EJEMPLOS DE DISEÑO DE ALCANTARILLAS. ALCANTARILLAS. EJEMPLO 1. Diseñar la alcantarilla de la fig. adjunta, que cruza un camino parcelario con un ancho de 5.5 m. ANCHO D! CA"#NO $ 5.5%m &O'DO
(A!)D "A*#"O +.5 +
+%+.-%
CO'()'A
('AN/#C#ON D
('AN/#C#ON D
N('ADA
/A!#DA +
+
+.5
+.5 a0
+
&O'DO
+.5
0g
+%%.%%
11.1% D
2 + 3"A*.4
2 + 3"A*.4 / $ %.%%0
+
0
2
Características del Canal Aguas Arria ! Aguas Aa"#. 6 : / n ;
$ $ $ $ $
%.7% m
3"89imo4
+ $ 0 $ %.51 m. $ %.- m
%.%0 m.
S#luci$n % l diseño se har8 siguiendo los criterios recomendados recomendados en los #tems 2..+. = 2..+.2
1 & Selecci$n Selecci$n del del Di'(etr# Di'(etr#.. 6m89 $ Di0 Di $ %.7% Di $ %.>7
$ .27 pulg.
De acuerdo con la ta;la para dimensiones de tu;er?as, escogemos Di $ %.1+22 %.1+22 m.
) & C#ta C#ta del Tu# Tu# en en ). Area $ .+2+.+2+- 9 Di0 < 2 $ a $ 6 < A $
+.%-- m
+.5 a0 < 0g $
%.%>7
%.-5-7 m0.
Ni@el de Cargas Aguas Arri;a $ Cota del tu;o en 0 $ +%%.51 B
+%%.%% %.51 $ 3 D +.5 a 0 < 0g 4
+%%.51 $ 11.51 m.
- pulg.
0
* & L#ngitud de las Transici#nes % Entrada ! Salida. !t $ 2 Di !t $ .7% m. !ongitud de la (u;er?a Cota del camino Cota del punto 0 ! $ ! $
+%+.-% m.s.n.m. 11.51 m.s.n.m.
0 +.5% 3 +%+.-% B ++.-% m.
11.51 4 E 5.5%
Cota en 2 sta cota al igual que la del punto +, se o;tiene del perfil del canal, Cota 2 11.1% m.s.n.m.
+ & Carga ,idr'ulica Dis-#nile. /er?a la diferencia de ni@eles entre el punto + = 2. Δ H = 3 +%%.%% %.51 4 B 3 11.1% %.51 4 Δ H = %.+% 3De;e ser ma=or o igual a las pFrdidas de carga4
& Inclinaci$n de la Transici$n de Entrada. !a inclinaciGn m89ima recomendada es 2 + !t Cota + B Cota 0
.7% +%%.%% B 11.51
1.%%
!a inclinaciGn ser?a 1 + 2 + I se acepta.
/ & 0alance de Energía entre 1 ! +. + $ 2 J pFrdidas. J pFrdidas $ Ke Kf Ks
3A4
Ke $ KFrdidas por ntrada $ %.5%
a0 < 0g$ %.%01
Ks $ KFrdidas por /alida $ %.-5 a0 < 0g$ %.%> Kf $ KFrdidas por fricciGn $ f 3!
$
+%%.%%
%.%>- m. %.51
%.%0 $
+%%.-+ m.
2 J pFrd. $
11.1%
%.51
%.%0
%.%>- $ +%%.51 m.
n la cuaciGn 3A4 de;e cumplirse la igualdad, o ser + ligeramente ma=or, en nuestro caso se tiene + B 2 J pFrdidas
$
%.%+2 m.
!o que significa que no ha;r8 pro;lema hidr8ulico, segLn nuestro c8lculo la alcantarilla funcionar8 perfectamente. Cota en !a pendiente del tu;o es 0 o
%.%02
Cota $
11.5- m.s.n.m.
Cota 0 B
%.%02 $
& Inclinaci$n de la Transici$n de Salida. .7% 11.1% B 11.5-
++.%
!a inclinaciGn ser?a ++.% + 2 + I /e acepta. Altura de la Co;ertura Cota 0 Cota 0
11.5>
+%+.-% B 3 11.5> %.1+22 4
+.++ m.
+.+% M %.-% 3m?nimo requerido4 No e9iste pro;lema.
2 & L#ngitud de Pr#tecci$n. s la longitud del enrocado en seco colocado a mano, entre la transiciGn = el canal de tierra = segLn el #tem 2..+.2 ser8 !p $ Di !p $ 0.>% m. l enrocado se colocar8 sGlo en la salida = en un espesor de %.0 m.
EJEMPLO ). Cual ser8 el caudal m89imo que e@acLa la alcantarilla de - de di8metro de la fig. adjunta, para desagar una que;rada que cruza un camino, si el ni@el m89imo de agua en la que;rada es de .%0m = a la salida la descarga es li;re. +
0
11.50
.%0
1-.5%
1-.25
- pulg
0%.%% m.
S#luci$n % sta;leciendo ;alance de energ?a entre + = 0 + $ 0 J pFrdidas.
3A4
J pFrd. $ Ke Kf Ke $ KFrdidas por entrada $
Pe
a0 0g
Pe $ %.5% 3ComLnmente adoptado para este caso4 J pFrd.
$
%.5%
a0 0g
J pFrd.
$
+.%27
a0 0g
%.%05 9
0%.%% %.1+22
9 a0 0g
+.%27
a0 0g
'eemplazando @alores en la igualdad 3A4 se tiene 11.50 $
a0 $ 6 $
a 9 A $
1-.25
%.1+22
2.55 m
m < seg.
a0 0g
EJEMPLO *. Calcular hidraulicamente la alcantarilla en el cruce del canal &atangrande con un camino parcelario, la pendiente del canal es de 2 Q
Características del Canal en Tierra. 6 ; n :
m < seg. m.
$ $ $ $ $ $
5.%% 0.5% %.%5 +.5% %.15 +.2
0 $ 0g
%.%10
H $
+.% 3Altura de caja del canal4.
m. m < seg.
ES34EMA PRELIMINAR
5.5% +%0.%%
+
0
2
+%%.%%
11.10 /
('AN/#C#ON
!ONR#()D D A!CAN(A'#!!A
('AN/#C#ON
S#luci$n % /on muchos = diferentes los criterios que entran en juego cuando se diseña hidr8ulicamente una o;ra de arte = a @eces Fstos escapan a los =a esta;lecidos, al fin = al ca;o cualquiera que sea el criterio, Fste tendr8 que ser compro;ado de manera que se demuestre que la soluciGn adoptada satisface el pro;lema planteado.
Criteri#s % +.B
ste es un caso que comunmente se presenta en la pr8ctica, despuFs de diseñar el perfil, se procede al diseño de las o;ras de arte cuando =a no se puede @ariar la rasante del canal.
0.B
Nuestro punto de partida para iniciar el diseño, ser8 asumir una @elocidad en la alcantarilla igual o casi igual igual a la @elocidad en el canal.
.B
n este caso diseñaremos la alcantarilla para que tra;aje a pelo li;re, aLn para el caudal m89imo, de;ido a que Fste ha sido calculado sin tener en cuenta los aportes
por precipitaciGn, lo cual nunca de;e omitirse. 2.B
/egLn el pro;lema se tiene elocidad de diseño $ Caudal m89imo $ Area $ 6 < $
+.2 5.%% .7
m < seg. m < seg. m0
/i asumimos una plantilla de m, nos resulta un tirante de Area $ Klantilla 9 (irante $
.7
m0
(irante $ +.05 m. n consecuencia podemos asumir una alcantarilla de dos ojos, cada ojo de secciGn rectangular de +.5 9 +.5, con un ;orde li;re de %.05 que puede ser@ir para los arenamientos = para caudales impre@istos o e9traordinarios ma=ores a 6m89.
.0%
+.5% +.05
.0%
.0%
5.B
+.5%
.0%
+.5%
.0%
!ongitud de (ransiciones.
!t $
(+ B (0 0 (an α<0 (+ $ ; 0 : = (0
$
$
0 9 +.5%
9 %.15 $
5.5 m.
.0% m.
α < 0 $ 25Q !t $
0.5%
3Kara asegurar una ma=or capacidad de em;alse en casos fortuitos4.
+.%> m.
Como !t, resulta demasiado corto se toma !t $ D ; $ -.B
2.%% m.
Cota de la plantilla de la alcantarilla en el punto 0. Cota + $ +%%.%% m.s.n.m. del perfil del canal. Ni@el de agua en + $ +%%.%% %.15 $ +%%.15 m.s.n.m. Cota en 0 $ +%%.15 B +.05 $ 11.7% m.s.n.m. Ni@el de agua en 0 $ 11.7% +.05 $ +%%.15 m.s.n.m.
7.B
!ongitud de la Alcantarilla. Cota del camino $ +%0.%% m.s.n.m. Cota del punto 0 $ 11.7% m.s.n.m. Diferencia de cotas $ 0.% m. !ongitud $ 5.5% 0 3 +.5% 9 0.% 4 $ +0.2% m.
>.B
Cota de la plantilla de la alcantarilla en .
/ $
n r 0<
0
+.2 9 %.%+2 %.-%
/ $ + Q> Ni@el de agua en $ +%%.1> m.s.n.m. 1.B
0
%.%%+
%.%+0%
Cota de la plantilla en el punto 2. /e o;tiene del perfil del canal = Fsta equi@ale a !ongitud de alcantarilla transiciones $
0%.2% m.
Desni@el $ 3 %.%%2 9 0%.2% 4 $ %.%>+- m. Cota + B %.%>+- $ +%%.%% B %.%>+- $ 11.10 m.s.n.m. Cota de la plantilla en 2 $ Ni@el de agua en 2 $ +%.B
11.10 m.s.n.m. 11.10 %.15 $
+%%.>7 m.s.n.m.
Chequeo o compro;aciGn hidr8ulica. + $ 2 J pFrdidas.
3A4 n este caso calcularemos las pFrdidas anal?ticamente. KFrdidas por ntrada.
Kcg $
f
+ B A00
00
0 tg 25Q
A+0
A+ $
3 0.5%
+.5% 9
%.15 4 9
A0 $
0 3 +.5% 9
+.05 4 $
.75
K+ $
0.5%
0 9 %.15
K0 $
0 3 +.05 9 0 +.5%4$
'+ $
%.- m.
'0 $
%.27 m.
' $ f $
0g %.15 $ m0
+ +.5% $ >.%% m.
%.55 m. 3promedio4 %.%%7
'eemplazando @alores se tiene
.7 5.1 m.
m0
Kcg $ %
KFrdidas por fricciGn. / $
%.%%+
KFrdidas
$
+0.2% 9
%.%%+ $ %.%+0 m.
KFrdidas por /alida.
Keg $
ρ 33 B 24 < 0g 4 0
ρ
$
A2 B +
0
A
'azGn de anchuras ( 2 $
5.5
(
.0%
20 0g
$ +.-7
Con este @alor = con S < 0 $ 25Q, se o;tiene
T $
%.>
3Apro9.4
A2 $
.7
m0
A $
.75
m0
'eemplazando @alores, se o;tiene Keg $ % ++.B
/umatoria de pFrdidas. KFrd. $ Ke Kf Ks $
%.%+02 m.
/e puede apreciar que cuando se pro=ecta con @elocidades iguales las pFrdidas de cargas se pueden despreciar. 'eemplazando @alores en la igualdad 3A4. + $ 2 J pFrdidas. +%%.% %.15
%.%10 $
11.10
%.15
%.%+02
+%+.%20 $ +%%.>>0 Difer. $
%.+51+ m.
!o que significa que no ha;r8 pro;lemas hidr8ulicos, puesto que la carga hidr8ulica en + es ma=or que en 2. +0.B
#nclinaciGn de las transiciones. (ransiciGn de entrada.
2.%% +%%.%% B 11.7%
+.
o sea
+. +
o sea
+7.0 +
(ransiciGn de salida. 2.%% 11.10 B 11.-1
+7.0
Am;as son m8s planas que 2 +, luego se aceptan.
ES34EMA DE5INITI6O
+%0.%%
+
0
2
+%%.15
+%%.>7
+%%.%%
11.7%
2.%%
+.5%
11.10
/ $ + o>
+0.2%
2.%%
