Drenaje En Carreteras 6z4d56

UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN MARTIN TRABAJO ESCALONADO: DRENAJE EN CARRETERAS

DRENAJE EN CARRETERAS

ABEL GRANDEZ VELA / DRENAJE / HIDRAULICA / FIC / UNSM-T


INDICE CONTENIDO PRESENTACION INTRODUCCION I. OBJETIVOS Objetivo general. Objetivos específicos. II. MARCO TEORIO Factores de la formación de caudales. Drenaje de una carretera. Obras de drenaje en carreteras. Obras de drenaje en general. Proceso constructivo de una obra de drenaje III. MEMORIA DE CÁLCULO Consideraciones de diseño. Especificaciones técnicas. IV.

CALCULO DE LA INTENSIDAD MAXIMA

V.

DISEÑO DE CUNETAS

VI.

DISEÑO DE ALCANTARILLAS

VII.

CONCLUCIONES

VIII.

RECOMENDACIONES

IX.

BIBLIOGRAFIA

X.

ANEXOS

XI.

PLANOS



PRESENTACION El siguiente informe es un trabajo escalonado, realizado por mi persona y encargado por el Ing. Raúl Sandoval Salazar profesor del curso de Drenaje, el informe consta de una parte

teórica sobre los conocimientos básicos para el diseño de cunetas,

alcantarillas y obras de drenaje en general.

También tiene la parte práctica que consta del diseño del sistema de drenaje de un tramo carretero de una longitud de 1 Km. El cual fue asignado por el profesor del curso.



INTRODUCCION Unas de las ramas de desempeño de la ingeniería civil es la de transportes, para la cual no solo basta con saber el diseño del canto de rodadura, el diseño de la estabilidad de suelos, la resistencia de la carpeta, la base , la sub base. Si no también el sistema de drenaje de la misma.

Es de vital importancia conocer sobre las obras de drenaje que se ubicaran a lo largo de la carretera, ya que cumplen una función muy importante, que es la de conservar seco el pavimento, y ayudar así asu mejor funcionamiento, evitando erosiones, que asu vez genera que falle el asfalto, apareciendo grietas por todo el largo del camino. Es por eso que es muy necesario conocer y saber diseñar el sistema de drenaje de las carreteras.



I.

OBJETIVOS OBJETIVO GENERAL Estar en la capacidad de diseñar el sistema de drenaje de una carretera. OBJETIVOS ESPECÍFICOS Realizar práctica y rapidez en cuanto se refiere al cálculo del drenaje carretero. Adquirir conocimientos sobre el diseño de las cunetas, alcantarillas, contra cunetas, Utilizar criterios adecuados en el diseño del drenaje carretero. Poner en práctica todos los conocimientos teóricos aprendidos durante el curso.



II.

MARCO TEORICO FACTORES QUE INFLUYEN EN LA FORMACION DE LOS CAUDALES. La Duración (t) es el período de análisis. Las lluvias de corta duración, conocidas también como tormentas, son eventos que por lo general tienen duraciones entre 5 minutos y 24 horas, y se utilizan para el cálculo de crecientes. La Intensidad (i) se define como el volumen de precipitación por unidad de tiempo. Se expresa en milímetros por hora (mm/h) La Frecuencia (f) es una medida de la probabilidad de ocurrencia de eventos mayores o iguales que el que se analiza. Generalmente se relaciona con el período de retorno (Tr). Por ejemplo, el aguacero que tiene una frecuencia del uno por mil tiene una probabilidad de ser igualado o excedido una vez cada mil años en promedio. Para este aguacero el período de retorno es de mil años. La Variación temporal, o patrón, está representada por el hietograma de la lluvia. La duración del aguacero se divide en "n" intervalos iguales, y a cada intervalo le corresponde una parte de la precipitación total. La Morfometría se refiere a las características físicas de la cuenca vertiente. Las principales son el Área, la Longitud del cauce principal, la Forma, la Pendiente del cauce, y la Pendiente de la ladera. El Suelo y su uso tienen importancia en lo que hace relación con la capacidad de infiltración y con los estimativos de evapotranspiración La Capacidad de regulación por almacenamiento tiene que ver con los tipos de almacenamiento que predominan en la cuenca; por ejemplo, concentrados en embalses, o repartidos en las corrientes de drenaje o en los depósitos subterráneos. DRENAJE DE UNA CARRETERA. Drenaje de aguas Superficiales. El drenaje superficial tiene el propósito de alejar las aguas de las carreteras. Esto evitara su influencia negativa, tanto en el aspecto de la estabilidad de su infraestructura, como en sus condiciones de transitabilidad. Las dimensiones de la sobras de drenaje serán determinadas en base a cálculos hidráulicos, tomando como base la información pluviométrica disponible. Drenaje del agua que escurre el pavimento.



La eliminación del agua que escurre sobre la superficie del pavimento, se efectúa por medio del bombeo en las secciones en tangente y mediante peralte en las curvas, de modo que el escurrimiento sea hacia las cunetas. Los paseos de una carretera pavimentada se someterán a un tratamiento de impermeabilización. De este modo se lograra fijar los agregados y se evita que estos sean arrastrados a las cunetas por el agua que fluye desde el pavimento. Desagüe sobre los tadules de rellenos. En los rellenos. Las aguas que escurre sobre el pavimento deberán ser encauzadas hacia ambos lados del mismo. Deberá hacerse de tal forma que el desagüe se efectué en sitios preparados especialmente para ello. De este modo se evitara la erosión de los taludes. OBRAS DE DRENAJE EN CARRETERAS Las estructuras de drenaje tiene como objetivo controlar el agua que llaga ala vía y la afectan por escurrimiento superficial, independientemente que las aguas hayan caído sobre o fuera de la vía. Las siguientes son las obras más comunes

El Bombeo Bombeo es la pendiente transversal que se da en las carreteras y pistas para permitir que el agua que cae sobre ellas escurra hacía sus dos lados El bombeo debe tener 2% de pendiente desde el eje de la vía hasta el hombro correspondiente en carreteras. Para Pavimentos rígidos el bombeo debe ser de 1.5%, al igual que en las aeropistas. Los Bordillos Los bordillos son estructuras que se colocan en el borde exterior del acotamiento en las secciones en tangente, en el borde opuesto al corte en las secciones en balcón o en la parte interior de las secciones de terraplén en curva. Son pequeños bordos que forman una barrera para conducir el agua hacía los lavaderos o bajantes, evitando erosiones en los taludes y saturación de éstos por el agua que cae sobre la corona de la vía. Los Lavaderos Los lavaderos son canales que se conectan con los bordillos y bajan transversalmente por los taludes para conducir el agua lluvia que escurre a lugares alejados de los terraplenes, en donde ya es inofensiva.



Las Cunetas Las cunetas son canales que se adosan a lo largo de la corona de la vía y paralelamente al eje longitudinal de la misma. Su objetivo es recibir el agua superficial del talud y de la superficie de rodamiento. La Vegetación La más efectiva protección de los taludes para evitar la acción erosiva del agua superficial es la plantación de especies vegetales Zanjas De Coronación Son zanjas excavadas en el terreno natural, que se localizan en la parte superior de los taludes de los cortes, con la finalidad de interceptar el agua superficie que escurre ladera abajo desde mayores alturas. Las Alcantarillas Esta estructura es la responsable del drenaje transversal, es decir del paso del agua a través de la obra, en una dirección más o menos perpendicular a ella. OBRAS DE DRENAJE EN GENERAL El objetivo de las obras de drenaje es el de conducir las aguas de escorrentía, o de flujo superficial, rápida y controladamente hasta su disposición final. En su diseño existen tres componentes básicas: 1.

Entrada a la red de drenaje. Canales interceptores. Los canales interceptores reciben agua por una sola de sus orillas o márgenes. El caso más común es el de una ladera que vierte sus aguas de escorrentía sobre un área plana adyacente: el canal interceptor, trazado a lo largo de la divisoria entre la vertiente inclinada y la zona plana, recibe las aguas de escorrentía y conserva el área plana libre de estos caudales. Para el diseño del canal interceptor el caudal se incrementa a lo largo del recorrido, de manera que las dimensiones del canal aumentan en la dirección hacia aguas abajo.



Canales recolectores. Los canales recolectores reciben agua por sus dos márgenes; pueden ser corrientes naturales o canales artificiales. Los caudales de diseño y las capacidades de los canales se incrementan a lo largo del recorrido. Cunetas, sumideros y alcantarillas. Las cunetas son canales pequeños que se utilizan en combinación con los sumideros y las alcantarillas en los sistemas de drenaje de vías, aeropuertos, calles y patios. La localización de los sumideros limita las magnitudes de los caudales en las cunetas. Las alcantarillas son conductos cerrados, parcialmente llenos, que reciben los caudales de los sumideros en forma puntual a lo largo de su recorrido hasta el sitio de entrega del sistema de alcantarillado. Tipos De Cunetas o Cunetas de Concreto. Se construirán vaciadas en el sitio o donde se muestre en los planos y de acuerdo con el diseño que aparece en ellos o en donde lo indique el Interventor. Se conformará la subrasante excavando o llenando hasta la cota indicada para cumplir con la pendiente, dimensiones y diseño señalados en el plano. Todo el material inadecuado de la subrasante a criterio del Interventor, será retirado para sustituirse por otro apropiado. La subrasante se compactará y completará con un acabado fino y firme en la superficie, para recibir un lecho de material filtrante de 10 cm. de espesor, si así se indica en los diseños o lo solicita el Interventor. La subrasante será convenientemente humedecida y apisonada por métodos manuales o mecánicos hasta que quede firme antes de vaciar el concreto o colocar los prefabricados. Las formaletas garantizarán caras uniformes, compactas, rectas y lisas en la superficie de concreto y se colocarán siguiendo los alineamientos y pendientes de acuerdo con las dimensiones requeridas, para garantizar un drenaje efectivo. El vaciado se hará en módulos, máximo de 3 m de longitud, y en forma alternada, a criterio del Interventor, se podrán dejar juntas de dilatación cada 6 m, en el caso de vaciados a mayores longitudes, las cuales serán rellenadas posteriormente con un material apropiado para su funcionamiento. Las juntas de dilatación deben construirse formando ángulo recto con el eje longitudinal.



El Interventor exigirá al Contratista la demolición y nueva ejecución de las cunetas cuyo alineamiento no sea regular, o se hayan construido con bloques defectuosos. Las juntas entre bloques prefabricados paralelos a la pendiente se pegarán con un mortero de cemento-arena de proporción 1 a 3 en peso y las juntas normales a la pendiente se dejarán al tope y sin pega. Las aguas lluvias no podrán correr por las cunetas más de 80 m y la Entidad local en concordancia con La Entidad determinarán el número y sitio de colocación de las cajas pluviales o Cunetas de Piedra Pegada. Cuando se construya en piedras pegadas, éstas se incrustarán en la subrasante con las caras más planas hacia arriba, en hileras rectas y perpendiculares a la superficie acabada. Las uniones se alternarán y las pegas no excederán los 2 cm. de ancho. Cuando las piedras hayan sido colocadas correctamente de acuerdo con el alineamiento, pendiente y sección indicada en el plano, deberá colocarse una capa de mortero de cemento que llene los vacíos y cubra la piedra de tal manera que forme una sola masa con un correcto acabado. El mortero deberá ser de una consistencia tal que fluya fácilmente sin segregación. Se atenderán las demás normas dadas para las cunetas en concreto. o Cunetas en tejones (prefabricadas en concreto). Se colocarán sobre una capa de filtro, la cual estará a su vez sobre la base preparada para recibir las cunetas. Los tejones irán con junta cementada de tal manera que se obtengan alineamiento y pendientes uniformes, sin que se presenten quiebres que den mal aspecto o causen empozamientos. El Interventor podrá exigir, a expensas del Contratista, la demolición y nueva ejecución de las cunetas cuyo alineamiento vertical y horizontal no sean uniformes o hayan sido construidas con tejones desbordados, fracturados o defectuosos. Las juntas se pegarán con un mortero de cemento-arena en proporción 1:3 al peso. Cada 10 m o según las instrucciones de la Interventoría, se construirán llaves de concreto fc= 175 kg./cm2, de 15 cm. de espesor por 20 cm. de ancho alrededor del tejón, cuando la pendiente de la cuneta sea igual o mayor al 5%. Medida y Pago. Se medirán por metros (m) sobre la pendiente. El precio incluye el suministro, transporte, y colocación de los materiales requeridos, la preparación de la base, el retiro y botada del material sobrante, la



istración, imprevistos y utilidades y demás costos necesarios para entregar la obra a la Interventora.

Estaciones de bombeo. En casos especiales se utilizan equipos de bombeo para drenar áreas bajas; las aguas bombeadas se entregan luego a un sistema principal de drenaje en forma puntual. 2.

Conducción de las aguas de drenaje. Con pocas excepciones las aguas de drenaje se transportan por corrientes naturales o por canales, que son conductos a superficie libre, abiertos o cerrados.

Corrientes naturales. En las corrientes naturales se determina el nivel máximo de flujo para la creciente de diseño, y se compara con el nivel a cauce lleno. Cuando este último resulta inferior que el de la creciente se presenta desbordamientos, los cuales afectarán una zona inundable adyacente cuya amplitud debe determinarse. Para este objetivo se utilizan procedimientos de hidráulica de canales naturales, con caudales variables y curvas de remanso. La capacidad del cauce puede ampliarse mediante la ejecución de dragados. Para garantizar la estabilidad de las secciones de flujo se diseñan obras de encauzamiento y de protección de márgenes. En cada diseño particular se deben tenerse en cuenta tanto la magnitud de la carga de sedimentos que transporta la corriente natural como los efectos que las obras pueden causar aguas arriba y abajo de su localización. Corrientes artificiales (Canales.) El diseño de canales para conducción de aguas de drenaje debe aprovechar al máximo la topografía del terreno con el fin de garantizar la conducción por gravedad, con un costo mínimo. Cuando la diferencia de cotas entre los puntos inicial y final del canal es muy pequeña el diseño resulta en estructuras muy grandes con velocidades bajas y peligro de sedimentación. De otro lado, diferencias muy grandes de nivel ocasionan el trazado de canales de gran pendiente, o requieren del diseño de estructuras de caída entre tramos de baja pendiente. Además, dependiendo de la topografía, del tipo de suelo y de las velocidades de flujo.



Tipos de canales o Canales excavados. El diseño de los canales excavados está limitado por las velocidades de flujo, la carga de sedimentos y las filtraciones hacia terrenos adyacentes a través del fondo y las orillas. En terrenos erosionables los canales excavados terminan siendo similares a las corrientes naturales al cabo del tiempo, porque pierden su geometría inicial por causa de los procesos de agradación, socavación y ataque contra las márgenes. o Canales revestidos. Los canales revestidos permiten velocidades altas, disminuyen las filtraciones y requieren de secciones transversales más reducidas que los anteriores. Sin embargo, su costo y su duración dependen de la calidad del revestimiento y del manejo adecuado que se de a las aguas subsuperficiales. Los materiales de revestimiento pueden ser arcilla, suelo-cemento, ladrillo, losas de concreto simple o reforzado, piedra pegada, etc. Dimensionamiento de los canales. El dimensionamiento de los canales se hace mediante la aplicación de fórmulas convencionales de flujo a superficie libre, teniendo en cuenta los aumentos de caudal en la dirección aguas abajo, las pendientes de los tramos y los remansos que se generan con los cambios de pendiente y con la localización de estructuras de caída, o de cruce con obras civiles, por ejemplo con vías o con otros canales. Para la relación entre caudal y nivel en secciones dadas del canal se utiliza la ecuación de Manning, en la forma: Q = A R 2/3 S1/2 / n Las curvas de remanso que se generan por transiciones, cambios de pendiente o localización de estructuras, se calculan por medio del método directo de pasos, que es el más sencillo del flujo gradualmente variado. Estructuras de caída. Cuando las condiciones topográficas de la línea de trazado del canal no permiten el trazado de un canal de pendiente constante deberá trabajarse por tramos, los cuales empalman con el siguiente al mismo nivel o por medio de una caída.



Las estructuras de caída pueden ser rampas, escalones sencillos o gradas. Las rampas son tramos de pendiente fuerte de corta longitud. Deben ser suficientemente fuertes para soportar velocidades altas y generalmente se prolongan hacia aguas arriba y abajo con obras de protección contra la socavación. Su capacidad para disipar energía hidráulica es muy baja. Los escalones sencillos son caídas verticales que se colocan en el extremo inferior de canales de flujo subcrítico. El agua pasa por el escalón en caída libre hasta una placa de fondo que debe proteger la estructura contra la acción erosiva del chorro. Esta placa opera adicionalmente como disipador de energía. Dependiendo de la magnitud de la velocidad de caída, la estructura puede ser de concreto o de piedra pegada, y en algunos casos de gaviones. Una serie de escalones consecutivos constituye un sistema en gradas. Las dimensiones horizontales y verticales de las gradas deben seleccionarse de tal manera que estas puedan cimentarse dentro del terreno natural; además, el sistema debe permitir un flujo de agua controlado, con importante disipación de energía. 3.

Estructuras de entrega. Los canales de conducción de un sistema de drenaje pueden descargar en otros conductos mayores, en corrientes naturales o en almacenamientos concentrados. El diseño de las obras de entrega debe tener en cuenta la magnitud de las fluctuaciones de nivel en los sitios de descarga y la estabilidad del área adyacente a la misma. Si se trata de descarga a ríos, por ejemplo, la margen que recibe el caudal de drenaje deberá tener una protección en gaviones o piedra pegada que evite su deterioro. A su vez, si la parte final de la conducción queda localizada en una zona inundable, deberán tomarse las medidas del caso para asegurar la estabilidad de las estructuras de drenaje, y su óptimo funcionamiento hidráulico.



PROCESO CONSTRUCTIVO DE UNA OBRA DE DRENAJE Drenaje de carreteras. Los tubos de polietileno corrugados de ads se usan ampliamente para drenajes transversales, paso de carreteras y drenajes inferiores en carreteras de todo el país. Duran de tres a cinco veces más que los tubos de metal corrugados, son mucho más ligeros y fáciles de instalar que los tubos de hormigón y sigue siendo suficientemente fuerte como para resistir la presión del suelo a profundidades de 100 pies. El polietileno de alta densidad es también suficientemente fuerte como para resistir la escorrentía más abrasiva así como los esfuerzos de tracción que tienen lugar en los nuevos revestimientos de tubos existentes. Drenajes transversales. Al instalar drenajes transversales, es importante usar tubos que puedan resistir el tráfico pesado de la carretera que está encima. Con su exterior corrugado, los tubos n-12 de ads soportan cargas h-25 y e80. También se instalan de forma rápida y sencilla. Drenajes longitudinales. El diseño de es exclusivo de los tubos advan edge de ads permite un drenaje rápido, haciendo que sea perfectos para aplicaciones críticas en función del tiempo tales como carreteras y autopistas en los que el tiempo es crucial. Debido a que están hechos del mismo polietileno de alta densidad que otros tubos de ads, son estructuralmente más fuertes que otros drenajes longitudinales y no requieren un producto geotextil para soporte. Su resistencia les permite mantener su forma, haciendo que sea más eficiente que otros productos de drenajes longitudinales y brindando el doble de caudal hidráulico. Ads también ofrece tubos redondos de 4" rodeados por grava como drenajes longitudinales.



III.

MEMORIA DE CÁLCULOS



CONCLUCIONES Es importante conocer el diseño de los sistemas de drenaje en carreteras, para que sea completo el conocimiento sobre las vías terrestres. El dato más importante para poder realizar el diseño de las obras de drenaje, es la intensidad ya que el caudal depende fundamentalmente de la misma. La topografía es importante para este tipo de obras, ya que sin ella seria prácticamente imposible, obtener los datos reales de campo. Se concluye después de el trabajo realizado que casi siempre cumplirá el caudal establecido por la sección tipia que manda el reglamente de carreteras, excepto en carreteras de pendiente pronunciadas y tramos largos de corte. El proyectista debe conocer perfectamente el recorrido del sistema de drenaje a diseñar, es importante la etapa de reconocimiento de terreno muy importante.



RECOMENDACIONES Se recomienda que el proyectista debe efectuar de manera minuciosa el reconocimiento del terreno para poder tener así mayor criterio al momento de ubicar las obras de drenaje. Se debe tener en cuenta en el cambio de sección de las cunetas, en lo posible no cambiar el talud de las mismas, para un mejor y más rápido proceso constructivo. Se debe preferiblemente aumentar solo el ancho de las cunetas, no la profundidad para un más eficiente proceso constructivo. Ubicar las contracunetas con un buen criterio y Análisis de la situación para evitar gastos vanos. Debemos tener mucho cuidado al momento de arrastrar caudales, para así no obviarlos y evitar así que después rebalse el nivel del agua en las cunetas mal diseñadas.



BIBLIOGRAFIA www.unicon.com www.elrincondelvago.com www.emagister.com Trabajos FIC pasados OBRAS HIDRAULICAS, Jesús Villaseñor



ANEXOS



Observamos en la vista unas cuentas revestidos de concreto.



Observamos proceso constructivo de una cuneta trapezoidal.




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