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2. HIDRÁULICA
Sobre la base de los datos obtenidos de los métodos Racionales y Empírico, presentamos el
cuadro de resumen de los caudales obtenidos por éstos; a la vez que se determina el caudal
unitario, que es resultado del promedio de los caudales que presentan valores semejantes; y, el
caudal unitariomayorado en un 30% debido al arrastre de material existente en el sector.
Cuadro # 3.9. : Resumen de caudales
Las alcantarillas son estructuras de evacuación de las aguas de escorrentía superficial,
localizadas transversalmente a la calzada de las carreteras. Los factores a tomar en cuenta para
el diseño estructural son la carga generada por el terraplén y las cargas de tránsito generado
porel tipo de vía o plataforma. El diseño hidráulico de una alcantarilla obedece a las
condiciones de funcionamiento en obra; ésta puede trabajar parcialmente llena o a presión.
Generalmente una alcantarilla se diseña para trabajar parcialmente llena y en casos extremos a
presión.
Cuando una alcantarilla trabaja a presión su cálculo se reduce a utilizar las fórmulas para el flujo de
agua entuberías a presión; cuando trabaja parcialmente llena su cálculo se reduce al flujo en canales
para lo cual son válidos todos los conceptos y principios del flujo en canales, que se describen a
continuación:
Definición de canal.-Los canales son conductos en los cuales el agua circula debido a la acción de la
gravedad y sin ninguna presión, pues la superficie libre del líquido está en contacto conla atmósfera.
Forma de la sección de los canales.- La sección transversal de un canal natural es generalmente de
forma muy irregular y variable durante su recorrido. Los canales artificiales generalmente se diseñan
con formas geométricas regulares como la trapezoidal, rectangular, triangular y parabólica cuando se
trata de secciones abiertas; cuando es cerrada la circular, rectangular y deherradura son las
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predominantes.
a. Elementos geométricos de los canales
Fig. # 3.1. : Elementos geométricos de los canales
Y = Tirante de agua.- Es la profundidad máxima del agua en el canal.
b = Ancho de la plantilla o ancho de solera.- Es el ancho de la base del canal.
T = Espejo de agua. Es el ancho dela superficie libre del agua.
C = Corona del bordo.
H = Altura del bordo.
Ø = Ángulo de inclinación de las paredes laterales con la horizontal.
Z = Talud. Es la relación de la proyección horizontal a la vertical de la pared lateral. O sea Z es
el valor de la proyección horizontal cuando la vertical es 1.
A = Área hidráulica.- Es la superficie ocupada por el líquido en una sección transversalnormal
cualquiera.
P = Perímetro mojado.- Es el contorno del conducto que está en contacto con el líquido.
R = Radio hidráulico.- Es la dimensión característica de la sección transversal
y = Profundidad media.- Es la relación entre el área hidráulica y el espejo de agua, es
decir:
c. Definiciones básicas en canales
Energía específica.- La energía específica en la sección de un canal sedefine como la energía
por kilogramo de agua que fluye a través de la sección, medida con respecto al fondo del canal.
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Si consideramos a = 1 y aplicamos la ecuación de la continuidad resulta:
Si Q es constante y A es función del tirante, la energía específica es función únicamente del
tirante. Esta ecuación nosproporciona una gráfica similar a:
Fig. # 3.2. : Energía específica vs tirante.
La Fig. #3.2., muestra que para una determinada energía específica, existen dos valores del
tirante: Y1 y Y2, denominados tirantes alternos o tirantes correspondientes excepto en el punto
en que la energía específica es la mínima y para la cual existe un solo valor del tirante, Yc,
denominado tirante crítico, y...