criterios de diseño de alcantarillas

8/14/2019 criterios de diseo de alcantarillas

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UNIVERSIDAD NACIONAL DELSANTA

FACULTAD DE INGENIERIAESCUELA ACADEMICO PROFESIONAL INGENIERIACIVIL

TEMA:

CRITERIOS DE DISEO DE ALCANTARILAS.

ICRITERIOS DE DISEO DE ALCANTARILLAS

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IINDICE

PAG.RESUMEN............................................................... 04

INTRODUCCION....................................................... 06

OBJETIVOS........................................................ 07

MARCO TEORICO...................................................... 08

APLICACIONES...................................................... .. 21

ANALISIS Y DISCUSION........................................... 25

CONCLUSIONESY RECOMENDACIONES......................... 26

BIBLIOGRAFIA........................................................... 27

I.-RESUMEN

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Para realizar un estudio hidrolgico implica el conocimiento de la

distribucin del agua, adems del conocimiento de mtodos que permitan evaluar,

ya sea en forma cualitativa o cuantitativa, la magnitud de los fenmenosasociados con el movimiento o distribucin del agua.

Uno de estos estudios es el drenaje superficial que se define como la

ciencia que controla el movimiento de las aguas superficiales, con el fin de no

afectar las estructuras u obras de arte de la va en las carreteras, por lo que el

drenaje superficial de una carretera es de vital importancia en su construccin y

se reflejan quizs mas que cualquier otro tipo de problemas, en la vida !til y buenfuncionamiento de la va, as como en los costos de su conservacin.

"l drenaje puede realizarse mediante la construccin de ALCANTARILLAS,

que se los ubica en las quebradas, en los desag#es de las cunetas $%liviaderos& y

son estructuras o conductos cerrados, que permiten el paso de peque'as

corrientes de agua bajo la va, cuyo material puede ser P.(.)., concreto reforzado

y alcantarillas de laminas corrugadas de acero tipo ARMCO, %lcantarillas *e)ajn + Prtico, %lcantarillas *e veda

Para que una alcantarilla sea adecuada, debe tenerse en cuenta-

)olocacin respecto a la direccin del agua que recibe, para evitar

erosiones, as como la llegada del agua a ecesiva velocidad.

/ener la capacidad necesaria para evitar que se obstruya o colmate.

0e debe evitar el almacenamiento o embalse del agua y contar conproteccin contra la erosin $0i es necesario se deben construir

deflectores de arrastre y socavamiento en la entrada y salida de la misma.

*eber ser capaz de soportar el peso del relleno y del trfico que habr.

"n el dise'o de alcantarillas se deber tener en cuenta los siguientes criterios-

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1ocalizacin del eje, que consiste en ubicar la alcantarilla de manera que la

corriente del agua entre y salga en la misma direccin.

2reas de desag#e o de drenaje, que son determinadas delimitando la microcuenca para cada quebrada, es decir su rea tributaria.

"l coeficiente de escorrenta e intensidades mimas para el caudal a evacuar.

"n general se puede decir que la operacin consiste en reemplazar tramos dedrenes de pavimentos que se encuentren obstruidos, as como la colocacin dedrenes adicionales donde resulten necesarios.

0e considera reemplazar los drenes de pavimento obstruidos, en vez delimpiarlos mediante agua a presin, en consideracin a que ese procedimientoconlleva el riesgo de saturar las capas de base y los suelos de la subrasante yoriginar una falla inmediata del pavimento.

"s conveniente colocar drenes al costado de un pavimento de hormign en loslugares en que se detecte el fenmeno de surgencia de finos. "ventualmente unpavimento asfltico tambin podra requerirlos cuando se detectan condiciones

similares."n el presente trabajo se presenta un esquema de la secuencia para el dise'o

de una alcantarilla de seccin circular, as como tambin su aplicacin prctica.

II.-INTRODUCCION

"l objetivo principal de un adecuado drenaje de carreteras es reducir o eliminar laenerga generada por la corriente de agua. 3o deber permitirse que el aguaalcance vol!menes o velocidades tales que puedan da'ar la superficie de rodadura,los taludes de corte o relleno, las cunetas o la parte inferior de las alcantarillas.

1a presencia de agua o humedad ecesivas en la calzada repercutirnegativamente en las propiedades mecnicas de los materiales que la componen,

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provocando saturacin. Para que un sistema de drenaje de caminos sea eficazdurante su vida !til, deber satisfacer dos criterios principales-

a& *ebe alterar lo menos posible la red de drenaje natural

b& *ebe drenar el agua superficial y subterrnea de la calzada ydrenarla en forma tal que impida acumulacin ecesiva en zonas inestables yla erosin ulterior.

Para satisfacer estos criterios, es importante tener presente que los factoreshidrolgicos y geotcnicos de las laderas inciden en la velocidad, volumen,dispersin o niveles de concentracin de las aguas superficiales y sub4superficiales. 1a forma $morfologa& de la ladera influye en el drenaje del camino yen !ltima instancia, en su estabilidad.

"n un comienzo se dise'aban conductos con seccin mucho mayor que la necesaria,que no funcionaban bien ya que no ser posible conseguir con esta seccin lavelocidad mnima admisible para evitar la sedimentacin de los slidos suspendidosy su consecuente descomposicin. 1a gran mayora de los actuales sistemas de lasciudades importantes han sido tcnicamente dise'ados con los principios bsicosque se vienen usando desde hace muchos a'os, pues no ha habido mayor variacinen estos.

Una alcantarilla es una estructura que tiene por objetivo principal sortear unobstculo al paso del agua. "n la mayora de los casos se aplican al dise'o vial, esdecir, cuando el flujo es interceptado por un camino o una va de ferrocarril.)uando se realiza el dise'o geomtrico de un camino o una carretera, el mismo,normalmente se interpone en el movimiento natural de escurrimiento de las aguasde la zona de emplazamiento. "n la ladera de una monta'a, se interpone en elcamino de escurrimiento de las aguas que bajan por la monta'a. )uandoatraviesan un arroyo, un ro, o cualquier otro canal, y a!n en los paisajes mas

llanos la topografa del terreno obliga al movimiento del agua en algunadireccin. "l camino, en la mayora de los casos constituye un verdaderoobstculo al paso del agua.

"n el presente trabajo se hace un anlisis de dise'o de la alcantarilla de una obraya ejecutada. "l mismo que ha sido calculado, o al menos estimado, con anterioridad./ambin se asume en este trabajo que se conocen las caractersticas geomtricasdel obstculo que atraviesa la alcantarilla. %dems, deben ser tenidos encuenta otros factores, como por ejemplo el paquete estructural del camino, que

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incluye capas de distintos materiales y densidades. "n general, conviene evitar elcontacto del agua con el paquete estructural. Por esta razn se eige que el nivel delagua a la entrada de la alcantarilla no supere un cierto lmite asociado a la

conservacin fsica del camino. Por otro lado, es importante considerar laresistencia de la alcantarilla para que pueda soportar el peso de la tapada detierra que la confina. "sto podra condicionar el material empleado en laalcantarilla. )on esto quiere ponerse de manifiesto que eisten varios factores que secondicionan el dimensionamiento hidrulico de las alcantarillas, factores que seanalizan a cada caso en particular, y que estn fuertemente ligados a la eperienciadel proyectista. "s evidente que en toda obra de ingeniera se procuramaimizar la relacin beneficio4costo, por lo que el factor econmicodesempe'a un rol principal en la seleccin de la alcantarilla ms adecuada alproblema planteado.

Por !ltimo, cabe mencionar que el caso atendido en este trabajocorresponden a las situaciones que se presentan ms com!nmente en el dise'o,en lo que respecta al material y forma de las alcantarillas. )ualquier modificacinsobre la misma deber ser contemplada con el criterio adecuado, o bien,consultado en bibliografa ms especfica.

III.-OBJETIVOS

4 "l presente trabajo tiene por objetivo presentar los criterioshidrulicos fundamentales involucrados en el dise'o de alcantarillas enuna carretera

4 5ealizar un anlisis de un caso prctico de un dise'o de alcantarilla.

*escribir e identificar qu criterios se han tenido en )uenta para sudise'o de las alcantarilla.

4 "ste trabajo nos va a permitir conocer con mayor fluidez acerca de losconocimientos de dise'o de alcantarilla, y en un futuro no muy lejano poneren prctica estos conocimientos aprendidos durante el desarrollo del cursode irrigacin y drenaje.

IV.-MARCO TEORICO

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2 D

1/4D=20cms

D

0cms.

m!"!m#

$ALASTO

ES%ESOR1& A 20 CMS

MATERIALCLASIFICADO

CAMA DE

MATERIAL

GRANULAR SELECTO

1/2 D

D

Alcantarlla!.

D"#nc$n

0on ductos que permiten el paso del agua de un lado a otro de la va. 1asalcantarillas deben clasificarse principalmente desde el punto de vista de suubicacin. )apacidad $dise'o hidrulico& y resistencia $dise'o estructural&. 0erequiere la ayuda de personal calificado para escoger debidamente la alcantarillade acuerdo con los factores mencionados.1as alcantarillas pueden tener forma circular, rectangular o elptica. 1asalcantarillas pueden prefabricarse o construirse en el sitio, a criterio delencargado. Por lo general, aquellas construidas en el sitio tienen forma cuadrada orectangular, mientras que las prefabricadas son circulares o elpticas. % menudo

se construyen pasos de dos o tres ductos en forma cuadrada o rectangular una allado de la otra, o 6bateras de tubos7 unos al lado de los otros.1as alcantarillas de seccin cuadrada o rectangular se fabrican de concretoarmado, las de forma circular se hacen con tubos de concreto o de acerocorrugado. 1as secciones elpticas se fabrican, por lo general, con planchas dehierro corrugado y las recomendaciones tcnicas son las siguientes- dimetro mnimo 897 pendiente tubera : a 8 ;, pudiendo aumentar seg!n topografa del terreno compactar primero los lados sin tocar el tubo la compactacin sobre el tubo se debe hacer una vez que este tenga una capa

de :9 cm. sobre su corona.

NOTA%)uando * sea mayor de 897, se recomienda e.cavar la zanja

0uficientemente ancha para permitir la compactacin de relleno

S"l"cc$n &"l T'( &" Alcantarlla

1a seleccin del tipo de alcantarilla que se debe utilizar en un lugar determinado,depende de la necesidades hidrulicas y de la resistencia requerida para soportar

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Alcantarilla

Ro

Ro

Cabezal

Cabezal

Alcantarilla

Ro

Ro

Cabezal

Cabezal

Forma !"#$$%"&' de encauzar las aguas Forma "#$$%"&' de encauzar las aguas

el peso del relleno o de la carga que se mueve sobre ruedas despus de que se hanestablecido estos elementos la seleccin se vuelve por mucho, un asuntoeconmico, deber tomarse en consideracin la durabilidad y el costo de la

estructura completa, incluyendo aspectos tales como el costo inicial de lasunidades manufacturadas y los costos de transporte e instalacin. "n cualquiercomparacin total del costo de los diferentes tipos de alcantarilla que puedaseleccionarse para su uso en una instalacin dada, debern considerarse tambinel costo de mantenimiento. )omo podemos ver la alcantarilla debe seleccionarse deacuerdo con muchos factores. 1os ms relevantes son-

*eben usarse elementos con la forma y tama'o acorde con el caudal o cantidadde agua que le llega.

0i se seleccionan elementos prefabricados tales como tubos de concreto, debeasegurarse un buen control de calidad en el sitio de fabricacin. 0i se usan lostubos de acero corrugado, el calibre de los tubos debe ser de acuerdo con laprofundidad a la que se ubique la alcantarilla, %s mismo como las tuberas deP() deben cumplir con las "specificaciones /cnicas requeridas.

A!'"ct(! a c(n!&"rar &)rant" la "ta'a &" c(n!tr)cc$n &" alcantarlla!

Para la construccin de alcantarillas, es necesario tomar en cuenta los siguientesaspectos-

0eleccionar el punto de ubicacin de la alcantarilla. *eterminar la longitud de la alcantarilla de acuerdo con el ancho del camino. %l localizar la alcantarilla, procurar no forzar los causes. "s decir, la direccin

del alcantarillado, en lo posible, debe ser consecuente con la direccin de laquebrada.

0eleccionar el dimetro de los tubos de acuerdo con el caudal de dise'o y con

los sedimentos que son arrastrados por las aguas de lluvia o por peque'asquebradas. 1a alcantarilla deber permitir el paso del mimo caudal singenerar da'os al camino.

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Preparar la zanja de la alcantarilla con un ancho igual al dimetro eterno deltubo ms 89 cm. % ambos lados mnimo.

)imentar la alcantarilla a una profundidad igual al dimetro eterno del tuboms cemento > agua& a las juntas de los tubos, si la

tubera es de concreto. )onstruir adecuadamente la cama en la cual se cimentar la tubera. )ompactar primero los lados sin tocar el tubo.Mant"n*"nt(

)on el fin de garantizar el perfecto funcionamiento de las alcantarillas se debeverificar, al menos-

)apacidad hidrulica de la tubera. Posibles problemas de erosin.

Posibles problemas de sedimentacin. %lineamiento horizontal y vertical. =nfiltracin de aguas, arriba y abajo. %grietamientos de las paredes de la tubera. Posibles problemas de taponamiento de la alcantarilla. Para ello debe

asegurarse que la limpieza de las alcantarillas se realice : o 8 veces al a'o yque se eliminen rboles cados y otros sedimentos que se ubiquen en sitiosinmediatos a la entrada o la salida de la alcantarilla.

T'(! D" Alcantarlla!

Principalmente se emplean los siguientes materiales- P(), concreto reforzado y elmetal corrugado? con menos frecuencia se realiza alcantarilladas de madera, tubode hierro fundido, tubos de barro vitrificado y ocasionalmente de mampostera.

%lcantarillas *e )oncreto

1os tubos de concreto destinados a usarse en las alcantarillas estn fabricados dedimetros de @: o @9A pulgadas y son de diferentes longitudes, la ms usual es de

B a A pies las especificaciones estndar establecen cinco clases de tubos en losque la resistencia aumenta en la clase = a la clase (. 1as especificaciones muestran

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las secciones transversales del acero de refuerzo y la resistencia del concretopara tres medidas de espesores de pared. "l refuerzo puede ser circular oelptico. 1os tubos para alcantarillas fabricados de concreto reforzado que se

emplea en aplicaciones especiales, se fabrican con una seccin transversal distintaa la circular, las formas elpticas y de arco son de uso com!n. 1os tubos deconcreto para alcantarillas tienen juntas machihembradas o de campana? durantela construccin se sellan las juntas con concreto de cemento Portland, empaquesde caucho, u otros materiales. 1a preparacin de pisos de lecho donde va acolocarse el tubo requiere de mayor o menor cantidad de cuidado."sta preparacin o plantilla puede variar desde la forma simple del fondo de unazanja o del suelo sobre el que coloca el tubo hasta embeber el tubo en una cuna deconcreto dependiendo de las condiciones de cimentacin, de las cargas sobre el

tubo y de otros factores. 1as alcantarillas de tubo se construyen con mayorfrecuencia en la llamada 6en proyeccin7 que es la alcantarilla que se construyesobre la superficie del suelo en la zanja, y el relleno se coloca a su alrededor. "nestos casos, y teniendo suelos y altura de relleno comunes slo necesita darle alalojamiento del tubo un poco mas de atencin. 1as alcantarillas de cajn deconcreto se construyen en el sitio con una seccin transversal cuadrada orectangular. 1as alcantarillas de cajn simple varan en su tama'o desde : hasta @:pies por lado, dependiendo del rea necesaria para la va de agua. 1a mayora de lasoficinas de carreteras de los estados utilizan dise'os estandarizados para

diferentes medidas del cajn para las alcantarillas quizs las medidas para elcajn para las alcantarillas de concreto ms com!nmente empleadas se encuentranB y A pies por lado incluyendo medidas tales como BC BC, BC


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relativos entre estructura y terraplena adyacente. "l modelo con platea admitemenores tensiones del suelo de fundacin $del orden de B9; del que requierenprticos sobre zapatas&, haciendo posible el uso de este tipo de obra sobre

terrenos de baja calidad.

%lcantarillas *e veda

1as bvedas son estructuras cuya seccin transversal interior est formada portres partes principales- "l piso, dos paredes verticales que son las caras interioresde los estribos y sobre estas, un arco circular de medio punto o rebajado, que esel intrads de un arco estructural de seccin variable con un mnimo de espesor enla clave. "n general, las bvedas se construyen con mampostera de tercera y

mortero de cemento @-F. Para construir el arco se requiere un molde de madera,que se aprovecha tambin para colocar la clave a lo largo de la obra. 1a clave, deconcreto simple de fCcG @99 HgIm:, cierra el arco en el centro con juntas radialesy tienen un ancho medio mnimo de 8F cm.. 1as piedras del arco tienen hasta dondees posible, juntas radiales, con cuatropeo longitudinal y una mayor dimensin delestrados. )uando se use cemento normal, el descimbrado se har a los catorcedas de colocada la clave, tiempo a partir del cual se construir el terrapln."l zampeado del piso y los dentellones ubicados aguas arriba y abajo para protegerel suelo contra la erosin pueden omitirse en terrenos rocosos. Para eliminar el

empuje hidrosttico sobre los muros, se coloca una capa de 89 cm de espesor dematerial graduado en el respaldo de cada estribo.

%lcantarillas *e Jetal )orrugado

"l acero corrugado se utiliza en diversas formas en la construccin de alcantarillaspara el drenaje de las carreteras. Para tubos de metal corrugado $acerogalvanizado& se hacen en dimetros que varan en A E< pulgadas y en longitudesque van desde los :9 hasta los B9 pies. 0e emplea material de diferentes

espesores, por lo general de calibre comprendido entre @< y A. 1os canalesformados en las hojas de metal miden : :I8 de pulgada de cresta a cresta, y Kpulgada de profundidad. "l tubo estndar se manufactura fleionando la hija delmetal corrugado para darle una forma circular y remachando la junta longitudinal.1os tubos corrugados helicoidales tendrn de preferencia una junta longitudinalcosida con doblez en lugar de una ribeteada. "n el campo los tramos de metalcorrugado pueden unirse por medio de una camisa o por medio de una bandaconector que tiene varias acanaladuras en su longitud, en cada etremo de labanda se remachan ngulos de hierro y se unen por medio de pernos

el dimetro de los tubos de metal corrugado tipo es de A pies. "ste hecho haconducido al desarrollo de un mtodo de construccin en el cual se utiliza placas

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de metal corrugado ms pesadas y curvas y se unen con pernos entre s paraformar tubos circulares o arcos. 1a medida estndar es de @8 pies : pulgadas dealtura y :9 pies D pulgadas de claro.

Juros L %las *e %lcantarillas$cabezales&

1os muros principales de las alcantarillas se construyen principalmente paraproteger los lados del terrapln contra erosin. %lgunas autoridades hacenreferencia al muro aguas arriba como 6muro de cabeza7 y a la de aguas abajo como6muro terminal7. %dems de cumplir la funcin de control de la erosin, los murossirven para evitar la separacin de las alcantarillas formadas por tramos de tubosy para retener el relleno, Muiar la corriente, Permitir un mayor ancho de la va ypor ende, ofrecer mayor seguridad para el conductor. 1os materiales ms

com!nmente empleados en los muros son concreto, mampostera $piedra o grava&, ymetal. *e stos, el concreto es el de uso ms amplio debido a su adaptabilidad atodos los tipos de alcantarilla y por qu se presta a un trato arquitectnicointeresante. "n la seleccin del tama'o y tipo de muro que convenga utilizarse enun caso dado, debe considerarse los puntos relativos a la economa. %dems, debedrsele alguna importancia a las cuestiones astticas, pues el muro es la parteprincipal de la estructura de las alcantarillas promedio que queda visible para elviajero. Por supuesto, no siempre es necesario, y su empleo deber evitarse dondesea posible, debido a su costo. 1os muros son la parte ms cara de la instalacin de

las alcantarillas promedio? el muro deber hacerse tan peque'o como sea posible yconsistente con un dise'o adecuado. /ambin, deber considerarse la seguridaddel trnsito para escoger el tipo de muro .Juchos tipos diferentes de muro sonutilizados por diversos organismos de carretera? por lo general, cada organismo hadesarrollado dise'os estndar que se utilizan siempre que sea posible. *iferentesorganizaciones ha dado diversas ilustraciones de instalaciones tpicas de los murosempleados con mayor frecuencia. "n inters de la seguridad, los organismos decarreteras debern considerar la colocacin de una reja atravesada en el etremode la alcantarilla si eiste peligro de que los vehculos choquen con el muro.

D!"+( &" alcantarlla!

"n el dise'o convencional se eval!an los controles de flujo de entrada y de salida."l tirante de agua a la entrada $tirante del estanque corriente arriba sobre laparte ms baja de la entrada& se calcula para el gasto de descarga para elproyecto suponiendo que-

@& rige el control de entrada y

:& que rige el control de salida

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"ntonces el tirante ms alto de agua requerida de los dos define el tipo decontrol y la alcantarilla adquiere la categora de 6control de entrada7 o de 6control

de salida7. )on objeto de hacer epeditos los clculos se simplifican lassuposiciones, y por comparacin de los tirantes de entrada, se evita la difcil laborde definir el perfil del flujo real a lo largo del conducto de la alcantarilla noobstante con este mtodo de dise'o convencional, no se hace el intento demodificar las condiciones de flujo des4balanceado que pueda eistir. 1a curva decomportamiento de control de entrada representa la capacidad de flujo real de laalcantarilla en tanto que el comportamiento ms favorable de la curva de control ala salida es el potencial del conducto de la alcantarilla y estos trminos no se lograla capacidad completa del conducto y eiste una situacin que no es econmica. "n

resumen debemos tener las siguientes )onsideraciones hidrulicas-"l escurrimiento a travs de una alcantarilla generalmente queda reguladopor los siguientes factores-

Pendiente del lecho de la corriente aguas arriba y aguas abajo del lugar. Pendiente del fondo de la alcantarilla. %ltura de ahogamiento permitido a la entrada. /ipo de entrada. 5ugosidad de las paredes de la alcantarilla.

%ltura del remanso de salida./odos los factores se combinan para determinar las caractersticas del flujo atravs de la alcantarilla.

"l estudio de los tipos de flujo a travs de las alcantarillas a permitidoestablecer las relaciones eistentes entre la altura del agua a la entrada delconducto, el caudal y las dimensiones de la alcantarilla.

Para el dise'o de una alcantarilla el proyectista deber fijar-

"l caudal de dise'o. 1a altura de agua permisible a la entrada. 1a altura de agua a la salida. 1a pendiente con la se colocara el conducto. 0u longitud. "l tipo de entrada. 1ongitud y tipos de transiciones. 1a velocidad del flujo permisible a la salida.

)onsideraciones de dise'o.

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1as siguientes consideraciones para el dise'o de una alcantarilla son

@. 0on dise'ados para presin hidrosttica interna mnima, es decir, elgradiente hidrulico est un poco por encima de la parte superior del tubo ya veces dentro del tubo mismo.

:. 1a eleccin del dimetro de la alcantarilla, se hace en funcin del caudal detal forma que no sobrepase la velocidad admisible, se puede usar la tabla @.con la tabla @ se puede definir el dimetro para-

Una velocidad mima admisible de @.9< mIseg $8.F piesIseg &, para unaalcantarilla con transicin en tierra tanto en la entrada como para la salida.

Una velocidad mima admisible de @.F mIseg $F.9 piesIseg&, para unaalcantarilla con transicin de concreto, tanto para la entrada como para la

salida.8. 1a mima elevacin del nivel del agua en la entrada de la alcantarilla esigual al dimetro de la tubera mas @.F la carga de velocidad en laalcantarilla, es decir- * >@.Fhv

*onde-

g

vhv

2

2

=

B. la pendiente mnima de la alcantarilla es de 9.99F $09G FoIoo&.

F. )obertura de tierra mnima entre la corona del camino y el tubo- "n carreteras principales y ferrocarriles cobertura mnima de 9.E9 m. $8pies&.

"n carreteras de fincas $parcelas& coberturas mnima de 9.


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1as transiciones pueden hacerse de concreto, tierra y suelo4cemento.TABLA N . Dat(! 'ara la !"l"cc$n &" &*"tr( &" t)/"r0a!

1as transiciones de concreto son necesarias en los siguientes casos-D.@. "n los cruces de ferrocarriles y carreteras principales.D.:. "n las alcantarillas con dimetro mayor de 8< pulg. [email protected] cm.&.

D.8. "n las alcantarillas con velocidades mayores de @.9< mIseg $8.F piesIseg.&.1a pendiente mima de transicin admite un talud de B-@.

A. )ollares que incrementan la longitud del movimiento del agua a travs deleterior del tubo.

E. 1as perdidas asumidas son de @.F veces la carga de velocidad en la tubera maslas perdidas por friccin.

15

TRANSICION DETIERRAVMA'= 1.0 m/s()

TRANSICION DECONCRETO

VMA'= 1.&2 m/s()

TUBERIAS

CAUDAL

*m+/s().,CAUDAL

*m+/s().,D!-m(

#*).,

D!-m(#

*cm.,

(REA

*m2,

0 0.076 0 0.110 12 30.48 0.073

0.077 0.112 0.111 0.173 15 38.10 0.114

0.113 0.176 0.174 0.249 18 45.72 0.164

0.177 0.238 0.250 0.340 21 53.34 0.223

0.239 0.311 0.341 0.445 24 60.96 0.292

0.312 0.393 0.446 0.564 27 68.58 0.3690.394 0.487 0.565 0.694 30 76.20 0.456

0.488 0.589 0.695 0.841 33 83.82 0.552

0.590 0.699 0.842 1.000 36 91.44 0.656

0.700 0.821 1.001 1.175 39 99.06 0.771

0.822 0.954 1.176 1.362 42 106.68 0.894

0.955 1.096 1.363 1.563 45 114.30 1.026

1.097 1.246 1.564 1.778 48 121.92 1.167

1.247 1.407 1.779 2.008 51 129.54 1.318

1.408 1.578 2.009 2.251 54 137.16 1.478

1.579 1.756 2.252 2.509 57 144.78 1.646

1.757 1.946 2.510 2.781 60 152.40 1.8241.947 2.146 - 63 160.02 2.011

2.147 2.356 - 66 167.64 2.207

2.357 2.574 - 69 175.26 2.412

2.575 2.803 - 72 182.88 2.626


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@9. Para el clculo de las alcantarillas funcionando llenas, se pueden usar lassiguientes formulas, en el sistema ingles-

( ) 2

3

16

2

410

*18.46615204.2

++= Q

D

Ln

D

KH eT

donde-

N/G carga $pies&.HeG coeficiente de prdidas a la entrada.* G dimetro de la tubera $pies&

n G coeficiente de rugosidad.1 G longitud de la alcantarilla $pies&.O G caudal $pie8Iseg.&.

0e han determinado por medio de eperimentos, para diferentescondiciones de entrada, valores de He, los cuales varan en la forma que se indica-

T'( D" Entra&a Varac$n Pr(*"&(Para entradas con aristas rectangulares,instaladas al ras en los muros de cabezasverticales

9.B8 9.D9 9.F9

Para entradas con aristas redondeadas, instaladasal ras en los muros de cabeza verticales rI* 9.@F

9.9A 9.:D 9.@9

Para tubo de concreto de espiga o de campanainstalado al ras en el muro de cabeza vertical.

9.@9 9.88 9.@F

Para tubo de concreto salientes con etremo deespiga o campana 9.:9

Para tubos de acero o de metal ondulado. 9.F9 9.E9 9.AF

PROCEDIMIENTOS DE C1LCULO.Un proceso simplificado para el dise'o de una alcantarilla, cuyos parmetros seindican en la figura :, es como sigue-

16


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Ancho de Camino

Cobertura

F

D S = 0.005 mno

A

B C

D

ENAEA NASA

!

"h

# # # $

.5 h%

&D o 5' mn (D o 5' mn

)*

@. )alcular las dimensiones del canal, definir las dimensiones y parmetroshidrulicos del canal.

:. )alcular las dimensiones de la alcantarilla, con el caudal conocido usando latabla @, determinar el dimetro de la alcantarilla, recordar que para sutransicin de tierra elegir- v G @.9< mIseg. y para una transicin de concretoelegir v G @.F: mIseg.

8. )alcular el rea % con el dimetro elegido-

4

2D

A =

B. )alcular la velocidad en el conducto para el caudal dado y el rea calculada-

A

Qv =

F. )alcular la carga de velocidad en la alcantarilla-

g

vhv

2

2

=


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*onde-

3%"% G "levacin del agua en el canal a la entrada de la alcantarilla.)ota en % G )ota del fondo del canal antes de la transicin.y G /irante en el canal.

D. )alcular cotas-)ota G 3%"% @.Fhv *)ota Q G )ota > * > )obertura)ota " G )ota % > N

*onde-

)ota G elevacin del fondo de la tubera al inicio de la alcantarilla.)ota Q G elevacin de la carretera o fondo del canal a atravesar.)ota " G elevacin del ancho de corona del canal.N G profundidad del canal $incluye borde libre&.)obertura G profundidad de cobertura de la alcantarilla.

A. )alcular la longitud de la alcantarilla-

1 G : R S R $)ota Q )ota "& > ancho del camino."sta longitud se redondea de acuerdo a un m!ltiplo de longitud de tuberas que

eiste en el mercado.

E. )alculara cada de la tubera-

S G 1 R 09*onde-S G diferencia de cotas, al inicio y al final de la alcantarilla.1 G longitud de la tubera.09G pendiente de la tubera.

09min G 9.99F@9. )alcular )ota )-

)ota ) G )ota 4 S*onde-

)ota ) G elevacin del fondo al final de la alcantarilla.

@@. )alcular la pendiente de la lnea de energa-

18


19/26

2

3

2

=

R

vhSE

@:. )alcular hf"-

hf"G 1 R 0"@8. )alculo ht@-

ht@G @.Fhv > hf"

@B. )alcular el nivel del agua a la salida de la alcantarilla, 3%0%-

3%0% G 3%"% 4 ht@@F. )alculo de la )ota en *-

)ota * G 3%0% y*onde-

)ota * G elevacin del fondo del canal despus de la alcantarilla.y G tirante en el canal.

@


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donde-h/:G carga $pies&.HeG coeficiente de prdidas a la entrada.

* G dimetro de la tubera $pies&n G coeficiente de rugosidad.1 G longitud de la alcantarilla $pies&.O G caudal $pie8Iseg.&.

VII.-APLICACION

*%/+0-+.00 m

Cobertura = 0.+0 m

F

D S = 0.005 mno

A

B C

D

ENAEA NASA

.5

"h

# # # $

.5 h%

&D o 5' mn (D o 5' mn

) *

Camino

)%3%1 %1)%3/%5=11%O G 9.F9 m8Isb G 9.A9 mS G @n G 9.:F0 G F +I++

n G 9.A9 m0 G F +I++ mnimo1@G 8* o FC mnimo1:G B* o FC mnimo)ota % G @9F.F9 m.s.n.m.

@. *imensiones y parmetros hidrulicos del canal.:. )alcular las dimensiones de la alcantarilla, con el caudal conocido usando la

tabla @, determinar el dimetro de la alcantarilla, recordar que para su

20


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transicin de tierra elegir- v G @.9< mIseg. y para una transicin de concretoelegir v G @.F: mIseg.

8. )alcular el rea % con el dimetro elegido-0ea *G@.@B8m $valor encontrado en la tabla&

4

2DA = [email protected]: [email protected] > @.@FDG@9


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A. )alcular la longitud de la alcantarilla-1 G : R S R $)ota Q )ota "& > ancho del camino.

1G:R@[email protected]@9


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@F. )alculo de la )ota en *-

)ota * G 3%0% yG@9


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VI.-ANALISIS Y DISCUSION

*espus de haber tenido conocimiento sobre el tema acerca de criterios ,ara el

dise-o de alcantarillas en caminos %emos ue tambi/n es im,ortante lae0,eriencia del ,ro1esional ue %a a realizar dicho dise-o )a ue algunas %eces

los datos a considerar no siem,re cum,len con los reuisitos o lo establecidos

seg2n las normas. Como %emos antes de dise-ar una alcantarilla se tendra

ue %er el ti,o de alcantarilla ue se %a a utilizar )a ue de eso de,ende el

dise-o una %ez escogido el ti,o de alcantarilla reci/n em,ezaramos con el

dise-o de esta.

"n concordancia con el fundamento te3rico ,odemos decir ue los objetivos

bsicos ms importantes para el drenaje de carreteras son-

pasar con seguridad toda la cantidad de descarga que cruce el camino remover el agua fuera de la superficie de la carretera, sin hacer da'o a la

carretera y su estructura prevenir impactos negativos al ambiente a los lados de la carretera reducir al mnimo los cambios al patrn de drenaje natural disminuir o reducir al mnimo la velocidad del agua y la distancia que el agua

tiene que recorrer remover el agua subterrnea que se encuentre, cuando sea necesario.

)omo vemos en el estudio de nuevas carreteras el aspecto ms importante esla ubicacin y el dise'o del sistema hidrulico por el impacto ambiental, costo deconstruccin, mantenimiento y rehabilitacin.

Qinalmente podramos decir que el ito del dise'o hidrulico radica, porconsiguiente, en proveer una estructura con capacidad de descarga, con una ciertacantidad de agua dentro de los lmites establecidos de elevacin del nivel de lasaguas y de velocidad.

)uando la altura y la descarga han sido determinadas, la finalidad del dise'o esproporcionar la alcantarilla ms econmica, la cual ser, que con menor seccintransversal satisfaga los requerimientos de dise'o.

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VII.-CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

"n sntesis, el dise'o de alcantarillas consiste en determinar el tipo de

seccin, material y embocadura de alcantarilla que, para la longitud ypendiente que posee, sea capaz de evacuar el caudal de dise'o,provocando un nivel de agua en la entrada que no ponga en peligro de fallaestructural, ni funcional la estructura que se desea atravesar optimizando losrecursos disponibles. "s decir, buscar la solucin tcnico4econmica msconveniente.

"l procedimiento para el dise'o de alcantarillas no sigue un camino !nico yeacto, sino que, por el contrario, es iterativo. 1a solucin ptima no eiste,sino que eisten un conjunto de alternativas que resuelven el problemaplanteado. %dems de los factores mencionados, puede variarse laubicacin y posicin de la alcantarilla, lo cual modifica longitudes ypendiente, etc. "l criterio y buen juicio del =ngeniero darn la !ltimapalabra.

"ste trabajo nos ha permitido conocer los criterios que se debenconsiderar al momento de realizar el dise'o de una alcantarilla

0e han logrado cumplir con los objetivos propuestos al inicio del informe.

0e debe recolectar la mayor cantidad de informacin sobre la zona dondese piensa realizar la alcantarilla ya que esto facilitara al momento de tomarlos criterios necesarios para su dise'o.

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VIII.-BIBLIOGRA)IA

@. 5#hle, Q. $@E

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