DESAGÜES Y DESAGÜES Y DESAGÜES Y DRENAJESDRENAJESDRENAJES

Ing. Pablo AreccoIng. Pablo AreccoIng. Pablo Arecco

Ing. Jorge ColomboIng. Jorge ColomboIng. Jorge Colombo

Ing. Raúl GonzálezIng. Raúl GonzálezIng. Raúl González

Diseño y Diseño y Diseño y Operación de Operación de Operación de

Caminos (68.02)Caminos (68.02)Caminos (68.02)

Toda obra vial modifica el escurrimiento de las Toda obra vial modifica el escurrimiento de las aguas superficiales al interceptar las laguas superficiales al interceptar las lííneas de neas de

descarga natural.descarga natural.•• DesagDesagüüe:e: es todo elemento que permite o facilita el es todo elemento que permite o facilita el

escurrimiento superficial de las aguas.escurrimiento superficial de las aguas.

•• Drenaje:Drenaje: elemento que permite el escurrimiento de las aguas elemento que permite el escurrimiento de las aguas subsuperficiales.subsuperficiales.

•• Alcantarilla:Alcantarilla: conducto que permite el paso de agua a travconducto que permite el paso de agua a travéés de s de un terraplun terrapléén. n.

•• Cuneta:Cuneta: canal abierto que sirve para recolectar el agua canal abierto que sirve para recolectar el agua superficial.superficial.

•• Puente:Puente: construcciconstruccióón que permite salvar un obstn que permite salvar un obstááculo que se culo que se presenta en una vpresenta en una víía de comunicacia de comunicacióón. n.

Uno de los orUno de los oríígenes de las aguas que perjudican genes de las aguas que perjudican los caminos estlos caminos estáá en las precipitaciones.en las precipitaciones.

Para poder cuantificar las mismas se utilizan:Para poder cuantificar las mismas se utilizan:

PluviPluvióómetrosmetros: miden : miden intensidades medias.intensidades medias.

PluviPluvióógrafosgrafos: explican : explican como fue la tormenta, ya como fue la tormenta, ya que miden la intensidad que miden la intensidad variando en el tiempo.variando en el tiempo.

Cuenca:Cuenca: en una seccien una seccióón transversal de un curso de agua, es n transversal de un curso de agua, es la totalidad de la superficie topogrla totalidad de la superficie topográáfica drenada por ese curso de fica drenada por ese curso de

agua y sus afluentes aguas arriba de dicha secciagua y sus afluentes aguas arriba de dicha seccióón. Todos los n. Todos los escurrimientos tienen nacimiento en el interior de esta escurrimientos tienen nacimiento en el interior de esta

superficie, deben atravesar la seccisuperficie, deben atravesar la seccióón transversal considerada n transversal considerada para continuar su trayecto aguas abajo.para continuar su trayecto aguas abajo.

Para el disePara el diseñño de los desago de los desagüües y drenajes de es y drenajes de caminos se utiliza el caminos se utiliza el METODO RACIONALMETODO RACIONAL..

Se utiliza Se utiliza ééste mste méétodo ya que da los picos mtodo ya que da los picos mááximos de ximos de crecidas y las cuencas que afectan a un camino son crecidas y las cuencas que afectan a un camino son

relativamente pequerelativamente pequeññas.as.

Para cuencas de gran extensiPara cuencas de gran extensióón se recomiendan otros n se recomiendan otros mméétodos de ctodos de cáálculo.lculo.

El mEl méétodo supone:todo supone:

••La intensidad R de la precipitaciLa intensidad R de la precipitacióón es constante durante el n es constante durante el tiempo de concentracitiempo de concentracióón n ttcc..

••La intensidad de la precipitaciLa intensidad de la precipitacióón es la misma en cualquier punto n es la misma en cualquier punto de la cuenca durante el tiempo de concentracide la cuenca durante el tiempo de concentracióón.n.

••La relaciLa relacióón entre el derrame mn entre el derrame mááximo superficial Q y el volumen ximo superficial Q y el volumen de precipitacide precipitacióón por unidad de tiempo V, que es el coeficiente de n por unidad de tiempo V, que es el coeficiente de escorrentescorrentíía E, es constante cualquiera sea la intensidad y a E, es constante cualquiera sea la intensidad y duraciduracióón de la lluvia, en la cuenca en estudio.n de la lluvia, en la cuenca en estudio.

Q = M.E.R / 360Q = M.E.R / 360

Q:Q: en men m33//segseg

M:M: en Ha.en Ha.

E:E: 0 0 -- 1, depende de la pendiente, follaje, tipo de suelo, etc.1, depende de la pendiente, follaje, tipo de suelo, etc.

R:R: en mm/h en mm/h

¡¡El follaje es un elemento regulador de primer El follaje es un elemento regulador de primer orden!orden!

Para calcular la intensidad media de precipitaciPara calcular la intensidad media de precipitacióón (R),n (R),

se utilizan grse utilizan grááficos deficos de

Intensidad Intensidad –– DuraciDuracióón n –– FrecuenciaFrecuencia

correspondientes a cada regicorrespondientes a cada regióón particular n particular

(donde se realizaron las mediciones)(donde se realizaron las mediciones)

Como una simplificaciComo una simplificacióón a dichos grn a dichos grááficos en el trabajo prficos en el trabajo prááctico se ctico se puede utilizar la simplificacipuede utilizar la simplificacióón dada por O.S.N.n dada por O.S.N.

R . tR . tcc = 1800, = 1800, ttcc en min. y R en mm/h.en min. y R en mm/h.

Para calcular el tPara calcular el tcc, se puede utilizar las siguientes expresiones:, se puede utilizar las siguientes expresiones:

ttcc = 16,67 = 16,67 ΣΣ LLii / V/ Vii, , ttcc en en minmin, , L L en en KmKm, , VV en m/seg.en m/seg.

ttcc = 91,3 . L / (= 91,3 . L / (1010√√M . M . 55√√R)R), , ttcc en en minmin, , L L en en KmKm, , MM en Ha y R en mm/h.en Ha y R en mm/h.

PUENTESPUENTES

EstEstáá dado por el dado por el trazado del caminotrazado del camino

Es muy importante determinar las caracterEs muy importante determinar las caracteríísticas que pueden condicionar su emplazamiento sticas que pueden condicionar su emplazamiento siguiendo el trazado del camino, algunos factores a tener en cuesiguiendo el trazado del camino, algunos factores a tener en cuenta son:nta son:

1. Costo de la obra1. Costo de la obra

2. Caracter2. Caracteríísticas del suelosticas del suelo

3. Ancho del r3. Ancho del ríío en la seccio en la seccióón del crucen del cruce

4. Rectitud del r4. Rectitud del ríío, si el mismo es navegableo, si el mismo es navegable

El enfoque que se realizarEl enfoque que se realizaráá, tendr, tendráá como fin establecer las dimensiones para estas como fin establecer las dimensiones para estas estructuras.estructuras.

Principio bPrincipio báásico para sico para su ubicacisu ubicacióónn

•• Altura libre por sobre la crecida de diseAltura libre por sobre la crecida de diseñño:o:

1. Si el curso de agua no es navegable, revancha de un 1 metro.1. Si el curso de agua no es navegable, revancha de un 1 metro.

2. Si el curso es navegable, el g2. Si el curso es navegable, el gáálibo vertical se adoptarlibo vertical se adoptaráá en funcien funcióón del buque con mayor n del buque con mayor calado acalado aééreo y en lastre. Las normas noruegas establecen los siguientes creo y en lastre. Las normas noruegas establecen los siguientes calados aalados aééreos:reos:

VVíías navegables principales a puertos principalesas navegables principales a puertos principales 62 m62 m

VVíías navegables principales en generalas navegables principales en general 41 m41 m

VVíías navegables secundariasas navegables secundarias 30 m30 m

VVíías navegables locales importantesas navegables locales importantes 22 m22 m

•• GGáálibo horizontal, dependerlibo horizontal, dependeráá de:de:

1. Alineaci1. Alineacióón y velocidad de la corriente de agua.n y velocidad de la corriente de agua.

2. Intensidad de tr2. Intensidad de trááfico en el curso de agua.fico en el curso de agua.

3. Riesgo de colisi3. Riesgo de colisióón de buques n de buques

4. Da4. Dañño potencial causado por la colisio potencial causado por la colisióón.n.

5. Sedimentaci5. Sedimentacióón y formacin y formacióón de islas. n de islas.

6. Costo de las defensas de pilas.6. Costo de las defensas de pilas.

HECHEC--RASRAS

Se lo puede utilizar Se lo puede utilizar para cpara cáálculos lculos hidrhidrááulicos ulicos

unidimensionales en unidimensionales en redes de canales redes de canales

naturales o naturales o artificiales.artificiales.

USUS Army Corp of EngineersArmy Corp of Engineers..

Hydraulic Engineering CenterHydraulic Engineering Center..

ALCANTARILLASALCANTARILLAS

Plano tipo Alcantarilla 41Plano tipo Alcantarilla 41--211211

ALCANTARILLASALCANTARILLAS

Tablas en plano tipo Tablas en plano tipo Alcantarilla 41Alcantarilla 41--211211

Ejemplo de alcantarilla tEjemplo de alcantarilla tíípica segpica segúún DNV:n DNV:

Algunas alcantarillas un poco mAlgunas alcantarillas un poco máás complejas:s complejas:

Pueden utilizarse otro tipo de alcantarillas:Pueden utilizarse otro tipo de alcantarillas:

La ubicaciLa ubicacióón mn máás apropiada de una alcantarilla es s apropiada de una alcantarilla es en el lecho del canal existente, con la len el lecho del canal existente, con la líínea de nea de eje y la pendiente de la alcantarilla coincidente eje y la pendiente de la alcantarilla coincidente

con las del canal o lecho.con las del canal o lecho.

Se deben evitar cambios abruptos en la corriente Se deben evitar cambios abruptos en la corriente en la entrada y la salida de la alcantarilla.en la entrada y la salida de la alcantarilla.

Un mUn méétodo aproximado de ctodo aproximado de cáálculo, es la aplicacilculo, es la aplicacióón de la fn de la fóórmula rmula de de TalbotTalbot::

A = C . A = C . 44√√MM33

A:A: secciseccióón alcantarilla (mn alcantarilla (m22),), M:M: áárea cuenca (Ha) y rea cuenca (Ha) y C:C: coeficiente coeficiente de la cuenca.de la cuenca.

DISEDISEÑÑO DE ALCANTARILLASO DE ALCANTARILLAS

Se basa en el criterio de desempeSe basa en el criterio de desempeñño mo míínimo o gasto mnimo o gasto míínimo, nimo, que establece que la alcantarilla funcione a un nivel que que establece que la alcantarilla funcione a un nivel que

nunca estnunca estéé por debajo del nivel de disepor debajo del nivel de diseñño.o.

En el procedimiento de diseEn el procedimiento de diseñño se usan varias cartas de diseo se usan varias cartas de diseñño y o y nomogramas, desarrollados a partir de la combinacinomogramas, desarrollados a partir de la combinacióón de la n de la teorteoríía y de numerosos resultados de ensayos hidra y de numerosos resultados de ensayos hidrááulicos.ulicos.

La condiciLa condicióón bn báásica que se usa para desarrollar el disesica que se usa para desarrollar el diseñño de o de alcantarillas es si la entrada estalcantarillas es si la entrada estáá sumergida o no. Si estsumergida o no. Si estáá

sumergida funciona como un orificio y como vertedero si no sumergida funciona como un orificio y como vertedero si no estestáá sumergida.sumergida.

SECCION DE CONTROLSECCION DE CONTROLUbicaciUbicacióón para la cual existe una relacin para la cual existe una relacióón n úúnica entre el caudal y nica entre el caudal y

la profundidad de flujo aguas arriba.la profundidad de flujo aguas arriba.

CONTROL DE ENTRADACONTROL DE ENTRADACuando el flujo estCuando el flujo estáá determinado por la geometrdeterminado por la geometríía de la entrada, a de la entrada,

la seccila seccióón de control es la entrada de la alcantarilla.n de control es la entrada de la alcantarilla.

CONTROL DE SALIDACONTROL DE SALIDACuando el flujo estCuando el flujo estáá gobernado por una combinacigobernado por una combinacióón del tirante n del tirante

en el sitio de descarga, la entrada de la alcantarilla y las en el sitio de descarga, la entrada de la alcantarilla y las caractercaracteríísticas del cilindro de la alcantarilla. sticas del cilindro de la alcantarilla.

Tipos de control de entradaTipos de control de entrada

Tipos de control de salidaTipos de control de salida

El objetivo de esteEl objetivo de esteenfoque esenfoque es

determinar el tipo dedeterminar el tipo dealcantarilla a utilizar,alcantarilla a utilizar,

las dimensiones de lalas dimensiones de lamisma.misma.

Para ello verificar quePara ello verificar quela relacila relacióón n

HHee/D < 1,5 a 1,2/D < 1,5 a 1,2

Donde:Donde:

HHee: tirante a la entrada.: tirante a la entrada.D: altura de la alcantarilla.D: altura de la alcantarilla.

CUNETASCUNETAS

Las Las cunetascunetas corren paralelamente al eje del camino y descargan corren paralelamente al eje del camino y descargan su caudal en arroyos o zanjas transversales o en zonas bajas su caudal en arroyos o zanjas transversales o en zonas bajas

prpróóximas. ximas.

El fondo de las cunetas debe estar como mEl fondo de las cunetas debe estar como míínimo 1,20 m por nimo 1,20 m por debajo de la rasante y en general de un ancho mayor a 2,00 m debajo de la rasante y en general de un ancho mayor a 2,00 m

La pendiente longitudinal debe ser mayor a 0,25% para que el La pendiente longitudinal debe ser mayor a 0,25% para que el agua escurra. agua escurra.

Cunetas sin revestimientoCunetas sin revestimiento

Cunetas con Cunetas con revestimiento en revestimiento en alguna de sus alguna de sus

partespartes

El diseEl diseñño de de cunetas consta de dos partes:o de de cunetas consta de dos partes:a.a.-- DeterminaciDeterminacióón de la seccin de la seccióón adecuada para la descarga del caudal.n adecuada para la descarga del caudal.

b.b.-- DeterminaciDeterminacióón de la proteccin de la proteccióón contra la erosin contra la erosióón, para la cual es n, para la cual es necesario calcular la velocidad del agua en el canal a fin de conecesario calcular la velocidad del agua en el canal a fin de compararla mpararla

con la velocidad de erosicon la velocidad de erosióón (Vn (Vee), que depende del suelo y la vegetaci), que depende del suelo y la vegetacióón.n.

En todos los diseEn todos los diseñños de alcantarillas y cunetas os de alcantarillas y cunetas debe controlarse la erosidebe controlarse la erosióón sobre las obras a n sobre las obras a

realizar.realizar.

NO permitir que el agua cruce sobre la calzada en NO permitir que el agua cruce sobre la calzada en ninguna circunstancia. ninguna circunstancia.

Algunos ejemplos de cruces de cursos transitorios por sobre los caminos.

El conductor observa de ésta forma los cruces con diversos cursos de agua.

DRENAJESDRENAJES

Algunos ejemplos de drenes y cámaras de inspección.

Las estructuras de desagLas estructuras de desagüües y drenajes que no tienen un es y drenajes que no tienen un tamatamañño adecuado, pueden causar remansos o un ascenso de o adecuado, pueden causar remansos o un ascenso de

la napa frela napa freáática, lo que implicartica, lo que implicaríía fallas en el terrapla fallas en el terrapléén del n del camino, debido a que quedarcamino, debido a que quedaráán sumergidos.n sumergidos.

A continuaciA continuacióón se mostrarn se mostraráá este efecto, a traveste efecto, a travéés de una s de una modelacimodelacióón bidimensional geotn bidimensional geotéécnica del suelo y su cnica del suelo y su interacciinteraccióón con las estructuras que se agreguen y n con las estructuras que se agreguen y

modificaciones que se le introduzcan.modificaciones que se le introduzcan.

1.1. Se carga la Se carga la geometrgeometríía, a, caractercaracteríísticas del sticas del suelo y se genera suelo y se genera la malla.la malla.

2. 2. Se fija el nivel de Se fija el nivel de la napa frela napa freáática y tica y se calcula la se calcula la presipresióón de poros.n de poros.

3.3. Se fija el nivel de Se fija el nivel de la napa frela napa freáática y tica y se calculan la se calculan la presipresióón efectiva.n efectiva.

Se plantea la siguiente secuencia constructiva:Se plantea la siguiente secuencia constructiva:

1. 1. Terreno naturalTerreno natural

2. 2. Limpieza y excavaciLimpieza y excavacióónn

3. 3. TerraplTerrapléén con suelo mejoradon con suelo mejorado

4. 4. SubSub--base y pavimentobase y pavimento

5. 5. AplicaciAplicacióón de cargasn de cargas

6. 6. ElevaciElevacióón de la napa fren de la napa freááticatica

Se obtienen los siguientes resultados:Se obtienen los siguientes resultados:

1. 1. Asentamientos en terraplAsentamientos en terrapléénn

2. 2. Asentamientos aplicaciAsentamientos aplicacióón cargasn cargas

3. 3. Deformaciones en talud por Deformaciones en talud por incremento de NFincremento de NF

4. 4. DisminuciDisminucióón nivel napa fren nivel napa freáática tica y consolidaciy consolidacióónn

5. 5. CuCuñña de rotura del taluda de rotura del talud

Como conclusiComo conclusióón se observa que la presencia n se observa que la presencia de agua de en el talud del camino genera de agua de en el talud del camino genera presiones que modifican la resistencia del presiones que modifican la resistencia del suelo y cuando el nivel de agua disminuye, se suelo y cuando el nivel de agua disminuye, se producen nuevos asentamientos.producen nuevos asentamientos.

ES PREFERIBLE CONTROLAR LA EROSION ES PREFERIBLE CONTROLAR LA EROSION QUE SUFRIR LAS CONSECUENCIASQUE SUFRIR LAS CONSECUENCIAS

La erosión ocurre cuando las partículas de suelo son separadas La erosión ocurre cuando las partículas de suelo son separadas por las acciones del agua y del viento. El material erosionado por las acciones del agua y del viento. El material erosionado queda suspendido en el agua y sedimentará cuando queda suspendido en el agua y sedimentará cuando encuentre las condiciones adecuadas.encuentre las condiciones adecuadas.

Los desastres naturales son las causas más dramáticas de la Los desastres naturales son las causas más dramáticas de la erosión del suelo. Muchas toneladas de suelo pueden ser erosión del suelo. Muchas toneladas de suelo pueden ser lavadas y llevadas corriente abajo. Los árboles y las plantas, lavadas y llevadas corriente abajo. Los árboles y las plantas, que mantienen el suelo en el lugar, pueden ser desgarrados que mantienen el suelo en el lugar, pueden ser desgarrados por el viento y las aguas de las inundaciones.por el viento y las aguas de las inundaciones.

TIPOS DE EROSION QUE AFECTAN CAMINOSTIPOS DE EROSION QUE AFECTAN CAMINOS1.1. RAINSPLASH: es la erosiRAINSPLASH: es la erosióón originada por el impacto de la lluvia. Este n originada por el impacto de la lluvia. Este

es el agente erosivo mes el agente erosivo máás importante. s importante.

2.2. SHEET EROSION: es la erosiSHEET EROSION: es la erosióón ocasionada por una extensin ocasionada por una extensióón de agua. n de agua. Ocurre a medida que una corriente de agua se mueve sobre la Ocurre a medida que una corriente de agua se mueve sobre la superficie del suelo quitando una capa de suelo delgada y uniforsuperficie del suelo quitando una capa de suelo delgada y uniforme. me.

3.3. RILL EROSION: es la que se produce en la caRILL EROSION: es la que se produce en la caíída escalonada de un da escalonada de un terraplterrapléén. Un aluvin. Un aluvióón excesivo y una topografn excesivo y una topografíía escarpada o abrupta a escarpada o abrupta pueden producir una red de pequepueden producir una red de pequeñños canales llamados riachuelos o os canales llamados riachuelos o arroyuelos. arroyuelos.

4.4. GULLY EROSION: es la erosiGULLY EROSION: es la erosióón que se origina cuando el agua alcanza n que se origina cuando el agua alcanza velocidades importantes, a partir de grandes pendientes, producivelocidades importantes, a partir de grandes pendientes, produciendo endo verdaderas galerverdaderas galeríías erosivas. as erosivas.

5.5. STREAMBANK EROSION: es la erosiSTREAMBANK EROSION: es la erosióón producida en las mn producida en las máárgenes de rgenes de las corrientes de agua, por ejemplo en mlas corrientes de agua, por ejemplo en máárgenes de rrgenes de rííosos

Ejemplo de Rill erosionEjemplo de Rill erosion

Ejemplo de Streambank erosionEjemplo de Streambank erosion

Ejemplo de Gully erosionEjemplo de Gully erosion

El El áángulo de ataque del ngulo de ataque del flujo afecta flujo afecta

sensiblemente la sensiblemente la profundidad mprofundidad mááxima de xima de

erosierosióón.n.

Para analizar la erosiPara analizar la erosióón localizada hasta hace 10 an localizada hasta hace 10 añños la os la úúnica nica forma era crear un modelo a escala, mientras que ahora se forma era crear un modelo a escala, mientras que ahora se

puede simular con software avanzado.puede simular con software avanzado.

CONTROL DE EROSIONCONTROL DE EROSION

1.1. VEGETACIONVEGETACION

2.2. LIGANTES/ ADHERENTES DE SUELOLIGANTES/ ADHERENTES DE SUELO

3.3. MANTASMANTAS

4.4. CONTENCICONTENCIÓÓN GEOCOMPOSITIVAN GEOCOMPOSITIVA

5.5. METODOS ESTRUCTURALES DE CONTROLMETODOS ESTRUCTURALES DE CONTROL

REVESTIMIENTOS DE HORMIGON SIMPLE O PREMOLDEADOREVESTIMIENTOS DE HORMIGON SIMPLE O PREMOLDEADO

GABIONES O COLCHONETASGABIONES O COLCHONETAS

Un puente o alcantarilla que cruza un río supone, al menos para grandes crecidas, una contracción del cauce fluvial con los

terraplenes del camino. Los estribos pueden ser formados por el propio terraplén, protegido por enrocado, o directamente

construidos en hormigón y tener diversas formas y ángulos de encuentro con la corriente.

Algunos ejemplos más de control de erosión en algunos países europeos.

Ceinture ouest de París.

Contención de laderas con paredes laterales de 3

metros de altura y 3 metros en la base

Kingsway Canal Bridge, Rochdale, Oxford, UK.

Refuerzo del lecho y estribos del puente, con una pared dentada, bajo

lecho, con gabiones intercalados.

Whittington Lock, near Kidderminster, Hereford and Worcs.

Se colocaron pilotes de madera, geotextily luego se relleno con suelo y se sembró, de ésta forma se controló la erosión sobre

la margen más erosionada del canal.

Loch Ness, Highlands.

Problemas de Rill erosion sobre la ladera donde están asentadas las ruinas

históricas del Urquhart Castle.