DISEO DE ALCANTARILLAS

DISEO DE ALCANTARILLASPastor Castilla Consuegra.Diana Carolina Huertas ViasusJulio Csar Rodrguez UribeLuis Hernndez Teheran.

ContenidoIntroduccin.Definicin.Procedimiento.Ejemplo de diseo.IntroduccinNumerosos factores intervienen en los estudios de drenaje de una carretera (topografa, hidrologa y geologa), haciendo variar tanto los mtodos como coeficientes de un sitio a otro.

La funcin de los drenajes superficiales, es la de proveer las facilidades necesarias para el paso de agua de un lado a otro lado de la va, y para el drenaje de las aguas que caen directamente encima de la plataforma y de otras reas que desagen en ellas.DefinicinConducto relativamente corto, a travs del cual se cruza el agua de la va de un costado a otro, incluye por lo tanto conductos de cualquier seccin geomtrica.

Es recomendable que la ubicacin, alineamiento y pendiente que se elija en cada caso tenga en cuenta los aspecto hidrolgicos, hidrulicos, estructurales y fenmenos de geodinmica externa de origen hdrico, para obtener finalmente la solucin mas adecuada compatible con los costos de operatividad, servicialidad y seguridad en la carretera.DefinicinEl diseo de una alcantarilla consiste en determinar el dimetro mas econmico que permita pasar el caudal de diseo sin exceder la mxima carga de entrada (Hw) atendiendo tambin los criterios de arrastre de sedimentos y de facilidad de mantenimiento.

La alcantarilla consta de dos partes:CAON: Forma de el canal de la alcantarilla y es la parte principal de la estructura.MUROS DE CABEZA: Sirven para impedir la erosin alrededor del can , guiar la corriente y evitar que el terraplen invada el canal.Secciones tpicas de alcantarillas

Elementos tpicos de la estructura terminal

Secciones de alcantarillas con fondo natural

Variables hidrulicas en alcantarilla

Variables hidrulicas en alcantarillas

Control al ingreso

Control al ingreso

Control a la salida

Control a la salida

Flujo sobre la alcantarilla

Flujo sobre la carretera

Tipo de alcantarilla ms comunesEn general para carreteras en zonas lluviosas se recomiendan los siguientes tipos de alcantarillas y pontones:

Otras obras de arte transversales

18Las alcantarillas deben conservar la pendiente de la corriente o del terreno natural, o si es muy fuerte se podr disminuir considerando las obras necesarias de salida para asegurar continuidad y la entrega adecuada de las aguas.

En cortes de gran magnitud en la que la via esta localizada muy por debajo del terreno natural, es necesario emplear rapidas escalonadas para conectar la corriente existente en la parte superior con la alcantarilla que cruza debajo de la via; mientras si la diferencia de nivel no es tan alta se puede utilizar un canal.Alcantarillas para desages de cunetas, filtros y zanjas de coronacin: con caudales bajos, se disean como un canal, con pendiente tal que la velocidad se encuentre entre la mnima y la mxima permisible.

Alcantarillas para cruce de corrientes: se realiza con el anlisis bajo control a la entrada y salida, tomando el mayor valor de Hw.

Alcantarilla a presin: solo es permitido en zonas muy planas e inundables, cenagosas o costeras, se analizan las alcantarillas, considerando la condicin de control de salida.Criterios de DiseoHidrulicos: carga a la entrada y velocidades en el conducto y descole del agua, deben ser diseadas con un nivel de agua a la entrada inferior a 1,20 veces la altura de la alcantarilla.Arrastre de sedimentos: en zonas donde el arrastre de sedimentos por parte de la corriente es muy alto y las pendientes son muy altas e inestables, se debe proyectar una estructura de mayor tamao a los requerimientos hidrulicos, construir aguas arriba de la estructura una obra de retencin del material o reemplazar la alcantarilla por un ponton de galibo. Tambin se pueden realizar estructuras mltiples, cuando el arrastre de sedimentos es bajo.Pendiente del conducto o tubera: se debe encontrar entre el 0,5% y el 5%, para pendientes mayores, la estructura se deber proyectar como una estructura disipadora.Recubrimiento y longitud del conducto: altura de descole o terraplen 2m.Socavacin en alcantarillas: se recomienda tanto en la entrada como en la salida de las placas de solera proyecta dentellones en los extremosEn estos casos, el empleo de alcantarillas de cajn, con bajos recubrimientos, resulta ms conveniente21Ejemplo de DiseoSe requiere disear una alcantarilla en cajn para permitir el paso del flujo de un cauce natural indicado en la figura.Se sabe que la pendiente natural del cauce es de 0,3% y aguas debajo de la futura alcantarilla no existen mayores obstrucciones que modifiquen el rgimen hidrulico de escurrimiento. Disear las condiciones de escurrimiento sumergido, donde yn= 0,80 m es la altura normal de escurrimiento inmediatamente aguas abajo del terrapln.

Paso 1. Informacin del DiseoDel estudio hidrolgico se obtiene un caudal de diseo de 1,08 m3, correspondiente a un periodo de retorno T = 25 aos.Se asume la eleccin de alcantarilla en cajn de hormign armado, con una longitud L = 12m y n =0,012. Adems se mantiene la pendiente natural del cauce = 0,3%.El lecho es de material arcilloso - limosoPaso 2. Prediseo Se determina como una aproximacin preliminar la seccin dl cajn col el cual se comienzan los clculos.

Una seccion inicial puede calcularse en funcion del caudal y una velocidad supuesta de escurrimiento (1,5 1,8 m\s).

Se supone una seccin de 0,60x0,80 m.D = 0,60 mB = 0,80 mPaso 3. Suponer el control a la entradaCon el nomograma, las cargas hidrulicas aguas arriba del terrapln:

La condicin 4 ofrece el mejor peralte aguas arriba. Sin embargo no cumple las condiciones de carga hidrulica admisible, He adm = 0,60+0,30 m = 0,90 m > He.Empleando la condicin 4 y aumentando la altura del cajn a 0,70m, se obtiene:He = 0,94 > He adm = 0,70+0,30TIPO DE ENTRADAHe/DHe11,751,0521,901,1432,051,2341,491,02Paso 3. Suponer el control a la entrada

Formula analtica para control de entradaEl Federal Highway Administration gener una frmula mediante modelos de regresin, cuyos resultados son equivalentes a los encontrados en los nomogramas.

Hece=D[a+bzF+c(Zf)2+d(zF)3+e(zF)4+f(zF)5-0.5i]

Hece:carga hidrulica a la entrada.D: altura cajn o dimetro tubo (m).F=Q/BD3/2 para cajones.z: factor de conversin a unidades mtricas.a, b, c, d, e y f: coeficientes de regresin.

CARGA HIDRULICA DE DISEO (He, m)Tipo de caucesTubosCajonesLosas (L6m)CanalesD (diamtro)H (altura total)H-0,10 mDiseo de cauces naturalesD+0,3mH+0,3m

H-0,10 mVerificacin de cauces naturalesD+0,60mH+0,60m

HPaso 3. Suponer control de salidaPaso 3. Suponer control de salida Compara y Verificar Cargas calculadasControl de SalidaSALIDA SUMERGIDA: TIPO A: Escurrimiento aguas abajo es igual o ms alto que altura dealcantarilla.

SALIDA NO SUMERGIDA: TIPO B: Se produce cuando el caudal produce una altura crtica igual o mayor a la altura de la alcantarilla.

TIPO C: Se produce cuando la altura de escurrimiento aguas arriba esmayor o igual a D+(1+Ke)V2/19.6.

TIPO D: Se produce en caso que la altura de escurrimiento aguasarriba sea menor al valor obtenido mediante la expresin anterior.

He=H1+H-LiControl de salida SALIDA SUMERGIDA:TIPO A: H1=altura escurrimiento aguas abajo de la alcantarilla.

SALIDA NO SUMERGIDA: TIPO B: H1=cota piezomtrica igual a altura de alcantarilla.

TIPO C: H1=mximo valor entre (hc+D)/2 y altura de escurrimiento aguas abajo.

Control de salida TIPO D: H1= aprox. mximo valor entre (hc+D)/2 y altura de escurrimiento aguas abajo.

GRACIAS.