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HIDRÁULICA DE ALCANTARILLAS (CONTINUACIÓN)
INGENIERÍA SANITARIA II INGENIERÍA SANITARIA II –– CIV 3239 “B”CIV 3239 “B”
Ing. Amilkar Ernesto ILAYA AYZAIng. Amilkar Ernesto ILAYA AYZA
INTRODUCCIÓN
� El escurrimiento debe ser sin presión
para:
• Evitar el reflujo de las aguas, que produciría problemas en artefactos sanitarios
• Evitar la creación de zonas de contaminación (aguas residuales)
FORMULAS PARA EL DISEÑO
� Según Chezy:
� Manning propuso:
� Ecuación de Manning:
SRCV ⋅=
2
53
21
P
A
S
nQ=
⋅
21
321
SRn
V =
AVQ ⋅=
611
Rn
C =
( )
2
52
3
21
2
8
−
=
⋅
D
senD
S
nQ
θ
θθ
TENSION TRACTIVA
SRH
⋅⋅= γτ
SRH ⋅⋅= γτ
Pa5.1=τAlcantarillado pluvial
Pa1=τ
Alcantarillado sanitario
Pa6.0=τTramos de arranque A. Sanit.
DETERMINACIÓN EMPÍRICA DE LA TENSIÓN TRACTIVA
� Según Shields:
• τ = Resistencia del Sedimento al Movimiento (Tensión Tractiva) (Kg/m2)
• f = Constante = 0,04 – 0,8 (adimensional)
• γa = Peso específico del material de fondo (arena) (kg/m3)
• γw = Peso específico del agua (kg/m3)
• d90%-95% = Diámetro específico en metros, del 90% al 95% de las partículas que deben ser transportadas.
EJEMPLO 1
� Determinar la pendiente mínima de un
colector de alcantarillado de D = 0,25 m
de diámetro, si las partículas de la arena
hasta d = 2 mm de diámetro, tienen que ser transportadas, cuando el flujo es
18% de la capacidad llena del colector
(f=0,06 Adoptado para arena en
suspensión)
2
TIPOS DE SECCIONES
- Sección circular - Sección lenticular normal
TIPOS DE SECCIONES
- Sección lenticular realzada - Sección lenticular rebajada
TIPOS DE SECCIONES
- Sección en capacete - Sección circular realzada
TIPOS DE SECCIONES
� Las secciones tipo capacete y lenticular
son muy resistentes por su forma
geométrica, por lo que pueden utilizarse
para el caso de tener que soportar grandes cargas.
SECCION OVOIDE
- Sección ovoide normal - Sección ovoide peraltada
SECCION OVOIDE
- Sección ovoide ensanchada
- Sección ovoide rebajada
3
SECCION OVOIDE
� Las secciones ovoides presentan la
ventaja de que para un llenado parcial el
calado es mayor que en otras secciones,
muy conveniente en las redes unitarias por el efecto de arrastre que puede
realizar con caudales bajos, en
comparación con secciones circulares
de igual capacidad de desagüe.
COLECTORES VISITABLES
� Se componen básicamente de una bóveda, apoyada en paramentos verticales, andén lateral y cuna de sección geométrica semicircular en la parte inferior, para evacuación de aguas negras.
COLECTORES VISITABLES
� En general la característica hidráulica más interesante en estos colectores, es la capacidad de desagüe que pueden alcanzar caudales de hasta 80 m3/s con pendientes del 1% en eventos lluviosos y evacuar pequeños caudales de aguas negras
DIMENSIONADO A SECCION LLENA
� Para secciones circulares llenas:
4
DR =
21
32397.0
SDn
V ⋅⋅=
21
38312.0
SDn
Q ⋅⋅=
DIMENSIONADO A SECCION LLENA
� Para secciones NO circulares llenas
� Se utilizan las relaciones comparando con la sección circular:
� Para luego calcular la velocidad o caudal.
CIRCULAR
CIRCULARNO
A
A
CIRCULAR
CIRCULARNO
R
R
SECCIONES NO CIRCULARES LLENAS
Área
A (m2)
ANC/AC
4
CONOCIENDO LA VELOCIDAD O CAUDAL DE SECCION CIRCULAR: EJEMPLO 2
� Una tubería de alcantarillado con diámetro
60 cm, desagua con una pendiente de
1/500 un caudal Q a sección llena.
� Determinar el caudal y velocidad en una
sección ovoide normal 60/90 por Manning.
ALCANTARILLAS PARCIALMENTE LLENAS
� Para sección circular, con θ en radianes:
( )θθ senD
A −=8
2
DP2
θ=
⋅=
2
θsenDT
−⋅=
θ
θsenDR 1
4
−⋅=
2cos1
2
θDy
EJEMPLO
( )
2
52
3
21
2
8
−
=
⋅
D
senD
S
nQ
θ
θθ
SECCIONES CIRCULARES PARCIALMENTE LLENAS
� Pueden utilizarse gráficos o tablas, en
las cuales se utiliza la relación de
caudales y velocidades:
32
32
21
32
21
32
llllll
llll RA
RA
SRn
A
SRn
A
Q
Q
⋅
⋅=
⋅⋅
⋅⋅=
32
32
21
32
21
32
1
1
llll
ll R
R
SRn
SRn
V
V=
⋅⋅
⋅⋅=
SECCIONES CIRCULARES PARCIALMENTE LLENAS (TABLA)
y D y/D alfa Area R/D Area llena
Radio
hidráulico
lleno
V/Vll Q/Qll
0.01 1 0.01 0.40067 0.00 0.01 0.79 0.25 0.089 0.000
0.05 1 0.05 0.90205 0.01 0.03 0.79 0.25 0.257 0.005
0.10 1 0.10 1.28700 0.04 0.06 0.79 0.25 0.401 0.021
0.15 1 0.15 1.59080 0.07 0.09 0.79 0.25 0.517 0.049
0.20 1 0.20 1.85459 0.11 0.12 0.79 0.25 0.615 0.088
0.25 1 0.25 2.09440 0.15 0.15 0.79 0.25 0.701 0.137
0.30 1 0.30 2.31856 0.20 0.17 0.79 0.25 0.776 0.196
0.35 1 0.35 2.53221 0.24 0.19 0.79 0.25 0.843 0.263
0.40 1 0.40 2.73888 0.29 0.21 0.79 0.25 0.902 0.337
0.45 1 0.45 2.94126 0.34 0.23 0.79 0.25 0.954 0.417
0.50 1 0.50 3.14159 0.39 0.25 0.79 0.25 1.000 0.500
0.55 1 0.55 3.34193 0.44 0.26 0.79 0.25 1.039 0.586
0.60 1 0.60 3.54431 0.49 0.28 0.79 0.25 1.072 0.672
0.65 1 0.65 3.75098 0.54 0.29 0.79 0.25 1.099 0.756
0.70 1 0.70 3.96463 0.59 0.30 0.79 0.25 1.120 0.837
0.75 1 0.75 4.18879 0.63 0.30 0.79 0.25 1.133 0.912
0.80 1 0.80 4.42859 0.67 0.30 0.79 0.25 1.140 0.977
0.85 1 0.85 4.69239 0.71 0.30 0.79 0.25 1.137 1.030
0.90 1 0.90 4.99618 0.74 0.30 0.79 0.25 1.124 1.066
0.95 1 0.95 5.38113 0.77 0.29 0.79 0.25 1.095 1.075
1.00 1 1.00 6.28319 0.79 0.25 0.79 0.25 1.000 1.000
SECCIONES CIRCULARES PARCIALMENTE LLENAS (GRAFICO)
CAUDAL
VELOCIDAD
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SECCIONES CIRCULARES PARCIALMENTE LLENAS (GRAFICO)
CAUDAL
VELOCIDAD
EJEMPLO 3
� Determinar el tirante y la velocidad en una alcantarilla de diámetro 12 pulg y 1/200 m/m de pendiente con un valor de n = 0,013, Para un caudal de 10 l/s.
� Para usar la tabla o grafico debemos calcular a sección llena:
21
38312.0
SDn
Q ⋅⋅=
EJEMPLO
21
32397.0
SDn
V ⋅⋅=
y/H PARA SECCION OVOIDE NORMAL EJEMPLO 4
� Por una sección ovoide 60/90, circula un caudal de 844,5 l/s, la pendiente es del 1%, determinar el calado y la velocidad
�� SOLUCION:SOLUCION:� Calcular el caudal para una sección
circular llena de 600 mm� Calcular el caudal para una sección
ovoide normal llena 60/90� Calcular la relación de caudal parcial
y caudal lleno para recurrir al gráfico y determinar y/H.
ENERGÍA ESPECÍFICA Y TIRANTE CRITICO
g
VyE
⋅+=
2
2
2
2
2 Ag
QyE
⋅⋅+=
c
c
T
A
g
Q32
=
T
Ag
VF
⋅
=
FLUJO ESTABLE: 0.9 < F < 1.1
EJEMPLO 5
� Determinar el tipo de flujo en una alcantarilla pluvial de hormigón de D=30cm que transporta 20 l/s con una pendiente 2%. Aguas abajo se tiene otro colector con las mismas características pero con pendiente de 0.3%.
� Indicar el tipo de problemas que podrían producirse con esta disposición de alcantarillas.
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CUELLOS DE BOTELLA
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