Hidrología e Hidráulica Pscp (Ejemplos de Obras Hidraulicas en Carreteras)

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DISEO DE OBRAS DE ARTE MENOR

DISEO DE CUNETAS

Anlisis Estadstico de las precipitaciones:

Las estaciones analizadas son Pinos Sud y Calderillas y los datos de precipitacin segn ao hidrolgico son los siguientes:

Cuadro 1

PRECIPITACIONES MAXIMAS DIARIAS ANUALES

Ao Hidrolgico

Octubre SeptiembreEstacin: Pinos SudEstacin: Calderillas

Precipitacin

[mm.]Precipitacin

[mm.]

1975-197660.089.4

1976-197755.080.0

1977-197867.054.3

1978-197970.0130.0

1979-1980102.072.0

1980-198190.164.5

1981-198280.059.0

1982-198355.063.8

1983-198463.470.0

1984-198535.674.9

1985-198667.043.8

1986-198726.390.8

1987-198832.086.6

1988-198923.355.0

1989-199030.380.0

1990-19919.757.7

1991-1992135.244.4

1992-199376.242.5

1993-199488.773.0

1994-199556.454.8

1995-199659.967.0

1996-199767.279.5

1997-199850.471.5

1998-199955.070.0

1999-2000146.086.0

2000-200167.648.2

2001-200255.380.0

Fuente: COTED S.R.L.

Estacin: Pinos SudMedia

hd = 63,87 mm.

Desv. TpicaSd = 30,76 mm.

Moda

Ed = hd 0,45Sd = 50,03 mm.

Caracterstica

Estacin: CalderillasMedia

hd = 69,95 mm.

Desv. TpicaSd = 18,60 mm.

Moda

Ed = hd 0,45Sd = 61,58 mm.

Caracterstica

Siendo los valores ponderados los siguientes:

Ed = {50,03 (27) + 61,58 (27)}/(27+27) = 55,81 mm.

Kd = {1,066 (27) + 0,523 (27)}/(27+27) = 0,794

Para el ajuste de las lluvias mximas diarias se adopt la ley de GUMBELL, la expresin para calcular la precipitacin mxima diaria para un determinado periodo de retorno T es la siguiente:

Donde:

hdt = Precipitacin mxima diaria para un determinado periodo de retorno [mm.]

T = Periodo de retorno igual a 25 aos.

Diseo de la cuneta

Donde:

imax = Intensidad mxima de la lluvia para un periodo de duracin igual a Tc

hdt = Precipitacin mxima diaria

Tc = Tiempo de concentracin, se adopt el valor de 5 hr.

C = 0,60 cultivos generales

A = 168196 m2Con la frmula racional determinamos el caudal que transportaran las cunetas:

Q = C * imax * A

Q = 0,66 m3/seg.

Q = Caudal mximo de escorrenta [m3/seg.]

C = Coeficiente de escorrenta [adimensional]

imax = Intensidad mxima de la lluvia [m/seg.]

A = Area de aporte [m2]

Con la ecuacin de Manning determinamos el rea hidrulica:

Para una seccin triangular de las siguientes caractersticas:

A = y2 : : : T = 2y

ms 9 cm. de borde libre:


n = Coeficiente de Manning [adimensional]. Se adopt 0,02 para superficie de tierra del libro Hidrulica de Canales de Mximo Villn B., Pg. 70)

R = Radio hidrulico [m]

S = Pendiente longitudinal [m/m]. Se adopt un valor intermedio de 0,08

A = Area hidrulica [m2]

DISEO DE ALCANTARILLAS DE ALIVIO

Para el diseo de las alcantarillas de alivio se tom en cuenta su ubicacin debido a que ello nos permitir conocer el caudal proveniente de las cunetas que evacuar. La estacin, nmero de curva, y otras caractersticas de las alcantarillas de alivio pueden ser apreciadas en el cuadro siguiente:

Cuadro 2

ESTACIONES DE LAS ALCANTARILLAS DE ALIVIO

N alcantarillaEstacinN Curva Ver.CaractersticaCaudal proveniente:

10+180,00Un solo lado


30+975,748Punto ms bajoAmbos lados







































Para las alcantarillas de alivio que reciben caudal de las cunetas de ambos lados el caudal que evacuarn es igual a la suma de caudales provenientes de ambos lados de la cuneta (Q = 1,32 m3/seg); conocido el valor del caudal igual a 1,32 m3/seg, se determin los siguientes aspectos: material de las alcantarillas de alivio fierro fundido (n = 0.013), pendiente longitudinal de la alcantarilla de alivio del 2,00% (S = 2%) y tirante igual al 60% del dimetro.

Finalmente el dimetro de las alcantarillas de alivio fue determinado mediante la ecuacin de Manning:

Debido a que el tubo trabaja al 0,60 del dimetro (y = 0,6 d):

Reemplazando los respectivos valores de Q, n y S se obtuvo un dimetro de 0,815 m, adoptndose el dimetro de 1,00 m.

En el caso de las alcantarillas que reciben caudal de un solo lado de la cuneta el caudal que evacuarn es igual a 0,66 m3/seg; conocido el valor del caudal igual a 0,66 m3/seg, se determin tambin los siguientes aspectos: material de las alcantarillas de alivio fierro fundido (n = 0.013), pendiente longitudinal de la alcantarilla de alivio del 2,00% (S = 2%) y tirante igual al 60% del dimetro.

Finalmente el dimetro fue determinado mediante la ecuacin de Manning:

Debido a que el tubo trabaja al 0,60 del dimetro (y = 0,6 d):

Reemplazando los respectivos valores de Q, n y S se obtuvo un dimetro de 0,63 m, adoptndose el dimetro de 0,80 m.

Los dimetros adoptados pueden ser apreciados en la tabla siguiente como tambin las longitudes de las alcantarillas las cuales fueron determinadas grficamente de las secciones transversales del camino:

Cuadro 3

DIAMETROS Y LONGITUDES DE LAS ALCANTARILLAS DE ALIVIO

N alcantarillaEstacin( Calculado (m)( Adoptado (m)Longitud (m)Sentido de

escurrimiento

10+180,000,6300,8010,00I-D

20+600,000,6300,8010,00D-I

30+975,740,8151,009,00D-I

41+400,000,6300,809,00I-D

51+880,000,6300,808,00D-I

62+200,000,6300,808,00I-D

72+600,000,6300,809,00I-D

83+000,000,6300,809,00I-D

93+420,000,6300,8010,00I-D

103+820,000,6300,8010,00I-D

114+389,1600,6300,809,00D-I

125+040,000,6300,809,00D-I

135+480,000,6300,8010,00D-I

145+820,000,6300,8010,00D-I

156+206,110,6300,809,00D-I

166+600,000,6300,8010,00D-I

177+000,000,6300,809,00D-I

187+300,000,6300,8012,00D-I

197+680,000,6300,809,00I-D

208+140,000,6300,809,00I-D

218+525,140,8151,0011,00D-I

2210+009,670,8151,0010,00I-D

2310+720,000,6300,8010,00I-D

2411+140,000,6300,8011,00I-D

2512+197,510,8151,0010,00I-D

2612+454,410,8151,009,00I-D

2713+408,380,8151,0012,00I-D

2814+780,000,6300,8011,00I-D

2915+160,440,8151,009,00I-D

3015+509,160,8151,0011,00I-D

3116+471,940,8151,0010,00I-D

3217+960,000,6300,809,00D-I

3318+420,000,6300,8011,00I-D

3419+080,000,6300,809,00D-I

3519+520,000,6300,809,00D-I

3621+377,510,8151,0010,00D-I

3722+760,000,6300,809,00D-I

3824+420,000,6300,809,00D-I

3926+160,000,6300,8010,00I-D

4028+064,450,8151,009,00I-D


Las alcantarillas de alivio tienen una tapada de 50 cm de altura.

DISEO DE ALCANTARILLAS

El caudal registrado por las precipitaciones del rea de la cuenca de las alcantarillas de cruce ser determinado por el Mtodo Racional cuya expresin es la siguiente:

Donde:

Q = Caudal de la alcantarilla [lt/seg.]

c = Coeficiente de escorrenta [adimensional] = 0,6 cultivos generales

i = Precipitacin pluvial correspondiente al tiempo de concentracin [cm/hr] = 2,35 cm/hr

A = Area a drenar [ha] = 170,00 ha

El rea hidrulica de la alcantarilla fue determinado mediante la ecuacin de Manning:

Donde:


n = Coeficiente de Manning [adimensional]. Se adopt 0,0275 para corrientes naturales (1) del libro Hidrulica de Canales de Mximo Villn B., Pg. 71)


S = Pendiente longitudinal [m/m]. Se adopt un valor de 0,005


La alcantarilla es tipo losa de seccin rectangular y trabajar al 0,6 de su altura (y = 0,6 h) por lo tanto:

En la progresiva 26+452,90 se tiene como dato la luz de la alcantarilla (b) que es igual a 3,50 metros y reemplazando en la ecuacin de Manning obtenemos que h es igual a:

Adoptando h = 2,00 metros

La losa de la alcantarilla tiene un espesor de 26 cm y un ancho de 4,5 m y se encuentran sobre muros de hormign ciclpeo cuyas dimensiones son las siguientes:

Alcantarilla en Progresiva 26+452,90; b = 3,5 m y h = 2,0 mDISEO DE BADENES:

El caudal registrado por las precipitaciones del rea de la cuenca de los badenes ser determinado por el Mtodo Racional cuya expresin es la siguiente:

Donde:

Q = Caudal de la alcantarilla [lt/seg.]

c = Coeficiente de escorrenta [adimensional] = 0,6 cultivos generales

i = Precipitacin pluvial correspondiente al tiempo de concentracin [cm/hr] = 2,35cm/hr

A = Area a drenar [ha] = 158,00 ha

Considerando un periodo de retorno de 25 aos:

Pendiente: i = 5 % para diseo

Caudal de crecida para 25 aos = 6,13 m3/seg.

Longitud total del badn = 11,00 m. (longitud promedio)

Ancho de calzada = 4,50 m.

Altura de la loza = 0,30 m.

Talud del badn = 1:5, 1:3

Posteriormente se procedi a calcular la velocidad del agua que escurre por el badn con la ecuacin de Manning considerando un Caudal de 6,13 m3/seg.

Donde:


n = Coeficiente de Manning [adimensional].


S = Pendiente longitudinal [m/m].


Encontrndose que la velocidad de circulacin del agua es de 1,70 m/seg. y el nmero de Fraude es de 0,90

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