UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL

FACULTAD DE CIENCIAS MATEMATICAS Y FISICAS

ESCUELA DE INGENIERIA CIVIL

PROYECTO FINAL:
DISEÑO HIDRAULICO DE ALCANTARILLAS

ALUMNA:
MARTNEZ LLAMUCA VALERIA MICHAEL

DOCENTE:
ING.PRIETO CORAPI MSC.

9NO SEMESTRE

CICLO II 2019-2020
CONTENIDO
INTRODUCCION...........................................................................................................3

2. OBJETIVOS................................................................................................................4

2.1 OBJETIVO PRINCIPAL......................................................................................4

2.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS...............................................................................4

3. MARCO TEORICO....................................................................................................5

3.1 METODO RACIONAL (METODO EMPIRICO).............................................5

3.2 DRENAJE SUPERFICIAL...................................................................................5

3.3 ALCANTARILLAS...............................................................................................6

3.4 TIPOS DE ALCANTARILLAS............................................................................7

4. FLUJOS DE CONTROL DE ENTRADA Y SALIDA...........................................10

4.1 CONTROL DE ENTRADA................................................................................10

4.2 CONTROL DE SALIDA.....................................................................................11

5. PROCESO DEL CALCULO DE DRENAJE TRANSVERSAL..........................12

5.1 PASOS PARA EL DISEÑO DE ALCANTARILLAS......................................12

5.2 CALCULO DEL CAUDAL DE DISEÑO..........................................................13

5.3 DISEÑO HIDRAULICO DE LAS ALCANTARILLA....................................21

5.4 ALCANTARILLA DE TUBERIA DE HORMIGON......................................23

5.5 ALCANTARILLA ( DUCTO CAJON).............................................................33

6. CUADRO DE RESUMEN........................................................................................38

7. CONCLUSIONES.....................................................................................................39

8. RECOMENDACIONES...........................................................................................39

2
 INTRODUCCION

El presente proyecto trata sobre el drenaje superficial y consiste en el diseño

hidráulico de alcantarillas (drenaje transversal) en el tramo de vía ubicado en el sector
Las Balsas de la Provincias del Guayas, en el proyecto se aplicará criterios hidráulicos e
hidrológicos en base a las especificaciones y Normas NEVI-12. Nuestra área de estudio
es un camino vecinal y está conformada por zonas de cultivos.

La necesidad del drenaje superficial se justifica en zonas donde los factores

climáticos, las condiciones hidrológicas, las características de los suelos, la topografía y
la utilización de la tierra, dan lugar a que el agua permanezca inundando la superficie
del suelo, durante un tiempo superior al que los cultivos pueden soportar sin manifestar
serios efectos sobre los rendimiento y/o sobrevivencia.

3
2. OBJETIVOS

2.1 OBJETIVO PRINCIPAL

Diseñar una alcantarilla utilizando las normas NEVI-12, la ayuda de software como
AUTOCAD, ARGIS y criterios necesarios para así tener un dimensionamiento optimo
que permita el buen funcionamiento de la alcantarilla y así optimizar gastos en su
construcción.

2.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS

 Definir el punto de interés en el mapa teniendo en cuenta parámetros físicos e

hidrológicos.

 Delimitar la cuenca hidrográfica para obtener parámetros físicos como el área y

el perímetro.

 Calcular el caudal de diseño mediante el método Racional.

 Establecer las secciones y dimensiones que funcionaran como drenaje

superficial en la alcantarilla de tubería de hormigón y ducto cajón.

 Determinar la profundidad normal (dn) y la profundidad critica(dc) para poder

evaluar en que régimen se encuentra la alcantarilla.
 Analizar las condiciones de entrada y de salida de la alcantarilla en base a los
parámetros hidráulicos calculados y evaluar su funcionamiento que puedan
definir si la alcantarilla trabajara con control de entrada o salida.

4
3. MARCO TEORICO

3.1 METODO RACIONAL (METODO EMPIRICO)

Este método propuesto por Mulvaney en 1850, ha tenido y tiene bastante aplicación
para estimar el caudal de diseño en cuencas urbanas y rurales pequeñas, debido a su
evidente lógica, aun cuando tiene limitaciones teóricas. Ha sido recomendado para
cuencas del orden de 1.000 ha, (10 km2) pero se reportan casos de aplicación a cuencas
del orden de 3.000 ha. (30 km 2); en consecuencia, la aplicación de este método se
limitará a cuencas cuyas áreas no superen las 2.500 ha. (25 km 2). Si el área de la cuenca
supera los 15 km2 se recomienda subdividir el área aportante en zonas homogéneas.

Este método establece que el caudal máximo es proporcional a la lluvia de diseño y

al tamaño de la cuenca aportante. Es decir, el caudal máximo asociado a un determinado
período de retorno se calcula con la siguiente expresión:
C∗I∗A
Q=
3.6

Donde:
Q: caudal en m3/s
C: coeficiente de escorrentía
I: Intensidad de la lluvia de diseño en mm/h
A: Área aportante en Km2

3.2 DRENAJE SUPERFICIAL

 El drenaje superficial se considera longitudinal o transversal, según la posición que las
obras guarden con respecto al eje del camino.

  El drenaje longitudinal tiene por objeto captar los escurrimientos para evitar que
lleguen al camino o permanezcan en él, causando desperfectos. De este tipo de drenaje
son las cunetas, contracunetas, bordillos y canales de encauzamiento. Se llama drenaje
longitudinal porque se sitúa más o menos paralelos al eje del camino.

5
  El drenaje transversal da paso expedito al agua que cruza de un lado a otro del
camino, o bien retira lo más pronto posible de la corona, como tubos, losas, cajones,
bóvedas, lavaderos, vados, sifones invertidos, puentes y el bombeo de la corona.

 De acuerdo con la dimensión del claro de las obras de drenaje transversales, se ha
convenido dividir al drenaje en mayor y menor. El drenaje mayor requiere de obras con
un claro superior de 6 m. A las obras de drenaje mayor se les denomina puentes y a las
del drenaje menor, alcantarillas.

3.3 ALCANTARILLAS

Las alcantarillas son conductos de drenaje de longitud corta, ubicados en las

intersecciones de la red natural de drenaje (quebradas, arroyos, ríos) con las redes de
transporte (carreteras, caminos, vías de ferrocarril, etc.). Las alcantarillas son mucho
más pequeñas que los puentes; por consiguiente, hay un mayor número de ellas.

Generalmente se utilizan como pasos a través de terraplenes, por lo cual quedan

muchas veces enterradas, detectándose su presencia por (cabezales que asoman en cada
extremo por una cierta prolongación de la misma alcantarilla), La dimensión de sus
aberturas son definidas en función del caudal de las aguas que atravesaran.

El flujo en una alcantarilla depende de lo siguiente:

 El tamaño y la forma de la sección transversal,

 La pendiente de fondo,
 La longitud del conducto,
 La rugosidad, y
 Las características de la entrada y de la salida.

El flujo puede ser de uno de los siguientes tipos:

a. De superficie libre (flujo en canal).

b. De conducto cerrado (flujo en tubería).
c. De superficie libre en una fracción de su longitud y conducto cerrado en la otra
fracción.

6
3.4 TIPOS DE ALCANTARILLAS

ALCANTARILLAS EN BOVEDA MACIZA O DE CONCRETO ARMADO

Son estructuras que resisten grandes rellenos encima de su techo. Casi siempre
formadas por secciones de espesores variables y con geometría de arcos circulares o
parabólicos, en la fotografía se puede observar este tipo de alcantarillas.

ALCANTARILLAS METALICAS

Especialmente utilizadas cuando el relleno es de mediana altura y de solución muy

interesante cuando el terreno de fundación es malo, están formadas por tubos metálicos
prefabricados o chapas acanaladas de acero galvanizado. Funcionan como estructuras
elásticas ó flexibles, por lo cual se adaptan a las presiones del relleno que soportan.

Se recomienda que el relleno mínimo sobre las alcantarillas metálicas sea de 60 cm. y
pueden soportar el paso de grandes cargas rodantes sobre la calzada.

7
ALCANTARILLAS CIRCULARES O TUBOS DE HORMIGON SIMPLES Y
ARMADOS

cuando las corrientes de agua son reducidas, se les da paso mediante alcantarillas
formadas por tubos. Para pequeños diámetros es suficiente fabricarlos con mezcla
húmeda de cemento y arena

Son tubos enterrados, generalmente de diámetros no menores de 90 cm, para facilitar

su limpieza y la economía, cuidando también que no sean tubos de diámetros grandes ya
que son muy costosos

Para terraplenes destinados a vías férreas se aceptan tubos en hormigón simple hasta
0.8 metros. de diámetro, siempre que sobre el tubo el relleno sea superior a 3 m. y si el
terreno es malo se debe colocar una capa de hormigón y a veces inclusive revestir el
tubo con ella.

Pasados los 0.8 m. de diámetro se debe emplear tubos de hormigón armado, porque
aparecen tensiones de tracción tanto en la fibra interior como en la exterior, por lo que
se dispone armadura anular en ambas caras de la pared del tubo con armadura de
distribución longitudinal.

8
 Pruebas realizadas para las mismas condiciones de carga y diámetro de tubo sobre
alcantarillas rígidas que corresponden al caso anterior y alcantarillas flexibles que son
fabricadas con plancha metálica muestran las presiones de la figura, es decir que al
parecer las flexibles son las que mejor se acomodan al terraplén, sin embargo, para la
elección final se debe relacionar costos

ALCANTARILLA CAJON

Cuando la altura del relleno es pequeña o nula la solución normal puede ser un
sistema a porticado o el uso de secciones cajón.

Son empleadas frecuentemente para luces que no llegan a los 10 metros, pero si el
terreno de fundación es de mala capacidad puede alcanzar luces hasta de 12 metros,
están formadas por dos paredes laterales, una tapa y fondo, generalmente de sección
constante y a veces presentan unas cartelas en las esquinas.

9
4. FLUJOS DE CONTROL DE ENTRADA Y SALIDA

Las profundidades de flujo aguas arriba y aguas abajo determinan si la alcantarilla

está fluyendo parcial o totalmente llena. La profundidad de flujo aguas arriba, por
encima de la base o fondo en la entrada de la alcantarilla, es denominada Profundidad
aguas arriba. La profundidad de flujo aguas abajo, por encima de la base o fondo en la
salida de la alcantarilla, es denominada Profundidad Aguas Abajo.

4.1 CONTROL DE ENTRADA

El flujo en una alcantarilla se encuentra bajo control en la entrada cuando la

descarga depende sólo de las condiciones en la entrada. Por ejemplo, asúmase una
alcantarilla circular de diámetro D, longitud L, pendiente de fondo S, profundidad aguas
arriba HW y profundidad aguas abajo TW.

El primer paso es calcular la profundidad normal yn y la profundidad crítica yc en el

conducto, para ello se examinan las siguientes condiciones:

 Si yn < yc, el flujo es supercrítico y la profundidad aguas abajo no afecta a las

condiciones aguas arriba. Por lo tanto, la profundidad aguas arriba está
exclusivamente controlada por las condiciones en la entrada:

 Si el flujo es supercrítico y TW > yn, puede ocurrir un salto hidráulico en algún

lugar del conducto

10
 El control en la entrada ocurre cuando la alcantarilla es capaz de conducir más flujo
que el permitido por el orificio de entrada. La sección de control se sitúa precisamente
en la entrada. El flujo pasa de profundidad crítica en la sección de control a supercríticas
aguas abajo de la misma.

4.2 CONTROL DE SALIDA

El control en la salida ocurre en las siguientes condiciones:

 Cuando la profundidad aguas abajo TW es: TW > 1.2 D; es decir, para un nivel
alto de la superficie de agua. En este caso, la alcantarilla está completamente
sumergida, lo cual se asemeja a un flujo en conducto cerrado. El nivel aguas
arriba puede calcularse usando la ecuación de la conservación de la energía. El
nivel aguas arriba está determinado por la elevación del nivel aguas abajo y las
características de fricción de la alcantarilla.

 Cuando la entrada y la salida se encuentran sumergidas

 Cuando la pendiente de la alcantarilla es suave (flujo subcrítico) y tanto el nivel

aguas arriba como el nivel aguas abajo son menores que el diámetro de la
alcantarilla (HW < D; TW < D). En este caso, el procedimiento más apropiado
es calcular el perfil de la superficie del agua.

11
5. PROCESO DEL CALCULO DE DRENAJE TRANSVERSAL.

En el trabajo del drenaje transversal analizaremos 2 tipos de alcantarilla:

 Alcantarilla de tubería de hormigón.

 Alcantarillas ducto cajón.

5.1 PASOS PARA EL DISEÑO DE ALCANTARILLAS

 Recolectar los datos de diseño:

 Descarga o gasto,
 Elevación del nivel aguas abajo, y
 Pendiente del conducto.
 Elegir el tipo y características de la alcantarilla:
 Forma de la sección transversal (circular, cuadrada, rectangular, con
arco),
 Dimensiones (diámetro, si es circular),
 Longitud del conducto,
 Tipo de material (concreto, acero corrugado, aluminio corrugado,
mampostería de piedra), y
 Tipo de entrada (con esquinas rectas o esquinas redondeadas).
 Determinar el tipo de control predominante (entrada o salida), basado en: (a) la
elevación del nivel aguas arriba, (b) la elevación del nivel aguas abajo, (c) el diámetro, y
(d) la pendiente.
 Si el control es en la entrada, calcular la elevación del nivel aguas arriba
requerida para permitir pasar el gasto de diseño en forma óptima.
 Si el control es en la salida, calcular la elevación del nivel aguas arriba
requerida, usando: (a) la ecuación de conservación de la energía, o (b) el cálculo del
perfil de la superficie del agua.
 Si la elevación calculada del nivel aguas arriba es mayor que la permitida, elegir
una alcantarilla de mayor tamaño y repetir el proceso de cálculo.

12
 En algunos casos, no es posible predeterminar el tipo de control. En este caso, se
recomienda hacer los dos cálculos. El tipo de control adoptado será aquél que resulte en
una mayor elevación del nivel aguas arriba.

5.2 CALCULO DEL CAUDAL DE DISEÑO

 Ubicamos nuestro punto de interés en base a lo establecido en clases.

 Se procedió a delimitar la cuenca y obtener datos como el área y el perímetro

A= 1.88 Km2

P= 7.22 Km

 Características de la cuenca hidrográfica

Se procedió a determinar:
 La longitud del curso de agua principal.
 La pendiente del curso de agua principal.
 El tiempo de concentración

13
Longitud: 2582.0277m (2.58km)
Cota max = 374.48m Cota min= 142.81m
Pendiente: 0.0897 m 8.97%

TIEMPO DE CONCENTRACION
Método de Kirpich

0.77
L
T c =0.066∗ ( )
√S
=20.79min

L= longitud del cauce más largo en km.

S= pendiente media de la cuenca en m/m.
Tc= tiempo de concentración expresado en min.

Método California
0.385
L3
T c =0.0195∗ ( )
H
=20.88 min

L= longitud del cauce más largo en m.

H= diferencia de nivel entre la divisoria de agua y la salida.

14
Tc= tiempo de concentración expresado en min.

Método de Chereque
0.385
0.871∗L3
T c=( H ) =20.89 min

L= longitud del cauce más largo en km.

S= diferencia de nivel entre la divisoria de agua y la salida.
Tc= tiempo de concentración expresado en min.

Promediando los tiempos de concentración tenemos: Tc= 20.86 min

 Definimos la ecuación de la curva idf según la zona en la que se encuentra

nuestro proyecto.

15
Promediando los tiempos de concentración tenemos: Tc= 20.86 min

La estación pluviométrica más cercana se encuentra en la zona 26 (M0056)

Según nuestro tiempo de concentración usaremos la ecuación 1 porque el Tc calculado
es 5 < 30

DESARROLLO PARA EL CALCULO DEL CAUDAL DE DISEÑO

1) Definimos el área aportante que fue determinado en el avance 2.

A= 1.88 km2

2) Asumimos un coeficiente de escorrentía

En nuestro proyecto nos encontramos con zonas de cultivo (0.20 – 0.40). Por lo
tanto, adoptaremos un C= 0.20

Este valor asumido de coeficiente de escorrentía se lo multiplica por un factor de

1.20 porque nuestro periodo de retorno es de 50 años.

C= 0.20* 1.20=0.24 C= 0.24

16
3) Calculamos la intensidad de la lluvia de diseño
En base a la zona en la que se encuentra el proyecto, definimos que vamos a usar la
ecuación #1 que es la siguiente.

i=135.7748∗T 0.2169∗tc −0.3063

Donde:
T: Periodo de retorno en años.
tc: tiempo de concentración en minutos.

Obtenemos el periodo de retorno en base a la ubicación de nuestro proyecto.

TABLA 2B.202-02

17
Como se puede ver en la imagen el tipo de vía del proyecto es un camino, entonces para
alcantarillas (S > 2 M2) , el periodo de retorno( Diseño) será de
TR= 50 años.
Con todos estos datos procedemos a calcular la intensidad de la lluvia, para lugar
obtener nuestro caudal de diseño.

i=135.7748∗T 0.2169∗tc −0.3063

i=135.7748∗50 años0.2169∗20.86 min−0.3063

i=125.09 mm/h

Se procede a calcular el caudal de diseño:

C∗I∗A
Q=
3.6

mm
0.24∗125.09 ∗1.88 km2
h
Q=
3.6

Q=15.68 m 3/s

18
DEFINIR LA COTA MÍNIMA DEL CAUCE Y COTA DEL CAMINO

Cota del camino =145.81

Cota min de cauce= 142.81

Para poder hipotizar una altura entre cotas y así obtener una cota del camino tomo a
consideración lo siguiente:
El espesor de la losa inferior y superior de la alcantarilla.
El tirante
Una altura mínima de 0.80m entre la losa superior y el camino.

Po ello Asumo una altura h= 3.00 m entre cotas.

 HIPOTIZO UNA SECCION TIPO

El ancho del camino de nuestro proyecto es:
a= 3.80 m, por ello asumo un ancho= 4.00 m. Por lo tanto, la vía será clasificada
como tipo V

19
La sección tipo para un camino con un ancho= 4.00 m según el manual de diseño
geométrico de carretera 2003 es:

20
5.3 DISEÑO HIDRAULICO DE LAS ALCANTARILLA

Teniendo los valores del caudal, pendiente del cauce principal y demás valores
necesarios para el diseño de la alcantarilla, se empleará la formula empírica de Manning
que tiene la siguiente expresión:

A
Q= ¿
n
Donde
Q= Caudal de diseño
n= Coeficiente de rugosidad
Rh= Radio Hidráulico
S= Pendiente

DATOS IMPORTANTES PARA EL DISEÑO HIDRAULICO

Caudal Q= 15.68 m3/s
Rugosidad en el hormigón n= 0.012
Pendiente media del cauce: 0.0897 m
Rugosidad en el cauce según la siguiente tabla es n: 0.024

Se considera 1m de refugio adicional en cada extremo de la vía

Altura del fondo del cauce a la cota de la carretera (H): 3.0 m
L= [Ancho de vía +(2*H*Z)]
L=6m+(2*3.0*1.5) m
L=15 m
Pendiente del canal = 0.01
Altura entre cotas H= 3.00 m

21
 Hipotizo que la parte del rio es una sección trapezoidal (según el ancho del rio), el
valor de la solera será:

Por ello asumo una para el diseño de B= 3.20 m

ESQUEMA GENERAL EN CORTE DE LA ALCANTARILLAS

3.20m

H = 3.00m 1.5
Canal aguas arriba
Alcantarilla
S = 0.0897
S = 0.01 Canal aguas abajo
S = 0.0897
L = 15.00m

22
5.4 ALCANTARILLA DE TUBERIA DE HORMIGON

Se analizará una alcantarilla con sección trapezoidal y para la tubería una sección
circular.

SECCION TRAPEZOIDAL

Área del canal

( θ−senθ ) D2
A=
8

Radio Hidráulico
senθ D
Rh= 1− ( θ 4 )
Espejo de Agua
θ
(
T = sen D
2 )
T =2 √ d ( D−d )

CALCULO DEL TIRANTE NORMAL Y CRITICO DE LA SECCION

TRAPEZOIDAL
DATOS
Q= 15.68 m3/s
B= 3.20 m
So= 0.0897
n= 0.024
Talud 1.5: 1

23
NOTA: Se considera los mismos datos aguas arriba como aguas abajo

2
Qn 3
Usando la ecuación de Manning: 1
=A R
2
S
Reemplazando:
2
Qn bd+ md 2

S2
1
=(bd +md 2 )¿
( b+2 d √1+m
2 ) 3

2
15.68(0,024) 3,2 d +1,5 d 2
1
(0,0897) 2
=(3,2d +1,5 d )¿ 2
(
3,2+2 d √ 1+1,52 ) 3

Usamos el método de iteración para determinar el valor del tirante normal (dN)
1.256=1.254
dN = 0,55

24
  Determinar el tirante critico

Q 2 A3
=
g T
Reemplazando
2 3
Q 2 ( bd +m d )
=
g b+2 md
2 3
15.682 ( 3,2 d +1,5 d )
=
9,81 3,2+2∗1,5 d
Iterando
25.06=25.06
dc= 1.12 m

dc> dn (Régimen supercrítico)

CALCULO DEL TIRANTE NORMAL Y CRITICO DE LA SECCION

CIRCULAR
DATOS
Hipotizamos una tubería de hormigón ɸ=1900 mm
Q= 15.68 m3/s
B= 3.20 m
So= 0.01
n= 0.012
Talud 1.5: 1

NOTA: En una primera instancia se había hipotizado el diámetro mínimo de 1200mm,

pero no cumplía la condición de altura de agua en la entrada, asi que se fue aumentando
el diámetro hasta llegar al diámetro del proyecto D= 1900mm
Que para el diseño fue el más recomendable, por consiguiente, tendremos 2 tuberías de
hormigón ɸ=1900 mm.

15.68 m3/ s
Q= =7.84 m 3/s
2

25
Área del canal
( θ−senθ ) D2
A=
8

Radio Hidráulico
senθ D
Rh= 1− ( θ 4 )
Espejo de Agua
θ
(
T = sen D
2 )
 Tirante Normal

Qn ( θ−senθ ) D2 senθ D
2

S
1
2
=
8 ((
¿ 1−
θ 4 ) ) 3

7.84(0.012) (θ−senθ ) 1.92 senθ 1.9

2

1
0.01 2
=
8 ((
¿ 1−
θ 4 ) ) 3

0.948=0.948

θ=3.25

2d
(
θ=2cos−1 1−
D )
2d
3.25=2cos−1 1− ( 1.9 )
Iterando
3.25=3.25
dN = 1.0 m

26
  Tirante Critico
Q 2 A3
=
g T
Reemplazando
2 3
( θ−senθ ) D
Q 2
=
[ 8 ]
g θ
(
sen D
2 )
3
( θ−senθ ) 1.92
7.842
=
[ 8 ]
9,81 θ
(
sen ∗1.9
2 )
Iterando
6.265=6.265

θ=¿4.07

4.07
(
T = sen
2 )
∗1.9

T =1.70

T =2 √ d (D−d )
1.70=2 √ d (2,2−d)

dc= 1.376 m

dc> dn (Régimen supercrítico)

ANÁLISIS DE CONTROL DE ENTRADA

Características
 Tubería de hormigón D=1.9 m
 Q= 7.84 m3/s
 Hipotizamos entrada con aristas redondeadas

El He máximo para la verificación será relacionado para diseño de cauce naturales, es

decir, D+0.30 para tuberias y H+0.30 para ductos cajones.

27
Usamos el nomograma 2B.202-05 que permite calcular la carga hidráulica a la entrada
para tubos circulares de hormigón conocidas las condiciones de entrada, tamaño y
caudal de diseño.

28
 Figura 2B.202-05 Alcantarillas de tubería de hormigón con control de entrada

La relación He/D= 1,10

He=1,10 x 1.9
He= 2.10

29
Comprobación
He < D + 0.30= 1.9+0,3=2,20
2.10 < 2.20 Cumple Control de Entrada

ANÁLISIS DE CONTROL DE SALIDA

El nivel de la corriente inmediatamente aguas abajo de la salida se encuentra por
debajo del dintel de la alcantarilla.

Caso C

Si planteamos la ecuación de energía entre la entrada y la salida de la alcantarilla,

resulta una ecuación general del tipo:
H e =H + H 1+ Li
Donde:
He = nivel a la entrada
H1= nivel a la salida
H = energía empleada en la obtención de energía de velocidad a la salida, mas la
perdida por fricción y pérdidas a la entrada.
L = Longitud del conducto
i = pendiente del conducto
Para el análisis caso C, Solo conocemos el término Li
Para la estimación de H1, que representa el nivel de agua a la salida, se adopta el mayor
entre:
a) Hs, que es el nivel de agua a la salida cuando es conocido, y
b) El promedio entre hc y D. O sea:

30
hc + D
2
Donde:
 hc es el tirante crítico para el caudal de diseño.
 D es el diámetro o altura de la alcantarilla.

Hipotizamos en la salida una obra con aletas y campana al extremo Ke=0,2

Q=7.84 m3/s
L=15m

31
H=0,49m

32
 ( dc2+ D )
H 1=max Hs;

1.12+1.9
H 1=max ( 1,376 ; )
2
H 1=max ( 1,376 ; 1,46 )
H 1=1,46 m

H e =H + H 1−Li
H e =0,49+1,46−15 ( 0,01 )
H es =1,80m
Verificando
H es < D+ 0,3
1,8<2,20 cumple control de salida

He E > HeS

2.10 > 1.80 Alcantarilla con tubería de hormigón rige control de entrada

COMPROBACIÓN DE VELOCIDAD (VMAX = 2M/S)

2 1
1 3
V = ∗ ( Rh ) ∗So 2
n

V =2.88 m/ s ≥Vmax =2 m/s

NO CUMPLE

Se recomienda realizar obras de protección como enrocados para evitar que la

alcantarilla se desgaste más rápido.

33
5.5 ALCANTARILLAS ( DUCTO CAJON)

Parámetros para el diseño

Q= 7.84 m3/s
n=0,012
S=0,01
Área del canal
A=bd

Radio Hidráulico
bd
R=
b+ 2 d

Espejo de Agua
T =b

Análisis de los elementos hidráulicos del ducto cajón

Tirante normal
2
15.68(0,012) 2.5 d
0,01 1 /2
=2.5 d (
2.5+2 d ) 3

1.88=1.88
d N =1.08
Tirante critico
Q 2 A3
=
g T
Reemplazando
3
Q2 ( b d c )
=
g b
3
15.68 ( 2.5 d c )
2
=
9,81 2.5
dc= 1,59 m dc> dn (Régimen supercrítico)

ANÁLISIS DE CONTROL DE ENTRADA

Características
 Ducto Cajón de Hormigón
 Entrada con aristas redondeadas
 Q= 15.68 m3/s
 B= 2.5 m
 H=2.5 m

34
Usamos el nomograma 2B.202-06 que permite calcular la carga hidráulica a la entrada
para Ductos Cajón
Q 15.68 m3 /s
=
B 2,5 m
Q m3
=6.27
B m.s

Figura 2B.202-11 Alcantarillas de cajón con control de entrada

La relación He/D (columna 2) = 1,08

35
He=1,08 x 2,5 m
He= 2.5 m
Comprobación, debido a que es un canal natural Hmax= H+0,30
He < Hmax; Hmax=2.5 +0,3 =2,8
He < Hmax
2.5m < 2.8 m Cumple Control de Entrada

ANÁLISIS DE CONTROL DE SALIDA

El nivel de la corriente inmediatamente aguas abajo de la salida se encuentra por debajo
del dintel de la alcantarilla Caso C

Con la ecuación de energía entre la entrada y la salida de la alcantarilla

H e =H + H 1+ Li
Para la estimación de H, se utilizan usando los nomogramas
Usando la figura 2B.202-12
Q= 15.68 m3/s
L=15 m
Hipotizamos en la salida una obra con aletas y campana al extremo Ke=0,2

Sección transversal= 2.5x2,5

36
 Figura 2B.202-11 Alcantarillas de cajón con control de salida n = 0,012

H=0,41m

( dc2+ H )
H 1=max Hs;

1.12+2.5
H 1=max ( 1,59; )
2

37
H 1=max ( 1,59 ; 1,81 )
H 1=1,81

H e =H + H 1−Li
H e =0,41+1,81−15 ( 0,01 )
H es =2.05

VERIFICANDO
H es < H + 0,3
2.05<2,8 Cumple Control de salida

He E > HeS

2.5 > 2.05

Alcantarilla (ducto cajón) rige con control de entrada

Comprobación de velocidad (Vmax = 2m/s)

2 1
1 3
V = ∗ ( Rh ) ∗So 2
n

V =3.22m/s ≥Vmax=2m/ s

NO CUMPLE

Se recomienda realizar obras de protección como enrocados para evitar que la

alcantarilla se desgaste más rápido.

38
6. CUADRO DE RESUMEN

VARIABLES DATOS UNIDADES

Área 1.88 Km2
Perímetro 7.22 km
Longitud del cauce 2.58 km
principal
Cota mínima 374.48 m
Cota máxima 142.81 m
Pendiente del cauce 8.97 %
Tiempo de 20.86 min
concentración
Periodo de retorno 50 años

Coeficiente de 0.24
escorrentía
Intensidad de la lluvia 125.09 mm/h
Caudal de diseño 15.68 m3/s
Cota inferior del cauce 142.81 m
Cota superior del 145.81 m
camino
Ancho de vía 4.00 m
Ancho de plantillas 3.20 m
(base)
Diferencia de altura (H) 3.00 m
Diámetro de la 1900 mm
alcantarilla
Longitud de la 15.00 m
alcantarilla
Dimensiones del ducto 2.5 x 2.5 m
cajon

7. CONCLUSIONES

39
 1. Se realizó un estudio hidrológico en una cuenca hidrográfica de 1.88 Km 2 de
superficie y una pendiente promedio de 0.0897 m/m ubicada en la zona 26
(M0056) según el mapa de intensidades de precipitación.

2. Mediante los parámetros hidrológicos se calculó el Caudal de diseño de 15.68

m3/s el cual resulta un valor racional con respecto a la zona estudiada.

3. En el prediseño se empleó el diámetro mínimo de D=1200mm, pero no cumplía

la condición de altura de agua en la entrada, así que se fue aumentando el
diámetro hasta llegar al diámetro del proyecto D= 1900mm.

4. En el diseño hidráulico se determinó que la alcantarilla funciona parcialmente

llena con un flujo de régimen supercrítico.

5. Se determinó que ambas alcantarillas, la de sección tubular de 1900 mm de

diámetro y la sección ducto cajón de 2.5x2.5 m, cumple con las especificaciones
de la norma NEVI – 12. Se evaluó el funcionamiento hidráulico y se tiene que
ambas funcionan con control de entrada.

8. RECOMENDACIONES

1. La velocidad de diseño resulta muy elevada, de 2.88 y 3.22 m/s superando el

límite de 2 m/s, lo cual puede provocar erosión en la alcantarilla, por lo
tanto, se deben instalar obras de protección como enrocados para evitar que
la alcantarilla se desgaste más rápido.

2. Se recomienda realizar visitas de campo para conocer la condición real en la

que se encuentra la zona de estudio y así comprobar la información obtenida
por el software empleado.

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