DISEÑO DEL DRENAJE DE UN KILÓMETRO DE CARRETERA IO.docx

7/25/2019 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"

C+ - IN+ENIE./A 0E 0.ENA1E



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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"

C+ 4 IN+ENIE./A 0E 0.ENA1E



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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"

C+ ; IN+ENIE./A 0E 0.ENA1E



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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

C+ < IN+ENIE./A 0E 0.ENA1E



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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

C+ IN+ENIE./A 0E 0.ENA1E



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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"

C+ D IN+ENIE./A 0E 0.ENA1E



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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"

C+ IN+ENIE./A 0E 0.ENA1E



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III. PRESENTACIÓN DE RESULTADOS. DISEÑO DE OBRAS

$IDR Á ULICAS DE DRENAJE SUPERFICIAL.

C+ J IN+ENIE./A 0E 0.ENA1E



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C+ -: IN+ENIE./A 0E 0.ENA1E



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C+ -- IN+ENIE./A 0E 0.ENA1E



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C+ -4 IN+ENIE./A 0E 0.ENA1E



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C+ -; IN+ENIE./A 0E 0.ENA1E



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C+ -< IN+ENIE./A 0E 0.ENA1E



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C+ -9 IN+ENIE./A 0E 0.ENA1E



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C+ -D IN+ENIE./A 0E 0.ENA1E



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C+ -J IN+ENIE./A 0E 0.ENA1E



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C+ 4: IN+ENIE./A 0E 0.ENA1E



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C+ 4- IN+ENIE./A 0E 0.ENA1E



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C+ 4; IN+ENIE./A 0E 0.ENA1E



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C+ 4< IN+ENIE./A 0E 0.ENA1E



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C+ 4D IN+ENIE./A 0E 0.ENA1E



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C+ 4J IN+ENIE./A 0E 0.ENA1E



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C+ ;: IN+ENIE./A 0E 0.ENA1E



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C+ ;- IN+ENIE./A 0E 0.ENA1E



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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

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