estuidio fainal

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ESTUDIO HIDROLOGICO DEL PROYECTO: “MEJORAMINTO CARRETERA – MIRAVALLES – NIEPOS” (15+440 Km.) 1.0 HIDROLOGÍA Y DISEÑO DE OBRAS DE ARTE. (8) 1.1 GENERALIDADES. La hidrología asume un papel muy importante en la operación efectiva de estructuras hidráulicas, por cuanto trata de un elemento importante y vital del medio ambiente, como es el agua, para su aprovechamiento y control, mediante estructuras hidráulicas y el diseño de obras de defensa y/o encauzamiento. Aunque esta ciencia esta lejos de tener un desarrollo completo, existen varios métodos analíticos y estadísticos que son en mayor o menor grado aceptados en la profesión de ingeniero. 1.2. ESTUDIO HIDROLÓGICO. Para realizar un estudio hidrológico, es fundamental identificar la cuenca hidrológica como unidad básica de estudio, ya que es la zona de la superficie terrestre en donde (si fuera impermeable), las gotas de lluvia que caen sobre ella tienden a ser drenadas por el sistema de corrientes hacia un mismo punto de salida. Una parte importante de este trabajo es la recolección y análisis de datos requiriéndose para ello, cuantiosa información hidrometeoro lógica; que puede consistir en datos de precipitaciones, descargas, temperatura, evaporación, etc. Son de gran utilidad para tomar decisiones en el diseño, ubicación y proyección de una estructura hidráulica, ya sea de aprovechamiento o de protección. A. OBJETIVOS. Dentro de los objetivos más importantes tenemos:

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Page 1: Estuidio  Fainal

ESTUDIO HIDROLOGICO DEL PROYECTO: “MEJORAMINTO CARRETERA – MIRAVALLES – NIEPOS”

(15+440 Km.)

1.0 HIDROLOGÍA Y DISEÑO DE OBRAS DE ARTE. (8)

1.1 GENERALIDADES.

La hidrología asume un papel muy importante en la operación efectiva de

estructuras hidráulicas, por cuanto trata de un elemento importante y vital del

medio ambiente, como es el agua, para su aprovechamiento y control, mediante

estructuras hidráulicas y el diseño de obras de defensa y/o encauzamiento.

Aunque esta ciencia esta lejos de tener un desarrollo completo, existen varios

métodos analíticos y estadísticos que son en mayor o menor grado aceptados en

la profesión de ingeniero.

1.2. ESTUDIO HIDROLÓGICO.

Para realizar un estudio hidrológico, es fundamental identificar la cuenca

hidrológica como unidad básica de estudio, ya que es la zona de la superficie

terrestre en donde (si fuera impermeable), las gotas de lluvia que caen sobre ella

tienden a ser drenadas por el sistema de corrientes hacia un mismo punto de

salida.

Una parte importante de este trabajo es la recolección y análisis de datos

requiriéndose para ello, cuantiosa información hidrometeoro lógica; que puede

consistir en datos de precipitaciones, descargas, temperatura, evaporación, etc.

Son de gran utilidad para tomar decisiones en el diseño, ubicación y proyección

de una estructura hidráulica, ya sea de aprovechamiento o de protección.

A. OBJETIVOS.

Dentro de los objetivos más importantes tenemos:

Analizar el comportamiento de los fenómenos hidrológicos de la zona

en estudio, para proteger la infraestructura de la carretera

mediante un buen diseño de obras hidráulicas como son: zanjas de

coronación, cunetas, alcantarillas, drenes, etc.

Determinar los parámetros y/o factores hídricos, tales como

precipitaciones, periodo de retorno, frecuencias, intensidades

Page 2: Estuidio  Fainal

máximas, etc. Las mismas que nos permitirán determinar el

máximo caudal de escorrentía.

B. DEFINICIONES PREVIAS.

B.1 FRECUENCIA DE PRECIPITACIÓN (F).

Es la probabilidad de que una tormenta de características

definidas pueda repetirse dentro de un periodo más o menos largo,

expresado en años (tiempo de retorno).

Esta probabilidad o frecuencia se puede calcular con la fórmula de

Chegodayev propuesta en 1955, para el caso de serie parciales

anuales:

F = (m - 0.3)/(n + 0.4) .… (EC. – 18)

Donde:

F = frecuencia o probabilidad de excedencia.

m = Número de orden del evento ordenado en forma

descendente.

n = Número de años observados (eventos).

B.2 RIESGO DE FALLA (J).

Representa el peligro o la probabilidad de que el gasto

considerado para el diseño sea superado por eventos de magnitudes

mayores. Se llama P, a la probabilidad acumulada de que no ocurra tal

evento; es decir que la descarga considerada no sea igualada ni

superada por otra; entonces la probabilidad de que ocurra dicho evento

en N años consecutivos de vida, representa el riesgo de falla J, está

dado por:

.… (EC. – 19)

B.3 TIEMPO O PERIODO DE RETORNO (Tr).

Es el tiempo transcurrido para que un evento de magnitud dada

se repita, en promedio. Se expresa en función de la probabilidad P de

no ocurrencia, la probabilidad P de no ocurrencia está dado por 1-P y,

el tiempo de retorno se representa por:

.… (EC. – 20)

Despejando el parámetro P dentro de las ecuaciones anteriores se

tiene:

Page 3: Estuidio  Fainal

.… (EC. – 21)

Ecuación que se utiliza para estimar el tiempo de retorno Tr para

diversos riesgos de falla y vida útil N de la estructura.

B.4 VIDA ÚTIL (N).

Es un concepto económico en relación con las depreciaciones y

costos de las mismas. La vida física de las estructuras pueden ser

mayores y, en algunos casos es conveniente que sea la máxima

posible para no provocar conflictos de aprovechamiento hídrico en

generaciones futuras.

B.5 TIEMPO DE CONCENTRACIÓN (Tc).

Es el tiempo que demora en recorrer una gota de agua desde el

punto más alejado aguas arriba de la microcuenca hasta llegar a la

estructura hidráulica. Existen varias fórmulas de calcular el Tc de una

cuenca:

(Fórm. Temez) .… (EC. –

22)

Donde:

Tc : Tiempo de concentración en minutos

L : Longitud del máximo recorrido del agua (en Kilómetros)

S : Pendiente de la longitud del recorrido en decimales

B.6 COEFICIENTE DE ESCORRENTÍA (C).

Es la relación entre el agua que escurre por la superficie del

terreno y la total precipitada. Es difícil determinar su valor con

exactitud, ya que varía según la topografía, la vegetación, la

permeabilidad y la proporción de agua que el suelo contenga. Se

tendrá en cuenta el siguiente CUADRO.

CUADRO N° 2.26. COEFICIENTES DE ESCORRENTÍA

Naturaleza de la

Superficie

Topografía

Ondulada

S% de 5 a 10 %

Inclinada

S% de 10 a 30 %

Cultivos generales 0.60 0.72

Cultivos de pastos 0.36 0.42

Cultivos de bosques 0.18 0.21

Page 4: Estuidio  Fainal

Áreas desnudas 0.80 0.90

FUENTE: Libro Riegos y avenamientos de Enrique Blair (Lima 1957)

B.7 DESCARGA DE DISEÑO O ESCORRENTÍA MÁXIMA (Qd).

Se llama descarga de diseño a la descarga en la cual hay que

tener en cuenta cuando se determinan las dimensiones de las

diferentes estructuras hidráulicas de control, conducción, etc.; u otras

obras de arte en cursos de agua como: cunetas, alcantarillas,

aliviaderos, canales, puentes, etc.

C. DETERMINACIÓN DE LA ESCORRENTÍA MÁXIMA Y PROCESAMIENTO

DE DATOS HIDROLÓGICOS.

El cálculo de los caudales o escorrentía máxima está relacionado con el

agua precipitada y el agua que escurre sobre la superficie dependiendo de

los factores como: Intensidad, frecuencia, duración, topografía, morfología y

el grado de infiltración en la superficie.

Existen diversos métodos basados en fórmulas deducidas de

observaciones que dan aproximaciones aceptables. Como es el Método

Racional, el cual considera, que en una cuenca no impermeable, solo una

parte de la lluvia con intensidad “I” escurre directamente hasta la salida y no

cambia la capacidad de infiltración en la cuenca. Por lo que el uso del

método racional se debe limitar a áreas pequeñas. La formula Racional se

expresa de la siguiente manera:

.… (EC. – 23)

Donde:

Q = Escurrimiento o gasto máximo posible que puede producirse con

una lluvia de intensidad I en una cuenca de area A. (m3/seg).

C = Coeficiente de escurrimiento, que representa la fracción de la

lluvia que escurre en forma directa.

I = Intensidad máxima de diseño de precipitación, en mm/h

A = Área de la cuenca a drenar, en Há.

En la estadística existen decenas de funciones de distribución de

probabilidad teóricas; de hecho, existen tantas como se quieran, y

obviamente no es posible probarlas todas para un problema particular. Por lo

Page 5: Estuidio  Fainal

tanto es necesario escoger, de estas funciones, las que se adapten mejor al

problema bajo análisis. Por esto es que hemos escogido la función de

distribución Gumbel ya que fue desarrollada para el análisis de los valores

extremos, de un conjunto de datos, como los gastos máximos o mínimos

anuales.

C.1 VALOR EXTREMO DE LA DISTRIBUCIÓN GUMBEL TIPO I.

El modelo de gumbel es el que más se ajusta a la zona de estudio

después de haber hecho los diferentes modelos probabilísticas.

Además la distribución de valores del modelo GUMBEL es la que más se

ajusta a fenómenos de variables hidrológicas: caudales máximos,

precipitaciones máximas, intensidades máximas, etc. El modelo

probabilístico es representado por la ecuación:

.… (EC. – 24)

Corresponde a la distribución de una variable aleatoria definida

como la mayor de una serie de N variables aleatorias independientes e

idénticamente distribuidas con una distribución tipo exponencial.

Donde:

P(x<X): Probabilidad de que no ocurran valores x>X

, : Parámetros del modelo, cuyos valores son determinados a

partir de la muestra.

La ecuación de predicción del modelo se obtiene de despejar la

variable x:

Xmáx = .… (EC. – 25)

Esta ecuación permite calcular:

.… (EC. – .… (EC. – 26)

C.2 PRUEBA DE AJUSTE SMIRNOV-KOLMOGOROV.

La prueba de ajuste de Smirnov-Kolmogorov, consiste en

comparar las diferencias existentes entre la probabilidad empírica de

los datos de la muestra y la probabilidad teórica, tomando el valor

máximo del valor absoluto, de la diferencia entre el valor observado y

el valor de la recta teórica del modelo; es decir:

Page 6: Estuidio  Fainal

.… (EC. – 27)

Donde:

= Es el estadístico de Smirnov-Kolmogorov, cuyo valor es

igual a la diferencia máxima existente entre la

probabilidad ajustada y la probabilidad empírica.

F(x)= Probabilidad de la distribución de ajuste.

P(x)= Probabilidad de datos no agrupados, denominado

también frecuencia acumulada.

El valor crítico del estadístico; es decir, para un nivel de significación

del 5% (usado generalemnte en proyectos de ingenieria) está dado por

la expresión siguiente; para el tamaño de muestra N > 50 es:

.… (EC. – 28)

Una intensidad se puede traspasar a una cuenca que no

cuenta con registros, siempre y cuando tenga una similitud dinámica,

cinemática y geométrica para lo cual se usa la siguiente fórmula:

.… (EC. – 29)

Donde:

IA e IB : Intensidades de las cuencas A y B

ZA y ZB: Altitudes de las cuencas A y B

C.3 PROCEDIMIENTO DEL ESTUDIO HIDRÓLOGICO.

Se a resumido en los siguinetes pasos:

1. Delimitar la cuenca y sub-cuencas afluentes a la carretera en

estudio

2. Calcular la superficie total y las superficies parciales.

3. Definir el coeficiente de escorrentía.

4. proceder a calcular la intensidad máxima de cada microcuenca,

utilizando el modelo de distribución Gumbel como se describe a

continuación.

5. Se recopila los datos de intensidades máximas anuales de la

estación hidrológica más cercana o con caracteristicas similares a

la zona de estudio (Estación Augusto Weberbawer como estación

base).

6. Se transfieren los datos de intensidades máximas, de la estacion

base, a la zona utilizando la ecuacion (EC. – 29).

Page 7: Estuidio  Fainal

7. Se ordenan los datos en forma descendente, para los diferentes

periodos de duración (5, 10, 30, 60 y 120 minutos).

8. Encontrar la probabilidad empírica, de que la variable aleatoria X

tome un valor mayor que x, utilizando la ecuacion (EC. – 18):

P(x>X) = (m-0.3)/(n+0.4)

Donde:

P(x>X) = Probabilidad empírica o frecuencia.

9. luego calculamos la probabilidad de que alguna intensidad máxima

se menor que la observada (evento, que de magnitud dada no se

repita): P(x<X) = 1- P(x>X).

10. Se determina la probabilidad teórica de acuerdo a la expresión

matemática del modelo Gumbel (EC. – 24).

11. Se realiza la prueba de ajuste de Smirnov-Kolmogorov y comparar

las diferencias existentes entre la probabilidad empírica de los

datos de la muestra y la probabilidad teórica, para comprobar si se

ajusta al modelo utilizado (Gumbel) (EC. – 27).

12. Con la simulación del modelo probabilístico Gumbel, calculando las

intensidades máximas, para un determinado periodo de retorno

(Tr); considerando una vida util N (años) y una incertidumbre J (%)

(EC. – 21).

13. Calculadas las intensidades máximas para cada tiemo de duración

(5,10,30,60 y 120 minutos), se procede a graficar las curvas

intensidad – duración – frecuancia; considerando un determinado

riesgo de falla J% y vida util N para cada estructura a diseñar.

14. Luego se determina el tiempo de concentracion de cada sub-

cuenca con la (EC. – 22).

15. De las gráficas obtenidas en el paso 16° calculamos las

intensidades máximas de cada sub-cuenca, considerando como

duración el tiempo de concentración.

16. Y finalmente calculamos los caudales máximos de cada sub-

cuenca, con formula Racional (EC. – 23).

2.4.3. ESTUDIO Y DISEÑO DEL DRENAJE SUPERFICIAL.

Es importante para evitar la falla o el desastre debido a la presencia de agua,

como producto de ablandamiento o hinchamiento del terreno a causa del gran

poder erosivo del mismo, que además pueden provocar socavaciones en las

estructura; un buen estudio del drenaje también lograría que la carretera

funcione eficientemente por lo consiguiente se aminorarían los costos de

operación y mantenimiento.

Page 8: Estuidio  Fainal

A. DISEÑO DE OBRAS DE ARTE.

A.1 DISEÑO DE CUNETAS.

Se debe tener en cuenta las siguientes consideraciones:

Las cunetas se diseñaran de acuerdo a las Normas Peruanas de

Diseño de Carreteras, indicado en la tabla 6.1.1.4.1 de dichas

normas, con pendientes no menores al 0.5%. Generalmente se

adoptará de una pendiente igual a la de la subrasante.

La velocidad ideal que lleva el agua sin causar obstrucciones ni

erosienes es:

Velocidad Máxima : 7.00 m/s. (Para cunetas revestidas de

concreto)

Velocidad Mínima : 0.60 m/s.

El calculo se realiza de acuerdo a las fórmula de Manning.

y .… (EC. – 30)

Donde:

Q: caudal (m3/seg)

S: pendiente de la cuneta (m/m)

R: radio hidráulico (m)

n: coeficiente de rugosidad (MANING)

V: velocidad del agua (m/seg)

A: área de la sección de la cuneta (m2)

El valor “n” de Maning se obtiene de tablas de acuerdo al tipo de

material.

A.2 DISEÑO DE ALCANTARILLAS , ALIVIADEROS DE CUNETAS y

BADENES.

En los tramos en los que el caudal a evacuar sea mayor que el

caudal de la cuneta, existe la posibilidad de evacuar el exceso por

medio de alcantarillas o aliviaderos de cunetas.

Page 9: Estuidio  Fainal

Debido a las ventajas de diseño e instalación se ha optado por el

diseño del escurrimiento crítico expuesto en el manual de Drenaje y

Productos ARMCO, cuyo objetivo es determinar la profundidad crítica

en el conducto circular considerando la ley de la velocidad crítica: “la

velocidad crítica para la descarga máxima de cualquier sección

transversal de un canal, es la debida a una carga igual a la mitad del

promedio de la profundidad del agua en dicha sección transversal”.

Aplicando esta ley a un tubo circular, la carga que produce la

velocidad crítica es igual a 0.3113D, en la que D es el diámetro del

tubo en metros. La ecuación sólo es válida cuando la superficie del

agua coincide con la parte superior del tubo, y cuando este se halla en

una pendiente tal que no haya efecto de remanso debido a la fricción.

Gráfico N° 2.8. Elementos de la “descarga critica” en tubos

circulares

Conocida la ecuación de la carga hidráulica y la relación que

existe entre la carga y la velocidad, se determina la velocidad crítica.

, .…

(EC. – 31)

de donde:

.… (EC. – 32)

Esta ecuación da la velocidad crítica en la sección crítica, en donde la

profundidad es:

( 1-0.3113 )D = 0.6887D .… (EC. – 33)

Con la velocidad y el área, puede determinarse la descarga:

Q = VA .… (EC. – 34)

A = área a la profundidad de 0.6887D = 0.5768D2

Por tanto:

DIÁMETRO D=E

H=0.3113D

Profundidad crítica 0.6887D

Superficie de agua

Page 10: Estuidio  Fainal

Q = 0.5768D2*2.471d1/2 = 1.425D5/2 .… (EC. – 35)

Conocida la descarga a evacuar por la alcantarilla, se tiene:

D = (Q/1.425) 2/5 .… (EC.

– 36)

Ecuación que proporciona el diámetro del tubo en la sección crítica

(m.), cuando la pendiente es suficiente para no causar el efecto de

remanso.

Efecto de pendiente. Determinado el diámetro del tubo, el paso

siguiente consiste en determinar la pendiente necesaria para

permitir que el agua pase por la sección crítica sin que se produzca

el efecto de remanso. Aplicando la ecuación de Manning:

..............................................… (EC. –

36)

donde el valor de “n” o coeficiente de rugosidad para alcantarillas

TMC MP – 68 = 0.024 y Para alcantarillas TMC MP – 152 = 0.032 (datos

extrados de productos ERA) y en concordancia con productos ARMCO

hemos considerado, n = 0.021 para cualquier tipo de alcantarilla de

metal corrugado (tabla 34-1, Pág. 285 del manual ARMCO). Se sabe

que :

. ...(EC. – 37)

entonces de Manning despejando S y reemplazando se tiene:

..............................(EC. – 38)

expresado en porcentaje:

. ...(EC. – 39)

Esta ecuación da el tanto por ciento de la

pendiente en la que debe ser colocado el tubo para que el agua

que pasa por la sección crítica fluya sin formar remanso.

Colocación y longitud de alcantarillas. Por colocación de

una alcantarilla se entiende el alineamiento y pendiente del

Page 11: Estuidio  Fainal

conducto con respecto al camino y a la corriente del agua, la

ubicación apropiada para una alcantarilla es importante porque

afecta a la eficiencia del conducto, su conservación y la posible

erosión o deslave del camino; auque cada instalación constituya un

problema distinto.

Alineamiento.

El primer principio consiste en que la corriente debe entrar y salir

en la misma línea recta. Cualquier cambio brusco de dirección en

uno u otro extremo retarda la corriente y obliga a emplear un

conducto de mayor sección.

El segundo principio de localización de una alcantarilla consiste en

evitar que la corriente altere su curso cerca de los extremos del

conducto, de lo contrario se volverá inadecuado causando deslaves

y formando remansos, que darían gastos considerables de

conservación. Los revestimientos de piedra, césped, hormigón o la

colocación de secciones terminales, ayudarán a proteger las orillas

del cauce contra la erosión y evitarán los cambios de dirección.

Gráfico N° 2.9. Alineamiento de

Alcantarillas

Pendiente.

La pendiente ideal de una alcantarilla es la que no ocasiona

sedimentación ni velocidad excesiva, y evita la erosión; es aquélla

que exige menor longitud y facilita el reemplazo del conducto en

Page 12: Estuidio  Fainal

caso necesario. Se recomienda un declive de 1 a 2% para que

resulte una pendiente igual o mayor que la crítica, hasta que ésta

no sea perjudicial. La práctica normal es la de hacer coincidir la

pendiente con la del lecho de la corriente.

Longitud de las alcantarillas.

Depende de la anchura del camino, altura del terraplén y los

taludes, pendiente y oblicuidad; del tipo de sus extremos, según

sean secciones terminales, muros de cabecera, extremos biselados,

desagüe en pozo colector o vertedero. una alcantarilla debe ser lo

suficientemente larga para que sus extremos no queden obstruidos

por sedimento o por expansión del terraplén, de ser así, se

disminuirá la eficiencia y se aumentará los gastos de conservación.

Además la alcantarilla no debe tener expuestos innecesariamente

sus extremos.

Y el mejor método para obtener la longitud requerida consiste en

hacer un diagrama de la sección transversal del terraplén y el perfil

del lecho de la corriente. A falta de dicho croquis, la longitud puede

obtenerse agregando a la anchura del camino, incluidas las

banquetas, 2 veces la relación del talud multiplicada por la altura

del terraplén en el centro de la vía.

Gráfico N° 2.10. Cálculo de la longitud de una alcantarilla con

pendiente suave.

Page 13: Estuidio  Fainal

Gráfico N° 2.11. Cálculo de la longitud de una alcantarilla con pendiente

fuerte.

Protección al ingreso y salida de las alcantarillas con

empedrado (rip-rap). Las alcantarillas requieren ser protegidas a

fin de evitar la erosión en profundidad aguas arriba y aguas debajo

de las mismas, la forma más usual y económica lo constituye el

empedrado o rip- rap, el cual según el tamaño del material se

clasifica en:

Tipo 1 : grava gruesa de 6” (15cm).

Tipo 2 : grava gruesa de 12” (30cm).

Tipo 3 : piedra de 12”sobre capa de 6” de arena-grava.

Tipo 4 : piedra de 18” sobre capa de 6” de arena-grava.

CUADRO 2.27. LONGITUD DE PROTECCIÓN A LA SALIDA Y

ENTRADA DE

ALCANTARILLAS.

Page 14: Estuidio  Fainal

CAUDAL

(m3/seg)

INGRES

OSALIDA

LONG. DE LA

PROTECCIÓN EN LA

SALIDA

a 0.85

0.86 a 2.55

2.56 a 6.80

6.81 a 17.0

Tipo 1

Tipo 2

Tipo 1

Tipo 2

Tipo 3

Tipo 4

2.50

3.60

5.00

6.70

Fuente: Manual Silvo Agropecuario, tomo X

Capacidades mayores de 17 m3/seg requieren

consideraciones especiales.

Si la velocidad de salida es mayor a 4.60 m/seg se debe

usar el tipo de protección correspondiente al siguiente

rango superior de descargas (tipo 3 es como mínimo).

Las secciones transversales generalmente antes de la

entrada se consideran trapezoidales.

En el chequeo del colchón de amortiguamiento, para la

caída de agua (caso más crítico), se utilizará la siguiente

ecuación:

Y = g * X2 / 2V2 ...(EC. – 40)

Donde:

Y = Altura mayor de salto (m).

V = Velocidad mayor de flujo (m/s).

X = Longitud de caída del agua (m).

Si se prevé un disipador de energía a la salida, la protección con

empedrado se puede reducir o eliminar.

A.3 ANÁLISIS DEL FUNCIONAMIENTO HIDRÁULICO DE ALCANTARILLAS

ANÁLISIS DEL FLUJO ANTES DE LA ENTRADA.

Teniendo en cuenta El Proyecto Profesional: “Estudio de la carretera

Shirac – Río Crisnejas Tramo Shirac – La Tuna” se ha tomado las

siguientes consideraciones de diseño:

Una sección trapezoidal de ancho b (m). y la inclinación de los

taludes 1:Z (V:H) tiene los siguientes elementos hidráulicos:

Page 15: Estuidio  Fainal

Área Hidráulica: A = ( b + Z y ) y. ...

(EC. – 41)

Perímetro mojado: Pm = ( b + 2 y ) ( 1 + Z 2) 1 / 2

...(EC. – 42)

Radio Hidráulico:

...(EC. – 43)

Tirante normal: de la fórmula de Manning se tiene:

( A H ) ( R H ) 2 / 3 = ...

(EC. – 44)

Luego, operando:

...(EC. –

45)

El tirante normal Yn se puede calcular por medio de iteraciones.

Velocidad normal: Vn = ...

(EC. – 46)

Tirante Crítico Yc: Se calcula haciendo uso de la expresión

para régimen crítico, deducida en la Pág. 157 del Libro Hidráulica de

Canales de Máximo Villón B.

...(EC. –

47)

Donde:

Q = Caudal (m3/seg)

Ac = (b+ZYc)Yc: Área de la sección transversal para el tirante

crítico.

Tc = b+2ZYc: Ancho de la sección transversal en la superficie

del líquido

Page 16: Estuidio  Fainal

g = 9.81 m/seg

Reemplazando en (H-30) se tiene:

...(EC. –

48)

Yc: se calcula por iteraciones

Velocidad Crítica: Vc = (g*Yc)1/2 ...(EC. –

49)

Número de Froude: ...

(EC. – 50)

Donde: ...(EC. – 51)

A = (b+ZY)(Y), T = b + (2ZY) ...

(EC. – 52)

Resumiendo hasta aquí respecto al flujo crítico, una manera de

establecer el tipo de flujo en un canal por medio de los siguientes

parámetros es:

Si Yn < Yc, el flujo es supercrítico o rápido

Si Vn < Vc, no necesita protección con enrocado aguas

arriba de la alcantarilla ya que el flujo es

subcrítico o lento

Si F > 1, el flujo es supercrítico o rápido.

ANÁLISIS DEL FLUJO EN LA ALCANTARILLA.

Cálculo del tirante normal.

X = ángulo en radianes.

Y = Tirante

D = Diámetro de la sección circular

Page 17: Estuidio  Fainal

...(EC. – 53)

...

(EC. – 54)

, ...(EC. – 55)

...(EC. –

56)

Aplicando Manning se tiene:

= ...

(EC. – 57)

El valor de X se encuentra por tanteos en la ecuación (EC. – 57)) y

se reemplaza en (EC. – 53) para encontrar el tirante normal.

Cálculo del tirante crítico.

Page 18: Estuidio  Fainal

...(EC. –

58)

Por iteraciones calculamos Xc, luego:

...(EC. – 59)

Los badenes se han diseñado con la finalidad de recibir y transportar superficialmente

las aguas de las Quebradas que atraviesan la carretera con la finalidad de evitar que al

escurrir superficialmente las aguas , malogren la plataforma

A-4 DISEÑO DE PONTONES

Se han considerado 4 pontones que seran construidos de concreto armado que

serán construidos de concreto armado demoliendo los existente que son de

madera y piedra y que están colapsando en el tiempo

Para este diseño se ha tomado en cuenta el análisis del caudal de la quebrada

respectiva, así como la topografía de la zona y también el análisis de suelos

correspondiente

A-5 ANALISIS DE LA INFORMACION PLUVIOMETRICA

debido a la poca información pluviométrica e hidrométrica para la estimación de

las descargas máximas en las diferentes secciones de cruce en los caminos

proyectados, se ha recurrido al análisis de precipitación máxima en 24 horas de

la estación existente, así como a métodos empíricos para determinar los

caudales de diseño

En la zona de estudio se ha considerado la estación pluviométrica mas cercana

correspondiente a la NIEPOS cuyo registro de datos corresponde del año 1977 al

2004 con un total de 28 años.

La relación de obras de arte proyectadas así como su diseño aparecen en los

planos respectivos

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