Drenaje Transversal en Carreteras

8/10/2019 Drenaje Transversal en Carreteras

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SECCINN5

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DRENAJE TRANSVERSAL EN CARRETERAS

5.1 INTRODUCCIN

El drenaje transversal de la carretera se consigue mediante alcantarillas cuya funcin es proporcionarun medio para que el agua superficial que escurre por cauces naturales o artificiales de moderadaimportancia, en forma permanente o eventual, pueda atravesar bajo la plataforma de la carretera sincausar daos a sta, riesgos al trfico o a la propiedad adyacente.

Se entiende por alcantarilla a una estructura de drenaje cuya luz mayor, medida paralela al eje de lacarretera, sea de hasta 6 m; Losas de luces mayores, se tratarn como puentes en lo relativo a suclculo hidrulico. La alcantarilla debe ser capaz de soportar las cargas del trfico en la carretera, elpeso de la tierra sobre ella, las cargas durante la construccin, etc., es decir, tambin debe cumplirrequisitos de tipo estructural.

5.2 UBICACIN, ALINEACIN Y PENDIENTE DE LAS ALCANTARILLAS

La adecuada eleccin de la ubicacin, alineacin y pendiente de una alcantarilla es importante, ya quede ella depende su comportamiento hidrulico, los costos de construccin y mantenimiento, laestabilidad hidrulica de la corriente natural y la seguridad de la carretera.

En general, se obtendr la mejor ubicacin de una alcantarilla cuando sta se proyecta siguiendo laalineacin y pendiente del cauce natural, ya que existe un balance de factores, tales como, la pendientedel cauce, la velocidad del agua y su capacidad de transportar materiales en suspensin y arrastre defondo. Cuando se cambia cualquiera de estos factores es necesario compensar con cambios en otro de


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modo de minimizar los efectos de cambios bruscos de direccin. Ello podra aumentar la seccin de laalcantarilla comparada con la de la solucin anterior. En los efecto ser necesario considerarestructuras especiales en la entrada y salida, la construccin del canal a la salida y su mantencin.

Caso 3:Se ha desplazado la entrada de modo que la salida descargue directamente en el canal natural.El canal de acercamiento a la alcantarilla debe tener una buena alineacin con ella para necesitar una

entrada o salida especial. El tamao del la alcantarilla puede ser influenciado por el hecho que alaumentar la longitud de flujo debe reducirse la pendiente. Habr costos adicionales por construccin ymantencin del canal, un posible mayor dimetro y proteccin del terrapln en la entrada.

Caso 4:En este caso se ha desplazado, tanto la entrada como la salida. No se obtiene un mejoramientohidrulico con esta solucin y solo conviene usarla cuando hay restricciones de espacio para otrassoluciones. En este caso se requieren estructuras especiales de entrada y de salida de canales deacercamiento en los dos extremos, los que deben considerarse en el costo, adems de una posiblemayor seccin de la alcantarilla debido a la disminucin de la pendiente.

5.2.2 Perfil Longitudinal

La mayora de las alcantarillas se colocan siguiendo la pendiente natural del cauce, sin embargo, enciertos casos puede resultar aconsejable alterar la situacin existente. Estas modificaciones dependiente pueden usarse para disminuir la erosin en el o en los tubos de la alcantarilla, inducir eldepsito de sedimentos, mejorar las condiciones hidrulicas, acortar las alcantarillas o reducir losrequerimientos estructurales. Sin embargo, las alteraciones de la pendiente deben ser estudiadas enforma cuidadosa de tal modo de no producir efectos indeseables.

En la Figura 5.2se indican los perfiles longitudinales de alcantarillas ms usuales con sus respectivasestructuras especiales de salida o de entrada.

En general, al cambiar la pendiente en cada uno de estos casos, debe tenerse especial cuidado que elterreno de fundacin de la alcantarilla no permita asentamientos, debiendo ser terreno natural firme orelleno estructural debidamente compactado, en caso contrario las fuerzas de corte causadas por elasentamiento de terraplenes importantes, pueden causar el colapso total de la estructura.


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Figura 5.2Ubicacin de alcantarillas, respecto de la pendiente del cauce

5.3 ELECCIN DEL TIPO DE ALCANTARILLA

5.3.1 Forma y seccin

Las formas usuales de alcantarillas son: Circulares, Cajn (rectangular), Elptico, Tubo Arco,Arco y mltiples. La seleccin de la forma est basado en el coste de la construccin de laalcantarilla, las limitaciones de la altura de agua ro arriba, altura de terrapln de calzada, yrendimiento hidrulico.


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Figura 5.3 Formas de la alcantarillaLa alcantarilla circular es una de las ms usadas y resiste en forma satisfactoria, en la mayora de loscasos, las cargas a que son sometidas. Existen distintos tipos de tubos circulares que se utilizan coneste propsito. El dimetro para alcan tar i l las de caminos locales o de desarrol lo deber ser almenos 0,8 m, o bien 1m si l a longitud de la obra es mayor a 10 m.En las dems categoras decaminos y carreteras el dimetro mnimo ser de 1 m.

Las alcantarillas de cajn cuadradas o rectangulares pueden ser diseadas para evacuar grandescaudales y pueden acomodarse con cambios de altura, a distintas limitaciones que puedan existir, talescomo alturas de terrapln o alturas permisibles de agua en la entrada. Como generalmente seconstruyen en el lugar deber tomarse en cuenta, el tiempo de construccin al compararlas con lascirculares prefabricadas.

En los cauces naturales que presentan caudales de diseo importante, si la rasante es baja respecto delfondo del cauce, se suelen ocupar alcantarillas mltiples. Sin embargo, cuando se ensancha un canalpara acomodar una batera de alcantarillas mltiples, se tiende a producir depsito de sedimentos tantoen el canal como en la alcantarilla, situacin que deber tenerse presente.

La capacidad hidrulica de una alcantarilla puede ser mejorada por la seleccin de entrada apropiada.Debido a que el canal natural es generalmente ms amplio que el barril de alcantarilla, el borde deentrada de alcantarilla representa una contraccin de circulacin y podra ser el control de circulacinprincipal.

5.3.2 Tipos de Entrada


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Figura 5.4 Cuatro tipos de entrada usuales (esquemtico)

Los distintos tipos de entrada en la circulacin del flujo disminuir gradual la prdida de energa ycrear una condicin de entrada ms eficiente hidrulicamente por lo tanto, los bordes biseladossonpor lo tanto ms eficientes que los bordes cuadrados (Figura 5.5). Las entradas con Alas y Murofrontal reducen la contraccin de circulacin ms lejos(Figura 5.6). Las entrada hundidas con murofrontal y alas, incrementan la altura eficaz sobre la seccin de control de circulacin (Figura 5.7), asincrementando la eficiencia de alcantarilla ms lejos.

Figura 5.5 Contraccin a la Entrada (esquemtico)


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Figura 5.6 Entrada con Alas y Muro Frontal Figura 5.7 Entrada con Alas y Muro Frontalsin cada con cada

5.3.3 Materiales

Los materiales ms usados para las alcantarillas son el hormign (armado in situ o prefabri cado) y elacero corrugado. En la eleccin del material de la alcantarilla se deben tomar en cuenta ladurabilidad, resistencia, rugosidad, condiciones del terreno, resistencia a la corrosin, abrasin eimpermeabilidad. No es posible dar reglas generales para la eleccin del material ya que depende deltipo de suelo, del agua y de la disponibilidad de los materiales en el lugar. Sin embargo, deber tenersepresente al menos lo siguiente:

Segn sea la categora de la carretera se deben considerar las siguientes vidas tiles:

Autopistas > 50 aos Colectores y Locales > 30 aos

Desarrollo > 10 aos

Si se trata de caminos pavimentados la alcantarilla debe asegurar una impermeabilidad que evite lasaturacin del terrapln adyacente, lo cual puede acarrear asentamientos del terrapln con elconsecuente dao al pavimento. Alcantarillas bajo terraplenes con altura superior a 5 m, debernconstruirse preferentemente de hormign armado, por la dificultad que conlleva el reemplazo.

5.4 ESTUDIOS HIDROLGICOS


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Los estudios hidrolgicos permiten determinar el caudal de diseo de la estructura, el cual est encorrespondencia con el tamao y caracterstica de la cuenca, su cubierta de suelo y la tormenta dediseo. Para un estudio hidrolgico apropiado, se ha dividido segn el tamao en: mtodo paracuencas menores y cuencas medianas.

5.4.1 Mtodo Racional Modificado

El Mtodo Racional es utilizable en cuencas pequeas, menores de 25 km. Supone que elescurrimiento mximo proveniente de una tormenta es proporcional a la lluvia cada, supuesto que secumple en forma ms rigurosa en cuencas mayoritariamente impermeables o en la medida que lamagnitud de la lluvia crece y el rea aportante se satura.

Este mtodo ampla el campo de aplicacin del mtodo racional, puesto que se considera el efecto dela no uniformidad de las lluvias mediante un coeficiente de uniformidad. De este modo, se admitenvariaciones en el reparto temporal de la lluvia neta que favorecen el desarrollo de los caudales punta, ysolucionan el problema que planteaba la antigua hiptesis de lluvia neta constante admitida en lafrmula racional, que ofreca resultados poco acordes con la realidad.

El coeficiente de uniformidad representa el cociente entre los caudales punta en el caso de suponer lalluvia neta variable y en el caso de considerarla constante dentro del intervalo de clculo de duracinigual al tiempo de concentracin de la cuenca en cuestin.

Segn dicha formulacin, el caudal punta de avenida en el punto de cruce de una vaguada con eltrazado, para un perodo de retorno dado, se obtiene mediante la expresin:

(5.1)Donde:

Q:Caudal punta correspondiente a un determinado perodo de retorno (m3/s).I:Mxima intensidad media de precipitacin, correspondiente al perodo de retorno

considerado y a un intervalo igual al tiempo de concentracin (mm/h).A:Superficie de la cuenca (Km2).C:Coeficiente de escorrenta.

CU:Coeficiente de uniformidad.

El mtodo racional se ha utilizado ampliamente para la determinacin de caudales de diseo encarreteras, debido a su simplicidad y lgica. Sin embargo se deben tener presentes sus limitaciones ylas hiptesis involucradas. El mtodo supone que el coeficiente de escorrenta se mantiene constante

para distintas tormentas, lo cual es estrictamente vlido slo para reas impermeables, de all lanecesidad de amplificar los valores de (C)para perodos de retorno altos.

5.4.1.1 Determinacin del coeficiente de uniformidad (CU)

El coeficiente de uniformidad (CU)corrige el supuesto reparto uniforme de la escorrenta dentro delintervalo de clculo de duracin igual al tiempo de concentracin contemplado en la formulacin delmtodo racional.


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Aunque el coeficiente de uniformidad vara de un aguacero a otro, su valor medio en una cuencaconcreta depende principalmente de su tiempo de concentracin. Esta dependencia es tan acusada que,a efectos prcticos, puede despreciarse la influencia de las restantes variables, tales como el rgimende precipitaciones, etc. Segn J. R. Tmez, su estimacin, en valores medios, puede realizarse segnla siguiente expresin:

(5.2)Donde:

CU:Coeficiente de uniformidad, que tiene en cuenta la falta de uniformidad en la distribucindel aguacero.

Tc:Tiempo de concentracin (horas).

Dicha expresin est basada en los contrastes realizados en diferentes cursos de agua dotados deestaciones de aforo, y en las conclusiones deducidas de algunos anlisis tericos desarrolladosmediante el hidrograma unitario.

5.4.1.2 Tiempo de concentracin (TC)

El Tiempo de Concentracin se define como el lapso de tiempo, bajo precipitacin constante, quetarda el agua en ir desde el punto ms distante hidrulicamente definido dentro la cuenca hasta elpunto de evacuacin o control.

La Tabla 5.1 y Tabla 5.2se resumen las expresiones que se han propuesto para estimar el tiempo deconcentracin en distintos casos. Por ser este tipo de expresiones producto de resultados empricos,obtenidos bajo ciertas condiciones particulares, es necesario tener presente que debe juzgarsecualitativamente la factibilidad fsica del resultado entregado, previo a su aceptacin. Como normageneral, el tiempo de concentr acin no debe ser in feri or a 10 minutos, salvo que se tenganmediciones en terreno que justifiquen adoptar valores menores.


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Tabla 5.1Frmulas para el clculo del tiempo de concentracin en regiones llanasFuente: Manuales tcnicos para el diseo de carreteras de la ABC

Tabla 5.2Frmulas Para El Clculo Del Tiempo De Concentracin En Regiones Con PendientesFuente: Manuales tcnicos para el diseo de carreteras de la ABC

5.4.1.3 Coeficientes de escorrenta

Los coeficientes de escurrimiento dependen de las caractersticas del terreno, uso y manejo del suelo,condiciones de infiltracin, etc. y se necesita un criterio tcnico adecuado y experiencia para


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seleccionar un valor representativo. En la Tabla 5.3 se entregan antecedentes con rangos usuales deeste coeficiente para diversos tipos de situaciones.

Tipo de Terreno Coeficiente de escorrenta

Pavimentos de adoqun 0,500,70

Pavimentos asflticos 0,700,95

Pavimentos en concreto 0,800,95Suelo arenoso con vegetacin y pendiente 2% - 0,150,20

Suelo arcilloso con pasto y pendiente 2% - 7% 0,250,65

Zonas de cultivo 0,200,40Tabla 5.3 Coeficientes de escurrimiento (C)

Tipo de superficiePeriodo de retorno en aos2 15 25

Tierra cultivada

Plana 0-2% 0.31 0.38 0.40Promedio, 2-7% 0.35 0.43 0.44

Pronunciada mayor 7% 0.39 0.46 0.48Pasto/matorral

Plana 0-2% 0.25 0.32 0.34Promedio, 2-7% 0.33 0.40 0.42

Pronunciada mayor 7% 0.37 0.44 0.46Bosque

Plana 0-2% 0.22 0.30 0.31Promedio, 2-7% 0.31 0.38 0.40Pronunciada, mayor 0.35 0.43 0.45

Pantano 0.90 0.90 0.90Tabla 5.4Coeficiente de Escorrenta

El mtodo racional se ha utilizado ampliamente para la determinacin de caudales de diseo encarreteras, debido a su simplicidad y lgica. Sin embargo se deben tener presentes sus limitaciones ylas hiptesis involucradas. El mtodo supone que el coeficiente de escorrenta se mantiene constantepara distintas tormentas, lo cual es estrictamente vlido slo para reas impermeables, de all lanecesidad de amplificar los valores de (C)para perodos de retorno altos. Se asume que el perodo deretorno de la lluvia de diseo es igual al del caudal mximo.

5.4.1.4 Determinacin de la intensidad

La intensidad se expresa como el promedio de la lluvia en mm/hora para un periodo deretorno determinado y una duracin igual al del tiempo de concentracin (Tc)de la cuenca.

Los valores intensidades se pueden obtener a partir de las curvas Intensidad DuracinFrecuencia (IDF). El ajuste de los datos por medio de los mnimos cuadrados resulta en unaecuacin en la cual se entra con la duracin en minutos y se obtiene la intensidad.


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Corresponde a la profundidad del agua en la entrada, medida desde el punto ms bajo (umbral o radierde la alcantarilla). Esta obra, al limitar el paso libre del agua, causar un aumento de nivel hacia aguasarriba y en consecuencia puede ocasionar daos a la carretera o a las propiedades vecinas. Se limitarla carga hidrulica mxima con el fin de proteger la vida de los usuarios o vecinos, proteger laestabilidad del terrapln, no producir inundaciones a los terrenos adyacentes, no producir daos a laalcantarilla y a la va, no causar interrupciones al trfico y no sobrepasar los lmites de velocidad deagua recomendados en las alcantarillas y en el cauce a la salida.

Tanto para alcantarillas con control de entrada como de salida, los tubos, cajones y losas se disearnhidrulicamente, respetando una carga mxima He, segn se trate de canales o cauces naturalespermanentes o impermanentes. En los canales, la carga mxima de diseo ser igual a la dimensin dela alcantarilla. En los cauces naturales se podr aceptar una carga a la entrada igual a la dimensin dela alcantarilla ms 0,3 m para el gasto de diseo.

Tipo de Cauces Tubos Cajones Losas (L 6m)Canales D (dimetro) H (altura total) H - 0.1 mDiseo Cauces Naturales D + 0.3 m H + 0.3 m H - 0.1 m

Verificacin CaucesNaturales D + 0.6 m H + 0.6 m HPero He mximo no puede sobrepasar la cota exterior del SAP - 0.3 mTabla 5.5Carga hidrulica mxima de diseo (he, m)

5.5.2 Velocidad en la salida

Los principales factores que afectan a esta velocidad son la pendiente y rugosidad de la alcantarilla, noinfluyendo la forma y tamao significativamente, salvo en los casos en que se produce flujo a bocallena.

Velocidad en alcantarillas que fluyen con control de entrada.- La velocidad a la salida de

alcantarillas escurriendo con control de entrada, puede obtenerse en forma aproximada,calculando la velocidad media de la seccin transversal de escurrimiento en el conductoempleando la frmula de Manning. Estas velocidades obtenidas por este mtodo suelen seralgo mayores que las reales debido a que la altura normal, supuesta al aplicar la frmula deManning, rara vez se alcanza en la corta longitud de la mayora de las alcantarillas.

(5.4)

Velocidad en alcantarillas que fluyen con control de salida.- En el caso de una alcantarilla concontrol de salida, la velocidad media en la salida de la alcantarilla ser igual al caudal dedescarga, dividido por el rea de la seccin transversal de la corriente en dicho lugar.

Esta rea de escurrimiento puede ser la correspondiente a la profundidad crtica (dc), o lacorrespondiente al nivel de la superficie libre en la salida (Tw). El que de mayor Area ser laque se utilizara para hallar la velocidad.

*Si la velocidad calculada es mayor a la velocidad mximas admisible, se debe considerar laconstruccin de disipadores de energa.


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Tipo de terrenoFlujo permanente

(m/s)Flujo intermitente

(m/s)Arena Fina (no coloidal) 0,75 0,75Arcilla arenosa (no coloidal) 0,75 0,75Arcilla limosa (no coloidal) 0,9 0,9Arcilla fina 1 1

Ceniza volcnica 1,2 1Grava fina 1,5 1,2Arcilla dura (coloidal) 1,8 1,4Material graduado (no coloidal):Desde arcilla a grava 2 1,5Desde limo a grava 2,1 1,7Grava 2,3 1,8Grava gruesa 2,4 2Desde grava a piedras (bajo 15 cm) 2,7 2,1Desde grava a piedras (sobre 20 cm.) 3 2,4

TABLA 5.6Velocidades Mximas Admisibles (M/S) En Canales No RevestidosFuente: Manual de Carreteras de California

5.5.3 Flujo Con Control De Entrada

En el flujo con control de entrada el tirante crtico se forma en las proximidades de la seccinde entrada a la alcantarilla, quedando hacia aguas arriba de dicha seccin un remanso enflujo subcrtico, y aguas abajo, un flujo supercrtico. De modo que lo que ocurre desde laseccin hacia aguas arriba, tiene influencia en el nivel a la entrada de la alcantarilla, pero notiene ninguna influencia lo que ocurre aguas debajo de dicha seccin. Por eso, las variables que

intervienen en este tipo de flujo son:

Tipo y dimensiones de la seccin transversal. Ej: circular con dim=2m.

Geometra de la embocadura. Ej: Con alas a 30 con respecto al eje. Nivel de agua a la entrada. Se utiliza la altura He.

Si bien no es sencillo predefinir cuando un flujo tendr control de entrada, los casos mstpicos son aquellos en los cuales:

1) La entrada est descubierta y la pendiente es supercrtica (Figura 5.8), pudiendo o no

fluir llena la seccin en parte del conducto.


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Figura 5.8Flujo con control de entrada.Fuete: Carciente, 1985.

2) La entrada est sumergida, y sin embargo no fluye lleno el conducto ( Figura 5.9),pudendo ser subcrtica o supercrtica la pendiente.


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Figura 5.9Flujo con control de entrada.Fuete: Carciente, 1985.

5.5.3.1 Clculos para flujo con control de entrada

El procedimiento de clculo es muy sencillo para este tipo de flujo, y puede plantearse en lossiguientes pasos:

1) Se adopta un caudal de diseo.2) Se propone un tipo de alcantarilla (forma y dimensiones).3) Se elige un tipo de entrada.4) Se calcula el nivel que debe formarse a la entrada Henecesario para permitir el

paso del caudal de diseo. Si ese nivel no supera la altura mxima admisible para el agua a laentrada de la alcantarilla de acuerdo a los condicionantes de diseo planteados en el problemaen cuestin, se contina en el paso 5, de lo contrario, se vuelve al paso 2.

5) Se observa que el nivel Heno sea demasiado pequeo, es decir, que la alcantarilla no se haya

sobredimensionado, pues esto ocasionara costos excesivos e innecesarios. Se adopta laalcantarilla propuesta como una de las posibles soluciones del problema.

En las Figuras 5.20 a la Figura 5.60se identifican los bacos y las ecuaciones que se deben usar encada caso, dependiendo de la forma de la seccin y de la disposicin de los elementos a la entrada dela obra, es decir muros frontales, alas, tipo de aristas y forma como empieza el conducto. En la mismaFigura se definen las situaciones que pueden darse a la entrada y se definen los ngulos de los murosfrontales y de los muros de ala.

El Federal Highway Administration (FHWA) ha generado mediante modelos de regresin,expresiones polinmicas de quinto grado que entregan la carga hidrulica a la entrada directamente.

Estas ecuaciones entregan resultados equivalentes a los obtenidos mediante los grficos y son vlidaspara cargas comprendidas entre la mitad y tres veces la altura de la alcantarilla. Las expresiones sondel tipo siguiente:

[ ] (5.5)


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Donde:

He = Carga a la entrada (m)a...f = Coeficientes de regresinF = Q/D5/2 en alcantarillas circulares, o bien Q/(BD3/2) en alcantarillas de cajnQ = Caudal (m3/s)

D = Altura de la alcantarilla (m); dimetro en el caso de los tubosb = Ancho de la alcantarilla (m)i = Pendiente longitudinal (m/m)z = 1,81130889 (factor de conversin para unidades mtricas)

Descripcin Segn Tipo de Obra Cdigo a b c d e f

Alcantarilla circular de concreto, aristasvivas Muro Frontal, alas 33 < p < 83g

1 0,08748 0,70658 -0,2533 0,0667 -0,0066 0,000251

Alcantarilla circular de concreto, aristasranuradas, muro frontal, alas 33 < p < 83g

2 0,1141 0,65356 -0,2336 0,05977 -0,0062 0,000243

Alcantarilla circular de concreto, aristasranuradas, tubo prolongado (sin muro nialas)

3 0,10879 0,66238 -0,2338 0,05796 -0,0056 0,000205

Alcantarilla circular de acero corrugado,muro frontal, alas 33 < p < 83g

4 0,16743 0,5386 -0,1494 0,03915 0,00344 0,000116

Alcantarilla circular de acero corrugado, tubocortado a bisel (sin alas)

5 0,10714 0,75779 -0,3615 0,12339 -0,0161 0,000767

Alcantarilla circular de acero corrugado, tuboprolongado (Sin muros ni alas)

6 0,18732 0,56772 -0,1565 0,04451 -0,0034 0,00009

Alcantarilla de cajn, aristas vivas, murofrontal, 33 s p < 83g

7 0,07249 0,50709 -0,1175 0,02217 -0,0015 0,000038

Alcantarilla de cajn, aristas vivas, murofrontal, alas (3 = 17 100g

8 0,12212 0,50544 -0,1086 0,02078 -0,0014 0,000035

Alcantarilla de cajn, aristas vivas, murofrontal, alas con P = 0g

9 0,14414 0,46136 -0,0922 0,02003 -0,0014 0,000036

Alcantarilla de cajn, aristas biseladas, murofrontal, alas 50g

10 0,15661 0,39894 -0,064 0,0112 -0,0006 0,000015

Tabla 5.7Coeficientes de regresin para alcantarillas con control de entrada

5.5.4 Flujo Con Control De Salida

El escurrimiento en alcantarillas con control de salida puede presentarse con conducto lleno oparcialmente lleno, ya sea en una zona o en toda la longitud de la alcantarilla. Si cualquier seccintransversal escurre llena, se dice que el escurrimiento es a seccin llena. En la Figura 5.11y Figura5.12 muestra el flujo de una alcantarilla con condiciones de escurrimiento con control de salidaSumergida y No Sumergida respectivamente para varias alturas.

Los procedimientos de clculo son diferentes si la salida es sumergida o no y por lo tanto se analizarnlos distintos casos separadamente. Las variables que intervienen en este tipo de flujo son las mismas


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que intervienen en el control de entrada ms las que corresponden al tramo entre esta seccin yla seccin salida:

Tipo y dimensiones de la seccin transversal. Ej: circular con dim=2m.

Geometra de la embocadura. Ej: Con alas a 30 con respecto al eje. Nivel de agua a la entrada. Se utiliza la altura He.

Nivel de agua a la salida.

Pendiente del conducto.

Rugosidad del conducto. Largo del conducto.

En el caso de flujo con control de salida comienzan a intervenir en el clculo lascaractersticas del flujo en la alcantarilla y a la salida de la misma. Desde el punto de vista delclculo conviene identificar distintos tipos de escurrimiento en alcantarillas con control desalida. Para el clculo se presenta cuatro tipos de flujo con control de salida:

A)Seccin llena con nivel aguas abajo por encima del dintel de la seccin de salida.

B)

Seccin llena con nivel aguas abajo por debajo del dintel de la seccin de salida.C)

Seccin parcialmente llena en un tramo del conducto.D)Seccin parcialmente llena en todo el conducto.

5.5.4.1 Clculos para flujo con control de salida

Figura 5.10 Lnea de Energa Hidrulica a flujo lleno

Si planteamos la ecuacin de energa entre la entrada y la salida de la alcantarilla, resulta una ecuacingeneral del tipo:

(5.6)He = Profundidad de agua en la entrada (m).H = Energa empleada en la obtencin de energa de velocidad a la salida, mas la

perdida por friccin y prdidas a la entrada (hv+hf+he).ho = Profundidad de agua en la salida. Es el mayor entre: Tw (Altura de agua a la salida de la alcantarilla)L =Longitud de la alcantarilla (m).So = Pendiente de la alcantarilla (m/m).


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Procedimiento de clculo para Salida Sumergida (Caso A)

Figura 5.11 Alcantarilla con salida sumergida

En este caso la carga (H), o energa necesaria para hacer circular un gasto dado por la alcantarilla, seemplea en vencer las prdidas de entrada, prdidas por frotamiento, evaluadas con la ecuacin deManning, y altura de velocidad en la salida.

(5.7)Donde: (5.8)

(5.9) (5.10)

El valor de H se calcula, entonces segn la ecuacin:

(5.11)Donde:

Ke = Coeficiente de prdida de carga en la entrada (Tabla 5.6)n = Coeficiente de Rugosidad de Manning (Tabla 5.7)L = Longitud de la alcantarilla en metros.R = Radio Hidrulico en metros (Razn entre rea y permetro mojado)V = Velocidad Media en la Alcantarilla en m/s.

La carga (H)es la diferencia entre la lnea de energa en la seccin de entrada y la cota piezomtrica enla seccin de salida. Sin embargo, en general, debido a que la velocidad en el remanso es pequea sesupone que la lnea de energa es coincidente con el nivel de aguas a la entrada, lo que implica que losniveles calculados pueden ser algo mayores que los reales.

La Tabla 5.6entrega coeficientes de prdida de carga en la entrada para los distintos tipos de entradaen alcantarillas que escurren llenas o parcialmente llenas con control de salida. Este coeficiente al ser


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multiplicado por la altura de velocidad, entrega la prdida de energa debida a la singularidad queproduce la entrada a la obra.

Tipo de estructura y caractersticas de la entradaCoeficiente

(Ke)1. Tubos de hormign

- Conducto prolongado fuera del terrapln- Borde ranurado 0,2- Borde cuadrado 0,5- Con Muro de Frontal con o sin Alas- Borde ranurado 0,2- Borde cuadrado 0,5- Borde redondeada (r = 1/12 D) 0,2- Borde biselada 0,2

2. Tubos circulares de metal corrugado

- Conducto prolongado fuera del terrapln

- Sin Muro Frontal 0,9- Con Muro Frontal perpendicular al eje del tubo sin o con Alas y bordes

cuadrados0,5

- Con Muro Frontal perpendicular al eje del tubo con o sin Alas y bordes biselados 0,25

3. Alcantarillas de cajn en hormign armado con muro Frontal paralelo al terrapln

- Sin Alas, y bordes cuadrados 0,5- Bordes aristas redondeadas (r = 1/12 D) o biseladas 0,2- Con Alas formando ngulos entre 30 y 75 con el eje del conducto 0,4- Bordes cuadrados 0,2

- Bordes del dintel con aristas redondeadas (r = 1/12 D) o biseladas 0,5- Con Alas formando ngulos entre 10 y 25 con el eje del conducto, y bordescuadrados

0,7

- Con Alas alabeados y aristas redondeadas (r = 1/4 D) en el dintel 0,1Tabla 5.8Coeficientes de prdida de carga a la entrada en alcantarillas con control de salida

Materiales n

a) Hormign 0,012b) Metal CorrugadoOndulaciones estndar (68 mm x 13 mm) 0,02425% revestido 0,021Totalmente revestido 0,012Ondulaciones medianas (76 mm x 25 mm) 0,02725% revestido 0,023Totalmente revestido 0,012Ondulaciones grandes (152 mm x 51 mm)

25% revestido 0,026Totalmente revestido 0,012

Tabla 5.9Coeficientes de rugosidad para materiales usados en alcantarillas


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Procedimiento de clculo para Salida no sumergida (casos B, C y D)

Si el nivel de la corriente inmediatamente aguas abajo de la salida se encuentra por debajo del dintelde la alcantarilla. La condicin de salida sumergida no existe y la determinacin del nivel de aguas a laentrada se realiza en forma diferente. La mayora de los cauces naturales suelen ser relativamenteanchos comparados con la alcantarilla, y la profundidad de agua en el cauce puede ser menor que la

profundidad crtica de la alcantarilla, por lo cual el nivel de la corriente aguas abajo no influye en lacapacidad o en el nivel de remanso en la entrada. Los casos en que se produce esta situacincorresponden a los presentados en la Figura 5.12, letras B, C y D.

Figura 5.12Alcantarilla con salida no sumergida

Para el clculo de la alcantarilla en los tres casos nos basamos en la ecuacin (5.6)para su resolucin.De la misa, slo conocemos el trmino LSo.

Para la estimacin de (ho), que representa el nivel de agua a la salida, se adopta el mayor entre:

a) Tw, que es el nivel de agua a la salida cuando es conocido, y

b) El promedio entre dc (profundidad crtica) y D (Dimetro de la alcantarilla). Querepresenta la altura de la lnea piezomtrica aproximada, mencionada anteriormente.


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Donde:

dc =Es la profundidad crtica para el caudal de diseo. Se proponen tablas para estimar estevalor (Figura 5.13 hasta laFigura 5.19).

D =Es el dimetro o altura de la alcantarilla.

** Para una seccin rectangular o cuadrada La altura crtica para un gasto Q (m3/seg),est dada por , siendo (B)el ancho de la obra en metros.Para la estimacin de (H), se utilizan los nomogramas de las Figura 5.20hasta Figura 5.60. Al igualque se hizo en flujo con control de entrada, vamos a suponer que se desea conocer cul es el nivel quetendr el agua a la entrada de mi alcantarilla, si coloco una alcantarilla de ciertas dimensiones, decierto material, con cierta pendiente, con ciertas caractersticas de entrada y para un caudal de diseodado. Notar que en este caso interesa el material de la alcantarilla porque nos define la rugosidad (n),tambin influye la pendiente, y su condicin de nivel aguas abajo.

El procedimiento de clculo es el siguiente:1. Se traza una recta que une las dimensiones de la seccin transversal de la alcantarilla con la

longitud de la misma, definiendo un punto en la recta de paso. Notar que hay dos (o ms)curvas de longitud, de las que debe elegirse la que corresponde a las condiciones deembocadura que corresponda a nuestro diseo en particular.

2. Se une el caudal de diseo, con ese punto recin definido en la recta de paso, cortando la rectade H.

**Ese valor de Hobtenido, se introduce en laecuacin (5.6), junto con hoy con L.So, para obtener elvalor de Hebuscado. Se compara este valor de Heobtenido con el obtenido en el clculo concontrol de entrada y se elige el mayor.


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Figura 5.13Profundidad Critica para Tubos Circulares


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Figura 5.14 Dimensiones Criticas para alcantarillas de cajn de metal corrugado.


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Figura 5.15 Profundidad Critica para el Tubo Ovalado de Hormign con el eje largo horizontal


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Figura 5.16 Profundidad Critica para el Tubo Ovalado de Hormign con el eje largo vertical


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Figura 5.17 Profundidad Critica para Tubo Abovedado de Metal Corrugado Estndar


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Figura 5.18 Profundidad Critica: Tubo Abovedado de Placa de Metal Corrugado con radios de 457 mm


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Figura 5.19 Profundidad Critica para Alcantarillas de tipo Arco de Metal Corrugado


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NNOOMMOOGGRRAAMMAASSCCOONNCCOONNTTRROOLLDDEE

EENNTTRRAAYYSSAALLIIDDAAPPAARRAAEELLCCLLCCUULLOODDEEAALLCCAANNTTAARRIILLLLAASS


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Ejercicios:

1.- Para una carretera se quiere determinar la dimensin de la alcantarilla segn las siguientescaractersticas hidrolgicas:

rea de la cuenca(A): 12.9 Ha ~ 0.129 Km2

Longitud del cauce (L): 0.583 Km ~ 583 m

Elevacin Superior: 2565 msnm

Elevacin Inferior: 2550 msnm

Periodo de Retorno: 15 aos

Longitud de la alcantarilla: 15 m

Ancho del canal aguas abajo:3 m (Seccin Cuadrada)Periodo de Retorno

(T)2 15 25

A 886 629 528d 11 4 2b 0.749 0.553 0.485

Datos obtenidos de la curva IDF

LOS PASO QUE SE VAN A DESCRIBIR A CONTINUACIN SON PARA DETERMINAREL CAUDAL DE DESCARGA QUE NECESITA NUESTRA ALCANTARILLA:

1.1 Determinar el Tiempo de concentracin

Para el clculo del tiempo de concentracin en regiones con pendientes (Cuencas pequeas) setiene la ecuacin en la tabla 5.2del Libro.

La pendiente ser:

Remplazando el valor de (k)en:


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1.2Determinar el coeficiente de uniformidad (CU)

Este coeficiente est representado por la ecuacin 5.2del Libro.

1.3Determinar el coeficiente de escurrimiento

El coeficiente de escurrimiento depende de las caractersticas del terreno, uso y manejo delsuelo, condiciones de infiltracin. En la Tabla 5.3 se encuentran los coeficientes paradiversos tipos de situaciones.

C(promedio) = 0.45 (Suelo arcilloso con pasto y pendiente 2% - 7%)

1.4Determinacin de la intensidad

Los valores de la intensidad se pueden obtener a partir de las curvas Intensidad DuracinFrecuencia (IDF). En nuestro caso tenemos los valores resumidos en la tabla:

Periodo de Retorno(T)

2 15 25

A 886 629 528d 11 4 2b 0.749 0.553 0.485

Para un Periodo de Retorno de 15 aos y con la ecuacin 5.3tmenos:

1.5Calculo del caudal de descarga

El caudal punta de avenida ser (ecuacin 5.1):


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COMO YA TENEMOS EL CAUDAL DE DESCARGA (Q=2.641 M3/SEG) PASAMOS ADISEAR NUESTRA ALCANTARILLA:

Los procedimientos que se describirn a continuacin son para la alcantarilla seleccionada (respuesta)


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I. Elegimos el tipo de alcantarilla (tentativo), material, forma del conducto y tipo de entrada.

Tipo de alcantarilla = Tubo circular de Metal Corrugado Standard con bordes cuadrados,Muro Frontal y Alas.

Dimetro = 1.350 m.

II. Suponer que nuestra alcantarilla escurre con CONTROL A LA ENTRADA

Con el nomograma de la FIGURA 5.21 tenemos:

Verificar a la carga mxima de diseo: (Tabla 5.5 del Libro)

III. Suponer que nuestra alcantarilla escurre con CONTROL A LA SALIDA.IV. Calcular la altura de agua a la salida de la alcantarilla(Tw)

(1) (2)

Remplazando valores a la ecuacin (1) y (2):

( ) Despejando:

Tw = 0.4159 m

V. Calcular la altura de la lnea piezomtrica aproximada (ho):

Tw = 0.4159 m El valor de la Profundidad Critica (dc)para Tubos Circulares se encuentra en la

Figura 5.13dc = 0.96 m.D = 1.50 m.


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hoes el mayor entre Tw y

VI. Calcular la carga (H): (Como la salida es NO SUMERGIDAentonces se utiliza los

nomogramas de las Figuras 5.24

El coeficiente de prdida de carga ke= 0.5 (Tabla 5.8)(con muro de frontal perpendicular al eje del tubo sin o con Muros de ala y bordescuadrados)

Con el nomograma de la Figura 5.24para una longitud de alcantarilla de 15 myKe = 0.5se tiene:

H = 0.48 m

VII. La profundidad del agua en la entrada medida desde el umbral (He)(Ecuacin 5.6)

Teniendo el valor de He (Control de Entrada) y He (Control de Salida), se debe verificarque tipo de control tiene nuestra alcantarilla. Para eso debemos escoger el mayor de los dosvaloresy ese tambin ser el tipo de control que tenga:

VIII. La velocidad a la salida de la alcantarillas escurriendo con control de entrada es:


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Despejando: = 3.9295 rad

()

( )

El nmero de Manning para Tubos de concreto es: n=0.024 (Tabla 5.9)

Despejando: A = 0.942 m2

** La velocidad mxima Admisiblesen canales no revestidos es de 2.7 m/seg (Tabla 5.6)en

un tipo de terreno de grava a piedras (bajo 15 cm).

Requiere proteccin a la Salida.2.- Una nueva alcantarilla en un cruce de calzada es requerida pasar un caudal circulacin de 8.5 m3/s

(Para un periodo de retorno de 50 aos). Con las siguientes condiciones de flujo:

Cota mxima del terrapln = 34.595 m. ELhd= 33.528 m (Cota mxima a la entrada).

Cota del lecho del torrente en la entrada de la alcantarilla = 30.480 m.

Pendiente natural del torrente = 2 %. Tw = 1.219 m (Altura de agua a la salida).

Longitud de la alcantarilla = 76.200 m.

Disee la alcantarilla usando secciones tipo cajn.


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SOLUCIN:

Los procedimientos que se describirn a continuacin son para la alcantarilla seleccionada (respuesta)


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I. Elegimos el tipo de alcantarilla (tentativo), material, forma del conducto y tipo de entrada.

Tipo de alcantarilla = Cajn de Metal Corrugado con pared fina Proyectada.

Altura de la caja B =3.1mD = 1mrea de la caja = 2.638 m2

II. Suponer que nuestra alcantarilla escurre con CONTROL A LA ENTRADA

Con el nomograma de la FIGURA 5.34 tenemos:

} La carga mxima de diseo en este caso est dado por:

III. Suponer que nuestra alcantarilla escurre con CONTROL A LA SALIDA.

IV. La altura de agua a la salida de la alcantarilla(Tw) es:

Tw = 1.219 m (Dato)

V. Calcular la altura de la lnea piezomtrica aproximada (ho): Tw = 1.219 m El valor de la Profundidad Critica (dc)para Secciones rectangulares de Metal

Corrugado se encuantra en la Figura 5.14:

hoes el mayor entre Tw y


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VI. Calcular la carga (H): Como la salida es SUMERGIDAentonces se utiliza la Ecuacin(5.11).

El coeficiente de prdida de carga ke

= 0.5(Tabla 5.8)

(Cajn sin muros ni alas y bordes cuadrados)

El coeficiente de rugosidad de Manning n = 0.024 (Tabla 5.9) La longitud de la alcantarilla L = 76.20 m (Dato)

Radio Hidrulico Velocidad media en la alcantarilla

VII. La profundidad del agua en la entrada medida desde el umbral (He)(Ecuacin 5.6) Teniendo el valor de He (Control de Entrada) y He (Control de Salida), se debe verificar

que tipo de control tiene nuestra alcantarilla. Para eso debemos escoger el mayor de los dosvaloresy ese tambin ser el tipo de control que tenga:

VIII. La velocidad a la salida de la alcantarillas escurriendo con control de entrada es:

La velocidad con control de entradapuede calcularse como un canal abierto, mediante laformula de Manning. El nmero de Manning para cajones de metal corrugado es: n=0.024(Tabla 5.9)

()

( )

** La velocidad mxima Admisiblesen canales no revestidos es de 2.7 m/seg (Tabla 5.6)enun tipo de terreno de grava a piedras (bajo 15 cm).

Requiere proteccin a la Salida.


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PARA EL DISEO HIDRAULICO DE ALCANTARILLAS SE PUEDE UTILIZAR UNPROGRAMA LLAMADO HY8.

El Programa HY-8 analiza dos clases de flujo en la alcantarilla:

I. Outlet Control: Profiles.- Realiza el anlisis para un caudal parcialmente lleno en la

salida de la alcantarilla.II. Outlet Control: Full Flow.-Realiza el anlisis para un caudal lleno en la salida de laalcantarilla.

Tambin tiene dos formas de analizar las perdidas en la salida:

I. Exit Loss: Standart MethodII. Exit Loss: USU Method

El programa trae por defectos el Sistema de unidades inglesas por esta razn conviene modificar elsistema de unidades y cambiar al SI(sistema internacional de unidades mtricas).

Sistema de unidades que trae por defecto Sistema de unidades cambiada al SI (mtrico)

Para aadir una nueva alcantarilla presionamos el icono Add new culvert crossing de laBarra de Herramientas).


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En esta planilla existe cinto sub planillas:

I. DISCHARGE DATA.- Dondeencontraremos los caudales de diseo para la alcantarilla:

Nombre DescripcinMinimum Flow Caudal Mnimo de Diseo (m3/seg)Design Flow Caudal de Diseo (m3/seg)Maximum Flow Caudal Mximo de Diseo (m3/seg)

II. TAILWATER DATA.- Aqu encontraremos las caracterstica de nuestro canal de aporte:

Nombre Descripcin

Channel Type Tipo de canalBottom Width Ancho del Canal (m)Side Slope (H:V) Pendiente de las paredes del Canal (Canal trapezoidal)Channel Slope Pendiente del TerrenoMannings n (channel) Numero de Manning del CanalChannel Invert Elevation Elevacin del canal en la entrada (m)

En la PestaaChannel Typepodemos escoger el tipo de canal:

{


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Despus de llenar todos los datos, presionamos el botn "View", para que nos muestrealgunas caractersticas del flujo en el canal y una curva de clasificacin:

III. ROADWAY DATA.- En esta subtitulo pondremos los datos de nuestra carretera:


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Nombre DescripcinRoadway Profile Shape Tipo de calzada (constante o irregular)First Roadway Station Primera estacin de la calzada (m)Crest Length Longitud de la cuneta que aporta sus aguas a la alcantarilla (m)Crest Elevation Elevacin de la carretera (m)Roadway Surface Tipo de superficie de calzada

Top Width Ancho de la calzada (m)

En la PestaaRoadway Profile Shapepodemos escoger el tipo de calzada:

IV. CULVERT DATA.- Se ingresa los datos y caractersticas de la alcantarilla a ser analizada:

Nombre Descripcin ValorName El nombre Alcantarilla 1Shape La forma CircularMaterial El material ConcretoDiameter El dimetro (mm) 1500.00Mannings n El n de Manning 0.012

Inlet Type El tipo de entrada ConvencionalInlet Edge Condition Condicin de borde de entrada Borde Cuadrados en la EntradaInlet Depression? Si existe una caida de entrada? No

En las pestaasShapeyMaterialpodemos escoger la forma y el material de nuestraalcantarilla respectivamente:


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En las pestaasInlet TypeyInlet Edge Conditionpodemos escoger el tipo deentrada y la condicin de borde en la entrada respectivamente:


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V. SITE DATA.-En este subtitulo se debe ingresar los datos de las caractersticas topogrficasde lugar donde se encontrara la alcantarilla:


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Nombre DescripcinSite Data Input Option Opcin de entrada de datos de sitioInlet Station Estacin de entrada (m)Inlet Elevation Elevacin de entrada (m)Outlet Station Estacin de Salida (m)Outlet Elevation Elevacin de salida (m)

Number of Barrels Numero de alcantarillas

Luego presionamos el botn Analyze Crossingpara que realice el analizis hidrulico de laalcantarilla. En esta parte tambin muestra las diferentes caractersticas de la alcantarilla:

a. Crossing Summary Table.- Esta tabla contiene los resultados de la elevacin en la entrada dela alcantarilla, el caudal de descarga y el numero de iteraciones que el programa realizo.

Tambin existe un botn con el nombre deCrossing Rating Curve, quemuestra lacurva Caudal de Diseo vs. el Tirante de Agua.

b. Culvert Summary Table= Abre una tabla de respuesta, con todas la caracterstica a flujoparcialmente lleno o flujo lleno segn sea el caso. En esta tabla encontraremos:

Total Discharge.-Caudal de descarga (Q). Culvert Discharge.- Descarga en la alcantarilla. Headwater Elevation.-Elevacin a la entrada de la Alcantarilla (ELHD). Inlet Control Depth.- Profundidad del agua con control de entrada.

Outlet Control Depth.- Profundidad del agua con control de salida.

Flow Tipe.- Tipo de Flujo. Normal Depth.- Profundidad Normal (hn).

Critical Depth.- Profundidad Critica(dc). Outlet Depth.- Profundidad a la salida. Tailwater Depth.- Altura de agua a la salida(Tw). Outlet Velocity.- Velocidad a la salida de la alcantarilla(V).

Tailwater Velocity.- Velocidad en el canal (VCANAL).


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c. Water Surface Profiles = Abre una tabla con todas las caracterstica geomtricas de laalcantarilla y del flujo de agua, tambin grafica la alcantarilla (Selected Water profile).

Total Discharge.-Caudal de descarga (Q). Culvert Discharge.- Descarga en la alcantarilla.

Headwater Elevation.-Elevacin a la entrada de la Alcantarilla (ELHD). Inlet Control Depth.- Profundidad del agua con control de entrada.

Outlet Control Depth.- Profundidad del agua con control de salida.

Flow Tipe.- Tipo de Flujo. Length Full.- Tramo de la alcantarilla que escurre lleno. LengthFree.-Tramo de la alcantarilla que escurre libre. Last Step.-ltimo paso.

Mean Slope.-Pendiente del espejo de agua. First Depth.-Altura de agua al ingresar a la alcantarilla. Last Depth.- Altura deagua al salir de la alcantarilla.

PASOS PARA ANALIZAR UNA ALCANTARILLA: (EJEMPLO 1)

I. Iniciamos el programa HY8.La ventana aparecer de esta forma:

El programa trae por defectos el Sistema de unidades inglesas por esta razn conviene modificar elsistema de unidades y cambiar al SI(sistema internacional de unidades mtricas). Para realizar estaoperacin debemos desmarcar la casilla que indica Add a culvert crossing, para cambiar lasunidades y presionamos el botn Continue.



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II. Aada una nueva alcantarilla Add new culvert crossing (Barra de Herramientas)

III. Ingresar los datos de descarga del proyecto en DISCHARGE DATA:

Nombre Descripcin ValorMinimum Flow Caudal Mnimo de Diseo (m3/seg) 3.00

Design Flow Caudal de Diseo (m3/seg) 3.16Maximum Flow Caudal Mximo de Diseo (m3/seg) 3.50

IV. Ingresar los datos del canal de Salida del proyecto en TAILWATER DATA:

Nombre Descripcin ValorChannel Type Tipo de canal Canal rectangularBottom Width Ancho del Canal (m) 3.00Side Slope (H:V) Pendiente de las paredes del Canal (Canal trapezoidal) No existeChannel Slope Pendiente del Terreno 0.0652Mannings n

(channel)Numero de Manning del Canal

0.03

Channel InvertElevation

Elevacin del canal en la entrada (m)2549.62

Seleccione que al" botn de "View", vea la curva de clasificacin:


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V. Ingrese los siguientes datos de la carretera "ROADWAY DATA":

Nombre Descripcin ValorRoadway Profile Shape Tipo de calzada (constante o irregular) RegularFirst Roadway Station Primera estacin de la calzada (m) 0.00Crest Length Longitud de la cuneta que aporta sus aguas a la alcantarilla (m) 100.00Crest Elevation Elevacin de la carretera (m) 2552.00Roadway Surface Tipo de superficie de calzada PavimentoTop Width Ancho de la calzada (m) 14.00

VI. Ingrese los siguientes datos de la alcantarilla CULVERT DATA:

Nombre Descripcin Valor

Name El nombre Alcantarilla 1Shape La forma CircularMaterial El material ConcretoDiameter El dimetro (mm) 1500.00Mannings n El n de Manning 0.012Inlet Type El tipo de entrada ConvencionalInlet Edge Condition Condicin de borde de entrada Borde Cuadrados en la EntradaInlet Depression? Si existe una caida de entrada? No


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VII. Ingrese los siguientes datos del lugar de la alcantarilla SITE DATA:

Nombre Descripcin ValorSite Data Input Option Opcin de entrada de datos de sitio Ingresar los datos de la AlcantarillaInlet Station Estacin de entrada (m) 0.00Inlet Elevation Elevacin de entrada (m) 2550.00

Outlet Station Estacin de Salida (m) 15.00Outlet Elevation Elevacin de salida (m) 2549.62Number of Barrels Numero de alcantarillas 1

Luego Seleccionamos Analizar Alcantarilla Analyze Crossing

VIII. Despus de analizar la alcantarilla, esta nos nuestra varias opciones , entre ellas esta:

a. Crossing Rating Curve = Nos muestra cmo acta el Caudal de Diseo vs. el

Tirante de Agua.


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b. Culvert Summary Table= Abre una tabla de respuesta, con todas la caracterstica aflujo parcialmente lleno. En esta tabla encontraremos:

Caudal de descarga: Q = 3.16 m3/s Elevacin a la entrada de la Alcantarilla = 2551.40 m (Control de

entrada)

Profundidad del agua con control de entrada: He = 1.40 m Profundidad del agua con control de salida : He = 0.04 m

(Flujo parcialmente lleno).

Profundidad Normal: hn = 0.52 m Profundidad Critica: dc = 0.92 m Profundidad a la salida: hn = 0.66 m Altura de agua a la salida: Tw = 0.42 m

Velocidad a la salida de la alcantarilla: V = 4.24 m/s Velocidad en el canal : V = 2.53 m/s

c. Water Surface Profiles = Abre una tabla con todas las caracterstica geomtricas dela alcantarilla y del flujo de agua, tambin grafica la alcantarilla ( Selected Waterprofile).

Caudal de descarga: Q = 3.16 m3/s Elevacin a la entrada de la Alcantarilla = 2551.40 m (Control de

entrada) Profundidad del agua con control de entrada: He = 1.40 m Profundidad del agua con control de salida: He = 0.04 m

Tramo de la alcantarilla que escurre lleno = 0.00 m


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Tramo de la alcantarilla que escurre libre = 14.90 m

Ultimo paso = 0.06 m

Pendiente del espejo de agua = 1.08 % Profundidad del agua al ingresar a la alcantarilla = 0.92 m Profundidad del agua al salir de la alcantarilla = 0.66 m


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IX. El anlisis que se realizo es para un flujo que escurre parcialmente lleno, para obtenermejores resultados tambin tendremos que realiza un anlisis para un flujo que escurre llena.Por tanto cerramos todas las ventanas de nuestro programa y cambiamos el anlisis para unflujo que escurre llena:

X. Volvemos a abrir la ventana de dato de la alcantarilla realizando un clic en el icono ,luego seleccionamos Analizar Alcantarilla Analyze Crossing. Para obtener los resultados

XI. Conclusiones:El programa nos proporciona los siguientes resultados, que comparados con los halladosmanualmente tmenos:

Resumen del Anlisis realizadomanualmente

Resumen del Anlisis realizado en elprograma HY-8

Alcantarilla con Control en la Entrada:He (Control en la entrada) = 1.425 m.

Alcantarilla con Control en la Entrada:He (Control en la Entrada) = 1.40 m.

Tw = 0.4159 m. Tw = 0.42 m.dc = 0.93 m. dc = 0.92 m.

Alcantarilla con control en la salida:He (Flujo lleno) = 1.0595 m.


V (En la salida) = 4.8023 m/s. V (En la salida) = 4.24 m/s.


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PASOS PARA ANALIZAR UNA ALCANTARILLA: Cajn de metal corrugado (EJEMPLO 2)

I. Iniciamos el programa HY8 y cambiamos el sistema de unidades


II. Aada una nueva alcantarilla Add new culvert crossing (Barra de Herramientas)

III. Ingresar los datos de descarga del proyecto en DISCHARGE DATA:

Nombre Descripcin ValorMinimum Flow Caudal Mnimo de Diseo (m3/seg) 8.00Design Flow Caudal de Diseo (m3/seg) 8.50

Maximum Flow Caudal Mximo de Diseo (m3/seg) 9.00

IV. Ingresar los datos del canal de Salida del proyecto en TAILWATER DATA:

Nombre Descripcin Valor

Channel Type Enter Constant Tailwaler ElevationIngrese la altura del agua a

la salida (Tw)Channel InvertElevation

Ingrese la parte inferior del canal (m) 28.96

Constant TailwalerElevation

Ingrese la altura de agua a la salida (m)28.96 + 1.219 = 30.18 m

30.18

Presione el botn "View",para ver las caractersticas del flujo en el canal:


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V. Ingrese los siguientes datos de la carretera "ROADWAY DATA":

Nombre Descripcin ValorRoadway Profile Shape Tipo de calzada (constante o irregular) RegularFirst Roadway Station Primera estacin de la calzada (m) 0.00

Crest Length Longitud de la cuneta que aporta sus aguas a la alcantarilla (m) 100.00Crest Elevation Elevacin de la carretera (m) 34.54Roadway Surface Tipo de superficie de calzada PavimentoTop Width Ancho de la calzada (m) 76.20

VI. Ingrese los siguientes datos de la alcantarilla CULVERT DATA:

Nombre Descripcin ValorName El nombre Alcantarilla Cajn

Shape La forma Metal BoxMaterial El material Corrugated SteelSpan Base 3073.40Rise Altura 1016.00Mannings n(Top/Sides)

El n de Manningpara el Cajn deMetal Corrugado

0.024

Mannings n(Bottom)

El n de Manningpara el Piso de laalcantarilla (Concreto)

0.012

Inlet Type El tipo de entrada ConvencionalInlet EdgeCondition

Condicin de borde de entradaThin Edge Poryecting

(Borde Proyectada con pared fina)

Inlet Depression? Si existe una caida de entrada? No

VII. Ingrese los siguientes datos del lugar de la alcantarilla SITE DATA:

Nombre Descripcin ValorSite Data Input Option Opcin de entrada de datos de sitio Ingresar los datos de la AlcantarillaInlet Station Estacin de entrada (m) 0.00Inlet Elevation Elevacin de entrada (m) 30.48Outlet Station Estacin de Salida (m) 76.20

Outlet Elevation Elevacin de salida (m) 28.96Number of Barrels Numero de alcantarillas 1


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Como la Alcantarilla escurre totalmente lleno, no es necesario volver a analiza la alcantarilla.

VIII. Despus de analizar la alcantarilla, esta nos nuestra varias opciones , entre ellas esta:

a. Crossing Rating Curve = Nos muestra cmo acta el Caudal de Diseo vs. el

Tirante de Agua.

b. Culvert Summary Table= Abre una tabla de respuesta, con todas la caracterstica aflujo parcialmente lleno. En esta tabla encontraremos:


98/100

363

Caudal de descarga: Q = 8.50 m3/s

Elevacin a la entrada de la Alcantarilla = 32.75 m (Control de entrada)

Profundidad del agua con control de entrada: He = 2.27 m Profundidad del agua con control de salida : He = 1.53 m

(Flujo Totalmente lleno).

Profundidad Normal: hn = 0.60 m Profundidad Critica: dc = 0.89 m

Profundidad a la salida: hn = 1.02 m

Altura de agua a la salida: Tw = 1.22 m Velocidad a la salida de la alcantarilla: V = 3.19 m/s Velocidad en el canal : V = 0 m/s

**Como la Alcantarilla escurre totalmente lleno, no es necesario volver a analiza la alcantarilla.

c. Water Surface Profiles = Abre una tabla con todas las caracterstica geomtricas dela alcantarilla y del flujo de agua, tambin grafica la alcantarilla ( Selected Waterprofile).

Caudal de descarga: Q = 8.50 m3/s Elevacin a la entrada de la Alcantarilla = 32.75 m (Control de entrada) Profundidad del agua con control de entrada: He = 2.27 m Profundidad del agua con control de salida: He = 1.53 m Tramo de la alcantarilla que escurre lleno = 76.22 m Tramo de la alcantarilla que escurre libre = 0.00 m Ultimo paso = 0.00 m


99/100

364

Pendiente del espejo de agua = 10.00

Profundidad del agua al ingresar a la alcantarilla = 1.02 m

Profundidad del agua al salir de la alcantarilla = 01.02 m


100/100

IX. Conclusiones:El programa nos proporciona los siguientes resultados, que comparados con los halladosmanualmente tmenos:

Resumen del Anlisis realizadomanualmente

Resumen del Anlisis realizado en elprograma HY-8

Alcantarilla con Control en la Entrada:He (Control en la entrada) = 2.24 m. Alcantarilla con Control en la Entrada:He (Control en la Entrada) = 2.27 m.dc = 0.80 m. dc = 0.89 m.



V (En la salida) = 3.79 m/s. V (En la salida) = 3.19 m/s.

Drenaje Transversal en Carreteras

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