Diseño de Alcantarillas con el programa HY-8 EJEMPLO: Se va a construir una alcantarilla multicelda para pasar 13 m3/s debajo de una carretera de terraplén bajo, que cruza una planicie de inundación. El nivel del terreno (cota) en la entrada de la alcantarilla es de 100 m y se espera que el nivel agua (carga de diseño) correspondiente a este caudal no supere la cota 101.5m. El ancho de terraplén y plataforma es 12m y una cota 103 m. La longitud de la alcantarilla es de 20 m. La pendiente del terreno es de 0.3%. Las condiciones topográficas de la planicie de inundación permite implementar la alcantarilla multicelda; La sección del cauce aguas abajo puede considerarse de sección trapecial con ancho de base de 16 m, taludes 1:0.75 y una rugosidad de (n=0.030). En la obra se dispone con el siguiente tipo de tubería de concreto reforzado: 1)DN 60" (152cm) (n=0.014) La entrada tendrá aleros y muro cabezal con bordes cuadrados (tabla 15.3: Circular concrete Square edge w/headwall) ¿Determinar el número de alcantarillas necesarias para hacer pasar el caudal de diseño sin causar ningún incremento en el nivel de la carga de diseño, para los dos tipos de tubería? 3 QT m 13 cot ae (Caudal total que se desea hacer pasar) s 100 m (Cota terreno en la entrada de la alcantarilla) cot adis 101.5 m (Cota del nivel del agua aguas arriba (cota admisible o de diseño)) L m 20 (Longitud de la alcantarilla) m So 0.003 nh 0.014 DN 60 Pulg D 1.52 m (Pendiente de la alcantarilla y del cause aguas abajo, por ser una planicie de inundación) (Rogusidad de la alcantarilla de concreto) m Hdis cot adis Hdis 1.5 m (Diámetro nominal de la tubería) (Diámetro decalculo de la tubería) cot ae (Carga de diseño) Cot as cot ae So L Cot as 99.94 m (Cota terreno en la salida de la alcantarilla) Datos de río aguas abajo: m (Ancho de la base del cause aguas abajo) b 16 Z 0.75 (Relación de talud) nt 0.03 (Rogusidad del río aguas abajo) Datos de terraplen y plataform a: Cot ap bp Univ.: Hector Quispe Terrazas 103 m (Cota de plataf orma) 12 m (Ancho de plataf orma) Civ-235 Esquema de la alcantarilla: Ancho del terraplen y plataforma Cota de plaforma Cota del nivel del agua aguas arriba 1 2 D Y1 Cota terreno entrada Cota terreno salida D 1 So L Largo de platafoma Aguas arriba Univ.: Hector Quispe Terrazas Aguas abajo Civ-235 1.- Abrimos el programa HY-8 2.- Serramos la sub ventana que aparece “ Welcome to HY-8” Univ.: Hector Quispe Terrazas Civ-235 3.-Cambiamos las unidades al sistema internacional 4.-Ingresamos a “New culvert crossing” en el cual se habilitara una nueva ventana para colocar en ellas nuestros datos de calculo Univ.: Hector Quispe Terrazas Civ-235 5.- En el cuadro de “Name” escribimos el nombre del proyecto, si deseamos 6.-Una vez escrito el nombre del proyecto, en el cuadro de “Desing Flow” y” Maximun Flow” escribimos el caudal total que se desea hacer cruz por la carretera, el cual está en unidades de [m3/s]. Univ.: Hector Quispe Terrazas Civ-235 7.- En todo el cuadro de “Tailwater data” se colocaran todos los datos necesarios del cauce aguas abajo Empezamos seleccionando en el cuadro de “Channel Type” escogemos el tipo dé sección del río aguas abajo, en este caso por ejemplo trapezoidal. 8.- En “Bottom Width” ponemos el ancho a base del río aguas abajo, en unidades de [m]. En “Side Slope (H:V)” ponemos la relación de talud “Z” En “Channel Slope” ponemos la pendiente del río aguas abajo, en unidades de [m/m]. En “Manning’s n (channel)” el coeficiente de rugosidad de manning del cauce aguas abajo En “Channel Invert Elevation” colocamos la cota de inicio del río aguas abajo en [m], en este caso como la topografía es planicie de inundación, la cota de inicio del río aguas abajo llegaría a ser la misma cota de salida de la alcantarilla. Univ.: Hector Quispe Terrazas Civ-235 9.-En la parte de: “Crest Length” colocamos la longitud de la cresta en [m]. Este dato no se nos da en el ejemplo, pero es lógico que debamos dar una distancia mayor que la base del río aguas abajo, de todos modos dar una distancia del doble o triple no influye en los cálculos “Crest Elevation” colocamos cota de plataforma, en [m]. “Top Width” ponemos el ancho de plataforma, en *m+ 10.-En todo el campo de “CULVERT DATA” debemos colocar los datos necesarios del conducto En “Shape” escogemos el tipo de conducto, ya sea cuadrada circular etc. En “Material” escogemos el tipo de material del conducto. En “Diameter” Ponemos el diámetro de la alcantarilla en *mm+ En “Manning’s n” colocamos el coeficiente de rugosidad del material del conducto Univ.: Hector Quispe Terrazas Civ-235 11.-Para terminar con los datos en: “Inlet Elevation” se debe colocar la cota de terreno en la entrada de la alcantarilla en [m] “Outlet Station” colocamos la longitud de la alcantarilla en *m+ “Outlet Elevation” colocamos la cota de salida de la alcantarilla “Number of Barrels” ponemos el número de conductos (En este ejemplo como se pide diseñar una alcantarilla multicelda, es decir calcular el número de alcantarillas necesarias para hacer cruzar el caudal total, se debe probar tentativamente con distintos números de alcantarillas, hasta obtener la mas optima de acuerdo a la carga de diseño “Hdis” es decir la carga calculada “Hw”aguas arriba debe ser menor o igual a la carga de diseño (Hw≤Hdis)). Finalmente aceptamos “OK” 12.-Como resultado obtenemos el siguiente esquema. Para ver los resultados vamos a “Run Análisis” Univ.: Hector Quispe Terrazas Civ-235 13.-Luego se habilita la siguiente ventana, en donde vamos a “Culvert Summry Table” y en este cuadro se puede ver los resultados que deseamos QT HW Yo Yc tw Velocidad en salida de alcantarilla Y1(tirante en salida de alcantarilla, aunque en este ejemplo por ser control de salida llega ser lo mismo que Yc) 14.-Tambien en “wáter Surface Profiles” podemos ver algunos resultados que deseemos. Y2 15.- Para probar con otro número de alcantarillas solo debemos ir nuevamente a ”New culvert crossing” y en ella cambiar solo el número de alcantarillas aceptar y nuevamente ir la ventana anterior de resultados En este ejemplo: HW ≤ Hdis (se debe cumplir esta condición) Hdis= 1.5m (Carga de diseño) Hw= 1.31m (Carga calculado aguas arriba) Como: Hw < Hdis OK Univ.: Hector Quispe Terrazas Civ-235
