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