DISEÑO HIDRÁULICO DE ACUEDUCTOS 4.04.doc

8/16/2019 DISEÑO HIDRÁULICO DE ACUEDUCTOS 4.04.doc

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DISEÑO HIDRAULICO DE ACUEDUCTOS

I.- INTDRODUCCION:

Para los romanos, que buscaban en la monumentalidad de sus construcciones uncauce eficaz a su obstinada voluntad de imposición de poder, fue el acueducto unode sus logros más perfectos.

Se imponen al espectador por sus tres dimensiones: altura fuera de la escalahumana, longitud que llega a ser verdaderamente colosal en alineaciones dekilómetros y que además se alarga indefinidamente por la vibración monótona desus arcadas y por su espesor que llega a dar esbelteces de verdadero alarde, comoocurre, por eemplo, en Segovia.

!a e"periencia adquirida no se acumulaba en libros, ni se abstra#a en cálculoscomplicados, sino que aparec#a rotunda en los eemplares conservados. Por elsimple hecho de seguir en servicio demostrando su eficacia, es decir, su adecuacióna todas las funciones que ten#an que cumplir, entre ellas la de transportar agua,función bastante sencilla, y otra más complea la de resistir las acciones que están ala destructiva$ pero incluso las ruinas eran lección elocuente del comportamiento delas obras.

!os asentamientos humanos deben estar siempre situados cerca de una fuente deagua limpia, ya sea un r#o o un manatial.

%ientras &oma no fue más que un peque'o estado dentro del !acio, su fuente fue elr#o (#ber, pero a finales del siglo )* a.+., cuando los romanos luchaban en laSegunda uerra Samnita, se encontraron con que necesitaban urgentemente unsuministro alternativo. -uizá esto se debiera a que el agua del (#ber ya no erasuficiente para una población cada vez más grande, o quizá a que e"ist#a el peligrode que el enemigo envenerara su nica fuente, pero lo cierto es que a consecuenciade ello, en el a'o /01 a.+., los romanos empezaron a construir su primer acueducto,el 2qua 2ppia.

II.- OBJETIVOS:

3 4eterminar el dise'o hidráulico de un acueducto

3 5tilizar el criterio de dise'o para el calculo del acueducto


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III.- ACUEDUCTO:

!os acueductos son obras de arte que tiene la función de superar depresiones que seencuentren en el terreno, formados normalmente por quebradas, r#os y cárcavasoriginadas por la erosión. 5n acueducto, es virtualmente un puente que sostiene un

canal de corta longitud, el cual contiene agua en movimiento.4esde el punto de vista de la estructura civil, los acueductos pueden ser de dostipos: 2cueducto sobre una estructura de soporte 6puente7, y canal cuyas paredes y base forman parte estructural del puente.

!os materiales de construcción de los acueductos dependerán de las condiciones deestabilidad, definida normalmente por las dimensiones del canal y la longitud delacueducto, as# como del análisis económico de las variantes consideradas.

8l acueducto servirá entonces para vencer algn accidente topográfico y acortar lalongitud del canal en el tramo considerado. 8ste puente3canal servirá as# mismo parael paso de peatones, por lo que se deberá prever en la estructura estas formas deutilización. 8ventualmente se dispondrá para el uso peatonal una cubierta superior overedas laterales.

8squemas un acueducto.3 8s importante considerar tambi9n las necesidades demantenimiento del acueducto, incorporando obras de limpieza y evacuación, comocompuertas, que permitan aislar y desviar las aguas en una sección anterior al puente, principalmente en situaciones de emergencia. Por lo tanto, algunas obras delimpieza del canal podrán coincidir con las secciones indicadas.


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(ransiciones.3 8ntre las transiciones que con mayor frecuencia se presentan encanales de monta'a se pueden mencionar a las ca#das y las rápidas.

8stas estructuras pueden utilizarse en los casos de desniveles originados por lascaracter#sticas topográficas. 4e igual modo las transiciones se aplican en entradas o

salidas de estructuras especificas de un sistema hidráulico y alcantarillas encarreteras. 2lgunos tipos de transiciones:

IV.- CRITERIOS DE DISEÑO:

3 8stas obras constan de transición de entrada y de salida, siendo siemprerectangular la sección del acueducto.

3 !a energ#a del acueducto debe ser en lo posible igual a la energ#a del canal, paralo cual se trata de dar velocidad en acueducto y a la del canal, despreciándose las perdidas de carga en este caso normalmente suele darse alas transiciones,ángulos de 01 /;<

3 !a pendiente en la sección del acueducto debe austarse lo mas posible a la pendiente del canal a fin de evitar cambios a la rasante de fondo del canal.

3 =ormalmente se aconsea dise'ar considerando un tirante en el acueducto aligual del canal

3 !a condición de fluo del acueducto debe ser subcritico


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V.- CALCULO DEL DISEÑO HIDRÁULICO DE UN ACUEDUCTO:

1.- CARACTERÍSTICAS DEL CANAL PRINCIPAL:

Hidráuli!": #$%&$'r(!:- > ?.?; m/@sA > 0.B0CDm b > 0./?m2 > D.E;EFm1 G > 1.0?mP > ?.C/;Dm H > 0.;;& > ;.E0;Cm* > 0.0D/Em@sS > ;.;;;?n > ;.;0F

).- TRA*O A DISEÑAR:

+.- CALCULO DEL ACUEDUCTO:

/.0.3 +alculo de la sección del fluo en el acueducto:

* > 0.;;m@s$ - > ?.?;m/@s

2 > - @ * 2 > ?.?; @ 0.;; > ?.?;m1

2 > bIy b 6asumido7 > 1.; m > , )./&

/.1.3 +alculo del tipo de fluo en el acueducto:

3 caudal unitario 6q 7 q > - @ b

q > ?.?; @1 > 1.F?m/@s@m

3 tirante critico 6Ac7 Ac > / q1@g

Ac > / 1.11 @ C.E0 > ;.C0m

3 velocidad critica 6*c7 * > - @ 2c $ 2c > bIAc

*c > ?.?; @ 0.E1 > /.;11m@s

si Ac J An y *c K *n tipo de 0lu% "u2ri'i%


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/./.3 calculo de la longitud de transición:

!t > 6(0 L (17 @ 1tg 01 /0<

(0 > D.?EEEm $ (1 > 1.;m

!t > 6D.?EEE L 1.;7 @ 1tg 01 /0< > ?.E/Cm L' /.3+4& 3 nueva progresiva 6M%7

progresiva inicial > M% ;0 N /E; progresiva final > M% ;0 N D;;

/.D.3 +alculo del dimensionamiento longitudinal del acueducto:

3 determinación de cotas:

+ota inicial > 1DB.F? en la progresiva M% ;0 N /E;+ota final asumida > 1DB.FDF en la progresiva Mm ;0 N /E?.E/C 6cota deinicio del acueducto7

/.?.3 2nálisis hidráulico. 3 segn Oernoulli

/.B.3 Oalance de energ#a entre 0 y 1

80 > 81 N perdidas de carga80 > +f0 N y0 N *01@1g

80 > 1DB.FDF N 0.B0C N [email protected] 80 > 1DE.D//Perdida de carga > ;.1;I6*11 L *017@1g

Pc > ;.1;I6*11

L ;.;;F7

81 > +f1 N y1 N *11@1g > 1DB.FDF N y1 N *11@1g

&eemplazando en Oernoulli

1DE.D// > 1DB.FDF N y1 N *11@1g N ;.1;I6*11 L 0./;E/70.BCC/ > y1 N ;.DB1?@y11

A0 A1 A/ AD

0 /1 D


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por tanteos:,) 1.5+3&21 > 0.1;I0.;/E > 0.1?m1

*1 > 0.?; @ 0.1? > 0.1;m@s

E) )+4./)1

/.F.3 4eterminación de la pendiente del acueducto 6S7

S > 6 *n@& 1@/ 71

S > 6 0.1;I;.;0B@;./E11@/ 71 > ;.;;0/21 >0.1?P1 > /.1FB&1 > ;./E1S 5.551+

/.E.3 +ota de la plantilla en /:

+f/ > +f1 L SI!+f/ > 1/E.D0 L ;.;;0/IFBC0+ )+3.+11

/.C.3 Oalance de energ#a entre 1 y /:

81 > 8/ N perdidas por fricción81 > 1/C.?108/ > +f/ N y/ N */1@1g > 1/E./00 N y/ N */1@1g pf > ;.;;0/IFB > ;.;CEE

1/C.?10 > 1/E./00 N y/ N */1@1g N ;.;CEE0.0001 > y/ N */1@1gresolviendo por tanteo2/ > 0.1?m1

*/ > 0.1;m@s6+ 1.5+3&

E )+4./)1


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0;.3 Oalance de energ#a entre / y D:

8/ > 8D N perdidas por transición de salida8/ > 1/C.?10

8D > +fD N yD N *D

1

@1g+fD > 8D 3 yD 3 *D1@1g > 1/C.?10 L ;.;/B L ;.CEFC07 )+3.743

Perdida totalPtotal03D > 1/E./0 L 1/E.DCE > ;.;01

00.3 calculo de la cota de rasante de la siguiente progresiva:

progresiva de salida M% ;/ NF;D hasta Mm ;/ NF1; e"iste 0Bmentonces la cota será de 1/E.DCE con una pendiente de S > ;.;;;?

VI.- CONCLUSIONES 6 RECO*ENDACIONES:

CONCLUSIONES:3RECO*ENDACIONES:3

VII.- BIBLIO#RA8ÍA:

VIII.- ANE9OS :

Son los planos de perfil longitudinal y en planta


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DISEÑO HIDRAULICO DE SI8ONES

I.- #ENERALIDADES:

+uando un canal debe cruzar una depresión ya sea una quebrada, r#o o un camino,etc, se proyecta un sifón invertido que puede ser de secciona circular, rectangular ocuadrada que trabaara a tubo lleno.

5n sifón consta de un conducto cuya longitud queda determinada por el perfil delterreno y dos transiciones de entrada y de salida, siendo generalmente de seccióntrapezoidal a rectangular en la cual se encuentran anclados los tubos.

8n el cruce de un canal con una salida quebrada, el sifón se proyecta para conducir el menor gasto y lo suficientemente profundo para no ser socavado, en ciertasocasiones debido a sus dimensiones.

5n sifón se constituye en un peligro, principalmente cuando esta cerca de centros poblados, siendo necesario el uso de reillas pero con la desventaa de que puedanobturarse las aberturas y causar remansos.

II.- OBJETIVOS:

3 4eterminar el dise'o hidráulico de un sifón invertido

3 5tilizar el criterio de dise'o para el calculo de un sifón invertido


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III.- SI8ONES:

5n canal en su trayectoria alcanzará en algunos casos depresiones abruptas o zonascon problemas de estabilidad de suelos, que no podrán ser superados con estructuras

elevadas 6acueductos7, sea por razones t9cnicas como económicas, por lo que podráconsiderarse como variante una estructura que cruce el desnivel por medio de unconducto que se desplace por debao del accidente topográfico, lo cual dará lugar ala configuración de un sifón invertido.

8squema de un sifón invertido superficial.3 8l canal, por medio de los sifones,incorporará estructuras que trabaarán bao presión.

!os sifones pueden ser construidos superficiales o enterrados. !as estructurassuperficiales se emplazarán sobre el suelo, en trincheras, tneles o galer#as, loscuales permiten una meor accesibilidad. !as estructuras enterradas son más simplesy normalmente de menor costo, ya que no cuentan con soportes, sin embargo ladesventaa está asociada al mantenimiento, por cuanto su accesibilidad resulta máscomplicada.

8l sifón contará además de estructuras de entrada y de salida para lograr condiciones de transición hidráulicamente eficientes, por lo que su dise'o deberálograr que el fluo se desarrolle en lo posible sin perturbaciones superficiales,choques bruscos contra las paredes y cambios de dirección pronunciados. !asestructuras de entrada y de salida contarán en ambos casos con reillas y elementosde cierre rápido, que permitirán el control de fluo y los trabaos de mantenimiento.


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(ransiciones de entrada y salida .3 8l área de la sección transversal de un sifón vienedeterminado, de acuerdo a la ley de continuidad por el caudal de aducción y lavelocidad de fluo. !a magnitud de la velocidad media en el conducto que conformael sifón, puede variar entre 1 a D m@s, para velocidades menores a 1 m@s, es probable

la presencia de procesos de sedimentación. Sin embargo la velocidad de fluo estáasociada tambi9n al tipo de material del conducto$ Hurita considera los siguientesvalores:

3 +onductos de fábrica 0.; a 0.? m@s3 (ubos de hormigón 0.? a 1.? m@s

8n todos los casos se deberá incorporar elementos que permitan la limpieza periódica de los sedimentos que se acumulen en los sectores baos a consecuenciade las reducidas velocidades de fluo que se presenten durante la operación delsistema.

8l dise'o hidráulico de un sifón tiene como base el cálculo de las p9rdidas de carga,locales y por fricción en el conducto. 8ntre las p9rdidas locales se considerarán principalmente p9rdidas en la estructura de entrada, en los cambios de dirección ocodos y en la estructura de salida. 8l cálculo se realizará para cada sección deconducto considerado hasta obtener niveles de p9rdidas que permitan por un lado elfuncionamiento hidráulicamente eficientes del sifón y represente el menor costo posible

IV.- CRITERIOS DE DISEÑO:

3 !as dimensiones del todo se determinan ,satisfaciendo los requerimientos decobertura, pendiente del tubo, ángulos de doblados y sumergencias de la entrada ysalida.

3 8n aquellos sifones que cruzan caminos principales o de bao de drenes , serequiere un m#nimo de ;.C;m de cobertura y cuando cruzan caminos parcelarios o


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canales de riego sin revestir, es suficiente ;;..B m si el sifón cruza un canalrevestido se considera suficiente ;./; m de cobertura.3 !a pendiente de los tubos doblados, no debe ser mayor a 1:0 y la pendiente

m#nima del tubo horizontal debe ser ? @oo. Se recomienda transición de concreto ala entrada y salida cuando el sifón cruce caminos principales en sifones con Q

mayor o igual a /BR y para velocidades en el tubo mayores a 0 [email protected] +on la finalidad de evitar desbordes de agua arriba del sifón debido a la

ocurrencia fortuita de caudales mayores al de dise'o, se recomienda aumentar enun?; ó ;./; m. como má"imo al borde libre del canal en una longitud m#nimade 0? m a partir de la estructura.

3 +on la finalidad de determinar el diámetro del tubo en sifones relativamentecortos con transiciones de tierra, tanto a la entrada como a la salida, se puede usar una velocidad de 0 m/ @ seg en sifones con transiciones de concreto igualmentecortos se puede usar 0.? m@seg., y entre / m @seg, a 1.? m@seg, en sifones largos contransiciones de concreto con o sin control en la entrada.

3 !as p9rdidas de carga por entrada y salida para las transiciones tipo T+ubiertaPartidaR, se pueden calcular rápidamente con los valores ;3D hv

3 2 fin de evitar remansos aguas arriba, las p9rdidas totales computadas seincrementan en 0;.

3 8n el dise'o de la transición de entrada se recomienda que la parte superior dela abertura del sifón, est9 ligeramente debao de la superficie normal del agua, esta profundidad de sumergencia es conocida como sello de 2gua y en el dise'o se toma0.? veces la carga de velocidad del sifón ó 0.0 como m#nimo o tambi9n /R.

3 8n la salida la sumergencia no debe e"ceder al valor Gte@B.

3 8n sifones relativamente largos, se proyectan estructuras de alivio para permitir un drenae del tubo para su inspección y mantenimiento.

3 8n sifones largos bao ciertas condiciones la entrada puede no sellarse ya seaque el sifón opere al fluo parcial o a fluo lleno con un coeficiente de fricciónmenor que el sumido en el dise'o, por estas razón se recomienda usar n > ;.;;Ecuando se calculan las p9rdidas de energ#a.

3 +on la finalidad de evitar la cavitación a veces se ubica ventanas de aireaciónen lugares donde el aire podr#a acumularse.

3 +on respeto a las p9rdidas de cargas totales , se recomienda la condición deque 9stas sean iguales o menores a ;./; m.3 +uando el sifón cruza debao de una quebrada, es necesario conocer el gasto

má"imo de la creciente.


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3 Se recomienda los anchos de corona de la (abla D./ en el cruce de sifones oalcantarillas segn el tipo de camino.

(2O!2 :2=+GUS 48 +U&U=2S S8V= 8!! ()PU 48 +2%)=US

+ruce con +aminos de

(ipo

2ncho del +amino en la +orona de la

2lcantarilla o Sifón+ruce Simple +ruce con Sobre2ncho

*0 6/m7*1 6Dm7*/ 6Bm7

D m?.?. m? E.; m m

?.B. mB.B mE.; m

V.- CALCULO DEL DISEÑO HIDRÁULICO DE UN SI8ON:

1.- CARACTERÍSTICAS DEL CANAL PRINCIPAL:

Hidráuli!": #$%&$'r(!:- > 0.?; m/@s O > /./;mA > ;.CEFm b > ;.E;m2 > 0.FBDm1 G > 0.1?mP > /.?C1m H > 0.;;& > ;.DC0m e > ;.;F?m* > ;.E?m@sS > ;.;;;?

n > ;.;0B).- TRA*O A DISEÑAR:

8l tramo a dise'ar y ser calculado empieza de la progresiva M% ;/ N B1Dhasta M% ;/ N F;;. la longitud de tramo será de FB.;;m

+.- CALCULO DEL SI8N INVERTIDO:

/.0.3 Selección del diámetro del tubo:

2 > -@*

2 > π 4i1 @ D


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VI.- CONCLUSIONES 6 RECO*ENDACIONES:

CONCLUSIONES:3RECO*ENDACIONES:3

VII.- BIBLIO#RA8ÍA:

VIII.- ANE9OS :

Son los planos de perfil longitudinal y en planta


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