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7/23/2019 TRABAJO OBRAS HIRAULICAS DAMIAN.docx

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I N G E N I E R I A C I V I L

CURSO:Diseño de Estructuras de Obras Hidráulicas

TRABAJO FINAL:

Diseño de Canal Alcantarilla, Acueducto, Sifón y Desarenador

ALU!OSDA"A! HERRERA, #"L$ER%OCARRASCO O!CADA, CARLOS

&RO'ESOR"!#( #"O)E!E &ERE* CA&OA!ES

!)O( CH"$O%E

"!D"CE

"!%RODUCC"O!

O$+E%")O



" LAS ALCA!%AR"LLAS

%"&OS DE ALCA!%AR"LLAS DE ACUERDO A LA AL%URA DELRELLE!O U! &U!%O DE )"S%A ECO!O"CO

%"&OS DE ALCA!%AR"LLA &OR EL 'LU+O A LA E!%RADA A LASAL"DA%"&O ": SAL"DA SUER#"DA%"&O "": SAL"DA !O SUER#"DA

%"&OS DE ALCA!%AR"LLAS &OR SU CA&AC"DAD

COLLAR"!ES &ARA LOS %U$OSD"SE-O DE ALCA!%AR"LLAS

"" LOS ACUEDUC%OS

CR"%ER"OS DE D"SE-O

""" LOS S"'O!ES

S"'O!ES "!)ER%"DOS

D"SE-O DE U! S"'O!

") LOS DESARE!ADOR

D"SE-O DE U! DESARE!ADOR

CO!CLUS"O!ES RECOE!DAC"O!ES

$"$L"O#RA'"A

"!%RODUCC"O!

El presente trabajo, trata de proporcionar los principios básicos y algunasconsideraciones prácticas en la Hidráulica de Alcantarillas, sifones ydesarenadores que sirvan a los estudiantes, técnicos, e ingenieros y en general a



los que se dediquen a este campo como herramienta en el diseño de canales,estructuras hidráulicas.uando un canal debe cru!ar una depresi"n ya sea una quebrada, un r#o, un dreno un camino, etc. se proyecta un sif"n invertido que puede ser de secci"n circular,rectangular o cuadrada que trabajará a tubo lleno.$n sif"n consta de un conducto cuya longitud queda determinada por el perfil del

terreno y dos transiciones, una de entrada y otra de salida, siendo generalmentede secci"n trape!oidal o rectangular en la cual se encuentran anclados los tubos.En el cruce de un canal con una quebrada, el sif"n se proyecta para conducir elmenor gasto y lo suficientemente profundo para no ser socavado, en ciertasocasiones debido a sus dimensiones un sif"n se constituye en un peligro,principalmente cuando está cerca de centros poblados, siendo necesario el uso derejillas pero con la desventaja de que puedan obturarse las aberturas y causar remansos.uando se capta el agua de un r#o, inevitablemente estaremos captando tambiénsedimentos en suspensi"n y de arrastre. %os desarenadores tienen la importantemisi"n de eliminar las part#culas indeseadas que se encuentran en suspensi"n enel agua y posteriormente, mediante una adecuada acci"n arrojarlas al r#o. &ara laspart#culas de arrastre e'iste otra estructura denominada desgravador.El desarenador, como toda estructura hidráulica, tiene funciones y objetivosespec#ficos que deben ser claramente anali!ados y comprendidos con el fin delograr un buen diseño.(on dos las funciones que debe cumplir un desarenador, una es la de lograr ladecantaci"n de una parte de las part#culas s"lidas, acarreadas en suspensi"n por la corriente e un canal y la otra es la de conseguir la purga del material s"lidodecantado.En el presente trabajo se asume que se dispone del caudal de diseño de laalcantarilla. El mismo debi" haber sido calculado, o al menos estimado, conanterioridad. )ormalmente se adopta para la alcantarilla el caudal producido por una tormenta con un tiempo de retorno de *+ a + años, dependiendobásicamente del grado de daños que podr#a ocasionar una falla funcional de laalcantarilla. -ambién se asume en este trabajo que se conocen las caracter#sticasgeométricas del obstáculo que atraviesa la alcantarilla.

O$+E%")O

./ El presente trabajo, tiene por objetivo enseñar al estudiante de ingenier#acivil en el manejo básicos en el diseño delas principales obras hidráulicas y todossus componentes principales, sus f"rmulas para dimensionar y diseñar un sif"n,desarenador, alcantarilla y acueducto.

http://www.monografias.com/trabajos34/el-trabajo/el-trabajo.shtml

http://www.monografias.com/trabajos34/el-trabajo/el-trabajo.shtml



*./ Este trabajo tiene por objetivo presentar los principios hidráulicosfundamentales involucrados en el diseño de alcantarillas, sifones y desarenadores,además desarrollar un concepto de diseño adecuada a las necesidades delestudiante de ingenier#a civil.

0./ A partir de las muchas definiciones que se encuentran sobre un desarenador,tener una idea clara y precisa sobre su definici"n, la funci"n principal que estecumple dentro de las obras civiles, que se reali!an para la construcci"n

1./ %os sifones invertidos son econ"micos, fáciles de diseñar y de construir y handemostrado tener una confiable capacidad de conducci"n.

+./ %os costos de diseño, construcci"n y mantenimiento son factores que puedenhacer a un sif"n invertido más factible que otra estructura.

2./ (in embargo la pérdida de carga producida en un sif"n invertido es mayor queen los otros sistemas de cruce 3acueductos, etc.4.

" ALCA!%AR"LLAS

(on estructuras menores, aunque pueden llegar a ser obras de cierta importancia,de acuerdo a circunstancias espec#ficas.5eneralmente se utili!an como pasos a través de terraplenes, por lo cual quedanmuchas veces enterradas, detectándose su presencia por 3cabe!ales que asoman



en cada e'tremo por una cierta prolongaci"n de la misma alcantarilla4, %adimensi"n de sus aberturas son definidas en funci"n del caudal de las aguas queatravesaran.Estas estructuras que permiten el paso de agua por debajo de v#as, pero con ladiferencia de que en éstas la tuber#a están al mismo nivel del agua que en el canalde riego.

Estas estructuras se deben diseñar con una capacidad suficiente para eliminar lamá'ima avenida de la cuenca hidrográfica aguas arriba de la ubicaci"n de laalcantarilla.

%"&OS DE ALCA!%AR"LLAS6e acuerdo a la altura del relleno y desde el punto de vista econ"mico, paraaberturas inferiores a los 7 metros las mejores soluciones pueden ser de lossi.uientes cuatro ti/os:

0(1 ALCA!%AR"LLAS E! $2)EDA AC"*A O DE CO!CRE%O ARADO((on estructuras que resisten grandes rellenos encima de su techo. asi siempreformadas por secciones de espesores variables y con geometr#a de arcoscirculares o parab"licos, en la foto.raf3a 0 se puede observar este tipo dealcantarillas.

'oto.raf3a 4(0 $ater3a de alcantarillas abo5edadas'uente: accaferri

6(1 ALCA!%AR"LLAS E%7L"CASEspecialmente utili!adas cuando el relleno es de mediana altura y de soluci"n muyinteresante cuando el terreno de fundaci"n es malo, están formadas por tubosmetálicos prefabricados o chapas acanaladas de acero galvani!ado, presmoldeados para formar tubos de diámetros previstos.



8uncionan como estructuras elásticas " fle'ibles, por lo cual se adaptan a laspresiones del relleno que soportan.(e recomienda que el relleno m#nimo sobre las alcantarillas metálicas sea de 2cm. y pueden soportar el paso de grandes cargas rodantes sobre la cal!ada. Estetipo se puede apreciar en la foto.raf3a 6(

'oto.raf3a 6( 9ater#a de alcantarillas :etálicas circulares con protecci"n de

colchonetas8uente; :accaferri

8(1 ALCA!%AR"LLAS C"RCULARES O %U$OS DE HOR"#2! S"&LE ARADO(5eneralmente cuando las corrientes de agua son reducidas, se les da pasomediante alcantarillas formadas por tubos. &ara pequeños diámetros es suficientefabricarlos con me!cla h<meda de cemento y arena, ver foto.raf3a 8((on tubos enterrados, generalmente de diámetros no menores de = cm, parafacilitar su limpie!a y la econom#a, cuidando también que no sean tubos dediámetros grandes ya que son muy costosos.

&ara terraplenes destinados a v#as férreas se aceptan tubos en hormig"n simplehasta .7 metros. de diámetro, siempre que sobre el tubo el relleno sea superior a0 m. y si el terreno es malo se debe colocar una capa de hormig"n y a vecesinclusive revestir el tubo con ella.



8otograf#a 0. 9ater#a de alcantarillas circulares de hormig"n Armado8uente; :accaferri

&asados los .7 m. de diámetro se debe emplear tubos de hormig"n armado,porque aparecen tensiones de tracci"n tanto en la fibra interior como en la e'terior,por lo que se dispone armadura anular en ambas caras de la pared del tubo conarmadura de distribuci"n longitudinal, 5er fi.ura 0(

8igura . -ubo en hormig"n armado



&ruebas reali!adas para las mismas condiciones de carga y diámetro de tubosobre alcantarillas r#gidas que corresponden al caso anterior y alcantarillasfle'ibles que son fabricadas con plancha metálica muestran las presiones de lafi.ura 6, es decir que al parecer las fle'ibles son las que mejor se acomodan alterraplén, sin embargo para la elecci"n final se debe relacionar costos.

8igura *. &resiones comparativas vertical y hori!ontal en tubos8uente; 3&uentes de Hugo 9elmonte4

9(1 LA ALCA!%AR"LLAS CA+2!(uando la altura del relleno es pequeña o nula la soluci"n normal puede ser unsistema aporticado o el uso de secciones caj"n, ver fotograf#a 1.

8otograf#a 1 Alcantarillas aj"n de hormig"n Armado



8uente; :accaferri(on empleadas frecuentemente para luces que no llegan a los metros, pero siel terreno de fundaci"n es de mala capacidad puede alcan!ar luces hasta de *metros, están formadas por dos paredes laterales, una tapa y fondo, generalmentede secci"n constante y a veces presentan unas cartelas en las esquinas. Algunasveces no tienen relleno encima por lo cual las cargas rodantes estarán en contacto

con la losa de tapa> otras veces tienen relleno encima.

'oto.raf3a 4( Alcantarillas Caón bao un fuerte relleno'uente: accaferri

%"&OS DE ALCA!%AR"LLA &OR EL 'LU+O A LA E!%RADA A LA SAL"DA



%"&O ": SAL"DA SUER#"DA

%a carga hidráulica H? a la entrada es mayor al diámetro 6, y el tirante @t a lasalida, es mayor a 6, en este caso la alcantarilla es llena;%uego;

H? 6@t 6 Alcantarilla llena

'i.ura( ;0

%"&O "": SAL"DA !O SUER#"DA

'i.ura( ;6

H H? .* B H? B .+@t C 6



Alcantarilla llena

%"&O """: SAL"DA !O SUER#"DAH H@t C 6&arcialmente llena

%"&O )": SAL"DA !O SUER#"DAH C H?@t yc 8lujo subcr#tico en la alcantarilla

%"&O ): SAL"DA !O SUER#"DAH C H?@t C @c8lujo subcr#tico en la alcantarilla8lujo supercr#tico en la salida

%"&O )": SAL"DA !O SUER#"DAH C H?@t C @c8lujo supercr#tico en la alcantarilla8lujo supercr#tico en la entradaEn diseños preliminares rápidos se recomienda usar H? D .+ 6%os tipos y corresponden a flujo confinado en tuber#as y los otros tipos a flujoen canales abiertos.

CR"%ER"OS DE D"SE-O. El diseño hidráulico de una alcantarilla consiste en la selecci"n de su diámetro

de manera que resulte una velocidad promedio de .*+ mFseg., en ciertoscasos se suele dar a la alcantarilla una velocidad igual a la del canal dondeésta será construida, s"lo en casos especiales la velocidad será mayor a .*+mFseg.

*. %a cota de fondo de la alcantarilla en la transici"n de entrada, se obtienerestando a la superficie normal del agua, el diámetro del tubo más .+ veces lacarga de velocidad del tubo cuando éste fluye lleno o el *G del tirante de laalcantarilla.

0. %a pendiente de la alcantarilla debe ser igual al a pendiente del canal.1. El relleno encima de la alcantarilla o cobertura m#nima de terreno para caminos

parcelarios es de .2 m y para cruces con la panamericana de .= m.+. %a transici"n tanto de entrada como de salida en algunos casos se conectan a

la alcantarilla mediante una rampa con inclinaci"n má'ima de 1;.2. El talud má'imo del camino encima de la alcantarilla no debe ser mayor de

.+;. En cruce de canales con camino, las alcantarillas no deben diseñarse en flujo

supercr#tico.7. (e debe determinar la necesidad de collarines en la alcantarilla.=. )ormalmente las alcantarillas trabajan con nivel del agua libre, llegando a mojar

toda su secci"n en periodos con caudales má'imos.



. %as pérdidas de energ#a má'imas pueden ser calculadas seg<n la f"rmula;&erd. D 3&e I &f I &s4 gJa** 6onde los coeficientes de pérdida pueden ser determinadas seg<n lo e'plicado anteriormente;&e D &érdidas por entrada&s D &érdidas por salida&f D &érdidas por fricci"n en el tubo

Ja D Jelocidad en la alcantarillaEl factor f de las pérdidas por fricci"n, se puede calcular mediante el diagrama de:oody o por el método que más se crea conveniente.

%"&OS DE ALCA!%AR"LLAS &OR SU CA&AC"DAD

0(1 Alcantarilla de un tubo

&ara caudales iguales o menores a .* m0FsegK ma' D 6i* 3m0Fseg4%ongitud de -ransiciones%& L 1 6i%a transici"n de entrada no lleva protecci"n y la transici"n de salida lleva unaprotecci"n de enrocado con un espesor de la capa igual a .*m.%ongitud de protecci"n%& L 0 6i6iámetro interno m#nimo6i D .+

6(1 Alcantarilla de 6 tubos&ara caudales que oscilan entre .+ m0Fs y *.* m0Fs.K ma' D * 6i* 3m0Fs4%ongitud de las transiciones%t L + 6i%as transiciones de entrada y salida llevan protecci"n de enrocado con un espesor de la capa de roca de .*+ m hasta una altura sobre el fondo del canal de .* 6.%ongitud de protecci"n en la entrada%p L 1 6i%ongitud de protecci"n en la salida%p L + 6i6iámetro interno m#nimo6i D .+ m

8(1 Alcantarilla de 6 oos &ara caudales que oscilan entre .+ m0Fs y 1.+m0Fs(ecci"n del ojo D Ancho ' Altura6 ' .*+ 6apacidad :á'ima de la alcantarillaK ma' D 0. 6* 3m0Fs4Entrada y salida con protecci"n de enrocado y con espesor de la capa de roca de

.*+ m.



%ongitud de las transiciones%t D 6 I bb D plantilla del canal%ongitud de protecci"n en la entrada%p D 0 6%ongitud de protecci"n en la salida

%p D + 66iámetro interno m#nimo6i D .7 m

9(1Alcantarilla de 8 oos &ara caudales que oscilan entre *.0 m0Fs y .+ m0Fs(ecci"n del ojo D ancho ' altura6 ' .*+ 6K ma' D 1.7 6* 3m0Fs4Entrada y salida con protecci"n de enrocado y con un espesor de la capa de roca

de .*+ m.%ongitud de las transiciones%t D 6 I bb D &lantilla del canal%ongitud de protecci"n de la entrada%p L 0 6%ongitud de la protecci"n de la salida%p L + 66iámetro interno m#nimo6i D .7 m

COLLAR"!ES &ARA LOS %U$OS

Estos se construyen cuando e'iste la posibilidad de una remoci"n de las part#culasdel suelo en los puntos de emergencia y e'ista peligro de falla de la estructura por tubificaci"n, debido al agua que se mueve alrededor de la superficie del tubo entoda su longitud.

'i.ura 8( Collarines /ara tubos(



D"SE-O DE U!A ALCA!%AR"LLA

A=Q

v = 3m

3/s

2.11m /s=1.42m

2

A=1+0.7 x 2

A=1.42m2

A%$%M 6E 6A:E-NM

A=π D

2

4

D=√ A 4

π =√ 1.42 x 4

π =1.34m

A%$%AN %A JE%M6A6 E) E% M)6$-M

V =Q

A=

3

1.42

V =2.11m / s

A%$%M AN5A JE%M6A6 A%A)-AN%%A

hv= v

2

2g=(2.11m /s)2

2(9.81) =0.11m /s

A%$%AN %A E%EJAO) 6E% A5$A E) %A E)-NA6A A%A)-AN%%A

.7.7

.* .* .* .=.=



NAEA=cotaa+ y y=0.8

NAEA=100+0.8

NAEA=100.8msnm

A%$%AN %A( M-A(

cota b= NAEA−1.5h v− D

cota b=100.8−(1.5 (0.11 )+0.8 )

cota b=99.84msnm

cota f =cotab+ D+cobertura

cota f =99.84+0.8+0.6

cota f =101.24 msnm

cota E=cota a+ H

H = y+blbl=0.20

H =0.8+0.2

H =1

cota E=100+1

cota E=101msnm

A%$%AN %A %M)5-$6 -M-A% 6E% A%A)-AN%%A6M

L=2Z (cota f −cotab )+long . camino

L=3

(1

) (101.24

−99.84

)+6

L=8.8m

A%$%AN %A AP6A 6E -$9ENA

∆ = L x !o



∆ =8.8 x 0.004

∆ =0.035

A%$%AN %A M-A

cota c=cotanb−a

cota c=99.84−0.035

cota c=99.805msnm

A%$%AN %A &E)6E)-E 6E %A %P)EA 6E E)EN5PA

!e=[ v x n

"2

3 ]2

[2.11 x 0.014

( 0.84 )2

3 ]2

"h= D

4 n=0.014 tuberia

( 0.0300.34 )2

≫ !e=0.0077

A%$%AN h fe= L x !e

fe=¿8.8 x0.0077

h¿

fe=¿0.067calcular h¿

A%$%A)6M %A &QN66A A($:6A



ht 1=1.5hv+hfe

ht 1=1.5 (0.11)+0.067

ht 1=0.229

A%$%AN E% )JE% 6E A5$A A %A (A%6A 6E% A5$A 6E )A(A

NA!A= NAEA− y

NA!A=100.8−0.229

NA!A=100.57msnm

A%$%M 6E %A M-A 6

cota #= NA!A− y

cota #=100.57−0.8

cota #=99.77msnm

A%$%AN %A %M)5-$6 -NA)(O)

Ltr= t

1−t

2

2 long12.5

t 1=b+2 y

t 1=1+2(1 ) (0.8)

t 1=2.2

t 2=0.9+0.2+0.9

t 2=2.0

Ltr= 2.2−2.0

2 tg (12.5 $ )=

0.2

0.44=0.45



Ltr=#+b=1+9=2m

Ltr=2m

A%$%M E% -A%$6 -NA)(O)

= Ltr

cotaa−cota b=

2

100−99.84=

2

0.16=12.5

12.5:1<4 :1−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−%&

A%$%M 6E %A( &EN66A( -M-A%E(

ht 2=Q

2

(0.0828(1+'e)

D4

)+

(10.2907 x L x n

2

D16/3

)ht

2=3

2(0.0828(1+0.5)0.84 )+( 10.2907 x 8.8 x (0.014 )2

0.816/3 )

ht 2=9m

3/s ( 0.12420.41 )+( 0.01770.30 )

ht 2=9m3/s (0.30 )+ (0.059 )

"" ACUEDUC%O:

Es un conducto que fluye como canal encima de un puente diseñado, para resistir la carga de agua y su propio peso para atravesar una v#a de transporte o paracru!ar una depresi"n o curso de agua no muy profunda.



6esde el punto de vista de la estructura civil, los acueductos pueden ser de dostipos; Acueducto sobre una estructura de soporte 3puente4.anal cuyas paredes y base forman parte estructural del puente

CR"%ER"OS DE D"SE-O

Estas obras constan de transici"n de entrada y transici"n de salida, siendosiempre rectangular la secci"n de la canoa. %a energ#a de la canoa debe ser en lo posible igual a la energ#a del canal, para locual se trata de dar velocidades en la canoa igual a la del canal, despreciándoselas pérdidas de carga en este caso, normalmente suele darse a las transiciones,ángulos de *R 0S.%a pendiente en la secci"n de la canoa, debe ajustarse lo más cercano posible ala pendiente del canal a fin de evitar cambios en la rasante.(e recomienda diseñar considerando un tirante en la canoa igual al del canal.%a condici"n de flujo en la canoa debe ser subcritico )8C .

'oto.raf3a (;0

D"SE-O DE U! ACUEDUC%O

Q=3m3

Fs



ASU"E!DO )ELOC"DAD 0; <S

A=Q

v =

3

1= A=3m

2

si b=1

a=b y

y=3

1=3

HALLA!DO EL %"&O DE 'LU+O E! LA CUR)A

g=a

b=

3

1=3

HALLA!DO %"RA!%E CR"%"CO

(c=√ )

g

2

=3√ 9

9.81

(c=0.97

HALLA!DO LA )ELOC"DAD CR"%"CAVc=

Q

a c=

3

b ( c=

3

0.97=03m/s

UES%RA CUR)A ES%A S"E!DO D"SE-ADO &ARA U! 'LU+O !")ELCR"%"CO

3>0.97

1>3

CALCULA!DO LA LO!#"%UD %RA!S"C"2!

Lt = t

1−t

2

2 tang22.5t 1=b+2 y



t 1=1+2(1 ) (0.8)

t 1=2.6

Lt = 2.6−1

2 tang22.5≫

1.6

2tang 22.5= 1.6

0.82

Lt =1.95

D"E!S"O!ES LO!#"%UD"!ALES DE LA ES%RUC%URA

%RA!S"C"2! DE E!%RADA

cotainicial=38.168 ( grafico )

cota final=38.695 (inicial com*a )

cotainicial=36.52

cota final=38.695 (final com*a )

Estas están sujetos a resultado del análisis hidráulico longitudinal de la canoa D0.

$ALA!CE E!ER#=A >0? >6?

E1= E

2+ *er#i#as ( a )

E1=cota+ y

1+

v2

2g

E1=38.618+0.8+0.020

E1=39.438

&ERD"DAS



0.2(v2

2−v2

1

2 g )≫ 0.2V 2

2−0.2V 2

1

2g−2 g

0.2V 2

2

2g ≫0.004010

E2=cota

2+ y 2+

v2

2

2 g

E1=cota

2+ y 2+

v2

2

2 g+02V 2

2

2g −0.041

39.438

=38.695

+ y2

+

v2

2

2g +

0.2V 22

2g −0.041

0.784= y 2+ v2

2

2g+02V 2

2

2 g

0.784= y 2+v2

2

2g 1+0.2

0.784= y 2+1.2 v2

2

2g

0.784= y 2+ 1.2(3)

1 y2

2

x19.62

0.784= y 2+ 1

2

0.18 y2

2=0

0.784− y 2

0.784 y 2

2+ y2

3+1=0



y2=0.795a2=by2=(0.8)(0.795)

a2=0.64m2

v2= ∝

a2= 3

0.64 04.678m /s

DE%ER"!AC"2! &E!D"E!%E CA!OA

!E=[ v 2 xm

rm2/3 ][ 4.68 x 0.014

(0.12)2 /3 ]

!E=0.072

HALLAOS LA CO%A DE LA &LA!%"LLA

cota3=cota 2−a

cota3=38.695−0.00173 x 30

cota3=38.48

$ALA!CE DE LA E!ER#"A >6?>8?

E2= E

3++ E *er#i#a

e2=cota2+ y2+

V 22

2 g

e2=38.695+079+

468

2g

2

e2=38.695+0.79+1.11

e2=40.505



e2=cota3+ y3+

V 32

2g

e2=38.48

+ y3

+

V 2

b2 y3

2 x2 y

2= y 3+ 1

y20.93

−2+ y 3+0.93=0

−2

y 3

2

+ y3

3

+1

=0

y3

3− y3

2

+1=0

y3

3+ y3

2+1=0

y3=0.61

a=bx y3

a=(0.8 ) (0.61 )

a=0.49

v3

=

∝

a3

v 3= 3

0.43



v 3=6.97m /s

$ALA!CE DE E!ER#"A

E3= E 4+ *er#i#a *or transicion sali#a

E3=cota3+ y 3+V 3

2

2g

E3=36.52

E3

=36.52

+0.61

+

6.92

19.62

E3=36.52+0.61+2.4

E3=39.52

E4=cota y+ y 4+V 4

2

2g

E4=32.694+0.8+2.11

2

19.62

E4=39.72

CALCULO &ERD"DAS

*er#i#a=0.4 (V 32−V 4

2

2g )



*er#i#a=0.4 ((6.94)2−(2.11)2

19.62 )

*er#i#a=0.89

E!%RADA ACUEDUC%O SAL"DA

39.52=3972+0.89

39.52=40.5

y 2

h =3h=

y 2

3h=

0.795

3=0.27

"!CL"!AC"O!

entra#a= 3

cota1−cota 2=

3

38.618−38.694=3947<4:1

sali#a= 3

cota3−cota 4=

3

38.52−38.694=17<4:1

HALLA!DO LA LO!#"%UD &RO%ECC"O! E!%RADA

L+=3 y=3 (0.8 )=2:4

""" S"'2!

Es una estructura que cru!a el desnivel por medio de un conducto que se

desplace por debajo del accidente topográfico, lo cual dará lugar a la configuraci"nde un sif"n invertido.

%os sifones pueden ser construidos superficiales o enterrados. %as estructurassuperficiales se apoyan sobre el suelo, en trincheras, t<neles o galer#as, los cualespermiten una mejor accesibilidad. %as estructuras enterradas son más simples ynormalmente de menor costo, ya que no cuentan con soportes, pero su desventaja



está asociada al mantenimiento, por cuanto su accesibilidad resulta máscomplicada.

%a magnitud de la velocidad media en el conducto que conforma el sif"n, puedevariar entre * a 1 mFs.%a velocidad de flujo está asociada también al tipo de material del conducto> Turita

considera los siguientes valores;onductos de fábrica . a .+ mFs-ubos de hormig"n .+ a *.+ mFs

En todos los casos se deberá incorporar elementos que permitan la limpie!aperi"dica de los sedimentos que se acumulen en los sectores bajos aconsecuencia de las reducidas velocidades de flujo que se presenten durante laoperaci"n del sistema.

S"'O!ES "!)ER%"DOS (on estructuras cerradas que trabajan a presi"n y se utili!an para el transportedel agua por debajo de depresiones, canales y v#as.

Es una estructura utili!ada para atravesar depresiones o v#as de comunicaci"ncuando el nivel de la superficie libre de agua del canal mayor es mayor que larasante del cruce y no hay espacio para lograr el paso de veh#culos o el paso delagua %a diferencia entre el sif"n invertido y el acueducto reside en que la secci"ndel sif"n se apoya directamente en las laderas de la depresi"n, en cambio elacueducto conserva su rasante apoyado en la estructura del puente.

%as secciones más recomendadas en los sifones invertidos son;

Sección Rectan.ular: on una relaci"n HF9 D .*+ y con una secci"n m#nima deH D . metros y 9 D .7 metros.

Sección Circular: on un diámetro m#nimo de 0S, pueden ser en algunos casosproyectarse bater#as de conductos circulares

&ARA EL D"SE-O DE LOS S"'O!ES "!)ER%"DOS "!D"CA!:ruce de carreterasruce de v#as férreasruce con canal o drenruce de r#os y arroyosEl relleno con tierra sobre la tuber#a debe ser mayor de .2 m, para evitar dañospor las cargas que producen los veh#culos.%os sifones deben tener un diámetro superior a 2 cm 3*1U4 para facilitar sulimpie!a

&AR%ES DE U! S"'2! "!)ER%"DO:onsta de las siguientes partes;6esarenador 6esagVe de e'cedencias



ompuerta de emergencia y rejilla de entrada-ransici"n de entradaonducto o 9arrilNegistros para limpie!a y válvulas de purga-ransici"n de salida

D"SE-O H"DR7UL"CO DEL S"'2! "!)ER%"DO:El desnivel entre las gradientes de energ#a en la entrada y la salida algunas vecesse predetermina y en otras será igual a la suma de todas las pérdidas producidasen el contorno.%as pérdidas de carga importantes son;En la transici"n de entrada y salida&erdida rejilla de ingreso y salida&or fricci"n en transiciones&or fricci"n en el sif"nEn los codos o cambios de direcci"n&or cambio de secci"n en la salida.

CR"%ER"OS DE D"SE-O. %as dimensiones del tubo se determinan satisfaciendo los requerimientos decobertura, pendiente del tubo, ángulos de doblados y sumergencia de la entrada y

salida.*. En aquellos sifones que cru!an caminos principales o debajo de drenes, serequiere un m#nimo de .= m de cobertura y cuando cru!an caminos parcelarioso canales de riego sin revestir, es suficiente .2 m. (i el sif"n cru!a un canalrevestido se considera suficiente .0 m de covertura.0. %a pendiente de los tubos doblados, no debe ser mayor a *; y la pendientem#nima del tubo hori!ontal debe ser +Go. (e recomienda transici"n de concreto a



la entrada y salida cuando el sif"n cruce caminos principales en sifones con Wmayor o igual a 02 y para velocidades en el tubo mayores a mFs.‖1. on la finalidad de evitar desbordes aguas arriba del sif"n debido a laocurrencia fortuita de caudales mayores al de diseño, se recomienda aumentar enun +G " .0 m como má'imo al borde libre del canal en una longitud m#nima de+ m a partir de la estructura.

+. on la finalidad de determinar el diámetro del tubo en sifones relativamentecortos con transiciones de tierra, tanto a la entrada como a la salida, se puedeusar una velocidad mFs, en sifones con transiciones de concreto igualmentecortos se puede usar .+ mFs y entre 0 mFs a *.+ mFs en sifones largos contransiciones de concreto con o sin control en la entrada.2. %as pérdidas de carga por entrada y salida para las transiciones tipo Xcubiertapartida , se pueden calcular rápidamente con los valores .1 hv y .2+ hv‖respectivamente.. A fin de evitar remansos aguas arriba, las pérdidas totales computadas seincrementan en G.7. En el diseño de la transici"n de entrada se recomienda que la parte superior dela abertura del sif"n, esté ligeramente debajo de la superficie normal del agua,esta profundidad de sumergencia es conocida como sello de agua y en el diseñose toma .+ veces la carga de velocidad del sif"n " . como m#nimo o también 0Y.=. En la salida la sumergencia no debe e'ceder al valor HteF2.. En sifones relativamente largos, se proyectan estructuras de alivio parapermitir un drenaje del tubo para su inspecci"n y mantenimiento.. En sifones largos bajo ciertas condiciones la entrada puede no sellarse yaseas que el sif"n opere a flujo parcial o a flujo lleno, con n coeficiente de fricci"nmenor que el asumido en el diseño, por esta ra!"n se recomienda usar n D .7cuando se calculan las pérdidas de energ#a.*. on la finalidad de evitar la cavitaci"n a veces se ubica ventanas de aireaci"nen ligares donde el aire podr#a acumularse.0. on respecto a las pérdidas de carga totales, se recomienda la condici"n deque éstas sean iguales o menores a .0 m.1. uando el sif"n cru!a debajo de una quebrada, es necesario conocer el gastomá'imo de la creciente.+. (e recomienda los anchos de corona de la tabla en el cruce de sifones oalcantarillas seg<n el tipo de camino.

D"SE-O DE U! S"'O!

Q=3n=0.025

Z =1( =0.8

!=1V =2.11 , / !



b=1

SOLUC"O!

v2

2 g

1+0.30=46.72msnm

1+0.30=46.45msnm

S"'O! COR%O

v=1.5m/ s

A=Q

v =

3

1.5

A=2m2

A= πD

2

4

D=[ 4 (2)

π

]1/2

D=1.59m

Acorr=2.011m2

Dcorr=1.60m

Vcorr= Q

Ac=

3

2.011=1.49

HALLA!DO LO!#"%UD %RA!S"C"O!



L- = t

1−t

2

2 tag22.5−−−−−−−−−−−−−−∝=45

- 2= Dcorr=1.60m

- 1=b+27 y

- 1=1+2(1) (8)

- 1=2.6

L- = t 1−t 2

2 tag22.5=

2.6−1.60

2tag22.5=1.20m

HALLAOS &ERD"DA CAR#A

V 2

2 g=(1.49)2

19.62=0.11

¿=( 2.6−1.6

2tang 22.5 )¿=1.20m

¿=40≫4 x1.6

¿=6.4

nivel=48.619+0.8=49.419

HALLAOS LA CO%A DEL 'O!DO 6



.2 *Z

49.419−1.5hv−htc

hte=1.6 x 0.97

hte=1.55

cota2=49.419−1.5 (0.11)−1.55

cota2=47.704 msnm

hv=

(V

5

2

2g −

V c2

2 g =

(149

2g

)

2

−

(2−11

2g

)

2

)hv=0.11−0.22

hv=0.117

cota3= cota 2

47.701−5 xsen12

47.704−1.03

cota3=46.66 msnm

cota 4=cota3−l xse

47.704−10 x0.005

cota 4=47.65msnsn

cota5=cota 4+4 x sen12

cota5=48.48msnm



") DESARE!ADOR

%os desarenadores son obras hidráulicas que sirven para separar 3decantar4 yremover 3evacuar4 después, el material s"lido que lleva el agua de un canal.Estructura que permite eliminar ciertas part#culas que se encuentran ensuspensi"n en la masa fluida.

. Este tipo de obra <nicamente limita el ingreso de sedimento a granos cuyasdimensiones sean menores a la abertura entre cada barra, por lo que en generalserá necesario incorporar un desarenador.El desarenador tendrá por lo tanto la misi"n de retener el material s"lido que logresuperar la rejilla. Hofer/== 36robir4 plantea el diseño de este elemento enfunci"n del caudal medio.

El dimensionamiento de esta obra se fundamenta en dos condiciones;/ 6eberá permitir la retenci"n del material s"lido que tenga diámetros mayores aldiámetro má'imo permitido por las condiciones de escurrimiento de la estructurade conducci"n./ %os sedimentos atrapados deberán ser rápidamente evacuados durante lasoperaciones de limpie!a.

ES%UD"OS !ECESAR"OS &ARA EL D"SE-O DEL DESARE!ADOR

-opograf#a;5eolog#a;Hidrolog#a;

Análisis de s"lidos; Análisis del uso del agua;



!")EL DE A#UA E! LA C7ARA

El flujo hacia el sedimentador deberá ser de escurrimiento libre, es decir que nodeberá presentar perturbaci"n alguna, lo cual se alcan!a a través de unaestructura de ca#da de pequeña altura. En esta estructura, el flujo dependerá de laaltura de la ca#da y del nivel de agua en la cámara.6e la ecuaci"n de 9ernoulli, para ca#da con flujo sumergido, en combinaci"n conla e'presi"n del impulso para el tirante conjugado y el n<mero de 8roude para unresalto hidráulico estable, se obtiene la altura necesaria en la cámara desedimentaci"n hab y la altura de ca#da [,

'U!DAE!%OS DEL D"SE-O DE U! DESARE!ADOREl fundamento principal de diseño es disminuir la velocidad del agua, para quelogren sedimentar las part#culas es suspensi"n en una estructura que sea capa! ala ve!, de ser limpiada en forma rápida y econ"mica.

A estas estructuras se les conoce con el nombre de 6esarenadores.



0( &R"!C"&"OS DE 'U!C"O!A"E!%O DE U! DESARE!ADOR9ásicamente para que un desarenador sea eficiente debe cumplir;

a4 Hidráulicamente/ 6istribuci"n uniforme del caudal en las naves desarenadoras.

/ %#neas de corriente paralelas, por lo tanto sin v"rtices de eje vertical u hori!ontal./ )o causar remanso en el canal aguas arriba./ 6istribuci"n uniforme del caudal dentro de cada nave, esto es importante en elmomento de purga de la nave.

b4 (edimentol"gicamente/ (edimentaci"n de los materiales es suspensi"n./ Evacuaci"n al e'terior de los dep"sitos./ %impie!a uniforme de las naves desarenadoras./ )o e'istencia de !onas imposibles de limpiarlas en las naves./ -ransici"n de entrada sin sedimentaci"n./ Eficiencia adecuada.%a sedimentaci"n es posible de lograr disminuyendo la velocidad de flujo hasta uncierto valor para permitir su dep"sito. 6icho valor está en funci"n del diámetro dela part#cula a e'traer.%a evacuaci"n o limpie!a es el mayor problema en el diseño del desarenador. Estafase obliga a tener un manual de operaci"n bien detallado, a fin de lograr la totalevacuaci"n de los sedimentos depositados.El canal de purga debe tener por lo menos igual o mayor pendiente que elconducto de purga de las naves.(i el desarenador se encuentra aguas debajo de un canal es necesario tener encuenta el posible remanso que podr#a generar en el canal, un vertedero o unacompuerta situada al final de las naves con el objetivo de establecer una cota deoperaci"n, etc.Es necesario que el desarenador se encuentre topográficamente más alto que elr#o con la finalidad de que pueda evacuar por gravedad los sedimentosdepositados en las naves desarenadoras.

D"SE-O DE U! DESARE!ADOR

-EMNA (:&%E (E6:E)-ANA

Q=3m3/s h=1.5

.s=2.43gr /cm3

b=1

h2o=1.03 gr /cm3

6iámetro . mm -abla aD11



V =a√ #≫44√ 0.0001=0.44 m/s

1.1 mm=0.001cm

A%$%M 6E JE%M6A6 6E (E6:E)-AM)

s− h2

o

¿a¿

/=' √ ¿

/=9.35√ 0.0001(2.43−1.03)

/=0.11m /s

/=3.8√ a+8.3#

/=3.8√ 0.0001+8.3(0.0001)

/=0.03883m/s

/=0.11+0.03883

2

/=0.0744m / s

A$%A)6M %A %M)5-$6 6E% 6E(ANE)A6MN M) -EMNA (:&%E(E6:E)-AM)

L= h x v

/ *rom=

1.5 x 0.44

0.0744=8.87=9m

M)(6ENA)6M %M( E8E-M( NE-AN6A)-E( 6E %A -$N9$%E)A

L= h x v

/ *ro−/

A&%A)6M E$AM)



0 1 = v

5.7+2.3h=

0.44

5.7+2.3 (1.5 )

0 1 =0.048m /s

%EJ)

0 2 =∝V

∝=0.132

√ x=0.132

√ 1.5=0.1077

0 2 =(0.1077)(0.44)

0 2 =0.047m/s

¿= h x v

/*ro−/=

1.5 x 044

0.0744−0.048=25.10m

A%$%M 6:E)(M)E( 6E% -A)K$E. (:&%E (E6:E)-AM)

A)HM 6E 6E(ANE)A6MN

b= Q

h x v=

3

1.5 x 0.44=b=4.54m

A%$%M 6E -E:&M (E6:E)-AM)

t =h

/=

1.5

0.0744=20.16 s

JM%$:E) A5$A

V =Q x t =3m3/s x 20.16 s

V =60.48m3

A%$%M 6E %A A&A6A6 6E -A)K$E



V =b x h x L≫4.54m x 1.50m x9m

V =61.29m3

A%$%M %M)5-$6 6E -NA)(M)

Ltr= t

1−t

2

2tg22.5= 4.54−1

2tg22.5=3.54

0.82

Ltr=4.37m

A%$%M 6E %A %M)5-$6 6E% JEN-E6ENM

L= Q3 hcrest 3/2

= 32 x 0.253/2=

12m

A%$%M 6E ∝

2π "−−−−−−−−−−−−−−360

L−−−−−−−−−−−−−−−−∝

"= L180

π 4

6E% -NA)5$%M MA9

cos∝= "−b

"

"¿ b

1

−cos∝

gualando

L180

π ∝=

b

1−cos∝



6espejando

L180

πb =

∝

1−cos∝

180 (12)14.20

= ∝

1−cos∝

151.47= ∝

1−cos∝

∝=45.8 por tanteo

"= 180 x12

(3.1416)(45.8)

"= 2160

143.88

"=1501

L1= " sen∝

L1=15.01 sen(45.8)

L1=10.76

−¿= L+ L

1

2 =12+10.76

2

L¿

−¿=11.38m

L¿



L- = Ltr x 2+¿+ L1

L- =4.37 x2+25.10+11.38

L- =45.22

m

A%$%M 6E A6A 6E 8M)6M

∆ = L- x !

∆ =45.22 x 2

100

∆ =0.90

A%$%M 6E &NM8$)66A6 6E 6E(ANNM%%M 8NE)-E A %A M:&$EN-A 6E%AJA6M

H =h+∆2=1.5+0.9

H =2.4 m

hcres= H −0.25

hcres

=2.4−0.25

hcres=2.15m

A%$%M 6E 6:E)(M)E( 6E %A( M:&$EN-A(



Q=3 # x ∆ o√ 2g h

Q=0.6 x (0.5)2√ (19.62)(2.15−0.25)

Q=0.92m /s

JE%M6A6 (A%6A

V = Q

∆ o= 0.92

(0.5 )2=3.68m

3−−−−−−−−−−−−−−−−−%&

&E(E A E(-AN E)-NE 0 @ + %A JE%M6A6 (EA MNNE-A ( $)M (E A$:E)-A E% ANEA.



CO!CLUS"O!ES RECOE!DAC"O!ES

./ El desarenador es una obra hidráulica que sirve para sedimentar part#culas dematerial solido suspendidas en el agua, en el interior de la conducci"n.

*./ %os sifones invertidos son econ"micos, fáciles de diseñar y de construir y handemostrado tener una confiable capacidad de conducci"n.%os costos de diseño, construcci"n y mantenimiento son factores que puedenhacer a un sif"n invertido más factible que otra estructura.(in embargo la pérdida de carga producida en un sif"n invertido es mayor que enlos otros sistemas de cruce 3acueductos, etc.4.

0./ A partir de toda la informaci"n que se mostrará se puede concluir que, elalumno debe tener la noci"n sobre todo los pasos y cálculos que conllevan a suconstrucci"n, siendo en primera instancia solo cálculos te"ricos, y que, dentro dealgunos años poder aplicarlos a nuestro campo laboral.



$"$L"O#RA'"A &7#"!AS )"S"%ADAS

0(1 &uentes Losa y Alcantarillas( Ca/3tulo 4 &uentes

6(1 Laboratorio de Hidráulica de Canales 1 #uadalu/e Estrada #uti@rre

8(1 A!UAL: CR"%ER"OS DE D"SE-OS DE O$RAS H"DRAUL"CAS &ARA LA'ORULAC"O! DE &ROEC%OS H"DRAUL"COS UL%"SEC%OR"ALES DEA'"A!*A"E!%O H"DR"CO

9(1 % e B a: C A ! A L E S 1 "n.( A.r( icel oolaas, (Sc( &rof( Ad( de

%o/o.raf3att/:<<(fa.ro(edu(uy<Fto/o.rafia<docs<CanalesG6;/araG6;Rie.oG6;yG6;Drenae(/df

4(1 D"SE-O CO!S%RUCC"O! DE U! CA!AL H"DR7UL"CO DE &E!D"E!%E)AR"A$LE &ARA USO D"DAC%"CO E "!)ES%"#AC"2!I

J(1 CA!ALEStt/:<<(construa/rende(coB<

K(1 &ERE* CaB/oBanes, #io5ene( "n.enier3a Hidráulica en l3neaM,LiBa:6;09( Dis/onible en: tt/:<<(in.enieriaidraulicaunBsBiBf(blo.s/ot(coB

N(1 D"SE-O H"DRAUL"CO DE ALCA!%AR"LLAS ng. 8acundo \. Alonso Abril de *+ A%A)-AN%%A( 8 d \ Al

http://www.fagro.edu.uy/~topografia/docs/Canales%20para%20Riego%20y%20Drenaje.pdf


http://www.construaprende.com/

http://www.ingenieriahidraulicaunmsmimf.blogspot.com/



http://www.construaprende.com/

http://www.ingenieriahidraulicaunmsmimf.blogspot.com/

trabajo obras hiraulicas damian.docx

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