.