diseño de cunetas y alcantarillas con abacos

1. DISEÑO DE ALCANTARILLAS
PASOS A SEGUIR PARA DISEÑO DE ALCANTARILLAS TRIANGULARES
CONSIDERANDO UNA SECCION TRIANGULAR
SECCION ELEGIDA
1.2.-
POR SER ZONA LLUVIOSA
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
𝑹𝒉 =
𝟐
𝑯∗
𝟏𝟑
𝑹𝑯=
𝟏𝟎
SECCION MOJADA
A=
𝟏𝟑∗𝑯 𝟐
𝟐
𝑸=
𝒏∗ 𝑽
𝟐
𝟑/𝟐
𝑺
𝑨 ∗ 𝑹 𝑯 𝟐/𝟑 ∗ 𝑺 𝟏/𝟐
𝒏
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:
b:
1.5
0.6
TERRENO
K:
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
25
33

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
𝑸𝒊 =
𝑪𝑰𝑨
𝟑𝟔𝟎
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
PASTOS
0.36
Qi=
0.51666667 m^3/seg
Calculo del caudal que escurre por el pavimento:
C:
0.3
I:
62
A:
500 m^2
reemplazando en la formula
entonces
0.05 Ha
0.4
0.42

3. 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:
Vmin=
𝑸𝒊 =
𝑸 𝒅𝒓𝒆𝒏𝒂𝒓
𝑨
2.88472222 m/seg
0.60m/seg
<
2.88472222 <
Vmax
Está última expresión garantiza evitar posteriores problemas de Erosión y sedimentacion.
el tirante es:
luego:
Y:
0.4 mts
trabajando al
75%
0.3 mts
Por tratarse de un camino vecinal, optamos por la conformación de cunetas sin revestir.
DISEÑO DE ALCANTARILLA
primer diseño
Consideraciones Generales:
1.2.-
El diseño se basa estrictamente al Plano adjunto.
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.
6 m^3/seg

4. SUSTENTO HIDRAULICO
D=
Y=
75% D
Y=
0.6
0.45
Φ=
R=
0.3
HALLANDO EL ANGULO
H=
tag a=
entonces
(0.6- 0.45)
0.15
0.5
a=
hallando
mts
29.5167 grados sexagesimales
sumatoria
180
Φ=
angulo llano mas los angulos agudos
239.0334
Sexage…
4.17191985 Rad
CALCULO DE LA CAPACIDAD HIDRAULICA DE UN DREN CILINDRICO
𝑸=
DONDE
𝑨 ∗ 𝑹 𝑯 𝟐/𝟑 ∗ 𝑺 𝟏/𝟐
𝒏
n:
30 0.523598776
0.025 material de acero
0.02359878
considerando una seccion de maxima eficiencia
Qmáx
Pmín
Rmáx
teniendo en cuenta las formulas siguientes
A= 𝟎. 𝟏𝟐𝟓 ∗  − 𝒔𝒆𝒏 ∗ 𝑫^𝟐)
sabemos
R=
𝒅
∗
𝟒
(𝟏 − 𝒔𝒆𝒏)

5. S=
5%
LUEGO:
A=
R=
0.127306365 m^2
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
𝑸𝒕𝒂𝒍𝒖𝒅 =
donde:
C:
I:
A=
Q talud=
Q drenar=
comparacion
Q drenar=
𝑪𝑰𝑨
𝟑𝟔𝟎
0.3
62 mm/Hr
7.5 Ha
0.3875 mts^3/seg
1.37614541 mts^3/seg
1.37614541 <
VERIFICACION DE LA VELOCIDAD
A=
0.28274334 m^2
A 75%=
(0.75*0.282743338823081)
A 75%=
0.2120575 m^2
Qd=
1.20229081 mts^3/seg
Trabajando a toda la seccion llena
TRABAJANDO AL 75%
…
ok

6. Q drenar=
1.37614541 m^3/seg
luego:
Vd=
𝑽𝒅 =
𝑸 𝒅𝒓𝒆𝒏𝒂𝒓
𝑨
6.48949167 m/seg
comparando:
Vmin=0.6
<
Vd=
6.48949167
Vmax=6 m^3/seg
<
DISEÑO CON ABACOS EJEMPLO DE CLASE
DATOS
Area de la cuenca:
longitud del cauce:
elevacion superior :
elevacion inferior:
periodo de retorno:
longitud alcantarilla:
ancho canal descarga:
7.5 Ha
0.075 km^2
700
2970
2950
15
250
3
mts
msnm
msnm
años
mts
mts
seccion cuadrada
diseño
tiempo de concentracion:
S=
𝑺=
𝑪𝑶𝑻𝑨 𝑺𝑼𝑷 − 𝑪𝑶𝑻𝑨 𝑰𝑵𝑭
𝑳𝑶𝑵𝑮𝑰𝑻𝑼𝑫
0.02857143 m/m
hallando el valor de k:
K:
𝒌 = 𝟑. 𝟐𝟖 ∗
𝑳
𝑺 𝟏/𝟐
13583.3192
REEMPLAZANDO EL K PARA LA FORMULA:
𝒕𝒄 = 𝟎. 𝟎𝟎𝟕𝟖 ∗ 𝒌 𝟎.𝟕
tc:
11.8715971 min
por la formula de hidrologia
0.19785995 horas
tc
OK

7. tc
L0 . 7 7
 0.01947
S 0.385
Donde
Tc : Tiempo de concentración, en min
L : 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 +
CU=
𝒕𝒄 𝟏.𝟐𝟓
𝒕𝒄 𝟏.𝟐𝟓 + 𝟏𝟒
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 = 𝑪𝑼 ∗
Q=
𝑪𝑰𝑨
𝟑. 𝟔
0.62446973 m^3/seg
elegimos el tipo de alcantarilla tentativo forma del conducto y tipo de entrada
Tipo de alcantarilla = Tubo circular de Metal Corrugado Standard con bordes cuadrados,
Muro Frontal y Alas.
diametro
0.6 mts
Suponer que nuestra alcantarilla escurre con CONTROL A LA ENTRADA
trabajando con los monogramas
fig=
caso 1
tenemos
HE/D=
HE=
5.21
0.72 DESPEJANDO
0.432 mts
monograma

8. verificamos la carga maxima
tabla
He max=
5.5
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)
RH=
despejandoTw:
tenemos:
n:
s:
Q=
obtenemos
Q=
𝑨
𝑷
=
𝟑∗𝑻𝒘
𝑸=
𝟐∗𝑻𝒘+𝟑
0.025
0.028571429
0.624469726
Tw:
0.640209205
𝑸=
0.13
𝟐
𝟏
𝑨
∗ 𝑹𝑯 𝟑 ∗ 𝑺 𝟐
𝒏
𝟐
𝟏
𝟑 ∗ 𝑻𝒘
𝟑 ∗ 𝑻𝒘
∗(
) 𝟑∗ 𝑺 𝟐
𝒏
𝟐 ∗ 𝑻𝒘 + 𝟑

9. TENEMOS
COMO :
Tw<
D
La salida no es sumergida
Calcular la altura de la línea piezométrica aproximada (ho):

10. tenemos dc=
0.45
Linea piez=
𝑳𝑰𝑵𝑬𝑨 𝑷𝑰𝑬𝒁𝑶𝑴 =
0.525 mts
𝒅𝒄 + 𝑫
𝟐
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:
se tiene:
Q=
D=
H=
0.62446973 m^3/seg
0.6 mts
0.11 mts
15 mts

11. La profundidad del agua en la entrada medida desde el umbral
𝑯𝒆 = 𝑯 + 𝒉𝟎 − 𝑳 ∗ 𝑺𝟎
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)=
He(salida)=
0.432
0.206428571