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HIDRÁULICA DE ALCANTARILLAS (CONTINUACIÓN)

INGENIERÍA SANITARIA II INGENIERÍA SANITARIA II –– CIV 3239 “B”CIV 3239 “B”

Ing. Amilkar Ernesto ILAYA AYZAIng. Amilkar Ernesto ILAYA AYZA

INTRODUCCIÓN

� El escurrimiento debe ser sin presión

para:

• Evitar el reflujo de las aguas, que produciría problemas en artefactos sanitarios

• Evitar la creación de zonas de contaminación (aguas residuales)

FORMULAS PARA EL DISEÑO

� Según Chezy:

� Manning propuso:

� Ecuación de Manning:

SRCV ⋅=

2

53

21

P

A

S

nQ=

⋅

21

321

SRn

V =

AVQ ⋅=

611

Rn

C =

( )

2

52

3

21

2

8

−

=

⋅

D

senD

S

nQ

θ

θθ

TENSION TRACTIVA

SRH

⋅⋅= γτ

SRH ⋅⋅= γτ

Pa5.1=τAlcantarillado pluvial

Pa1=τ

Alcantarillado sanitario

Pa6.0=τTramos de arranque A. Sanit.

DETERMINACIÓN EMPÍRICA DE LA TENSIÓN TRACTIVA

� Según Shields:

• τ = Resistencia del Sedimento al Movimiento (Tensión Tractiva) (Kg/m2)

• f = Constante = 0,04 – 0,8 (adimensional)

• γa = Peso específico del material de fondo (arena) (kg/m3)

• γw = Peso específico del agua (kg/m3)

• d90%-95% = Diámetro específico en metros, del 90% al 95% de las partículas que deben ser transportadas.

EJEMPLO 1

� Determinar la pendiente mínima de un

colector de alcantarillado de D = 0,25 m

de diámetro, si las partículas de la arena

hasta d = 2 mm de diámetro, tienen que ser transportadas, cuando el flujo es

18% de la capacidad llena del colector

(f=0,06 Adoptado para arena en

suspensión)

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TIPOS DE SECCIONES

- Sección circular - Sección lenticular normal

TIPOS DE SECCIONES

- Sección lenticular realzada - Sección lenticular rebajada

TIPOS DE SECCIONES

- Sección en capacete - Sección circular realzada

TIPOS DE SECCIONES

� Las secciones tipo capacete y lenticular

son muy resistentes por su forma

geométrica, por lo que pueden utilizarse

para el caso de tener que soportar grandes cargas.

SECCION OVOIDE

- Sección ovoide normal - Sección ovoide peraltada

SECCION OVOIDE

- Sección ovoide ensanchada

- Sección ovoide rebajada

3

SECCION OVOIDE

� Las secciones ovoides presentan la

ventaja de que para un llenado parcial el

calado es mayor que en otras secciones,

muy conveniente en las redes unitarias por el efecto de arrastre que puede

realizar con caudales bajos, en

comparación con secciones circulares

de igual capacidad de desagüe.

COLECTORES VISITABLES

� Se componen básicamente de una bóveda, apoyada en paramentos verticales, andén lateral y cuna de sección geométrica semicircular en la parte inferior, para evacuación de aguas negras.

COLECTORES VISITABLES

� En general la característica hidráulica más interesante en estos colectores, es la capacidad de desagüe que pueden alcanzar caudales de hasta 80 m3/s con pendientes del 1% en eventos lluviosos y evacuar pequeños caudales de aguas negras

DIMENSIONADO A SECCION LLENA

� Para secciones circulares llenas:

4

DR =

21

32397.0

SDn

V ⋅⋅=

21

38312.0

SDn

Q ⋅⋅=

DIMENSIONADO A SECCION LLENA

� Para secciones NO circulares llenas

� Se utilizan las relaciones comparando con la sección circular:

� Para luego calcular la velocidad o caudal.

CIRCULAR

CIRCULARNO

A

A

CIRCULAR

CIRCULARNO

R

R

SECCIONES NO CIRCULARES LLENAS

Área

A (m2)

ANC/AC

4

CONOCIENDO LA VELOCIDAD O CAUDAL DE SECCION CIRCULAR: EJEMPLO 2

� Una tubería de alcantarillado con diámetro

60 cm, desagua con una pendiente de

1/500 un caudal Q a sección llena.

� Determinar el caudal y velocidad en una

sección ovoide normal 60/90 por Manning.

ALCANTARILLAS PARCIALMENTE LLENAS

� Para sección circular, con θ en radianes:

( )θθ senD

A −=8

2

DP2

θ=

⋅=

2

θsenDT

−⋅=

θ

θsenDR 1

4

−⋅=

2cos1

2

θDy

EJEMPLO

( )

2

52

3

21

2

8

−

=

⋅

D

senD

S

nQ

θ

θθ

SECCIONES CIRCULARES PARCIALMENTE LLENAS

� Pueden utilizarse gráficos o tablas, en

las cuales se utiliza la relación de

caudales y velocidades:

32

32

21

32

21

32

llllll

llll RA

RA

SRn

A

SRn

A

Q

Q

⋅

⋅=

⋅⋅

⋅⋅=

32

32

21

32

21

32

1

1

llll

ll R

R

SRn

SRn

V

V=

⋅⋅

⋅⋅=

SECCIONES CIRCULARES PARCIALMENTE LLENAS (TABLA)

y D y/D alfa Area R/D Area llena

Radio

hidráulico

lleno

V/Vll Q/Qll

0.01 1 0.01 0.40067 0.00 0.01 0.79 0.25 0.089 0.000

0.05 1 0.05 0.90205 0.01 0.03 0.79 0.25 0.257 0.005

0.10 1 0.10 1.28700 0.04 0.06 0.79 0.25 0.401 0.021

0.15 1 0.15 1.59080 0.07 0.09 0.79 0.25 0.517 0.049

0.20 1 0.20 1.85459 0.11 0.12 0.79 0.25 0.615 0.088

0.25 1 0.25 2.09440 0.15 0.15 0.79 0.25 0.701 0.137

0.30 1 0.30 2.31856 0.20 0.17 0.79 0.25 0.776 0.196

0.35 1 0.35 2.53221 0.24 0.19 0.79 0.25 0.843 0.263

0.40 1 0.40 2.73888 0.29 0.21 0.79 0.25 0.902 0.337

0.45 1 0.45 2.94126 0.34 0.23 0.79 0.25 0.954 0.417

0.50 1 0.50 3.14159 0.39 0.25 0.79 0.25 1.000 0.500

0.55 1 0.55 3.34193 0.44 0.26 0.79 0.25 1.039 0.586

0.60 1 0.60 3.54431 0.49 0.28 0.79 0.25 1.072 0.672

0.65 1 0.65 3.75098 0.54 0.29 0.79 0.25 1.099 0.756

0.70 1 0.70 3.96463 0.59 0.30 0.79 0.25 1.120 0.837

0.75 1 0.75 4.18879 0.63 0.30 0.79 0.25 1.133 0.912

0.80 1 0.80 4.42859 0.67 0.30 0.79 0.25 1.140 0.977

0.85 1 0.85 4.69239 0.71 0.30 0.79 0.25 1.137 1.030

0.90 1 0.90 4.99618 0.74 0.30 0.79 0.25 1.124 1.066

0.95 1 0.95 5.38113 0.77 0.29 0.79 0.25 1.095 1.075

1.00 1 1.00 6.28319 0.79 0.25 0.79 0.25 1.000 1.000

SECCIONES CIRCULARES PARCIALMENTE LLENAS (GRAFICO)

CAUDAL

VELOCIDAD

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SECCIONES CIRCULARES PARCIALMENTE LLENAS (GRAFICO)

CAUDAL

VELOCIDAD

EJEMPLO 3

� Determinar el tirante y la velocidad en una alcantarilla de diámetro 12 pulg y 1/200 m/m de pendiente con un valor de n = 0,013, Para un caudal de 10 l/s.

� Para usar la tabla o grafico debemos calcular a sección llena:

21

38312.0

SDn

Q ⋅⋅=

EJEMPLO

21

32397.0

SDn

V ⋅⋅=

y/H PARA SECCION OVOIDE NORMAL EJEMPLO 4

� Por una sección ovoide 60/90, circula un caudal de 844,5 l/s, la pendiente es del 1%, determinar el calado y la velocidad

�� SOLUCION:SOLUCION:� Calcular el caudal para una sección

circular llena de 600 mm� Calcular el caudal para una sección

ovoide normal llena 60/90� Calcular la relación de caudal parcial

y caudal lleno para recurrir al gráfico y determinar y/H.

ENERGÍA ESPECÍFICA Y TIRANTE CRITICO

g

VyE

⋅+=

2

2

2

2

2 Ag

QyE

⋅⋅+=

c

c

T

A

g

Q32

=

T

Ag

VF

⋅

=

FLUJO ESTABLE: 0.9 < F < 1.1

EJEMPLO 5

� Determinar el tipo de flujo en una alcantarilla pluvial de hormigón de D=30cm que transporta 20 l/s con una pendiente 2%. Aguas abajo se tiene otro colector con las mismas características pero con pendiente de 0.3%.

� Indicar el tipo de problemas que podrían producirse con esta disposición de alcantarillas.

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CUELLOS DE BOTELLA