Datos: 791 Ha. Area de la cuenca (Ha):

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1 Ejemplos

2 ESTIMADO DEL AREA DE LA CUENCA Ejercicio 1 Problema: Determinar el área de la cuenca de drenaje de la Caja No. 6. Datos: Proyecto: OCOTAL1 Número de la Alcantarilla: 6 Estación: Estimado del area de captación de la Alcantarilla o cuenca en estudio: Es la superficie del área de captación que contribuye con escurrimiento hacia el drenaje en estudio. Sus límites abarcan desde uno de los parte aguas de drenaje hacia el opuesto y hacia abajo hasta llegar al sitio en estudio. El trazado del área de drenaje de una estructura debe partir del sitio de localización de la misma. Lo primero es trazar la red de drenaje, se identifican todos los cursos de agua que pertenecen al cauce en estudio, los mismos se trazan a partir del sitio en estudio, siguiendo la parte cóncava de las curvas de nivel hacia arriba. Dicha red define los límites de la cuenca. El parte aguas se traza iniciando en el punto de la estructura propuesta, a ambos lados de la misma, de forma opuesta al trazado de la red hídrica, o sea hacia arriba por el medio de las formas cónvexas de las curvas de nivel y hacia abajo por el medio de las formas concavas de las mismas, ver Figura 1. Figura 1 Una vez definida la cuenca estimamos el área, lo cual se puede realizar de varias maneras: 1- Métodos gráficos por inscripción de figuras geométricas cuya área es facil de determinar, o por superposición de cuadrícula con cuadros cuya área es conocida. 2- Con ayuda de un planímetro. -Por medio de computadoras con ayuda de programas como Autocad, etc. Area de la cuenca (Ha): 791 Ha

3 DEFINICION COEFICIENTE DE ESCORRENTIA Ejercicio 2 Problema: Determinar el Coeficiente de Escorrentía Ponderado para la cuenca de la alcantarillla N 256. Datos: Proyecto: Ocotal 1 Número de la Alcantarilla: 256 Estación: Area de la cuenca (Ha): Definir el área de drenaje de la alcantarilla: Se define el área de drenaje de la alcantarilla conforme el procedimiento explicado en el ejercicio Definir los tipos de cobertura y su área dentro de la cuenca: Con ayuda de los planos de la zona se define aproximadamente el area o porcentaje del área total cubierta por cada uno de los tipos de cobertura considerados, (Pastos, Cultivos, Matorrales, Bosques y Areas Pantanosas). La suma de los porcentajes de tipo de cobertura debe ser igual al 100%. - Definir las areas para cada rango de pendientes considerado: Posteriormente se divide la cuenca en areas con tres rangos de pendientes menor del 2%, entre 2 y 7 % y mayor de 7%. De igual manera la suma de los porcentajes de área para los distintos rangos de pendientes debe ser igual al 100%. 4- Cálcular el Coeficiente de Escorrentía ponderado: Para el cálculo del coeficiente de escorrentía se usan los valores de la Tabla 2-1 de la Guía. En la Tabla 1 del presente ejercicio están incorporados los valores para los diferentes tipos de cobertura y un período de retorno de 15 años, para la estimación sitematizada del Coeficiente de Escorrentía Ponderado de la cuenca en estudio. La Tabla 1 se adapta fácilmente a EXCEL para automátizar el cálculo del coeficiente de escorrentía ponderado para la cuenca en estudio, la misma contiente los coeficientes de escorrentía para cada tipo de cobertura en los diferentes rangos de pendientes considerados. Area Pend. % Cob. Pant. % Cob. Pasto % Cob. Cult. % Cob. Mato % Cob. Bosque Cp Pend % C C C C C Menor 2 % 0.0% % % % % Entre 2-7 % 0.0% % % % % 0.8 Mayor 7 % 0.0% % % % % 0.4 Cubierta % 0.0% Tabla 1

4 Continuación Ejercicio 2 En la misma se introducen los porcentajes del área para los diferentes tipos de cobertura considerados en la última línea de la tabla, y los porcentajes del área para los diferentes rangos de pendientes considerados en la segunda columna de la tabla, automáticamente se dividen los tipos de cobertura entre los distintos rangos de pendiente conforme lo explicado arriba. Area Pend. % Cob. Pant. % Cob. Pasto % Cob. Cult. % Cob. Mato % Cob. Bosque Cp Pend % C C C C C Menor 2 % 0.0% 0.0% % % % % Entre 2-7 % 10.0% 0.0% % % % % 0.8 Mayor 7 % 90.0% 0.0% % % % % 0.4 Cubierta % 100.0% 0% 40% 0% 50% 10% Tabla 1 El Coeficiente de Escorrentía Ponderado para el área en estudio es igual a la suma de la multiplicación de el porcentaje de cada tipo de cobertura para cada rango de pendiente por el valor del coeficiente de escorrentía estimado para dicho tipo de cobertura en dicho rango de pendientes. Ai * Cip Cp = At Cp Cip Ai At Coeficiente de Escorrentía ponderado para la cuenca en estudio Coefic. Escorr. para la cobertura tipo i para la rango de pendiente p Area cubierta por cobertura tipo i en el rango de pendiente p Area total de la cuenca Valor del Coeficiente de Escorrentía Ponderado = 0.4

5 DETERMINACION DEL CAUDAL PARA CUENCAS MEDIANAS Problema: Determinar el caudal pico para la cuenca No 156 de del proyecto Ocotal 5 usando el Método de la Curva CN. Datos: Proyecto: Ocotal 5 Número de la Alcantarilla: 156 Estación: METODO DE LA CURVA CN Ejercicio 1 - Definir parámetros de la cuenca: Se definen los parámetros de la cuenca conforme lo explicado en los ejercicio 1 y 2. Area de la cuenca (kms²): 9.69 Longitud del cauce (Kms): Elevación Superior (msnm): 420 Elevación Inferior (msnm): Definir los tipos de cobertura y su área dentro de la cuenca: Con ayuda de los planos de la zona se define aproximadamente el area o porcentaje del área total cubierta por cada uno de los tipos de cobertura considerados, (Pastos, Arbustos, Bosque Ralo, Bosques espesos, y Areas Pantanosas). La suma de los porcentajes de tipo de cobertura debe ser igual al 100%. Porcentaje del Area Areas en Kms² Pastos B.Ral. B.Esp. Bosq. Panta. Pastos B.Ral. B.Esp. Bosq. Panta. 5% 20% 25% 20% 0% Definir la curva CN ponderada de la cuenca: Para definir el número de la curva CN se utilizan los datos procesados de la Tabla 2-2 de la Guía. Tipo de cubierta vegetal Regi. 1 Praderas pastos continuos 8 Arbustos 72 Bosque Ralo 78 Bosque espeso 72 Pantanos

6 Cp = At Continuación Ejercicio Para la definición del número de curva CN de la cuenca en estudio se multiplica el valor correspondiente de curva CN para cada tipo de cobertura en la zona en estudio, por el porcentaje del área de dicho tipo de cobertura o el área cubierta y se suma el resultado para todos los tipos de cobertura identificados, En el caso de utilizar las áreas la suma se divide entre el área total. La Tabla 1 a continuación muestra el el cálculo de la Curva CN ponderada de la cuenca en estudio utilizando los porcentajes de cobertura.. Tabla 1 Alcanta. Pastos Arbus. Bos.R. Bos.E. Panta. Pastos Arbus. Bos.R. Bos.E. Panta. CN Po % 20% 25% 20% 0% Para el caso en estudio se utilizan los datos correspondientes a la Región 1. Valor de la CN ponderado para la cuenca = Calcular el valor de S: 1000 S = 5.08 * 10 = CN - Calcular el Tiempo de Concentación Se calcula el Tiempo de Concentración conforme lo explicado en el Ejercicio 4. T c L * = H 0.85 Long. Cauce L El.Sup. El.Inf Desnivel H T.Con. Kms Millas Msnm msnm Mts Pies Min Nota: Si Tc es menor de 5 minutos usar Tc=5 minutos. Tc = 1.05 Horas 4- Calcular Escorrentía Debido a que Tc es mayor de 1 hora, seleccionamos el arreglo de lluvia de la Tabla 2- para dos horas y un período de retorno de 25 años. Paso 1 Calcular Escorrentía Acumulada para el Intervalo Paso 2 Calcular Escorrentía del Intervalo E = + 2 ( P S ) ( P 4 * S ) Paso Definir Hidrográma de cada intervalo Paso a Calcular tiempo del pico para cada intervalo Tp = 0.5 * * 1.05 = 0.80 Paso b Calcular tiempo base para cada intervalo Tb = 2.67 * Tp = 2.10 Paso c Calcular Q pico para cada intervalo Tp = 0.5 D Tc Tb = Tp Qp = E A Tp

7 Continuación Ejercicio En la Tabla a continuación se presenta el Arreglo de lluvia para la región en estudio y el cálculo de la escorrentía y el caudal pico. Arreglo de lluvia Durac. 2 horas Lluvia Escorrentía Tiempo Caudal Interva. en hrs. Acum. Acum. Inter. Pico Base Pico Inicial Final mm mm mm Hrs Hrs mc/s T=25 años Estimar Caudal Pico Con los datos de cada intervalo se dibujan los hidrogramas unitarios de acuerdo al procedimiento explicado en el Cuadro 2-2 de la Guía Hidráulica, y luego se suman de forma gráfica para obtener el Hidrograma de la crecida. En la Figura adjunta se pueden observar los hidrogramas unitarios y el hidrograma resultante de la suma de los mismos, el cual tiene un pico de 52.4 mc/s Caudal pico = mc/s

8 DEFINICION DE LA INTENSIDAD DE LA LLUVIA Ejercicio 4 Problema: Determinar la intensidad de la lluvia para un período de retorno de 15 años para la alcantarilla N 256. Datos: Proyecto: Ocotal 1 Número de la Alcantarilla: 256 Estación: Area de la cuenca (Ha): 14.5 Período de Retorno Definir el área de drenaje de la alcantarilla: Se define el área de drenaje de la alcantarilla conforme el procedimiento explicado en el ejercicio Estimar la longitud del cauce L y su desnivel: Se define el cauce principal y se estima su longitud, además por interpolación de las curvas de nivel se definen las elevaciones en los extremos del cauce principal. Longitud del cauce (Kms): 0.25 Elevación Superior (msnm): 120 Elevación Inferior (msnm): 79 - Calcular el Tiempo de concentración de la cuenca: Se usa la Ecuación 2. del modelo de California Culverts para definir el Tiempo de Concentración de la cuenca y para sistematizar su cálculo se usa la Tabla 1 del presente ejercicio, en la misma se introducen la longitud del cauce principal en kms y las elevaciones en los extremos del mismo en msnm.. T c L * = H 0.85 El Tc resultó de.74 min. < 5 min. por lo cual se toma Tc = Long. Cauce El.Sup. El.Inf Desnivel H T.Con. Kms Millas Msnm msnm Mts Pies Min min 4- Definir la Intensidad de la lluvia para la cuenca: Con la curva de Intensidad para la zona en estudio y para el período de retorno adecuado, para el caso la zona es Ocotal con un período de retorno de 15 años, se calcula la intensidad I con la Ecuación 2.2: Ocotal T 15 A A 1954 I = = mm/hora d 16 b (Tc + d) b Valor de la Intensidad de la lluvia para la cuenca = mm/hora

9 DETERMINACION DIMENSIONES ALCANTARILLA (USANDO NOMOGRAMAS) Ejercicio 5 Problema: Dado el caudal pico y la altura del cabezal para la alcantarilla N 256, determinar la estructura a utilizar y el tamaño de la misma usando los nomogramas. Datos: Proyecto: San Isidro Número de la Alcantarilla: 256 Caudal Pico (mc/s): 4.1 Estación: Carga sobre la corona (H) 0.45 Se procede siguiendo los pasos del Cuadro - de la Guía Hidráulica. 1- Seleccionar el tipo de estructura y el diámetro o altura de la misma: Seleccionar un tipo de estructuras a estudiar, para lo cual escogemos el nomograma adecuado, ejemplo Semicirculos de Mampostería (Gráfico No -6), elegimos un tamaño de estructura a estudiar y luego verificamos su capacidad con la ayuda del nomograma: Semicirculo de Mampostería de 1 mt de diámetro Carga = 0.45 igual a la altura del cabezal. 2- Calcular la carga He: Nota: Para el caso del semicirculo la Altura total del agua= He = Radio (R) + Carga = =0.95 altura corresponde al Radio. - Calcular la relación He/R: Relación Altura del agua sobre altura estr. He/R=0.95/0.5= Determinar el caudal máximo para la estructura seleccionada: Con el díametro de la estructura y el valor de He/R ir al nomograma y trazar una recta entre el punto correspondiente al valor del diámetro en la escala de la izquierda y el punto correspondiente al valor de la relación He/R en la escala de la derecha y el caudal se define por el valor donde la recta corta la escala del centro, un valor de 0.8 mc/s. El caudal resultó muy pequeño por lo que se debe seleccionar otro diámetro de la estructura y verificar nuevamente su capacidad. Siguiendo el mismo procedimiento se seleccionan los diámetros 1.5 y 2 mts y verificamos la capacidad de los mismos, en la Tabla 1 a continuación y en el Gráfico -6 de la Guía se muestran los resultados. Prueba Diám. R H He He/R Q Tabla Caudal muy pequeño Caudal muy pequeño Valor adecuado De los resultados se obtiene que se puede instalar un semicírculo de 2 mts de diámetro con capacidad adecuada, pero también se pueden instalar dos semicírculos de 1.5 mts de diámetro cada uno. La decisión final se toma en base a un análisis de costos y tomando en cuenta las condiciones del sitio, por ejemplo la altura de la rasante, el ancho del cauce, etc.

10 Continuación Ejercicio 5 Para el nomograma de las cajas de mampostería o concreto, el cuadal resultante de la escala del centro es el caudal que fluye por una caja de la misma altura pero con el ancho igual a un metro, para obrener el caudal total que fluye por la caja en estudio, se debe multiplicar dicho caudal por el ancho de la misma.

11 Problema: Determinar las Dimensiones de la alcantarilla N 156 del proyecto Condega 1 usando el Método Racional. Datos: Proyecto: Condega 1 Número de la Alcantarilla: 156 Estación: DETERMINACION ALCANTARILLA Ejercicio 6 Método Racional 1 - Definir parámetros de la cuenca: Se definen los parámetros de la cuenca conforme lo explicado en los ejercicio 1 y 2. Area de la cuenca (Ha): 12.9 Longitud del cauce (Kms): 0.58 Elevación Superior (msnm): 200 Elevación Inferior (msnm): Calcular Coeficiente de Escorrentía ponderado Se determina el coeficiente de escorrentía conforme lo explicado en el ejercicio 2. Area Pend. % Cob. Pant. % Cob. Pasto % Cob. Cult. % Cob. Mato % Cob. Bosque Cp Pend % C C C C C Menor 2 % 0.0% 0.0% % % % % Entre 2-7 % 0.0% 0.0% % % % % 0.8 Mayor 7 % 100.0% 0.0% % % % % 0.4 Cubierta % 100.0% 0% 40% 20% 0% 10% - Calcular el Tiempo de Concentación Se calcula el Tiempo de Concentración conforme lo explicado en el Ejercicio 4. T c L * = H 0.85 Nota: Si Tc es menor de 5 minutos usar Tc=5 minutos. Long. Cauce L El.Sup. El.Inf Desnivel H T.Con. Kms Millas Msnm msnm Mts Pies Min

12 Continuación Ejercicio 6 4- Calcular Intensidad de la lluvia Se calcula la intensidad de la lluvia para la cuenca conforme a lo explicado en el ejercicio 4. Condega T 15 A A 4069 I = = mm/hora b d 21 (Tc + d) b Calcular el caudal pico en el sitio de alcantarilla Se calcula el caudal pico en el sitio con la Ecuación 2-1 del método racional. C p * I * A Q = 60 Q Cp I A Definir la estructura a instalar: Se identifican las estructuras a instalar y seleccionamos el tamaño en una primera aproximación, verificamos la capacidad para cada una de las alternativas conforme el procedimiento explicado en el ejercicio 5 y seleccionamos la alternativa adecuada después de un análisis. a- Alcantarillas de Semicirculos de Mampostería D Carga He He/D Q mt mt mt mc/s Alt. 1 1 semicirculo de 1.25 de diámetro Capacidad pequeña, probar con otro diámetro Alt. 2 1 semicirculo de 1.5 de diámetro Capacidad pequeña, probar con otro diámetro Alt. 1 semicirculo de 1.75 de diámetro Capacidad un poco grande para el caudal de diseño, probar con otro tipo de estructura. Nota: Para el semicirculo He=Diámetro/2+Carga b- Alcantarillas de RibLoc: D Carga He He/D Q mt mt mt mc/s Alt. 4 1 tubo de 0.85 mt de diámetro Capacidad pequeña, probar con otro diámetro Alt. 5 1 tubo de 1mt de diámetro Capacidad pequeña, probar con otro diámetro Alt. 6 1 tubo de 1.1 mt de diámetro Capacidad adecuada para el caudal de diseño. 7- Conclusión: Como se puede observar el tubo RibLoc con un diámetro de 1.1 mt cumple con todos los requisitos y es la mejor alternativa para el sitio.

13 DETERMINACION ALCANTARILLAS Ejercicio 7 Método Racional Problema: Determinar las Dimensiones de la alcantarilla N 12 del proyecto Ocotal 1 usando el Método Racional Datos: Proyecto: Ocotal 1 Número de la Alcantarilla: 12 Estación: 0+52 Cauce plano y ancho. 1 - Definir parámetros de la cuenca: Se definen los parámetros de la cuenca conforme lo explicado en los ejercicio 1 y 2. Area de la cuenca (Ha): 21 Longitud del cauce (Kms): 0.61 Elevación Superior (msnm): 87 Elevación Inferior (msnm): Calcular Coeficiente de Escorrentía ponderado Se determina el coeficiente de escorrentía conforme lo explicado en el ejercicio 2. Area Pend. % Cob. Pant. % Cob. Pasto % Cob. Cult. % Cob. Mato % Cob. Bosque Cp Pend % C C C C C Menor 2 % 0.0% 0.0% % % % % Entre 2-7 % 0.0% 0.0% % % % % 0.8 Mayor 7 % 70.0% 0.0% % % % % 0.4 Cubierta % 100.0% 0% 50% 0% 40% 10% - Calcular el Tiempo de Concentación Se calcula el Tiempo de Concentración conforme lo explicado en el Ejercicio 4. T c L * = H 0.85 Nota: Si Tc es menor de 5 minutos usar Tc=5 minutos. Long. Cauce L El.Sup. El.Inf Desnivel H T.Con. Kms Millas Msnm msnm Mts Pies Min Calcular Intensidad de la lluvia Calcula la intensidad de la lluvia conforme el procedimiento explicado en el ejercicio 4. Condega T 15 A A 1954 I = = mm/hora b d 16 (Tc + d) b 0.816

14 5- Calcular el caudal pico en el sitio de alcantarilla Se calcula el caudal pico en el sitio con la ecuación 2-1 del método racional. Continuación Ejercicio 7 Q = C p * I * 60 A Q Cp I A Definir la estructura a instalar: Identificar las alternativas de estructuras a instalar y seleccionamos el tamaño en una primera aproximación, verificamos la capacidad para cada una de las alternativas conforme el procedimiento explicado en el ejercicio 5 y seleccionamos la alternativa adecuada después de un análisis. a -Alcantarillas de Cajas de Mampostería D Carga He He/D Q Q mt mt mt mc/s/mt mc/s Alt. 1 1 caja de 1 mt *1 mt Capacidad muy pequeña, probar con otra caja. Alt. 2 1 caja de 1.5 mt *1.5 mt Capacidad grande, probar otro tipo de estructura. Nota: Para las cajas Q nomograma corresponde a caudal por metro de ancho de la caja. b- Alcantarillas de Semicirculos de Mampostería D Carga He He/D Q mt mt mt mc/s Alt. 1 semicirculo de 1.25 de diámetro Capacidad muy pequeña, probar con otro diámetro Alt. 4 1 semicirculo de 1.5 de diámetro Capacidad muy pequeña, probar con otro diámetro Alt. 5 1 semicirculo de 1.75 de diámetro Capacidad adecuada para el caudal de diseño. Nota: Para el semicirculo He=Diámetro/2+Carga b- Alcantarillas de RibLoc: D Carga He He/D Q mt mt mt mc/s Alt. 6 1 tubo de 0.85 mt de diámetro Capacidad muy pequeña, probar con otro diámetro Alt. 7 1 tubo de 1mt de diámetro Capacidad muy pequeña, probar con otro diámetro Alt.8 1 tubo de 1.2 mt de diámetro Capacidad adecuada para el caudal de diseño. 7- Conclusión: Como se puede observar el semicírculo de 1.75 mt de diámetro (Alt.5) cumple con la capacidad necesaria para evacuar el caudal de diseño, de igual manera el tubo RibLoc de 1.2 mt. de diámetro (Alt.8), pero tomando en cuenta que el cauce en estudio es bastante plano, se debe encontrar una alternativa con la carga He para evitar subir la rasante del camino. Se colocan 2 semicírculos de la Alt. los cuales llenan los requisitos de capacidad y altura de la estructura.

15 DETERMINACION DE CAJAS Ejercicio 8 Método Racional Problema: Determinar las Dimensiones de la alcantarilla N 12 del proyecto Ocotal 1 usando el Método Racional Datos: Proyecto: Ocotal 2 Número de la Alcantarilla: 51 Estación: Definir parámetros de la cuenca: Se definen los parámetros de la cuenca conforme lo explicado en los ejercicio 1 y 2. Area de la cuenca (Ha): Longitud del cauce (Kms): Elevación Superior (msnm): 240 Elevación Inferior (msnm): Calcular Coeficiente de Escorrentía ponderado Se determina el coeficiente de escorrentía conforme lo explicado en el ejercicio 2. Area Pend. % Cob. Pant. % Cob. Pasto % Cob. Cult. % Cob. Mato % Cob. Bosque Cp Pend % C C C C C Menor 2 % 5.0% 0.0% % % % % Entre 2-7 % 25.0% 0.0% % % % % 0.8 Mayor 7 % 70.0% 0.0% % % % % 0.4 Cubierta % 100.0% 0% 20% 20% 20% 40% - Calcular el Tiempo de Concentación Se calcula el Tiempo de Concentración conforme lo explicado en el Ejercicio 4. T c = L * H 0.85 Nota: Si Tc es menor de 5 minutos usar Tc=5 minutos. Long. Cauce L El.Sup. El.Inf Desnivel H T.Con. Kms Millas Msnm msnm Mts Pies Min Calcular Intensidad de la lluvia Calcular la intensidad de la lluvia conforme el procedimiento explicado en el ejercicio 4. Condega T 15 A A 1954 I = = 96.6 mm/hora b d 16 (Tc + d) b 0.816

16 5- Calcular el caudal pico en el sitio de alcantarilla Se calcula el caudal pico en el sitio con la ecuación 2.1 del método racional. Continuación Ejercicio 8 Q = C p * I * 60 A Q Cp I A Definir la estructura a instalar: Identificar las alternativas de estructuras a instalar y seleccionamos el tamaño en una primera aproximación, verificamos la capacidad para cada una de las alternativas conforme el procedimiento explicado en el ejercicio 5 y seleccionamos la alternativa adecuada después de un análisis. a -Alcantarillas de Cajas de Mampostería D Carga He He/D Q Q mt mt mt mc/s/mt mc/s Alt. 1 1 caja de 1.5 mt *1.5 mt Capacidad muy pequeña, probar con otra caja. Alt. 2 1 caja de 2 mt *2 mt Capacidad muy pequeña, probar con otra estructura Nota: Para las cajas Q nomograma corresponde a caudal por metro de ancho de la caja. b- Tubos de Concreto D Carga He He/D Q mt mt mt mc/s Alt. 1 tubo de 60 pulg de diámetro Capacidad menor, probar con otro diámetro Alt. 4 1 tubo de 72 pulg de diámetro Capacidad muy pequeña, probar con otra estructura c- Cajas de Concreto D Carga He He/D Q Q mt mt mt mc/s/mt mc/s Alt. 5 1 caja de concreto de 2*2 mts Capacidadmenor, probar con otra estructura Alt. 6 1 caja de concreto de 2.25*2.25 mts Capacidad muy pequeña, con 2 cajas la capacidad es adecuada. Nota: Para las cajas Q nomograma corresponde a caudal por metro de ancho de la caja. 7- Conclusión: Como se puede observar para evacuar el caudal de diseño se necesitarían cajas de mampostería de 2*2mt ver Alt.2, tambien se podría evacuar dicho caudal con 4 tubos de 72 pulgadas ver Alt.4, sin embargo la Alt.6 presenta una mejor opción para evacuar el caudal de diseño con 2 estructuras de concreto de 2.25*2.25 mts

17 CALCULO DE CAUDAL PARA CUENCAS PEQUEÑAS CON PANTANOS Ejercicio 9 Método Racional Problema: Determinar las Dimensiones de la alcantarilla N 15 del proyecto Bluefields 4, en cuya cuenca se encuentra un área pantanosa, usando el Método Racional y el Gráfico No 2-1. Datos: Proyecto: Blufields 4 Número de la Alcantarilla: 15 Estación: Definir parámetros de la cuenca: Se definen los parámetros de la cuenca conforme lo explicado en los ejercicio 1 y 2. Area de la cuenca (Ha): 48.8 Longitud del cauce (Kms): Elevación Superior (msnm): 140 Elevación Inferior (msnm): 108 Area de pantanos (Ha) Calcular Coeficiente de Escorrentía ponderado Se determina el coeficiente de escorrentía conforme lo explicado en el ejercicio 2. Area Pend. % Cob. Pant. % Cob. Pasto % Cob. Cult. % Cob. Mato % Cob. Bosque Cp Pend % C C C C C Menor 2 % 20.0% 18.0% % % % % Entre 2-7 % 45.0% 14.9% % % % 0.8 Mayor 7 % 5.0% 11.6% % % % 0.4 Cubierta % 100.0% 18% % 25% 24% - Calcular el Tiempo de Concentación Se calcula el Tiempo de Concentración conforme lo explicado en el Ejercicio Long. Cauce L El.Sup. El.Inf Desnivel H T.Con L * T Kms Millas Msnm msnm Mts Pies Min c = H Nota: Si Tc es menor de 5 minutos usar Tc=5 minutos.

18 Continuación Ejercicio 9 4- Calcular Intensidad de la lluvia Se calcula la intensidad de la lluvia para la cuenca conforme el procedimiento explicado en el ejercicio 4. Blufields T 15 A A 919 I = = mm/hora b d 5 (Tc + d) b Calcular el caudal pico en el sitio de alcantarilla Se calcula el caudal pico en el sitio con la Ecuación 2-1 del método racional. C p * I * A Q = 60 Q Cp I A Calcular el caudal pico de salida Se determina la relación área de pantano sobre área total Ap/A, con este valor del Gráfico No 2-1 de la Guía se obtiene el valor de la relación caudal pico de salida sobre caudal pico de entrada de la cuenca Qs/Q, con el valor de esta relación y el valor del caudal de entrada se calcula el caudal de salida Qs. Ap A Ap/A Q Qs/Q Qs Nota: Qs/Q se obtiene del Gráfico No 2-1 de la Guía Hidráulica.

19 DETERMINACION DIMENSIONES VADO Ejercicio 10 Problema: Dado el caudal pico con un período de retorno de 2 años para el sitio N 56, la carga sobre la la corona y la altura máxima de lámina de vertido, determinar las dimensiones del vado a construir. Datos: Proyecto: Ocotal Número de la Alcantarilla: 56 Estación: 0+28 Caudal Pico (mc/s): 0.8 Altura losa recubrimiento (mt) 0. Altura Lámina de Vertido (mt) 0. Se procede siguiendo los pasos del Cuadro -5 de la Guía Hidráulica. 1- Seleccionar el tipo de estructura y el diámetro o altura de la misma: Seleccionar un tipo de estructuras a estudiar y escogemos el nomograma adecuado, ejemplo Tubos RibLoc (Gráfico No -4), se elige un tamaño de estructura a estudiar y luego se calcula su capacidad con la ayuda del nomograma: Tubo RibLoc de 1.5 mt de diámetro Carga = altura de la losa + altura de lámina de vertido =0.+0.=0.6 mt 2- Calcular el Caudal total El caudal total (Q t ) que drenará el vado será el caudal evacuados por las alcantarillas (Qalc) más el caudal del vertedero (Qver ). - Determinar el caudal para tubería seleccionada: Calcular la carga He: Altura total del agua= He = Diámetro (D) + Carga = =2.1 Calcular la relación He/D: Relación Altura del agua sobre altura estr. He/D=2.1 / 1.5 = 1.4 Q = Q + Q Conforme lo explicado en el Ejercicio 5, con el díametro de la estructura y el valor de He/D ir al nomogram (Gráfico No -4) y trazar una recta entre el punto correspondiente al valor del diámetro en la escala de la iz y el punto correspondiente al valor de la relación He/D en la escala de la derecha y el caudal se define por el valor donde la recta corta la escala del centro, un valor de 5.7 mc/s. T Alc Vert Diám. Loza H vert He He/D Q Prueba 1. Probar con 2 tubos de 1.5 mts de diámetro Caudal Alcantarillas Qalc= Caudal 1 Tubo * N Tubos Qalc= 2 * 5.7 = 11.4

20 Continuación Ejercicio Determinar el caudal máximo que vierte sobre la loza y el caudal total: Se procede a estimar las dimensiones características del vado de acuerdo con las recomendaciones del Manual de Estructuras, Hojas de Trabajo de construcciones para vado con tubo RibLoc, tomando en cuenta que esta Guía Hidráulica no recomienda usar una losa sobre los tubos con un espesor mayor de 0 cms. Ver Figura del ejercicio. Caudal vertido Q Vert / 2 = C * L * H C = 1.7 L = Ntub * D + (Ntub - 1) * D / 2 + D mts Altura de Lámina de Vertido H (mt) = 0. mts a- Calcular la Longitud del vertedero L: Está compuesta por el ancho que ocupan los tubos (Ntub*D), el espacio entre ellos ((Ntub-1)*D/2) y el espacio en ambos extremos del vado igual a D/2. L = 2 * (2-1)*1.5/2+1.5 = 5.25 mts b- Calcular el caudal vertido: Qvert=1.7 * 5.25 * 0. ^ (/2) = 1.47 c- Calcular el caudal Total: Qt=Qvert + Qalc = = d- Comparar los valores del caudal total Qt y el caudal de diseño Qd Qt < Qd La capacidad del vado es muy inferior a la capacidad requerida, se continúa incrementando el número de tubos hasta alcanzar la capacidad requerida Se prueba con diferentes números de tuberías hasta encontrar la cantidad adecuada para evacuar el caudal de diseño. La Tabla 1 del presente ejercicio se elaboró para facilitar el cálculo del caudal total del vado y muestra el resumen de las iteraciones realzadas. Tabla 1 Datos constantes N Tub L Qvert Qalc Q vado Diámetro del Tubo (mt) 1.50 mt mc/s mc/s mc/s Altura de Lámina de Vertido H (mt) Espacio entre tubos (mt) Coeficiente de descarga H^(/2) Conclusión Se observa que para una batería de 5 tubos el caudal total Qt es ligeramente mayor al caudal de diseño Qd, por lo tanto procedemos a ajustar la altura de la lámina de vertido para obtener un valor más cercano, para esto se debe reiniciar el cálculo desde el punto, calcular el nuevo valor de He y la relación He/D, determinar la capacidad de los tubos y luego calcular el caudal vertido, esto se repite hasta encontrar un Qt similar al Qd. Diám. Loza H vert He He/D Q H^(/2) N Tub L Qvert Qalc Q vado Finalmente se define la estructura con 5 tubos de 1.5 mt de diámetro y una lámina de vertido de 0.27 mt. Figura

21 T c = 60 * H DIMENSIONAMIENTO DE PUENTES Ejercicio 11 Problema: Determinar la altura del puente en la cuenca N 256 del proyecto Ocotal 1, dado el caudal pico, las características de la cuenca y del cauce. Datos: Proyecto: Ocotal 1 Número de la Alcantarilla: 256 Estación: +528 Area de la cuenca (Kms²): 9.69 Período de Retorno 25 Longitud del cauce (Kms): Elevación Superior (msnm): 420 Elevación Inferior (msnm): 75 Pendiente del cauce Caudal de Diseño (mc/s) Determinar las características del cauce. Según las características del cauce, podemos dividir el mismo en tres partes, la parte central por donde pasa la mayor parte del caudal, y las áreas sobre las riveras a ambos lados. Ver Figura adjunta. El proceso de cálculo es un proceso iterativo, se toma una profundidad inicial del agua, se calculan todos los parámetros (área, coeficiente de manning y perímetro mojado), de las áreas en que está dividido el cauce y el caudal, se comparan el caudal estimado Qe con el caudal de la cuenca Qc, si Qe < Qc, se toma una profundidad mayor y se repite nuevamente el cálculo hasta encontrar un valor de Qe igual a Qc, si Qe > Qc, se toma una profundidad menor se repite el proceso hasta encontrar un Qe igual a Qc. Paso 1 Se toma H = 2.5 Paso 2 Definir las características de cada sección del cauce (coeficiente de rugosidad, área y perímetro mojado. n1 = Bolones A1 = 1 * 0.5 / 2 = 0.25 n2 = 0.02 Suelo firme A2 = (5+4)/2*2+5*0.5 = n = Bolones A = 0.8*0.7/2 = 0.28 P1 = (1^2+0.5^2)^(1/2) 1.12 P2 = (2^2+0.5^2)^(1/2)+4+(1.8^2+0.7^2)^(1/2) P = (0.8^2+0.5^2)^(1/2) 1.06

22 Paso Definir el caudal para cada sección del cauce Continuación Ejercicio 11 Q e A = n 2 A n * R + * R + * R * S A n Capacidad máxima = mc/s Suma S o Ai * R& ni 2 Qi Vi Paso 4 Comparamos la capacidad del cauce con el caudal de diseño: Qe < Qc Se toma un H mayor y se realiza el cálculo nuevamente a partir del Paso 1 y así de forma iterativa hasta encontrar una capacidad del cauce igual al caudal de diseño. Segundo Intento H=2.75 mts H 1 2 Ai 2 * R& ni Ai Pi S o ni Qi Vi Tercer Intento H=2.8 mts H 1 2 Ai 2 * R& ni Ai Pi S o ni Qi Vi Figura Cauce del río A,n A1,n P1 A2,n2 P 8 7 P Paso 4 Conlusión: La altura normal calculada es de 2.80 mts a la cual se le debe sumar el borde libre de 1.0 mt teniendo como altura total de la viga inferior del puente de.80 mts.