Calculo de una alcantarilla

EJEMPLO: Diseño Alcantarilla
Se requiere diseñar una alcantarilla en cajón para permitir el paso del flujo de un cauce natural bajo el terraplén indicado en la figura. Se sabe que la pendiente natural del cauce es de 0.3% y aguas abajo de la futura alcantarilla no existen mayores obstrucciones que modifiquen el régimen hidráulico del escurrimiento. Diseñar para condiciones de escurrimientosumergido, donde yn=0.8m es la altura normal de escurrimiento inmediatamente aguas abajo del terraplén.

Paso1: Información de Diseño
• Del estudio hidrológico se obtiene un caudal de diseño de 1.08m3/s, correspondiente a un periodo de retorno T=25años, según la importancia de la obra, dada por la tabla 3.702.2B. Se asume la elección de alcantarilla en cajón de hormigón armado, con una longitudL=12m y n=0.012. Además, se mantiene la pendiente natural del cauce, i=0.3%. De visita a terreno se observa que aguas abajo de la futura alcantarilla no existen obstrucciones ni cambios bruscos de pendientes que alteren el régimen de escurrimiento. Sin embargo, el cauce es angosto y profundo. Para las condiciones de diseño se asume un escurrimiento con altura normal de 0.8m, calculado medianteManning. El lecho es de material arcilloso limoso.

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Paso 2: Prediseño
• Se debe determinar como una aproximación preliminar la sección del cajón con el cual se comenzarán los cálculos. Una sección inicial puede calcularse en función del caudal y una velocidad supuesta de escurrimiento (V~1.5m/s-1.8m/s). Con fines explicativos se supone una sección para el cajón de 0.6m de altura y 0.8mde ancho. D=0.6m B=0.8m

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Paso 3: Suponer Control a la Entrada
• Se calcula la carga hidráulica aguas arriba del terraplén suponiendo que la alcantarilla tiene control de entrada. La capacidad está en función de He y de la geometría de la embocadura de la alcantarilla El cálculo de He puede ser llevado a cabo por lo nomogramas de las láminas 3.703.303 de la A a la E del MCV3, omediante la fórmula analítica propuesta por el Federal Highway Administration. Nomograma (Alcantarilla Cajón). Fórmula Analítica. •

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Resultados Control de Entrada
Las cargas hidráulicas obtenidas aguas arriba del terraplén, tanto por el método de los monogramas como por las fórmulas analíticas son las siguientes: (1)Hece=1.05m (2)Hece=1.14m (3)Hece=1.23m (4)Hece=1.02m

Sedebe verificar Headm.!!!

La condición (4) ofrece el menor peralte aguas arriba. Sin embargo, no cumple las condiciones de carga hidráulica admisible, Headm=0.6+0.3=0.9m>Hece=1.02. Empleando la condición (4) y aumentando la altura del cajón a 0.7m. Se obtiene: (4)He=0.94m>Headm=0.7+0.3=1.0m

Paso 4: Suponer Control a la Salida
La condición de control a la salida es función de las condicionesaguas abajo y de características de la alcantarilla (largo, pendiente, tipo entrada, etc.) En primer lugar, se debe estimar la altura de escurrimiento H1, inmediatamente aguas abajo del terraplén. Se pueden presentar 2 casos generales de altura de escurrimiento aguas abajo del terraplén. El presente caso ejemplifica salida sumergida. 1.-Salida Sumergida: si el escurrimiento aguas abajo es mayor oigual a la altura de la alcantarilla. 2.-Salida No Sumergida: si el escurrimiento aguas abajo es menor a la altura de la alcantarilla.

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Paso 4: Suponer Control a la Salida

Si la topografía aguas abajo no presenta contracciones ni otro elemento que pueden afectar el escurrimiento se supone altura normal en el cauce inmediatamente aguas abajo de la alcantarilla, la cual se obtiene mediantela fórmula de Manning y topografía. Si existen condiciones que indiquen otro tipo de régimen debe calcularse el eje hidráulico aguas abajo a fin de obtener la altura de escurrimiento.

Paso 4: Suponer Control a la Salida
Salida Sumergida:
He=H1+H-Li H1: Cota piezométrica a la salida medida en el umbral de la alcantarilla. H: Pérdida de Carga. L: Longitud alcantarilla. i: Pendiente.

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