diseÑo de alcantarillas y sifones

7/16/2019 DISEO DE ALCANTARILLAS Y SIFONES

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DOCENTE: ING. ARBUL RAMOSJOSE DEL CARMEN

Pimentel 05 de Noviembre del 2012

ESCUELA PROFESIONAL

DE INGENIERIA CIVIL

CURSO: HIDRULICA

UNIVERSIDADSEOR DE SIPN

TEMA: DISEO DE ALCANTARILLAS,ALIVIADERO-ALCANTARILLA YSIFONES

ALUMNOS: CORDOVA SAVEDRA, LUIS RICHARD. TRIGOSO TEJADA, LUIS HUMBERTO.

CICLO: VII


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I. Alcantarillas.Las alcantarillas son conductos que pueden sercirculares o de marco (cuadradas o rectangulares)usualmente enterradas, utilizadas en desages oen cruces con carreteras, pueden fluir llenas oparcialmente llenas dependiendo de ciertosfactores tales como: dimetro, longitud, rugosidady principalmente los niveles de agua, tanto a laentrada como a la salida.

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 critico, denominado H*, cuyo

valor varia desde 1.2D, a 1.5D siendo d el

dimetro o altura de la alcantarilla.


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Tipos de alcantarilla por elflujo a la entrada y a la salida.


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Tipo I. Salida sumergida.

La carga hidrulica H*, a la entrada

es mayor al dimetro D, y el tirante

Yt, a la salida, es mayor D, en este

caso la alcantarilla es llena:Luego:

H*>D

Yt>D

Alcantarilla llena.


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Tipo II. Salida no sumergida.

H>H* 1.2H*1.5

YtH*

Yt


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Tipo IV. Salida no sumergida HYc

Flujo subcritico en la

alcantarilla.

Tipo V. Salida no sumergida.

H


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Tipo VI. Salida no sumergida.

H


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CRITERIOS DE DISEO


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1. El diseo hidrulico de una alcantarilla consiste en la seleccin de

su dimetro de manera que resulte una velocidad promedio de

1.25m/s, en ciertos casos se suele dar a la alcantarilla una velocidad

igual a la del canal donde esta ser construida, solo en casos

especiales la velocidad ser mayor a 1.25m/s.2. La cota de fondo de la alcantarilla es 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 este fluye

lleno o el 20 por ciento del tirante en la alcantarilla.

3. La pendiente de la alcantarilla debe ser igual a la pendiente del

canal.

4. El relleno encima de la alcantarilla o cobertura mnima de terreno

para caminos parcelarios es de 0.60m y para cruces con la

panamericana es de 0.9m.

5. La transicin tanto de entrada como de salida en algunos casos, se

conectan a la alcantarilla mediante una rampa con inclinacin

mxima 4:1


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6. El talud mximo de camino encima de la alcantarilla no debe ser mayor a

1.5:1.

7. El cruce de canales con camino, las alcantarilla n o deben disearse en

flujos supercrticos.

8. Se debe determinar la necesidad de collarines en la alcantarilla

9. Normalmente las alcantarillas trabajan con nivel de agua libre, llegando amojar toda su seccin en periodos mximos.

10. Las perdidas de energa mxima pueden ser calculadas mediante la

formula:

= + +

2

Donde los coeficientes de prdida pueden ser determinados segn lo

explicado en los tems 2.3, 2.4, 2.5.El factor f de las prdidas por friccin, se puede calcular mediante el

diagrama de Moody (Fig. 2.11) o por el mtodo que ms se crea

conveniente.

Pe: Prdidas de entrada.

Pf: Prdidas por friccin en el tubo.

Ps: Prdidas por salida

Va: Velocidad en la alcantarilla.


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Tipos de alcantarillas por sucapacidad.


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Alcantarillas de un Tubo.Para caudales iguales o menores a

1.2m3/s.

Qmx=Di2 (m3/s)

Longitud de Transiciones.Lt 3Di

La transicin de entrada no lleva

proteccin y la transicin de salida

lleva una proteccin de enrocado

con un espesor de la capa igual a

0.20m.Longitud de proteccin.

LP 3Di

Dimetro Interno Mnimo.

Di = 0.51m


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Alcantarilla de 2 Tubos.Para caudales que oscilan entre 0.5m3 /s y 2.2 m3

/s.

Qmx=2Di2 (m3/s)

Longitud de las transiciones.

Lt 5Di

Las transiciones de entrada y salida llevan

proteccin enrocada con un espesor de la capa de

roca de 0.25m. hasta una altura sobre el fondo del

canal de 1.2D.

Longitud de proteccin en la entrada.Lp 4Di

Longitud de proteccin en la salida.

Lp 5Di

Dimetro Interno Mnimo.

Di = 0.51m


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Alcantarilla de 2 Ojos.Para caudales que oscilan entre 1.5 m3/s. y 4.5 m3/s.

Seccin del ojo=Ancho x Altura.

D x 1.25D.

Capacidad Mxima de la Alcantarilla. = 3.1 (/)

Entrada y salida llevan proteccin de enrocado y con un

espesor de la capa de roca de 0.25m.

Longitud de las transiciones.Lt = D+b

b: Plantilla del canal.

Longitud de proteccin en la entrada.Lp = 3D

Longitud de proteccin en la salida.Lp = 5D

Dimetro Interno Mnimo.Di = 0.80m.


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Alcantarilla de 3 Ojos.Para caudales que oscilan entre 2.3 m3/s. y 10.5 m3/s.

Seccin del ojo=Ancho x Altura.

D x 1.25D.

Capacidad Mxima de la Alcantarilla.

= 4.8 (/)

Entrada y salida llevan proteccin de enrocado y con un espesor de la capa

de roca de 0.25m.

Longitud de las transiciones.

Lt = D+b

b: Plantilla del canal.

Longitud de proteccin en la entrada.

Lp 3D

Longitud de proteccin en la salida.

Lp 5DDimetro Interno Mnimo.

Di = 0.80m.


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Collarines para los Tubos.Estos se construyen cuando existe la posibilidad de una remocin de

las partculas del suelo en los puntos de emergencia y existe peligro

de falla en la estructura por turificacin. Debido al agua que se mueve

alrededor de la periferia del tubo en toda su longitud.

DIMENSIONES Tubo h(m) e(m)

18 1.52 0.1521 1.60 0.1524 1.68 0.1527 1.90 0.1530 2.13 0.1536 2.60 0.1542 2.82 0.2048 3.00 0.2054 3.50 0.2060 3.65 0.20


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http://localhost/var/www/apps/conversion/tmp/scratch_2/EJEMPLO%2001%20DE%20ALCANTARILLA.xls


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Estas estructuras consisten enescotaduras que se hacen en la pared otalud del canal para controlar el caudal,evitndose posibles desbordes quepodran causar serios daos, por lotanto, su ubicacin se recomienda en

todos aquellos lugares donde existaeste peligro. Los cuales de exceso aeliminarse, se originan algunas vecespor fallas del operador o por afluencias,que durante las lluvias el canal recibede las quebradas, estos excesos debe

descargar con un mnimo de obras dearte, buscndose en lo posible caucesnaturales para evitar obras adicionales,aunque esto ltimo depende siempre dela conjugacin de diferentes aspectoslocales (topografa, ubicacin delvertedero, etc.),


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1. El caudal de diseo de un vertedero se puedeestablecer como aquel caudal que circula en el

canal por encima de su tirante normal, hasta elnivel mximo de su caja hidrulica o hasta elnivel que ocupa en el canal, el caudalconsiderado como de mxima avenida.2- El vertedero lateral no permite eliminar todo elexcedente de caudal, siempre quedar un

excedente que corresponde tericamente a unos10 cm encima del tirante normal.3. La altura del vertedor o diferencia entre lacresta de ste y el fondo del canal, correspondeal valor Yn.4. Para dimensionar el vertedero existen gran

variedad de formulas, a continuacin se describela frmula de Forchheiner. =

/

Donde:V = 0.95 = coeficiente de contraccinL = longitud del vertederoh = carga promedio encima de la cresta


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5. El flujo del canal, deber sersiempre subcrtico, entonces:

> =

+

= . = .

6. La formula 4,21 da buena

aproximacin cuando se cumple:

.

7. Para mejorar la eficiencia de la

cresta del vertedero se sueleutilizar diferentes valores, segn laforma que adopte la cresta.

8. El tipo a y b, se usan cuando elcaudal que se est eliminando porla ventana o escotadura del canal,cruza un camino, frecuentementese utilizan cuando se proyectanbadenes, cuando esto no es

necesario y el caudal del vertederose puede eliminar al pie del mismo,se utilizan los tipos c d.

9. Los aliviaderos laterales pueden descargar a travs de unvertedero con colchn al pie (desniveles pequeos) mediante unaalcantarilla con una pantalla disipadora de energa al final(desniveles grandes).


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http://localhost/var/www/apps/conversion/tmp/scratch_2/EJEMPLO%2002%20%20DE%20ALIVIDADERO%20ALCANTARILLA.xlsxhttp://localhost/var/www/apps/conversion/tmp/scratch_2/EJEMPLO%2002%20%20DE%20ALIVIDADERO%20ALCANTARILLA.xlsxhttp://localhost/var/www/apps/conversion/tmp/scratch_2/EJEMPLO%2002%20%20DE%20ALIVIDADERO%20ALCANTARILLA.xlsxhttp://localhost/var/www/apps/conversion/tmp/scratch_2/EJEMPLO%2002%20%20DE%20ALIVIDADERO%20ALCANTARILLA.xlsx


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El sifn invertido surge como solucin a la

necesidad de burlar un obstculo topogrfico yconducir un fluido mediante una tubera apresin, disendose como una tubera simple.Es notable la utilidad que tiene este tipo deestructuras no solo porque resuelve elproblema de realizar grandes tramos de canal

cuya construccin demandara mayores costoselevando el monto del proyecto.Los sifones invertidos son usados paratransportar agua proveniente de canales pordebajo de carreteras y vas de tren debajo deros y quebradas, etc. Cuando existenquebradas poco anchas profundas convienecruzadas con acueductos, pero cuando elcruce es ancho arriba y profundo en el centromuchas veces conviene proyectar un sifninvertido .Los estudios econmicos y lasconsideraciones topogrficas, geolgicas ehidrolgicas, determina la factibilidad de usaruno u otro tipo de estructura.


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Los sifones invertidos sonconductos cerrados que trabajan a

presin, se utilizan para conducirel agua en el cruce de un canalcon una depresin topogrfica enla que est ubicado un camino, unava de ferrocarril, un dren o inclusootro canal. Los sifones invertidos

estn conformados por dos o mstuberas, dependiendo del caudalde diseo que se requieraconducir. Estas tuberas debenconstar de facilidad de limpieza.Siempre que sea posible se debe

evitar el uso de sifones invertidospor los grandes inconvenientes querepresenta su conservacin ymantenimiento, sin embargomuchas veces no es posibleresolver de otra manera el

problema de paso de depresiones.


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TRANSICIONES DE ENTRADA Y SALIDAComo en la mayora de los casos, la seccin

del canal es diferente a la adoptada en elconducto o barril, es necesario construir unatransicin de entrada y otra de salida parapasar gradualmente de la primera a lasegunda. En el diseo de una transicin deentrada y salida es generalmente

aconsejable tener la abertura de la partesuperior del sifn un poco ms abajo de lasuperficie normal del agua. Esta prcticahace mnima la posible reduccin de lacapacidad del sifn causada por laintroduccin del aire. La profundidad de

sumergencia de la abertura superior delsifn se recomienda que este comprendidaentre un mnimo de 1.1 hv y un mximo de1.5 hv.hh = carga de velocidad =v2/2gDonde:

v: velocidad en el canal (m/s).g: aceleracin gravedad (9.81 m/s).


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REJILLA DE ENTRADA Y SALIDALa rejilla de entrada se acostumbra hacerlacon varillas de 3/8" de dimetro o varillascuadradas de 0.95 x 0.95 cm2(3/8" x 3/8")colocados a cada 10 cm, y soldadas a unmarco de 2.54 x 1.27cm2 (1" x 1/2"). Suobjeto de la rejilla de entrada es el impedir odisminuir la entrada al conducto de basuras yobjetos extraos que impidan elfuncionamiento correcto del conducto y larejilla de salida para evitar el ingreso deobjetos extraos o personas.

TUBERAS DE PRESIN:Son tuberas que transportan agua bajo

presin para que los costos demantenimiento sean bajos hay que colocarsoportes y los anclajes de la tubera enpendientes estables y encontrar buenoscimientos. No deber haber peligro de erosinpor desprendimiento de laderas, pero si

acceso seguro para hacer mantenimiento yreparacin.


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VLVULA DE PURGA DE AGUA Y LODOS.Se coloca en la parte ms baja de los barriles, permite evacuar el aguaque se quede almacenada en el conducto cuando se para el sifn o paradesalojar lodos. Para su limpieza o reparacin, y consistir en vlvulasde compuerta deslizante de las dimensiones que se estime convenientede acuerdo con el caudal a desalojar.

S=0.005

elev.

58.5

50

3 3

1.5:1

1.5:1

CL

km

0+

026

58.550 58.526

4.25 4.25

12

5.0004.891 5.000 3.9122.75 2.75 7.3383.359

12

AB C

D E

F GH

elev.

58.3

86

km

0+

010

elev.

58.0

36

km

0+

045


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1. Las dimensiones del tubo se determina satisfaciendo losrequerimientos de covertura, pendiente del tubo, ngulos de doblados, ysumergencia de la entrada y salida.

2. En aquellos sifones que cruzan caminos principales por debajo dedrenes , se requiere un mnimo de 0.90m de covertura y cuando cruzancaminos parcelarios o canales de riego sin revestir es suficiente 0.60m.si el sifn cruza un canal revestido, se considera suficiente 0.30m decobertura.3. La pendiente de los tubos doblados, no debe ser mayor a 2:1 y lapendiente mnima del tubo horizontal debe ser 5 o/oo. Se recomiendatransicin de concreto a la entrada y salida cuando el sifn crucecaminos principales en sifones con mayor o igual a 36 y paravelocidades en el tubo mayores a 1 m/s.4. Con la finalidad de evitar desbordes agua arriba del sifn debido a laocurrencia fortuita de caudales mayores al de diseo, se recomiendaaumentar en un 50% o 0.30 m como mximo al borde libre del canal en

una longitud mnima de 15 m a partir de la estructura.


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5. Con la finalidad de determinar el dimetro del tubo en sifonesrelativamente cortos con transiciones de tierras, tanto a la entradacomo a la salida, se puede usar una velocidad de 1 m3/s, en sifones con

transiciones de concreto igualmente cortos se puede usar 1.5 m/s yentre 3 a 2.5 m/s en sifones largos con transiciones de concreto cono sincontrol en la entrada.6. Las prdidas de carga por entrada y salida para las transiciones tipoCubiertaPartida, se pueden calcular rpidamente con los valores 0.4 y0.65 hv respectivamente (Ver. Fig. 2.15) o con lo manifestando en los

tems 2.4 y 2.5.7. A fin de evitar remansos aguas arriba, las prdidas totalescomputadas se incrementan en 10%.8. En el diseo de la transicin de entrada se recomienda que la partesuperior de la abertura del sifn, est ligeramente debajo de lasuperficie normal del agua, esta profundidad de sumergencia esconocida como sello de agua y en el diseo se toma 1.5 veces la cargade velocidad del sifn o 1.1 como mnimo o tambin 3.


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9. En la salida la sumergencia no debe exceder al valor Hte/6.

10. En sifones relativamente largos, se proyectan estructuras de aliviopara permitir un drenaje del tubo para su inspeccin y mantenimiento.

11. En sifones largos bajo ciertas condiciones de entrada puede nosellarse ya sea que el sifn opere a flujo parcial o a flujo lleno, con uncoeficiente de friccin menor que el sumido en el diseo, por esta raznse recomienda usar n = 0.008 cuando se calcula las prdidas de energa.

12. Con la finalidad de evitar la cavitacin a veces se ubica ventanas deaireacin en lugares donde el aire podra acumularse.

13. Con respecto a las prdidas de carga totales, se recomienda lacondicin de que estas sean iguales o menores a 0.30 m.

14. Cuando el sifn cruza debajo de una quebrada, es necesario conocerel gasto mximo de la creciente.


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15. Se debe considerar un aliviadero de demasas y un canal dedescarga inmediatamente aguas arriba de la transicin de ingreso.16. Se recomienda incluir una tubera de aeracin despus de la

transicin de ingreso.17. Se debe analizar la necesidad de incluir vlvulas rompe presin en eldesarrollo de la conduccin a fin de evitar el golpe de ariete, que podrahacer colapsar la tubera (solo para grandes caudales).18. Se debe tener en cuenta los criterios de rugosidad de Manning parael diseo hidrulico.

19. Se debe tener en cuenta los criterios de sumergencia (tuberaahogada) a la entrada y salida del sifn, a fin de evitar el ingreso de airea la tubera.20. Se recomienda los anchos de corona de la tabla 4.3 en el cruce desifones o alcantarillas segn el tipo de camino.


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Cruce con caminode Tipo

Ancho del camino en la coronade la Alcantarilla o Sifn.

CruceSimple

Cruce con SobreAncho

V1(3m) 4m 6.6mV2(4m) 5.5m 6.6mV3(6m) 8.0m 8.0m

Tabla 4.3. ANCHOS DE CORONA SEGN EL TIPO DE CAMINOS


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