Diseño y Relacion de Obras de Arte (1)

INGENIERÍA CIVIL UNC

DISEÑO Y RELACION

DE OBRAS DE ARTE Y

DRENAJE

INGENIERIA DE DRENAJE


INDICE

CALCULOS DE DISEÑO OBRAS DE DRENAJE..........................................................................................3

CUNETA..................................................................................................................................................3

SUSTENTO HIDRAULICO.................................................................................................................3

JUSTIFICACION GEOMETRICA DE LAS CUNETAS.............................................................................6

ALCANTARILLA.......................................................................................................................................7

SUSTENTO HIDRAULICO.................................................................................................................7



CALCULOS DE DISEÑO OBRAS DE DRENAJE

CUNETA

Teniendo como base las Normas Peruanas para el Diseño de Carreteras, y

considerando una zona lluviosa del Tramo Puruay Bajo - Marainillo, se ha

propuesto la Cuneta Triangular de las dimensiones siguientes:

0.70 m.

0.50 m.

SUSTENTO HIDRAULICOCAPACIDAD HIDRAULICA DE LA CUNETA MEDIANTE LA

FORMULA DE MANNING:

Sabemos que el Cálculo está dado por:

Qe (1/n)*A*(R(2/3))*(S½)... . . . . . . . . . . (1)

Donde:

n = Coeficiente de Rugosidad

n = 0.027 (Tierra)

n = 0.035 (Roca Suelta)

A = 0.175 m2

P = 1.495 m

R = 0.1171 m

De las Normas tenemos la Pendiente Mínima y Máxima:



Smin = 0.50 %

Smax = 10.00 %

S = 10.00 % = 0.10

Luego:

Qe = 0.4911 m 3 /s Tierra

Qe = 0.379 m 3 /s Roca Suelta

Qe = 0.75 * 0.4911

Finalmente consideramos un Factor de Seguridad.

La Cuneta trabajará sólo al 75% con la finalidad de evitar el rebalse del

Agua.

Qe = 0.75 * 0.4911

Qe = 0.368 m 3 /s

CALCULO DEL CAUDAL A DRENAR

Condiciones a tener en cuenta:

- En zonas lluviosas la Longitud Máxima permitida para el desfogue de las

aguas que escurren por las Cunetas es de 100 a 140 m de longitud. Se

plantea el Diseño para el caso desfavorable en que las circunstancias

Económicas y Topográficas no lo permitan, teniendo una longitud de 140

m.

- Como no se cuenta con datos Hidrológicos y teniendo conocimiento de la

situación climatológica del Tramo en Estudio (zona lluviosa), se tiene I

=62 mm/hr (de la estación Weberbawer, en Cajamarca, la cual tiene

similitud con la cuenca en estudio) y una Longitud horizontal transversal

a drenar de 250 m.

- Se usará la fórmula Racional Q = CIA/360.

Cálculo de Caudal por Precipitación Pluviométrica

Sabemos que Qi = CIA/360

Donde:

I = 62 mm/Hr Intensidad de precipitación.



A = 7.50 Ha Área de drenar.

C = Coeficiente de escorrentía.

Teniendo en cuenta las condiciones Topográficas del lugar.

TIPO DE SUPERFICIE C

Suelos ligeramente permeables 0.15 – 0.40

TIPO DE TERRENO C

Pastos 0.36 – 0.42

(4) ROSALES Y ALVA, “Caminos II”

(5) ROSALES Y ALVA, “Caminos II”

Reemplazando en la Fórmula Racional: Qi = 0.3875 m 3 /S

Cálculo del Caudal que Escurre por el Pavimento:

Se tiene:

C = 0.30

I = 62 mm/Hr.

A = 250 * 2.00 = 0.05 Ha.

Reemplazando en la fórmula Racional: Qi = 0.0026 m3/s

Caudal total a Drenar:

Qdrenar = Qt + Qp

Qdrenar=0.39m 3 /s

Qdrenar = 0.39 m 3 /s = Qe = 0.39 m 3 /s . . . . . . . . . . . .OK

Verificación de la Velocidad:

A = 0.175 m 2

A = 0.75 * 0.175 = 0.131 m 2

Qdrenar = 0.39 m 3 /s

Luego:

Vd = Qdrenar / A

Vd = 2.97 m/s

Vmin = 0.60 m/s < Vd = 2.97 m/s < Vmax = 6 m/s.. . . OK

Está última expresión garantiza evitar posteriores problemas de Erosión y

sedimentación.

El tirante máximo de la cuneta es Y = 0.50m, por seguridad la Cuneta sólo

va ha trabajar al 75% del tirante. Luego h = 0.75 * 0.50 = 0.375m.



Por tratarse de un camino vecinal, optamos por la conformación de

cunetas sin revestir.

JUSTIFICACION GEOMETRICA DE LAS CUNETASEn el presente Estudio técnico se ha considerado Cunetas Triangulares para

la precipitación pluvial y Cuenca receptora para las siguientes razones:

1. Aprovechar los Taludes de Corte en todo el Tramo.

2. No genera la Erosión de los Taludes de Corte y Relleno, mitigando el

desmoronamiento de los mismos,

3. Permite la escorrentía suave y deslizante con sus paredes inclinadas

disipando la energía que pudiera generarse por las precipitaciones

pluviales.

4. Facilita el proceso constructivo y reduce los Costos de Construcción.

5. En los trabajos de Construcción de los taludes de corte y de la

superficie de rodadura, la cuchara del tractor o cargador frontal, realiza

un movimiento triangular, la que se aprovecha en los procesos de

construcción de las Cunetas.

6. En superficies con material de tierra, construir cunetas triangulares,

resulta óptimo por su fácil trazo y ejecución.

7. Para suelos inestables, las cunetas triangulares le proporcionan un

ángulo de la inclinación, que impide el deslizamiento continuo de los

taludes.



ALCANTARILLA

Consideraciones Generales:

- El diseño se basa estrictamente al Plano adjunto.

- El diseño considera que el mayor desfogue de la Alcantarilla será en un

tramo en contrapendiente, es decir recibirá un canal igual al doble del que

se escurre por la cuneta de una longitud de 250m.

- El cálculo de la capacidad hidráulica de la Alcantarilla se obtiene a través

de la fórmula de Manning.

- Longitud mínima de alcantarilla propuesta L alc = 5.00 m.

SUSTENTO HIDRAULICO

ALCANTARILLA:

1.00 5.00 1.00

D=0.90

Y= 75 % D

Y= 0.675

Cálculo de la Capacidad Hidráulica de un Dren Cilíndrico:

Qc = (1/n) * A * (R ˆ (2/3))*(s ½ )

Donde: n = 0.025 Material acero.

Considerando una Sección de Máxima Eficiencia:

Qmáx Pmín Rmáx

Sabemos



R = (d/4)*(1-Seno/o)

Rmáx ð(R)ðo = 0

ð (R) = ð(D/4) * (1-Seno/o).. . . . . . . .= 0

ð = Tgo

ð = 4.4934 rad = 257.5%

Luego:

A = (1/8)*(o-Seno)*D 2 A = 0.2461 m 2

R = (d/4)*(1-Seno/o) R = 0.1826 m

S = 5% S = 0.05

En la fórmula de Manning se tiene:

Qe = 0.565 m 3 /s

El diseño contempla dos Drenes cilíndricos por lo que la capacidad

hidráulica de la Alcantarilla será doble:

Qd = 2*Qc

Qd = 1.13 m 3 /s

Verificación de la Velocidad de Diseño:

Vd = Qc/A

Vd = 1.13/0.2461

Vd = 4.58 m/s

Vmin = 0.60 m/s < Vd < Vmáx = 5 m/s OK

Cálculo del Caudal Pluviométrico a Drenar:

- Considerando que la alcantarilla se encuentra en una pequeña quebrada, el

caudal a Drenar será:

Qdrenar = 2 Qtalud + Qquebrada

- El área a drenar de cada talud será de 250 m. de carretera y 300 m. de

Sección Transversal.

Empleando: Qtalud = CIA/360

Donde:

C = 0.30

I = 62 mm/Hr

A = 250*300 = 7.50 Ha

Qtalud = 0.3875 m 3 /s



Qdrenar = 2*Qtalud + Qquebrada = 2*0.3875+1.13


Qdrenar = 1.905 m 3 /s < Qd = 2.26 m 3 /s. . . . .OK

Verificación de la Velocidad:

A = 0.636 m 2

A = 0.75 * 0.636 = 0.477 m 2


Luego:

Vd = Qdrenar / A

Vd = 3.99 m/s

Vmin = 0.60 m/s < Vd = 3.99 m/s < Vmax = 6 m/s . . . . OK

UBICACIÓN DE OBRAS DE ARTE TRAMO I ALCANTARILLAS

N°Ubicación

EstructuraProgresiva

1 00+356 Alcantarilla Perfilada Rib Loc 600 mm. Ø =24" 2 00+544 Alcantarilla Perfilada Rib Loc 600 mm. Ø =24" 3 00+612 Alcantarilla Perfilada Rib Loc 600 mm. Ø =24" 4 00+735 Alcantarilla Perfilada Rib Loc 600 mm. Ø =24" 5 00+944 Alcantarilla Perfilada Rib Loc 600 mm. Ø =24" 6 01+323 Alcantarilla Perfilada Rib Loc 600 mm. Ø =24" 7 01+436 Alcantarilla Perfilada Rib Loc 900 mm. Ø =36" 8 01+870 Alcantarilla Perfilada Rib Loc 900 mm. Ø =36" 9 01+960 Alcantarilla Perfilada Rib Loc 600 mm. Ø =24"

10 02+048 Alcantarilla Perfilada Rib Loc 600 mm. Ø =24" 11 02+260 Alcantarilla Perfilada Rib Loc 600 mm. Ø =24" 12 02+355 Alcantarilla Perfilada Rib Loc 600 mm. Ø =24" 13 02+427 Alcantarilla Perfilada Rib Loc 600 mm. Ø =24" 14 02+536 Alcantarilla Perfilada Rib Loc 600 mm. Ø =24" 15 02+597 Alcantarilla Perfilada Rib Loc 900 mm. Ø =36" 16 02+765 Alcantarilla Perfilada Rib Loc 600 mm. Ø =24" 17 02+920 Alcantarilla Perfilada Rib Loc 600 mm. Ø =24" 18 03+080 Alcantarilla Perfilada Rib Loc 600 mm. Ø =24"

UBICACIÓN DE OBRAS DE ARTE TRAMO I PASES DE AGUA

N°Ubicación

EstructuraDimensiones

ObservaciónProgresiva

Long (m) Altura (m)

D (Pulg)

1 00+112 Pase de riego Ø 12" PVC 6.00 0.30 12 Pase canal de riego





4 00+864 Pase de riego Ø 12" PVC 6.00 0.30 12

Pase canal de riego

5 02+950 Pase de riego Ø 112 PVC 6.00 0.30 12

Pase canal de riego

UBICACIÓN DE OBRAS DE ARTE TRAMO I BADENES

N°Ubicación


ObservaciónProgresiva Largo (m) Ancho (m)

1 00+760 BADEN L=4.00 A=5.00 4.00 5.00 En Proyecto2 01+530 BADEN L=4.00 A=5.00 4.00 5.00 En Proyecto

UBICACIÓN DE OBRAS DE ARTE TRAMO I MUROS DE CONTENCION

N°Ubicación



1 01+870 MURO L=10.00 A=4.00 10.00 4.00 En Proyecto

UBICACIÓN DE OBRAS DE ARTE TRAMO II ALCANTARILLAS

N°Ubicación

EstructuraProgresiva

1 00+001 Alcantarilla Perfilada Rib Loc 600 mm. Ø =24"











UBICACIÓN DE OBRAS DE ARTE TRAMO II PASES DE AGUA

N°Ubicación


ObservaciónProgresiva Long (m) Altura (m) D (Pulg)













Pase canal de riego


Pase canal de riego


UBICACIÓN DE OBRAS DE ARTE TRAMO II BADENES

N°Ubicación



1 00+930 BADEN L=4.00 A=5.00 4.00 5.00 En Proyecto

UBICACIÓN DE OBRAS DE ARTE TRAMO II PONTON

N°Ubicación

Estructura MaterialDimensiones

ObservaciónProgresiva

Luz (m) Altura (m) Ancho (m)

1 02+595

Pontón Proyectado Concreto 5.00 2.00 5.00 Qda. Llushpiaco,

UBICACIÓN DE OBRAS DE ARTE TRAMO II CUNETA REVESTIDA

NºProgresiva

LadoDimensiones (m)

Material Recomendaciones Inicio Final

Ancho (m)

Prof. (m)

1 00+980 01+140 D 0.50 0.30 Revestido

Por Erosión en el Terreno, Canal De Regadio


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