Hidraulica Vial

7/24/2019 Hidraulica Vial

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UNIVERSI DAD MILITAR NUEVA

GRANADA

ESPECIALIZACIN EN INGENIERA

DE PAVIMENTOS

DRENAJE VIAL

JOSE GONZALO ROS MARIN

20 14

DRENAJE VIALCUNETASHidrulica Vial


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Nomorama !ara re"ol#er la $%rm&la de 'ann(n) S( "econocen tre" #ar(a*le"+ e" !o"(*le encontrar la c&arta

Ejemplo:ado ! " #,$ m, n"#,#$, pendiente " %& o #,#%m por m, encontrar lavelocidad V.

Solucin:'nase ! " #,$ y n " #,#$ y proyctese lal(nea de referencia. 'nase el punto situado en la

l(nea de referencia con la pendiente " #,#%. Lainterseccin de la escala de velocidad da V "%,# m)s.


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C&r#a !ara el calc&lo de la !ro$&nd(dad cr(t(ca


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Coe$(c(entede 'ann(n*unetas y canales sin revestir

En tierra ordinaria, superficie uniforme y lisa #,#%#+#,#%En tierra ordinaria, superficie irregular #,#%+#,#$En tierra con ligera vegetacin #,#$+#,#-En tierra con vegetacin espesa #,#-#+#,##En tierra ecavada mecnicamente #,#%/+#,#$$En roca, superficie uniforme y lisa #,#$#+#,#$En roca, superficie con aristas eirregularidades #,#$+#,#-

*unetas y *anales revestidosHormign #,#0$+#,#01Hormign revestido con gunita #,#02+#,#%%Encac3ado #,#%#+#,#$#4aredes de 3ormign, fondo de grava #,#01+#,#%#4aredes encac3adas, fondo de grava #,#%$+#,#$$!evestimiento bituminoso #,#0$+#,#02

*orrientes 5aturales

Limpias, orillas rectas, fondo uniforme,alturadelamina de agua suficiente

#,#%1+#,#$$

Limpias, orillas rectas, fondo uniforme,alturade

lamina de agua suficiente, algode vegetacin#,#$$+#,#-#

Limpias, meandros, embalses y remolinos depocaimportancia

#,#$+#,##

Lentas, con embalses profundos y canalesramificados #,#2#+#,#/#

Lentas, con embalses profundos y canalesramificados, vegetacin densa #,0##+#,%##

0

!ugosas, corrientes en terreno rocoso demontaa #,##+#,#/#

6reas de inundacin adyacentes al canalordinario #,#$#+#,%##

0


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D("e,o -(drol%(co e .(dr/&l(co

En las carreteras los daos causados por el aguas sonrelevantes, por tan motivo, es muy importante teneren cuenta factores 3idrolgicos e 3idrulicos 7ueintervienen en la solucin de un problema de mane8ode aguas, 7ue tiene 7ue ver con el sistema de drena8e.9e debe garanti:ar tres elementos principales parasatisfacer la funcionalidad y durabilidad de v(as ya

estudiadas; iseo Hidrolgico iseo Hidrulico iseo Estructural


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D("e,o -(drol%(co e .(dr/&l(co

En los diseos Hidrolgicos, como3idrulicos se deben tener en cuentaaspectos como; coeficiente de Escorrentia,


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4roblema 0; 9ea un mapa a escala 0;%#.### donde se tienen marcados dos puntos6=, cuya distancia medida con la regla es de - cm. 9e 7uiere saber la distancia entreesos dos puntos en el terreno.

atos;

Escala; 0;%#.###

ist. 6= >mapa? " - cm

ist. 6= >terreno? " @

9olucin;

Aransformacin de la escala; 0 cm " %#.### cmB 0 cm " %## m

Luego, 0 cm +++++++ %## m

- cm+++++++++

!esultado; ist. 6= >terreno? " /## m


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PRINCIPIOS .IDR0ULICOS EN CANALESABIERTOS

9e define como diseo 3idrulico al clculo del caudal 7uepuede circular por una estructura de drena8e en funcin de suforma y material.

4ara el correcto diseo 3idrulico se deben conocer y anali:ar

los diferentes tipos y reg(menes de flu8o 7ue se puedenpresentar en las estructuras de drena8e de un carretera.A


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NU'ERO DE 1ROUDEEl mecanismo principal 7ue sustenta flu8o en un canal abierto es la fuer:a de gravitacin.4or e8emplo, la diferencia de altura entre dos embalses 3ar 7ue el agua fluya a travs deun canal 7ue los conecta. El parmetro 7ue representa este efecto gravitacional es el5Fmero de Droude, puede epresarse de forma adimensional. Este es Ftil en los clculosdel resalto 3idrulico, en el diseo de estructuras 3idrulicas y en el diseo de barcos.

L + parmetro de longitud Gm

v + parmetro de velocidad Gm)sg + aceleracin de la gravedad Gm)sI

El $l&2o "e cla"($(ca como:DrJ0, Dlu8o subcr(tico o tran7uilo, tiene una velocidad relativa ba8a y la profundidad es

relativamente grande, prevalece la energ(a potencial. *orresponde a un rgimen dellanura.Dr"0, Dlu8o critico,es un estado terico en corrientes naturales y representa el punto detransicin entre los reg(menes subcr(tico y supercr(tico.Fr>1, Flujo supercrtico o rpido, tiene una velocidad relativamente alta y poca

profundidad prevalece la energa cintica. Propios de cauces de gran pendiente o ros de

montaa.


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0


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=a8o las condiciones anteriores se pueden obtener las siguientesrelaciones, denominadas relaciones de *3e:y N Oanning, para lavelocidad V y el caudal P;onde;

Q; Valor constante segFn las unidades a utili:ar.

6; Rrea de la seccin del *anal.!3;!adio 3idrulico de la seccin.9o; 4endiente del Dondo del *anal.n; *oeficiente de Oanning.


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En la tabla ad8unta seobservan los valorespara el coeficiente deOanning >n? donde,

como se mencion Svale 0.# y 0.-M para elsistema internacional>9


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Enera e"!ec($(ca

La energ(a especifica en una seccin de canal se define como la energ(a por libra de agua en cual7uierseccin de un canal medida respecto al fondo de est. Luego de acuerdo con la ecuacin >0?, con : " #,la energ(a especifica se convierte en

o, para un canal de pendiente pe7uea y T "0.

En curva muestra 7ue, para una energ(a espec(fica determinada, eisten dos posibles profundidades,la profundidad baja y, y la profundidad alta y. En el punto * la energ(a especifica es m(nima.

*omo se vera esta condicin de energ(a m(nima corresponde al estado critico del flu8o.4or consiguiente critico las dos profundidades alternas se conviertan en una, la cual es conocida como

profundidad crtica yc.

)7(2

cos2

+=

g

VdE

2

2

2

2

)8(2

g!

"yE

g

VyE

+=

=+=

C d ($(


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*uando la profundidad deflu8o es mayor 7ue la

profundidad cr(tica, lavelocidad del flu8o esmenor 7ue la velocidadcritica para un caudaldeterminado y, porconsiguiente, el flu8o es

subcr(tico.*uando la profundidaddel flu8o es menor 7ue laprofundidad cr(tica, elflu8o es supercr(tico.

4or lo tanto, y es laprofundidad de unujo supercrtico y asu vez y es laprofundidad de unujo subcrtico.

Es el estado cr(tico de un flu8o 3a sidodefinido como la condicin para la cual el

nFmero de Droude es igual a la unidad

C&r#a de enera e"!ec($(ca


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Cr(ter(o !ara el e"tado crt(co de &n $l&2o

Un criterio terico para el flu8o cr(tico puede desarrollarse a partir de lasiguiente definicin. *omo V " P)6, la ecuacin >/?, la cual es la ecuacin para la energ(a

especifica en un canal de pendiente ba8a T " 0, puede escribirse como

6l derivar con respecto a y y al tomar 7ue P es constante.

El diferencial del rea mo8ada d6 cerca a la superficie libre es igual aAdy. 63ora da)dy " A >6nc3o superficial?, y la profundidad 3idrulica es " 6)AB luego la anterior ecuacin se convierte en

)9(2 2

2

+=g!

"

yE

dy

d!

g!

V

dy

d!

g!

"

dy

dE 2

3

2

11 ==

g#

V

g!

$V

dy

dE 2211 ==


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Cr(ter(o !ara el e"tado crt(co de &n $l&2o

9i la energ(a es constante en el flu8o cr(tico, entonces se sa el caudalmimo cuando;y K yc V J Vc Dr J 0 Dlu8o subcr(tico con velocidades

ba8as.

y " yc V " Vc Dr " 0 Dlu8o cr(tico con velocidad cr(tica

y J yc V K Vc Dr " 0 Dlu8o supercr(tico con velocidadesaltas.

9iendo y la profundidad de la lmina de agua, yc la profundidad cr(ticade la lmina de agua, Vc la velocidad cr(tica del flu8o.


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DISE6O DE OBRAS DE DRENAJE CUNETAS

Velocidad mima permisible. Es la velocidad mima promedio 7ue se desarrolladentro del canal y no causa erosin a ste.Lo primero es determinar el rea aferente o tributaria de la cuneta, para este pasoson necesarios los planos de planta y perfil de la carretera. Oediante estos seestablecer el anc3o del impluvium caracter(stico del sector.


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En el diseo de cunetas, el caudal 3idrolgico se iguala al caudal 3idrulico, y as(

despe8ar la longitud de la cuneta L, 7ue corresponde a la separacin entrealcantarillas.

nB&C

!'()

!'(n

)B&C

!V"

!&C"

Cuneta

Cuneta

Cunetaidr*ulico

$ributaraicoidr

****10*78.2

**

***1

)*(***10*78.2

*

***10*78.2

7

2/13/2

2/13/27

7log

=

=

=

=

onde;*; *oeficiente de escorrent(a 7ue depende del tipo deterreno. 6neo M.


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30

3

1

31

10 90

4ara la reali:acin del baco de diseo para cunetas se determin primero laseccin transversal de la cuneta como tambin los parmetros de intensidad,coeficiente de escorrent(a y de rugosidad.La cuneta elegida es una triangular con pendientes 0;0)$ en el lado del talud y 0;$ enel lado de la v(a.


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ABACOS DE DISE6O

9e calcula la longitud L variando el anc3o del impluvium >=? y la pendientelongitudinal >9?. 9e calcula el caudal 3idrolgico utili:ando la ecuacin del Otodo!acional.

mm

m

zmy

zmy

P

!(

nB&C

!'() Cuneta

12.026.1

15.0

)333.0131(*30.0

2)0333.03(30.0

)11(*

2)(

****10*78.2

**

2

22

2

22

2

7

2/13/2

==+++

+=

+++

+==

=

Rrea de la cuneta 6"#.0 m%

!adio 3idrulico ! " #.0% m*oeficiente de Escorrent(a *"#.#


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C/lc&lo" de lon(t&d 7 ca&dal -(drol%(co !arac&enta" con n8 9)9;

Ancho Impluvi

um20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130

S L L L L L L L L L L L L 0,01 !0" 0#13 33$ 0#13 %!% 0#13 %0% 0#13 1$& 0#13 1"" 0#13 1%$ 0#13 11% 0#13 101 0#13 9% 0#13 &" 0#13 '& 0#130,02 '13 0#1& "'! 0#1& 3!$ 0#1& %&! 0#1& %3& 0#1& %0" 0#1& 1'& 0#1& 1!& 0#1& 1"3 0#1& 1300#1& 119 0#1& 110 0#1&0,03 &'3 0#%3 !&% 0#%3 "3' 0#%3 3"9 0#%3 %91 0#%3 %"9 0#%3 %1& 0#%3 19" 0#%3 1'! 0#%3 1!90#%3 1"$ 0#%3 13" 0#%30,04 100&0#%$ $'% 0#%$ !0" 0#%$ "03 0#%$ 33$ 0#%$ %&& 0#%$ %!% 0#%$ %%" 0#%$ %0% 0#%$ 1&30#%$ 1$& 0#%$ 1!! 0#%$0,05 11%'0#%9 '!1 0#%9 !$" 0#%9 "!1 0#%9 3'$ 0#%9 3%% 0#%9 %&% 0#%9 %!0 0#%9 %%! 0#%9 %0!0#%9 1&& 0#%9 1'3 0#%9

0,06 1%3!0#3% &%3 0#3% $1' 0#3% "9" 0#3% "1% 0#3% 3!3 0#3% 309 0#3% %'" 0#3% %"' 0#3% %%!0#3% %0$ 0#3% 190 0#3%0,07 133"0#3" &&9 0#3" $$' 0#3" !3" 0#3" ""! 0#3" 3&1 0#3" 333 0#3" %9$ 0#3" %$' 0#3" %"30#3" %%% 0#3" %0! 0#3"0,08 1"%$0#3' 9!1 0#3' '13 0#3' !'0 0#3' "'! 0#3' "0' 0#3' 3!$ 0#3' 31' 0#3' %&! 0#3' %!90#3' %3& 0#3' %19 0#3'

0,09 1!1%0#39100& 0#39 '!$ 0#39 $0! 0#39 !0" 0#39 "3% 0#39 3'& 0#39 33$ 0#39 30% 0#39 %'!0#39 %!% 0#39 %33 0#39

0,1 1!9"0#"110$3 0#"1 '9' 0#"1 $3& 0#"1 !31 0#"1 "!! 0#"1 399 0#"1 3!" 0#"1 319 0#"1 %900#"1 %$$ 0#"1 %"! 0#"1

0,11 1$'%0#"3111! 0#"3 &3$ 0#"3 $$9 0#"3 !!' 0#"3 "'& 0#"3 "1& 0#"3 3'% 0#"3 33" 0#"3 30"0#"3 %'9 0#"3 %!' 0#"3

0,12 1'"$0#"!

11$

" 0#"! &'3 0#"! $99 0#"! !&% 0#"! "99 0#"! "3' 0#"! 3&& 0#"! 3"9 0#"! 31&0#"! %91 0#"! %$9 0#"!

0,13 1&1&0#"'1%1% 0#"' 909 0#"' '%' 0#"' $0$ 0#"' !19 0#"' "!" 0#"' "0" 0#"' 3$" 0#"' 3300#"' 303 0#"' %&0 0#"'

0,14 1&&$0#"91%!' 0#"9 9"3 0#"9 '!" 0#"9 $%9 0#"9 !39 0#"9 "'% 0#"9 "19 0#"9 3'' 0#"9 3"30#"9 31" 0#"9 %90 0#"9


34/39

Gr/$(ca de d("e,o

# %## -## 2## /## 0### 0%## 0-## 02## 0/## %####.0#

#.0

#.%#

#.%

#.$#

#.$

#.-#

#.-

#.#

6nc 3o de 6nc3o de


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36/39

Calc&lo de #eloc(dade"

Pendiente(m/m 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07

!(m A (m"#o(m/$

%(m&/$

#o(m/$

%(m&/$

#o(m/$

%(m&/$#o(m/$

%(m&/$#o(m/$

%(m&/$#o(m/$

%(m&/$#o(m/$

%(m&/$

0,01 0#0001' 0#0&$0#00001

" 0#1%10#0000%

0 0#1"& 0#0000%! 0#1'10#0000%

9 0#1910#00003

% 0#%100#00003

! 0#%%$0#00003

&

0,03 0#001!0 0#1'&0#000%$

' 0#%!%0#0003'

' 0#30& 0#000"$% 0#3!$0#000!3

" 0#39&0#000!9

' 0#"3$0#000$!

" 0#"'10#000'0

$

0,05 0#00"1' 0#%!0

0#0010"

% 0#3!"

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" 0#"33 0#001&0! 0#!00

0#00%0&

! 0#!!9

0#00%33

1 0#$13

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3 0#$$%

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&

0,07 0#00&1' 0#3130#00%!!

' 0#""30#003$1

$ 0#!"% 0#00""%& 0#$%$0#00!11

3 0#'000#00!'1

' 0#'$'0#00$%$

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"

0,09 0#013!0 0#3'00#00"99

' 0#!%30#00'0$

' 0#$"1 0#00&$!! 0#'"00#00999

" 0#&%&0#0111'

" 0#90'0#01%%"

0 0#9'90#013%%

1

0,11 0#0%01' 0#"%30#00&!3

3 0#!9&0#01%0$

& 0#'33 0#01"'&0 0#&"$0#01'0$

$ 0#9"$0#0190&

1 1#03$0#0%090

% 1#1%00#0%%!'

'

0,13 0#0%&1' 0#"'30#0133%

% 0#$$90#01&&"

1 0#&19 0#0%30'! 0#9"$0#0%$$"

! 1#0!&0#0%9'9

0 1#1!90#03%$3

3 1#%!10#03!%"

&

0,15 0#03'!0 0#!%00#019!1

% 0#'3$0#0%'!9

" 0#901 0#033'9$ 1#0"10#0390%

! 1#1$30#0"3$3

1 1#%'!0#0"''9

! 1#3''0#0!1$%

!

0,17 0#0"&1' 0#!$$0#0%'%"

3 0#&000#03&!%

& 0#9&0 0#0"'1&' 1#1310#0!""&

' 1#%$!0#0$091

& 1#3&!0#0$$'3

% 1#"9$0#0'%0'

9

0,19 0#0$01' 0#$090#03$$!

0 0#&$10#0!1&3

1 1#0!! 0#0$3"&0 1#%1&0#0'330

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" 1#$1%0#09$9$

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0,21 0#0'3!0 0#$!10#0"'&$

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$ 1#1%& 0#0&%&9& 1#30%0#09!'%

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Calc&lo de #eloc(dade"

0,08 0,09 0,10 0,11 0,12 0,13 0,14#o(m/$ %(m&/$ #o(m/$ %(m&/$ #o(m/$ %(m&/$ #o(m/$ %(m&/$ #o(m/$ %(m&/$ #o(m/$ %(m&/$ #o(m/$ %(m&/$

0,242 0#0000"0 0#%!' 0#0000"3 0#%'1 0#0000"! 0#%&"0#0000"

' 0#%9$ 0#0000"9 0#30& 0#0000!1 0#3%0 0#0000!3

0,503 0#000'!! 0#!3" 0#000&01 0#!$3 0#000&"" 0#!900#000&&

! 0#$1$ 0#0009%! 0#$"% 0#0009$% 0#$$$ 0#000999

0,708 0#00%9"& 0#'!0 0#0031%' 0#'91 0#003%9$ 0#&300#003"!

' 0#&$' 0#003$11 0#90% 0#003'!& 0#93$ 0#003900

0,885 0#00'%31 0#939 0#00'$'0 0#990 0#00&0&! 1#03&0#00&"'

9 1#0&" 0#00&&!$ 1#1%9 0#009%1& 1#1'1 0#009!$$

1,047 0#01"13" 1#110 0#01"991 1#1'1 0#01!&0% 1#%%&0#01$!'

3 1#%&% 0#01'310 1#33! 0#01&01' 1#3&! 0#01&$9'

1,197 0#0%"13! 1#%$9 0#0%!$00 1#33& 0#0%$9&" 1#"030#0%&30

1 1#"$$ 0#0%9!$0 1#!%$ 0#030'$' 1#!&3 0#0319%&

1,338 0#03'$&1 1#"19 0#0399$' 1#"9$ 0#0"%1%9 1#!$90#0""1&

! 1#$3& 0#0"$1!0 1#'0! 0#0"&03" 1#''0 0#0"9&"&

1,472 0#0!!1&9 1#!$1 0#0!&!3' 1#$"! 0#0$1'03 1#'%$0#0$"'1

! 1#&0% 0#0$'!9% 1#&'$ 0#0'03!% 1#9"' 0#0'300&

1,600 0#0''0!$ 1#$9' 0#0&1'30 1#'&9 0#0&$1!1 1#&'$

0#0903!

$ 1#9!9 0#09"3'" %#039 0#09&%%' %#11$ 0#10193!

1,723 0#103$$% 1#&%' 0#1099!0 1#9%$ 0#11!&9' %#0%00#1%1!!

" %#110 0#1%$9!9 %#19$ 0#13%1"3 %#%'9 0#13'13%

1,842 0#13!3'1 1#9!" 0#1"3!&3 %#0!9 0#1!13!0 %#1$00#1!&'3

' %#%!$ 0#1$!'9$ %#3"& 0#1'%!$! %#"3$ 0#1'90&0

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