Descarga la aplicación para disfrutar aún más
Vista previa del material en texto
Universidad de PiuraUniversidad de Piura Ingeniería Civil Diseño de alcantarillas DOS 2021-I Dr Jorge Reyes Salazar Universidad de PiuraUniversidad de Piura Comentario del video Universidad de PiuraUniversidad de Piura Universidad de PiuraUniversidad de Piura Universidad de PiuraUniversidad de Piura Contenido • Presencia del FEN • Influencia del FEN en las obras viales • Causas de falla • Reglamento peruano • Diseño de alcantarillas. Universidad de PiuraUniversidad de Piura Presencia del FEN Universidad de PiuraUniversidad de Piura Presencia del FEN Universidad de PiuraUniversidad de Piura Impacto regional del ENSO 1997-98. Sector % • Transporte 60 $ 375 millones • Agricultura 20 $ 125 millones • Vivienda 7 • Educación 3 • Industria 2 • Energía y Minas 2 • Pesquería 1 • Salud 1 • Otros 4 60%20% 7% 3%2%2%1%1% 4% Transporte Agricultura Vivienda Educación Industria Energía y Minas Pesquería Salud Otros Presencia del FEN Universidad de PiuraUniversidad de Piura Transporte Sólido (Río Chira) • Año Seco T = 8 x 106 t / año • Año Meganiño T = 100 x 106 t / año Presencia del FEN Influencia del FEN en las obras viales ◼ Alcantarillas ◼ Puentes ◼ Cunetas ◼ Taludes ◼ Trazo Universidad de PiuraUniversidad de Piura Solución insuficiente Influencia del FEN en las obras viales ◼ Alcantarillas ◼ Puentes ◼ Cunetas ◼ Taludes ◼ Trazo Universidad de PiuraUniversidad de Piura ◼ Alcantarillas ◼ Puentes ◼ Cunetas ◼ Taludes ◼ Trazo Influencia del FEN en las obras viales Universidad de PiuraUniversidad de Piura Trazo ◼ Alcantarillas ◼ Puentes ◼ Cunetas ◼ Taludes ◼ Trazo Influencia del FEN en las obras viales Universidad de PiuraUniversidad de Piura Trazo: Carretera sumergida por hallarse en zona inundable ◼ Alcantarillas ◼ Puentes ◼ Cunetas ◼ Taludes ◼ Trazo Influencia del FEN en las obras viales Universidad de PiuraUniversidad de Piura Carretera Panamericana Norte Km 950 Tramo Piura – Chiclayo ◼ Alcantarillas ◼ Puentes ◼ Cunetas ◼ Taludes ◼ Trazo Influencia del FEN en las obras viales Universidad de PiuraUniversidad de Piura Trazo en zonas de sedimentación Puente en carretera Panamericana norte Causas Universidad de PiuraUniversidad de Piura Zona preferible para elección de trazo Zona de erosión Zona de sedimentación Causas Trazo en zonas de sedimentación Equilibrio Reglamento peruano Universidad de PiuraUniversidad de Piura Universidad de PiuraUniversidad de Piura Universidad de PiuraUniversidad de Piura Alcantarillas mayores Riesgo R = 30% Vida Util n = 25 años Calculando el Tr de diseño = 71 años Alcantarillas menores Riesgo = 35% Vida Util = 15 años Calculando el Tr de diseño = 35 años Defensas ribereñas Tr = 140 años Comentario FEN tiene Tr = 52 años Universidad de PiuraUniversidad de Piura Universidad de PiuraUniversidad de Piura Trazo ◼ Alcantarillas ◼ Puentes ◼ Cunetas ◼ Taludes ◼ Trazo Influencia del FEN en las obras viales Universidad de PiuraUniversidad de Piura Universidad de PiuraUniversidad de Piura Diseño de alcantarillas Análisis hidráulico Consideraciones • Una de las características de un conducto abovedado es que para un determinado tirante transporta más caudal a sección parcialmente llena (Qmáx) que el caudal correspondiente a tubo lleno (Q0). Criterios de diseño • Consiste en la selección de un diámetro, de manera que resulte una velocidad promedio de 2 m/s. En ciertos casos se da a la alcantarilla una velocidad igual a la del canal donde ésta será construida . • La cota de fondo de la alcantarilla en la transición de entrada, se obtiene restando a la superficie normal del agua, el diámetro del tubo más 1.5 veces la carga de velocidad del tubo cuando éste fluye lleno o el 20% del tirante en la alcantarilla. Universidad de PiuraUniversidad de Piura Diseño de alcantarillas Criterios de diseño • La pendiente de la alcantarilla debe ser como mínimo igual a la pendiente del terreno de ingreso. • El relleno encima de la alcantarilla o cobertura mínima de terreno para caminos parcelarios es de 0.60 m y para cruces con la panamericana de 0.9 m. • La transición tanto de entrada como de salida en algunos casos se conectan a la alcantarilla mediante una rampa con inclinación máxima de 4: 1. • El talud máximo del camino encima de la alcantarilla no debe ser mayor a 1.5:1 • En cruce de canales con camino, las alcantarillas no deben diseñarse en flujo supercrítico. Universidad de PiuraUniversidad de Piura Tipos de alcantarillas Universidad de PiuraUniversidad de Piura Universidad de PiuraUniversidad de Piura Q Ynatural Universidad de PiuraUniversidad de Piura 20 m3/s Universidad de PiuraUniversidad de Piura Universidad de PiuraUniversidad de Piura Disipación de energía Universidad de PiuraUniversidad de Piura Universidad de PiuraUniversidad de Piura Universidad de PiuraUniversidad de Piura Universidad de PiuraUniversidad de Piura Protección de los taludes aguas abajo: El enrocado se encuentra inestable por su talud casi vertical y las bolsas con arena están desacomodadas y en algunos casos rotas. Se recomienda acomodar el enrocado y darle un talud más adecuado (1:2) La alcantarilla no tiene protección contra la erosión a su salida y presenta una fuerte erosión . Colocar un bordillo en la pista de 10 metros a la izquierda y derecha de la alcantarilla para evitar el vertimiento de agua cerca a los cabezales. Universidad de PiuraUniversidad de Piura Universidad de PiuraUniversidad de Piura Universidad de PiuraUniversidad de Piura Universidad de PiuraUniversidad de Piura Universidad de PiuraUniversidad de Piura Universidad de PiuraUniversidad de Piura Universidad de PiuraUniversidad de Piura Universidad de PiuraUniversidad de Piura Universidad de PiuraUniversidad de Piura Universidad de PiuraUniversidad de Piura Universidad de PiuraUniversidad de Piura Universidad de PiuraUniversidad de Piura Universidad de PiuraUniversidad de Piura RESPETAR CAUCES DE QUEBRADAS Universidad de PiuraUniversidad de Piura Alcantarilla que ha sido rellenada, impidiendo la salida aguas abajo Cabezal de salida Terreno nivelado y muro de propietario Universidad de PiuraUniversidad de Piura Otro caso de alcantarilla Cabezal de salida Terreno nivelado Universidad de PiuraUniversidad de Piura Zona aguas abajo de la alcantarilla que ha sido rellenada, impidiendo la salida de agua Terreno nivelado Cabezal de salida Carretera Universidad de PiuraUniversidad de Piura Desvío para instalación de alcantarillas Universidad de PiuraUniversidad de Piura Universidad de PiuraUniversidad de Piura Universidad de PiuraUniversidad de Piura Universidad de PiuraUniversidad de Piura Universidad de PiuraUniversidad de Piura Universidad de PiuraUniversidad de Piura Universidad de PiuraUniversidad de Piura Universidad de PiuraUniversidad de Piura Universidad de PiuraUniversidad de Piura Universidad de PiuraUniversidad de Piura Ecuación de flujo para conductos abovedados Determinación del caudal máximo en conductos abovedados: Usando la fórmula de Manning: n SRA Q 2132 ** = = 32 2135 * * Pn SA (1) Derivando (1): −= 35 35 32 3221 * 3 2* 3 5 P dPA P dAA n S dQ (2) La d 2 Q de (2) es negativa, luego existe un máximo cuando dQ =0: 0 * 3 2* 3 5 35 35 32 32 2 = −= P dPA P dAA Qd (3) Luego: dPAdAP *2*5 = (4) Universidad de PiuraUniversidad de Piura Ecuación de flujo para conductos abovedados Aplicación de la ecuación (4) para secciones circulares: 2 *)(* 8 1 DsenA −= (5) dDdA 2*)cos1(* 8 1 −= (6) * 2 D P = (7) d D dP * 2 = (8) ) 2 1(cos2 1 D y −= − (9) ) 2 cos1(* 2 1 −= D Y (10) Universidad de PiuraUniversidadde Piura Ecuación de flujo para conductos abovedados Reemplazando en la ecuación (4) los valores de (5), (6), (7) y (8). d D DsendD D * 2 **)(* 8 1 2*)cos1(* 8 1 ** 2 5 22 −=− Siendo: 032cos5 =−− sen Resolviendo: ''26'24º302278.5 == rad (11) 94.0= D y (12) Universidad de PiuraUniversidad de Piura Ecuación de flujo para conductos abovedados Reemplazando los valores de (11) y (12) en las ecuaciones (5) y (7), obtenemos los valores de área, perímetro y radio hidráulico para el Qmax.: 2*7662.0 DA = (13) DT *639.2= (14) DRh 2896.0= (15) Aplicando la Ec. de régimen crítico (16): T A g Q 32 = (16) Y reemplazando los valores de (13) y (14) en la ecuación (16) obtenemos: 52 *412.0 DgQ = (17) Reemplazando los valores de (11) y (12) en las ecuaciones (5) y (7), obtenemos los valores de área, perímetro y radio hidráulico para el Qmax.: 2*7662.0 DA = (13) DT *639.2= (14) DRh 2896.0= (15) Aplicando la Ec. de régimen crítico (16): T A g Q 32 = (16) Y reemplazando los valores de (13) y (14) en la ecuación (16) obtenemos: 52 *412.0 DgQ = (17) 2/5*966.0 DgQ = DT 482.0= Universidad de PiuraUniversidad de Piura Ejemplo 1: Diseño hidráulico de una alcantarilla Nº de tuberías Caudal Diámetro 1 20 2.13 2 10 1.62 4 5 1.22 Caudal de diseño, obtenido en el apartado anterior, será en caudal máximo: Qmax=20 m3/s. La alcantarilla será diseñada con 4 tuberías de 1.50m de diámetro. Aplicando este caudal a la ecuación 17, obtenemos: mD DgQ 13.2 20*966.0 2/5 = == Este diámetro es muy grande, por ello, la alternativa es colocar más de una tubería como muestra la tabla: Universidad de PiuraUniversidad de Piura Ejemplo 2: Diseño de una alcantarilla 1. Ubicación del proyecto • Carretera Panamericana Km 1060, en la quebrada Pasamanito. En el Fenómeno El Niño de 1998 ésta quebrada fue afectada por un flujo que destruyó las alcantarillas existentes en la zona. 501700.000000 501700.000000 501800.000000 501800.000000 501900.000000 501900.000000 502000.000000 502000.000000 502100.000000 502100.000000 502200.000000 502200.000000 502300.000000 502300.000000 9 4 7 3 7 0 0 .0 0 0 0 0 0 9 4 7 3 7 0 0 .0 0 0 0 0 0 9 4 7 3 8 0 0 .0 0 0 0 0 0 9 4 7 3 8 0 0 .0 0 0 0 0 0 9 4 7 3 9 0 0 .0 0 0 0 0 0 9 4 7 3 9 0 0 .0 0 0 0 0 0 9 4 7 4 0 0 0 .0 0 0 0 0 0 9 4 7 4 0 0 0 .0 0 0 0 0 0 9 4 7 4 1 0 0 .0 0 0 0 0 0 9 4 7 4 1 0 0 .0 0 0 0 0 0 9 4 7 4 2 0 0 .0 0 0 0 0 0 9 4 7 4 2 0 0 .0 0 0 0 0 0 Imagen 1 Ubicación del área de estudio Alcantarilla 2 totalmente destruida Alcantarilla 1 parcialmente destruida (A diseñar) Imagen de Alcantarilla 1 Alcantarilla 3 en servicio Universidad de PiuraUniversidad de Piura Ejemplo 2: Diseño de una alcantarilla 2. Características generales de la zona en estudio: Características del suelo. • Se observó fallas en la superficie del suelo que infieren la existencia de esfuerzos cortantes importantes como se muestra en la Imagen 2. Imagen 2 Fotografía de la estratigrafía del suelo presente Universidad de PiuraUniversidad de Piura Ejemplo 2: Diseño de una alcantarilla 2. Características generales de la zona en estudio: Uso de suelo. Universidad de PiuraUniversidad de Piura Ejemplo 2: Diseño de una alcantarilla 2. Características generales de la zona en estudio: Erosión del suelo Alta Erosión No existen Universidad de PiuraUniversidad de Piura Ejemplo 2: Diseño de una alcantarilla 3. Análisis hidrológico Para hallar el caudal de diseño: • Método racional (Q = c x I x A) : cuencas pequeñas • Método SCS Donde: cuencas grandes Universidad de PiuraUniversidad de Piura Ejemplo 2: Diseño de una alcantarilla 3. Análisis hidrológico Parámetros fisiográficos de la cuenca Quebrada Punto hidráulicamente más lejano Pendiente (%) Area (km2) Longitud (m) Desnivel (m) Pasamayito 11387.20 565.00 4.96 30.97 Universidad de PiuraUniversidad de Piura Ejemplo 2: Diseño de una alcantarilla Área de drenaje de la cuenca Universidad de PiuraUniversidad de Piura Ejemplo 2: Diseño de una alcantarilla Se cálculo por medio del Método Racional: 385.0 77.0 o S xL01947.0 t = min23.82 )0496.0( )20.11387(01947.0 385.0 77.0 == x to 3. Análisis hidrológico Obtención de las intensidades máximas Intensidad Máxima en un to para diferentes Tr i2 i5 i10 i25 i50 i100 18.91 26.54 33.48 52.68 75.55 101.48 Obtención de tiempo de concentración Universidad de PiuraUniversidad de Piura Ejemplo 2: Diseño de una alcantarrilla 3. Análisis hidrológico Caudal de diseño: Tr (años) intensidad (mm/hr) Caudal (m3/s) 2 18.91 40.68 5 26.54 57.09 10 33.48 72.02 25 52.68 113.32 50 75.55 162.52 100 101.48 218.31 El caudal de diseño es: Q=113.32 m3/s. Universidad de PiuraUniversidad de Piura Ejemplo 2: Diseño de una alcantarilla 4. Análisis hidráulico Para el diseño de la alcantarilla se debe considerar el caudal obtenido hidrológicamente y la cantidad de sedimentos que trasnportará el río, por lo cual: Qmax=125 m3/s. Universidad de PiuraUniversidad de Piura Ejemplo 2: Diseño de una alcantarilla 4. Análisis hidráulico • Dado que el diámetro obtenido, D=4.43 m, es muy grande se ha decidido evaluar colocando varias tuberías, los datos de diámetro y pendiente óptima se muestran en la Tabla 1: Nº de tuberías Caudal Diámetro 1 125 4.43 2 62.5 3.35 4 31.25 2.55 6 20.83 2.17 29 4.31 1.16 Universidad de PiuraUniversidad de Piura Ejemplo 3: Diseño de una alcantarilla +66.40 +72.00 s=0.00025 1 +66.384 s=0.002 +65.984 2 +65.975 1 2 3 s=0.0065 4 +65.78 s=0.00025 +72.50 3 4 5 +65.77 s=0.0062 6 5 6 +65.30 +69.00 CANAL DE TIERRA CANAL DE TIERRA TUBERÍA ENTERRADAALCANTARILLA TRANSICIÓN TRANSICIÓN TRANSICIÓN Y CURVA TRANSICIÓN CANAL DE TIERRA C Á M A R A D E C A R G A P O Z A D E D IS IP A C IÓ N Universidad de PiuraUniversidad de Piura Ejemplo 3: Diseño de una alcantarilla +66.40 +72.00 s=0.00025 1 +66.384 s=0.002 +65.984 2 +65.975 1 2 3 s=0.0065 4 +65.78 s=0.00025 +72.50 3 4 5 +65.77 s=0.0062 6 5 6 +65.30 +69.00 CANAL DE TIERRA CANAL DE TIERRA TUBERÍA ENTERRADAALCANTARILLA TRANSICIÓN TRANSICIÓN TRANSICIÓN Y CURVA TRANSICIÓN CANAL DE TIERRA CÁ M AR A DE C AR G A PO ZA D E DI SI PA CI Ó N 67.38 5.12 m 65.88 Universidad de PiuraUniversidad de Piura Ejemplo 3: Diseño de una alcantarilla Durante las visitas a la zona de trabajo se observó la falla por abollamiento de la tubería corrugada de PVC flexible instalada, de 1.5 metros de diámetro Se presenta un esquema de las condiciones en que se encontraba la tubería al momento de la falla, para el tramo cámara de carga-cruce del camino. Condición de falla Material de relleno arenoso Zona con lavado de finos Tubería de PVC corrugada 1.50 m 0.40 Punto de falla Análisis de resistencia de la alcantarilla Universidad de PiuraUniversidad de Piura COMPORTAMIENTO DE TUBERIAS RIB LOC BAJO CONDICIONES DE CARGAS COMBINADAS VEHICULARES Y DE RELLENOS. DURMAN ESQUIVEL,S.A. Ing. Olman Monge A. 1/07/2020 Ancho del Perfil (mm) 168.00 Peso Clip de Acero(kg/m) VARIABLES DEL PERFIL Masa del Perfil (kg/m) 1.737 1.066 Identificación del Perfil por su Nombre: RESULTADOS Total kg/m 9,8,5,JY,ER,6,HIDRO 6.00 Masa del Tubo Sólo PVC 48.73 48.73 Acero 0.00 Espaciamiento entre tees (mm)= 28.00 Rigidez del Tubo 17.06 KN/m2 Ancho de la T (mm)= 12.51 Rigidez DIN 2.54 KN/m2 Espesor del techo (mm)= 2.86 HANDLING STIFFNESS: 0.96 ( 1200-8T:0.06/2000-5T:0.11) kN/m Altura interna de columna (mm)= 16.40 LIMITES DE COMPORTAMIENTO Espesor de la columna (mm)= 2.59 1. Deflexión % 0.45 5.00 Espesor de pared (mm)= 3.20 2. F.S. Abollamiento o Pandeo 22.45 2.50 Para Cálculo Internosolamente 7.39 3. F.S. Compresión o Rotura de Pared ( * ) 29.63 2.00 Módulo Elasticidad del PVC (MPa)= 2750 3.1) Resistencia a la Presión Interna 110.37 kPa Peso volumétrico del suelo (kg/m3)= 1950 3.2) No preocuparse por N. Freático (F.S.) 22.45 2.50 Angulo de friccion interna 26.00 4. Serie DIN SERIE 1 Peso Eje vehículo (kg)= 0 CLASE DE RIGIDEZ C.R.: 317.70 Pa STANDARD BRAZIL 1000 Pa Factor de Impacto= 1.35 5.Comentarios BIEN POR DEFLEXION Presión de Inflado (kg/cm2)= 8.50 CON REFUERZO? no BIEN POR ABOLLAMIENTO Sobre Ancho SAL 0.97 CUANTAS BANDAS? 2.00 BIEN POR FALLA DE PARED Módulo mat. alrededor tubo (kg/cm2) E2= 28 Watkins W.Crush.Safety Factor 21.75 Módulo pared de zanja (kg/cm2) E3= 28 Diámetro Interno : 1500 mm Posición del Centroide (mm): 8.22 Altura de relleno : 0.40 m Elevac.Nivel Freático sobre tubo (m) 0.00 SDR (Eq.) DE ESE TUBO: 252.22 Momento de Inercia (mm4/mm): 402.86 Ejemplo 3: Diseño de una alcantarilla Análisis de resistencia de la alcantarilla Universidad de PiuraUniversidad de Piura COMPORTAMIENTO DE TUBERIAS RIB LOC BAJO CONDICIONES DE CARGAS COMBINADAS VEHICULARES Y DE RELLENOS. DURMAN ESQUIVEL,S.A. Ing. Olman Monge A. 1/07/2020 Ancho del Perfil (mm) 168.00 Peso Clip de Acero(kg/m) VARIABLES DEL PERFIL Masa del Perfil (kg/m) 1.737 1.066 Identificación del Perfil por su Nombre: RESULTADOS Total kg/m 9,8,5,JY,ER,6,HIDRO 6.00 Masa del Tubo Sólo PVC 48.73 48.73 Acero 0.00 Espaciamiento entre tees (mm)= 28.00 Rigidez del Tubo 17.06 KN/m2 Ancho de la T (mm)= 12.51 Rigidez DIN 2.54 KN/m2 Espesor del techo (mm)= 2.86 HANDLING STIFFNESS: 0.96 ( 1200-8T:0.06/2000-5T:0.11) kN/m Altura interna de columna (mm)= 16.40 LIMITES DE COMPORTAMIENTO Espesor de la columna (mm)= 2.59 1. Deflexión % 4.58 5.00 Espesor de pared (mm)= 3.20 2. F.S. Abollamiento o Pandeo 1.87 2.50 Para Cálculo Interno solamente 7.39 3. F.S. Compresión o Rotura de Pared ( * ) 2.91 2.00 Módulo Elasticidad del PVC (MPa)= 2750 3.1) Resistencia a la Presión Interna 110.37 kPa Peso volumétrico del suelo (kg/m3)= 1950 3.2) Rediseñe por Nivel Freático (F.S.) 1.87 2.50 Angulo de friccion interna 26.00 4. Serie DIN SERIE 1 Peso Eje vehículo (kg)= 5000 CLASE DE RIGIDEZ C.R.: 317.70 Pa STANDARD BRAZIL 1000 Pa Factor de Impacto= 1.35 5.Comentarios BIEN POR DEFLEXION Presión de Inflado (kg/cm2)= 8.50 CON REFUERZO? no PELIGRO DE ABOLLAMIENTO Sobre Ancho SAL 0.97 CUANTAS BANDAS? 2.00 BIEN POR FALLA DE PARED Módulo mat. alrededor tubo (kg/cm2) E2= 28 Watkins W.Crush.Safety Factor 20.89 Módulo pared de zanja (kg/cm2) E3= 28 Diámetro Interno : 1500 mm Posición del Centroide (mm): 8.22 Altura de relleno : 0.40 m Elevac.Nivel Freático sobre tubo (m) 0.00 SDR (Eq.) DE ESE TUBO: 252.22 Momento de Inercia (mm4/mm): 402.86 Ejemplo 3: Diseño de una alcantarilla Análisis de resistencia de la alcantarilla Universidad de PiuraUniversidad de Piura COMPORTAMIENTO DE TUBERIAS RIB LOC BAJO CONDICIONES DE CARGAS COMBINADAS VEHICULARES Y DE RELLENOS. 18/08/04 Ancho del Perfil (mm) 168.00 Peso Clip de Acero(kg/m) VARIABLES DEL PERFIL Masa del Perfil (kg/m) 1.737 1.066 Identificación del Perfil por su Nombre: RESULTADOS Total kg/m 9,8,5,JY,ER,6,HIDRO 6.00 Masa del Tubo Sólo PVC 48.73 48.73 Acero 0.00 Espaciamiento entre tees (mm)= 28.00 Rigidez del Tubo 17.06 KN/m2 Ancho de la T (mm)= 12.51 Rigidez DIN 2.54 KN/m2 Espesor del techo (mm)= 2.86 HANDLING STIFFNESS: 0.96 ( 1200-8T:0.06/2000-5T:0.11) kN/m Altura interna de columna (mm)= 16.40 LIMITES DE COMPORTAMIENTO Espesor de la columna (mm)= 2.59 1. Deflexión % 2.12 5.00 Espesor de pared (mm)= 3.20 2. F.S. Abollamiento o Pandeo 4.46 2.50 Para Cálculo Interno solamente 7.39 3. F.S. Compresión o Rotura de Pared ( * ) 6.29 2.00 Módulo Elasticidad del PVC (MPa)= 2750 3.1) Resistencia a la Presión Interna 110.37 kPa Peso volumétrico del suelo (kg/m3)= 1950 3.2) No preocuparse por N. Freático (F.S.) 4.46 2.50 Angulo de friccion interna 26.00 4. Serie DIN SERIE 1 Peso Eje vehículo (kg)= 5000 CLASE DE RIGIDEZ C.R.: 317.70 Pa STANDARD BRAZIL 1000 Pa Factor de Impacto= 1.15 5.Comentarios BIEN POR DEFLEXION Presión de Inflado (kg/cm2)= 8.50 CON REFUERZO? no BIEN POR ABOLLAMIENTO Sobre Ancho SAL 0.97 CUANTAS BANDAS? 2.00 BIEN POR FALLA DE PARED Módulo mat. alrededor tubo (kg/cm2) E2= 28 Watkins W.Crush.Safety Factor 10.70 Módulo pared de zanja (kg/cm2) E3= 28 Diámetro Interno : 1500 mm Posición del Centroide (mm): 8.22 Altura de relleno : 0.80 m Elevac.Nivel Freático sobre tubo (m) 0.00 SDR (Eq.) DE ESE TUBO: 252.22 Momento de Inercia (mm4/mm): 402.86 Ejemplo 3: Diseño de una alcantarilla Análisis de resistencia de la alcantarilla Universidad de PiuraUniversidad de Piura COMPORTAMIENTO DE TUBERIAS RIB LOC BAJO CONDICIONES DE CARGAS COMBINADAS VEHICULARES Y DE RELLENOS. 1/07/2020 Ancho del Perfil (mm) 168.00 Peso Clip de Acero(kg/m) VARIABLES DEL PERFIL Masa del Perfil (kg/m) 1.737 1.066 Identificación del Perfil por su Nombre: RESULTADOS Total kg/m 9,8,5,JY,ER,6,HIDRO 6.00 Masa del Tubo Sólo PVC 48.73 48.73 Acero 0.00 Espaciamiento entre tees (mm)= 28.00 Rigidez del Tubo 17.06 KN/m2 Ancho de la T (mm)= 12.51 Rigidez DIN 2.54 KN/m2 Espesor del techo (mm)= 2.86 HANDLING STIFFNESS: 0.96 ( 1200-8T:0.06/2000-5T:0.11) kN/m Altura interna de columna (mm)= 16.40 LIMITES DE COMPORTAMIENTO Espesor de la columna (mm)= 2.59 1. Deflexión % 5.79 5.00 Espesor de pared (mm)= 3.20 2. F.S. Abollamiento o Pandeo 1.41 2.50 Para Cálculo Interno solamente 7.39 3. F.S. Compresión o Rotura de Pared ( * ) 2.30 2.00 Módulo Elasticidad del PVC (MPa)= 2750 3.1) Resistencia a la Presión Interna 110.37 kPa Peso volumétrico del suelo (kg/m3)= 1950 3.2) Rediseñe por Nivel Freático (F.S.) 1.41 2.50 Angulo de friccion interna 26.00 4. Serie DIN SERIE 1 Peso Eje vehículo (kg)= 5000 CLASE DE RIGIDEZ C.R.: 317.70 Pa STANDARD BRAZIL 1000 Pa Factor de Impacto= 1.00 5.Comentarios PELIGRO DEFLEXION Presión de Inflado (kg/cm2)= 8.50 CON REFUERZO? no PELIGRO DE ABOLLAMIENTO Sobre Ancho SAL 0.97 CUANTAS BANDAS? 2.00 BIEN POR FALLA DE PARED Módulo mat. alrededor tubo (kg/cm2) E2= 28 Watkins W.Crush.Safety Factor 1.61 Módulo pared de zanja (kg/cm2) E3= 28 Diámetro Interno : 1500 mm Posición del Centroide (mm): 8.22 Altura de relleno : 5.12 m Elevac.Nivel Freático sobre tubo (m) 0.00 SDR (Eq.) DE ESE TUBO: 252.22 Momento de Inercia (mm4/mm): 402.86 Ejemplo 3: Diseño de una alcantarilla El valor de 5.12 m es la diferencia entre las cotas 72.50 y 67.38. Análisis de resistencia de la alcantarilla Universidad de PiuraUniversidad de Piura 11/06/2020 Ancho del Perfil (mm) 168.00 Peso Clip de Acero(kg/m) VARIABLES DEL PERFIL Masa del Perfil (kg/m) 1.737 1.066 Identificación del Perfil por su Nombre: RESULTADOS Total kg/m 9,8,5,JY,ER,6,HIDRO 6.00 Masa del Tubo Sólo PVC 48.73 48.73 Acero 0.00 Espaciamiento entre tees (mm)= 28.00 Rigidez del Tubo 17.06 KN/m2 Ancho de la T (mm)= 12.51 Rigidez DIN 2.54 KN/m2 Espesor del techo (mm)= 2.86 HANDLING STIFFNESS: 0.96 ( 1200-8T:0.06/2000-5T:0.11) kN/m Altura interna de columna (mm)= 16.40 LIMITES DE COMPORTAMIENTO Espesor de la columna (mm)= 2.59 1. Deflexión % 6.77 5.00 Espesor de pared (mm)= 3.20 2. F.S. Abollamiento o Pandeo 1.16 2.50 Para Cálculo Interno solamente 7.39 3. F.S. Compresión o Rotura de Pared ( * ) 1.97 2.00 Módulo Elasticidad del PVC (MPa)= 2750 3.1) Resistencia a la Presión Interna 110.37 kPa Peso volumétrico del suelo (kg/m3)= 1950 3.2) Rediseñe por Nivel Freático (F.S.) 1.16 2.50 Angulo de friccion interna 26.00 4. Serie DIN SERIE 1 Peso Eje vehículo (kg)= 5000 CLASE DE RIGIDEZ C.R.: 317.70 Pa STANDARD BRAZIL 1000 Pa Factor de Impacto= 1.00 5.Comentarios PELIGRO DEFLEXION Presión de Inflado (kg/cm2)= 8.50 CON REFUERZO? no PELIGRO DE ABOLLAMIENTO Sobre Ancho SAL 0.97 CUANTAS BANDAS? 2.00 PELIGRO FALLA DE PARED Módulo mat. alrededor tubo (kg/cm2) E2= 28 Watkins W.Crush.Safety Factor 1.36 Módulo pared de zanja (kg/cm2) E3= 28Diámetro Interno : 1500 mm Posición del Centroide (mm): 8.22 Altura de relleno : 6.00 m Elevac.Nivel Freático sobre tubo (m) 0.00 SDR (Eq.) DE ESE TUBO: 252.22 Momento de Inercia (mm4/mm): 402.86 VARIABLES DE INTERES: ( * ) Se considera el acero (si hay clip) con su fy = 33,000 psi (yield stress) Carga por eje simple (kg/cm2): 0.00 NOTA: No se recomienda usar factores de seguridad Ejemplo 3: Diseño de una alcantarilla Análisis de resistencia de la alcantarilla Universidad de PiuraUniversidad de Piura Universidad de PiuraUniversidad de Piura Clasificación de Suelos (Normas ASTM D 2487 y D 2321) y Valores de E2 ( Módulo de reacción del suelo en Kg/cm 2 ) Grado de Compactación Próctor Standard Compactación Clase de Suelo Suelo según ASTM D2487 Suelto Ligera 85% Moderada 85-95% Muy compacta 95% VI Suelos orgánicos del tipo OL, OH y suelos que contienen desechos y otros materiales extraños. No se acepta en ningún caso este material como material de encamado o relleno V Suelos finos, LL>50 suelos con media a alta plasticidad CH, MH, CH – MH No existe información, consulte con un mecánico de suelos o utilice E2=0 Va Suelos finos, LL<50 plasticidad media a sin plasticidad, CL, ML, ML-CL con menos de 25% de partículas gruesas. 3.5 14 28 70 Vb Idem anterior pero con mas de 25% de partículas gruesas. 7 28 70 140 III Suelos gruesos con mas de 12% de finos GM, GC, SM, SC. 7 28 70 140 II Suelos gruesos con menos de 12% de finos GW, GP, SW, SP. 14 70 140 210 I Piedra quebrada. 70 210 210 210 Universidad de PiuraUniversidad de Piura Universidad de PiuraUniversidad de Piura Universidad de PiuraUniversidad de Piura COMPORTAMIENTO DE TUBERIAS RIB LOC BAJO CONDICIONES DE CARGAS COMBINADAS VEHICULARES Y DE RELLENOS. 10/05/2007 Ancho del Perfil (mm) 168,00 Peso Clip de Acero(kg/m) VARIABLES DEL PERFIL Masa del Perfil (kg/m) 1,737 1,066 Identificación del Perfil por su Nombre: RESULTADOS Total kg/m 9,8,5,JY,ER,6,HIDRO 6,00 Masa del Tubo Sólo PVC 48,73 48,73 Acero 0,00 Espaciamiento entre tees (mm)= 28,00 Rigidez del Tubo 17,06 KN/m2 Ancho de la T (mm)= 12,51 Rigidez DIN 2,54 KN/m2 Espesor del techo (mm)= 2,86 HANDLING STIFFNESS: 0,96 ( 1200-8T:0.06/2000-5T:0.11) kN/m Altura interna de columna (mm)= 16,40 LIMITES DE COMPORTAMIENTO Espesor de la columna (mm)= 2,59 1. Deflexión % 2,34 5.00 Espesor de pared (mm)= 3,20 2. F.S. Abollamiento o Pandeo 2,56 2.50 Para Cálculo Interno solamente 7,39 3. F.S. Compresión o Rotura de Pared ( * ) 2,30 2.00 Módulo Elasticidad del PVC (MPa)= 2750 3.1) Resistencia a la Presión Interna 110,37 kPa Peso volumétrico del suelo (kg/m3)= 1950 3.2) No preocuparse por N. Freático (F.S.) 2,56 2.50 Angulo de friccion interna 26,00 4. Serie DIN SERIE 1 Peso Eje vehículo (kg)= 5000 CLASE DE RIGIDEZ C.R.: 317,70 Pa STANDARD BRAZIL 1000 Pa Factor de Impacto= 1,00 5.Comentarios BIEN POR DEFLEXION Presión de Inflado (kg/cm2)= 8,50 CON REFUERZO? no BIEN POR ABOLLAMIENTO Sobre Ancho SAL 0,97 CUANTAS BANDAS? 2,00 BIEN POR FALLA DE PARED Módulo mat. alrededor tubo (kg/cm2) E2= 70 Watkins W.Crush.Safety Factor 1,67 Módulo pared de zanja (kg/cm2) E3= 70 Diámetro Interno : 1500 mm Posición del Centroide (mm): 8,22 Altura de relleno : 5,12 m Elevac.Nivel Freático sobre tubo (m) 0,00 SDR (Eq.) DE ESE TUBO: 252,22 Momento de Inercia (mm4/mm): 402,86 Ejemplo 3: Diseño de una alcantarilla Análisis de resistencia de la alcantarilla Universidad de PiuraUniversidad de Piura COMPORTAMIENTO DE TUBERIAS RIB LOC BAJO CONDICIONES DE CARGAS COMBINADAS VEHICULARES Y DE RELLENOS. 10/05/2007 Ancho del Perfil (mm) 168,00 Peso Clip de Acero(kg/m) VARIABLES DEL PERFIL Masa del Perfil (kg/m) 1,737 1,066 Identificación del Perfil por su Nombre: RESULTADOS Total kg/m 9,8,5,JY,ER,6,HIDRO 6,00 Masa del Tubo Sólo PVC 48,73 48,73 Acero 0,00 Espaciamiento entre tees (mm)= 28,00 Rigidez del Tubo 17,06 KN/m2 Ancho de la T (mm)= 12,51 Rigidez DIN 2,54 KN/m2 Espesor del techo (mm)= 2,86 HANDLING STIFFNESS: 0,96 ( 1200-8T:0.06/2000-5T:0.11) kN/m Altura interna de columna (mm)= 16,40 LIMITES DE COMPORTAMIENTO Espesor de la columna (mm)= 2,59 1. Deflexión % 2,73 5.00 Espesor de pared (mm)= 3,20 2. F.S. Abollamiento o Pandeo 2,15 2.50 Para Cálculo Interno solamente 7,39 3. F.S. Compresión o Rotura de Pared ( * ) 1,97 2.00 Módulo Elasticidad del PVC (MPa)= 2750 3.1) Resistencia a la Presión Interna 110,37 kPa Peso volumétrico del suelo (kg/m3)= 1950 3.2) Rediseñe por Nivel Freático (F.S.) 2,15 2.50 Angulo de friccion interna 26,00 4. Serie DIN SERIE 1 Peso Eje vehículo (kg)= 5000 CLASE DE RIGIDEZ C.R.: 317,70 Pa STANDARD BRAZIL 1000 Pa Factor de Impacto= 1,00 5.Comentarios BIEN POR DEFLEXION Presión de Inflado (kg/cm2)= 8,50 CON REFUERZO? no PELIGRO DE ABOLLAMIENTO Sobre Ancho SAL 0,97 CUANTAS BANDAS? 2,00 PELIGRO FALLA DE PARED Módulo mat. alrededor tubo (kg/cm2) E2= 70 Watkins W.Crush.Safety Factor 1,42 Módulo pared de zanja (kg/cm2) E3= 70 Diámetro Interno : 1500 mm Posición del Centroide (mm): 8,22 Altura de relleno : 6,00 m Elevac.Nivel Freático sobre tubo (m) 0,00 SDR (Eq.) DE ESE TUBO: 252,22 Momento de Inercia (mm4/mm): 402,86 Ejemplo 3: Diseño de una alcantarilla Análisis de resistencia de la alcantarilla Universidad de PiuraUniversidad de Piura COMPORTAMIENTO DE TUBERIAS RIB LOC BAJO CONDICIONES DE CARGAS COMBINADAS VEHICULARES Y DE RELLENOS. 08/05/2007 Ancho del Perfil (mm) 168.00 Peso Clip de Acero(kg/m) VARIABLES DEL PERFIL Masa del Perfil (kg/m) 1.737 1.066 Identificación del Perfil por su Nombre: RESULTADOS Total kg/m 9,8,5,JY,ER,6,HIDRO 6.00 Masa del Tubo Sólo PVC 38.98 38.98 Acero 0.00 Espaciamiento entre tees (mm)= 28.00 Rigidez del Tubo 33.05 KN/m2 Ancho de la T (mm)= 12.51 Rigidez DIN 4.92 KN/m2 Espesor del techo (mm)= 2.86 HANDLING STIFFNESS: 1.50 ( 1200-8T:0.06/2000-5T:0.11) kN/m Altura interna de columna (mm)= 16.40 LIMITES DE COMPORTAMIENTO Espesor de la columna (mm)= 2.59 1. Deflexión % 2.72 5.00 Espesor de pared (mm)= 3.20 2. F.S. Abollamiento o Pandeo 3.00 2.50 Para Cálculo Interno solamente 7.39 3. F.S. Compresión o Rotura de Pared ( * ) 2.45 2.00 Módulo Elasticidad del PVC (MPa)= 2750 3.1) Resistencia a la Presión Interna 137.96 kPa Peso volumétrico del suelo (kg/m3)= 1950 3.2) No preocuparse por N. Freático (F.S.) 3.00 2.50 Angulo de friccion interna 26.00 4. Serie DIN SERIE 2 Peso Eje vehículo (kg)= 5000 CLASE DE RIGIDEZ C.R.: 615.48 Pa STANDARD BRAZIL 1000 Pa Factor de Impacto= 1.00 5.Comentarios BIEN POR DEFLEXION Presión de Inflado (kg/cm2)= 8.50 CON REFUERZO? no BIEN POR ABOLLAMIENTO Sobre Ancho SAL 0.78 CUANTAS BANDAS? 2.00 BIEN POR FALLA DE PARED Módulo mat. alrededor tubo (kg/cm2) E2= 70 Watkins W.Crush.Safety Factor 2.21 Módulo pared de zanja (kg/cm2) E3= 70 Diámetro Interno : 1200 mm Posición del Centroide (mm): 8.22 Altura de relleno : 6.00 m Elevac.Nivel Freático sobre tubo (m) 0.00 SDR (Eq.) DE ESE TUBO: 202.17 Momento de Inercia (mm4/mm): 402.86 Ejemplo 3: Diseño de una alcantarilla Análisis de resistencia de la alcantarilla Universidad de PiuraUniversidad de Piura Diseñamos la alcantarilla En función al caudal Universidad de PiuraUniversidad de Piura Recomendaciones constructivas de una alcantarilla Universidad de PiuraUniversidad de Piura Universidad de PiuraUniversidad de Piura Universidad de PiuraUniversidad de Piura Universidad de PiuraUniversidad de Piura Erosión general 3/12 )/(*4859.1 fqDS = mdf *75.1= Lacey dm en mm q caudal unitario Ds Nivel de agua – fondo erosionado Universidad de PiuraUniversidad de Piura Calcular la erosión general en un cauce de un río que transporta 2500 m3/s y el dm es igual a 0.3 mm (tiene un estrato). Nivel del agua cota 30 msnm Universidad de PiuraUniversidad de Piura Universidad de PiuraUniversidad de Piura Universidad de PiuraUniversidad de Piura Universidad de PiuraUniversidadde Piura
Compartir