Ejemplo 1EJEMPLOS DE DISEO DE ALCANTARILLAS.

EJEMPLO 1.Disear la alcantarilla de la fig. adjunta, que cruza un camino parcelario con un ancho de 5.5 m.ANCHO DE+L CAMINO = 5.50mBORDOTALUD MAXIMO 1.5 : 1101.60COVERTURABORDOTRANSICION DE TRANSICION DEENTRADA SALIDA111.5 Va2 1.5 1.5Y1100.00 2g99.90Y2 4 : 1 (MAX.)D4 : 1 (MAX.)S = 0.002 12 3 4Caractersticas del Canal Aguas Arriba y Aguas Abajo.Q =0.70m3/seg.(Mximo)Z =1.50S =1.00o/oon =0.025b =1

Y1 =Y2 =0.59V =0.63V20.022g

Solucin :El diseo se har siguiendo los criterios recomendados en los Items 4.3.1.3 y 4.3.1.41 )Seleccin del Dimetro.Qmx = Di2Di =0.70Di =0.83733.46640106De acuerdo con la tabla para dimensiones de tuberas, escogemos :36. pulgDi =0.91442 )Cota del Tubo en 2.Area = 3.1416 x Di2 / 4 =0.6566944285Va = Q / A =1.0659447831.5 Va2 / 2g =0.087Nivel de Cargas Aguas Arriba =100.00 +0.59 =100.59Cota del tubo en 2 =100.59 -( D + 1.5 Va2 / 2g )99.588731633 )Longitud de las Transiciones : Entrada y Salida.Lt =4 DiLt =3.7Longitud de la Tubera :Cota del camino :101.6Cota del punto 2 :99.58873163L =2 [ 1.50 (101.60 -99.59 ) ]+ 5.50L =11.6Cota en 4 :Esta cota al igual que la del punto 1, se obtiene del perfil del canal,Cota 4 :99.94 )Carga hidrulica Disponible.Sera la diferencia de niveles entre el punto 1 y 4. H =( 100.00+ 0.59 ) -( 99.90 +0.59 ) H =0.10(Debe ser mayor o igual a las prdidas de carga)5 )Inclinacin de la Transicin de Entrada.La inclinacin mxima recomendada es 4 : 1Lt3.709.00Cota 1 - Cota 2100.00- 99.59La inclinacin sera 9 : 1 < 4 : 1 ; se acepta.6 )Balance de Energa entre 1 y 4.E1 = E4 + prdidas. prdidas = Pe + Pf + Ps( A )Pe =Prdidas por Entrada = 0.50Va2 / 2g=0.029Ps =Prdidas por Salida = 0.65Va2 / 2g=0.038Pf =Prdidas por friccin = f (L/D) xVa2 / 2g=0.019Donde :f =0.025(Comunmente asumido en casos prcticos).L =11.6(Se puede redondear a 12.00)D =0.9144 prdidas =0.0855991646E1 =100.00 +0.59 +0.02 =100.6090001E4 + prd. =99.90 +0.59 +0.02 +0.086 =100.5945992En la Ecuacin (A) debe cumplirse la igualdad, o ser E1 ligeramente mayor, ennuestro caso se tiene :E1 - E4 + prdidas =0.0144008354Lo que significa que no habr problema hidrulico, segn nuestro clculo la alcantarilla funcionar perfectamente.Cota en 3 :La pendiente del tubo es :2 o/ooLuego :12.00 x0.002 =0.024Cota 3 =Cota 2 -0.024 =99.564731637 )Inclinacin de la Transicin de Salida.3.7011.099.90- 99.56La inclinacin sera : 11.0 : 1 < 4 : 1 ; Se acepta.Altura de la Cobertura :Cota 2 + Cota 399.582101.60 - (99.58 +0.9144 )1.108868371.10 > 0.60 (mnimo requerido)No existe problema.8 )Longitud de Proteccin.Es la longitud del enrocado en seco colocado a mano, entre la transicin y el canalde tierra y segn el Item 4.3.1.4 ser :Lp =3 DiLp =2.8El enrocado se colocar slo en la salida y en un espesor de 0.2 m.

Ejemplo 2EJEMPLO 2.Cual ser el caudal mximo que evaca la alcantarilla de 36" de dimetro de la fig. adjunta, paradesagar una quebrada que cruza un camino, si el nivel mximo de agua en la quebrada es de3.02m y a la salida la descarga es libre.1299.523.0296.5036 pulg96.4520Solucin :Estableciendo balance de energa entre 1 y 2 :E1 = E2 + prdidas.(A) prd. = Pe + PfPe = Prdidas por entrada = KeVa2 2gKe =0.50 (Comnmente adoptado para este caso) prd. = 0.50Va20.025 x20.00x Va2 2g0.9144 2g prd. = 1.047Va2 2gReemplazando valores en la igualdad (A) se tiene :99.52 =96.45 +0.9144 Va21.047Va2 2g 2gVa2 =4.54564148Q =Va x A =2.99m3 / seg.

Ejemplo 3EJEMPLO 3.Calcular hidraulicamente la alcantarilla en el cruce del canal Batangrande con un caminoparcelario, la pendiente del canal es de 4 /oo y no es posible modificarlo, ni antes ni despusdel cruce, puesto que el canal ya est construdo, adems el lecho y los taludes son de material pedregoso (canto rodado medio).Caractersticas del Canal en Tierra.Q =5.00m3 / seg.b =2.50m.n =0.035Z =1.50Y =0.95m.V =1.34m / seg.V 2 =0.0922gH =1.30(Altura de caja del canal).

ESQUEMA PRELIMINAR

5.50102.00 123 4100.0099.92S TRANSICIONLONGITUD DE ALCANTARILLA TRANSICIONSolucin :Son muchos y diferentes los criterios que entran en juego cuando se disea hidrulicamenteuna obra de arte y a veces stos escapan a los ya establecidos, al fin y al cabo cualquieraque sea el criterio, ste tendr que ser comprobado de manera que se demuestre que lasolucin adoptada satisface el problema planteado.Criterios :1.-Este es un caso que comunmente se presenta en la prctica, despus de disearel perfil, se procede al diseo de las obras de arte cuando ya no se puede variar larasante del canal.2.-Nuestro punto de partida para iniciar el diseo, ser asumir una velocidad en la alcantarilla igual o casi igual igual a la velocidad en el canal.3.-En este caso disearemos la alcantarilla para que trabaje a pelo libre, an para elcaudal mximo, debido a que ste ha sido calculado sin tener en cuenta los aportespor precipitacin, lo cual nunca debe omitirse.4.-Segn el problema se tiene :Velocidad de diseo =1.34m / seg.Caudal mximo =5.00m3 / seg.Area = Q / V =3.73m2Si asumimos una plantilla de 3 m, nos resulta un tirante de :Area = Plantilla x Tirante =3.73m2Tirante =1.25En consecuencia podemos asumir una alcantarilla de dos ojos, cada ojo de seccinrectangular de : 1.5 x 1.5, con un borde libre de 0.25 que puede servir para los arenamientos y para caudales imprevistos o extraordinarios mayores a Qmx. .20 1.501.25 .20.201.50 .201.50 .205.-Longitud de Transiciones.Lt =T1 - T22 Tan /2T1 = b + 2 Z y =2.50 +2 x 1.50x 0.95 =5.35T2 =3.2 / 2 = 45(Para asegurar una mayor capacidad de embalse encasos fortuitos).Lt =1.075Como Lt, resulta demasiado corto se toma:Lt = D + b =46.-Cota de la plantilla de la alcantarilla en el punto 2.Cota 1 =100del perfil del canal.Nivel de agua en 1 =100.00 +0.95 =100.95Cota en 2 =100.95 -1.25 =99.7Nivel de agua en 2 =99.70 +1.25 =100.957.-Longitud de la Alcantarilla.Cota del camino =102Cota del punto 2 =99.7Diferencia de cotas =2.3Longitud =5.50 + 2( 1.50 x2.30 ) =12.48.-Cota de la plantilla de la alcantarilla en 3.S =V n21.34 x0.01420.001r 2/30.603S =1 /ooCota punto 2 -( 0.001 x12.40 ) =99.70 -0.0120Cota de la plantilla en 3 =99.688Nivel de agua en 3 =100.93801529.-Cota de la plantilla en el punto 4.Se obtiene del perfil del canal y sta equivale a :Longitud de alcantarilla + transiciones =20.4

Desnivel =( 0.004 x20.40 ) =0.0816Cota 1 -0.0816 =100.00 -0.0816 =99.9184Cota de la plantilla en 4 =99.9184Nivel de agua en 4 =99.92 +0.95 =100.868410.-Chequeo o comprobacin hidrulica.E1 = E4 + prdidas.(A)En este caso calcularemos las prdidas analticamente.Prdidas por Entrada.Pcg =f1 - A22V222 tg 45 A122gA1 =( 2.50 +1.50 x0.95 ) x0.95 =3.73m2A2 =2 ( 1.50 x1.25 ) =3.75m2P1 =2.50 +2 x 0.951 +1.50 =5.925273712P2 =2 ( 1.25 x2+ 1.50)=8R1 =0.6292958235R2 =0.46875R =0.5490229118(promedio)f =0.0037Reemplazando valores se tiene :Pcg =0Prdidas por friccin.S =0.001Prdidas =12.40 x0.001 =0.011984842Prdidas por Salida.Peg = ((V3 - V4) / 2g )2 = A4 - 1 2V42 A3 2gRazn de anchuras : T4 =5.35= 1.67 T33.20Con este valor y con / 2 = 45, se obtiene : =0.8(Aprox.)A4 =3.73m2A3 =3.75m2Reemplazando valores, se obtiene :Peg =011.-Sumatoria de prdidas.Prd. = Pe + Pf + Ps =0.0123973385Se puede apreciar que cuando se proyecta con velocidades iguales las prdidas decargas se pueden despreciar.Reemplazando valores en la igualdad (A).E1 = E4 + prdidas.100.0+ 0.95 +0.092 =99.92 +0.95 +0.0124101.042 =100.882Difer. =0.1591215198Lo que significa que no habr problemas hidrulicos, puesto que la carga hidrulicaen 1 es mayor que en 4.12.-Inclinacin de las transiciones.Transicin de entrada.4.0013.3o sea13.3 : 1100.00 -99.70Transicin de salida.4.0017.2o sea17.2 : 199.92 -99.69Ambas son ms planas que 4 : 1, luego se aceptan.ESQUEMA DEFINITIVO

102.00 123 4100.95100.87

100.00 1.5099.9299.70S = 1 o/oo99.6884.0012.404.00