drenaje longitudinal
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ESTUDIANTES : BAUTISTA MENDOZA, JULIO ALBERTODE LA PUENTE PAREDES IRVIN ALDOHUAYLLA LLIQUE, FRANK
DOCENTE :GONZÁLES SANTISTEBAN MARCOS
CURSO : DRENAJE
El agua que fluye a lo largo de la superficie de la plataforma, tanto de la propia
carretera como de lo aportado por los taludes superiores adyacentes, debe ser
encauzada y evacuada de tal forma que no se produzcan daños a la carretera ni
afecte su transitabilidad.
Para evitar el impacto negativo de la presencia del agua, en la estabilidad,
durabilidad y transitabilidad , en esta sección se considerará los distintos tipos de
obras necesarios para captar y eliminar las aguas que se acumulan en la plataforma
de la carretera, las que pueden provenir de las precipitaciones pluviales y/o de los
terrenos adyacentes.
Es de esto que se encargan las obras de drenaje longitudinal que son obras
paralelas al eje de la vía.
Canaliza las aguas caídas sobre la plataforma y taludes de la
explanación de forma paralela a la calzada, restituyéndolas a los
cauces naturales. Para ellos se emplean elementos como las
cunetas, caces, colectores, sumideros y bajantes.
El drenaje longitudinal existente consiste en la disposición de los
elementos necesarios para:
Recoger el agua en la plataforma y taludes de desmonte y conducirla
hasta el punto de drenaje.
Encauzar la escorrentía de las áreas adyacentes que inciden en el
trazado.
La cuenca drenada mediante el elemento de drenaje longitudinal, se
considera una cuenca de pequeña superficie.
Existen ciertos condicionantes tenidos en cuenta en el diseño de la red
de drenaje longitudinal del tramo estudiado:
Dimensiones establecidas en el estudio de las secciones tipo (ver
planos de secciones tipo), bermas, cunetas, arcenes en la plataforma
del tronco.
Ubicación de arquetas.
Una arqueta-registro a colocar en el inicio del caz, a fin de permitir el
mantenimiento necesario del canal.
Un caz de longitud aproximada 100 m., es decir, la existente entre
arquetas del drenaje longitudinal (cuneta triangular) del tronco
afectada por la estructura a construir en la mediana.
Otro registro-sumidero ubicado al final del anterior con una doble
función, trasladar el caudal que trasiega el caz hacia el colector de
mediana y posibilitar la limpieza del canal desde su final.
El drenaje longitudinal se resuelve mediante los siguientes elementos:
Para estimar la capacidad de desagüe del elemento anteriormente
descrito, donde la pérdida de energía sea debida al rozamiento se utilizará la
fórmula de Manning- Strickler.
Dónde:
•Q: es el caudal circundante.
•S: es el área de la sección mojada.
•R: es el radio hidráulico.
•J: es la pendiente de la línea de energía (m/m) : 0,05
•K: es un coeficiente de rugosidad.
•U: es un coeficiente de conversión que depende de
las unidades en que se midan Q, S y R.
A la hora de proyectar el drenaje de una carretera deben tenerse presentes una
serie de factores, Que incluyen directamente en el tipo de sistema más
adecuado, así como en su posterior funcionalidad.
Los más destacables son:
A. Factores topográficos:
Dentro de este grupo se engloban circunstancias de tipo físico, tales como la
ubicación de la carretera respecto del terreno natural contiguo en desmonte,
terraplén o a media ladera, la tipología del relieve existente llano, ondulado,
accidentad o la disposición de sus pendientes en referencia a la vía.
B. Factores hidrológicos:
Hacen referencia al área de la cuenca de recepción y aporte de aguas
superficiales que afecta directamente a la carretera, así como la presencia,
nivel y caudal de las aguas subterráneas que puedan infiltrarse en las capas
inferiores del firme.
C. Factores geotécnicos:
La naturaleza y característica de los suelos existentes en la zona condiciona
la facilidad con la que el agua puede llegar a la vía desde su punto de origen,
así como la posibilidad de que ocasionen corrimientos o una erosión
excesiva del terreno. Las propiedades a considerar son aquellas que afectan
su permeabilidad, homogeneidad, estratificación o compacidad, influyendo
también la existencia de vegetación.
Una vez sopesados estos factores se procede al diseño de la red de drenaje, que
deberá cumplir los siguientes objetivos:
Evacuar de manera eficaz y lo más rápidamente posible el agua caída sobre la
superficie de rodadura y los taludes de la explanación contiguos a ella. Por
supuesto, deberán evitar a inundación de los tramos más deprimidos de la
vida.
Alejar del firme el agua freática, así como los posibles acuíferos existentes,
empleando para ello sistemas de drenaje profundo.
Prestar especial atención a los cauces naturales, tales como barrancos o
ramblas, disponiendo obras de fábrica que no disminuyan su sección crítica
para periodos de retorno razonables. Debe recordarse que las avenidas son la
principal causa mundial de destrucción de puentes.
No suponer un peligro añadido para la seguridad del conductor,
empleando para ellos taludes suaves y redondeando las aristas
mediante acuerdos curvos, evitando así posibles accidentes
adicionales.
También debe cuidarse el aspecto ambiental, procurando que produzca
el menor daño posible al entorno.
I. Período de retorno
Se dice que el período de retorno de un caudal es T cuando, como media, es
superado una vez cada T años. Sin embargo, el riesgo de que ese caudal sea
excedido alguna vez durante un cierto intervalo de tiempo -como por ejemplo la
vida útil de una obra- depende también de la duración del intervalo.
Así, un caudal que tenga un periodo de retorno de 50 años tiene una
probabilidad de un 2 % de que en cualquier año de dicho período aparezca al
menos un caudal igual o mayor, pero la probabilidad de tal aparición en un
período cualquiera de 10 años consecutivos sube al 18 %; de 25 años, al 38 %;
de 50 años, al 64
1- [1-(1/T)]C
II. Riesgo de obstrucción
Las condiciones de funcionamiento del drenaje longitudinal se verán afectadas por
obstrucción debido al material sólido arrastrado por la corriente, por ello, debe
efectuarse un adecuado diseño, que su vez permita realizar un adecuado
mantenimiento.
III. DAÑOS:
A efectos de la presente Instrucción únicamente se considerarán como daños a las
diferencias en los efectos producidos por el caudal entre las situaciones
correspondientes a la presencia de la carretera y de sus elementos de drenaje
superficial, y a su ausencia.
:
Estos daños pueden clasificarse en las categorías siguientes
Los producidos en el propio elemento de drenaje o en su entorno
inmediato (aterramientos, erosiones, roturas).
Las interrupciones en el funcionamiento de la propia carretera o de
vías contiguas, debidas a inundación de su plataforma.
Los daños materiales a terceros por inundación de las zonas
aledañas.
Estos daños, a su vez, podrán considerarse catastróficos o no. No
dependen del tipo de carretera ni de la circulación que ésta
IV. Velocidad máxima del agua
La pendiente longitudinal (i) debe estar comprendida entre la condición de
auto limpieza y la que produciría velocidades erosivas, es decir:
0.5 % < i < 2 %
Las cunetas desaguan a los cauces naturales o a las obras de desagüe
En la elección de la sección transversal de una cuneta, influyen
consideraciones de seguridad y de facilidad de conservación, además de las
consideraciones de drenaje. Las más corrientes son las secciones tipo V
(triangular), tipo T (trapecial) o reducida (con paredes verticales), etc.
o Las cunetas triangulares:
sección en V, son muy empleadas, sobre todo en carreteras secundarias, por
ser fáciles de construir y conservar con motoniveladora. Aunque la
conservación mecanizada de este tipo de cunetas arranca la hierba que crece
en sus taludes, que las defiende de la erosión.
o Las cunetas trapeciales sección en T,
Tienen mejores características hidráulica y, con taludes tendidos,
también buenas características de seguridad para el tráfico. Se debe
estudiar su disposición en todas las secciones transversales que lo
permitan sin excesivo coste.
o Las cunetas reducidas con paredes verticales,
Son un grave peligro para el tráfico, por lo que deben ir cubiertas,
actuando como un sumidero continuo
El cálculo hidráulico de las cunetas se realiza mediante la
fórmula de Manning, similar a la que se aplica a canales de
sección abierta
Q = (S ⋅ R2/3 ⋅ J1/2) / n
v = Q/SSiendo:
Q (m3/s): caudal
R (m) = S/P: radio hidráulico
S (m2): sección de la corriente
P (m): perímetro mojado
J (m/m): pendiente de la línea de carga
n: coeficiente de rugosidad de Manning. 0,012-0,016 para superficies de
hormigón.
V (m/s): velocidad media.
Las cunetas son zanjas longitudinales revestidas o sin revestir abiertas en el
terreno, ubicadas a ambos lados o a un solo lado de la carretera, con el objeto de
captar, conducir y evacuar adecuadamente los flujos del agua superficial.
Se proyectarán para todos los tramos al pie de los taludes de corte,
longitudinalmente paralela y adyacente a la calzada del camino y serán de concreto
vaciadas en el sitio, prefabricados o de otro material resistente a la erosión.
Serán del tipo triangular, trapezoidal o rectangular, siendo preferentemente de
sección triangular, donde el ancho es medido desde el borde de la rasante hasta la
vertical que pasa por el vértice inferior. La profundidad es medida verticalmente
desde el nivel del borde de la rasante al fondo o vértice de la cuneta.
1 Cunetas
A. Capacidad de las cunetas : Se rige por dos límites:
• Caudal que transita con la cuneta llena
• Caudal que produce la velocidad máxima admisible
Para el diseño hidráulico de las cunetas utilizaremos el principio del flujo usando la
ecuación de Manning:
Dónde:
Q: Caudal (m3 /seg)
V: Velocidad media (m/s)
A: Área de la sección (m2)
P: Perímetro mojado (m)
Rh:: A/P Radio hidráulico (m) (área de la sección entre el perímetro mojado).
S: Pendiente del fondo (m/m)
N : Coeficiente de rugosidad de Manning
B. Caudal de aporte
Es el caudal calculado en el área de aporte correspondiente a la longitud
de cuneta. Se calcula mediante la siguiente expresión:
Dónde:
Q: Caudal en m3/s
C: Coeficiente de escurrimiento de la cuenca
A: Área aportante en Km2
I: Intensidad de la lluvia de diseño en mm/h
C. Dimensiones mínimas
D. Desagüe de las cunetas
La descarga de agua de las cunetas se efectuará por medio de alcantarillas de
alivio. En región seca o poca lluviosa la longitud de las cunetas será de 250m como
máximo, las longitudes de recorridos mayores deberán justificarse técnicamente; en
región muy lluviosa se recomienda reducir esta longitud máxima a 200m.
E. Revestimiento de las cunetas
Las cunetas deben ser revestidas, para evitar la erosión de la superficie del cauce o
conducto, productos de corrientes de agua que alcancen velocidades medias,
cuando el terreno es muy permeable que permite la filtración hacia el pavimento, y
consecuentemente su deterioro.
Se recomienda un revestimiento de concreto f´c = 175 kg/cm2 y espesor de 0.075m.
Las cunetas o zanjas de coronación son canales que se construyen en la
parte superior de los taludes de corte, para recoger las aguas que bajan
por las pendientes naturales y conducirlas hacia la quebrada o descarga
más próxima del sistema general de drenaje, evitando de este modo la
erosión del terreno, especialmente en zonas de mucha pendiente.
2 Cunetas o zanjas de coronación
Normalmente son de forma rectangular, pero también pueden ser trapezoidales, si
se requiere un mayor tamaño.
Es importante sembrar especies naturales a ambos lados de la cuneta (pastos,
raíces, árboles, etc.) o ramas cortadas amarradas entre sí en forma de estructuras
alargadas, las cuales se entierran o se colocan como estacas siguiendo el contorno
de un talud), para evitar que el agua erosione bajo la cuneta y ésta se obstruya con
sedimentos.
Si la pendiente es mayor que 2%, es necesario que el canal tenga recubrimiento de
concreto simple o enrocado, teniendo en cuenta además del área mojada y la
rugosidad del canal.
Para pendientes mayores, las zanjas deben ser escalonadas con
emboquillado de piedra bajo la caída.
Esto se refiere al recubrimiento de las superficies expuestas directamente a
la caída del agua para evitar la erosión del suelo
Las piedras pueden ser canto rodado o material de cantera labrado o no.
No es importante que tenga una forma especifica, pero si una superficie plana.
Sus dimensiones será de 10 ó 20cm de diámetro.
Las piedras deben ser duras, sin rajaduras ni otra imperfección
que pudiera disminuir su resistencia.
La densidad mínima será de 160 ton/m3.
3 Zanjas de drenaje
Las zanjas de drenaje son canales que se construyen en la parte inferior de
los taludes de relleno en forma longitudinal lateral o transversal al
alineamiento de la carretera, para recoger las aguas que bajan por el talud y
terrenos adyacentes para conducirlas hacia la quebrada o descarga más
próxima del sistema general de drenaje, evitando de este modo la erosión
del terreno.
Normalmente son de forma rectangular.
4 Cunetas de banquetas
Son aquellas que se ubican al pie del talud inclinado de cada banqueta, las cuales
consisten en la construcción de una o más terrazas sucesivas con el objetivo de
estabilizar un talud.
Pueden tener sección triangular, rectangular etc. Es de acuerdo al caudal de se
transportará y su descarga se efectuará hacia un curso natural o mediante caídas
escalonadas hacia las cunetas.
5 Bordillos
Los bordillos son elementos que interceptan y conducen el agua que por
efecto del bombeo discurren sobre la plataforma de la carretera,
descargándola mediante aliviaderos en sitios adecuados con el objetivo de
evitar la erosión de los taludes de terraplenes que estén conformados por
material erosionable.
6 Canales de drenaje
Un sistema de drenaje superficial de una vía diseñado adecuadamente debe
interceptar con efectividad todo el escurrimiento directo superficial y de la
cuenca, para conducirla a través de canales y cunetas que tengan el diseño
adecuado para su descarga final en los cursos de agua naturales.
En zonas bajas o con depresiones en su topografía, hay acumulaciones de
aguas que pueden deberse a diferentes causas: por precipitaciones, por
escurrimiento o por elevación de la napa freática causada por riego o crecida
de un río cercano.
7 CONTRA CUNETAS
La función de las contra cunetas es prevenir que llegue al camino un exceso
de agua o humedad, aunque la práctica ha demostrado que en muchos casos
no es conveniente usarlas, debido a que como se construyen en la parte
aguas arriba de los taludes, provocan rebalsamientos y derrumbes.
8 BOMBEO
Es la inclinación que se da a ambos lados del camino, para drenar la superficie del
mismo, evitando que el agua se encharque provocando rebalsamiento o que corra
por el centro del camino causando daños debido a la erosión.
9 ZAMPEADOS
Es una protección a la superficie de rodamiento o cunetas, contra la erosión
donde se presentan fuertes pendientes. Se realza con piedra, concreto ciclópeo
o concreto simple.
