Ejemplo de Diseo

Disear la alcantarilla de la figura adjunta, que cruza un camino parcelario con ancho de 6 m.

Caractersticas del canal aguas arriba y aguas abajo

Q = 3.19 m3/s Cota en el Punto 1 =Z = 0S = 3.80 %o Cota en el Punto 4 =n = 0.014b = 1.2 m Cota en el camino =

Y1 = Y2 = 1.20 mV = 1.50 m/s

0.02 m

Solucin

1) Seleccin del Dimetro

Di = 1.786 m 71 Pulg

Calculamos el area para el diametro de 71 Pulg

2.5543 m2

Calculamos la Velocidad de la alcantarilla (Va)

1.25 m/s Si cumple

Segn Criterio de Diseo La Velocidad debe Ser 1.25 m/s

^/=

_= _^2

=(_ )

= ^2/4=

Q =

=/=

Evaluamos Diametro de 72 pulg

2.6268 m2

1.21 m/s Si cumple Pero la velocidad esta muy cerca del maximopor la cual evaluamos otro diametro para disminuir la velocidad

Evaluamos Diametro de 74 pulg

2.7747 m2

1.150 m/s Si cumple

2) Cota del tubo en 2

El nivel de carga aguas arriba = C1 + Y

El nivel de carga aguas arriba = 27.60 m

Cota del tubo en el punto 2 = Nivel de carga aguas arriba - ( D + )

Cota del tubo en el punto 2 = 25.62 m

3) Longitud de las transiciones entrada y salida

Lt = 7.52 m 7.5 m

Longitud de la tubera:

Cota del camino = 26.70 msnm

Cota del punto 2 = 25.62 msnm

Lt = 4xDi

Long. = 2x [ 1.5x(cotas) + Ancho del camino ]

= ^2/4=

=/=

= ^2/4=

=/=

1.5 ^2/2

Long. = 8.74 m 8.8 m

4) Carga hidrulica disponible

Sera la diferencia de niveles entre el punto 1 y 4

H = (Cota1 + Y)

H = ( 26.4 + 1.2 ) - ( 26.3 + 1.2 )

H = 0.10 m (Debe ser a las prdidas de carga)

5) Inclinacin de la transicin de entrada

La inclinacin mxima recomendada es 4:1

10.0 La inclinacion seria 10:1 < 4:1, se acepta

6) Balance de energa entre 1 y 4

1 = E4 + Prdidas

Prdidas = Pe + Ps + Pf

Pe = Perdidas por entrada = 0.034

Ps = Perdidas por salida = 0.044

Pf = Perdidas por friccin = 0.008

Prdidas = 0.086 mCalculo de E1:

E1 = Cota1 + Y +

E1 = 26.4 + 1.2 + 0.02

E1 = 27.62 m

/(1 2)=

0.5 ^2/2=

0.65 ^2/2=

f / ^2/2=

^2/2

Calculo de E4:

E4 = Cota1 + Y + + Prdidas

E4 = 26.3 + 1.2 + 0.02 + 0.086

E4 = 27.606 m

En la ecuacin debe cumplirse la igualdad, o ser E1 ligeramente mayor, en nuestro caso se tiene:

E1 > E4 = 0.014 m Si cumpleLo que significa que no habr problema hidrulico, segn nuestro clculo la alcantarilla funcionar perfectamente

Cota en 3 :

La pendiente del tubo es 2 %o

Perdida de Carga = S x L

Perd. Carga = 0.018

Cota 3 = Cota2 - Perd. Carga

Cota 3 = 25.62 - 0.018

Cota 3 = 25.60 m

7) Inclinacin de la transicin de salida

10.7 La inclinacion seria 10.7:1 < 4:1, se acepta

Altura de la cobertura

Promediamos las cotas para tener una altura fija

25.61

Alt. Cobertura = Cota del camino - Cota promd - D

Alt. Cobertura = 26.7 - 25.61 - 1.8796

^2/2

/(4 3)=

(2+3)/2=

Alt. Cobertura = 0.50 m No cumple Minimo requerido 0.6 m

8) Longitud de proteccin

Es la longitud del enrocado en seco colocado a mano, entre la transicin y el canal de tierra

Lp = 3 Di

Lp = 3 x 1.8796

Lp = 5.70 m El enrocad se colocar solo en la salida y en un espesor de 0.2 m.

Disear la alcantarilla de la figura adjunta, que cruza un camino parcelario con ancho de 6 m.

Cota en el Punto 1 = 26.40 msnm

Cota en el Punto 4 = 26.30 msnm

Cota en el camino = 26.70 msnm

Segn Criterio de Diseo La Velocidad debe Ser 1.25 m/s

Pero la velocidad esta muy cerca del maximopor la cual evaluamos otro diametro para disminuir la velocidad

1.5 ^2/2

La inclinacion seria 10:1 < 4:1, se acepta

Donde:f = 0.025 (comnmente asumido para casos prcticos)L = 8.80 m 9.00 m D = 74 pulg 1.8796 m

Va = 1.150 m/s

En la ecuacin debe cumplirse la igualdad, o ser E1 ligeramente mayor, en nuestro caso se tiene:

Lo que significa que no habr problema hidrulico, segn nuestro clculo la alcantarilla funcionar perfectamente

La inclinacion seria 10.7:1 < 4:1, se acepta

Minimo requerido 0.6 m

Es la longitud del enrocado en seco colocado a mano, entre la transicin y el canal de tierra

El enrocad se colocar solo en la salida y en un espesor de 0.2 m.

DISEO ESTRUCTURAL DE ALCANTARILLA

1. Predimensionamiento:

Longitud L > 6 m.Longitud L < 6 m.

* Para L = 2.80 m H=

2. Metrado de Cargas:

Carga Muerta (WD): Wc= 2.4

WD = 2.8 x 0.3 x 2.4

WD = 2.02 Tn/m

Carga Viva (PL):

La carga de diseo corresponde al grupo de sobrecargas HS 20 - 44 del Reglamento AMERICANO AASHTO

A) Elevacin

WD=

La condicin mas desfavorable para nuestro caso de acuerdo a la luz, es la sobrecarga de un eje de 16 Tn

PL = 16 Tn

3. Clculo Estructural:

Modelo Estructural

Calculo de MD:

MD = 2.02 x 2.8^28

MD= 1.98 Tn-m

Clculo del Momento de Diseo (Meq)

Calculo de E

E = 0.06 x 2.8 + 1.219

E= 1.39 m

= ^2/8

=+ /. ( 1 )

=0.06 +1.219

Calculo de Emax

Emax= 2.6 m

Comparamos

E < Emax OK!

Clculo del Momento por Sobre Carga ( ML )

ML= 8.07 Tn-m

Reemplazando valores en la ecuacin 1, Tenemos:

Meq =10.05 Tn-m (Momento de Diseo Meq=Mu)

4. Diseo:

Caracteristicas del refuerzoDenominacin

cm6mm 0.600 0.28 1.91/4" 0.635 0.32 2.08mm 0.800 0.50 2.53/8" 0.950 0.71 3.0

12mm 1.200 1.13 3.81/2" 1.270 1.29 4.05/8" 1.590 1.98 5.03/4" 1.910 2.84 6.07/8" 2.222 3.87 7.01" 2.540 5.10 8.0

1-1/8" 2.865 6.45 9.01-1/4" 3.226 8.19 10.0

Seccin (cm2) Permetro (cm)

=/2

=/

1-3/8" 3.580 10.06 11.3

Calculo de J :

j = 0.890

Reemplazando valores calculados en la ecuacin (2) Tenemos:

28.54 cm