UNIVERSIDAD NACIONAL PEDRO RUIZ GALLO

FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL, SISTEMAS Y ARQUITECTURACARRERA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL

CURSO:HIDRAULICA APLICADAPROYECTO :DISEO DE ALCANTARILLASDOCENTE: Ing. ZELADA ZAMORA, WILMERALUMNO:REINA MORI, WUILVER ANTONIO.CODIGO:051836-JUNIVERSIDAD NACIONAL PEDRO RUIZ GALLOU.N.P.R.G

LAMBAYEQUE, FEBRERO DEL 2012

HIDRAULICA APLICADAPgina 4

INTRODUCCINEntre una de las obras de arte pertenecientes a las hidrulica se encuentran las alcantarillas, estas estructuras son muy usadas cuando se desea seguir el curso de agua de un canal o un dren, por debajo de un camino o por el de otro canal.Generalmente, las alcantarillas reducen la seccin transversal del cauce de la corriente ocasionando un represamiento de agua a su entrada y un aumento de su velocidad dentro del conducto a la salida.En el presente trabajo se planteara el diseo de una alcantarilla del tipo cajn en cuyo xito debe radicar en la capacidad de esta estructura para descargar de manera econmica la cantidad necesaria de agua cumpliendo con los lmites establecidos de niveles de agua y velocidad.Para realizar este cometido se realizara el diseo hidrulico con los parmetros dados, as como su respectivo chequeo a fin de determinar que dicha alcantarilla funcione hidrulicamente; tambin se determinara la estructura y los materiales ms adecuados teniendo en cuenta que el diseo debe cumplir con lo establecido anteriormente.

I. TEMA:Diseo De alcantarillasII. OBJETIVOS:Disear una alcantarilla del tipo cajn.III. MARCO TEORICO: a. Conceptos:i. Alcantarillas: Son conductos que pueden ser de seccin circulares o de marco (cuadradas o rectangulares) usualmente enterradas, utilizadas en desages o en cruces con carreteras, pueden fluir llenas o parcialmente llenas dependiendo de ciertos factores tales como: dimetro, longitud, rugosidad y principalmente los niveles de agua, tanto a la entrada como a la salida.

Es asi como desde el punto de vista prctico, las alcantarillas se han clasificado en funcin de las caractersticas del flujo a la entrada y a la salida de la misma.

Segn las investigaciones de laboratorio, se dice que la alcantarilla no se sumerge si la carga a la entrada es menor que un determinado valor crtico denominado H\ cuyo valor vara de 1.2 D a 1.5 D siendo D el dimetro o altura de la alcantarilla.ii. Criterios de diseo 1. El diseo hidrulico de una alcantarilla consiste en la seleccin de su dimetro de manera que resulte una velocidad promedio de 1.25 m/seg., en ciertos casos se suele dar a la alcantarilla una velocidad igual a la del canal donde sta ser construida, slo en casos especiales la velocidad ser mayor a 1.25 m/seg. 2. La cota de fondo de la alcantarilla en la transicin de entrada, se obtiene restando a la superficie normal del agua, el dimetro del tubo ms 1.5 veces la carga de velocidad del tubo cuando ste fluye lleno o el 20% del tirante de la alcantarilla. 3. La pendiente de la alcantarilla debe ser igual al a pendiente del canal. 4. El relleno encima de la alcantarilla o cobertura mnima de terreno para caminos parcelarios es de 0.60 m y para cruces con la panamericana de 0.9 m. 5. La transicin tanto de entrada como de salida en algunos casos se conectan a la alcantarilla mediante una rampa con inclinacin mxima de 4:1. 6. El talud mximo del camino encima de la alcantarilla no debe ser mayor de 1.5:1 7. En cruce de canales con camino, las alcantarillas no deben disearse en flujo supercrtico. 8. Se debe determinar la necesidad de collarines en la alcantarilla. 9. Normalmente las alcantarillas trabajan con nivel del agua libre, llegando a mojar toda su seccin en periodos con caudales mximos. 10. Las prdidas de energa mximas pueden ser calculadas segn la frmula:

Donde los coeficientes de prdida pueden ser determinadas segn lo explicado anteriormente: Pe = Prdidas por entrada Ps = Prdidas por salida Pf = Prdidas por friccin en el tubo Va = Velocidad en la alcantarilla El factor f de las prdidas por friccin, se puede calcular mediante el diagrama de Moody o por el mtodo que ms se crea conveniente.

iii. Tipos de alcantarilla por el flujo a la entrada y a la salida

Tipo I: Salida sumergidaLa carga hidrulica H* a la entrada es mayor al dimetro D, y el tirante Yt a la salida, es mayor a D, en este caso la alcantarilla es llena: Luego: H* > D Yt > D Alcantarilla llena

Tipo II: salida no sumergidaTipo V: Salida no sumergida H < H*Yt < Yc Flujo subcrtico en la alcantarilla Flujo supercrtico en la salida

H > H* 1.2 H* 1.5 Yt < D Alcantarilla llena

Tipo III: Salida no sumergida H > H Yt < D Parcialmente llena

Tipo VI: Salida no sumergida H < H* Yt < Yc Flujo supercrtico en la alcantarilla Flujo supercrtico en la entrada En diseos preliminares rpidos se recomienda usar H* = 1.5 D

IV. DISEO DE ALCANTARILLA Problema a ResolverUn camino carrozable cruza un canal a travs de un terrapln instalado en el cauce de dicho canal el terrapln a su vez obstruye el flujo de agua en el canal y para solucionar el problema se cree conveniente instalar una alcantarilla tipo cajn.Datos:Para el canalTirante (y):0.64 mAncho de solera (b):1.4 mTalud (Z):1Coef. De rugosidad (n):0.030Pendiente (S):0.007 m/mVelocidad (v): 1.53 m/sBorde libre (Bl): 0.3 mAdems la capacidad portante del material de fondo es: Para el terrapln Elevacin de corona: 27.74 msnm.Talud : 1.5 Angulo de rozamiento interno: 33Peso especfico (): 1800 Kg/m3Ancho : 10 mVehculo de paso: H20ESQUEMA PRELIMINAR

V. MEMORIA DE CLCULO1. Para el canal:

2. Para la alcantarilla:Asumimos la velocidad de diseo igual a la del canal: Velocidad de diseo: 1.53 m/s Caudal (Q):1.99 m3/s 2 m3/sAplicando:

Si asumimos una plantilla de 1.5 m nos resulta un tirante de:

En consecuencia podemos asumir una alcantarilla tipo cajon de: 1.5 x 0.9, con un borde libre de 0.25 que puede servir para los avenamientos y para caudales imprevistos o extraordinarios mayores a Qmx, lo cual nos de una alcantarilla de seccin rectangular de dimensiones 1.5 m x 1.15 m

3. Para Las TransicionesCalculo de la longitud de la transicin

Asumimos , para una transicin de longitud corta.

Como resulta demasiado corto tomamos:

4. Cotas y longitudes para el perfil de la alcantarilla Cota de la plantilla de la alcantarilla en el Punto 2Cota en 1: 26.430 msnmNivel de agua en 1 = cota en 1 + Tirante de canalNivel de agua en 1 = 26.430 + 0.64Nivel de agua en 1 = 27.07 msnm Cota en 2 = Nivel de agua en 1 Tirante de alcantarillaCota en 2 = 27.07 0.9 msnmCota en 2 = 26.17 msnm Nivel de agua en 2 = cota en 2 + tirante de alcantarillaNivel de agua en 2 = 26.17 + 0.9Nivel de agua en 2 = 27.07 msnm Longitud de la alcantarillaCota de corona del camino = 27.74 msnmCota en 2 = 26.17 msnmDiferencia de cotas = 27.74 26.17Diferencia de cotas = 1.57 m Por lo tanto la longitud de la alcantarilla ser:

Pendiente para la alcantarillaAplicando la frmula de Manning y considerando que la alcantarilla ser de concreto armado para lo cual n=0.014 Tenemos:

Para lo cual:

Por lo tanto:

Cota de la alcantarilla en el punto 3Cota en 3 = cota en 2 S x Long. Alcantarilla Cota en 3 = 26.17 0.0015 x 15.00 Cota en 3 = 26.1475 msnm Nivel de agua en el punto 3Nivel de agua en 3 = 26.1475 + 0.9Nivel de agua en 3 = 27.0475 msnm Cota en el punto 4Teniendo la pendiente del canal, Longitud de la alcantarilla, Longitud de la transicin, Desnivel = 0.007 x (15 +2 x 3 )Desnivel = 0.147 mCota en 4 = cota en 1 desnivelCota en 4 = 26.430 - 0.147Cota en 4 = 26.283 msnm Nivel de agua en 4 Nivel de agua en 4 = cota en 4 + tirante de alcantarillaNivel de agua en 4 = 26.283 + 0.90Nivel de agua en 4 = 27.183 msnm5. Comprobacin hidrulica de la alcantarillaSabemos que:

Perdida en la transicin de entrada:K= 0.3

Perdida en la transicin de salida:K= 0.6

Perdida por friccin:

Energa en 1 ser:

Energa en 4 ser:

Ya que , se ha comprobado el funcionamiento hidrulico de la alcantarilla6. Inclinacin de las transicionesTransicin de entrada

3=11.54

26.43-26.17

Es decir:11.54:1

Transicin de salida

3=22.14

26.283-26.1475

Es decir:22.14:1

MEMORIA DE CLCULO ESTRUCTURAL