Descrição: Tutorial de Geoprocessamento tendo como base aplicativo ArcGis/ Desktop 9.3. Desenvolvido por: Osvaldo José Ribeiro Pereira Graduado em Geografia pela UNESP e mestre em Ciências do Solo pela USP.
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Diseño de Alcantarillas con el programa HY-8 EJEMPLO: Se va a construir una alcantarilla multicelda para pasar 13 m3/s debajo de una carretera de terraplén bajo, que cruza una u na planicie de inundación. inundación . El nivel del terreno (cota) en la entrada de la alcantarilla es de 100 m y se espera que el nivel del agua (carga de diseño) correspondiente corres pondiente a este caudal no supere supe re la cota 101.5m. El ancho del terraplén y plataforma es de 12m y una cota 103 m. La longitud de la alcantarilla es de 20 m. La pendiente del terreno es de 0.3%. Las condiciones topográficas de la planicie de inundación permite implementar la alcantarilla multicelda. La sección del cauce aguas abajo puede considerarse de sección trapecial con ancho de base de 16 m, taludes 1:0.75 y una rugosidad de (n=0.030). En la obra se dispone con el siguiente tipo de tubería de concreto reforzado: 1) DN 60" (152cm) (n=0.014) La entrada tendrá aleros y muro muro cabezal con bordes cuadrados (tabla 15.3: Circular concrete Square edge w/headwall) Determinar el número de alcantarillas necesarias para hacer pasar el caudal de diseño sin causar ningún incremento en el nivel de la carga de diseño, para los dos tipos de tubería. QT=13m3/seg (Caudal total que se desea hacer pasar) Cota e=100m (Cota de terreno en la entrada de la alcantarilla) alcantarilla ) Cota dis=101.5m (Cota del nivel del agua aguas arriba, “cota admisible o de diseño) L=20m (Longitud de la alcantarilla) So=0.003 m/m (Pendiente de la alcantarilla y del cauce aguas abajo, por ser una plaincie de inundación) nh=0.014 (Rugosidad de la alcantarilla de concreto) DN=60 pulg (Diámetro nominal de la tubería) D=1.52m (Diámetro calculado de la tubería en metros) Hdis=Cota dis-cota e Hdis=1.5m (Carga de diseño) Cota s=cota e-So.L Cota s=cota e –So. L (Cota de terreno en la salida de la alcantarilla) Cota s=99.94m (Cota terreno en la salida de la alcantarilla) Datos del río aguas abajo: b= 16 m (Ancho de la base del cause aguas abajo) Z= 0.75 (Relación de talud) nt=0.03 (Rugosidad del río aguas abajo)
Datos del terraplén y plataforma: Cota p=103 m (Cota de plataforma) bp= 12 m (Ancho de plataforma)
1.- Abrimos el programa HY-8
2.- Serramos la sub ventana que
aparece “ Welcome to HY-8”
3.-Cambiamos las unidades al sistema internacional
4.-Ingresamos a “New culvert crossing” en el cual se habilitara una nueva ventana para colocar en ellas nuestros datos de cálculo.
5.- En el cuadro de “Name” escribimos el nombre del proyecto, si lo deseamos. 6.-Una 6.-Una vez escrito el nombre del proyecto, en el cuadro de “Desing Flow” y” Maximun Flow” escribimos el caudal total que se desea hacer cruz por la carretera, el cual está en unidades de [m3/s]. 7.- En todo el cuadro de “Tailwater data” se colocaran todos los datos necesarios del cauce aguas abajo. Empezamos seleccionando en el cuadro de “Channel Type” escogemos el tipo dé sección del río aguas abajo, en este caso por ejemplo trapezoidal.
8.- En “Bottom Width” ponemos el ancho a base del río aguas abajo, en unidades de [m]. En “Side Slope (H:V)” ponemos la relación de talud “Z” En “Channel Slope” ponemos la pendiente del río aguas abajo , en unidades de [m/m]. En “Manning’s n (channel)” el coeficiente de rugosidad de manning del cauce aguas abajo En “Channel Invert Elevation” colocamos la cota de inicio del río aguas abajo en [m], en este casocomo la topografía es planicie de inundación, la cota de inicio del río aguas abajo llegaría a ser la mismacota de salida de la alcantarilla.
9.- En la parte de: “Crest Length” colocamos la longitud de la cresta en [m]. Este dato no se nos da en el ejemplo, peroes lógico que debamos dar una distancia mayor que la base del río aguas abajo, de todos modos dar unadistancia del doble o triple no influye en los cálculos “Crest Elevation” colocamos cota de plataforma, en [m]. “Top Width” ponemos el ancho de plataforma, en [m].
10.- En todo el campo de “CULVERT DATA” debemos colocar los datos 10.necesarios del conducto En “Shape” escogemos el tipo de conducto, ya sea cuadrada circular etc. En “Material” escogemos el tipo de material del conducto. En “Diameter” Ponemos el diámetro de la alcantarilla en [mm] En “Manning’s n” colocamos el coeficiente de rugosidad del material del conducto.
11.- Para terminar con los datos en:“Inlet Elevation” se debe colocar la cota de 11.terreno en la entrada de la alcantarilla en [m] “Outlet Station” colocamos la longitud de la alcantarilla en [m] “Outlet Elevation” colocamos la cota de salida de la alcantarilla “Number of Barrels” ponemos el número de conductos (En este ejemplo como se pide diseñar unaalcantarilla multicelda, es decir calcular el número de alcantarillas necesarias para hacer cruzar el caudal total, se debe probar tentativamente con distintos números de alcantarillas, hasta obtener la más óptima de acuerdo a la carga de diseño “Hdis” es decir la carga calculada “Hw”aguas arriba debe ser menor o igual a la carga de diseño (Hw ≤Hdis)). Finalmente aceptamos “OK”.
12.- Como resultado obtenemos el siguiente esquema. 12.Para ver los resultados vamos a “Run Análisis”.
13.- Luego se habilita la siguiente ventana, en donde vamos a “Culvert Summry 13.Table” y en este cuadro sepuede ver los resultados que deseamos.
14.- Tambien en “wáter Surface Profiles” podemos ver algunos resultados que 14.deseemos. 15.- Para probar con otro número de alcantarillas solo debemos ir nuevamente 15.a ”New culvertcrossing” y en ella cambiar solo el número de alcantarillas aceptar y nuevamente ir la ventana anterior deresultadosEn este ejemplo: HW ≤ Hdis (se debe cumplir esta condición)Hdis= 1.5m (Carga de diseño)Hw= 1.31m (Carga calculado aguas arriba)Como: Hw < Hdis OK