REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA

INSTITUTO UNIVERSITARIO POLITÉCNICO

“SANTIAGO MARIÑO”

EXTENSIÓN MARACAY

HIDROLOGIA

Profesor: Integrantes:

Ing. José Luis Martínez Acevedo Keily C.I. 21.272.396

Garrido Marina C.I.

Herrera Sunimar C.I.

Sección: CI

Julio de 2015

Introducción

1. DEFINIR:

a) HIDROLOGIA URBANA

La hidrología urbana es la rama de la hidrología que estudia la hidrología de las zonas

urbanas y metropolitanas, en donde predominan las superficies casi impermeables y el relieve

artificial de terreno, analizando en particular el efecto del desarrollo urbano.

b) DRENAJE PLUVIAL

Un sistema de drenaje urbano debe estar dirigido al logro de unos objetivos hacia los

cuales se dirigen las acciones a llevar a cabo. Estos objetivos son 2: uno básico y otro

complementario. El básico es disminuir al máximo los daños que las aguas de lluvia pueden

ocasionar a la ciudadanía y las edificaciones en el entorno urbano. Por otro lado lo

complementario es garantizar el normal desenvolvimiento de la vida diaria en las ciudades,

permitiendo así un apropiado tráfico de personas y vehículos durante la ocurrencia de las

lluvias. El grado de protección en drenaje urbano le garantiza un nivel aceptable del riesgo de

ocurrencia de daños y molestias. En consecuencia existirán básicamente dos grados de

protección, uno correspondiente a la función básica y otro a la complementaria, siendo así el

riesgo en el primer caso menor que en el segundo, por cuanto la protección de las personas y

edificaciones tienen que ser mayores que la garantía del tráfico de personas y vehículos.

El constante crecimiento urbano obliga a una meditación en cuanto a la solución del

drenaje, lo que exige la interrelación en la planificación urbana con el objetivo de preservar la

integridad física de las vías, garantizar el libre desenvolvimiento de la ciudadanía en épocas de

grandes lluvias. La vida útil de un alto por ciento de los sistemas de drenaje urbano están muy

relacionados no solo con la calidad de los materiales utilizados y la calidad de construcción, sino

en si planificación y concepción de los criterios de diseño. La recolección, encauzamiento y

disposición de las aguas, tanto superficiales como subterráneas son especiales para garantizar

la estabilidad e integridad de las ciudades. Un sistema de drenaje urbano está constituida por

un conjunto de obras una parte de las cuales está dirigida a proteger la integridad de la

ciudadanía, es decir cumplir una función básica y otra a garantizar el ágil desenvolvimiento del

tráfico de vehículos. Es importante que en la selección del gasto a considerar en el proyecto y

un límite aceptable del tiempo de inundación admitido, para la determinación de ambos, un

mayor o menor grado de riesgo.

Un sistema de drenaje deficiente pone a una ciudad en riesgo; un ejemplo claro de las

consecuencias de un diseño pobre se aprecia en la historia del huracán Katrina, que azotó al

Estado norteamericano de Nueva Orleans en agosto del año 2005, ya que la inundación que

siguió a dicha catástrofe tomó muchos meses en ser resuelta.

Otro peligro que supone un sistema de drenaje es la contaminación; dado que no existe un

control estricto de los materiales que son desechados constantemente en las cañerías, es

posible verter materiales tóxicos que amenacen silenciosamente a toda la población. Por otro

lado, es importante señalar que cuando el volumen de los residuos es pequeño, el riesgo es

menor. En el año 1992, en la ciudad mexicana de Guadalajara tuvo lugar una serie de

explosiones que abarcó más de ocho kilómetros, cobrándose muchas vidas, a causa de un

derrame de gasolina en las alcantarillas.

c) IMPORTANCIA DEL DRENAJE EN CARRETERA

En la construcción de carreteras, es necesario evaluar los cruces de los ríos que se

encuentren alrededor del proyecto y que puedan afectar a la carretera, siendo necesario

realizar una obra de drenaje y/o obra civil para disponer su evacuación. El drenaje es un punto

crítico y vulnerable para una carretera.

Para la evaluación de los tipos de drenajes que se necesita construir, es necesario la

realización de estudios y cálculos de ingeniería, como lo son:

Estudio hidrológico de la zona.

Estudio topográfico de la zona.

Tipo de estructura de drenaje a utilizar.

Diseño estructural del drenaje.

Diseño topográfico del drenaje.

Obras complementarias del drenaje.

Mantenimiento específico para los drenajes.

La importancia del drenaje en las carreteras, es en primer término, el reducir al máximo

posible la cantidad de agua que de una y otra forma llega a la misma, y en segundo término dar

salida rápida al agua que llegue a la carretera. Para que una carretera tenga buen drenaje debe

evitarse que el agua circule en cantidades excesivas por la misma destruyendo el pavimento y

originando la formación de baches, así como también que el agua que debe escurrir por las

cunetas se estanque originando pérdidas de estabilidad y asentamientos perjudiciales. El

prever un buen drenaje es uno de los factores más importantes en el proyecto de una

carretera.

A la hora de proyectar el drenaje de una carretera deben tenerse en cuenta una serie de

factores que influyen directamente en el tipo de sistema más adecuado, así como en su

posterior funcionalidad. Los más destacables son:

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 media ladera, la tipología del relieve existente, llano, ondulado,

accidentado, o la disposición de sus pendientes en referencia a la vía.

Factores hidrológicos: Hacen referencia al área de la cuenca de recepción y aporte de

aguas superficiales que afecta directamente a la carretera, así como a la presencia, nivel

y caudal de las aguas subterráneas que puedan infiltrarse en las capas inferiores del

firme.

Factores geotécnicos: La naturaleza y características de los suelos existentes en la zona

condicionada la facilidad con la que el agua puede llegar a la vía desde su punto de

origen, así como la posibilidad de que ocasione corrimientos o una erosión excesiva del

terreno. Las propiedades a considerar son aquellas que afectan a 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:

o 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 la inundación de los tramos más deprimidos de la vía - Alejar del

firme el agua freática, así como los posibles acuíferos existentes, empleando para

ello sistemas de drenaje profundo.

o 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.

o No suponer un peligro añadido para la seguridad del conductor, empleando para ello

taludes suaves y redondeando las aristas mediante acuerdos curvos, evitando así

posibles accidentes adicionales.

o También debe cuidarse el aspecto ambiental, procurando que produzca el menor

daño posible al entorno. Todos los anteriores puntos están como siempre

supeditados a la economía de la obra, por lo que la solución adoptada debe tener en

cuenta dos condicionantes adicionales:

El coste inicial de construcción e implantación del sistema de drenaje.

Los costes de reparación y mantenimiento de la infraestructura de drenaje a lo

largo de la vida útil de la carretera.

2. CUÁLES SON LOS ASPECTOS BÁSICOS PARA DISEÑAR UNA RED DE DRENAJE.

En geomorfología, la red de drenaje

se refiere a la red natural de transporte gravitacional de agua, sedimento o

contaminantes, formada por ríos, lagos y flujos subterráneos, alimentados por la lluvia o la

nieve fundida. La mayor parte de esta agua no cae directamente en los cauces fluviales y los

lagos, sino que se infiltra en el suelo (capa superior no consolidada del terreno) y desde éste se

filtra al canal fluvial (escorrentía) y constituye arroyos. Los patrones o geometrías de las redes

de drenaje son el resultado no sólo de la dinámica fluvial sino también de la deformación

tectónica de la superficie terrestre.

Los factores básicos involucrados en el diseño de una red de drenaje son:

Determinación de la geometría de la red incluyendo:

o Perfil y trazo en planta.

o Cálculos de los diámetros y pendientes de cada tramo.

o Magnitud de las caídas necesarias en los pozos.

La definición de la geometría de la red se inicia con la ubicación de los posibles sitios de

vertido y el trazo de colectores y atarjeas. Se usan normas de carácter práctico, basándose en la

topográfica de la zona y el trazo urbano de la localidad, aplicando las reglas siguientes:

Los colectores de mayor diámetro se ubican en las calles más bajas para facilitar el

drenaje de las zonas altas con atarjeas o colectores de menor diámetro.

El trazo de los colectores y atarjeas se ubica sobre el eje central de las calles, evitando su

cruce con edificaciones.

El trazo debe ser lo más recto posible procurando que no existan curvas y cuando la

calle sea amplia, se pueden disponer dos atarjeas, una a cada lado de la calle.

La red de alcantarillado debe trazarse buscando el camino más corto al sitio de vertido.

Las conducciones serán por gravedad. Se tratará de evitar las conducciones con

bombeo.

Se debe calcular el funcionamiento hidráulico del conjunto de tuberías, con el fin de

revisar que los diámetros y pendientes propuestos sean suficientes para conducir el

gasto de diseño de cada tramo.

Analizar con detalle las consideraciones y restricciones que sirven para disminuir los

costos de construcción y evitar tanto fallas por razones estructurales como excesivos

trabajos de mantenimiento.

Al elaborar el diseño de una red de drenaje, se puede apreciar que el dimensionamiento

de las tuberías depende de: tamaño del área por servir; coeficiente de escurrimiento;

intensidad de la lluvia; y del periodo de diseño.

3. DEFINA EL COEFICIENTE DE ESCURRIMIENTO Y ELABORE UNA TABLA DE

ESCURRIMIENTO “C” PARA DIFERENTES SUPERFICIES.

El coeficiente de escurrimiento o escorrentía es la relación entre la lámina de agua

precipitada sobre una superficie y la lámina de agua que escurre superficialmente, (ambas

expresadas en mm).

Donde:

= Precipitación (en mm)

= Lámina escurrida (en mm)

El valor del parámetro k varía mucho en función del tipo de uso del suelo. En el cuadro

siguiente se presentan algunos valores generalmente aceptados para precipitaciones de larga

duración.

Característica del área Valor de k

Residencial urbano - Casas unifamiliares 0.30

Residencial urbano - Apartamentos con jardines 0.50

Comercial e industrial 0.90

Forestada (dependiendo del suelo) 0.05 - 0.20

Parques, prados, terrenos cultivados 0.05 - 0.30

Pavimentadas con asfalto u hormigón 0.85 - 1.00

Terreno saturado por lluvias prolongadas 1.00

Tabla “C” Para Diferentes Superficies

4. INVESTIGAR Y EXPLICAR CADA UNA DE LAS SIGUIENTES FORMULAS:

a) FUNCIÓN DE WEIBULL

La distribución Weibull se caracteriza por los parámetros Alfa (α) y Gama (γ). Alfa es el

parámetro de la escala y gama es el parámetro de la forma. Debido que el parámetro gama

provee la posibilidad de cambiar la forma de la distribución se puede notar que la distribución

Weibull es muy flexible, por consiguiente, se pueden modelar las fallas funcionales y

estructurales de los pavimentos. El parámetro gama permite que la distribución Weibull se

pueda comportar de diferentes formas. Por ejemplo, modulando el parámetro gama la

distribución Weibull se puede aproximar a la distribución Exponencial, a la Normal y a la Chi-

cuadrada, ayudando estas aproximaciones a representar de manera más apropiada las cargas

requeridas para que un pavimento alcance el nivel terminal de servicio. Además de que la

distribución Weibull es un modelo robusto y flexible, el mismo se ha aplicado en muchas áreas

de la ingeniería para modelar eventos de confiabilidad y sobrevivencia.

La función de Weibull está definida por:

Obsérvese que para a =1 esta función es la exponencial, es decir la función exponencial

es una particularización de la función más general de Weibull.

Usando las relaciones entre las tres funciones las funciones de supervivencia y riesgo

para esta variable son

Es decir, el riesgo es creciente a lo largo del tiempo para a > 1 (por ejemplo,

supervivencia de pacientes con una enfermedad crónica sin respuesta al tratamiento, o

materiales con fatiga), constante para a = 1 (materiales sin fatiga) y decreciente para < 1

(enfermos con cirugía mayor practicada con éxito).

Nótese que calculando dos veces el logaritmo de la función de supervivencia

Y calculando el logaritmo de la función de riesgo

Es decir las relaciones entre el logaritmo del logaritmo cambiado de signo de la

supervivencia con el logaritmo del tiempo (primera fórmula) y el logaritmo del riesgo con el

logaritmo del tiempo (segunda fórmula) son lineales. A veces se usan estas relaciones para

evaluar la idoneidad del modelo de Weibull.

b) PERÍODO DE RETORNO (T)

El Período de retorno es uno de los parámetros más significativos a ser tomado en

cuenta en el momento de dimensionar una obra hidráulica destinada a soportar avenidas,

como por ejemplo: el vertedero de una presa, los diques para control de inundaciones; o una

obra que requiera cruzar un río o arroyo con seguridad, como puede ser un puente.

El periodo de retorno se define como el intervalo de recurrencia (T), al lapso promedio

en años entre la ocurrencia de un evento igual o mayor a una magnitud dada. Este periodo se

considera como el inverso de la probabilidad, del m-ésimo evento de los “n” registros.

El valor del periodo de retorno se determina en función de la posición de la variable

aleatoria (Pmáx o Qmáx en su caso) en una tabla de valores, ordenados de mayor a menor, con

base en las siguientes relaciones:

T = n+1m

y P = mn+1

Donde:

T = Periodo de retorno (años)

n = Número de años de registro

m = Número de orden

P = Probabilidad

Cuadro 1: Ejemplo de cálculo de periodos de retorno para eventos máximos anuales de

lluvia.

Fecha Lluvia (mm) Lluvia ordenado

(mm)

Numero de

orden (m)

Periodo de

retorno T (años)

Probabilidad P

(%)

1992 51.0 80 1 17 5.88

1993 40.0 54 2 8.5 11.76

1994 29.0 51 3 5.7 17.65

1995 40.0 50 4 4.3 23.53

1996 40.0 50 5 3.4 29.41

1997 50.0 45 6 2.8 35.29

1998 54.0 44.5 7 2.4 41.18

1999 40.0 40 8 2.1 47.06

2000 40.0 40 9 1.9 52.94

2001 40.0 40 10 1.7 58.82

2002 44.5 40 11 1.5 64.71

2003 50.0 40 12 1.4 70.59

2004 45.0 40 13 1.3 76.47

2005 33.0 35 14 1.2 82.35

2006 80.0 33 15 1.1 88.24

2007 35.0 29 16 1.1 94.12

El período de retorno para el que se debe dimensionar una obra varía en función de la

importancia de la misma (interés económico, socio-económico, estratégico, turístico), de la

existencia de otras vías alternativas capaces de remplazarla, y de los daños que implicaría su

ruptura: pérdida de vidas humanas, costo y duración de la reconstrucción, costo del no

funcionamiento de la obra, etc. En presas pequeñas, para la selección del período de retorno,

se utiliza el Cuadro 2, y se determina en función de la categoría de la presa.

Cuadro 2: Periodos de retorno para diferentes categorías de presas.

Categoría de la presa Periodo de retorno (años) para la avenida de

diseño del vertedor

Categoría A: Embalses situados en zonas totalmente

deshabilitadas, o bien, inmediatamente aguas arriba de otro

embalse con mucha mayor capacidad o de la desembocadura

del rio en el mar. En este caso, la ruptura de la presa no tendría

más trascendencia que las pérdidas económicas propias de ella

y no podrían producirse daños a terceros.

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Categoría B: Embalses situados aguas arriba de núcleos de

población. Pero por su capacidad reducida u otras

circunstancias, aunque se rompiese la presa por una avenida

importante, las víctimas y daños serían los mismos que si no

hubiese existido embalse.

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Categoría C: Embalses situados aguas arriba de núcleos de

población y cuyas características de capacidades, etc.,

determinan que si se presenta una gran avenida y esta produce

la falla de la presa, la onda de venida debida al vaciado del

embalse incrementa sensiblemente las víctimas y daños que

ocasionaría por si sola la avenida del rio.

100

c) FUNCIÓN DE DISTRIBUCIÓN DE GUMBELL

La distribución de Gumbell ha sido utilizada con buenos resultados para valores

extremos independientes de variables meteorológicas y parece ajustarse bastante bien a los

valores máximos de la precipitación en diferentes intervalos de tiempo y después de muchos

años de uso parece también confirmarse su utilidad en los problemas prácticos de ingeniería de

dimensionamiento de redes de drenaje y diversas obras hidráulicas.

Si n es el número anual de valores diarios independientes de un cierto elemento

meteorológico o hidrológico y Ex el número medio anual de valores diarios que exceden el valor

x, la probabilidad de que un valor diario sea superior a x es: Ex/n, mientras que la probabilidad

de que sea menor será, como resulta bien claro, la complementaria: 1-(Ex/n).

La probabilidad: p = F(x), expresada en tanto por uno, de que el máximo anual sea

menor que x vendrá dada por: F(x)=(1-Ex/n)n, y si n es suficientemente grande, entonces: F(x)

e-Ex, ya que se trataría de un límite indeterminado del tipo:

Como se quería demostrar.

Si se hace: y =-ln Ex, se tiene que: F(x)= , ya que también:

-y = ln Ex ; Ex = e-y.

Y es la variable reducida, y = -ln ln[1/F(x)], y e es la base de los logaritmos neperianos o

naturales, tal como ya hemos visto en el epígrafe correspondiente de este mismo trabajo.

En la aplicación de la teoría de los valores extremos suele expresarse la probabilidad en

términos del período de retorno o de recurrencia T(x), que para un valor particular de x es "el

intervalo medio, expresado en años, en que el valor extremo alcanza o supera a x una sola vez".

La relación existente entre la probabilidad: p = F(x) y el período de retorno: n = T(x) viene dada

por la expresión:

T(x) = 1/[1 - F(x) , o sea, n = 1/(1-p)

El período de retorno así definido no es el mismo que el intervalo medio entre

ocurrencias de valores máximos iguales o superiores a x, T1(x)", ya que en estas series,

llamadas de duración parcial, no se considera el año que se han registrado estos valores

máximos, pudiendo haber algunos con dos o más y otros sin ninguno.

Según SEELYE, T y T1, están relacionadas por la ecuación:

(1/T1)ln T = ln (T-1)

En algunas aplicaciones puede ser conveniente emplear T1(x), aunque la diferencia

entre T1 y T es muy pequeña y tiende rápidamente hacia 1/2 cuando T aumenta.

El Método de Gumbell permite así mismo, a partir de una serie de registros históricos de

caudal, predecir la frecuencia y el valor correspondiente de caudal por fuera del rango histórico

registrado.

El Cálculo de la función de probabilidad de Gumbell, o Función Tipo I. difiere levemente

de un autor a otro. Teniendo en cuenta esta observación se prefiere esta distribución frente a la

de Log Pearson y Pearson tipo III por ofrecer valores levemente superiores. Sin embargo es

conveniente mencionar que el valor de precipitación obtenido para cada frecuencia, sea de 100

años, 50 años, etc., es irrelevante en el método de Vargas ya mencionado puesto que el valor

requerido por el autor en sus fórmulas es el promedio de la serie multianual, o promedio de los

registros máximos anuales y no el valor obtenido de la distribución de valores extremos.

5. COMO PODEMOS APLICAR EL MÉTODO RACIONAL PARA EL DISEÑO DE DRENAJE

PLUVIAL EN CARRETERAS.

La fórmula racional para estimar el gasto pico para sistemas de drenaje pluvial, fue introducida

a los Estados unidos por Emil Kuichling en 1889. Desde entonces se ha convertido en el método

más usado para el diseño de sistemas de alcantarillado pluvial y drenajes de carreteras.

Para el diseño de alcantarillas, es necesario tener un estimado de la cantidad de agua pluvial

que fluye dentro de las mismas durante o inmediatamente después de un periodo de lluvia.

Para preparar dicho estimado, se requiere conocer la intensidad y duración de los aguaceros, la

distancia que ha de recorrer el agua para llegar a las alcantarillas, la permeabilidad y pendiente

del área de drenaje, asi como su forma y dimensiones.

El gasto pico se obtiene de:

Qp=2,75 CIA

En donde:

Qp= gasto pico (Ips)

C= coeficiente de escurrimiento (adimensional)

I= intensidad de la lluvia (mm/hr)

A= área de drenaje (hectáreas)

6. CUÁLES SON LOS TIPOS DE DRENAJE PARA LA EVACUACIÓN DE LAS AGUAS

INFILTRADAS.

Para la recogida de las aguas infiltradas, los principales tipos de drenaje, según su

tipología, son los siguientes:

Zanjas drenantes

Son zanjas rellenas de material drenante y aisladas de las aguas superficiales, en el

fondo de las cuales generalmente se dispone tubería drenante.

Las zanjas drenantes se proyectarán para proteger las capas de firme y la explanada de

la infiltración horizontal, para evacuar parte del agua que pudiera haber penetrado por

infiltración vertical, así como para rebajar niveles freáticos y drenar localmente taludes de

desmonte o cimientos de rellenos.

Cuando las zanjas drenantes pretendan el rebajamiento del nivel freático, el proyecto

deberá determinar la necesidad de efectuar ensayos in situ para conocer el valor de los

coeficientes de permeabilidad de los terrenos.

El agua afluirá a las zanjas a través de sus paredes laterales, se filtrará por el material de

relleno hasta el fondo y escurrirá por este, o por la tubería drenante. También podrá acceder

por su parte superior, si el sistema de drenaje subterráneo estuviera concebido para funcionar

de esta manera.

En caso de que no estuviera bien aislada superficialmente podría penetrar agua de

escorrentía, lo que deberá evitarse en todo caso.

En ocasiones, previa justificación expresa del proyecto, podrán omitirse las tuberías

drenantes, en cuyo caso la parte inferior de la zanja quedaría completamente rellena de

material drenante, constituyendo un dren denominado ciego o francés, en el que el material

que ocupa el centro de la zanja es preceptivamente árido grueso.

Pantallas drenantes

Las pantallas drenantes, o pantallas drenantes de borde, son zanjas bastante más

profundas que anchas -su anchura no suele superar los veinticinco centímetros (25 cm)-, que se

disponen normalmente en el borde de capas de firme o explanada, en cuyo interior se dispone

un filtro geo textil, un alma drenante y generalmente, un dispositivo colector en la parte

inferior.

Se distinguen dos tipos de pantallas, dependiendo de cuál sea el alma drenante

proyectada:

o In situ, en las que suele ser material granular.

o Prefabricadas, en las que el alma drenante se elabora en un proceso industrial.

Aunque las pantallas drenantes requieren una ocupación de espacio en planta

comparativamente menor que otras soluciones que procuran objetivos similares, presentan

condicionantes de limpieza y conservación más estrictos. En el proyecto se deberá justificar de

manera expresa la adecuación de esta solución a la problemática planteada, así como las

características y ubicación de las pantallas drenantes, contemplando de modo expreso sus

necesidades de limpieza y conservación, y prescribiendo, salvo justificación en contra, que su

parte superior sea impermeable.

Las pantallas drenantes pueden disponerse en contacto con las capas de firme o muy

próximas a ellas. En este caso debe prestarse especial atención a sus condiciones de

impermeabilización.

El diámetro interior mínimo del dispositivo colector deberá ser de cien milímetros (100

mm). Cuando la sección no fuera circular, ésta deberá permitir la inscripción de un círculo de

dicho diámetro. En caso de que se justifique de manera expresa en el proyecto, será posible la

reducción del diámetro, o incluso la eliminación del dispositivo colector del fondo, atendiendo a

circunstancias excepcionales.

La distancia entre arquetas no será superior a cincuenta metros (50 m) salvo

justificación expresa en contra del proyecto, efectuada teniendo en cuenta las necesidades de

limpieza y conservación del sistema.

La construcción de las pantallas drenantes requiere maquinaria específica, en ocasiones

con un tren completo de ejecución de las distintas operaciones.

Trabajos geotécnicos específicos

La ejecución de ciertos trabajos típicamente geotécnicos puede dar lugar, como objetivo

principal de los mismos o como complemento de otros (estabilización, refuerzo, contención,

etc.), a una mejora de las condiciones de drenaje de las obras, que incluso sólo se pueda

obtener por medio de estas técnicas.

Entre estos trabajos pueden citarse:

o Pantallas verticales de impermeabilización de bentonita-cemento, hormigón u otros

materiales, que aíslan una zona de los flujos de agua subterránea.

o Técnicas de mejora del terreno, que habitualmente procuran el aumento de la

capacidad de soporte, la consolidación de los suelos, la corrección de asientos y

otros aspectos, basándose o llevando aparejada en buena parte de los casos, una

mejora de las condiciones de drenaje de los terrenos, como las columnas de grava,

los drenes verticales prefabricados o de arena, etc.

o Técnicas de rebajamiento de niveles freáticos, tales como achiques, lanzas de

drenaje con vacío interior (también conocidas como well points), que normalmente

se aplicarán con carácter temporal, pero que en casos singulares podrán ser

permanentes.

o Otras técnicas de mejora del terreno que en su aplicación suponen un cambio de los

flujos de agua o de las condiciones de permeabilidad, como la electroósmosis, la

congelación artificial de suelos y los tratamientos con jet grouting u otros tipos de

inyecciones.

7. DONDE PODEMOS UBICAR LOS DRENAJES PARA LA EVACUACIÓN DE LAS AGUAS

INFILTRADAS.

En pie de desmonte

Los drenajes situados al pie de los desmontes podrán consistir en zanjas drenantes

ubicadas generalmente bajo la cuneta de pie, o en el lugar que disponga el proyecto en cada

caso. Cuando esté justificado por razones de espacio, constructivas u otras, el proyecto podrá

sustituir los drenajes en zanja por pantallas drenantes, previa justificación del proyecto de que

no van a captarse aguas subterráneas, ni provenientes del rebajamiento de niveles freáticos.

El proyecto deberá evaluar la estabilidad del talud en desmonte, considerando la

presencia de la zanja o pantalla drenante en su caso, tanto en la situación definitiva, como en

las provisionales de obra.

En mediana

En carreteras de calzadas separadas, los drenes bajo mediana, cuando existan, se

podrán colocar en una zanja drenante generalmente bajo la cuneta, o en el lugar que disponga

el proyecto en cada caso.

Cuando esté justificado por razones de espacio, constructivas u otras, el proyecto podrá

sustituir los drenes en zanja por pantallas drenantes u otros sistemas, previa justificación de

que no van a captarse aguas subterráneas ni provenientes del rebajamiento de niveles

freáticos.

En márgenes

Para tratar de evitar la infiltración horizontal se podrán disponer en las proximidades de

la calzada, zanjas o pantallas drenantes. Salvo justificación expresa en contra del proyecto, se

encontrarán fuera de la zona pavimentada o arcenes sin pavimentar en su caso, y en superficie

serán lo suficientemente impermeables como para impedir la entrada de agua superficial a las

mismas.

Cuando se trate de efectuar un rebajamiento del nivel freático, en general deberán

disponerse zanjas drenantes.

Para captación de flujos longitudinales

Además de los movimientos de las aguas según secciones transversales, deberán

considerarse los flujos de agua longitudinales al trazado de la carretera.

En secciones en desmonte, si el perfil longitudinal presenta una pendiente importante,

se puede producir un flujo longitudinal alimentado por infiltraciones a través de la

calzada, arcenes, bermas, mediana, taludes y elementos singulares en su caso. El agua

se puede acumular en la transición desmonte-relleno o en otros obstáculos.

Aguas arriba de estructuras enterradas, situadas en rellenos con pendiente longitudinal

igual o superior al tres por ciento (3%), el proyecto considerará expresamente la

necesidad de disponer un sistema de drenaje capaz de evacuar estos flujos de agua

longitudinales, que podrá ser, en su caso y previa comprobación de su capacidad

hidráulica, el mismo sistema de drenaje del trasdós de la estructura.

8. CUÁLES SON LOS ELEMENTOS DE DRENAJE MAS UTILIZADOS EN LAS OBRAS DE

CARRETERAS.

Drenaje Longitudinal

En el caso de drenajes longitudinales se utiliza el geotextil en zanjas de intercepción y

capacitación de aguas basado en la construcción del clásico dren francés (de piedra partida con

o sin tubería). Mediante el revestido de la zanja con una manta de geo textil y consecuente

pérdida de efectividad. La utilización más corriente de los geo textiles en este caso la

capacitación y conducción de aguas libres subterráneas, lográndose importantes abatimientos

de las capas freáticas.

Drenaje Transversal

La estructura de drenaje más espectacular en una vía terrestre son los puentes y las

alcantarillas, responsables principales del drenaje transversal: es decir del paso de grandes

volúmenes de agua, arroyos, ríos, entre otros, a través de la obra en una dirección

perpendicular a ella. Suele llamarse a los puentes obras de drenaje mayor y a las alcantarillas de

drenaje menor.

Alcantarilla con losa

Estas obras se presentan regularmente en un terraplén y también en un corte. Son obras

necesarias por el claro que se tienen que librar, que en muchos casos son arroyos o ríos que

tienen un caudal importante, normalmente un puente tienen una longitud mayor a 6.0m y se

construye de concreto en la mayoría de los casos, aunque también los construyen de estructura

del acero.

Las alcantarillas existen normalmente en la construcción de un camino entre 3 o 4 por

km significando en la inversión total de un 15 a 20% del costo total de obra, sus dimensiones

son menores a 6.0m y la construcción varia en forma y materiales.

9. CUÁLES SON LOS TIPOS DE CUNETAS PARA DRENAJE.

Cunetas de Borde

En el caso de cunetas de borde, la superficie a drenar se considera formada por la plataforma y

una franja de terreno continua a la misma cuyo ancho es variable, pudiendo alcanzar los 50

metros. Para esta se adopta un umbral de escorrentía variable en función de la naturaleza de la

superficie aportante mientras que para el firme se toma un umbral Po de 3mm.

Cunetas de pie de terraplén

Se disponen cunetas de pie de terraplén que servirán para encauzar las aguas de escorrentía

hacia las obras de drenaje transversal y a su vez disminuirán los efectos de la erosión en los

propios terraplenes.

Se ha adoptado para estas cunetas secciones trapeciales de 0,60 base menor y profundidad y

taludes laterales 1:1.

10. QUE ES LA ESTADÍSTICA HIDROLÓGICA Y CUÁL ES SU IMPORTANCIA.

Los estudios hidrológicos requieren del análisis de cuantiosa información hidrometeoro

lógica; esta información puede consistir de datos de precipitación, caudales, temperatura,

evaporación, etc. Los datos recopilados, solo representan una información en bruto, pero si

éstos se organizan y analizan en forma adecuada, proporcionan al hidrólogo una herramienta

de gran utilidad, que le permite tomar decisiones en el diseño de estructuras hidráulicas. Para

el análisis de la información, la hidrología utiliza los conceptos de probabilidades y estadística,

siendo este campo, una de las primeras áreas de la ciencia e ingeniería, en usar los conceptos

estadísticos, en un esfuerzo para analizar los fenómenos naturales.

Los procesos hidrológicos evolucionan en el espacio y en el tiempo en una forma que es

parcialmente predecible, y parcialmente aleatoria. Este tipo de tratamiento es apropiado para

observaciones de eventos hidrológicos extremos, como crecientes o sequías, y para

información hidrológica promediada a lo largo de intervalos de tiempo grandes, como la

precipitación anual.

11. QUE ES UN HIDROGRAMA, CUALES SON LOS TIPOS DE HIDROGRAMA Y CUÁLES SON

LAS ZONAS DE UN HIDROGRAMA.

Hidrograma

El hidrograma es un gráfico que muestra la variación en el tiempo de alguna información

hidrológica tal como: nivel de agua, caudal, carga de sedimentos, entre otros. Para un río,

arroyo, rambla o canal, si bien típicamente representa el caudal frente al tiempo; esto es

equivalente a decir que es el gráfico de la descarga (L3/T) de un flujo en función del tiempo.

Éstos pueden ser hidrogramas de tormenta e hidrogramas anuales, los que a su vez se dividen

en perennes y en intermitentes.

Los hidrogramas son útiles, entre otras cosas, para comparar los tiempos de descarga y

caudales pico de varias corrientes o cuencas hidrográficas, para así conocer las diferencias entre

sus capacidades de respuesta ante avenidas.

Tipos

Hidrograma de tormenta debido a la lluvia recibida en la cuenca.

Permite observar: Las variaciones en la descarga a través de una tormenta, o a través

del año hidrológico el pico de escorrentía (caudal máximo de la avenida), el flujo de base o

aporte de las aguas subterráneas al flujo y Las variaciones estacionales de los caudales si se

grafica un período de uno o varios años.

Un mm de precipitación significa que en una superficie de un m² ha caído un litro de

agua de lluvia (1L/m²).

Hidrograma Unitario

Curva básica de respuesta a una unidad de precipitación que describe la forma en que una

cuenca devuelve un ingreso de lluvia distribuido en el tiempo. Se basa en el principio de que

dicha relación entrada-salida es lineal, es decir, que pueden sumarse linealmente. Se construye

con base en un "Hidrograma en S" que a su vez se construye desglosando varias tormentas y

sus hidrogramas reales producidos.

Hidrograma Sintético

Hidrógrama unitario estimado de acuerdo con fórmulas que incluyen parámetros físicos de la

cuenca en estudio como área, longitud del cauce principal, pendiente promedio y otros. Son los

hidrogramas sintéticos más conocidos: el Triangular del USDA, el de Schneider, el de Clark.

Las zonas de un hidrograma

La fase previa al Hidrograma, se inicia con un período seco que se prolonga hasta el inicio de la lluvia (Inicio del Hidrograma de la figura). En esta fase sólo existe la contribución que realiza el flujo subterráneo al caudal en el cauce en el que se estudia el Hidrograma. Aquí el nivel freático se encuentra bajo y con tendencia descendente (de no generarse la lluvia se mantendría esta tendencia).

En los cauces permanentes la escorrentía superficial se mantiene debido al aporte de los acuíferos únicamente. En el caso de cauces intermitentes, cuando el caudal base (agua subterránea) se agota, éstos se secan totalmente.

La primera fase comienza con el inicio de la lluvia (Ver el Histograma de Precipitación en la parte Superior del Gráfico), parte del agua precipitada es interceptada por la vegetación, otra es retenida en depresiones y otra parte, dada las condiciones de baja humedad del suelo, se

infiltrará para suplir esta deficiencia de humedad. En esta fase no hay escurrimiento superficial directo, salvo el que cae sobre el cauce directamente.

Si la intensidad de la lluvia es menor que la capacidad de infiltración del suelo, parte del agua retenida retornará a la atmósfera posteriormente; ahora, si la intensidad de la lluvia es mayor que la deficiencia de humedad del suelo habrá un aumento gradual del contenido de humedad en su zona de aireación. En el Hidrograma de la figura esta fase queda definida por el tramo comprendido entre el inicio de la precipitación y el punto “A”, notemos que, la tendencia descendente se mantiene hasta que las pérdidas por infiltración e Intercepción (entre otras) son excedidas por la Intensidad de la Precipitación. En este momento la curva tiende a ser horizontal, para iniciar el cambio de pendiente, precisamente en el Punto A.

La segunda fase es la que sigue a una lluvia intensa. Después de saturarse las depresiones superficiales, se da inicio a la escorrentía superficial directa. El agua que se infiltra satura la zona de aireación del suelo, dando inicio al escurrimiento subsuperficial y a la percolación. En esta fase, representada en el Hidrograma por el tramo A-B (Conocida como curva de Concentración), solamente tres componentes están contribuyendo a la alimentación del caudal: la escorrentía superficial directa, la precipitación sobre la corriente y el agua subterránea.

Cuando la lluvia continúa, se alcanza una tercera fase en la que se llega al nivel de máxima recarga y toda el agua precipitada contribuye con el aumento del caudal. Aquí el caudal en el Hidrograma aumenta hasta alcanzar el punto máximo o Caudal Pico (Punto C), en el cual se puede decir que toda la cuenca está contribuyendo al caudal reflejado por el Hidrograma.

Se considera que desde el punto B hasta el punto D, además de las tres componentes del Hidrograma que estaban contribuyendo en la fase anterior, está contribuyendo el flujo su superficial. En este intervalo la componente que menos interviene es la precipitación directa sobre la corriente, la cual debió haber cesado antes del punto D.

La cuarta fase constituye la de recuperación de las condiciones referidas en la fase previa al inicio de la precipitación.

Desde el punto D del Hidrograma hasta el E (Curva de Descenso) el caudal registrado se compone únicamente por flujo subsuperficial y agua subterránea. Finalmente a partir de este punto E, la escorrentía superficial cesa y comienza la denominada Curva de agotamiento, en la cual los aportes al caudal del cauce provienen únicamente de las reservas de agua subterránea. Al final esta curva de agotamiento se mantendrá hasta el inicio de una nueva lluvia, si es el caso, para repetirse nuevamente el ciclo.

Por último, hay que destacar que un Hidrograma puede presentar picos múltiples debido a posibles aumentos en la intensidad de la lluvia, a una sucesión continua de lluvias o a una no sincronización de las componentes del flujo, por ejemplo, con relación a la siguiente figura,

podremos ver cómo sería el Hidrograma total generado para dos lluvias consecutivas, en los que el caudal Pico aumenta, dadas las condiciones de saturación del suelo, cuando ocurre la segunda lluvia.

12. CUÁL ES LA HIPÓTESIS EN QUE SE BASA EL HIDROGRAMA UNITARIO.

El método del hidrograma unitario fue desarrollado originalmente por Sherman en 1932, y está

basado en las siguientes hipótesis:

A) Distribución uniforme. La precipitación en exceso, tiene una distribución uniforme sobre

la superficie de la cuenca y en toda su duración.

B) Tiempo base constante. Para una cuenca dada, la duración total de escurrimiento

directo o tiempo base (tb) es la misma para todas las tormentas con la misma duración

de lluvia efectiva, independientemente del volumen total escurrido. Todo hidrograma

unitario está ligado a una duración en exceso (de).

C) Linealidad o proporcionalidad. Las ordenadas de todos los hidrogramas de

escurrimiento directo con el mismo tiempo base, son directamente proporcionales al

volumen total de escurrimiento directo, es decir, al volumen total de lluvia efectiva.

Como consecuencia, las ordenadas de dichos hidrogramas son proporcionales entre sí.

D) Superposición de causas y efectos. El hidrograma que resulta de un período de lluvia

dado puede superponerse Hidrogramas.

Para aplicar el proceso descrito a un caso concreto en una cuenca real, es necesario solucionar

previamente dos cuestiones:

1. Construir el hidrograma unitario para esa cuenca.

2. Calcular las precipitaciones efectivas a partir de los datos de precipitación total

proporcionado por los pluviógrafos, pues los hietogramas de las figuras anteriores se refieren

exclusivamente a la precipitación efectiva, neta o en exceso.

Conclusión

Anexos

Hidrología Urbana

Drenaje Pluvial

Escurrimiento

Zanjas de drenajes

Hidrograma

Bibliografía

http://civilgeeks.com/2011/12/15/hidrologia-urbana/

http://www.arqhys.com/contenidos/pluvial-drenaje.html

http://www.uamenlinea.uam.mx/materiales/licenciatura/hidrologia/libro2-hidrologia/HU4.2-

03.pdf

https://es.wikipedia.org/wiki/Coeficiente_de_escurrimiento

http://www.ptolomeo.unam.mx:8080/xmlui/bitstream/handle/132.248.52.100/562/A6.pdf?

sequence=6

http://academic.uprm.edu/laccei/index.php/RIDNAIC/article/viewFile/27/23

http://www.sagarpa.gob.mx/desarrolloRural/noticias/2012/Documents/FICHAS%20TECNICAS

%20E%20INSTRUCTIVOS%20NAVA/INSTRUCTIVO_HIDROLOG%C3%8DA.pdf

http://www.arqhys.com/arquitectura/tipos-drenes-infiltradas.html

http://es.slideshare.net/israel12500193/obras-de-drenaje-unidad-3

https://es.wikipedia.org/wiki/M%C3%A9todo_del_hidrograma_unitario

http://civilgeeks.com/2011/09/08/hidrograma-unitario-sintetico/

FALTA INTRODUCCION, CONCLUSION,

ANEXOS, PORTADA Y LAS PREGUNTAS

ANTES MARCADAS.