UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA CIVILDEPARTAMENTO ACADÉMICO DE HIDRÁULICA E HIDROLOGÍA

MEMORIA DE CÁLCULO DE VERIFICACIÓN HIDRÁULICA DE ALCANTARILLADO

I. CAUDAL DE DISEÑO:

Para el dimensionamiento de una alcantarilla primero se procede a calcular el caudal con el que se va a trabajar, en este caso el caudal que la cuenca entregaría a la carretera procedente de la precipitación en el peor de los casos, para ello recurrimos a diversos métodos, en este caso se recurre al método racional.

Para el cálculo debido del caudal de diseño QD se empleará el método racional:

QD=C x I x A

Cálculo del caudal de diseño:

Coeficiente de escurrimiento C 0.30Intensidad de la precipitación en la cuenca I (mm/hr) 25.00Área de la cuenca (Km2) 0.81Caudal de diseño: 0.30x25x0.81 5.625Caudal de diseño= 1.69 m3/s

II. DISEÑO HIDRÁULICO

Se procede con el diseño hidráulico de la alcantarilla para lo cual se cuenta con los siguientes datos:

Caudal de diseño 1.69 m3/sVelocidad máxima en una alcantarilla (asumido)

1.25 m/s

Pendiente de fondo 2.00%n de manning TMC 0.021n de manning concreto

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ELECCIÓN DEL TIPO DE ALCANTARILLA:

De acuerdo a la magnitud del caudal se cuenta con los siguientes límites:

Para caudales que oscilan entre 0.5 m3/s y 2.2 m3/s.

Alcantarilla de 2 tubos

Para caudales que oscilan entre 1.5 m3/s y 4.5 m3/s

Alcantarilla de 2 ojos

DIMENSIONAMIENTO DE LA ALCANTARILLA DE 2 TUBOS:

Material de la alcantarilla TMCVelocidad máxima asumida 1.25 m/sCaudal de Diseño 1.69 m3/sDiámetro de Diseño Q=2D2 0.912 mDiámetro de alcantarilla elegido 36”=0.914 mCaudal máximo QD/2 0.845 m3/s

CÁLCULO DE LA ALCANTARILLA CIRCULAR:

Tirante crítico hc=Dx( 0.339 xQD2.5 )0.517 0.56 m

Velocidad crítica Vc=√ gxhc 2.34 m/sEspejo de agua T=2√h(D−h) 0.89 mRadio hidráulico R=Ac/P 0.256 mAc 0.422 m2P 1.645 m

Pendiente crítica:Sc=Vc2 xn2

R4 /30.0148

VERIFICACIÓN Y CÁLCULO DEL DIÁMETRO D:

D≥1.20He

Velocidad de entrada 2 m/sh1-2 0.155He 0.76

Cumple

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DIMENSIONAMIENTO DE LA ALCANTARILLA DE 2 OJOS:

Material de la alcantarilla CONCRETOVelocidad máxima asumida 1.25 m/sCaudal de Diseño 1.69 m3/sBase de Diseño Q=3.1D2 0.522 mAltura de diseño 0.652 mCaudal máximo QD/2 0.845 m3/s

CÁLCULO DE LA ALCANTARILLA RECTANGULAR:

Caudal unitario q= 1.62 m3/s/mTirante crítico Yc= 0.644 mVelocidad crítica Vc= 2.51 m/sRadio hidráulico R=Ac/P 0.185 mAc 0.336 m2P 1.81 m

Pendiente crítica:Sc=Vc2 xn2

R4 /30.0117

VERIFICACIÓN Y CÁLCULO DE LA ALTURA H:

1.2H≤He≤1.5H

Velocidad de entrada 2 m/sh1-2 0.258He 1.02

Cumple He>1.2x0.652

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MEMORIA DE CÁLCULO:

METRADO DE CARGAS:

I. DATOS BÁSICOS:

DIMENSIONES DE LA ALCANTARILLA

Ancho libre: 1.29Altura libre: 0.65

CARACTERÍSTICAS DEL SUELO DE FUNDACIÓN Y DEL MATERIAL DE RELLENO

Cobertura de relleno 1.45 mPeso unitario del material seco 1800 kg/m3Angulo de fricción interna del relleno 32°Angulo de fricción interna suelo-concreto 21°Angulo de inclinación del relleno 0°Angulo de inclinación de la pared 0°Coeficiente activo de presión 0.275M 0.719N 0.931Z 0.456Capacidad de carga del terreno 1.5 Kg/cm2

CARACTERÍSTICAS DEL CONCRETO Y DEL ACERO DE REFUERZO:

Concreto 210 Kg/cm2Acero de refuerzo 4200 Kg/cm2Peso unitario del concreto 2500 Kg/m3recubrimiento 0.05 m

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II. PRE DIMENSIONAMIENTO DE LOSAS Y MUROS:

Según AASHTO 0.14Para control de deflexiones 0.11Por tanto se asume un espesor de: 0.25

III. METRADO DE CARGAS Y FUERZAS ACTUANTES:

DEBIDO AL PESO PROPIO DEL MARCO:

Carga de losa superior 625 Kg/mPeso de muros laterales 1612.5 Kg

El peso de los muros laterales y la losa superior generan una carga de reacción del suelo:

Reacción en losa inferior 2417 Kg/m

DEBIDO A LA COBERTURA DE RELLENO

Peso de cobertura 2610 Kg/m

DEBIDO A LA PRESIÓN LATERAL DE RELLENO

Presión lateral en la parte superior 779.6 Kg/mPresión lateral en la parte inferior 1600 Kg/m

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DEBIDO A LA CARGA VIVA DEL TRÁFICO

Para la determinación de la carga debido al tráfico usaremos el camión de diseño AASHTO LRFD HL-93 considerando que es el que causa los efectos más desfavorables en la estructura El peso del eje posterior es:

P 14780.00 Kg/eje

Distribución de la carga P en el relleno

Ya que tenemos un relleno sobre la losa superior, consideraremos que la carga de rueda se distribuye según un área dada de 1.75H x 1.75H, donde H es la altura de relleno, Por lo tanto:

E = 1.75H 2.50 m

Por tanto la carga viva debido al tráfico de una rueda sobre el marco será:

PL = P/2E 2956.00 Kg

Esta carga produce una reacción uniforme en la losa inferior igual a:

qP = PL / (a+t) = 3284.00 Kg/m