5. PLANTEAMIENTO DE NUEVAS ALTERNATIVAS 6.  

1. DISEÑO DE ALCANTARILLAS METÁLICAS ABOVEDADAS

2.  

1. DISEÑO HIDRÁULICO

 

Para el diseño estructural de las alcantarillas abovedadas, se empleará un procedimiento similar al descrito en el numeral 3.2.3, para alcantarillas metálicas circulares. Previo al diseño estructural, es menester determinar las dimensiones requeridas de la bóveda para llevar el caudal de diseño, es decir realizar el diseño hidráulico. Es asi, que para el diseño hidráulico de las alcantarillas abovedadas, los autores aplicarán un método desarrollado por la Dirección de Vialidad de California, el mismo que se aplica por igual a alcantarillas metálicas de acero corrugado.

 

Para emplear este método, en primer lugar debemos encontrar descargas proyectadas para una recurrencia de 10 años, con el que se establece el diámetro (circular) o la flecha (abovedada) mínimas admisibles. Esta es llamada entonces: luz mínima para la entrada de la Alcantarilla. Para encontrar el diámetro mínimo, a partir del caudal con recurrencia de 10 años, utilizamos el monograma 3.01. preparado por la Dirección Estadounidense de Vialidad.

 

A continuación, se establecerá la Profundidad del Agua a la Entrada para la Descarga Proyectada utilizando el caudal calculado para recurrencias de 100 años y el diámetro mínimo admisible para las descargas con recurrencias cada 10 años. Ubicamos estos valores en el monograma 3.02 (para tubería circular) o el monograma 3.03 (para tubería abovedada) según sea el caso, y determinamos la profundidad del agua a la entrada de la alcantarilla.

 

Si esta cantidad de agua de entrada es aceptable para la alcantarilla en cuestión, el diámetro mínimo será satisfactorio para el proyecto con regulación a la entrada, en base a aluviones con recurrencia probable cada 100 años. Si la cifra correspondiente al agua de entrada es exesiva, deberá selecionarse un diámetro mayor que corresponda al caudal máximo admisible de agua a la entrada.

 

Para encontrar las descargas con recurrencias de 10 y 100 años, utilizamos la fórmula de Gómez ( Capítulo III, numeral 3.1.3.3.c primera viñeta) :

Donde: Q es el caudal en m³/seg; A es el área de la cuenca en km² y K es un coeficiente que depende del periodo de retorno.

 

Cuadro #3.57 Cálculo de caudales para recurrencias de 10 y 100 años (Fórmula de Gómez).

El coeficiente K para un periodo de recurrencia de 10 años, debe ser interpolado:

 

 

Monograma # 3.02: Profundidad del agua a la entrada, para alcantarillas tubulares de acero corrugado con REGULACIÓN A LA ENTRADA.

 

 

Monograma # 3.03: Profundidad del agua a la entrada, para alcantarillas avobedadas (LxF) de acero corrugado con REGULACIÓN A LA ENTRADA.

Los mayores caudales de diseño con recurrencia de 100 años, correspondean a las abscisas: 15+854 con 1.36 m³/s, 17+430 con 0.40 m³/s, 19+213 con 0.35 m³/s y 22+056 con 0.24 m³/s.

 

El siguiente paso es adoptar las corrugaciones y dimensiones de acuerdo primero a la altura de la cobertura y a la presión esquinera generada por la tubería; mediante las siguientes tablas:

 

Tabla # 3.8. : Límites de altura de cobertura para tubería abovedada de acero corrugado

Corrugaciones de 67.7 x 12.7mm

 

 

 

Tabla # 3.9. : Límites de altura de cobertura para tubería abovedada de acero corrugado.

 

Según las tablas anteiores, escogemos los siguientes valores:

Para altura de relleno= 0-3m, sección 0.737 x 0.457 m con espesor especificado de 1.626 mm, corrugaciones 67.7 x 12.7 mm y presión de apoyo de 1800 kg.

Para altura de relleno= 3-5m, sección 0.737 x 0.457 m o 0.914 x 0.559 m con espesor especificado de 1.626 mm, corrugaciones 67.7 x 12.7 mm y presión de apoyo de 2700 kg.

Para altura de relleno= 5-7m, sección 0.914 x 0.559 m con espesor especificado de 1.626 mm, corrugaciones 67.7 x 12.7 mm y presión de apoyo de 3600 kg; o sección de 2.21 x 1.6 m con espesor especificado de 1.626, corrugaciones 76.2 x 25.4 mm y presión de diseño 2700 kg.

Para altura de relleno= 7-9m, sección 2.210 x 1.6 m con espesor especificado de 1.626 mm, corrugaciones 76.2 x 25.4 mm y presión de apoyo de 3600 kg.

Para altura de relleno= 9-11m, sección 1.854 x 1.397 m con espesor especificado de 1.626 mm, corrugaciones 76.2 x 25.4 mm y presión de apoyo de 3600 kg.

 

En el monograma # 3.03, ubicamos los valores de sección (luz x flecha), y los valores de caudal para 100 años. Con los valores de caudal y sección obtenemos la altura del agua a la entrada de la alcantarilla, en nuestro caso, para la ecuación (1) del monograma.

 

Cuadro # 3.58. : Resultados del monograma # 3.03. Tubería abovedada

 

1. DISEÑO ESTRUCTURAL

 

De acuerdo al numeral 3.2.3, el proceso de diseño estructural de tubería circulares es:

Determinación de la densidad del relleno. Aplicación del coeficiente de carga a la carga total para establecer la presión que

actuará sobre el acero. Determinación del esfuerzo de compresión aceptable para el diámetro de la

tubería, la corrugación y la densidad del suelo. Calculo de la compresión en la pared de la tubería. Determinación del espesor necesario. Verificación de la rigidez mínima para el manipuleo. Verificación de las exigencias de la costura empernada (si corresponde).

 

La densidad de relleno y el factor de carga son los mismos que para el diseño de Tubería circular: K = 0.65. Un punto que se aumenta al diseño es la determinación de la presiones esquineras generadas por este tipo de estructura, y que deben ser menores a la capacidad admisible del suelo (Qadm = 21.5 ton/m²).

 

Tabla # 3.10. : Datos geométricos de diseño de secciones abovedadas

 

Utilizando las mismas tablas que en el diseño de tuberías circulares, y siguiendo igual procedimiento, se llega a establecer:

 

Cuadro # 3.59. : Diseño estructural de tuberías abovedadas

 

De acuerdo a los cuadros anteriores, las secciones son satisfactorias según el relleno adoptado; de esta manera, los resultados del diseño hidráulico y estructural se resumen a continuación:

 

Cuadro # 3.60. : Resumen de diseño tubería abovedada

 

 

 

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