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Informe 2 Alcantarilas

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Universidad Ricardo

Palma
Escuela Académico Profesional de
Ingeniería Civil
Facultad de Ingeniería

TALLER DE OBRAS HIDRÁULICAS

Docente: Ing. Calderon Rufasto,


Jacinto Cornelio

Integrantes:
 Andia Alvarez, Giancarlo Enrique 201321128
 Ramos Ortiz, Jorge 201320666
 Saavedra Ruiz, Felix Danko 201321096
 Cordova Vargas, Victor 201121149

Tema:
Laboratorio 2: Alcantarillas

Fecha de entrega:
9 de julio del 2020
2020-I

CONTENIDO
1
1. Introducción 3

2. Objetivos 4

3. Marco teórico 5

4. Recursos 12

5. Procedimiento experimental 13

6. Memoria de cálculo 14

7. Modelamiento en HEC-RAS 17

8. Conclusiones 21

9. Recomendaciones 22

10.Referencia bibliográfica 26

1. INTRODUCCIÓN

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En el presente informe mediante experimentos reales y la recolección de
datos, podremos calcular el coeficiente de rugosidad del canal de pendiente
variable con los datos obtenidos en el laboratorio central de hidráulica
donde colocaremos un modelo de alcantarillado y observar el
comportamiento del agua con caudales definidos y una pendiente dada por
el docente.
Trataremos de demostrar la optimización del diseño rectangular para el
comportamiento del flujo dentro de una alcantarilla,
El canal hidráulico del laboratorio representará un canal artificial donde las
rugosidades son conocidas y estas se verán afectadas por el modelo de
alcantarillado de dimensión establecida y uniforme durante el tramo.
Posteriormente se usará el software HEC RAS como experimento
matemático con el fin de calibrar los resultados y verificar el ajuste de las
fórmulas empleadas para el diseño de obras hidráulicas
Las alcantarillas poseen muchas aplicaciones dentro del campo de la
ingeniería civil (puentes, badenes, alcantarillas, etc); permitir el acceso y la
circulación interna del flujo además de restringir el paso del agua, dejando
solo pasar un caudal máximo igual a su capacidad máxima. En estas
condiciones la alcantarilla también cumple una función reguladora, por lo
que esta opción se aplica en obras de retención.

3
2. OBJETIVOS

Objetivo general

 Analizar el comportamiento del flujo a través de un modelo


experimental y matemático para poder diseñar alcantarillas
rectangulares la cual permita el rápido desalojo de aguas de lluvia
para evitar daños en carreteras.

Objetivos específicos

 Comparar la modelación física de una alcantarilla con la modelación


numérica mediante el programa HEC-RAS para verificar el ajuste de
fórmulas.

 Definir las características de flujo en la alcantarilla modelada.

 Verificar el régimen del flujo de cada sección.

 Determinar la sección trasversal y longitudinal del canal con sus


respectivos tirantes para cada caudal en el software Hec-Ras.

 Determinar experimentalmente el coeficiente de Manning del canal


del laboratorio para obtener y observar su cambio de velocidades a
través del canal.

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3. MARCO TEÓRICO

Una alcantarilla es un canal cubierto de longitud relativamente corta


diseñado para conducir el agua a través de un terraplén (por ejemplo,
carreteras, vías de ferrocarril, presas). Es una estructura hidráulica que
puede conducir aguas de creciente, aguas de drenaje, corrientes naturales
por debajo de la estructura de relleno en tierras o en rocas.

Desde el punto de vista hidráulico, es importante si la alcantarilla fluye


llena o no.

El alcantarillado pluvial tiene como su principal función el manejo, control


y conducción adecuada de la escorrentía de las aguas de lluvia en forma
separada de las aguas residuales. Y llevarla o dejarla en sitios donde no
provoquen daños e inconvenientes a los habitantes de las ciudades. Es una
obra necesaria para permitir el acceso y la circulación interna del flujo y
externa de vehículos y animales. La solución alternativa y más costosa es la
ejecución de un puente de hormigón armado.

Un sistema de alcantarillado pluvial está constituido por una red de


conductos, estructuras de captación y estructuras complementarias. Su
objetivo es el manejo, control y conducción de las aguas pluviales que caen
sobre las cubiertas de las edificaciones, sobre las calles y avenidas, veredas,
jardines, etc. evitando con ello su acumulación o concentración y drenando
la zona a la que sirven. De este modo se mitiga con cierto nivel de
seguridad la generación de molestias por inundación y daños materiales y
humanos.

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a) Alcantarillado Pluvial Particular.

A este tipo de alcantarillado se le considera como la red de instalaciones


pluviales que se encuentran dentro de un predio, finca o edificio, que capta
y conduce los escurrimientos pluviales que se generan dentro del mismo
hasta disponerles en UN SISTEMA DE INFILTRACIÓN, RETENCION
Y/O DETENCION, así como de algún canal o tubería dentro de los límites
de la propiedad, de acuerdo a las condiciones particulares del proyecto.

b) Alcantarillado Pluvial General Particular.

Este alcantarillado es la red que capta y conduce los escurrimientos de las


aguas pluviales que ocurren dentro de las áreas comunes de los conjuntos
habitacionales, centros comerciales, industriales, deportivos, de servicios,
fraccionamientos privados, etc., hasta disponerlos en un SISTEMA DE
INFILTRACIÓN, RETENCION Y/O DETENCION, así como de algún
conducto como canal o tubería dentro de los límites de la propiedad y de
acuerdo a las condiciones particulares del proyecto.

c) Alcantarillado Pluvial Municipal.

Es el sistema o red que recolecta y conduce las aguas pluviales que


escurren en su gran mayoría sobre la ciudad y zona metropolitana,
disponiéndolas en estructuras de infiltración, filtración, retención,

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detención y/o conduciéndolas mediante canales o tuberías hasta descargar a
los cuerpos de agua naturales existentes.

Componentes del Sistema de Alcantarillado Pluvial.

Los componentes principales de un sistema de alcantarillado pluvial según


su función son los siguientes:

a) Estructuras de captación: Recolectan las aguas a transportar; en los


sistemas de alcantarillado pluvial se utilizan sumideros o coladeras
pluviales (también llamados comúnmente bocas de tormenta), como
estructuras de captación, aunque también pueden existir conexiones
domiciliarias donde se vierta el agua de lluvia que cae en techos y patios.
En general se considera que los escurrimientos pluviales también son
captados por las vialidades, vados, cunetas, contra cunetas además de las
coladeras pluviales o bocas de tormenta, para ser encauzados hacia las
instalaciones de drenaje pluvial.

b) Estructuras de conducción: Transportan las aguas recolectadas por las


estructuras de captación hacia sitios de tratamiento o vertido. Representan
la parte medular de un sistema de alcantarillado y se forman con conductos
cerrados y abiertos conocidos como tuberías y canales, respectivamente.

c) Estructuras de conexión y mantenimiento: Facilitan la conexión y


mantenimiento de los conductos que forman la red de alcantarillado, pues
además de permitir la conexión de varias tuberías, incluso de diferente
diámetro o material, también disponen del espacio suficiente para que un
hombre baje hasta el nivel de las tuberías y maniobre para llevar a cabo la

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limpieza e inspección de los conductos; tales estructuras son conocidas
como pozos de visita.

d) Estructuras de descarga: Son estructuras terminales que protegen y


mantienen libre de obstáculos la descarga final del sistema de
alcantarillado, pues evitan posibles daños al último tramo de tubería que
pueden ser causados por la corriente a donde descarga el sistema o por el
propio flujo de salida de la tubería.

e) Estructuras complementarias: Se consideran dentro de este grupo a todas


aquellas estructuras que en casos específicos forman parte de un sistema de
alcantarillado pluvial, para resolver un problema determinado, y que
resultan importantes para el correcto funcionamiento del sistema. Tales
como:

(1) Estructuras de retención.

(2) Estructuras de detención.

(3) Estructuras de infiltración.

(4) Estructuras de filtración.

(5) Estructuras de limpieza, remoción y medición.

f) Disposición final: La disposición final de las aguas captadas por un


sistema de alcantarillado no es una estructura que forme parte del mismo,
sin embargo, representa una parte fundamental del proyecto de
alcantarillado. Su importancia radica en que si no se define con
anterioridad a la construcción del proyecto el destino de las aguas
residuales o pluviales, entonces se pueden provocar graves daños al medio

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ambiente e incluso a la población servida o a aquella que se encuentra cerca
de la zona de vertido.

Un sistema de alcantarillado puede ser diseñado para diversos propósitos:

a) Puede dejar pasar toda el agua que llega a la alcantarilla sin ningún tipo
de retención.

b) Puede restringir el paso del agua, dejando solo pasar un caudal máximo
igual a su capacidad máxima. En estas condiciones la alcantarilla también
cumple una función reguladora, por lo que esta opción se aplica en obras de
retención con descargas semipermanentes.

c) Permite la instalación de los instrumentos hidráulicos de aviso y control


de escurrimientos, propios de la investigación científica.

Partes de una alcantarilla

Una alcantarilla consta de 6 partes principales:

1) Bocatoma: entrada o abanico, ( inlet)

2) Barril: cuerpo central o garganta

3) Difusor: salida o abanico de expansión, ( oulet)


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4) Batea: es el fondo del barril o cuerpo central.

5) Corona o Clave: es el techo del cuerpo central o garganta.

6) Muros Aleta: son los muros que permiten la transición del flujo a la
entrada y a la salida de la estructura de cruce.

Clases de alcantarilla

El requerimiento del diseño de una alcantarilla tiene su origen en la


necesidad de cruzar un torrente o para restituir parte del flujo de una ladera
cortado por una vía, es construido como un dren colector de descarga de
aguas excedentes. Por ende las alcantarillas se clasifican según la sección
geométrica de su barril, la forma en que el agua fluye sobre la batea y por
las obras auxiliares de entrada y salida del flujo a la estructura principal.

10
Geometría de la sección de Alcantarillas:

Figura 2

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4. RECURSOS

Regla IMG1 Rotámetro IMG2

Canal de pendiente variable


Modelo físico reducido de alcantarilla
IMG 3
de sección rectangular IMG 4

12
13

5. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

1) Se tomó los datos geométricos del canal.


2) Se instaló el modelo de alcantarilla de sección rectangular.
3) Se inició el procedimiento experimental haciendo que el canal tenga un
grado de pendiente y caudal que será dado por el docente.
4) Se estableció secciones para la toma de datos.
5) Se aforó para los datos necesarios del cálculo del caudal.
6) Se tomó medida de los tirantes en las secciones establecidas.
7) Se repitió el proceso aumentando el caudal.
8) Con los datos obtenidos del experimento, se realizó los cálculos
respectivos para cumplir con nuestro objetivo.

Vista del tramo experimental IMG5

13
14

6. MEMORIA DE CÁLCULO

Datos:

14
15

Modelamiento HECRAS

15
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CONCLUSIONES

 A través de los cálculos se puede concluir que mientras el caudal aumenta, el error también
aumenta, siendo directamente proporcional.
 Es importante reconocer las principales limitaciones condicionadas por la interacción de HEC-
RAS, lo que pudo ocasionar ese gran porcentaje de error.
 En nuestro Excel nos salen todos los números de maning positivos.
 Con respecto a las diferencias de alturas de escurrimiento obtenidas, éstas son sólo para fijar
idea, ya que están sujetas a las condiciones particulares del cauce, y no representan el
problema de fondo el cual es reconocer que la ecuación de Manning no es válida para lechos
macro rugosos.
 El ensayo en el canal de pendiente variable fue realizado con el objetivo de analizar las
consecuencias de la erosión por la acción de flujos fuertes.

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RECOMENDACIONES

 Es recomendable verificar el buen estado del canal de pendiente variable, verificar si no hay
fugas, o que el estado de los materiales no comprometerá el desarrollo del ensayo.
 La medida de tirantes debe ser lo más precisas posible, ya que al comparar el valor físico con el
matemático se debe obtener el mínimo porcentaje de error.
 Es muy importante verificar el sistema de unidades con el que se está trabajando en HEC-RAS,
ya que por defecto este trabaja con el sistema inglés.
 Se recomienda también verificar los datos tomados en el laboratorio por que también puede
causar errores en los resultados.

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BIBLIOGRAFÍA

Pastenes Araos, P. (2012). Diseño e Implementación de Software de Acople a HEC-


RAS: Cálculo de ejes hidráulicas en lechos macro rugosos (Tesis para título).
Universidad de Chile, Santiago de Chile, Chile.
Xavier Figueiredo, N. (2010). Dissipação de energia a jusante de um descarregador
não convencional (Especialização em Hidráulica). Universidade do Porto, Porto,
Portugal.
Tomaz, P. (2010). Dissipador de energía para obras hidráulicas de pequeno porte.
(Curso de Manejo de águas pluviais). Guarulhos, São Paulo, Brasil.
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http://repositorio.ana.gob.pe/bitstream/handle/ANA/797/ANA0000603.pdf?
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https://www.ana.gob.pe/sites/default/files/normatividad/files/resolucion_directoral_no_
005-2017-ana-dephm.pdf
https://www.ana.gob.pe/sites/default/files/normatividad/files/componente1_aguas_super
ficiales_memoriafinal_anexos.pdf

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