DRENAJE DEL CAMINOEl diseo del drenaje es un elemento muy importante para un buen aprovechamiento de camino.Todos los caminos que se introducen en planicies de inundaciones, en grandes masas de agua o en corrientes, se deben proyectar para que conduzcan la creciente bsica sin causar grave dao al camino, a la corriente, a la masa de agua a otra propiedad. Sin las instalaciones adecuadas de drenaje, tanto superficiales como sub-superficiales, no durara un camino, aunque muy bueno el pavimento.

El Drenaje Superficial- comprende el desalojo del agua, ya sea de lluvia o de nieve derretida, que cae directamente sobre el lecho del camino, y la intercepcin y remocin de las aguas que llegan al camino procedente de terrenos adyacentes.El Drenaje Sub Superficial Est relacionado con la remocin del agua que procede de la subrasante y con la intercepcin del agua subterrnea que viene de la subrasante

CONSIDERACIONES HIDRULICAS PARA PLANEACIN Y LOCALIZACIN DEL CAMIOLos efectos de la construccin del camino sobre el modelo existente de drenaje y los riesgos potenciales de las inundaciones, as como los efectos de las inundaciones sobre el camino, se deben evaluar en los pasos preliminares de planeacin y diseo. Tal evaluacin puede ayudar para determinar la localizacin que en la construccin y la conservacin sern excesivas o arriezgadas en forma fuera de lo comn.

Tambin, aunque las leyes sobre aguas en el Per, no sean muy explcitas, responsabilizan por dao de las inundaciones a la persona u organizaciones que altera el modelo de drenaje de una cuenca o crea un obstculo al flujo de agua en curso natural.Siempre que se tenga conocimiento de que existan problemas de drenaje y de inundaciones, se debern considerar los aspectos convenientes para evitar problemas futuros

Con frecuencia es til, para dejar constancia del estado actual de las condiciones o problemas existentes, sacar fotografas y elaborar una descripcin de las condiciones del campo. Esta meticulosidad es esencial, porque con frecuencia se culpa a los ingenieros de caminos por los daos de inundaciones o de erosin, cuando, cuando en realidad, la causa real son las condiciones que existen antes de construir el camino.

Siempre que sea prctico, los cruzamientos de los de corriente se debe hacer en tramos estables de una corriente, no en meandros que est sujeto a cambios. La garganta de una curva en forma de herradura que est sujeta a derrame es una mala localizacin para un camino, porque la localizacin de puentes de alivio algunas veces vara con la etapa de la corriente. La direccin y cantidad del flujo de creciente en diversas etapas siempre se deben considerar al realizar aberturas para puentes, para evitar socavacin y erosin y erosin indebidas que podran causar un completo cambio de canal del ro.

Siempre que sean posibles los cruzamientos deben ser normales a la direccin del flujo, considerando la direccin del flujo de la corriente cuando esta puede ser diferente a aquella de agua baja.Debe hacerse todo esfuerzo para minimizar el nmero de cruzamientos de corrientes y de alterar los lechos de las corrientes.

DISEO DE INSTALACIONES DE DRENAJEPara el diseo apropiado de cualquier estructura de drenaje, ya sea un simple tubo, una alcantarilla o un puente, el ingeniero debe conocer el escurrimiento que puede llegar a la estructura.Esta cantidad se debe determinar a partir de la ms fuerte precipitacin pluvial a la que habr que ajustarse y depende de la frecuencia de la tormenta para diseo y de las caractersticas de la cuenca colectora. En el diseo de instalaciones de drenaje para adaptarse a un ro corriente activos, pueden ser de gran valor las lecturas de medicin de una corriente y los estudios disponibles de corrientes.

Frecuencia de las tormentas el primer paso para disear una estructura de drenaje, es escoger la frecuencia de las tormentas que se va a usar para determinar las dimensiones de la abertura de la va pluvial. Para precipitaciones pluviales intensas, cuanto ms fuerte sea la tormenta, menor ser la frecuencia probable con que vuelva a ocurrir. Una precipitacin pluvial que puede esperarse una vez en N aos se conoce como tormenta.

Derrame, descarga o creciente del ao n. La creciente seleccionada para el ao n. o para diseo debe estar apoyada por lo siguiente, donde sea posible:Un anlisis incremental de los costos de construccin estimado.El dao probable a propiedades con inclusin el dao al camino El aumento potencial de la tierra en relacin con el crecimiento corriente arriba y corriente abajo.El costo de la detencin del trfico

La disponibilidad de otras rutas optativas y de autos.Consideraciones de los riesgos potenciales de prdidas de vidas yLimitaciones del presupuesto.

Las atarjeas transversales (pequeas alcantarillas) para cursos de agua definidos, para pasarse debajo de caminos principales generalmente se proyectan para soportar una tormenta del ao 25, para alcantarillas grandes y puentes en caminos principales generalmente se proyectan para soportar una tormenta del ao 100. En otros caminos, los lujos correspondientes para diseo para alcantarillas y puentes pueden variar desde una tormenta de 10 aos para cursos de agua menores en caminos rurales, hasta una tormenta de 50 aos para un curso de agua importante en caminos de ms fuerte recorrido. Es necesaria una atencin especial cuando los cursos del agua cruzan en el punto ms bajo de un perfil de un camino.

PROBLEMAS ESPECIALES DEL DRENAJEPrevencin de la erosin.-La erosin del suelo, por la accin del agua, es una fuerza destructiva comn que afecta a muchas obras de ingeniera. Produce cortes de aspecto desagradable en carreteras, taludes cortados terraplenes, socava zanjas laterales y transversales. Hace peligrar los caminos y las estructuras, constituye una costosa molestia

Existen tres formas bsicas para evitar la erosin: Reducir la velocidad del agua, mediante cunetas de controlInterceptar el agua por medio de desages (de tubera de acero ranurada) y conducirla mediante canales o vertederos tubulares, conductos para cursos de agua, o desages pluviales.Consiste en el tratamiento de la superficie mediante la pavimentacin, revestimiento o sembrado de csped, u otras plantas resistentes a la erosin.

CONDICIONES PARA UN BUEN DRENAJEPara este objeto debe evitarse:aQue el agua circule en cantidades excesivas sobre el camino destruyendo el pavimento y originando la formacin de charcos y bachesbQue el agua de las cunetas de base remoje o reblandezca la sub-rasante o base originando asentamientos con el siguiente perjuicio para la superficie de rodadura en s

cQue los cortes en los suelos que no sean roca fija se saturen de agua, con el peligro de derrumbes y deslizamientos, an deslizamiento del camino mismo.dQue el agua de arroyos, honduras y talwegs sean remansadas por los terraplenes, con el peligro de deslavarlo por erosineQue el agua sub-terranea reblandezca la sub-rasante formando tambin charcos y baches.

METODOS PARA EL CLCULO DE LAS OBRAS DE DRENAJEHay dos mtodos generales para determinar la capacidad de una estructura de drenaje:aPor comparacin: si existe ya una estructura en el lugar u otro cercano, haciendo un estudio de su eficiencia durante un periodo de 10 a 50 aos.

bPor registros pluviomtricos.- basndose en los registros de precipitaciones pluviales anteriores de la cuenca, haciendo uso de las frmulas empricas racionales podemos determinar el gasto mximo del escurrimiento y la rapidez con que llega el agua al lugar elegido para la estructura.

Algunas frmulas empricas dan directamente el volumen de agua, del cual se obtiene la seccin necesaria; aplicando as formulas de hidrulica.

DETERMINACIN DEL ESCURRIMIENTOEl mtodo seleccionado para determinar el escurrimiento depende de su aplicabilidad al rea en estudio, la cantidad de datos disponibles, los detalles requeridos en la respuesta final y la exactitud deseada.(Es la precipitacin residual que queda despus de deducir las prdidas por interaccin y evapotranspiracin. Aparecen en los canales abiertos, naturales o artificiales, con flujo permanente o intermitente. El escurrimiento clasificado por la trayectoria que forma hasta un canal, puede ser superficial sub-superficial fretico).

Flujo Superficial.- se mueve a travs de la tierra como flujo sobre la tierra hasta que llega a un cana, por donde continua como flujo en canal corriente. Despus de unirse al caudal del canal se combina con otros componentes del escurrimiento en el canal para formar el escurrimiento total.

Flujo Sub-superficial.- llamado tambin nter flujo, escurrimiento sub-superficial por tormenta y filtracin por tormenta, se infiltra solo en las capas superiores del suelo sin unirse al cuerpo fretico principal. Como tiene movimiento lateral debajo de la tierra, puede avanzar hasta que llega a un canal retorna a la superficie y contina como flujo sobre la tierra.El flujo sub-superficial puede ser la porcin mayor del escurrimiento total para lluvias moderadas o ligeras en zonas ridas, porque el flujo de superficie en estas condiciones se reduce por la evaporacin e infiltracin sumamente elevadas.

El flujo de agua fretica escurrimiento Fretico.- Es el aporte producido por la percolacin profunda. Es el flujo del cuerpo fretico principal y requiere periodos largos, quizs aos, para llegar a un canal.El flujo fretico es el que ocasiona que sigan corriendo los ros en tiempos secos y permanece casi constante durante una tormenta.

RESUMENFORMAS QUE EL AGUA LLEGA AL CAMINOAPor precipitacin directa bPor escurrimiento del agua del terreno adyacente cPor inundacin causada por las corrientes de los ros y arroyosEstos tres casos se llaman drenaje superficialPor filtraciones a travs del sub-suelo o sub-rasante del camino, lo que debe solucionarse mediante el sub-drenaje drenaje sub-terraneo

METODOS PARA DETERMINAR EL ESCURRIMIENTO PARA ESTRUCTURAS HDRULICAS

El mtodo ms comn es la frmula RacionalDonde: Descarga Mxima en pies/seg Coeficiente de escorrenta= porcentaje de lluvia que aparece como escurrimiento directo. Intensidad de la lluvia en Plg/hora Cuenca hidrolgica rea de drenaje, en Acres

Donde: Tasa mxima del escurrimiento, en litros/seg. Coeficiente ponderado del escurrimiento, que expresa la razn entre ste y la precipitacin. Intensidad promedio de la precipitacin, en mm. por hora (Para frecuencia establecida y para una duracin igual al tiempo de concentracin Cuenca a desaguar en Has.

Valores de impermeabilidad relativa

Tipo de superficie Factor CPara todas las superficies impermeables techadas 0.75 a 0.95Para pavimentos asflticos para pistas de aeropuertos 0.80 a 0.95Para pavimentos de hormign para pistas de aeropuerto 0.70 a 0.90Para calzadas de ripio Macadam 0.35 a 0.70

METODO RACIONALDonde: Escurrimiento, en litros/seg. Coeficiente de escurrimiento. Intensidad de la precipitacin pluvial igual al tiempo de concentracin, en cm. por hora Cuenca drenada Ha.

Las suposiciones en la frmula Racional son:La tasa mxima de escurrimiento para una intensidad particular de lluvia ocurre si duracin de la lluvia es igual o mayor que el tiempo de concentracin. El tiempo de concentracin se define como el tiempo requerido para que corra el agua desde el punto ms distante de una cuenca hasta el punto de medicin del flujo o caudal.La tasa mxima de escurrimiento para una intensidad especfica de lluvia la cual tiene una duracin igual o mayor que el tiempo de concentracin, es directamente proporcional a la intensidad de la lluvia.

La frecuencia de la ocurrencia de la descarga mxima es la misma que de la intensidad de la lluvia con que se calcul.La descarga mxima por rea unitaria disminuye conforme aumenta la duracin.El coeficiente de escorrenta permanece constante para todas las tormentas en una cuenca hidrolgica

ste mtodo solo es confiable para cuencas pequeas sea menor de 1,000 Acres que es igual a 404.69 Has.

Superficie Valores de C Pavimentos asflticos 0.75 a 0.95Pavimentos de concreto hidrulico 0.70 a 0.90Suelo impermeables 0.40 a 0.65Suelos ligeramente impermeables 0.15 a 0.40Suelos medianamente permeables 0.05 a 0.20

ADAPTACIONESMETODO CAA (Civil Aeronautic Adminitratin)Coeficiente que representa la relacin entre el volumende escurrimiento y la precipitacin.

Clase de suelo de rea drenadaCPavimento de concreto bituminoso0.8-0.9Caminos de grava textura abierta0.4-0.6Tierra desnuda0.2-0.8Praderas de csped0.1-0.4Campos cultivados0.2-0.4reas de bosque0.1-0.2

ARMCOPendientes < 2%Donde: Escurrimiento, en litros/seg. Factor para compensar la pendiente de la superficie que a la vez afecta al tiempo de concentracin Factor de escurrimiento superficial durante una hora Precipitacin en cm/h rea drenada en Ha.

Valores de fPendientes de 0.5% a menos3.00Pendientes de 0.5% a 1 %2.50Pendientes mayores de 1%2.00Pavimentos asflticos 0.85 a 0.95

FORMULAS EXPERIMENTALESBurkly Ziegler

Q= Gasto en m/segC= 0.25 para terrenos cultivablesA=rea tributaria en Ha.C= 0.50 para terrenos ligeramente impermeablesh= Precipitacin pluvial en Cm/hora, correspondiente al aguacero ms intenso.C= 0.70 para terrenos impermeablesS=Pendiente del suelo en m/KmC= 0.75 para calles pavimentadas y distritos comercialesC=Coeficiente depende del tipo de suelo

Gasto de la alcantarilla, aportada por toda el rearea tributaria en KmCoeficiente depende de la clase de terreno y de alto total de la lluvia en 24 horas y tiene los siguientes valores.Formula de DICKENS

Clase de terrenoPrecipitacin de 10Cmen 24 horasPrecipitacin de 15Cmen 24 horasTerreno llano200300Lomera250325Muchas lomas300350

Se emplea para calcular el gasto mximo producido en una alcantarilla debido a una lluvia de 24 horas de duracin en un rea tributaria grande sea entre 0.25Km a 250Km.

METODOS EMPRICOSFrmula de JARVIS MYRODa un gasto mximo que se espera para una descarga mxima, esta frmula es aplicada a grandes alcantarillas y puentes pequeos. Gasto en rea de la cuenca en Ha. Coeficiente que generalmente da la unidad

Frmula de TALBOTrea libre del tubo en mrea para drenar en Ha.Coeficiente que depende de la topografa del suelo1 para terrenos rocosos con fuertes pendientes2/3 para terrenos quebrados con pendientes moderadas1/3 para terrenos agrcolas ondulados1/5 para suelos a nivel

Clase de terrenoCPara terreno montaoso y escarpado1.00Para terreno con mucho lomero0.80Para terreno con poco lomero0.60Para terreno muy ondulados0.50Para terreno poco ondulados0.40Para terreno casi planos0.30Para terreno planos0.20

EjercicioDeterminar el rea de una alcantarilla para las siguientes solicitaciones Mxima precipitacin probable = 70mm/da asumida para el da ms desfavorableCoeficiente de escorrenta = 80% (0.80), escurrimiento asumido para topografa accidentada en terreno con vegetacin y cultivable, poco profundo.rea de la cuenca por drenar = 20Has.Pendiente mnima = 5%

ALCANTARILLASUna alcantarilla es un conducto para que el agua pase a travs de un terraplena. Es en realidad una separacin de niveles para el paso de agua por debajo y para el trnsito o instalacin en la parte superior. El terrapln puede ser para una carretera, un ferrocarril, una calle, un camino industrial, un depsito de escombros, o una presa o dique.La diferencia entre alcantarilla y desages pluviales consiste principalmente en la longitud y los tipos de entrada y salida.Tambin se aclara la diferencia entre las alcantarillas y los puentes; la cubierta de una alcantarilla no sirve como calzada, mientras que un puente es un elemento estructural que permite la continuidad de una cazada.

TIPOS DE LAS ESTRUCTURASAlcantarillas de tuboDe concretoDe lmina corrugadaDe barro vitrificadDe fierro fundido

2.Alcantarillas de bveda, de concreto simple o mamposteraSimplesMltiplesAlcantarillas de cajn o marco de concreto armadoSimplesMltiples

3. Alcantarillas de losa

La eleccin del tipo para cualquier estructura particular depende de:

Del suelo de cimentacin. De las dimensin de la alcantarillas y los requisitos de la topografa De la economa relativa de los diferentes tipos posibles de estructuras adecuadas para la obra

HIDRULICA DE ALCANTARILLASIntroduccinEl proyecto de las alcantarillas no alcanzado todava la etapa en que dos ms personas arriben siempre a la misma respuesta donde el desempeo real en servicio corresponda con las esperanzas del proyectista. La razn para esto consiste en que la interpretacin de la informacin obtenida en obra, y de la hidrologa, por parte del ingeniero, se ve influenciada a menudo por su juicio personal, basado en su propia experiencia en una localidad especfica.

Hasta ahora el procedimiento para un proyecto ha consistido en:La recoleccin de informacin obtenida en obraLa compilacin de datos en cuanto a la calzada, yLa obtencin de una estimacin razonable del caudal de una creciente para una frecuencia especificada.En cuarto paso consiste en el proyecto e una alcantarilla econmica, para dar paso a la corriente (incluyendo los arrastres) con dao mnimo a la carretera, la calle, el ferrocarril o las propiedades prximas.

Los factores que deben tenerse en cuenta incluyen:Tipo de estructuraLas medidas y la conformacin de la abertura del conducto para el agua.El largo aproximado y el declive del conducto de la alcantarillaLa terminacin para los extremos de entrada y salida.

ProcedimientosEl clculo del rea hidrulica de las alcantarillas es semejante al que se presenta para los puentes; o sea se trata de permitir el mximo caudal de agua que haya encada caso, hacindolo de tal manera que no causen trastornos en el camino ni a la estructura misma. a)Procedimiento por comparacinb)Procedimiento emprico (TALBOT) cuando no hay datos respecto al qasto mximo del arroyo ni datos de la precipitacin pluvial c)Procedimiento seccin y pendiented)Procedimiento precipitacin pluvial (Burky- Ziegler)e)Procedimiento Racional

Condiciones de una buena alcantarillaLos atributos par una buena alcantarilla en carreteras son:1. La alcantarilla y las correspondientes estructuras de entra da y salida deben bastar para el caudal, los acarreos y los arrastres, cualquiera sea el caudal de la corriente.2. No debemos causar dao innecesario o excesivo en la propiedad3. debern permitir, normalmente, la conduccin del material sin cambios perjudiciales en la modalidad de la corriente aguas arriba y aguas abajo de la estructura4. Debern proyectarse de manera que futuras mejoras en el cauce y la carretera, puedan efectuase sin prdidas o dificultades grandes

Debern proyectarse para que trabajen debidamente luego el relleno haya causado el asentamiento.No debern producir charcos estancados donde puedan proliferar los mosquitos.Debern proyectarse con amplitud suficiente para el mayor escurrimiento causado por el aprovechamiento previsto de los terrenos.Debern ser de costa econmico, hidrulicamente adecuadas para dar paso a la descarga proyectada, durable desde el punto de vista estructural, y de conservacin fcil. Debern proyectarse de manera que vite cualquier embalse excesivo en la entrada, que pudiera causar dao alas propiedades, acumulacin de arrastres, obstruccin de la alcantarilla, saturacin de los materiales para relleno, o acumulacin daina de escombros aguas arriba de la estructura

Las estructuras de entrada debern proyectarse de manera que separen los materiales que no puedan pasar por la alcantarilla reduciendo al mnimo la prdida de capacidad en la entrada, y empleando transiciones y declives aumentados, segn haga falta para facilitar la entrada de la corriente a la alcantarilla. El proyecto de la alcantarilla y de la seccin de la salida deber ser efectivo para restablecer una corriente no erosiva tolerable en el cauce dentro de la franja expropiada o dentro de una distancia razonablemente corta aguas debajo de la alcantarilla. La seccin de salida deber proyectarse de manera que resista la socavacin y los derrumbamientos. Si se emplea disipadores debern ser sencillos, de construccin fcil, econmicos y relativamente autolimpiantes durante el periodo de flujo libre.

CALCULO DEL DIMETRO DE LA ALCANTARILLA

MTODO ARMCOUsando la Ley de la velocidad crtica determinamos la profundidad crtica ( tirante de agua) en un conducto circular.La velocidad crtica para la descarga mxima en una seccin transversal de un canal, es la debida una carga igual a la mitad del promedio de la profundidad en dicha seccin transversal.

Sabiendo que:Hc = 0.3112D0.6887DD

Conocida el rea circular podemos conocer la pendiente necesaria para que el agua pase por la seccin crtica sino que no se produzca el remanso

n= 0.021 para tubo corrugadoR= Radio hidrulico

Expresado en % Para

CUNETASRevestir i> 4%PROFUNDIDADES RELATIVAS DE CUNETAS

REGIONPROFUNDIDAD (m)ANCHO (m)SecaLluviosaMuy lluviosa0.200.300.500.500.501.00

Precipitacin media anual< 200mm200 500mm> 500mm0.00-0.10 m0.10 0.20 m>0.20 m

Para el clculo de la capacidad de una cuneta se obtiene primero su rea hidrulica y velocidad, para lo cual se tiene en cuenta un freeboard para evitar que el agua que el agua llegue a la subrasante.

Para calcular la velocidad se utiliza la velocidad de Manning

0.300.250.500.125Talud 2:1 0.416rea de seccin hidrulica

MaterialnRocaTierraRevestido0.0300.0250.017

Permetro mojadoSin=0.025S=6% (Rasante paralela a calzada)

El gasto ser Para cada pendiente le corresponde un gasto.

ZANJAS DE CORONACIN

Tienen por finalidad evitar la erosin de los taludes de corte por la lmina del escurrimiento superficial que desciende por estos taludes, as como ayudar a las cunetas de base al transporte del gasto acumulado, cuando la distancia entre alcantarillas es bastante mayor a 250m.

Estas cunetas de coronacin se ubican aproximadamente de 10 a 20m del borde del talud de corte.La seccin es tpica y tienen la forma trapezoidal, cuando no son suficientes se construyen contra cunetas, las que son similares a las de coronacin pero ubicadas a mayor distancia de la iniciacin del talud de corte para una velocidad mxima de 1.5m/seg. En tierra, la cuneta de coronacin debe tener pendiente mnima de 2%

(15% a 20%)0.600.280.281.160.350.40VH21.5A= (1.16+0.60)/2*0.35=0.308 m

Pm= 1.496m

R= 0.308/1.496 = 0.21m

n=0.025, s=2%Q= 0.615m/seg

Ejemplo.Se trata de atravesar un curso de agua mediante una estructura que permita un borde libre de 0.50m conociendo que el rea de precipitacin pluvial es de 200 Ha. Y la altura de agua registrada en el fluvigrfo es de 2 cm/hora. El ancho del cauce est determinado conociendo solo su profundidad de 2m fuera del cauce; la pendiente es del orden del 2%y la pendiente promedio de la cuenca es del 10%.- el terreno del cauce es un A1.

A= 200 HaMxima eficiencia hidrulica se produce cuando: B= 2H

rea= B*H = 2H*H=2H

Aplicando la frmula Blurkly-Ziegler