Post on 20-Feb-2018
HIDRÁULICA DE ALCANTARILLAS
INGENIERÍA SANITARIA II INGENIERÍA SANITARIA II –– CIV 3239 “B”CIV 3239 “B”
M.Sc.IngM.Sc.Ing. Amilkar Ernesto ILAYA AYZA. Amilkar Ernesto ILAYA AYZA
Amilkar E. ILAYA AYZA
INTRODUCCIÓN
� En sistemas de alcantarillado el
escurrimiento debe ser sin presión para:
• Evitar el reflujo de las aguas, que produciría problemas en artefactos sanitariosproblemas en artefactos sanitarios
• Evitar la creación de zonas de contaminación (aguas residuales)
Amilkar E. ILAYA AYZA
FORMULAS PARA EL DISEÑO
� Según Chezy:
� Manning propuso:
SRCV ⋅=
611
Rn
C =
� Ecuación de Manning:
2
53
21 P
A
S
nQ=
⋅
21
321
SRn
V =
AVQ ⋅=( )
2
52
3
21
2
8
−
=
⋅
D
senD
S
nQ
θ
θθ
Amilkar E. ILAYA AYZA
ALCANTARILLAS PARCIALMENTE LLENAS
� Para sección circular, con θ en radianes:
( )θθ senD
A −=8
2
−⋅=
θ
θsenDR 1
4
DP2
θ=
⋅=
2
θsenDT
−⋅=
2cos1
2
θDy
EJEMPLO
( )
2
52
3
21
2
8
−
=
⋅
D
senD
S
nQ
θ
θθ
Amilkar E. ILAYA AYZA
TENSION TRACTIVA
SRH ⋅⋅= γτ
Pa1=τSRH ⋅⋅= γτ
Pa5.1=τAlcantarillado pluvial
Pa1=τ
Alcantarillado sanitario
Pa6.0=τTramos de arranque A. Sanit.
Amilkar E. ILAYA AYZA
TENSIÓN TRACTIVA
� Como el peso específico es igual a:
� Entonces:
g⋅= ργ
SRg ⋅⋅⋅= ρτ SRg H ⋅⋅⋅= ρττ = Tensión tractiva en Pa
ρ = Densidad del agua (1000 kg/m3)
g = Aceleración de la gravedad (9.81 m/seg2)
RH = Radio hidráulico en mS = Pendiente de la tubería en m/m 1 kgf/m2 ~ 10 Pa
0.1 kgf/m2 ~ 1 Pa
Amilkar E. ILAYA AYZA
DETERMINACIÓN EMPÍRICA DE LA TENSIÓN TRACTIVA
� Según Shields:
• τ = Resistencia del Sedimento al Movimiento (Tensión • 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.
Amilkar E. ILAYA AYZA
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 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)
Amilkar E. ILAYA AYZA
TIPOS DE SECCIONES
- Sección circular - Sección lenticular normal
Amilkar E. ILAYA AYZA
TIPOS DE SECCIONES
- Sección lenticular realzada - Sección lenticular rebajada
Amilkar E. ILAYA AYZA
TIPOS DE SECCIONES
- Sección en capacete - Sección circular realzada
Amilkar E. ILAYA AYZA
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 para el caso de tener que soportar
grandes cargas.
Amilkar E. ILAYA AYZA
SECCION OVOIDE
- Sección ovoide normal - Sección ovoide peraltada
Amilkar E. ILAYA AYZA
SECCION OVOIDE
- Sección ovoide ensanchada
- Sección ovoide rebajada
Amilkar E. ILAYA AYZA
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 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.
Amilkar E. ILAYA AYZA
COLECTORES VISITABLES
� Se componen
básicamente de una
bóveda, apoyada en
paramentos verticales, paramentos verticales,
andén lateral y cuna de
sección geométrica
semicircular en la parte
inferior, para evacuación
de aguas negras.
Amilkar E. ILAYA AYZA
COLECTORES VISITABLES
� En general la característica hidráulica más interesante en estos colectores, es la capacidad de desagüe que pueden alcanzar caudales pueden alcanzar caudales de hasta 80 m3/s con pendientes del 1% en eventos lluviosos y evacuar pequeños caudales de aguas negras
Amilkar E. ILAYA AYZA
DIMENSIONADO A SECCION LLENA
� Para secciones circulares llenas:
4
DR =
21
32397.0
SDn
V ⋅⋅=
21
38312.0
SDn
Q ⋅⋅=
Amilkar E. ILAYA AYZA
DIMENSIONADO A SECCION LLENA
� Para secciones NO circulares llenas
� Se utilizan las relaciones comparando con la comparando con la sección circular:
� Para luego calcular la velocidad o caudal.
CIRCULAR
CIRCULARNO
A
A
CIRCULAR
CIRCULARNO
R
R
Amilkar E. ILAYA AYZA
SECCIONES NO CIRCULARES LLENAS
Área
A (m2)
ANC/AC
Amilkar E. ILAYA AYZA
CONOCIENDO LA VELOCIDAD O CAUDAL DE SECCION CIRCULAR:
Amilkar E. ILAYA AYZA
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.
Amilkar E. ILAYA AYZA
ALCANTARILLAS PARCIALMENTE LLENAS
� Para sección circular, con θ en radianes:
( )θθ senD
A −=8
2
−⋅=
θ
θsenDR 1
4
DP2
θ=
⋅=
2
θsenDT
−⋅=
2cos1
2
θDy
EJEMPLO
( )
2
52
3
21
2
8
−
=
⋅
D
senD
S
nQ
θ
θθ
Amilkar E. ILAYA AYZA
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
llllllllll RA
RA
SRn
A
SRn
A
Q
Q
⋅
⋅=
⋅⋅
⋅⋅=
32
32
21
32
21
32
1
1
llllll R
R
SRn
SRn
V
V=
⋅⋅
⋅⋅=
Amilkar E. ILAYA AYZA
SECCIONES CIRCULARES PARCIALMENTE LLENAS (TABLA)
Amilkar E. ILAYA AYZA
SECCIONES CIRCULARES PARCIALMENTE LLENAS (GRAFICO)
CAUDAL
VELOCIDAD
Amilkar E. ILAYA AYZA
SECCIONES CIRCULARES PARCIALMENTE LLENAS (GRAFICO)
CAUDALCAUDAL
VELOCIDAD
Amilkar E. ILAYA AYZA
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.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 ⋅⋅=
Amilkar E. ILAYA AYZA
y/H PARA SECCION OVOIDE NORMAL
Amilkar E. ILAYA AYZA
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:�� 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.
Amilkar E. ILAYA AYZA
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
Amilkar E. ILAYA AYZA
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 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.
Amilkar E. ILAYA AYZA
CUELLOS DE BOTELLA
Amilkar E. ILAYA AYZA