DISEÑO DEL DRENAJE DE UN KILÓMETRO DE CARRETERA IO.docx
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DISEÑO DEL DRENAJE SUPERFICIAL DE UNA
CARRETERA
I.INTRODUCCIÓN
Una de las partes más importantes de las fallas que
comúnmente suelen afectar las calzadas de las carreteras,
están estrechamente relacionadas con la respuesta de los
suelos al ser expuestos a contenidos de humedad que varan
dentro de ran!os más o menos amplios" Asimismo, el
comportamiento de los pavimentos está fuertemente li!ado al
contenido de a!ua en las diversas capas de la estructura"
Al variar la humedad los suelos sufren cam#ios de volumen,cam#ia la cohesi$n % experimentan alteraciones en la
esta#ilidad mecánica, de manera que, en la medida que se
lo!re mantener la humedad dentro de un ran!o más o menos
estrecho, el camino mantendrá una capacidad de soporte más
uniforme % estará menos expuesto a los da&os que pueden
ori!inarse en condiciones am#ientales extremas" 'os sistemas
de drena(e #ien dise&ados permiten controlar la cantidad de
a!ua presente en los suelos %, en consecuencia, disminuir
las pro#a#ilidades de fallas imprevistas"
En resumen, cuando una ruta dispone de un sistema de drena(e
adecuado, suficiente % que opera correctamente, disminu%e
su#stancialmente la pro#a#ilidad de fallas % de otros
efectos adversos que contri#u%an a acortar su vida útil"
A continuaci$n se presenta el procedimiento de cálculo para
dise&ar el sistema de drena(e superficial de carreteras"
Para este tra#a(o se utiliz$ el dise&o !eom)trico de una
carretera desarrollado en el curso de caminos II, pero que
cumple con todos los requisitos pedidos por el docente" *e
han asumido datos de hidrolo!a, as como otros que seespecifican en el desarrollo de este informe"
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II.MARCO TEÓRICO
El o#(eto fundamental del drena(e es la eliminaci$n del a!ua
que en cualquier forma pueda per(udicar el camino" Esto se
lo!ra evitando que el a!uan lle!ue hacia )l, o de lo
contrario dar una salida a las a!uas que inevita#lementelle!uen"
1.OBRAS DEL DRENAJE DE CARRETERAS.
'as o#ras de drena(e son elementos estructurales que
eliminan la inaccesi#ilidad de un camino, provocada por
el a!ua o la humedad" 'os o#(etivos primordiales de las
o#ras de drena(e son2
0ar salida al a!ua que se lle!ue a acumular en el
camino"
.educir o eliminar la cantidad de a!ua que se diri(a
hacia el camino"
Evitar que el a!ua provoque da&os estructurales"
0e la construcci$n de las o#ras de drena(e, dependerá en
!ran parte la vida útil, facilidad de acceso % la vida
útil del camino"
2.DRENAJE SUPERFICIAL
*e constru%e so#re la superficie del camino o terreno,
con funciones de captaci$n, salida, defensa % cruce,
al!unas o#ras cumplen con varias funciones al mismo
tiempo"
En el drena(e superficial encontramos2 cunetas, contra
cunetas, #om#eo, lavaderos, zampeados, % el drena(e
transversal"
CUNETAS
'as cunetas son zan(as que se hacen en uno o am#os
lados del camino, con el prop$sito de conducir las
a!uas provenientes de la corona % lu!ares ad%acentes
hacia un lu!ar determinado, donde no provoque da&os,
su dise&o se #asa en los principios de los canales
a#iertos" Para un flu(o uniforme se utiliza la formula
de 3annin!, como se muestra a continuaci$n"
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Donde:
5 6 velocidad media en metros por se!undo
n 6 coeficiente de ru!osidad de 3annin!
. 6 radio hidráulico en metros 7área de la secci$n
entre el permetro mo(ado8* 6 pendiente del canal en metros por metro"
0eterminaci$n del área hidráulica2
Donde:Q = gasto en m3/seg.
A = Área de la sección transversal del fujo en m2
0e#ido a la incertidum#re para la determinaci$n del
área hidráulica en la práctica, las secciones de las
cunetas, se pro%ectan por comparaci$n con otras en
circunstancias comunes"
Existen diversas formas para construir las cunetas, en
la actualidad las más comunes sen las trian!ulares,
como se muestra a continuaci$n"
*e evitara dar una !ran lon!itud a las cunetas,
mediante el uso de o#ras de alivio"
'as contra cunetas son zan(as que se constru%en
paralelamente al camino, de forma trapecial
comúnmente, con plantilla de 9: cm % taludes adecuados
a la naturaleza del terreno"
CONTRA CUNETAS
'as contra cunetas son zan(as que se constru%en
paralelamente al camino, de forma trapecial
comúnmente, con plantilla de 9: cm % taludes adecuados
a la naturaleza del terreno"
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'a funci$n de las contra cunetas es prevenir que
lle!ue al camino un exceso de a!ua o humedad, aunque
la practica ha demostrado que en muchos casos no es
conveniente usarlas, de#ido a que como se constru%en
en la parte a!uas arri#a de los taludes, provocan
re#landecimientos % derrum#es"
*i son necesarias, de#erá, estudiarse mu% #ien la
naturaleza !eol$!ica del lu!ar donde se van ha
construir, ale(ándolas lo mas posi#le de los taludes"
ZAMPEADO
Es una protecci$n a la superficie de rodamiento o
cunetas, contra la erosi$n donde se presentan fuertes
pendientes" *e realza con piedra, concreto cicl$peo o
concreto simple"
LAVADEROS
*on peque&os encauzamientos a trav)s de cu#iertas de
concreto, lamina, piedra con mortero o piedra
acomodada que se colocan en las salidas de las
alcantarillas o terrenos erosiona#les, eliminando los
da&os que ori!inaria la velocidad del a!ua"
Drenaje transversal
*u finalidad es permitir el paso transversal del a!uaso#re un camino, sin o#staculizar el paso"
En este tipo de drena(es, al!unas veces será necesario
construir !randes o#ras u o#ras peque&as denominadas
o#ras de drena(e ma%or 7puentes8 % o#ras de drena(e
menor, respectivamente"
Obras de drenaje menor:
BOMBEOEs la inclinaci$n que se da ha am#os lados del
camino, para drenar la superficie del mismo,
evitando que el a!ua se encharque provocando
re#landecimientos o que corra por el centro del
camino causando da&os de#ido a la erosi$n"
El #om#eo depende del camino % tipo de superficie,
se mide su inclinaci$n en porcenta(e % es usual un
4 a < por ciento en caminos revestidos"
LAS ALCANTARILLAS Y ALIVIADEROS
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*on estructuras transversales al camino que
permiten el cruce del a!ua % están prote!idas por
una capa de material en la parte superior, pueden
ser de forma rectan!ular, cuadrada, de arco o
tu#ular, se constru%en de concreto, lamina, piedra
o madera"
Para canalizar el a!ua se complementan con muros o
aleros en la entrada % salida, podemos decir que
actualmente en los caminos rurales, las mas usuales
son las alcantarillas laminares"
3.PARÁMETROS DE DISEÑO
El análisis de máximos eventos hidrol$!icos permite
predecir el comportamiento de descar!as máximas, para el
dimensionamiento de estructuras hidráulicas 7control,
conducci$n, almacenamiento % mane(o de avenidas8, pues
tiene importancia en la atenuaci$n de da&os por
inundaciones"
INTESIDAD
Es la cantidad de a!ua cada por unidad de tiempo"
=iene especial importancia la intensidad máxima que es
la máxima lámina precipitada por unidad de tiempo
durante todo el transcurso de la tormenta"
I = PP
T
0onde2
I 2 Intensidad 7en mm>h8
PP 2 Precipitaci$n en mm
= 2 =iempo en horas
DURACIÓN
Es el complemento de la intensidad, la asociaci$n de
los dos determina la precipitaci$n total" Corresponde
al tiempo transcurrido entre el comienzo % la
finalizaci$n de la tormenta % es expresada en minutos
u horas"
FRECUENCIA
*e refiere al número de veces que una tormenta de
caractersticas definidas puede repetirse dentro de un
lapso de tiempo más o menos lar!o que !eneralmente, es
tomada en a&os"
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4.DATOS DE DISEÑOEl estudio hidrol$!ico tiene relaci$n con el perodo de
retorno que depende de la vida econ$mica de la
estructura % el ries!o de falla considerado, de tal
manera que las estructuras funcionen eficientemente
durante el perodo de vida útil % con la máxima economaposi#le"
TIEMPO O PERIODO DE RETORNO (TR)
Es el tiempo transcurrido para que un evento de
ma!nitud dada se repita en promedio" *e expresa en
funci$n de la pro#a#ilidad P de no ocurrencia"
VIDA TIL (N)
Es el tiempo ideal durante el cual las estructuras e
instalaciones funcionan al -::? de eficiencia %a sea
por su capacidad o por su resistencia2 pasado dicho
tiempo o periodo se de#e realizar una aplicaci$n o
nuevo dise&o" 0epende de varios factores2
• 0ura#ilidad de las instalaciones"
• @acilidad de construcci$n % posi#ilidad de
ampliaci$n o sustituci$n"
•Posi#ilidad de financiamiento"
• =endencia del crecimiento po#lacional"
• .enta#ilidad"
PERIODOS DE RETORNO EN FUNCIÓN DEL TIPO DE ESTRUCTURA
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Fuente: Hidrología Apliada! "en Te C#o$% P&g '()%
TIEMPO DE CONCENTRACIÓN (TE)
*e define como el tiempo necesario para que una !ota
de lluvia lle!ue a una alcantarilla o desa!Be pluvial
7punto emisor8 desde el punto más remoto de la cuenca"
=emez, plantea la a si!uiente f$rmula emprica2
Tc=0.3∗( LS1 /4 )0.76
0onde
' 2 'on!itud del tramo en m"
* 2 Pendiente de la Cuenca en m>m"
=e 2 =iempo de concentraci$n en horas"
En el caso de varios tramos se tomará la pendientepromedio"
COEFICIENTE DE ESCORRENT!A (C)
Es la relaci$n entre el a!ua que corre por la
superficie del terreno % la total precipitada" Es
difcil determinar con exactitud su valor, %a que
vara se!ún la topo!rafa, la ve!etaci$n, la
permea#ilidad % la proporci$n de a!ua que el suelo
conten!a, tam#i)n depende de la extensi$n de áreas
pavimentadas % construidas"
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ÁREA TRIBUTAR!A (A)
'as áreas tri#utarias se delimitan en el plano a
curvas de nivel, con la finalidad de determinar el
caudal de dise&o con el que se dise&arán las cunetas,alcantarillas, pontones o puentes"
DESCAR"A DE DISEÑO (#)
Es el valor máximo del caudal instantáneo que se
espera puede ocurrir con determinado perodo de
ocurrencia, durante la vida útil del pro%ecto
Esta cantidad de a!ua se de#e determinar a partir de
la más fuerte precipitaci$n pluvial a la que ha#rá que
a(ustarse % depende de la frecuencia de la tormenta %
de las caractersticas de la cuenca receptora
colectora"
Para determinar la escorrenta máxima en estructuras
hidráulicas menores2 alcantarillas, canales de
desviaci$n, acequias de infiltraci$n, etc"F el m)todo
más usado es el m)todo racional"
@$rmula del 3)todo .acional2
Q=CIA360
0onde2
G2 0escar!a de dise&o 7m;>s8"
C2 Coeficiente de escorrenta superficial"
I2 3áxima intensidad de precipitaci$n
correspondiente al =c"
A2 Hrea a drenar o tri#utaria 7a8"
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III. PRESENTACIÓN DE RESULTADOS. DISEÑO DE OBRAS
$IDR Á ULICAS DE DRENAJE SUPERFICIAL.
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IV.CONCLUSIONES Y RECOMEDACIONES%
El sistema de drena(e que se propone para una carretera
de#e estar analizado teniendo en cuenta el análisis
hidrol$!ico, la topo!rafa del terreno % la conservaci$n
del medio am#iente para que dicha alternativa cumpla con
el o#(etivo de mantener en #uen funcionamiento a las
carreteras
*e analizo las propuestas planteadas para el sistema de
drena(e"
V. A&'*%
Análisis de tormentas
Coeficientes utilizados para los cálculos"
Plano en planta a curvas a nivel de un tramo de
carretera"
*ecciones tpica"
*ecciones transversales" *ecci$n de cuneta