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DRENAJE VIAL Y URBANO:
Atacar el problema que se genera en las ciudades y en las carreteras por la
impermeabilización de la superficie.
Una alta o baja capacidad de infiltración depende del tipo de escenario. Superficies sin
impermeabilizar poseen un coeficiente de infiltración o número de curva que permite
mayor infiltración a diferencia de superficies impermeabilizadas. Los efectos que puede
ocasionar puede ser la acumulación de caudales por el colapso de sistemas de drenajes
debido a la crecida o caudal máximos que se producen más rápido.
Q Q
t t
tp1 tp2
tp1 > tp2: es importante para evitar la acumulacion de caudales;
Q: Caudal
T: Tiempo
tp: tiempo pico (crecida máxima)
PROBLEMAS DE ESCORRENTÍA
Escorrentía: Lámina de agua producida por eventos de precipitación, es el agua
producida después que ya se generó una infiltración previa y mientras continua el evento
de precipitación hay una infiltración continua.
Problemas relacionados
Inundaciones: zanas naturales y urbanas, debido al tiempo pico y caudal muy alto,
producen volúmenes de agua que no pueden ser evacuados.
Impacto Ambiental: Debido a las inundaciones, por ejemplo, la isla de calor que se
generan en las zonas urbanas por los materiales utilizados, como, asfalto, hormigón,
cerámica y disminución del oxígeno.
Erosión: Transporte de materiales finos en las corrientes de agua, por lo general se
producen en zonas rurales, pero también se produce la erosión de asfaltos y hormigones
en las zonas urbanas.
Contaminación de aguas superficiales y subterráneas: por lo general en zonas urbanas,
debido a los desechos producidos por la sociedad que son acareados por la escorrentía y
terminando en los caudales naturales.
Afectan los niveles subterráneos: Producto de la escorrentía superficial, debido a una
superficie impermeabilizada, el caudal captado en una estructura de drenaje será
descargado a un cauce superficial, disminuyen los niveles freáticos, afectaran al ciclo
hidrológico.
Daños a infraestructuras: Por las inundaciones, daños pequeños como baches.
Efecto aguas abajo: desbordamiento e inundaciones en sectores aledaños o destrucción
de las márgenes, puede con el tiempo producir erosión o socavación del fondo del cauce.
Reducción del nivel Freático: relacionado con los niveles subterráneos y la
contaminación.
EFECTOS DE ESCORRENTIA EN LAS VIAS
• Lavado del suelo (erosión)
• Reducción de la resistencia del suelo: debido a la saturación de los suelos se
tendrán coeficientes diferentes.
• Obstrucción de los pasos de agua: Excede la sección transversal del cauce, debido
a un determinado diseño del cauce puede exceder y obstruir el paso del agua
• Destrucción de la infraestructura.
SISTEMA DE DRENAJE
El objetivo de un drenaje vial rural o urbano es evacuar rápidamente (buscar un sitio de
descarga lo más rápido) el caudal de aguas acumulada generadas por la precipitación de
un sitio a otro (cauce natural).
En zonas urbanas: Red que conduce el agua superficial de las zonas urbanas hacia un
cauce, busca evacuar el agua lo más rápido a una red de alcantarillado.
En vías: Sistema de canalización que remueve el agua de las vías y sus alrededores
(taludes de corte), evacuar el caudal acumulado sobre la superficie de la vía y llevarlo
hacia otro sitio que puede ser un cauce natural o la red pública de alcantarillado.
ASPECTOS GENERALES Y TIPOS DE DRENAJES
Objetivos del Sistema de Drenaje Vial:
• Mantener el funcionamiento adecuado de la vía, retirar el caudal que se precipita
y se convierte en escorrentía.
• Evitar daños en la infraestructura y/o reducidos (baches).
• En zonas urbanas evitar inundaciones, por falta de sitios cercanos para evacuar
rápido los caudales.
• Evacuar flujos de agua de manera eficiente
• Desalojo rápido del agua que cea sobre la calzada
• Controlar el nivel freático
• Interceptar el agua superficial o subterránea que llega a la carretera
• Conducir de forma controlada el agua que cruza las vías a través de una
alcantarilla
FORMA EN QUE LLEGA EL AGUA A LAS VIAS
Debido a las entradas producidas por el ciclo hidrológico, precipitación, ascenso capilar
que es minino debido a la capa impermeable de pavimento no es común y tiene un valor
muy bajo, escorrentía superficial en los taludes y escorrentía subterránea.
Principalmente por la precipitación sobre que cae sobre la calzada y sobre los sitios
aledaños o alrededores (taludes), escorrentías subterráneas alimentan el nivel freático y
subirá por ascenso capilar es un proceso mínimo comparado con el escurrimiento
superficial.
CRITERIOS DE UN SISTEMA DE DRENJE EFICIENTE.
• Minima afectacion en los patrones del sistema de drenaje natural, mantener los
protrones de drenaje natural, los sistemas de drenaje deben mantener la misma
alineacion del drenaje natural, se debe ajustar a las condiciones topiograficas,
geotecnicas e hidrologicas del sistema, no afectar quebradas no exceder la
capacidad de las quebradas o cauces, debido al sistema de drenaje diseñado y se
descaga mas caudal se produce un calado mucho mas alto del cual la quebrada
esta preparada para conducir, o rellenar una quebrada y dejala sin funcionaiento,
la idea del sistema de drenaje es tratar de mantener en lo posible el sistema de
drenaje natural, revisar la capacidad de la quebrada, evaluar el funcionamiento de
la seccion, minima afectacion.
• Drenaje debe evitar la collecion excesivas de aguas en zonas inestables y la
subsecuente eroscion aguas abajo, tratar de no hacer la descarga de aguas
recolectadas, elegir adecuadamente la zona de descarga, en lo posible no descarga
en zonas inestables.
COMPONENTES DE UN SISTEMA DE DRENAJE EFICIENTE
Bombeo: es la pendiente transversal de la via que ayuda a que la escorrentia superficial
drene hacia las cunetas, primera estructura de drenaje, pendiente entre 2-2,5%, ayuda que
la gota de agua que se precipita sobre la calzada o sobre la superficie de la via llegue
acumularse en la zona de las cunetas.
Denaje lateral: se ubica a lo largo de la via, recolecta y direcciona el agua superficial
que llega desde la pendiente transversal, cunetas longitudinal, objetivo recolectar el agua
superficial que llega desde la pendinte transversal y llevarla a una estructura de descarga
por lo general las alcantarillas
Terraplenes de la via: relleno, sirve como estructura para constructuir la meza o
platarforma de la via puede ser relleno natural o relleno compactado, aportan con el
sistema de drenaje natural, la precipitacion que cae sobre los terraplanes por gravedad
descendera y continuara con el drenaje natural superficial, pendientes de 1-1,5%.
Lateral de corte: cuando se une el talud natural y talud de corte
Lateral de relleno: cuando se une el terraplen de la via con el talud natural
Zanjas de corronacion: parte del drenaje lateral, o cunetas de coronacion, se ubica por
encima de la lateral de corte o berma, por lo general drena todo sobre la lateral de corte y
por ende ser parte del talud natural del terreno, drenar hacia la zanja de coronacion todo
lo que sea parte del talud natural, evitar todo lo que este sobre la lateral de corte afecte el
talud artificail y por ende queafecte a la via
Diques de control: Ayuda a disminuir la velocidad de flujo en las cunetas, actua como
un vertedero, en ciudades seria un deposito de basura, en el evento de precipiatcion la
acumulacion de basura puede ocasioar el desbordamiento y el caudal circule por la
superficie de la via.
Alcantarillas de drenaje: permitir el paso transversal del cause por debajo de la via.
Puente: con caudal constante los 365 dias del año, Rios, vencer longitudes lagas unir dos
tramos de puentes.
ALTERACIONES QUE PROVOCA UN SISTEMA DE DRENAJE
INADECUADO
• Cambio en los patrones de inundacion, respetar el sistema de drenaje natural,
evitar alteraciones a la red hidrica natural, generan iniundaciones
• Altura de inundaciones, aumentan especialmente en puentes, posibles cambios
en las alturas de inundaciones provocadas por descrgas incontroladas.
• Velocidads de flujo, aumentode caudal, velocidad de flujo es proporcional al
caudal, la seccion constante del cauce que no se puede modificar al aumentar
caudal va a aumentar velocidad de flujo, con las epercusiones que tiene el aumento
de la velocidad de flujo, aumenta capacidad de arrastre del cauce errocion del
cauce y sus margenes.
• Duracion de la inundacion se producira mas rapido y si no hay evacuacion mas
rapido se tarda mas el efecto de inundacion
• Patrones de errosion y sedimentacion aumentando velocidad de flujo se
aumentan los patrones de errosion, y por la errocion del cauce hay sitios donde la
pendiente es mas baja se sedimentaran las particulas errosionadas, aumento de
caudal, pendiente alta, y por reduccion de la velocidad y disminucion de la
pendiente se genera acumulacion de materail errosionado y se reduce la seccion
transversal del cauce.
• Cambios en el haitat de la fauna acuatica y terestre, puden ser por el exceso o
disminucion de caudal que repercute en la disminucion de oxigeno, muerte de la
vida acuatica y la vida terrestre, caudales retirados por sistema de drenajes
inadecuados no alimenta a la fauna no habra vida silvestre que pueda alimentarse
de fauna
CLASIFICACION DE DRENAJES EN VIAS
Dos tipos de clasificacion grandes en funcion de la magtitud de las obras de drenaje
Obras de arte menor dos tipos
Drenaje longitudial (cunetas y zanjas) paralela a la via, una zanja es una cuneta, tres tipos
de cunetas longitudinales, de coronacion y de berma.
Drenaje transversal (alcantarillado),
Subdrenaje (Longitudinal, capaza de drenar bajo la meza de la via en caso de tener niveles
fraticos muy altos que necesiten ser avatidos y capaz drenantes)
Obras de ate mayor
Puentes, estructuras grandes donde se necesita controlar el efecto de sedimentacion, de
erosion, de socabacion alrededor de estribos y pilas, controlar el galivo minimo entre la
superestructura del puente y la altura de crecida para un determinado periodo de retorno.
ESTUDIOS Y DISEÑOS PRELIMINARES
Factores que se deben coniderar
• Diseño geometrico de via: en plata, perfil y seccion tranversal
• Factores topograficos: topografia siempre escala 1:1000, escala 1:5000
restituciones, fotogrfia aereas, cartografia 1:2500, situacion de la carretera
respecto al tereno natural
• Factores hidrologicos: vinculado a la cartografia o fotografia, se necesita conoce
las aportaciones determinar y delimitar las areas de drenaje para conocer cuales
son las formaciones de las aguas supeficiales y tambien las aguas subteraneas en
caso de diseño de subdrenaje
• Factores geotecnicos: para estructura de arte mayor como puentes para
determinar las condiciones de suelo
• Factores geologicos: para conocer la presensia de fallas, erosion del suelo tipos
de roca,
TIPO DE ESTUDIOS
Sera para realizar una recuperacion o cambio estanda
• Cambio estandar, cambio en la via, cambia en el sistema de drnaje las cunetas
longitudinales y tendran que moverse al borde de la ampliacion, alcantarilla sera
evaluado para ampliar o aumento de seccion.
• Recuperacion por exceder la vida util o no funciona correctamente o por un
derrumbe aguas arriba se produjo taponamiento o destruccion o tambien cuando
el material ya supero el tiempo de vid util 25, 30 años se desgasto y necesita ser
recuperado
• Trazado nuevo, depende de la geoetria secciones tranversales 10 metros en curva
y 20 metros en tangente. Realizar un diseño nuevo.
FASE DE ESTUDIOS VIALES
• Prefactibilidad identificar opciones o posibles rutas de diseño, evaluar la parte
economica para determinar la opcion de ruta mas viable. punto de descarga,
ubicación de alcantarillas, seccion transversales de zanjas o cunetas
• Factibilidad: se empieza a diseñar mas especificmente obras anexos obras
complementarias que podrian significar un cambio de opcion. Se evaluan obras
complementarias o anexas para ver la viabilidad tecnica y economica. Se define
ubicación de alcantarilla putos de descarga, secciones
• Diseño definitivo o diseño detallado para la construccion, detalles muros de alas
de las alcantarillas, materail de la cuneta, ajuste de secciones.
ALCANCE Y ACTIVIDADES
Prefactibilidad
Actividades
Información: cartografía desde escalas pequeñas 1:25000 hasta escalas que abarcan
grandes superficies de terreno 1:50000, para drenaje vial para estructuras pequeñas como
alcantarillas o cunetas se podría utilizar una escala de 1:5000 no sería cartografía,
fotografía aérea 1:5000, información hidrometereológica, reconocimiento aéreo o
terrestre
Informe final: alternativas de la factibilidad.
FACTIBILIDAD
Complemento de información
• Analizar las alternativas seleccionadas la que podría ser la óptima, analizar más a
detalle el patrón de drenaje ya no únicamente el patrón de drenaje natural sino al
que se genera gracias a las estructuras planteadas, se analiza a detalle las descargas
que se podrían tener, los posibles sitios donde se va a conectar el sistema que se
está diseñando con los causes naturales,
• Las características morfométricas de la cuenca, las diferentes variables de la
cuenca
• Evaluar cómo cambia el drenaje natural con el drenaje que será implantado para
solventar las necesidades de la obra.
• Levantamiento topográfico en la etapa de factibilidad se utilizará una escala de
1:1000
Definición de aspectos hidráulicos
• Ajustar los cálculos de caudales en la parte de hidrología, en hidráulica si se está
realizando alcantarillas realizar el análisis de velocidades, capacidad, sumergencia
de alcantarillas o si se analizan puentes socavación, erosión.
• La ubicación de la alcantarilla ya estará definida y el prediseño de las alcantarillas.
• Cota mínima de rasante en los sitios de ponteadero
Informe final
• Caracterización hidro climatológica e hidrológica de la zona
• Inventario de las corrientes, ubicación de los sitios de descarga
• Plano general; áreas de drenaje (1:100000 o 1:25000), plano de implantación de
estructuras (1:1000)
• Estudio hidrológico a nivel de estimación de caudales pico
• Prediseño de todos los elementos, drenaje superficial y subterráneo
• Prediseño de pontones, puentes y muros de contención
• Conclusiones y recomendaciones
Diseño Definitivo
• Escala 1:1000
• Planos de detalles escala 1:500
• La información debe estar organizado desde el inicio de la recopilación de la
información la metodología de trabajo datos necesarios para los diseños
hidráulicos
• Estudios hidrológicos: recopilación de información, metodología, cartografía,
análisis de lluvias y caracterización climatológica, análisis de caudales
• Estudios hidráulicos: geomorfología y dinámica fluvial, obras de arte menor
(cunetas o alcantarillas), drenaje subsuperficial, obras de arte mayor (puentes)
• Estudio de socavación: análisis información de campo, aplicación de teorías de
socavación
• Conclusiones y recomendaciones
HIDROLOGIA
• Cuenca hidrográfica
• Periodo de retorno
• Estimación de precipitación de diseño.
• Determinar los caudales: máximos de diseño los caudales pico o caudales de
crecida
• Método racional
• Método scs
• Análisis frecuencial
CUENCA HIDROGRÁFICA
Área de superficie irregular delimitada topográficamente por una línea imaginaria
conocida como línea de cumbres o línea divisoria de aguas.
Todo el caudal que se precipita desde la línea divisoria de aguas hacia las partes bajas va
a drenar o reunirse después de cierto periodo de tiempo en un punto conocido como punto
de estudio o punto de descarga sitio donde se acumulan los caudales, una cuenca siempre
va a tener un sistema hídrico o sistema de curso de agua que se configura según sea la
topografía o el relieve se configura de diversas formas como mallas, como redes, más
tupidas, más abiertas
El objetivo de la red hídrica: acumular todos los caudales que se precipiten y caigan
dentro de la superficie, dentro de la cuenca y llevarlas a un único punto de descarga.
La cuenca tiene un único punto de descarga, si se planea buscar otro punto de descarga
se estará trazando otra cuenca.
La cuenca al tener una red hídrica la línea divisoria de aguas no puede cortar la red hídrica
al momento de cortar la red hídrica se estará realizando mal el trazado de la cuenca,
debido a que se estará eliminado el aporte del cauce hacia la superficie de interés.
Las cuencas hidrográficas para el estudio de drenaje vial no tienen que descargar
necesariamente a un cauce podrá descargar a una alcantarilla o un punto de descarga a la
alcantarilla
Es importante leer la forma de curvas de nivel y conocer la elevación para saber si es de
un pico de montaña o un cauce.
Las cuencas para drenaje vial no necesariamente deben encerar un cauce que tengan agua
circulante siempre, para el caso de drenaje vial el punto de estudio podrá ser definido por
un sitio de descarga, las alcantarillas generalmente son los puntos de descarga de otras
estructuras más pequeñas como son las cuneta, no necesariamente para drenaje vial se
debe contar con un cauce para implantar el punto de estudio, para definir un bosquejo
preliminar de implantación de puntos de descarga serán estructuras que sirvan para hacer
descargas o el interés en conocer el caudal en el sitio del punto de descarga para diseñar
la estructura, el caudal acumulado sirve para diseñar la alcantarilla.
Características:
• Delimitado topográficamente
• Sistema de drenaje
• Único punto de salida
Línea divisoria de aguas: unión de todos los puntos más altos que encierran a la
superficie que es la cuenca que se está analizando, lo que separa las precipitaciones que
caen de una cuenca vecina o una cuenca aledaña, la línea imaginaria que une todos los
puntos más altos de las cuencas entre dos cuencas vecinas.
Características de relieve:
Pendiente de la corriente principal o cauce principal: para determinar se necesita o se
define tres tipos de pendientes media; obtenido por la diferencia total de la elevación entre
el punto más alto y el punto más bajo de la cuenca sobre la longitud total del cauce.
𝑆2 = 𝑆𝑚𝑒𝑑𝑖𝑎 =
ℎ1 − ℎ0
𝐿1 − 𝐿0
Pendiente ponderada; se obtiene de la relación entre el área comprendida bajo el perfil
del triángulo equivalente H1 y el perfil del triángulo equivalente h2.
𝑆2 = 𝑆𝑚𝑒𝑑𝑖𝑎 𝑝𝑜𝑛𝑑𝑒𝑟𝑎𝑑𝑎 =
ℎ2 − ℎ0
𝐿1 − 𝐿0
Pendiente equivalente: analiza el cauce en todo el recorrido, se tiene que tomar los pares
coordenados, las longitudes y la pendiente en cada punto, es necesario conocer para saber
qué tan rápido llegara el caudal al punto de estudio.
No afecta significativamente al estudio de drenaje, pero podría afectar en algunos de los
parámetros sobre todo en puentes.
𝑆2 = 𝑆𝑒𝑞𝑢𝑖𝑣𝑎𝑙𝑒𝑛𝑡𝑒 = (
Σ𝑙𝑖
Σ𝑙𝑖 ∗ 𝑆𝑖
0.5)
2
Tiempo de concentración: es el tiempo en que se demora en recorrer una gota de agua
que se ha precipitado en el punto más lejano de la cuenca hasta el punto de estudio o
punto de descarga que se considera
Para el cálculo se utilizará Kirpich, Izzard, y para sumideros de cuerpo del ejército de
estados unidos, la más común.
Para Kirpich se necesita: la pendiente del cauce o la diferencia de cotas del cauce entre el
punto más alto y el punto de estudio, la longitud del cauce
Diferencia entre tiempo de concentración tiempo en que se demora en llegar una gota de
agua desde el punto más lejano al punto de estudio de la cuenca y la duración del evento
de precipitación tiempo que dura la precipitación, tiempo de concentración debe ser
menor que la duración que se estime, si el tiempo de concentración es mayor que la
duración la última gota de agua que se precipito no llegara al punto de estudio, tiempo de
concentración es mínimo 10 minuto y la duración de 10 minutos.
𝑡𝑐 < 𝐷𝑢𝑟𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛
PERIODO DE RETORNO
Es el periodo de retorno o tiempo de retorno promedio en años en que un caudal pico
determinado es igualado o excedido al menos una vez.
Ocurrencia de un evento de precipitación, es un tiempo más grande que los anteriores y
se va a trabajar en años, es un determinado periodo de tiempo en el que se pueda presentar
un evento de precipitación que podría ser igualado o excedido en esa línea de tiempo por
ejemplo si en 25 años en cualquier momento al inicio o al final un evento de precipitación
considerado como evento de crecida máxima puede darse en cualquier momento durante
los 25 años podrá ser igualado o excedido, es la inversa de la probabilidad de excedencia
de un determinado evento, el evento de excedencia es el evento de crecida.
𝑇𝑟 =
1
𝑝
𝑝 = 𝑃(𝑋 ≥ 𝑥𝑡)
Tr: Periodo de retorno
p: probabilidad de excedencia del evento xt
xt: evento que ocurre para un determinado periodo de retorno
Ejemplo:
Una crecida de 30 m3/s con un periodo de 25 años
• Caudal máximo será igualado o excederá los 30 m3/s con un intervalo en
promedio de 25 años
• Probabilidad de que un caudal exceda los 30 m3/s en un año es de 1/25
CRITERIOS PARA ELECCIÓN DEL PERIODO DE RETORNO
Se debe proporcionar un estimado de la máxima crecida que puede ser esperado con una
probabilidad especifica durante la vida útil de la obra futura, buscar equilibrio entre parte
económica y técnico
Usuales: experiencia en una determinada zona o sector, ejemplo en el oriente crecidas
imprevistas, inestabilidad de causes, causes nuevos, desastres o aciertos.
De riesgo: parte técnica, vulnerabilidad de la población
Criterios económicos: Buscar equilibrio entre la parte económica la parte de prevención
de daños o riesgos, comparación entre los costos el dinero que se necesitaría para las obras
y los daos que produciría las crecidas, equilibrio entre el menor costo y daños menores.
• Curva de costos de los daños producidos por las crecientes, más altos costos
desembolsar alta cantidad de dinero y con el tiempo se produce menor daño con
alto costo inicial
• Curva Costo de la obra: inversión inicial baja, pero con el tiempo se produjo
afectaciones, realizar reparaciones, evento de crecida máximo para un diferente
periodo de retorno, el costo puede ser mayor
• Equilibrio entre los criterios de vulnerabilidad y los criterios económicos
CONSULTA
Periodos de retorno: Se considera que los caudales de diseño y sus correspondientes
niveles de agua deben establecer para un determinado periodo de retorno, según el tipo
de carretera
Caminos vecinales 50 - 100 años
Carreteras colectoras secundarias con
tráfico constante
100 – 250 años
Carreteras de la red vial principal con
trafico intenso
200 – 1000 años
Vados, según su importancia 25 – 100 años
DE ACUERDO AL TIPO DE CARRETERA
Para carreteras arteriales ≥ 200 𝑎ñ𝑜𝑠
Para carreteras colectoras ≥ 150 𝑎ñ𝑜𝑠
Para carreteras vecinales ≥ 100 𝑎ñ𝑜𝑠
Periodos de retorno: Para la estimación del gasto máximo de diseño de obras hidráulicas
Tipo de Obra Hidráulica TR (años)
Drenaje Vial - Pluvial
Lateral libre en calles de población donde
se tolera encharcamiento de corta
duración
2
Lateral libre en calles de poblados donde
no se tolera encharcamiento temporal
2
Zonas agrícolas 5
Zonas Urbanas
Población de 100000 habitantes 2 – 5
Población entre 100000 - 1000000
habitantes
5 – 10
Población con más 1000000 habitantes 10 – 25
Aeropuertos. Estación de ferrocarril y
autobuses
10
Cunetas y contra cunetas 25
ALCANTARILLADO PARA PASOS DE PEQUEÑAS CORRIENTES
En caminos locales que comunican
poblados pequeños
10 – 25
En caminos regionales que comunican
poblados medianos
25 – 50
En caminos que comunican poblados
grandes
50 – 100
ESTUCTIRAS DE CAUCE
Puentes corrientes
En caminos locales que comunican
poblados pequeños
25 – 50
En caminos regionales que comunican
poblados medianos
50 – 100
En caminos que comunican poblados
grandes
500 – 1000
Puentes ferrocarriles
Vías locales aisladas 50 – 100
Vías secundarias regionales 100 – 300
Vías primarias del país 500 – 1000
Puentes canales tuberías de conducción del agua
Para riego área menor de 1000 Ha 10 – 25
Para riego área de 1000 a 10000 Ha 25 – 50
Para riego área mayor de 10000 Ha 50 – 100
Abastecimiento industrial 50 – 100
Abastecimiento de agua potable 100 – 500
Puentes para tuberías de gas
Abastecimiento secundario local 25 – 50
Abastecimiento regional 50 – 100
Abastecimiento primario 100 – 500
CURVAS IDF (intensidad, duración y frecuencia)
Muestran la intensidad de precipitación, la duración del evento de precipitación y
frecuencia con que se da las curvas IDF, conocer la relación entre las tres variables
relación visual, relación grafica que parte de una relación matemática empírica, entre la
intensidad de precipitación, la duración del evento de precipitación y la frecuencia con la
que ocurre.
La frecuencia es el tiempo de retorno, intensidad en mm/h, duración cuanto se demora
desde que empezó la precipitación hasta que termino
• Con mayor intensidad menor duración relación inversamente proporcional
• Con mayor duración el periodo de retorno aumenta es una relación directamente
proporcional
• Disminuye la intensidad el periodo de retorno disminuye relación directamente
proporcional
Las lluvias más peligrosas, las precipitaciones que generan las inundaciones son la
relación entre intensidad y a duración, porque las lluvias más peligrosas son las de corta
duración y alta intensidad que generan las inundaciones, se dan cuando tenemos un caudal
pico rápido e impermeabilizada las superficies
𝑖 = 𝑎 ∗ 𝑡𝑏
i: intensidad de precipitación (mm/h)
t: duración de la precipitación (min)
a, b: constante de ajuste
ESTIMACIÓN DE PRECIPITACIÓN DE DISEÑO.
• Metodología antigua utiliza el método de los pluviómetros
• Estaciones pluviográficas tienen un registro constante del evento de precipitación
• La ventaja de los estudios pluviométricos tiene mayor densidad de información a
comparación de los pluviógrafos
• La ventaja de los pluviógrafos es el registro continuo que se tendrá de
información, son utilizados en la metodología nueva.
• Las intensidades son máximas anuales y se revisan para diferentes tipos de
duración del evento de precipitación, son analizados de 5 a 1440º minutos, con
diferentes leyes de distribución para la obtención de las diferentes ecuaciones de
intensidades
• Metodología antigua se identifica por el Idtr que es la intensidad diaria para un
determinado periodo de retorno.
𝐼𝑇𝑅 =
𝐾 ∗ 𝐼𝑑𝑇𝑅
𝑡𝑛
ITR: Intensidad de precipitación para cualquier periodo de retorno (mm/h)
t: Duración de la precipitación (min)
K, n: Constantes de ajuste
IdTR: Intensidad diaria para un periodo de retorno (mm/h)
• Metodología nueva se identifica por el periodo de retorno.
𝐼𝑇𝑅 =
𝐾 ∗ 𝑇𝑚
𝑡𝑛
ITR: Intensidad de precipitación para cualquier periodo de retorno (mm/h)
t: Duración de la precipitación (min)
K, n, m: Constantes de ajuste
T: Periodo de retorno
• Trabajar con la metodología nueva es más sencillo y se pierde el error de
apreciación en la antigua el Idtr se necesitan mapas para cada periodo de retorno
donde se identifica la coordenada del proyecto y leer el mapa visualmente donde
se produce el error.
• la Ecuacion es sensible al Idtr.
ESTIMACIÓN DE PRECIPITACIÓN DE DISEÑO (HIETOGRAMA DE
DISEÑO)
Bloque alterno: metodología para llevar el hietograma de precipitaciones a un
hidrograma, por ejemplo cuando se genera el hietograma de precipitaciones por lo general
la primera aproximación tiene forma escalonada descendente en el que se relaciona el
tiempo y la precipitación en milímetros, el hietograma obtenido no es real debido a la
precipitación más alta al inicio del evento de precipitación, lo que no es real al ver
físicamente un evento de precipitación inicia con un poco de gotas de agua avanza en el
tiempo y las pocas gotas de agua continúan aumentando hasta que llegan a un punto pico
de precipitación.
Bloque alterno: lleva el hietograma de precipitaciones a un hidrograma, se relaciona
tiempo con precipitación.
Hietograma son valores de precipitación, no es importante los valores de precipitación,
se debe conocer datos de caudales máximos
DETERMINACIÓN DE CAUDALES MÁXIMOS O CAUDALES PICOS
Directos: determina el caudal máximo por observaciones hechas en el campo.
Empíricos: define caudal de crecida mediante fórmulas que proporcionan resultados
similares a las observaciones.
Empírico analítico: utilizan formulas pero que tiene cierta base física que sirve como
hipótesis de partida, es decir que se necesitaría tener la información de partida los datos
de registro.
Estadísticos: parte de una serie de caudales estadísticos e históricos para poder realizar
una distribución de probabilidades se estima el caudal máximo.
Estocásticos: genera series de caudales y a partir de una serie de caudales ya existentes
Analíticos: permite realizar un análisis de los fenómenos que originan las crecidas a partir
de expresiones matemáticas
METODO RACIONAL
Es muy útil para drenaje vial para obras de arte menor como cunetas o alcantarillas que
no drenan necesariamente cauces o quebradas sino que únicamente reciben el caudal de
cunetas, es muy útil cuando el área de aportación hacia la estructura es una área muy
pequeña que cumple con los requisitos de la metodología, el método racional en el cálculo
hace algunas simplificaciones, tener en cuenta las condiciones que se deben cumplir para
la utilización del método también se debe tener en cuenta la simplificaciones que asume
el método.
Permite determinar el caudal máximo de crecida.
Método más utilizado para el diseño de drenaje rural y urbano: siempre y cuando cumpla
las condiciones.
Requiere de pocos datos (no hay necesidad de datos hidrométricos): ventaja de uso para
drenaje rural y urbano.
Limitado a cuencas con áreas menores a 5 km2.
Es muy útil para estructuras de obra de arte menor cunetas o alcantarillas que no estan
drenando cauces o quebradas, sino que reciben caudal de las cunetas. Es muy útil para
drenaje cuando el área de aportación hacia la estructura es un área pequeña que cumple
con los requisitos de la metodología. No lleva a la exactitud del caudal esperado, pero es
suficiente para drenaje.
Se podría manejar en un rango de 300 a 500 hectáreas. Para tomar decisiones de acuerdo
al área depende de varios factores:
• La importancia de la obra
• Calidad de datos hidrológico
• Calidad de información
• Histórico de datos
• Registro histórico de crecidas en las zonas.
El método racional asume es la homogeneidad de precipitación en el espacio
En áreas mayores a 5 km2 la precipitación no va a ser homogénea mientras que en áreas
menores va a ser homogénea.
Homogeneidad: Cuando llega el evento de precipitación cae la lluvia y sobre toda la
superficie de la cuenca se precipita exactamente la misma cantidad de milímetros de agua
Si se trabaja con áreas de cuencas más grandes se tendría un margen de error muy grande,
no se pude trabajar en áreas superiores a 5km2 por el margen de error que se produciría
al asumir la homogeneidad de lluvia.
En un análisis de evento de precipitación, respecto al espacio a la superficie de la cuenca
se analizará un centro de tormenta o el ojo de la tormenta a medida que se aleja del centro
de tormenta la intensidad va a disminuir el método racional no analiza el proceso
mencionado, y no existe el ojo de tormenta.
• Limitación a cuencas con áreas menores a 5 Km2
• Asume la homogeneidad de precipitación en el espacio, pero no en el tiempo.
𝑄 = 0.278 ∗ 𝐶𝑖𝐴
Q: caudal m3/s
C: coeficiente de escorrentía
I: intensidad de precipitación (mm/h)
A: área de la cuenca (km2)
Recomendación tener suficiente información y tomar la mejor decisión para darle valores
al coeficiente de escurrimiento, intensidad y el área.
COEFICIENTE DE ESCORRENTIA (c)
Depende del tipo de suelo ósea de la superficie hacia abajo si es impermeable,
semipermeable, permeable, depende de la cobertura vegetal o uso de suelo se refiere de
la superficie de la tierra hacia arriba, cultivos, pastizales, sin plantación, etc., depende de
la relieve o pendiente del terreno, el coeficiente de escurrimiento es directamente
proporcional a la pendiente, menos pendiente menos coeficiente de escurrimiento, nada
es totalmente impermeable, también puede involucrar el periodo de retorno.
Consulta: Coeficientes de escorrentía según MTOP 2003
Cobertura
vegetal
Tipo de suelo
Pronunciada Alta Media Suave Despreciable
50% 20% 5% 1%
Sin
vegetación
Impermeable
Semipermeable
Permeable
0.80
0.70
0.50
0.75
0.65
0.45
0.70
0.60
0.40
0.65
0.55
0.35
0.60
0.50
0.30
Cultivos
Impermeable
Semipermeable
Permeable
0.70
0.60
0.40
0.65
0.55
0.35
0.60
0.50
0.30
0.55
0.45
0.25
0.50
0.40
0.20
Pastos
Vegetación
Ligera
Impermeable
Semipermeable
Permeable
0.65
0.55
0.35
0.60
0.50
0.30
0.55
0.45
0.25
0.50
0.40
0.20
0.45
0.35
0.15
Hierba
Grama
Impermeable
Semipermeable
Permeable
0.60
0.50
0.30
0.55
0.45
0.25
0.50
0.40
0.20
0.45
0.35
0.15
0.40
0.30
0.10
Bosques
Densos
Vegetativo
Impermeable
Semipermeable
Permeable
0.55
0.45
0.25
0.50
0.40
0.20
0.45
0.35
0.15
0.40
0.30
0.10
0.35
0.25
0.05
Valores “c” para aplicar en Q=CIA
Relieve
Pendiente
Terreno
Naturaleza
Suelo
Cobertura Vegetal
Suelo
Desnudo
Bosque Pradera Cultivado
Llano
0 – 1%
Permeable
No Permeable
0.15 – 0,20
0.15 – 0,20
0.20 – 0.25
0.25 – 0.35
0.05 – 0.35
0.30 – 0.40
0.80 – 0.90
Ondulado
1 – 3.5%
Permeable
No Permeable
0.15 – 0,20
0.15 – 0,20
0.30 – 0.40
0.35 – 0.45
0.45 – 0.65
0.50 – 0.70
Colinas
3.5 – 5.5%
Permeable
No Permeable
0.20 – 0.25
0.25 – 0.30
0.35 – 0.45
0.45 – 0.55
0.60 – 0.70
0.70 – 0.85
Montañoso
>5.5%
0.70 – 0.80
INTENSIDAD DE PRECIPITACIÓN (i)
La relación más importante es entre intensidad y duración, las lluvias más peligrosas
desde el punto de vista de inundación son las lluvias cortas de alta duración frecuencia no
se nota la diferencia.
𝐼𝑇𝑅 =
𝐾 ∗ 𝐼𝑑𝑇𝑅
𝑡𝑛
ITR: Intensidad de precipitación para cualquier periodo de retorno (mm/h)
t: Duración de la precipitación (min)
K, n: Constantes de ajuste
IdTR: Intensidad diaria para un periodo de retorno (mm/h)
AREA DE DRENAJE (A)
Es diferente según el tipo de obra como por ejemplo el área de drenaje de una alcantarilla
no es la misma que para un área de drenaje de una cuneta. Cuando se refiere al área de
drenaje es una superficie cuadrada que drenara hacia un punto de descarga se puede
diferenciar respecto de zonas rurales a zonas urbanas.
Zonas rurales (CH, cuencas hidrológicas): se refiere a la superficie de la cuenca y el punto
de estudio, por lo general se tiene la cuenca hidrológica en las zonas rurales, la
configuración marcada a través de las curvas de nivel, que si sube vaya por la parte
cóncava y si baja vaya por la parte convexa vaya trazando su línea de cumbres.
Zonas urbanas (CD, cuencas de drenaje): debe medirse a partir de las superficies que
contribuyan al sistema de drenaje. Es muy complicado realizar el trazado de las curvas de
nivel en zonas urbanas hay edificaciones urbanas construidas por el hombre que
constituyen líneas de cumbre por ejemplo una rejilla es un límite porque intercepta el
caudal que esta drenando o sumidero de ventana o finalizado de proyecto, diferentes
estructuras que se encuentran en la zona urbana no hay definido una cuenca hidrología
no hay líneas de cumbre, el punto más alto que descarga hacia el punto más bajo que
recorre por cierto tiempo a través del cauce principal, las zonas urbanas estan implantadas
en zonas planas
En áreas compuesta por diferentes características superficiales, se debe estimar subáreas
y relacionarlas a un coeficiente de escorrentía, para el uso del método racional.
𝑄 = 0.278 ∗ 𝑖 ∗ Σ𝑗=1
𝑚
𝐶𝑗𝐴𝑗
Q: caudal m3/s
i: intensidad de precipitación (mm/h)
Cj: coeficiente de escorrentía de la subárea j
Aj: subárea de drenaje j (km2)
Considerando como zonas rurales las zonas perimetrales de la ciudad, las áreas deberán
acumularse según el tipo de estructura que se diseñe.
METODO SCS
Además de determinar el caudal máximo se puede determinar el hidrograma de crecida
para ver el comportamiento de la obra en el evento de precipitación.
Soil conservation services.
Determina la precipitación neta o efectiva a partir de un numero de curva CN asociado a
varios factores relacionados con la cuenca de estudio.
El número de curva es el método scs, como el coeficiente de escurrimiento es al método
racional.
SCS relacionado con el número de curva. Se le conoce como método de abstracciones
iniciales, porque el método relaciona la precipitación bruta con la precipitación neta y con
la capacidad de almacenamiento de la cuenca.
Ia: Atracción inicial
Pn: Precipitación neta
Fa: Abstracción continua
Precipitación efectiva: lámina de agua que se genera
Precipitación total: es la precipitación que cae
Precitación Neta: es la precipitación que se convirtió en escurrimiento
Abstracción inicial: está directamente relacionada con uno de los ciclos
hidrológicos que es la infiltración.
Cuando inicia el evento de precipitación el suelo recibe la primera infiltración que es la
abstracción inicial, el suelo no se satura, todo lapso de tiempo desde que inicia hasta que
termina el evento de precipitación se denomina infiltración continuada.
A diferencia del método racional se puede trabajar con cuencas más grandes porque este
método ya no asume la homogeneidad. Se necesita calcular la precipitación neta y la
precipitación total de registros en mm, la capacidad de almacenamiento que está en
función del número de curva.
𝑃𝑛 =
(𝑃 − 0.2𝑆)2
𝑃 + 0.8𝑆
Pn: Precipitación neta (mm)
P: Precipitación total (mm)
S: Capacidad máxima de almacenamiento (mm)
NUMERO DE CURVA (CN)
La capacidad de almacenamiento se calcula a través del número de curva
𝑆 = 25.4 ∗ (
1000
𝐶𝑁
− 10)
S: Capacidad máxima de almacenamiento (mm)
CN: Numero de curva
El número de curva depende del tipo, uso, relieve del suelo y condición hidrológica como
es la capacidad de infiltración del suelo.
En función del tipo de suelo:
Grupo A: arena profunda, suelos profundos depositados por el viento y limos agregados
Grupo B: suelos poco profundos depositados por el viento y marga arenosa
Grupo C: margas arcillosas, margas arenosas poco profundas, suelos con bajo contenido
orgánico, y suelos con alto contenido de arcilla
Grupo D: suelos que se expanden significativamente cuando se mojan, arcillas altamente
plásticas y ciertos suelos salinos
Es importante la Capacidad de infiltración: es necesario identificar los diferentes grupos
hidrológicos del suelo e infiltración cuando estan muy húmedos.
Una vez determinado la capacidad de almacenamiento se determina la precipitación
efectiva
HIDROGRAMA TRIANGULAR SINTETICO SCS
El método scs facilita un hidrograma triangular sintético facilitan los cálculos. El método
scs podemos calcular el caudal pico conocido el área que depende de la estructura a
diseñar, se podrá calcular como áreas de cuencas hidrológicas, o cuencas de drenaje para
zonas urbanas, zonas compuestas o zonas rurales, el escurrimiento directo es la
precipitación neta en mm convertido en lámina de escurrimiento, Tp tiempo que se
demora la precipitación desde que inicio el evento hasta alcanzar el caudal pico en horas.
El método indica que el tiempo pico se ubica a 0,7 veces el tiempo de concentración
Tc >= 10 minutos si es menor trabajamos con 10 minutos.
𝑞𝑝 = 0.208 ∗
𝐴 ∗ 𝑄
𝑇𝑝
(
𝑚3
𝑠
)
𝑇𝑝 = 0.7 ∗ 𝑇𝑐
qp: Caudal pico del hidrograma (m3/s)
A: Área de la cuenca (km2)
Q: Escurrimiento directo (mm)
Tp: Tiempo hasta llegar al caudal pico (horas)
Tc: Tiempo de concentración de la cuenca (horas) mayor igual a 10 min
HIDROGRAMA UNITARIO
Permite determinar el hidrograma de cualquier tipo de precipitación.
DETERMINACION DE CAUDALES MAXIMOS: ELLECION DEL METODO
Método racional y scs se necesita datos de precipitación, pero no datos de caudales,
método racional cuencas de hasta 5 km y scs cuencas hasta 25 km2.
Con el método racional se pueden diseñar cunetas, sumideros, alcantarillas que reciben el
caudal de escorrentía de la vía no alcantarillas que tiene que solventar el cruce transversal
del cauce, con el método scs se puede diseñar alcantarillas y puentes.
Análisis de frecuencia precipitación no caudales si cuencas grandes diseña alcantarillas
por las cuales crucen cauces de caudal constante como ríos y no únicamente de quebradas,
puentes, presas.
Hidrograma unitario precipitación si caudal si cuencas grandes diseño alcantarillas,
puentes, presas.
Empíricos precipitación si caudal si cuencas pequeñas a medianas diseño alcantarillas,
puentes, presas.
Estructuras existentes precipitación no caudal no cuencas grandes diseño alcantarillas,
puentes, presas, se necesita conocer las variables hidráulicas con la cual se determina la
capacidad, las variables hidráulicas son la pendiente la longitud la sección la rugosidad,
todo lo involucrado en la Ecuacion de Manning.
ASPECTOS GENERALES
Pasos a seguir para un estudio de drenaje vial
PUNTOS DE CONCENTRACION Y DIRECCION DE FLUJO
Dirección de flujo y sitios donde se concentran los flujos de agua. Se necesita:
• Levantamiento topográfico
• Geometría de la carretera (pendientes)
• Nivel Freático
IDENTIFICACION DE CUENCAS
Consiste en la definición del trazado, característico y datos de crecida. Se compone:
• Delimitación de las cuencas hidrográficas que cruzan la vía
• Determinación de características de la cuenca (área, pendiente, forma, relieve,
cobertura vegetal, uso de suelo, cambios antropogénicos) y de su cauce principal
(longitud, pendiente, forma del lecho, tipo de suelo, cobertura vegetal, tipo de
cauce)
• Disponibilidad de datos de caudales
DETERMINACION DE PERIODOS DE RETORNO
En función del tipo de obra o del riesgo asumido
𝑇𝑟 =
1
1 − (1 − 𝑅)1/𝑁
DETERMINACION DEL CAUDAL DE DISEÑO
Se estima con métodos hidrológicos
Los principales criterios para la elección del método son:
• Disponibilidades de datos de caudales
• Disponibilidad de datos de precipitación
• Tamaño de la cuenca
DISEÑO DE LAS OBRAS DE DRENAJE
Consiste en la elección del tipo de obra, material y dimensionamiento (cunetas,
alcantarillas, sumideros, badenes, puentes, drenaje subterráneo).
Se lo realiza:
• Con fórmulas hidráulicas
• Siguiendo normativa
DRENAJE DE LA PLATAFORMA VIAL:
Condiciones geométricas del diseño evaluar la sección transversal, el diseño horizontal y
el diseño vertical, normativa e hidroplaneo.
PLATAFORMA VIAL
Se refiere a todo lo que está configurado de asfalto, es todo el ancho de calzada más los
parterres intermedios o separaciones centrales.
Es la superficie visible de una carretera formada por su calzada, espaldones y bermas
(exterior por seguridad o en la parte interior o central), parter central y separadores
centrales. Carreteras unidireccionales con calzadas independientes y vías sin pavimentar.
En algunos casos no se cuenta con una berma central el caudal acumulado en ese sector
y dependiendo de la pendiente longitudinal de la vía, sigue drenando el inconveniente es
que no tiene la suficiente capacidad para drenar se acumula y forma un charco o
acumulación de caudal en la parte central de la vía, en esa parte un vehículo perderá
adherencia.
En carreteras unidireccionales que tiene calzadas independientes, por el diseño
geométrico se realizó ejes independientes, diferentes cotas de la plataforma vial, podría
aplicar drenajes independientes.
Vías sin pavimentar de tercer orden: coeficientes de escurrimientos más bajos porque la
infiltración va a ser más alto, se tendrá diferentes comportamientos, para drenaje vial se
necesitará ubicar en las laterales zanjas, dependiendo del evento de precipitación se
destruirán los canales construidos deben tener por lo menos un revestimiento de hormigón
para darle durabilidad.
SECCION TRANSVERSAL DE UNA PLATAFORMA CON SEPADOR
Bombeo importante, es importante identificar si se está en tangente o en curva, identificar
las cunetas internas que recibirán el caudal de bombeo de los carriles internos, se podrá
ubicar cunetas en la cara interna de la calzada y cuál sería la cuenca de aportación si ya
se conoce
Lateral de corte: es la unión entre el talud que se tuvo que excavar o cortar
artificialmente hasta unirse con el talud natural, el punto de unión final entre el talud de
corte artificial y el talud natural es la lateral de corte, inclinación 0.751
Lateral de relleno: el relleno debe tener una inclinación para soportar las cargas del
suelo, plataforma y los vehículos, inclinación 1.51, marca la unión entre el talud de relleno
artificial con el talud natural.
El diseño de drenaje vial se trabaja desde el diseño horizontal, secciones transversales,
diseño vertical, identificar las laterales de corte y relleno en planta.
El área de drenaje puede ir de alcantarilla a alcantarilla la parte central estar formado por
el carril central y la berma y la parte exterior por la calzada berma y el talud artificial, el
eje es el punto más alto de la vía, la calzada y la berma tendrán un coeficiente de
escurrimiento y el talud otro coeficiente de escurrimiento.
Berma un espacio de seguridad o espaldón de la vía en tangente en curva se lo conoce
como sobreancho en el diseño geométrico.
Partes de la vía: corono plataforma de la vía, separador es el parter, carriles, bombeo,
calzada, berma o espaldón, cuneta, talud de relleno o terraplén de relleno, capa de
rodadura, base asfáltica, base granular, subbase, subrasante, talud de corte, lateral de corte
y relleno, ancho de derecho de la vía, lo más importante es definir las laterales, cada parte
de la estructura vial berma, bombeo carril, cunetas, el separador e identificar si es un
tramo en tangente o en curva. En una plataforma de calzada unca los caudales se
bombearán desde el punto más alto al punto más bajo. En curva la pendiente de bombeo
será el peralte un único bombeo la cuneta externe recibirá los caudales del talud de corte.
SECCION TRANSVERSAL DE UNA PLATAFORMA PAVIMENTADA DE
CALZADA UNICA
SECCION TRANSVERSAL DE UNA PLATAFORMA NO PAVIMENTADA
HIDROPLANEO
Hidroplaneo: se genera por la lámina de agua ósea por la lámina de escorrentía dada a
raíz del evento de precipitación que cae sobre la calzada y se forma la lámina de agua. En
hidroplaneo será evitar que la lámina de agua alcance un espesor o alcance tal profundidad
que genere la perdida de fricción entre los neumáticos del vehículo y la calzada para evitar
el efecto de hidroplaneo ósea evitar que pierda adherencia entre la calzada y los
neumáticos del vehículo.
CONSIDERACIONES GENERALES
EFECTO DEL AGUA EN LA PLATAFORMA VIAL
Problemas de seguridad de los usuarios que consiste en la disminución de la visibilidad y
el hidroplaneo.
Diferentes efectos o consecuencias de la escorrentía sobre la plataforma vial que ponen
en riesgo la seguridad de los usuarios en las vías.
Disminuye la visibilidad y se produce el hidroplaneo, perdida de adherencia entre los
neumáticos y la calzada.
EFECTOS DEL AGUA EN LA PLATAFORMA VIAL - VISIBILIDAD
• Baja visibilidad en los faros, parabrisas, pavimento y señalización
• Reduce la capacidad del conductor para ver más allá del parabrisas
• Disminuye la cantidad de luz reflejada al vehículo
• Produce salpicaduras de las llantas de los vehículos
Son efectos esperados ante el evento de precipitación y la circulación de los vehículos
sobre una calzada, que además del evento de precipitación acumula una lámina de
escurrimiento en su superficie.
EFECTOS DEL AGUA EN LA PLATAFORMA VIAL - HIDROPLANEO
Ocurre cuando existe una lámina de agua entre los neumáticos y el pavimento que reduce
la cantidad de fricción y hace que el conducto pierda el control del vehículo
Factores que lo producen:
• Vía: textura del pavimento, existencia de surcos o surcos, pendiente transversal y
longitudinal ósea el bombeo y el peralte, ancho de la vía
• Externos: intensidad de precipitación, labrado de las llantas, presión de inflado de
las llantas, destreza del conductor, visibilidad, velocidad de circulación
OBJETIVO DEL DRENAJE EN LA PLATAFORMA VIAL
Es retirar el agua que cae sobre ella, de la manera más rápida y eficiente, con el fin de
brindar seguridad y comodidad al tránsito automotor, evitar que la lámina de agua que se
precipito se acumule en la vía y sea lo más rápido posible.
Factores a considerar:
• Diseño geométrico debe reducir la trayectoria del flujo de agua sobre la calzada
para reducir el espesor de la lámina de agua al mínimo, la trayectoria de flujo
depende de la pendiente transversal y la pendiente longitudinal.
• Incrementar la profundidad de la textura superficial del pavimento para aumentar
la capacidad de drenaje en la interfaz neumático-pavimento, el neumático circule
sobre la macro textura y bajo la macro textura circule la escorrentía y evitar el
hidroplaneo, desventaja la comodidad en la conducción.
• Emplear mezclas drenantes que fuercen que el agua circule rápidamente bajo los
neumáticos, agregar aditivos al asfalto que ayude a permitir una circulación más
rápida del agua sobre la calzada.
• Construir estructuras de drenaje longitudinal.
CRITERIOS PARA EL DRENAJE DE LA PLATAFORMA: TEXTURA DEL
PAVIMENTO
Los factores que generan fricción son:
MICROTEXTURA: suministrada por pequeñas asperezas superficiales que afectan el
nivel de fricción en el área de contacto entre el neumático y el pavimento.
MACROTEXTURAS: suministrada por grades asperezas y por la elevación de partículas
sobre el nivel del plano base del pavimento.
GEOMETRIA DE LA CARRETERA
Pendientes:
El flujo está determinado por las pendientes longitudinales y transversales
LONGITUDINALES
• Minimo: 0.3%, recomendable a nuestro medio mayor a 0.5%
TRANSVERSALES
• En función de la superficie de rodadura 2-2,5
Tipo de superficie de rodadura pendiente transversal %
Concreto asfaltico o hidráulico 2
Tratamiento superficial 2-3
Tierra o grava 2-4
GEOMETRIA DE LA CARRETERA
Pendiente resultante y longitud del flujo
Para la longitud resultante se necesita la pendiente de bombeo o peralte y la pendiente
longitudinal y el acho de la calzada desde donde inicia el recorrido de la gota de agua
hasta donde termina, la longitud resultante de la trayectoria de flujo es decir el camino
que sigue la gota de agua desde la parte más alta del eje de la vía hasta llegar a la cuneta
punto más bajo.
La pendiente resultante es un valor que sirve para cálculos, aplicando Pitágoras de las dos
pendientes se tendrá la pendiente resultante.
El caudal acumulado del agua sobre una superficie de pavimento a lo largo de una
longitud resultante está dado por:
𝐿𝑅 = 𝑤 ∗ √1 + (
𝑆𝑜
𝑆𝑥
)
2
𝑆𝑅 = √𝑆𝑜2 + 𝑆𝑥2
LR: longitud resultante de la trayectoria de flujo
SR: pendiente resultante de la trayectoria de flujo
w: ancho de la calzada
So: pendiente longitudinal de la carretera
Sx: pendiente transversal de la carretera (bombeo)
CASOS ESPECIALES - PARTERRES
Se debe tomar en cuenta:
• Minimizar los flujos concentrados o extendidos en los parterres que separan el
transito unidireccional.
• En parterres al ras de las calzadas y de anchos menores a 3m, los escurrimientos
de los parterres podrán ser evacuados hacia las calzadas, parterres mayores a 3 m
se deberá construir una estructura de drenaje.
• En parterres hundidos se debe poner sumideros
• Las pendientes mínimas recomendadas para parterres
De tierra mayor a 0.25%
Pavimentos mayores a 0,12%
CASOS ESPECIALES-SECCIÓN DE TRANSITO
Secciones de carreteras donde el flujo no es lineal
• Curvas verticales cóncavas
• Transición en curvas horizontales
EJEMPLO
VARIABLES HIDROLOGICAS
DETERMINACION DEL CAUDAL ACUMULADO EN LA LONGITUD DEL
FLUJO.
Para determinar la altura de la lámina de agua y la velocidad de hidroplaneo: conocer el
caudal acumulado en la longitud de flujo o trayectoria de flujo
El caudal acumulado del agua sobre una superficie de pavimento a lo largo de una
longitud resultante se determina con la ecuación dada:
El caudal es unitario
𝑞 =
𝐿𝑅 ∗ 𝐼
3.6 ∗ 106
q: caudal por metro de ancho (m3/s/m)
LR: longitud resultante de la trayectoria de flujo (m)
I: intensidad de lluvia (mm/h)
TIEMPO DE CONCENTRACIÓN DE LA LONGITUD DEL FLUJO
Depende de la longitud de recorrido de la intensidad precipitación y la intensidad
resultante, coeficiente de rugosidad.
El tiempo de concentración de cuanto se demora la gota de agua cuando ya se precipito
cuanto se demora en llegar desde el sitio más alto hasta la cuneta.
Si la trayectoria del agua sigue varios tramos el tiempo de concentración será la suma del
tiempo en cada tramo.
𝑇𝑐 =
6.99 ∗ 𝐿𝑅
0.6
∗ 𝑛0.6
𝐼0.4 ∗ 𝑆𝑅
0.3
Tc: tiempo de concentración (min)
LR: longitud resultante de la trayectoria de flujo (m)
n: coeficiente de rugosidad
I: intensidad de precipitación (mm/h)
SR: pendiente resultante de la trayectoria de flujo (m/m)
Para tiempos de concentración grandes, excepto longitudes mayores a 10 m, intensidad
de lluvia inferior a 35 mm/h y pendiente resultante menor a 2%
Longitudes resultantes que no excedan 200 metros.
𝑇𝑐 =
107 ∗ 𝐿𝑅
0.33
∗ 𝑛𝐻
𝑆𝑅
0.5
Tc: tiempo de concentración (min)
LR: longitud resultante de la trayectoria de flujo (m)
nH: coeficiente de rugosidad de Horton (0.015 para superficies pavimentadas)
SR: pendiente resultante de la trayectoria de flujo (%)
CRITERIOS DE DISEÑO
Para revisar el hidroplaneo se trabajará
• Como mínimo el tiempo de concentración será de 10 minutos
• Periodo de retorno de 25 años
• Los flujos concentrados en la plataforma no podrán exceder los 3 lt/s comparar
con el caudal unitario
EJEMPLO
DRENAJE DE LA PLATAFORMA
CÁLCULO DE ESPESOR DE LA LAMINA DE AGUA
Hay muchos factores dentro del hidroplaneo que no se puede controlar y son pocas las
variables que se pueden controlar.
El único factor que se puede controlar es el espesor de la lámina de agua mediante el
diseño geométrico y el pavimento.
Diseño geométrico para el drenaje vial seria las pendientes transversal y longitudinal, y
del pavimento se controla mantenimiento, la rugosidad de Manning u Horton.
El espesor total de la lámina de agua que contribuye al hidroplaneo dependerá de la
profundidad media de textura (PMT) del pavimento más el espesor de la película de agua
que fluye sobre la superficie, entre más o menos rugosidad se tenga se tendrá más o menos
espesor total del flujo de agua.
TRAYECTORIA Y ESPESOR DE FLUJO
La reducción de la trayectoria de los flujos implica menor posibilidad a que se presente
el hidroplaneo, porque será menor la posibilidad de formación de charcos o que la
formación de la película de agua tenga un espesor muy grande y a las salpicaduras
excesivas.
Mas alta la lámina de agua más alta la longitud de recorrido, más grande el ancho de la
calzada más grande la longitud de recorrido.
La lámina de agua se calcula en función de las texturas del pavimento.
CALCULO DEL ESPESOR DE LAMINA DE AGUA
MÉTODO DE ROAD RESEARCHED LABORATORY (RRL)
𝐻 = 0.0474 ∗
√𝐿𝑅 ∗ 𝐼
𝑆𝑅
0.2
H: espesor de la lámina de agua al final de la trayectoria (mm)
Lr: longitud resultante de la trayectoria de flujo (m)
I: intensidad de precipitación (mm/h)
Sr: pendiente resultante de la trayectoria de flujo (m/m)
Desventaja no involucra la rugosidad del pavimento solo la geometría de la vía
MÉTODO DE GALLAWAY
𝐻 = 0.01485 ∗
𝑃𝑀𝑇0.11
∗ 𝐿𝑅
0.43
∗ 𝐼0.59
𝑆𝑅
0.42 − 𝑃𝑀𝑇
H= espesor de la lámina de agua la final de la trayectoria (mm)
Lr= longitud resultante de la trayectoria de flujo (m)
I= intensidad de precipitación (mm/h)
Sr= pendiente resultante de la trayectoria de flujo (m/m)
PMT= profundidad media de textura del pavimento (mm), el valor recomendado
es 0.5 mm
Para evitar hidroplaneo se recomienda que el espesor de la lámina de agua no sea mayor
a 4 mm
𝑉𝐻 = {
96.9 ∗ 𝐻−0.259
𝑠𝑖 𝐻 < 2.4
0.9143 ∗ 𝑆𝐷0.04
∗ 𝑃𝑁
0.3
∗ (𝑇𝐷 + 0.794)0.06
∗ 𝐴 𝑠𝑖 𝐻 ≥ 2.4
}
𝐴 = 𝑚𝑎𝑥 {
12.639
𝐻0.06 + 3.5
(
22.351
𝐻0.06−4.97
) ∗ 𝑃𝑀𝑇0.14
}
VH: velocidad del vehículo a la cual se produce el hidroplaneo (km/h)
PN: presión del neumático (kPa), se recomienda 165 kPa
TD: profundidad del labrado neumático (mm), se recomienda 0.5 mm
SD: porcentaje de reducción de la velocidad rotacional de la rueda a causa
de su circulación sobe una superficie con una lamina de agua, a partir del 10% se
recomienda hidroplaneo
A: factor dimensional
H: espesor de la lamina de agua al final de la trayectoria (mm)
PMT: profundidad media de texturas del pavimento (mm), el valor
recomendado es 0,5 mm
METODO DE IVEY AT AL
DISTANCIA DE VISIBILIDAD
𝐿𝑉 =
354407.3
𝐼0.68 ∗ 𝑉𝑖
Lv: distancia de visibilidad (m)
I: intensidad de precipitación (mm/h)
Vi: velocidad del vehículo (km/h)
En base a la velocidad de circulación menor a la velocidad límite de hidroplaneo y la
intensidad de precipitación se podría estimar una longitud de visibilidad
Sirve para definir una señalización horizontal o vertical a que distancia deben ser
colocados la señalética.
El hidroplaneo podría ser considerado parte del drenaje transversal, drenaje longitudinal
podría estar dado por las alcantarillas y el hidroplaneo.
La acumulación de áreas es importante en el drenaje longitudinal, así como también del
drenaje transversal, para alcantarillas y cunetas
EJEMPLO
DRENAJE LONGITUDINAL
CUNETAS
• Constituye las diferentes obras hidráulicas a lo largo del eje longitudinal de la vía
• La función del drenaje es evacuar el escurrimiento que se genera por el evento de
precipitación sobre la vía y las áreas aledañas ósea por la calzada y el talud de
corte, los taludes de relleno no drenan a la calzada.
• Permite:
• Evitar problemas de hidroplaneo se logra con las pendientes longitudinales
y transversales, descargar el caudal acumulado obtenido en hidroplaneo
retirar de la calzada mediante cunetas.
• Evitar el deterior de la vía.
• Evitar la sedimentación sobre la vía chequeando pendientes y velocidades
mínimas.
TRES TIPOS DE CUNETAS
Cuneta longitudinal: ubicado junto a la vía, cunetas junto al terraplén son más pequeñas
por recibir el caudal drenado del pavimento. Para definir se necesita sección transversal
diseño horizontal y diseño vertical.
Cuneta de berma: son pequeñas generalmente drenan únicamente el talud, se encuentra
en la parte inferior de la berma al pie del talud, inclinación de 1% hacia el talud.
Contracuneta o cuneta de coronación: se encuentra en la parte alta de la lateral de corte,
a unos 5 metros de la lateral de corte, no permitir que pase caudales del talud natural al
talud artificial.
Obedecen a la pendiente longitudinal de la vía son cuneta de berma, cuneta longitudinal,
la pendiente longitudinal de las cunetas es la pendiente longitudinal de la vía.
Zanja de pie o cuneta de pie: el área drenada es el área proyectada, ancho proyectado,
drena el área proyectada del talud de relleno, impedir el paso de caudal generado por el
talud de relleno a alguna estructura que se encuentre aguas abajo.
Las cunetas de coronación y cunetas de pie van a depender de la topografía, porque la
lateral de corte obedece a la vía, para elegir la pendiente se deberá buscar un sitio de
descara, no son paralelas al eje de la vía, no tiene la pendiente longitudinal de la vía, no
son paralelas a la lateral de corte, tienen un trazo en planta y en perfil independiente de la
estructura vial.
CUNETAS
PROCEDIMIENTO DE DEISEÑIO DE CUNETAS
Determinación del caudal de diseño para un determinado periodo de retorno
• Método racional
Diseño de cunetas (diseño hidráulico)
• Definir el tipo de sección
• Realizar el trabajo hidráulico mediante Manning
• Revestimiento: conocer trabaja en conjunto con el TH
• Normativo y recomendaciones: se debe regirse el diseño hidráulico
Drenaje de cunetas
• Diseño o estructura definitiva
AREAS DE DRENAJE
Depende de la estructura a diseñar por ejemplo si son las cunetas recibirán el caudal de
aportación de las vías y del talud, en la sección transversal se necesitará ver la
configuración de la plataforma de las calzadas los taludes y el área topográfica
circundante a la sección transversal diseño vertical para evidenciar puntos bajos.
Proyección horizontal de toda superficie que se drena sobre la cuneta (plataforma, talud,
área topográfica, diseño vertical)
VIA EN TERRAPLEN (SIN APORTACION EXTRA)
𝑄 = 𝐶𝐼𝐴
𝑄 = 𝐶𝑣 ∗ ((𝑎 + 𝑏) ∗ 𝐿) ∗ 𝐼 + 𝐶𝑐 ∗ (𝑐 ∗ 𝐿) ∗ 𝐼
𝑠𝑖 𝑎 𝑦 𝑏 𝑡𝑖𝑒𝑛𝑒𝑛 𝑒𝑙 𝑚𝑖𝑠𝑚𝑜 C, 𝑝𝑢𝑒𝑑𝑒 𝑠𝑒𝑟 𝑞𝑢𝑒 𝑛𝑜𝑠𝑒𝑎 𝑖𝑔𝑢𝑎𝑙
VIA A MEDIA LADERA
𝑄 = (𝐶𝑐 ∗ (𝑐 ∗ 𝐿) + 𝐶𝑣(𝑏 ∗ 𝐿) + 𝐶𝑐 ∗ (𝐶𝑇 ∗ 𝑇𝑑)) ∗ 𝐼
𝑄 = (𝐶𝑐 ∗ (𝑐 ∗ 𝐿) + 𝐶𝑣 ∗ (𝑏 ∗ 𝑙)) ∗ 𝐼
𝑄𝑖 ≠ 𝑄𝑑
𝑇𝑑: 𝑎𝑟𝑒𝑎 𝑡𝑎𝑙𝑢𝑑 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑟𝑡𝑒
𝑐: 𝑐𝑢𝑛𝑒𝑡𝑎
𝑏: 𝑐𝑎𝑙𝑧𝑎𝑑𝑎 𝑚𝑎𝑠 𝑏𝑒𝑟𝑚𝑎
VIA EN CORTE
𝑄𝑖 = ((𝑏 ∗ 𝐿 ∗ 𝐶𝑣) + (𝑐 ∗ 𝐿 ∗ 𝐶𝑐) + (𝑇𝑖 ∗ 𝐶𝑇𝑖)) ∗ 𝐼
𝑄𝑑 = ((𝑏 ∗ 𝐿 ∗ 𝐶𝑣) + (𝑐 ∗ 𝐿 ∗ 𝐶𝑐) + (𝑇𝑑 ∗ 𝐶𝑇𝑑)) ∗ 𝐼
𝑐: 𝑐𝑢𝑛𝑒𝑡𝑎
𝑏: 𝑐𝑎𝑙𝑧𝑎𝑑𝑎 𝑚𝑎𝑠 𝑏𝑒𝑟𝑚𝑎 (𝑣𝑖𝑎)
VIA EN PERALTE (MEDIA LADERA)
𝑄𝑖 = 𝑐 ∗ 𝐶𝑐 ∗ 𝐿 ∗ 𝐼
𝑄𝑑 = (𝑇𝑑 ∗ 𝐶𝑇𝑑 + 𝑐 ∗ 𝐶𝑐 ∗ 𝐿 + 𝐶𝑣 ∗ 2𝑏 ∗ 𝐿) ∗ 𝐼
EJEMPLOS
DISEÑO DE CUNETAS – TIPOS
Tipos
• Triangular
• Trapezoidal
• Rectangular
• Parabólica
Criterio
• Seguridad vial
• Capacidad de drenaje
DISEÑO HIDRAULICO
Consiste en verificar que la capacidad de las secciones es suficiente para transportar el
caudal de diseño
Ecuacion de Manning:
𝑄 =
1
𝑛
∗ (𝐴 ∗ 𝑅
2
3 ∗ 𝑆
1
2)
Q: caudal de diseño (m3/s)
n: coeficiente de rugosidad de Manning
A: área de la sección (m2)
R: radio hidráulico (m)
S: pendiente (m/m)
CAPACIDAD HIDRAULICA – SECCION RECTANGULAR
𝐸𝑠𝑝𝑒𝑗𝑜 𝑑𝑒 𝑎𝑔𝑢𝑎: 𝐵
𝐴𝑟𝑒𝑎: 𝐴 = 𝐵 ∗ ℎ
𝑃𝑒𝑟𝑖𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 𝑚𝑜𝑗𝑎𝑑𝑜: 𝑃 = 𝐵 + 2ℎ
𝑅𝑎𝑑𝑖𝑜 ℎ𝑖𝑑𝑟𝑎𝑢𝑙𝑖𝑐𝑜: 𝑅 =
𝐵 ∗ ℎ
𝐵 + 2ℎ
CAPACIDAD HIDRAULICA – SECCION TRIANGULAR
𝐸𝑠𝑝𝑒𝑗𝑜 𝑑𝑒 𝑎𝑔𝑢𝑎: 𝐵 = (𝑍𝑖 + 𝑍𝑐) ∗ ℎ
𝐴𝑟𝑒𝑎: 𝐴 =
(𝑍𝑖 + 𝑍𝑐) ∗ ℎ2
2
𝑃𝑒𝑟𝑖𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 𝑚𝑜𝑗𝑎𝑑𝑜: 𝑃 = (√1 + 𝑍𝑖2 + √1 + 𝑍𝑐2) ∗ ℎ
𝑅𝑎𝑑𝑖𝑜 ℎ𝑖𝑑𝑟𝑎𝑢𝑙𝑖𝑐𝑜: 𝑅 =
(𝑍𝑖 + 𝑍𝑐) ∗ ℎ
2 ∗ (√1 + 𝑍𝑖2 + √1 + 𝑍𝑐2)
Recomendaciones:
• El talud hacia la vía sea como mínimo 3:1, preferible 4:1
• El talud de corte con la misma pendiente que el propio talud
• Máxima lámina de agua de 30 cm
CAPACIDAD HIDRAULICA – SECCION TRAPEZOIDAL
𝐸𝑠𝑝𝑒𝑗𝑜 𝑑𝑒 𝑎𝑔𝑢𝑎: 𝐵 = 𝑏 + 2ℎ ∗ 𝑍
𝐴𝑟𝑒𝑎: 𝐴 = (𝑏 + ℎ ∗ 𝑍) ∗ ℎ
𝑃𝑒𝑟𝑖𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 𝑚𝑜𝑗𝑎𝑑𝑜: 𝑃 = 2ℎ ∗ (√1 + 𝑍2) + 𝑏
𝑅𝑎𝑑𝑖𝑜 ℎ𝑖𝑑𝑟𝑎𝑢𝑙𝑖𝑐𝑜: 𝑅 =
(𝑏 + ℎ ∗ 𝑍) ∗ ℎ
2ℎ ∗ (√1 + 𝑍2) + 𝑏
PENDIENTE
• Valor mínimo de 0.50% (pendiente longitudinal del perfil de la vía)
• Valor máximo limitado por la velocidad del flujo
VELOCIDAD DE FLUJO
Velocidad que produce erosión en la superficie
Material Velocidad (m/s) Material Velocidad (m/s)
Arena fina 0.45 Pizarra suave 2.0
Arcilla arenosa 0.50 Grava gruesa 3.5
Arcilla ordinaria 0.85 Zampeado 3.4 – 4.5
Arcilla firme 1.25 Roca sana 4.5 – 7.5
Grava fina 2.00 Hormigón 4.5 – 7.5
En la practica se usa una velocidad de diseño en cunetas de 3 m/s en zampeados y de 4
m/s en hormigón.
La velocidad mínima recomendada de 0.25 m/s o 0.45 m/s
OTRAS CONSIDERACIONES
Capacidad de la sección
Recomienda que en el diseño de la sección de la cuneta el flujo no rebase el 80% de la
capacidad de la sección.
Altura de revancha (hs)
Se recomienda entre el 5% y un 30% de la altura de agua como protección.
Longitud
Se recomienda que la longitud máxima de la cuneta sea entre 150 y 200 metros.
Concentración de flujos
Cuando exista concentración de flujos en las áreas drenantes, se recomienda utilizar una
estructura de drenaje transversal.
RESUMEN DEL PROCEDIMIENTO DE DISEÑO DE CUNETAS
• Determinar el caudal de diseño
• Determinar el tipo de sección
• Determinar la pendiente y el coeficiente de rugosidad de la cuneta
• Encontrar el valor de la altura de la lámina de agua y el ancho
• Modificar los valores encontrados para adecuarlos a la experiencia usual
• Comprobar que la velocidad este en los rangos permitidos
• Calcular la altura de revancha y agregar a la profundidad de agua para definir la
altura total
EJEMPLO
REVESTIMIENTO
• Reduce la infiltración
• Permite mayor velocidad de flujo
• Previene el crecimiento vegetal
• Reduce el costo de mantenimiento
• Aumenta la vida útil
• Mejora la estabilidad
El revestimiento se lo debe hacer en vías de primer orden y segundo orden, en vías de
tercer orden es opcional.
DESCARGA DE CUNETAS
Generalidades
El drenaje de la cuneta debe evitar alterar los parámetros de flujo del cuerpo de agua,
receptar y evitar problemas de socavación.
En cada punto de desagüe de un tramo se debe evaluar el impacto de la descarga.
La reducción del impacto se puede lograr con un ángulo adecuado de entrega o con una
descarga a una velocidad menor al de la corriente.
CAJAS COLECTORAS
Sirve como salida de agua de las cunetas y entrada de agua a las alcantarillas, permitiendo
el paso del agua drenada de las cunetas por debajo de la vía.
RAMPAS DE DESCARGA O BAJANTES
Canales que parten de las cunetas y descienden transversalmente por los taludes de l vía
al terreno natural.
Se caracteriza por tener pendientes fuertes que generan altas velocidades de flujo que se
tienen que controlar.
ZANJAS DE CORONCION Y CUNETAS DE BERMA
Definición: son canales excavados en el terreno natural ubicados en las coronas de los
taludes de corte.
Función: interceptar el agua superficial que escurre por la ladera a mayores alturas para:
• Reducir la erosión del talud
• Reducir el caudal que llega a la cuneta
• Evitar materiales de arrastre que lleguen a la cuneta
Cuneta de berma: deben tener la misma pendiente que la vía, la pendiente longitudinal,
recubrimiento, capacidad, velocidad responde exactamente igual a una cuneta
longitudinal de vía.
Contra cuneta o cuneta de coronación: la cuneta de coronación ya no responde a la
pendiente longitudinal de la vía, esta cuneta de coronación va a tener una pendiente
longitudinal que va a depender de la topografía que se encuentre sobre la lateral de corte
que es donde va a estar ubicado la cuneta son cunetas excavadas en terreno natural.
Su principal función es retener el caudal que s encuentra sobre la lateral de corte.
Localización: se ubica a una distancia variable con respecto a la corona del talud.
La contracuneta debe estar lo suficientemente cerca del talud para evitar zonas
susceptibles a escorrentías descontroladas y lo suficientemente lejos para evitar que se
escurra sobre terrenos susceptibles a derrumbes.
La distancia mínima entre la contracuneta y la corona del talud debe:
• La mayor distancia entre 5 m y la altura del talud de corte.
No es paralela la cuneta de coronación a la lateral de corte, la distancia mínima de la
cuneta de coronación con respeto a la lateral de corte no será menor a 5 metros.
Consideraciones: la decisión de plantar una contracuneta se fundamenta en
consideraciones topográficas relacionadas con el área de captación sobre el talud y el tipo
de terreno natural de la zona.
Se tiene que priorizar en:
• Taludes que no estan protegidos con grandes áreas de captación de lluvias.
• Taludes formados por materiales erosionados para evitar el transporte de sólidos.
DISEÑO DE CONTRACUNETAS
RESUMEN DE POCEDIMIENTO DE DISEÑO DE CONTRACUNETAS
• Determinar el caudal de diseño (sobre el área lateral de corte)
• Determinar el tipo de sección
• Determinar la pendiente y el coeficiente de rugosidad de la cuneta
• Encontrar el valor de la altura de la lámina de agua y el ancho
• Modificar los valores encontrados para adecuarlos a la experiencia usual
• Comprobar que la velocidad este en los rangos permitidos
• Calcular la altura de revancha y agregar a la profundidad de agua para definir la
altura total
DISEÑO DE SECCIONES
La contracuneta está definida por su capacidad hidráulica en función de la precipitación,
el área de captación y las características de la zona.
Las secciones típicas son las rectangulares y trapezoidales.
El tamaño más común es:
• Profundidad: 0.4 a 0.6 m
• Ancho: 0.6 a 0.8 (ancho mayor en caso de secciones trapezoidales)
En cunetas de berma los tamaños pueden ser mucho menores.
PENDIENTE Y REVESTIMIENTO
La contracuneta en general tiene una pendiente similar al talud de corte (pero no es
necesariamente, depende de la topografía).
Se debe tratar de diseñar la contracuneta con una pendiente única.
Cuando el talud es muy escarpado (inclinado) la contracuneta debe alejarse del corte y
seguir las curvas de nivel de la ladera para evitar pendientes longitudinales muy fuertes.
La pendiente no deberá ser mayor a la velocidad de erosión del suelo o de la superficie
revestida.
Las contracunetas pueden ser revestidas o no en función de la erosión del suelo.
En caso de ser revestidas se utilizará el mismo material que para las cunetas.
DRENAJE
Se debe seguir las mismas recomendaciones que para el caso de cunetas.
Se debe intentar que las descargas sea aguas arriba del cruce de la vía para evitar
pendientes fuertes y la construcción de estructuras que transporten el caudal hacia el
cauce.
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  • 1. DRENAJE VIAL Y URBANO: Atacar el problema que se genera en las ciudades y en las carreteras por la impermeabilización de la superficie. Una alta o baja capacidad de infiltración depende del tipo de escenario. Superficies sin impermeabilizar poseen un coeficiente de infiltración o número de curva que permite mayor infiltración a diferencia de superficies impermeabilizadas. Los efectos que puede ocasionar puede ser la acumulación de caudales por el colapso de sistemas de drenajes debido a la crecida o caudal máximos que se producen más rápido. Q Q t t tp1 tp2 tp1 > tp2: es importante para evitar la acumulacion de caudales; Q: Caudal T: Tiempo tp: tiempo pico (crecida máxima) PROBLEMAS DE ESCORRENTÍA Escorrentía: Lámina de agua producida por eventos de precipitación, es el agua producida después que ya se generó una infiltración previa y mientras continua el evento de precipitación hay una infiltración continua. Problemas relacionados Inundaciones: zanas naturales y urbanas, debido al tiempo pico y caudal muy alto, producen volúmenes de agua que no pueden ser evacuados. Impacto Ambiental: Debido a las inundaciones, por ejemplo, la isla de calor que se generan en las zonas urbanas por los materiales utilizados, como, asfalto, hormigón, cerámica y disminución del oxígeno. Erosión: Transporte de materiales finos en las corrientes de agua, por lo general se producen en zonas rurales, pero también se produce la erosión de asfaltos y hormigones en las zonas urbanas.
  • 2. Contaminación de aguas superficiales y subterráneas: por lo general en zonas urbanas, debido a los desechos producidos por la sociedad que son acareados por la escorrentía y terminando en los caudales naturales. Afectan los niveles subterráneos: Producto de la escorrentía superficial, debido a una superficie impermeabilizada, el caudal captado en una estructura de drenaje será descargado a un cauce superficial, disminuyen los niveles freáticos, afectaran al ciclo hidrológico. Daños a infraestructuras: Por las inundaciones, daños pequeños como baches. Efecto aguas abajo: desbordamiento e inundaciones en sectores aledaños o destrucción de las márgenes, puede con el tiempo producir erosión o socavación del fondo del cauce. Reducción del nivel Freático: relacionado con los niveles subterráneos y la contaminación. EFECTOS DE ESCORRENTIA EN LAS VIAS • Lavado del suelo (erosión) • Reducción de la resistencia del suelo: debido a la saturación de los suelos se tendrán coeficientes diferentes. • Obstrucción de los pasos de agua: Excede la sección transversal del cauce, debido a un determinado diseño del cauce puede exceder y obstruir el paso del agua • Destrucción de la infraestructura. SISTEMA DE DRENAJE El objetivo de un drenaje vial rural o urbano es evacuar rápidamente (buscar un sitio de descarga lo más rápido) el caudal de aguas acumulada generadas por la precipitación de un sitio a otro (cauce natural). En zonas urbanas: Red que conduce el agua superficial de las zonas urbanas hacia un cauce, busca evacuar el agua lo más rápido a una red de alcantarillado. En vías: Sistema de canalización que remueve el agua de las vías y sus alrededores (taludes de corte), evacuar el caudal acumulado sobre la superficie de la vía y llevarlo hacia otro sitio que puede ser un cauce natural o la red pública de alcantarillado. ASPECTOS GENERALES Y TIPOS DE DRENAJES Objetivos del Sistema de Drenaje Vial:
  • 3. • Mantener el funcionamiento adecuado de la vía, retirar el caudal que se precipita y se convierte en escorrentía. • Evitar daños en la infraestructura y/o reducidos (baches). • En zonas urbanas evitar inundaciones, por falta de sitios cercanos para evacuar rápido los caudales. • Evacuar flujos de agua de manera eficiente • Desalojo rápido del agua que cea sobre la calzada • Controlar el nivel freático • Interceptar el agua superficial o subterránea que llega a la carretera • Conducir de forma controlada el agua que cruza las vías a través de una alcantarilla FORMA EN QUE LLEGA EL AGUA A LAS VIAS Debido a las entradas producidas por el ciclo hidrológico, precipitación, ascenso capilar que es minino debido a la capa impermeable de pavimento no es común y tiene un valor muy bajo, escorrentía superficial en los taludes y escorrentía subterránea. Principalmente por la precipitación sobre que cae sobre la calzada y sobre los sitios aledaños o alrededores (taludes), escorrentías subterráneas alimentan el nivel freático y subirá por ascenso capilar es un proceso mínimo comparado con el escurrimiento superficial. CRITERIOS DE UN SISTEMA DE DRENJE EFICIENTE. • Minima afectacion en los patrones del sistema de drenaje natural, mantener los protrones de drenaje natural, los sistemas de drenaje deben mantener la misma alineacion del drenaje natural, se debe ajustar a las condiciones topiograficas,
  • 4. geotecnicas e hidrologicas del sistema, no afectar quebradas no exceder la capacidad de las quebradas o cauces, debido al sistema de drenaje diseñado y se descaga mas caudal se produce un calado mucho mas alto del cual la quebrada esta preparada para conducir, o rellenar una quebrada y dejala sin funcionaiento, la idea del sistema de drenaje es tratar de mantener en lo posible el sistema de drenaje natural, revisar la capacidad de la quebrada, evaluar el funcionamiento de la seccion, minima afectacion. • Drenaje debe evitar la collecion excesivas de aguas en zonas inestables y la subsecuente eroscion aguas abajo, tratar de no hacer la descarga de aguas recolectadas, elegir adecuadamente la zona de descarga, en lo posible no descarga en zonas inestables. COMPONENTES DE UN SISTEMA DE DRENAJE EFICIENTE Bombeo: es la pendiente transversal de la via que ayuda a que la escorrentia superficial drene hacia las cunetas, primera estructura de drenaje, pendiente entre 2-2,5%, ayuda que la gota de agua que se precipita sobre la calzada o sobre la superficie de la via llegue acumularse en la zona de las cunetas.
  • 5. Denaje lateral: se ubica a lo largo de la via, recolecta y direcciona el agua superficial que llega desde la pendiente transversal, cunetas longitudinal, objetivo recolectar el agua superficial que llega desde la pendinte transversal y llevarla a una estructura de descarga por lo general las alcantarillas Terraplenes de la via: relleno, sirve como estructura para constructuir la meza o platarforma de la via puede ser relleno natural o relleno compactado, aportan con el sistema de drenaje natural, la precipitacion que cae sobre los terraplanes por gravedad descendera y continuara con el drenaje natural superficial, pendientes de 1-1,5%. Lateral de corte: cuando se une el talud natural y talud de corte Lateral de relleno: cuando se une el terraplen de la via con el talud natural Zanjas de corronacion: parte del drenaje lateral, o cunetas de coronacion, se ubica por encima de la lateral de corte o berma, por lo general drena todo sobre la lateral de corte y por ende ser parte del talud natural del terreno, drenar hacia la zanja de coronacion todo lo que sea parte del talud natural, evitar todo lo que este sobre la lateral de corte afecte el talud artificail y por ende queafecte a la via
  • 6. Diques de control: Ayuda a disminuir la velocidad de flujo en las cunetas, actua como un vertedero, en ciudades seria un deposito de basura, en el evento de precipiatcion la acumulacion de basura puede ocasioar el desbordamiento y el caudal circule por la superficie de la via. Alcantarillas de drenaje: permitir el paso transversal del cause por debajo de la via. Puente: con caudal constante los 365 dias del año, Rios, vencer longitudes lagas unir dos tramos de puentes. ALTERACIONES QUE PROVOCA UN SISTEMA DE DRENAJE INADECUADO • Cambio en los patrones de inundacion, respetar el sistema de drenaje natural, evitar alteraciones a la red hidrica natural, generan iniundaciones • Altura de inundaciones, aumentan especialmente en puentes, posibles cambios en las alturas de inundaciones provocadas por descrgas incontroladas. • Velocidads de flujo, aumentode caudal, velocidad de flujo es proporcional al caudal, la seccion constante del cauce que no se puede modificar al aumentar
  • 7. caudal va a aumentar velocidad de flujo, con las epercusiones que tiene el aumento de la velocidad de flujo, aumenta capacidad de arrastre del cauce errocion del cauce y sus margenes. • Duracion de la inundacion se producira mas rapido y si no hay evacuacion mas rapido se tarda mas el efecto de inundacion • Patrones de errosion y sedimentacion aumentando velocidad de flujo se aumentan los patrones de errosion, y por la errocion del cauce hay sitios donde la pendiente es mas baja se sedimentaran las particulas errosionadas, aumento de caudal, pendiente alta, y por reduccion de la velocidad y disminucion de la pendiente se genera acumulacion de materail errosionado y se reduce la seccion transversal del cauce. • Cambios en el haitat de la fauna acuatica y terestre, puden ser por el exceso o disminucion de caudal que repercute en la disminucion de oxigeno, muerte de la vida acuatica y la vida terrestre, caudales retirados por sistema de drenajes inadecuados no alimenta a la fauna no habra vida silvestre que pueda alimentarse de fauna CLASIFICACION DE DRENAJES EN VIAS Dos tipos de clasificacion grandes en funcion de la magtitud de las obras de drenaje Obras de arte menor dos tipos Drenaje longitudial (cunetas y zanjas) paralela a la via, una zanja es una cuneta, tres tipos de cunetas longitudinales, de coronacion y de berma. Drenaje transversal (alcantarillado), Subdrenaje (Longitudinal, capaza de drenar bajo la meza de la via en caso de tener niveles fraticos muy altos que necesiten ser avatidos y capaz drenantes) Obras de ate mayor Puentes, estructuras grandes donde se necesita controlar el efecto de sedimentacion, de erosion, de socabacion alrededor de estribos y pilas, controlar el galivo minimo entre la superestructura del puente y la altura de crecida para un determinado periodo de retorno.
  • 8. ESTUDIOS Y DISEÑOS PRELIMINARES Factores que se deben coniderar • Diseño geometrico de via: en plata, perfil y seccion tranversal • Factores topograficos: topografia siempre escala 1:1000, escala 1:5000 restituciones, fotogrfia aereas, cartografia 1:2500, situacion de la carretera respecto al tereno natural • Factores hidrologicos: vinculado a la cartografia o fotografia, se necesita conoce las aportaciones determinar y delimitar las areas de drenaje para conocer cuales son las formaciones de las aguas supeficiales y tambien las aguas subteraneas en caso de diseño de subdrenaje • Factores geotecnicos: para estructura de arte mayor como puentes para determinar las condiciones de suelo • Factores geologicos: para conocer la presensia de fallas, erosion del suelo tipos de roca, TIPO DE ESTUDIOS Sera para realizar una recuperacion o cambio estanda • Cambio estandar, cambio en la via, cambia en el sistema de drnaje las cunetas longitudinales y tendran que moverse al borde de la ampliacion, alcantarilla sera evaluado para ampliar o aumento de seccion. • Recuperacion por exceder la vida util o no funciona correctamente o por un derrumbe aguas arriba se produjo taponamiento o destruccion o tambien cuando el material ya supero el tiempo de vid util 25, 30 años se desgasto y necesita ser recuperado • Trazado nuevo, depende de la geoetria secciones tranversales 10 metros en curva y 20 metros en tangente. Realizar un diseño nuevo.
  • 9. FASE DE ESTUDIOS VIALES • Prefactibilidad identificar opciones o posibles rutas de diseño, evaluar la parte economica para determinar la opcion de ruta mas viable. punto de descarga, ubicación de alcantarillas, seccion transversales de zanjas o cunetas • Factibilidad: se empieza a diseñar mas especificmente obras anexos obras complementarias que podrian significar un cambio de opcion. Se evaluan obras complementarias o anexas para ver la viabilidad tecnica y economica. Se define ubicación de alcantarilla putos de descarga, secciones • Diseño definitivo o diseño detallado para la construccion, detalles muros de alas de las alcantarillas, materail de la cuneta, ajuste de secciones. ALCANCE Y ACTIVIDADES Prefactibilidad Actividades Información: cartografía desde escalas pequeñas 1:25000 hasta escalas que abarcan grandes superficies de terreno 1:50000, para drenaje vial para estructuras pequeñas como alcantarillas o cunetas se podría utilizar una escala de 1:5000 no sería cartografía, fotografía aérea 1:5000, información hidrometereológica, reconocimiento aéreo o terrestre Informe final: alternativas de la factibilidad. FACTIBILIDAD Complemento de información • Analizar las alternativas seleccionadas la que podría ser la óptima, analizar más a detalle el patrón de drenaje ya no únicamente el patrón de drenaje natural sino al que se genera gracias a las estructuras planteadas, se analiza a detalle las descargas que se podrían tener, los posibles sitios donde se va a conectar el sistema que se está diseñando con los causes naturales, • Las características morfométricas de la cuenca, las diferentes variables de la cuenca • Evaluar cómo cambia el drenaje natural con el drenaje que será implantado para solventar las necesidades de la obra. • Levantamiento topográfico en la etapa de factibilidad se utilizará una escala de 1:1000
  • 10. Definición de aspectos hidráulicos • Ajustar los cálculos de caudales en la parte de hidrología, en hidráulica si se está realizando alcantarillas realizar el análisis de velocidades, capacidad, sumergencia de alcantarillas o si se analizan puentes socavación, erosión. • La ubicación de la alcantarilla ya estará definida y el prediseño de las alcantarillas. • Cota mínima de rasante en los sitios de ponteadero Informe final • Caracterización hidro climatológica e hidrológica de la zona • Inventario de las corrientes, ubicación de los sitios de descarga • Plano general; áreas de drenaje (1:100000 o 1:25000), plano de implantación de estructuras (1:1000) • Estudio hidrológico a nivel de estimación de caudales pico • Prediseño de todos los elementos, drenaje superficial y subterráneo • Prediseño de pontones, puentes y muros de contención • Conclusiones y recomendaciones Diseño Definitivo • Escala 1:1000 • Planos de detalles escala 1:500 • La información debe estar organizado desde el inicio de la recopilación de la información la metodología de trabajo datos necesarios para los diseños hidráulicos • Estudios hidrológicos: recopilación de información, metodología, cartografía, análisis de lluvias y caracterización climatológica, análisis de caudales • Estudios hidráulicos: geomorfología y dinámica fluvial, obras de arte menor (cunetas o alcantarillas), drenaje subsuperficial, obras de arte mayor (puentes) • Estudio de socavación: análisis información de campo, aplicación de teorías de socavación • Conclusiones y recomendaciones
  • 11. HIDROLOGIA • Cuenca hidrográfica • Periodo de retorno • Estimación de precipitación de diseño. • Determinar los caudales: máximos de diseño los caudales pico o caudales de crecida • Método racional • Método scs • Análisis frecuencial CUENCA HIDROGRÁFICA Área de superficie irregular delimitada topográficamente por una línea imaginaria conocida como línea de cumbres o línea divisoria de aguas. Todo el caudal que se precipita desde la línea divisoria de aguas hacia las partes bajas va a drenar o reunirse después de cierto periodo de tiempo en un punto conocido como punto de estudio o punto de descarga sitio donde se acumulan los caudales, una cuenca siempre va a tener un sistema hídrico o sistema de curso de agua que se configura según sea la topografía o el relieve se configura de diversas formas como mallas, como redes, más tupidas, más abiertas El objetivo de la red hídrica: acumular todos los caudales que se precipiten y caigan dentro de la superficie, dentro de la cuenca y llevarlas a un único punto de descarga. La cuenca tiene un único punto de descarga, si se planea buscar otro punto de descarga se estará trazando otra cuenca. La cuenca al tener una red hídrica la línea divisoria de aguas no puede cortar la red hídrica al momento de cortar la red hídrica se estará realizando mal el trazado de la cuenca, debido a que se estará eliminado el aporte del cauce hacia la superficie de interés. Las cuencas hidrográficas para el estudio de drenaje vial no tienen que descargar necesariamente a un cauce podrá descargar a una alcantarilla o un punto de descarga a la alcantarilla Es importante leer la forma de curvas de nivel y conocer la elevación para saber si es de un pico de montaña o un cauce. Las cuencas para drenaje vial no necesariamente deben encerar un cauce que tengan agua circulante siempre, para el caso de drenaje vial el punto de estudio podrá ser definido por un sitio de descarga, las alcantarillas generalmente son los puntos de descarga de otras estructuras más pequeñas como son las cuneta, no necesariamente para drenaje vial se debe contar con un cauce para implantar el punto de estudio, para definir un bosquejo
  • 12. preliminar de implantación de puntos de descarga serán estructuras que sirvan para hacer descargas o el interés en conocer el caudal en el sitio del punto de descarga para diseñar la estructura, el caudal acumulado sirve para diseñar la alcantarilla. Características: • Delimitado topográficamente • Sistema de drenaje • Único punto de salida Línea divisoria de aguas: unión de todos los puntos más altos que encierran a la superficie que es la cuenca que se está analizando, lo que separa las precipitaciones que caen de una cuenca vecina o una cuenca aledaña, la línea imaginaria que une todos los puntos más altos de las cuencas entre dos cuencas vecinas. Características de relieve: Pendiente de la corriente principal o cauce principal: para determinar se necesita o se define tres tipos de pendientes media; obtenido por la diferencia total de la elevación entre el punto más alto y el punto más bajo de la cuenca sobre la longitud total del cauce. 𝑆2 = 𝑆𝑚𝑒𝑑𝑖𝑎 = ℎ1 − ℎ0 𝐿1 − 𝐿0 Pendiente ponderada; se obtiene de la relación entre el área comprendida bajo el perfil del triángulo equivalente H1 y el perfil del triángulo equivalente h2. 𝑆2 = 𝑆𝑚𝑒𝑑𝑖𝑎 𝑝𝑜𝑛𝑑𝑒𝑟𝑎𝑑𝑎 = ℎ2 − ℎ0 𝐿1 − 𝐿0
  • 13. Pendiente equivalente: analiza el cauce en todo el recorrido, se tiene que tomar los pares coordenados, las longitudes y la pendiente en cada punto, es necesario conocer para saber qué tan rápido llegara el caudal al punto de estudio. No afecta significativamente al estudio de drenaje, pero podría afectar en algunos de los parámetros sobre todo en puentes. 𝑆2 = 𝑆𝑒𝑞𝑢𝑖𝑣𝑎𝑙𝑒𝑛𝑡𝑒 = ( Σ𝑙𝑖 Σ𝑙𝑖 ∗ 𝑆𝑖 0.5) 2 Tiempo de concentración: es el tiempo en que se demora en recorrer una gota de agua que se ha precipitado en el punto más lejano de la cuenca hasta el punto de estudio o punto de descarga que se considera Para el cálculo se utilizará Kirpich, Izzard, y para sumideros de cuerpo del ejército de estados unidos, la más común. Para Kirpich se necesita: la pendiente del cauce o la diferencia de cotas del cauce entre el punto más alto y el punto de estudio, la longitud del cauce Diferencia entre tiempo de concentración tiempo en que se demora en llegar una gota de agua desde el punto más lejano al punto de estudio de la cuenca y la duración del evento de precipitación tiempo que dura la precipitación, tiempo de concentración debe ser menor que la duración que se estime, si el tiempo de concentración es mayor que la duración la última gota de agua que se precipito no llegara al punto de estudio, tiempo de concentración es mínimo 10 minuto y la duración de 10 minutos. 𝑡𝑐 < 𝐷𝑢𝑟𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 PERIODO DE RETORNO Es el periodo de retorno o tiempo de retorno promedio en años en que un caudal pico determinado es igualado o excedido al menos una vez. Ocurrencia de un evento de precipitación, es un tiempo más grande que los anteriores y se va a trabajar en años, es un determinado periodo de tiempo en el que se pueda presentar
  • 14. un evento de precipitación que podría ser igualado o excedido en esa línea de tiempo por ejemplo si en 25 años en cualquier momento al inicio o al final un evento de precipitación considerado como evento de crecida máxima puede darse en cualquier momento durante los 25 años podrá ser igualado o excedido, es la inversa de la probabilidad de excedencia de un determinado evento, el evento de excedencia es el evento de crecida. 𝑇𝑟 = 1 𝑝 𝑝 = 𝑃(𝑋 ≥ 𝑥𝑡) Tr: Periodo de retorno p: probabilidad de excedencia del evento xt xt: evento que ocurre para un determinado periodo de retorno Ejemplo: Una crecida de 30 m3/s con un periodo de 25 años • Caudal máximo será igualado o excederá los 30 m3/s con un intervalo en promedio de 25 años • Probabilidad de que un caudal exceda los 30 m3/s en un año es de 1/25 CRITERIOS PARA ELECCIÓN DEL PERIODO DE RETORNO Se debe proporcionar un estimado de la máxima crecida que puede ser esperado con una probabilidad especifica durante la vida útil de la obra futura, buscar equilibrio entre parte económica y técnico Usuales: experiencia en una determinada zona o sector, ejemplo en el oriente crecidas imprevistas, inestabilidad de causes, causes nuevos, desastres o aciertos. De riesgo: parte técnica, vulnerabilidad de la población Criterios económicos: Buscar equilibrio entre la parte económica la parte de prevención de daños o riesgos, comparación entre los costos el dinero que se necesitaría para las obras y los daos que produciría las crecidas, equilibrio entre el menor costo y daños menores. • Curva de costos de los daños producidos por las crecientes, más altos costos desembolsar alta cantidad de dinero y con el tiempo se produce menor daño con alto costo inicial • Curva Costo de la obra: inversión inicial baja, pero con el tiempo se produjo afectaciones, realizar reparaciones, evento de crecida máximo para un diferente periodo de retorno, el costo puede ser mayor • Equilibrio entre los criterios de vulnerabilidad y los criterios económicos
  • 15. CONSULTA Periodos de retorno: Se considera que los caudales de diseño y sus correspondientes niveles de agua deben establecer para un determinado periodo de retorno, según el tipo de carretera Caminos vecinales 50 - 100 años Carreteras colectoras secundarias con tráfico constante 100 – 250 años Carreteras de la red vial principal con trafico intenso 200 – 1000 años Vados, según su importancia 25 – 100 años DE ACUERDO AL TIPO DE CARRETERA Para carreteras arteriales ≥ 200 𝑎ñ𝑜𝑠 Para carreteras colectoras ≥ 150 𝑎ñ𝑜𝑠 Para carreteras vecinales ≥ 100 𝑎ñ𝑜𝑠 Periodos de retorno: Para la estimación del gasto máximo de diseño de obras hidráulicas Tipo de Obra Hidráulica TR (años) Drenaje Vial - Pluvial Lateral libre en calles de población donde se tolera encharcamiento de corta duración 2 Lateral libre en calles de poblados donde no se tolera encharcamiento temporal 2 Zonas agrícolas 5 Zonas Urbanas Población de 100000 habitantes 2 – 5 Población entre 100000 - 1000000 habitantes 5 – 10 Población con más 1000000 habitantes 10 – 25 Aeropuertos. Estación de ferrocarril y autobuses 10 Cunetas y contra cunetas 25
  • 16. ALCANTARILLADO PARA PASOS DE PEQUEÑAS CORRIENTES En caminos locales que comunican poblados pequeños 10 – 25 En caminos regionales que comunican poblados medianos 25 – 50 En caminos que comunican poblados grandes 50 – 100 ESTUCTIRAS DE CAUCE Puentes corrientes En caminos locales que comunican poblados pequeños 25 – 50 En caminos regionales que comunican poblados medianos 50 – 100 En caminos que comunican poblados grandes 500 – 1000 Puentes ferrocarriles Vías locales aisladas 50 – 100 Vías secundarias regionales 100 – 300 Vías primarias del país 500 – 1000 Puentes canales tuberías de conducción del agua Para riego área menor de 1000 Ha 10 – 25 Para riego área de 1000 a 10000 Ha 25 – 50 Para riego área mayor de 10000 Ha 50 – 100 Abastecimiento industrial 50 – 100 Abastecimiento de agua potable 100 – 500 Puentes para tuberías de gas Abastecimiento secundario local 25 – 50 Abastecimiento regional 50 – 100 Abastecimiento primario 100 – 500 CURVAS IDF (intensidad, duración y frecuencia) Muestran la intensidad de precipitación, la duración del evento de precipitación y frecuencia con que se da las curvas IDF, conocer la relación entre las tres variables relación visual, relación grafica que parte de una relación matemática empírica, entre la intensidad de precipitación, la duración del evento de precipitación y la frecuencia con la que ocurre. La frecuencia es el tiempo de retorno, intensidad en mm/h, duración cuanto se demora desde que empezó la precipitación hasta que termino • Con mayor intensidad menor duración relación inversamente proporcional • Con mayor duración el periodo de retorno aumenta es una relación directamente proporcional
  • 17. • Disminuye la intensidad el periodo de retorno disminuye relación directamente proporcional Las lluvias más peligrosas, las precipitaciones que generan las inundaciones son la relación entre intensidad y a duración, porque las lluvias más peligrosas son las de corta duración y alta intensidad que generan las inundaciones, se dan cuando tenemos un caudal pico rápido e impermeabilizada las superficies 𝑖 = 𝑎 ∗ 𝑡𝑏 i: intensidad de precipitación (mm/h) t: duración de la precipitación (min) a, b: constante de ajuste ESTIMACIÓN DE PRECIPITACIÓN DE DISEÑO. • Metodología antigua utiliza el método de los pluviómetros • Estaciones pluviográficas tienen un registro constante del evento de precipitación • La ventaja de los estudios pluviométricos tiene mayor densidad de información a comparación de los pluviógrafos • La ventaja de los pluviógrafos es el registro continuo que se tendrá de información, son utilizados en la metodología nueva. • Las intensidades son máximas anuales y se revisan para diferentes tipos de duración del evento de precipitación, son analizados de 5 a 1440º minutos, con diferentes leyes de distribución para la obtención de las diferentes ecuaciones de intensidades • Metodología antigua se identifica por el Idtr que es la intensidad diaria para un determinado periodo de retorno.
  • 18. 𝐼𝑇𝑅 = 𝐾 ∗ 𝐼𝑑𝑇𝑅 𝑡𝑛 ITR: Intensidad de precipitación para cualquier periodo de retorno (mm/h) t: Duración de la precipitación (min) K, n: Constantes de ajuste IdTR: Intensidad diaria para un periodo de retorno (mm/h) • Metodología nueva se identifica por el periodo de retorno. 𝐼𝑇𝑅 = 𝐾 ∗ 𝑇𝑚 𝑡𝑛 ITR: Intensidad de precipitación para cualquier periodo de retorno (mm/h) t: Duración de la precipitación (min) K, n, m: Constantes de ajuste T: Periodo de retorno • Trabajar con la metodología nueva es más sencillo y se pierde el error de apreciación en la antigua el Idtr se necesitan mapas para cada periodo de retorno donde se identifica la coordenada del proyecto y leer el mapa visualmente donde se produce el error. • la Ecuacion es sensible al Idtr. ESTIMACIÓN DE PRECIPITACIÓN DE DISEÑO (HIETOGRAMA DE DISEÑO) Bloque alterno: metodología para llevar el hietograma de precipitaciones a un hidrograma, por ejemplo cuando se genera el hietograma de precipitaciones por lo general la primera aproximación tiene forma escalonada descendente en el que se relaciona el tiempo y la precipitación en milímetros, el hietograma obtenido no es real debido a la precipitación más alta al inicio del evento de precipitación, lo que no es real al ver físicamente un evento de precipitación inicia con un poco de gotas de agua avanza en el tiempo y las pocas gotas de agua continúan aumentando hasta que llegan a un punto pico de precipitación. Bloque alterno: lleva el hietograma de precipitaciones a un hidrograma, se relaciona tiempo con precipitación. Hietograma son valores de precipitación, no es importante los valores de precipitación, se debe conocer datos de caudales máximos DETERMINACIÓN DE CAUDALES MÁXIMOS O CAUDALES PICOS Directos: determina el caudal máximo por observaciones hechas en el campo. Empíricos: define caudal de crecida mediante fórmulas que proporcionan resultados similares a las observaciones.
  • 19. Empírico analítico: utilizan formulas pero que tiene cierta base física que sirve como hipótesis de partida, es decir que se necesitaría tener la información de partida los datos de registro. Estadísticos: parte de una serie de caudales estadísticos e históricos para poder realizar una distribución de probabilidades se estima el caudal máximo. Estocásticos: genera series de caudales y a partir de una serie de caudales ya existentes Analíticos: permite realizar un análisis de los fenómenos que originan las crecidas a partir de expresiones matemáticas METODO RACIONAL Es muy útil para drenaje vial para obras de arte menor como cunetas o alcantarillas que no drenan necesariamente cauces o quebradas sino que únicamente reciben el caudal de cunetas, es muy útil cuando el área de aportación hacia la estructura es una área muy pequeña que cumple con los requisitos de la metodología, el método racional en el cálculo hace algunas simplificaciones, tener en cuenta las condiciones que se deben cumplir para la utilización del método también se debe tener en cuenta la simplificaciones que asume el método. Permite determinar el caudal máximo de crecida. Método más utilizado para el diseño de drenaje rural y urbano: siempre y cuando cumpla las condiciones. Requiere de pocos datos (no hay necesidad de datos hidrométricos): ventaja de uso para drenaje rural y urbano. Limitado a cuencas con áreas menores a 5 km2. Es muy útil para estructuras de obra de arte menor cunetas o alcantarillas que no estan drenando cauces o quebradas, sino que reciben caudal de las cunetas. Es muy útil para drenaje cuando el área de aportación hacia la estructura es un área pequeña que cumple con los requisitos de la metodología. No lleva a la exactitud del caudal esperado, pero es suficiente para drenaje. Se podría manejar en un rango de 300 a 500 hectáreas. Para tomar decisiones de acuerdo al área depende de varios factores: • La importancia de la obra • Calidad de datos hidrológico • Calidad de información • Histórico de datos • Registro histórico de crecidas en las zonas. El método racional asume es la homogeneidad de precipitación en el espacio En áreas mayores a 5 km2 la precipitación no va a ser homogénea mientras que en áreas menores va a ser homogénea.
  • 20. Homogeneidad: Cuando llega el evento de precipitación cae la lluvia y sobre toda la superficie de la cuenca se precipita exactamente la misma cantidad de milímetros de agua Si se trabaja con áreas de cuencas más grandes se tendría un margen de error muy grande, no se pude trabajar en áreas superiores a 5km2 por el margen de error que se produciría al asumir la homogeneidad de lluvia. En un análisis de evento de precipitación, respecto al espacio a la superficie de la cuenca se analizará un centro de tormenta o el ojo de la tormenta a medida que se aleja del centro de tormenta la intensidad va a disminuir el método racional no analiza el proceso mencionado, y no existe el ojo de tormenta. • Limitación a cuencas con áreas menores a 5 Km2 • Asume la homogeneidad de precipitación en el espacio, pero no en el tiempo. 𝑄 = 0.278 ∗ 𝐶𝑖𝐴 Q: caudal m3/s C: coeficiente de escorrentía I: intensidad de precipitación (mm/h) A: área de la cuenca (km2) Recomendación tener suficiente información y tomar la mejor decisión para darle valores al coeficiente de escurrimiento, intensidad y el área. COEFICIENTE DE ESCORRENTIA (c) Depende del tipo de suelo ósea de la superficie hacia abajo si es impermeable, semipermeable, permeable, depende de la cobertura vegetal o uso de suelo se refiere de la superficie de la tierra hacia arriba, cultivos, pastizales, sin plantación, etc., depende de la relieve o pendiente del terreno, el coeficiente de escurrimiento es directamente proporcional a la pendiente, menos pendiente menos coeficiente de escurrimiento, nada es totalmente impermeable, también puede involucrar el periodo de retorno.
  • 21. Consulta: Coeficientes de escorrentía según MTOP 2003 Cobertura vegetal Tipo de suelo Pronunciada Alta Media Suave Despreciable 50% 20% 5% 1% Sin vegetación Impermeable Semipermeable Permeable 0.80 0.70 0.50 0.75 0.65 0.45 0.70 0.60 0.40 0.65 0.55 0.35 0.60 0.50 0.30 Cultivos Impermeable Semipermeable Permeable 0.70 0.60 0.40 0.65 0.55 0.35 0.60 0.50 0.30 0.55 0.45 0.25 0.50 0.40 0.20 Pastos Vegetación Ligera Impermeable Semipermeable Permeable 0.65 0.55 0.35 0.60 0.50 0.30 0.55 0.45 0.25 0.50 0.40 0.20 0.45 0.35 0.15 Hierba Grama Impermeable Semipermeable Permeable 0.60 0.50 0.30 0.55 0.45 0.25 0.50 0.40 0.20 0.45 0.35 0.15 0.40 0.30 0.10 Bosques Densos Vegetativo Impermeable Semipermeable Permeable 0.55 0.45 0.25 0.50 0.40 0.20 0.45 0.35 0.15 0.40 0.30 0.10 0.35 0.25 0.05 Valores “c” para aplicar en Q=CIA Relieve Pendiente Terreno Naturaleza Suelo Cobertura Vegetal Suelo Desnudo Bosque Pradera Cultivado Llano 0 – 1% Permeable No Permeable 0.15 – 0,20 0.15 – 0,20 0.20 – 0.25 0.25 – 0.35 0.05 – 0.35 0.30 – 0.40 0.80 – 0.90 Ondulado 1 – 3.5% Permeable No Permeable 0.15 – 0,20 0.15 – 0,20 0.30 – 0.40 0.35 – 0.45 0.45 – 0.65 0.50 – 0.70 Colinas 3.5 – 5.5% Permeable No Permeable 0.20 – 0.25 0.25 – 0.30 0.35 – 0.45 0.45 – 0.55 0.60 – 0.70 0.70 – 0.85 Montañoso >5.5% 0.70 – 0.80 INTENSIDAD DE PRECIPITACIÓN (i) La relación más importante es entre intensidad y duración, las lluvias más peligrosas desde el punto de vista de inundación son las lluvias cortas de alta duración frecuencia no se nota la diferencia. 𝐼𝑇𝑅 = 𝐾 ∗ 𝐼𝑑𝑇𝑅 𝑡𝑛 ITR: Intensidad de precipitación para cualquier periodo de retorno (mm/h) t: Duración de la precipitación (min) K, n: Constantes de ajuste IdTR: Intensidad diaria para un periodo de retorno (mm/h)
  • 22. AREA DE DRENAJE (A) Es diferente según el tipo de obra como por ejemplo el área de drenaje de una alcantarilla no es la misma que para un área de drenaje de una cuneta. Cuando se refiere al área de drenaje es una superficie cuadrada que drenara hacia un punto de descarga se puede diferenciar respecto de zonas rurales a zonas urbanas. Zonas rurales (CH, cuencas hidrológicas): se refiere a la superficie de la cuenca y el punto de estudio, por lo general se tiene la cuenca hidrológica en las zonas rurales, la configuración marcada a través de las curvas de nivel, que si sube vaya por la parte cóncava y si baja vaya por la parte convexa vaya trazando su línea de cumbres. Zonas urbanas (CD, cuencas de drenaje): debe medirse a partir de las superficies que contribuyan al sistema de drenaje. Es muy complicado realizar el trazado de las curvas de nivel en zonas urbanas hay edificaciones urbanas construidas por el hombre que constituyen líneas de cumbre por ejemplo una rejilla es un límite porque intercepta el caudal que esta drenando o sumidero de ventana o finalizado de proyecto, diferentes estructuras que se encuentran en la zona urbana no hay definido una cuenca hidrología no hay líneas de cumbre, el punto más alto que descarga hacia el punto más bajo que recorre por cierto tiempo a través del cauce principal, las zonas urbanas estan implantadas en zonas planas En áreas compuesta por diferentes características superficiales, se debe estimar subáreas y relacionarlas a un coeficiente de escorrentía, para el uso del método racional.
  • 23. 𝑄 = 0.278 ∗ 𝑖 ∗ Σ𝑗=1 𝑚 𝐶𝑗𝐴𝑗 Q: caudal m3/s i: intensidad de precipitación (mm/h) Cj: coeficiente de escorrentía de la subárea j Aj: subárea de drenaje j (km2) Considerando como zonas rurales las zonas perimetrales de la ciudad, las áreas deberán acumularse según el tipo de estructura que se diseñe. METODO SCS Además de determinar el caudal máximo se puede determinar el hidrograma de crecida para ver el comportamiento de la obra en el evento de precipitación. Soil conservation services. Determina la precipitación neta o efectiva a partir de un numero de curva CN asociado a varios factores relacionados con la cuenca de estudio. El número de curva es el método scs, como el coeficiente de escurrimiento es al método racional. SCS relacionado con el número de curva. Se le conoce como método de abstracciones iniciales, porque el método relaciona la precipitación bruta con la precipitación neta y con la capacidad de almacenamiento de la cuenca. Ia: Atracción inicial Pn: Precipitación neta Fa: Abstracción continua Precipitación efectiva: lámina de agua que se genera Precipitación total: es la precipitación que cae Precitación Neta: es la precipitación que se convirtió en escurrimiento Abstracción inicial: está directamente relacionada con uno de los ciclos hidrológicos que es la infiltración.
  • 24. Cuando inicia el evento de precipitación el suelo recibe la primera infiltración que es la abstracción inicial, el suelo no se satura, todo lapso de tiempo desde que inicia hasta que termina el evento de precipitación se denomina infiltración continuada. A diferencia del método racional se puede trabajar con cuencas más grandes porque este método ya no asume la homogeneidad. Se necesita calcular la precipitación neta y la precipitación total de registros en mm, la capacidad de almacenamiento que está en función del número de curva. 𝑃𝑛 = (𝑃 − 0.2𝑆)2 𝑃 + 0.8𝑆 Pn: Precipitación neta (mm) P: Precipitación total (mm) S: Capacidad máxima de almacenamiento (mm) NUMERO DE CURVA (CN) La capacidad de almacenamiento se calcula a través del número de curva 𝑆 = 25.4 ∗ ( 1000 𝐶𝑁 − 10) S: Capacidad máxima de almacenamiento (mm) CN: Numero de curva El número de curva depende del tipo, uso, relieve del suelo y condición hidrológica como es la capacidad de infiltración del suelo. En función del tipo de suelo: Grupo A: arena profunda, suelos profundos depositados por el viento y limos agregados Grupo B: suelos poco profundos depositados por el viento y marga arenosa Grupo C: margas arcillosas, margas arenosas poco profundas, suelos con bajo contenido orgánico, y suelos con alto contenido de arcilla Grupo D: suelos que se expanden significativamente cuando se mojan, arcillas altamente plásticas y ciertos suelos salinos Es importante la Capacidad de infiltración: es necesario identificar los diferentes grupos hidrológicos del suelo e infiltración cuando estan muy húmedos. Una vez determinado la capacidad de almacenamiento se determina la precipitación efectiva HIDROGRAMA TRIANGULAR SINTETICO SCS El método scs facilita un hidrograma triangular sintético facilitan los cálculos. El método scs podemos calcular el caudal pico conocido el área que depende de la estructura a diseñar, se podrá calcular como áreas de cuencas hidrológicas, o cuencas de drenaje para zonas urbanas, zonas compuestas o zonas rurales, el escurrimiento directo es la precipitación neta en mm convertido en lámina de escurrimiento, Tp tiempo que se
  • 25. demora la precipitación desde que inicio el evento hasta alcanzar el caudal pico en horas. El método indica que el tiempo pico se ubica a 0,7 veces el tiempo de concentración Tc >= 10 minutos si es menor trabajamos con 10 minutos. 𝑞𝑝 = 0.208 ∗ 𝐴 ∗ 𝑄 𝑇𝑝 ( 𝑚3 𝑠 ) 𝑇𝑝 = 0.7 ∗ 𝑇𝑐 qp: Caudal pico del hidrograma (m3/s) A: Área de la cuenca (km2) Q: Escurrimiento directo (mm) Tp: Tiempo hasta llegar al caudal pico (horas) Tc: Tiempo de concentración de la cuenca (horas) mayor igual a 10 min HIDROGRAMA UNITARIO Permite determinar el hidrograma de cualquier tipo de precipitación. DETERMINACION DE CAUDALES MAXIMOS: ELLECION DEL METODO Método racional y scs se necesita datos de precipitación, pero no datos de caudales, método racional cuencas de hasta 5 km y scs cuencas hasta 25 km2.
  • 26. Con el método racional se pueden diseñar cunetas, sumideros, alcantarillas que reciben el caudal de escorrentía de la vía no alcantarillas que tiene que solventar el cruce transversal del cauce, con el método scs se puede diseñar alcantarillas y puentes. Análisis de frecuencia precipitación no caudales si cuencas grandes diseña alcantarillas por las cuales crucen cauces de caudal constante como ríos y no únicamente de quebradas, puentes, presas. Hidrograma unitario precipitación si caudal si cuencas grandes diseño alcantarillas, puentes, presas. Empíricos precipitación si caudal si cuencas pequeñas a medianas diseño alcantarillas, puentes, presas. Estructuras existentes precipitación no caudal no cuencas grandes diseño alcantarillas, puentes, presas, se necesita conocer las variables hidráulicas con la cual se determina la capacidad, las variables hidráulicas son la pendiente la longitud la sección la rugosidad, todo lo involucrado en la Ecuacion de Manning. ASPECTOS GENERALES Pasos a seguir para un estudio de drenaje vial PUNTOS DE CONCENTRACION Y DIRECCION DE FLUJO Dirección de flujo y sitios donde se concentran los flujos de agua. Se necesita: • Levantamiento topográfico • Geometría de la carretera (pendientes) • Nivel Freático IDENTIFICACION DE CUENCAS Consiste en la definición del trazado, característico y datos de crecida. Se compone: • Delimitación de las cuencas hidrográficas que cruzan la vía • Determinación de características de la cuenca (área, pendiente, forma, relieve, cobertura vegetal, uso de suelo, cambios antropogénicos) y de su cauce principal (longitud, pendiente, forma del lecho, tipo de suelo, cobertura vegetal, tipo de cauce) • Disponibilidad de datos de caudales DETERMINACION DE PERIODOS DE RETORNO En función del tipo de obra o del riesgo asumido 𝑇𝑟 = 1 1 − (1 − 𝑅)1/𝑁
  • 27. DETERMINACION DEL CAUDAL DE DISEÑO Se estima con métodos hidrológicos Los principales criterios para la elección del método son: • Disponibilidades de datos de caudales • Disponibilidad de datos de precipitación • Tamaño de la cuenca DISEÑO DE LAS OBRAS DE DRENAJE Consiste en la elección del tipo de obra, material y dimensionamiento (cunetas, alcantarillas, sumideros, badenes, puentes, drenaje subterráneo). Se lo realiza: • Con fórmulas hidráulicas • Siguiendo normativa DRENAJE DE LA PLATAFORMA VIAL: Condiciones geométricas del diseño evaluar la sección transversal, el diseño horizontal y el diseño vertical, normativa e hidroplaneo. PLATAFORMA VIAL Se refiere a todo lo que está configurado de asfalto, es todo el ancho de calzada más los parterres intermedios o separaciones centrales. Es la superficie visible de una carretera formada por su calzada, espaldones y bermas (exterior por seguridad o en la parte interior o central), parter central y separadores centrales. Carreteras unidireccionales con calzadas independientes y vías sin pavimentar. En algunos casos no se cuenta con una berma central el caudal acumulado en ese sector y dependiendo de la pendiente longitudinal de la vía, sigue drenando el inconveniente es que no tiene la suficiente capacidad para drenar se acumula y forma un charco o acumulación de caudal en la parte central de la vía, en esa parte un vehículo perderá adherencia.
  • 28. En carreteras unidireccionales que tiene calzadas independientes, por el diseño geométrico se realizó ejes independientes, diferentes cotas de la plataforma vial, podría aplicar drenajes independientes. Vías sin pavimentar de tercer orden: coeficientes de escurrimientos más bajos porque la infiltración va a ser más alto, se tendrá diferentes comportamientos, para drenaje vial se necesitará ubicar en las laterales zanjas, dependiendo del evento de precipitación se destruirán los canales construidos deben tener por lo menos un revestimiento de hormigón para darle durabilidad. SECCION TRANSVERSAL DE UNA PLATAFORMA CON SEPADOR Bombeo importante, es importante identificar si se está en tangente o en curva, identificar las cunetas internas que recibirán el caudal de bombeo de los carriles internos, se podrá ubicar cunetas en la cara interna de la calzada y cuál sería la cuenca de aportación si ya se conoce Lateral de corte: es la unión entre el talud que se tuvo que excavar o cortar artificialmente hasta unirse con el talud natural, el punto de unión final entre el talud de corte artificial y el talud natural es la lateral de corte, inclinación 0.751 Lateral de relleno: el relleno debe tener una inclinación para soportar las cargas del suelo, plataforma y los vehículos, inclinación 1.51, marca la unión entre el talud de relleno artificial con el talud natural. El diseño de drenaje vial se trabaja desde el diseño horizontal, secciones transversales, diseño vertical, identificar las laterales de corte y relleno en planta. El área de drenaje puede ir de alcantarilla a alcantarilla la parte central estar formado por el carril central y la berma y la parte exterior por la calzada berma y el talud artificial, el
  • 29. eje es el punto más alto de la vía, la calzada y la berma tendrán un coeficiente de escurrimiento y el talud otro coeficiente de escurrimiento. Berma un espacio de seguridad o espaldón de la vía en tangente en curva se lo conoce como sobreancho en el diseño geométrico. Partes de la vía: corono plataforma de la vía, separador es el parter, carriles, bombeo, calzada, berma o espaldón, cuneta, talud de relleno o terraplén de relleno, capa de rodadura, base asfáltica, base granular, subbase, subrasante, talud de corte, lateral de corte y relleno, ancho de derecho de la vía, lo más importante es definir las laterales, cada parte de la estructura vial berma, bombeo carril, cunetas, el separador e identificar si es un tramo en tangente o en curva. En una plataforma de calzada unca los caudales se bombearán desde el punto más alto al punto más bajo. En curva la pendiente de bombeo será el peralte un único bombeo la cuneta externe recibirá los caudales del talud de corte. SECCION TRANSVERSAL DE UNA PLATAFORMA PAVIMENTADA DE CALZADA UNICA
  • 30. SECCION TRANSVERSAL DE UNA PLATAFORMA NO PAVIMENTADA HIDROPLANEO Hidroplaneo: se genera por la lámina de agua ósea por la lámina de escorrentía dada a raíz del evento de precipitación que cae sobre la calzada y se forma la lámina de agua. En hidroplaneo será evitar que la lámina de agua alcance un espesor o alcance tal profundidad que genere la perdida de fricción entre los neumáticos del vehículo y la calzada para evitar el efecto de hidroplaneo ósea evitar que pierda adherencia entre la calzada y los neumáticos del vehículo. CONSIDERACIONES GENERALES EFECTO DEL AGUA EN LA PLATAFORMA VIAL Problemas de seguridad de los usuarios que consiste en la disminución de la visibilidad y el hidroplaneo. Diferentes efectos o consecuencias de la escorrentía sobre la plataforma vial que ponen en riesgo la seguridad de los usuarios en las vías. Disminuye la visibilidad y se produce el hidroplaneo, perdida de adherencia entre los neumáticos y la calzada. EFECTOS DEL AGUA EN LA PLATAFORMA VIAL - VISIBILIDAD • Baja visibilidad en los faros, parabrisas, pavimento y señalización • Reduce la capacidad del conductor para ver más allá del parabrisas
  • 31. • Disminuye la cantidad de luz reflejada al vehículo • Produce salpicaduras de las llantas de los vehículos Son efectos esperados ante el evento de precipitación y la circulación de los vehículos sobre una calzada, que además del evento de precipitación acumula una lámina de escurrimiento en su superficie. EFECTOS DEL AGUA EN LA PLATAFORMA VIAL - HIDROPLANEO Ocurre cuando existe una lámina de agua entre los neumáticos y el pavimento que reduce la cantidad de fricción y hace que el conducto pierda el control del vehículo Factores que lo producen: • Vía: textura del pavimento, existencia de surcos o surcos, pendiente transversal y longitudinal ósea el bombeo y el peralte, ancho de la vía • Externos: intensidad de precipitación, labrado de las llantas, presión de inflado de las llantas, destreza del conductor, visibilidad, velocidad de circulación OBJETIVO DEL DRENAJE EN LA PLATAFORMA VIAL Es retirar el agua que cae sobre ella, de la manera más rápida y eficiente, con el fin de brindar seguridad y comodidad al tránsito automotor, evitar que la lámina de agua que se precipito se acumule en la vía y sea lo más rápido posible. Factores a considerar:
  • 32. • Diseño geométrico debe reducir la trayectoria del flujo de agua sobre la calzada para reducir el espesor de la lámina de agua al mínimo, la trayectoria de flujo depende de la pendiente transversal y la pendiente longitudinal. • Incrementar la profundidad de la textura superficial del pavimento para aumentar la capacidad de drenaje en la interfaz neumático-pavimento, el neumático circule sobre la macro textura y bajo la macro textura circule la escorrentía y evitar el hidroplaneo, desventaja la comodidad en la conducción. • Emplear mezclas drenantes que fuercen que el agua circule rápidamente bajo los neumáticos, agregar aditivos al asfalto que ayude a permitir una circulación más rápida del agua sobre la calzada. • Construir estructuras de drenaje longitudinal. CRITERIOS PARA EL DRENAJE DE LA PLATAFORMA: TEXTURA DEL PAVIMENTO Los factores que generan fricción son: MICROTEXTURA: suministrada por pequeñas asperezas superficiales que afectan el nivel de fricción en el área de contacto entre el neumático y el pavimento. MACROTEXTURAS: suministrada por grades asperezas y por la elevación de partículas sobre el nivel del plano base del pavimento. GEOMETRIA DE LA CARRETERA Pendientes: El flujo está determinado por las pendientes longitudinales y transversales LONGITUDINALES • Minimo: 0.3%, recomendable a nuestro medio mayor a 0.5% TRANSVERSALES • En función de la superficie de rodadura 2-2,5
  • 33. Tipo de superficie de rodadura pendiente transversal % Concreto asfaltico o hidráulico 2 Tratamiento superficial 2-3 Tierra o grava 2-4 GEOMETRIA DE LA CARRETERA Pendiente resultante y longitud del flujo Para la longitud resultante se necesita la pendiente de bombeo o peralte y la pendiente longitudinal y el acho de la calzada desde donde inicia el recorrido de la gota de agua hasta donde termina, la longitud resultante de la trayectoria de flujo es decir el camino que sigue la gota de agua desde la parte más alta del eje de la vía hasta llegar a la cuneta punto más bajo. La pendiente resultante es un valor que sirve para cálculos, aplicando Pitágoras de las dos pendientes se tendrá la pendiente resultante. El caudal acumulado del agua sobre una superficie de pavimento a lo largo de una longitud resultante está dado por: 𝐿𝑅 = 𝑤 ∗ √1 + ( 𝑆𝑜 𝑆𝑥 ) 2 𝑆𝑅 = √𝑆𝑜2 + 𝑆𝑥2 LR: longitud resultante de la trayectoria de flujo SR: pendiente resultante de la trayectoria de flujo w: ancho de la calzada So: pendiente longitudinal de la carretera Sx: pendiente transversal de la carretera (bombeo)
  • 34. CASOS ESPECIALES - PARTERRES Se debe tomar en cuenta: • Minimizar los flujos concentrados o extendidos en los parterres que separan el transito unidireccional. • En parterres al ras de las calzadas y de anchos menores a 3m, los escurrimientos de los parterres podrán ser evacuados hacia las calzadas, parterres mayores a 3 m se deberá construir una estructura de drenaje. • En parterres hundidos se debe poner sumideros • Las pendientes mínimas recomendadas para parterres De tierra mayor a 0.25% Pavimentos mayores a 0,12% CASOS ESPECIALES-SECCIÓN DE TRANSITO Secciones de carreteras donde el flujo no es lineal • Curvas verticales cóncavas • Transición en curvas horizontales
  • 35. EJEMPLO VARIABLES HIDROLOGICAS DETERMINACION DEL CAUDAL ACUMULADO EN LA LONGITUD DEL FLUJO. Para determinar la altura de la lámina de agua y la velocidad de hidroplaneo: conocer el caudal acumulado en la longitud de flujo o trayectoria de flujo El caudal acumulado del agua sobre una superficie de pavimento a lo largo de una longitud resultante se determina con la ecuación dada: El caudal es unitario 𝑞 = 𝐿𝑅 ∗ 𝐼 3.6 ∗ 106
  • 36. q: caudal por metro de ancho (m3/s/m) LR: longitud resultante de la trayectoria de flujo (m) I: intensidad de lluvia (mm/h) TIEMPO DE CONCENTRACIÓN DE LA LONGITUD DEL FLUJO Depende de la longitud de recorrido de la intensidad precipitación y la intensidad resultante, coeficiente de rugosidad. El tiempo de concentración de cuanto se demora la gota de agua cuando ya se precipito cuanto se demora en llegar desde el sitio más alto hasta la cuneta. Si la trayectoria del agua sigue varios tramos el tiempo de concentración será la suma del tiempo en cada tramo. 𝑇𝑐 = 6.99 ∗ 𝐿𝑅 0.6 ∗ 𝑛0.6 𝐼0.4 ∗ 𝑆𝑅 0.3 Tc: tiempo de concentración (min) LR: longitud resultante de la trayectoria de flujo (m) n: coeficiente de rugosidad I: intensidad de precipitación (mm/h) SR: pendiente resultante de la trayectoria de flujo (m/m) Para tiempos de concentración grandes, excepto longitudes mayores a 10 m, intensidad de lluvia inferior a 35 mm/h y pendiente resultante menor a 2% Longitudes resultantes que no excedan 200 metros. 𝑇𝑐 = 107 ∗ 𝐿𝑅 0.33 ∗ 𝑛𝐻 𝑆𝑅 0.5 Tc: tiempo de concentración (min) LR: longitud resultante de la trayectoria de flujo (m) nH: coeficiente de rugosidad de Horton (0.015 para superficies pavimentadas) SR: pendiente resultante de la trayectoria de flujo (%) CRITERIOS DE DISEÑO Para revisar el hidroplaneo se trabajará • Como mínimo el tiempo de concentración será de 10 minutos • Periodo de retorno de 25 años • Los flujos concentrados en la plataforma no podrán exceder los 3 lt/s comparar con el caudal unitario
  • 37. EJEMPLO DRENAJE DE LA PLATAFORMA CÁLCULO DE ESPESOR DE LA LAMINA DE AGUA Hay muchos factores dentro del hidroplaneo que no se puede controlar y son pocas las variables que se pueden controlar. El único factor que se puede controlar es el espesor de la lámina de agua mediante el diseño geométrico y el pavimento. Diseño geométrico para el drenaje vial seria las pendientes transversal y longitudinal, y del pavimento se controla mantenimiento, la rugosidad de Manning u Horton. El espesor total de la lámina de agua que contribuye al hidroplaneo dependerá de la profundidad media de textura (PMT) del pavimento más el espesor de la película de agua que fluye sobre la superficie, entre más o menos rugosidad se tenga se tendrá más o menos espesor total del flujo de agua.
  • 38. TRAYECTORIA Y ESPESOR DE FLUJO La reducción de la trayectoria de los flujos implica menor posibilidad a que se presente el hidroplaneo, porque será menor la posibilidad de formación de charcos o que la formación de la película de agua tenga un espesor muy grande y a las salpicaduras excesivas. Mas alta la lámina de agua más alta la longitud de recorrido, más grande el ancho de la calzada más grande la longitud de recorrido. La lámina de agua se calcula en función de las texturas del pavimento. CALCULO DEL ESPESOR DE LAMINA DE AGUA MÉTODO DE ROAD RESEARCHED LABORATORY (RRL) 𝐻 = 0.0474 ∗ √𝐿𝑅 ∗ 𝐼 𝑆𝑅 0.2 H: espesor de la lámina de agua al final de la trayectoria (mm) Lr: longitud resultante de la trayectoria de flujo (m) I: intensidad de precipitación (mm/h) Sr: pendiente resultante de la trayectoria de flujo (m/m) Desventaja no involucra la rugosidad del pavimento solo la geometría de la vía MÉTODO DE GALLAWAY 𝐻 = 0.01485 ∗ 𝑃𝑀𝑇0.11 ∗ 𝐿𝑅 0.43 ∗ 𝐼0.59 𝑆𝑅 0.42 − 𝑃𝑀𝑇 H= espesor de la lámina de agua la final de la trayectoria (mm) Lr= longitud resultante de la trayectoria de flujo (m) I= intensidad de precipitación (mm/h) Sr= pendiente resultante de la trayectoria de flujo (m/m) PMT= profundidad media de textura del pavimento (mm), el valor recomendado es 0.5 mm
  • 39. Para evitar hidroplaneo se recomienda que el espesor de la lámina de agua no sea mayor a 4 mm 𝑉𝐻 = { 96.9 ∗ 𝐻−0.259 𝑠𝑖 𝐻 < 2.4 0.9143 ∗ 𝑆𝐷0.04 ∗ 𝑃𝑁 0.3 ∗ (𝑇𝐷 + 0.794)0.06 ∗ 𝐴 𝑠𝑖 𝐻 ≥ 2.4 } 𝐴 = 𝑚𝑎𝑥 { 12.639 𝐻0.06 + 3.5 ( 22.351 𝐻0.06−4.97 ) ∗ 𝑃𝑀𝑇0.14 } VH: velocidad del vehículo a la cual se produce el hidroplaneo (km/h) PN: presión del neumático (kPa), se recomienda 165 kPa TD: profundidad del labrado neumático (mm), se recomienda 0.5 mm SD: porcentaje de reducción de la velocidad rotacional de la rueda a causa de su circulación sobe una superficie con una lamina de agua, a partir del 10% se recomienda hidroplaneo A: factor dimensional H: espesor de la lamina de agua al final de la trayectoria (mm) PMT: profundidad media de texturas del pavimento (mm), el valor recomendado es 0,5 mm METODO DE IVEY AT AL DISTANCIA DE VISIBILIDAD 𝐿𝑉 = 354407.3 𝐼0.68 ∗ 𝑉𝑖 Lv: distancia de visibilidad (m) I: intensidad de precipitación (mm/h) Vi: velocidad del vehículo (km/h) En base a la velocidad de circulación menor a la velocidad límite de hidroplaneo y la intensidad de precipitación se podría estimar una longitud de visibilidad Sirve para definir una señalización horizontal o vertical a que distancia deben ser colocados la señalética. El hidroplaneo podría ser considerado parte del drenaje transversal, drenaje longitudinal podría estar dado por las alcantarillas y el hidroplaneo. La acumulación de áreas es importante en el drenaje longitudinal, así como también del drenaje transversal, para alcantarillas y cunetas
  • 41.
  • 42. DRENAJE LONGITUDINAL CUNETAS • Constituye las diferentes obras hidráulicas a lo largo del eje longitudinal de la vía • La función del drenaje es evacuar el escurrimiento que se genera por el evento de precipitación sobre la vía y las áreas aledañas ósea por la calzada y el talud de corte, los taludes de relleno no drenan a la calzada. • Permite:
  • 43. • Evitar problemas de hidroplaneo se logra con las pendientes longitudinales y transversales, descargar el caudal acumulado obtenido en hidroplaneo retirar de la calzada mediante cunetas. • Evitar el deterior de la vía. • Evitar la sedimentación sobre la vía chequeando pendientes y velocidades mínimas. TRES TIPOS DE CUNETAS Cuneta longitudinal: ubicado junto a la vía, cunetas junto al terraplén son más pequeñas por recibir el caudal drenado del pavimento. Para definir se necesita sección transversal diseño horizontal y diseño vertical. Cuneta de berma: son pequeñas generalmente drenan únicamente el talud, se encuentra en la parte inferior de la berma al pie del talud, inclinación de 1% hacia el talud. Contracuneta o cuneta de coronación: se encuentra en la parte alta de la lateral de corte, a unos 5 metros de la lateral de corte, no permitir que pase caudales del talud natural al talud artificial. Obedecen a la pendiente longitudinal de la vía son cuneta de berma, cuneta longitudinal, la pendiente longitudinal de las cunetas es la pendiente longitudinal de la vía. Zanja de pie o cuneta de pie: el área drenada es el área proyectada, ancho proyectado, drena el área proyectada del talud de relleno, impedir el paso de caudal generado por el talud de relleno a alguna estructura que se encuentre aguas abajo. Las cunetas de coronación y cunetas de pie van a depender de la topografía, porque la lateral de corte obedece a la vía, para elegir la pendiente se deberá buscar un sitio de descara, no son paralelas al eje de la vía, no tiene la pendiente longitudinal de la vía, no son paralelas a la lateral de corte, tienen un trazo en planta y en perfil independiente de la estructura vial.
  • 44. CUNETAS PROCEDIMIENTO DE DEISEÑIO DE CUNETAS Determinación del caudal de diseño para un determinado periodo de retorno • Método racional Diseño de cunetas (diseño hidráulico) • Definir el tipo de sección • Realizar el trabajo hidráulico mediante Manning • Revestimiento: conocer trabaja en conjunto con el TH • Normativo y recomendaciones: se debe regirse el diseño hidráulico Drenaje de cunetas • Diseño o estructura definitiva AREAS DE DRENAJE Depende de la estructura a diseñar por ejemplo si son las cunetas recibirán el caudal de aportación de las vías y del talud, en la sección transversal se necesitará ver la configuración de la plataforma de las calzadas los taludes y el área topográfica circundante a la sección transversal diseño vertical para evidenciar puntos bajos. Proyección horizontal de toda superficie que se drena sobre la cuneta (plataforma, talud, área topográfica, diseño vertical)
  • 45. VIA EN TERRAPLEN (SIN APORTACION EXTRA) 𝑄 = 𝐶𝐼𝐴 𝑄 = 𝐶𝑣 ∗ ((𝑎 + 𝑏) ∗ 𝐿) ∗ 𝐼 + 𝐶𝑐 ∗ (𝑐 ∗ 𝐿) ∗ 𝐼 𝑠𝑖 𝑎 𝑦 𝑏 𝑡𝑖𝑒𝑛𝑒𝑛 𝑒𝑙 𝑚𝑖𝑠𝑚𝑜 C, 𝑝𝑢𝑒𝑑𝑒 𝑠𝑒𝑟 𝑞𝑢𝑒 𝑛𝑜𝑠𝑒𝑎 𝑖𝑔𝑢𝑎𝑙
  • 46. VIA A MEDIA LADERA 𝑄 = (𝐶𝑐 ∗ (𝑐 ∗ 𝐿) + 𝐶𝑣(𝑏 ∗ 𝐿) + 𝐶𝑐 ∗ (𝐶𝑇 ∗ 𝑇𝑑)) ∗ 𝐼 𝑄 = (𝐶𝑐 ∗ (𝑐 ∗ 𝐿) + 𝐶𝑣 ∗ (𝑏 ∗ 𝑙)) ∗ 𝐼 𝑄𝑖 ≠ 𝑄𝑑 𝑇𝑑: 𝑎𝑟𝑒𝑎 𝑡𝑎𝑙𝑢𝑑 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑟𝑡𝑒 𝑐: 𝑐𝑢𝑛𝑒𝑡𝑎 𝑏: 𝑐𝑎𝑙𝑧𝑎𝑑𝑎 𝑚𝑎𝑠 𝑏𝑒𝑟𝑚𝑎
  • 47. VIA EN CORTE 𝑄𝑖 = ((𝑏 ∗ 𝐿 ∗ 𝐶𝑣) + (𝑐 ∗ 𝐿 ∗ 𝐶𝑐) + (𝑇𝑖 ∗ 𝐶𝑇𝑖)) ∗ 𝐼 𝑄𝑑 = ((𝑏 ∗ 𝐿 ∗ 𝐶𝑣) + (𝑐 ∗ 𝐿 ∗ 𝐶𝑐) + (𝑇𝑑 ∗ 𝐶𝑇𝑑)) ∗ 𝐼 𝑐: 𝑐𝑢𝑛𝑒𝑡𝑎 𝑏: 𝑐𝑎𝑙𝑧𝑎𝑑𝑎 𝑚𝑎𝑠 𝑏𝑒𝑟𝑚𝑎 (𝑣𝑖𝑎)
  • 48. VIA EN PERALTE (MEDIA LADERA) 𝑄𝑖 = 𝑐 ∗ 𝐶𝑐 ∗ 𝐿 ∗ 𝐼 𝑄𝑑 = (𝑇𝑑 ∗ 𝐶𝑇𝑑 + 𝑐 ∗ 𝐶𝑐 ∗ 𝐿 + 𝐶𝑣 ∗ 2𝑏 ∗ 𝐿) ∗ 𝐼
  • 49.
  • 51.
  • 52.
  • 53. DISEÑO DE CUNETAS – TIPOS Tipos • Triangular • Trapezoidal • Rectangular • Parabólica
  • 54. Criterio • Seguridad vial • Capacidad de drenaje DISEÑO HIDRAULICO Consiste en verificar que la capacidad de las secciones es suficiente para transportar el caudal de diseño Ecuacion de Manning: 𝑄 = 1 𝑛 ∗ (𝐴 ∗ 𝑅 2 3 ∗ 𝑆 1 2) Q: caudal de diseño (m3/s) n: coeficiente de rugosidad de Manning A: área de la sección (m2) R: radio hidráulico (m) S: pendiente (m/m) CAPACIDAD HIDRAULICA – SECCION RECTANGULAR 𝐸𝑠𝑝𝑒𝑗𝑜 𝑑𝑒 𝑎𝑔𝑢𝑎: 𝐵 𝐴𝑟𝑒𝑎: 𝐴 = 𝐵 ∗ ℎ 𝑃𝑒𝑟𝑖𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 𝑚𝑜𝑗𝑎𝑑𝑜: 𝑃 = 𝐵 + 2ℎ 𝑅𝑎𝑑𝑖𝑜 ℎ𝑖𝑑𝑟𝑎𝑢𝑙𝑖𝑐𝑜: 𝑅 = 𝐵 ∗ ℎ 𝐵 + 2ℎ
  • 55. CAPACIDAD HIDRAULICA – SECCION TRIANGULAR 𝐸𝑠𝑝𝑒𝑗𝑜 𝑑𝑒 𝑎𝑔𝑢𝑎: 𝐵 = (𝑍𝑖 + 𝑍𝑐) ∗ ℎ 𝐴𝑟𝑒𝑎: 𝐴 = (𝑍𝑖 + 𝑍𝑐) ∗ ℎ2 2 𝑃𝑒𝑟𝑖𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 𝑚𝑜𝑗𝑎𝑑𝑜: 𝑃 = (√1 + 𝑍𝑖2 + √1 + 𝑍𝑐2) ∗ ℎ 𝑅𝑎𝑑𝑖𝑜 ℎ𝑖𝑑𝑟𝑎𝑢𝑙𝑖𝑐𝑜: 𝑅 = (𝑍𝑖 + 𝑍𝑐) ∗ ℎ 2 ∗ (√1 + 𝑍𝑖2 + √1 + 𝑍𝑐2) Recomendaciones: • El talud hacia la vía sea como mínimo 3:1, preferible 4:1 • El talud de corte con la misma pendiente que el propio talud • Máxima lámina de agua de 30 cm
  • 56. CAPACIDAD HIDRAULICA – SECCION TRAPEZOIDAL 𝐸𝑠𝑝𝑒𝑗𝑜 𝑑𝑒 𝑎𝑔𝑢𝑎: 𝐵 = 𝑏 + 2ℎ ∗ 𝑍 𝐴𝑟𝑒𝑎: 𝐴 = (𝑏 + ℎ ∗ 𝑍) ∗ ℎ 𝑃𝑒𝑟𝑖𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 𝑚𝑜𝑗𝑎𝑑𝑜: 𝑃 = 2ℎ ∗ (√1 + 𝑍2) + 𝑏 𝑅𝑎𝑑𝑖𝑜 ℎ𝑖𝑑𝑟𝑎𝑢𝑙𝑖𝑐𝑜: 𝑅 = (𝑏 + ℎ ∗ 𝑍) ∗ ℎ 2ℎ ∗ (√1 + 𝑍2) + 𝑏 PENDIENTE • Valor mínimo de 0.50% (pendiente longitudinal del perfil de la vía) • Valor máximo limitado por la velocidad del flujo VELOCIDAD DE FLUJO Velocidad que produce erosión en la superficie Material Velocidad (m/s) Material Velocidad (m/s) Arena fina 0.45 Pizarra suave 2.0 Arcilla arenosa 0.50 Grava gruesa 3.5 Arcilla ordinaria 0.85 Zampeado 3.4 – 4.5 Arcilla firme 1.25 Roca sana 4.5 – 7.5 Grava fina 2.00 Hormigón 4.5 – 7.5 En la practica se usa una velocidad de diseño en cunetas de 3 m/s en zampeados y de 4 m/s en hormigón. La velocidad mínima recomendada de 0.25 m/s o 0.45 m/s OTRAS CONSIDERACIONES Capacidad de la sección Recomienda que en el diseño de la sección de la cuneta el flujo no rebase el 80% de la capacidad de la sección.
  • 57. Altura de revancha (hs) Se recomienda entre el 5% y un 30% de la altura de agua como protección. Longitud Se recomienda que la longitud máxima de la cuneta sea entre 150 y 200 metros. Concentración de flujos Cuando exista concentración de flujos en las áreas drenantes, se recomienda utilizar una estructura de drenaje transversal. RESUMEN DEL PROCEDIMIENTO DE DISEÑO DE CUNETAS • Determinar el caudal de diseño • Determinar el tipo de sección • Determinar la pendiente y el coeficiente de rugosidad de la cuneta • Encontrar el valor de la altura de la lámina de agua y el ancho • Modificar los valores encontrados para adecuarlos a la experiencia usual • Comprobar que la velocidad este en los rangos permitidos • Calcular la altura de revancha y agregar a la profundidad de agua para definir la altura total EJEMPLO REVESTIMIENTO • Reduce la infiltración • Permite mayor velocidad de flujo
  • 58. • Previene el crecimiento vegetal • Reduce el costo de mantenimiento • Aumenta la vida útil • Mejora la estabilidad El revestimiento se lo debe hacer en vías de primer orden y segundo orden, en vías de tercer orden es opcional. DESCARGA DE CUNETAS Generalidades El drenaje de la cuneta debe evitar alterar los parámetros de flujo del cuerpo de agua, receptar y evitar problemas de socavación. En cada punto de desagüe de un tramo se debe evaluar el impacto de la descarga. La reducción del impacto se puede lograr con un ángulo adecuado de entrega o con una descarga a una velocidad menor al de la corriente. CAJAS COLECTORAS Sirve como salida de agua de las cunetas y entrada de agua a las alcantarillas, permitiendo el paso del agua drenada de las cunetas por debajo de la vía. RAMPAS DE DESCARGA O BAJANTES Canales que parten de las cunetas y descienden transversalmente por los taludes de l vía al terreno natural. Se caracteriza por tener pendientes fuertes que generan altas velocidades de flujo que se tienen que controlar.
  • 59. ZANJAS DE CORONCION Y CUNETAS DE BERMA Definición: son canales excavados en el terreno natural ubicados en las coronas de los taludes de corte. Función: interceptar el agua superficial que escurre por la ladera a mayores alturas para: • Reducir la erosión del talud • Reducir el caudal que llega a la cuneta • Evitar materiales de arrastre que lleguen a la cuneta Cuneta de berma: deben tener la misma pendiente que la vía, la pendiente longitudinal, recubrimiento, capacidad, velocidad responde exactamente igual a una cuneta longitudinal de vía. Contra cuneta o cuneta de coronación: la cuneta de coronación ya no responde a la pendiente longitudinal de la vía, esta cuneta de coronación va a tener una pendiente longitudinal que va a depender de la topografía que se encuentre sobre la lateral de corte que es donde va a estar ubicado la cuneta son cunetas excavadas en terreno natural. Su principal función es retener el caudal que s encuentra sobre la lateral de corte. Localización: se ubica a una distancia variable con respecto a la corona del talud. La contracuneta debe estar lo suficientemente cerca del talud para evitar zonas susceptibles a escorrentías descontroladas y lo suficientemente lejos para evitar que se escurra sobre terrenos susceptibles a derrumbes.
  • 60. La distancia mínima entre la contracuneta y la corona del talud debe: • La mayor distancia entre 5 m y la altura del talud de corte. No es paralela la cuneta de coronación a la lateral de corte, la distancia mínima de la cuneta de coronación con respeto a la lateral de corte no será menor a 5 metros. Consideraciones: la decisión de plantar una contracuneta se fundamenta en consideraciones topográficas relacionadas con el área de captación sobre el talud y el tipo de terreno natural de la zona. Se tiene que priorizar en: • Taludes que no estan protegidos con grandes áreas de captación de lluvias. • Taludes formados por materiales erosionados para evitar el transporte de sólidos. DISEÑO DE CONTRACUNETAS RESUMEN DE POCEDIMIENTO DE DISEÑO DE CONTRACUNETAS • Determinar el caudal de diseño (sobre el área lateral de corte) • Determinar el tipo de sección • Determinar la pendiente y el coeficiente de rugosidad de la cuneta • Encontrar el valor de la altura de la lámina de agua y el ancho • Modificar los valores encontrados para adecuarlos a la experiencia usual • Comprobar que la velocidad este en los rangos permitidos • Calcular la altura de revancha y agregar a la profundidad de agua para definir la altura total DISEÑO DE SECCIONES La contracuneta está definida por su capacidad hidráulica en función de la precipitación, el área de captación y las características de la zona. Las secciones típicas son las rectangulares y trapezoidales. El tamaño más común es:
  • 61. • Profundidad: 0.4 a 0.6 m • Ancho: 0.6 a 0.8 (ancho mayor en caso de secciones trapezoidales) En cunetas de berma los tamaños pueden ser mucho menores. PENDIENTE Y REVESTIMIENTO La contracuneta en general tiene una pendiente similar al talud de corte (pero no es necesariamente, depende de la topografía). Se debe tratar de diseñar la contracuneta con una pendiente única. Cuando el talud es muy escarpado (inclinado) la contracuneta debe alejarse del corte y seguir las curvas de nivel de la ladera para evitar pendientes longitudinales muy fuertes. La pendiente no deberá ser mayor a la velocidad de erosión del suelo o de la superficie revestida. Las contracunetas pueden ser revestidas o no en función de la erosión del suelo. En caso de ser revestidas se utilizará el mismo material que para las cunetas. DRENAJE Se debe seguir las mismas recomendaciones que para el caso de cunetas. Se debe intentar que las descargas sea aguas arriba del cruce de la vía para evitar pendientes fuertes y la construcción de estructuras que transporten el caudal hacia el cauce.