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“SECRETARÍA DE AGRICULTURA,
GANADERÍA,
DESARROLLO RURAL,
PESCA Y ALIMENTACIÓN”
Subsecretaría de Desarrollo Rural
Dirección General de Producción Rural Sustentable
en Zonas Prioritarias
Diseño Hidráulico de
Obras Complementarias
en Caminos Rurales
i
CONTENIDO
1. INTRODUCCIÓN ...................................................................................................................... 1
2. OBJETIVO ............................................................................................................................... 1
3. VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LAS OBRAS COMPLEMENTARIAS A LOS CAMINOS..................... 1
3.1. VENTAJAS ...............................................................................................................................................1
3.2. DESVENTAJAS.........................................................................................................................................1
4. FACTORES HIDROLÓGICOS A CONSIDERAR EN EL DISEÑO HIDRÁULICO DE LAS OBRAS DE
DRENAJE EN CAMINOS................................................................................................................... 1
5. ESTUDIOS HIDROLÓGICOS....................................................................................................... 2
6. VADOS.................................................................................................................................... 2
6.1. CRITERIOS DE DISEÑO............................................................................................................................3
6.2. DIMENSIONES DEL VADO.......................................................................................................................3
Cálculo del vado estándar ................................................................................................................................................3
Cálculo del badén trapezoidal..........................................................................................................................................4
7. ALCANTARILLAS...................................................................................................................... 4
7.1. TIPO Y SECCIÓN......................................................................................................................................4
7.2. CRITERIOS DE DISEÑO............................................................................................................................5
Dimensiones de las alcantarillas ......................................................................................................................................5
7.3. CÁLCULO DE LAS DIMENSIONES DE ALCANTARILLAS ............................................................................6
7.4. ALCANTARILLAS PARA CAUCES NATURALES..........................................................................................8
8. VADOS CON TUBERÍAS............................................................................................................ 8
8.1. CRITERIOS DE DISEÑO............................................................................................................................8
8.2. CÁLCULO DE LAS CAJAS POR MEDIO DE NOMOGRAMAS......................................................................8
8.3. DIMENSIONES DEL VADO.......................................................................................................................9
8.4. CRITERIOS PARA EL USO VADOS ..........................................................................................................10
9. CUNETAS .............................................................................................................................. 10
9.1. CAPACIDAD DE LAS CUNETAS ..............................................................................................................11
9.2. REVESTIMIENTO DE LAS CUNETAS.......................................................................................................12
9.3. ALCANTARILLAS PARA CUNETAS..........................................................................................................13
ii
10. ESTRUCTURAS DE CONTENCIÓN............................................................................................ 13
11. CAÍDAS................................................................................................................................. 14
11.1. SECCIÓN DE CONTROL .........................................................................................................................17
11.2. TRANSICIÓN HIDRÁULICA ....................................................................................................................18
11.3. CAÍDA VERTICAL...................................................................................................................................20
11.4. CAÍDA INCLINADA ................................................................................................................................22
12. RÁPIDA................................................................................................................................. 25
13. BIBLIOGRAFÍA....................................................................................................................... 31
1
DISEÑO HIDRÁULICO DE OBRAS COMPLEMENTARIAS EN CAMINOS
RURALES
1. INTRODUCCIÓN
Los caminos rurales son de vital importancia
para los productores ya que les permiten el
acceso a las zonas donde realizan sus diferentes
actividades agrícolas, ganaderas, forestales, etc.
También les dan acceso a los mercados para la
comercialización de sus cosechas.
Los caminos son necesarios, pero deben
construirse y conservarse de tal manera que se
eviten impactos ambientales negativos. Un
camino bien planeado, ubicado, diseñado y
construido producirá impactos adversos
mínimos en el medio ambiente y será rentable
en cuanto a costos a largo plazo, con costos
razonables de mantenimiento y reparación.
Los caminos consideran diversas obras
complementarias tales como cunetas,
alcantarillas, vados, puentes, caídas y rápidas
etc. De ellas depende la vida útil y el buen
funcionamiento del camino.
En la presente ficha técnica se abordarán temas
relacionados al diseño hidráulico de alcantarillas,
vados, cunetas, estructuras de contención,
caídas y rápidas para salvar desniveles
topográficos.
2. OBJETIVO
Proporcionar los elementos necesarios para
el diseño hidráulico de obras
complementarias a los caminos rurales.
3. VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LAS
OBRAS COMPLEMENTARIAS A LOS
CAMINOS
3.1. VENTAJAS
Proporcionan a los caminos mayor vida útil,
mejor funcionamiento y una mayor
seguridad al tránsito.
Permiten un control de los escurrimientos
naturales y estabilizan la superficie de
rodadura y la base del camino.
Disminuyen la cantidad de prácticas de
mantenimiento para los caminos.
Reducen los impactos negativos que causan
los caminos al medio ambiente.
3.2. DESVENTAJAS
Incrementan los costos y el tiempo de
construcción de los caminos.
Una mala ubicación y diseño de la obra
puede ocasionar un mal funcionamiento del
camino.
Mal diseñadas favorecen la concentración
de escurrimientos provocando erosión.
4. FACTORES HIDROLÓGICOS A
CONSIDERAR EN EL DISEÑO
HIDRÁULICO DE LAS OBRAS DE
DRENAJE EN CAMINOS
a) Tamaño del área de drenaje
2
El caudal aportado, además del tamaño de la
cuenca, estará en función de las condiciones
climáticas, fisiográficas, topográficas, tipo de
cobertura vegetal, tipo de manejo del suelo, etc.
b) Evaluación de la información hidrológica
De acuerdo a la información disponible se
elegirá el método más adecuado para obtener
estimaciones de la magnitud del caudal de
diseño.
c) Período de retorno
El periodo de retorno a utilizar, en el diseño de
una obra, depende de la probabilidad de
excedencia de un evento, de la vida útil de la
estructura y del riesgo de falla permisible.
5. ESTUDIOS HIDROLÓGICOS
Los estudios hidrológicos permiten determinar el
caudal de diseño de la estructura, en donde
interviene el tamaño y características de la
cuenca, su cubierta del suelo y del caudal de
diseño.
Para determinar el caudal del diseño de una
cuenca, se utiliza el “Método Racional” explicado
en el “Instructivo de Hidrología” de COUSSA-
SAGARPA.
6. VADOS
Los vados son estructuras destinadas a proteger
de la erosión a un camino y desalojar
adecuadamente el agua superficial que circula
por pequeños cauces naturales o artificiales en
forma permanente o temporal. Su uso está
limitado a sitios con pequeñas descargas y a
zonas planas (Figura 1).
Este tipo de drenaje, transversal a un camino, es
una alternativa satisfactoria al uso de
alcantarillas y de puentes para el cruce de
arroyos en caminos de bajo volumen de tránsito
en los que el uso de la vía y las condiciones de
flujo del arroyo sean las adecuadas.
El objetivo principal en el diseño hidráulico de
una obra de drenaje transversal, es determinar
la sección hidráulica más adecuada que permita
el paso libre del flujo que transportan los cauces
y conducirlos sin causar daños al camino.
Para construir vados se necesitan conocer las
características del sitio y realizar análisis
hidrológicos, hidráulicos y bióticos. Idealmente
se deben construir en lugares estrechos a lo
largo del arroyo y ubicarse en una zona de piso
firme (roca sana) que proporcionen buenas
condiciones de cimentación.
Figura 1. Tipos de badén.
3
6.1. CRITERIOS DE DISEÑO
El caudal de diseño se debe calcular usando
el Método Racional, para un período de
retorno de 5 años, el cual se encuentra
explicado en el Instructivo de Hidrología.
Así mismo hay que considerar la altura
máxima alcanzada por el nivel del agua para
caudal de diseño.
6.2. DIMENSIONES DEL VADO
El vado se comporta como un canal de superficie
libre. Para determinar su capacidad se utiliza la
ecuación de continuidad y la fórmula de
Manning:
(1)
Donde:
= caudal (m³/s).
= coeficiente de rugosidad de Manning que
depende de la superficie del fondo del canal y
del tipo de material que se construirá el
badén (Anexo 1).
= Área de la sección transversal (m²).
= Radio hidráulico dado por A/P (m).
= Perímetro mojado de la sección transversal
(m).
= Pendiente longitudinal del fondo (%).
Cálculo del vado estándar
En el caso de un badén trapezoidal o estándar
(Figura 2) el diseño hidráulico se realiza con el
siguiente procedimiento:
1. Pendiente de los lados de la estructura (s),
en decimales.
2. Área , donde y es la
profundidad máxima.
3. Perímetro mojado .
4. Radio hidráulico (A/P).
5. Sustituir valores en la ecuación de Manning,
el coeficiente de rugosidad, depende del
tipo de material que se construirá el vado.
6. Se comparan los resultados, si el caudal de
la cuenca ( ) es menor que el máximo, se
acepta el badén estándar, caso contrario
será necesario un badén trapezoidal.
Figura 2. Características geométricas de los vados
triangulares y trapezoidales.
4
Cálculo del badén trapezoidal
En el caso de un badén trapezoidal (Figura 2) el
diseño hidráulico se realiza con los siguientes
pasos:
1. Pendiente de los lados de la estructura (z),
en decimales.
2. Área . Donde b en el
ancho del fondo e y es la profundidad
máxima, ambas dimensiones en metros.
3. Perímetro mojado
.
4. Radio hidráulico (A/P).
5. Sustituir valores en la ecuación de Manning.
6. Se comparan los resultados, si el caudal de
la cuenca ( ) es menor que el máximo, se
acepta el badén trapezoidal; en caso
contrario será necesario ajustar el valor de
la plantilla o ancho del fondo (b).
7. ALCANTARILLAS
Las alcantarillas son tuberías de drenaje hechas
generalmente de metal, concreto o plástico,
instaladas por debajo de la superficie del
camino, para desalojar el agua desde el interior
del mismo. Las alcantarillas se usan para drenar
las cunetas, los manantiales y los arroyos que
cruzan el camino.
La densidad de alcantarillas en un proyecto vial
influye directamente en los costos de
construcción y de mantenimiento, por ello, es
muy importante tener en cuenta la adecuada
elección de su ubicación, alineamiento y
pendiente, a fin de garantizar el paso libre del
flujo que intercepta el camino, sin que se afecte
su estabilidad.
7.1. TIPO Y SECCIÓN
Los tipos de alcantarillas comúnmente utilizadas
en proyectos de caminos son de marco de
concreto, tuberías metálicas corrugadas,
tuberías de concreto y tuberías de polietileno de
alta densidad (Figura 3).
Figura 3. Tipos de alcantarillas.
Las secciones transversales de las alcantarillas es
variable (cuadrada, rectangular) siendo la más
común la sección circular. En el punto de
entrada, con el piso o el fondo de la estructura,
se deja una cubeta para acumular flujo
temporalmente.
La elección del tipo de material de la alcantarilla
depende de varios aspectos, entre ellos el
tiempo de vida útil, costo, resistencia, rugosidad,
condiciones del terreno, resistencia a la
corrosión, abrasión, riesgo de fuego,
5
impermeabilidad, tipo de suelo y la
disponibilidad de materiales en el lugar.
El proceso de enterrar la tubería implica hacer
una zanja adecuada (profundidad y desnivel
apropiados) y colocar la tubería. Compactar
primero los lados sin tocar el tubo.
Posteriormente colocar la tierra de relleno sobre
el tubo y compactarla a una vez que se tenga
una capa de 20 cm sobre su corona
7.2. CRITERIOS DE DISEÑO
Se emplea el Método Racional, con un
período de retorno de 10 años.
Para la carga hidráulica máxima de la
alcantarilla y para determinar el caudal que
puede desalojar la estructura, se considera
el nivel del agua al borde del muro del
cabezal; se debe procurar un mínimo de 40
cm arriba de la rasante del nivel del agua.
El diámetro mínimo, por razones de
mantenimiento, es de 30 pulgadas
(aproximadamente 76 cm).
La pendiente de la tubería será de 2-3 %,
pudiendo aumentar según topografía del
terreno.
Dimensiones de las alcantarillas
La Federal Higway Administration (FHWA) en el
“Hydraulic Design Nº5, Hydraulic Design of
Highway Culverts”, presenta varias metodologías
para el cálculo de diferentes tipos de
alcantarillas, que emplean procedimientos
numéricos y gráficos.
En dicho documento las variables que
intervienen en el cálculo de una alcantarilla
quedan integradas en la siguiente expresión:
(2)
= Profundidad de la carga en el control de
entrada (m).
=Diámetro interno de la tubería (m).
= Caudal (m³/seg).
= Área llena de la tubería (m²).
= Constantes, que dependen del tipo de
alcantarilla y la forma del delantal o aletón1
de
entrada. La FHWA elaboró valores para estas
constantes (Anexo 2).
Las alcantarillas deben tener estructuras
denominadas cabezales, que son muros
construidos a la entrada y la salida de las
alcantarillas. Sus funciones son:
Evitar la erosión alrededor de la alcantarilla.
Evitar los movimientos horizontales y
verticales de los tubos.
Guiar la corriente.
Permitir un mayor ancho de la vía y por
ende, dar mayor seguridad a los usuarios del
camino.
Para garantizar un buen funcionamiento de los
cabezales y una mayor vida útil de los mismos,
deberán revisarse las siguientes consideraciones
técnicas:
1
Muro de contención para contener al cabezal y protegerlo de la
socavación.
6
Las dimensiones de los cabezales deben ser
tales que impidan el deslizamiento de los
taludes inmediatos hacia el canal de la
corriente.
Los cabezales pueden ser construidos de
concreto reforzado, de mampostería o de
concreto ciclópeo, entre otros.
La excavación requerida, para cabezales,
debe quedar prevista durante la colocación
de alcantarillas.
La altura de los cabezales y demás
dimensiones dependen además de la
profundidad a la cual se encuentre el
terreno firme y de la necesidad de dar
consistencia al talud inmediato.
Con el fin de evitar el desacomodo de los
tubos, la construcción de los cabezales se
realizará inmediatamente después de la
colocación de las alcantarillas.
En la Figura 4 se muestra el alineamiento
correcto de los cabezales en una alcantarilla.
Alcantarilla
Cabezal
Cabezal
El alineamiento del cabezal no está de
acuerdo con la vía. Forma incorrecta.
Alcantarilla
Cabezal
Cabezal
El alineamiento del cabezal es paralelo
al eje de la vía. Forma correcta.
Alcantarilla
Cabezal
Cabezal
El alineamiento del cabezal no está de
acuerdo con la vía. Forma incorrecta.
Alcantarilla
Cabezal
Cabezal
El alineamiento del cabezal es paralelo
al eje de la vía. Forma correcta.
Figura 4. Alineamiento de los cabezales correspondiente
con el ancho de vía.
El perfil de la alcantarilla con control de entrada,
se muestra en la Figura 5.
Figura 5. Perfil alcantarilla.
En el Anexo 3, se muestran los nomogramas
para tuberías de concreto, cajas de concreto y
alcantarillas de hierro corrugado.
7.3. CÁLCULO DE LAS DIMENSIONES DE
ALCANTARILLAS
En función del área de drenaje y de las
condiciones de hidrológicas contrastantes de la
cuenca (terrenos con taludes pronunciados con
cubierta vegetal ligera y taludes suaves con
cubierta vegetal densa), en el Cuadro 1 se
muestra el dimensionamiento general de una
alcantarilla circular.
7
Cuadro 1. Dimensionamiento de alcantarillas.
Dimensionamiento de una estructura de drenaje
circular
Área de
drenaje de
la cuenca
(ha)
Dimensiones de la estructura de drenaje
Diámetro en pulgadas (in) y Área (m2
)
Taludes
pronunciados
Cubierta con
vegetación ligera
C= 0.7
Taludes suaves
Cubierta con
vegetación densa
C=0.2
Tubo
circular
(in)
Área del
tubo
(m2
)
Tubo
circular
(in)
Área del
tubo
(m2
)
0-4 30" 0,46 18" 0,17
04-08 42" 0,89 24" 0,29
08-15 48" 1,17 30" 0,46
15-30 72" 2,61 42" 0,89
30-50 84" 3,58 48" 1,17
50-80 96" 4,67 60" 1,82
80-120 72" 2,61
120-180 84" 3,58
Notas:
Si el diámetro del tubo no está disponible, use el
tamaño más grande siguiente para el área de
drenaje considerada. Para terreno intermedio,
interpole entre los tamaños del tubo.
El tamaño del tubo se basa en el caudal máximo y
en las curvas de Capacidad de Alcantarillas. Se
asume una intensidad de lluvia de 75 mm/h (3”/h) a
100 mm/h (4”/h). Los valores de “C” corresponden a
los Coeficientes de Escorrentía para el terreno.
Para regiones tropicales con lluvias intensas
frecuentes (más de 250 mm/h), las áreas de drenaje
para cada tamaño del tubo deben reducirse al
menos por la mitad.
Para una mejor aproximación del
dimensionamiento de la alcantarilla se usan los
nomogramas (Figuras 12, 13 y 14), elaborados
por la FHWA para concreto y metal, que
resuelven gráficamente la Ecuación 2. El
procedimiento general para el uso estos
nomogramas es el siguiente:
1. Se determina el caudal de diseño Qd
mediante un estudio hidrológico.
2. Se propone el tipo y diámetro de la tubería
(D) y el número de conductos.
3. Se estima la carga He, que corresponde a la
altura de la alcantarilla (D) más cierta altura
sobre la corona. En este caso podría llegar
hasta la altura del cabezal, esto es,
He=D+0.45 m.
4. Con el valor estimado de He se calcula He/D.
5. En el gráfico, según el tipo de material a
utilizar, se ubica el valor de He/D en la
escala correspondiente (Carga del agua en
diámetros, escala 3); de este punto se traza
una línea recta hasta la escala 1 del lado
izquierdo (Diámetro) D y el valor que
intercepta la línea en la escala del medio
(Descarga Q en m³/s), corresponde al caudal
en m³/s por conducto.
6. El valor de este caudal se multiplica por el
número de conductos, si fuese más de una,
y el valor encontrado corresponde al caudal
final.
7. Si el caudal final es semejante al Qd
entonces la elección del diámetro y número
de la tubería fue correcta; en caso contrario
se debe probar una nueva dimensión o
cantidad de tubos (Figura 6).
8
Figura 6. Alcantarilla con varios tubos.
7.4. ALCANTARILLAS PARA CAUCES
NATURALES
Para alcantarillas en drenajes naturales
deben tener un tamaño adecuado en base al
diseño para desalojar las avenidas de diseño
más los escombros que se puedan
presentar.
En alcantarillas para drenajes naturales usar
tubos individuales de gran diámetro o un
cajón de concreto en vez de varios tubos de
diámetro menor. Lo anterior tiene por
objeto minimizar el potencial de
taponamiento.
Instalar alcantarillas lo suficientemente
largas de tal forma que ambos extremos de
la alcantarilla sobrepasen el pie de relleno
del camino.
8. VADOS CON TUBERÍAS
En algunos caminos que por sus niveles y tráfico
no justifican la construcción de un puente, se
utilizan las denominadas obras de bajo nivel.
Estas obras comprenden básicamente vados
con tubos y sin tubos. (Figura 7).
Por sus características, los vados con tubos son
rebasados temporalmente por las aguas,
interrumpiéndose el tránsito vehicular.
Figura 7. Vado con tubo.
8.1. CRITERIOS DE DISEÑO
Determinar el caudal de diseño, utilizando el
Método Racional ya que generalmente los
cursos de agua que drenan los vados son
cuencas medianas que requerirían un puente o
cajas para un tránsito permanente. La
probabilidad de diseño debe ser para un
período de retorno de 5 años.
8.2. CÁLCULO DE LAS CAJAS POR MEDIO
DE NOMOGRAMAS
1. Se determina el caudal de diseño Qd.
2. Se asumen las dimensiones de la caja y el
número de conductos.
3. Se estima la carga He, que corresponde a la
altura de la caja (D) más cierta altura sobre
la corona. En este caso de las alcantarillas
podría llegar hasta la altura del cabezal, lo
que correspondería He=D+0.45 m.
4. Se calcula He/D.
Tubos
Cajas
9
5. Se ubica el valor de He/D (Figura 12, 13 y
14) en la escala correspondiente (Altura de
la carga en términos de la altura de la caja,
escala 3); de este punto se traza una línea
recta hasta la escala 1 del lado izquierdo
(Altura de la caja) D y el valor que intercepta
la línea en la escala del medio, escala 2
(Relación de descarga por ancho Q/B),
corresponde al caudal en m³/s por metro de
ancho de la caja.
6. El valor de este caudal se multiplica por el
ancho de la caja y si la cantidad de cajas
fuese más de una, se multiplicaría por el
número de estas; el valor encontrado
corresponde al caudal final.
7. Si el caudal final es semejante al Qd
entonces la elección del diámetro y número
de cajas fue correcta; en caso contrario se
debe probar nueva dimensiones o de las
cajas u otro número de conductos.
La carga hidráulica máxima, asociada al caudal
de este período de retorno, no debe rebasar 30
cm por encima de la losa del vado.
8.3. DIMENSIONES DEL VADO
En el vado se combina el trabajo de los tubos
como alcantarillas comunes y el agua que no
puede ser desalojada por la tubería que pasa
encima del camino que funciona como un
vertedero de cresta ancha (Figura 8).
Figura 8. Vado con tubo.
1. Se determina el caudal de diseño Qd.
El caudal total ( ) que drenará el vado será
el caudal evacuados por las alcantarillas
( ) más el caudal del vertedor ( ).
2. Se estima la carga He que corresponde al
diámetro de la tubería de la alcantarilla (D)
más la altura sobre la corona hasta el borde
de la losa de rodamiento más la lámina que
se inundará en la losa (h).
3. Se calcula He/D.
4. Se ubica el valor de He/D (Figura 12) en la
escala correspondiente (Carga del agua en
diámetro); se traza una línea recta hasta la
escala del lado izquierdo (Diámetro) D y el
valor que intercepta la línea en la escala del
medio (Descarga Q), corresponde al caudal
en m³/s por conducto.
5. El valor de este caudal se multiplica por la
cantidad de elementos, si fuese más de uno,
y el valor encontrado corresponde al caudal
de las alcantarillas ( ).
6. El caudal sobre la losa (Qver) se obtiene
mediante la ecuación de un vertedor de
cresta ancha:
(3)
10
C = Coeficiente de descarga estimado en 1.7
para el sistema métrico.
L = Longitud del agua de la losa a inundarse, con
pendiente longitudinal = 0.
H = Profundidad de la lámina de agua sobre la
losa.
7. Se obtiene el caudal ( ), si
el valor es semejante a , los diámetros y
cantidad de tubos asumidos son adecuados,
puede ser necesario proceder conforme a
las situación resultante.
a. Si es un poco menor que , se asume
una lámina inundada menor con el fin de
determinar la profundidad de la lámina
exacta.
b. Si es un poco menor que , se compara
la diferencia entre ambos con el caudal de
un tubo, para determinar la posibilidad de
eliminar una tubería, y se ajusta el valor L (la
longitud del vado).
c. Si es un poco mayor que se compara
la diferencia entre ambos con el caudal de
un tubo, a fin de determinar si es necesario
aumentar tubos y se ajusta el valor L
(longitud del vado).
8.4. CRITERIOS PARA EL USO VADOS
Ubicar los vados donde los márgenes del
arroyo sean bajas y donde el cauce este bien
confinado.
Usar estructuras o losas suficientemente
largas para proteger el perímetro mojado
del cauce natural del arroyo.
Proteger toda la estructura con pantallas
impermeables, enrocamientos, losas de
concreto, u otro tipo de protección contra la
socavación.
Lo ideal es construir las cimentaciones sobre
material resistente a la socavación o por
debajo de la profundidad esperada de
socavación.
9. CUNETAS
El sistema de drenaje longitudinal está
constituido por aquellos elementos que se
desarrollan de forma aproximadamente paralela
al eje del camino. El más importante es la
cuneta, canal que capta y canaliza el caudal que
corre por la vía. Las cunetas son básicamente
canales abiertos construidos en los costados de
los caminos.
La sección transversal de una cuneta es variable,
según lo determine el diseño, siendo común la
forma triangular (Figura 9), porque facilita la
limpieza por medios mecánicos, aunque también
se puede construir con otras formas como
trapezoidal, rectangular y circular (Figura 10).
Por condiciones de seguridad, el Cuadro 2
muestra la inclinación del talud interior de la
cuneta (1:Z1) en función de la velocidad de
diseño (km/hr) y volumen de tránsito esperado
(veh/día).
11
Figura 9. Sección típica de cuneta triangular.
0.60
0.60
Triangular
0.40
0.50
Trapezoidal
0.35
0.45
Rectangular
0.40
0.25
Semicircular
(1/2 tubo de 20")
0.500.60
0.60
0.40
0.50
0.35
0.45
Rectangular
0.40
0.25
Semicircular
(1/2 tubo de 20")
0.50
Figura 10. Secciones típicas de cunetas.
Cuadro 2. Inclinaciones máximas del talud (1:Z1) interior
de la cuneta (MTC, 2001).
Velocidad
de diseño.
(km/h)
Índice Medio Diario Anual de vehículos
(veh/día)
< 760 >760
< 70 1:2 1.3* 1:3
>70 1:3 1:4
*Sólo en casos muy especiales.
La inclinación del talud de la cuneta (1:Z2), que
se muestra en la Figura 9 será de acuerdo al tipo
de inclinación considerada en el talud de corte.
Para la cuneta más usual, la de sección
triangular, se presentan en el Cuadro 3 las
dimensiones mínimas de acuerdo a las
condiciones pluviales.
Cuadro 3. Dimensiones mínimas de una sección
triangular.
REGIÓN
PROFUNDIDAD
(d) (m)
ANCHO (a)
(m)
Seca (<400 mm/año) 0.20 0.50
Lluviosa (De 400 a
<1,600 mm/año)
0.30 0.75
Muy lluviosa (De 1600
a <3,000 mm/año)
0.40 1.20
Muy lluviosa (>3,000
mm/año)
0.30* 1.20
*Sección trapezoidal con un ancho mínimo de fondo de
0.30. Fuente: MTC, 2001.
9.1. CAPACIDAD DE LAS CUNETAS
En caso de requerir una mayor definición sobre
las dimensiones de la cuneta se efectuará un
análisis hidrológico e hidráulico.
El análisis hidrológico proporciona el caudal
correspondiente, al área de aporte a lo largo de
la cuneta, mismo que se calcula con la expresión:
(4)
Donde:
Q = Caudal (m3
/s).
C = Coeficiente de escurrimiento de la cuenca.
A = Área aportante (km2
).
I = Intensidad de la lluvia de diseño (mm/h) para
un periodo de retorno de 5 años.
12
Para el diseño hidráulico de las cunetas se utiliza
el principio del flujo en canales abiertos, usando
la ecuación de Manning:
(5)
Donde:
Q = Caudal en la cuneta, m3
/s.
A= Área de la sección transversal (m2
).
V = Velocidad admisible en la cuneta (Cuadro
36), m/s.
n = coeficiente de rugosidad de Manning,
adimensional (Cuadro 4).
Rh = radio hidráulico, relación entre el área
transversal y el perímetro mojado (Cuadro 5), m.
s = pendiente de la cuneta, adimensional.
Cuadro 4. Valores de rugosidad (n) más usados en
cunetas . (MTC, 2001).
Cunetas excavadas
en el terreno
n = 0.30
Cunetas en roca n = 0.04
Cunetas de concreto 0.015
Cuadro 5. Valores de radio hidráulico y sección
transversal.
Dato geométrico Talud interior (Z1) = exterior (Z2)
Talud (Z1=Z2) 1:2 1:1.5
Radio hidráulico
Área hidráulica
En general el procedimiento de diseño consiste
en determinar la capacidad máxima de las
cunetas correspondiente a la velocidad
admisible en distintas pendientes. El
procedimiento de cálculo se resume como sigue:
Elegir una altura d, que sea menor a 0.60 m.
Calcular el radio hidráulico.
Calcular el área de la sección mojada.
Calcular el caudal con la fórmula de
Manning y verificar que el caudal calculado
con la ecuación de manning sea mayor que
el caudal de aporte.
9.2. REVESTIMIENTO DE LAS CUNETAS
Las cunetas deben ser revestidas, para evitar la
erosión del cauce o conducto, de corrientes de
agua que alcancen velocidades medias
superiores a los límites fijados (Cuadro 6).
Cuadro 6. Velocidades límites admisibles (MTC, 2001).
TIPO DE SUPERFICIE
VELOCIDAD LÍMITE
ADMISIBLE (m/s)
Arena fina o limo (poca o ninguna
arcilla)
0.20-0.60
Arena arcillosa dura, margas duras 0.60-0.90
Terreno parcialmente cubierto de
vegetación
0.60-1.20
Arcilla grava, pizarras blandas con
cubierta vegetal
1.20-1.50
Hierba 1.20-1.80
Conglomerado, pizarras duras, rocas
blandas
1.40-2.40
Mampostería, rocas duras 3.00-4.50*
Concreto 4.50-6.00*
*Para flujos de muy corta duración.
13
9.3. ALCANTARILLAS PARA CUNETAS
Los tubos de drenaje transversal para vaciar
cunetas deben tener un diámetro mínimo
de 76.2cm (30”).
La pendiente del tubo de drenaje transversal
para drenar las cunetas debe ser por lo
menos 2%.
Los drenes transversales de alivio de
cunetas deberán descargar al pie del
terraplén del nivel del terreno natural,
cuando menos a una distancia de 0.5 m
hacia fuera del pie del talud del terraplén.
10. ESTRUCTURAS DE
CONTENCIÓN
Las estructuras de contención, aunque costosas,
son necesarias en zonas angostas y abruptas
para ganar terreno para el camino o para
sostener el cuerpo del terraplén del camino
sobre una ladera empinada, en lugar de hacer un
corte grande del lado de la colina. También se
pueden usar para la estabilización de taludes.
Las especificaciones de diseño para este tipo de
estructuras, se presentan en la ficha técnica de
“Muros de contención” (Figura 11 y Figura 21).
Figura 11. Tipos comunes de estructuras de contención.
14
Figura 12. Construcción típica de muros de roca.
El diseño de muros de contención con gaviones
se muestra en el Cuadro 7 y 8 y en la Figura 13.
Cuadro 7. Diseño de gaviones de rellenos con superficie
plana.
No. de
Niveles
H (m) B (m)
No. de
Gaviones
1 1.00 1.00 1
2 2.00 1.30 1 1/2
3 1.00 1.60 2
4 4.00 2.00 2
5 5.00 2.50 2 1/2
6 6.00 3.00 3
Figura 13. Muros tipo gravedad a base de gaviones.
Cuadro 8. Diseño de Gaviones de rellenos con talud de 1
1/2:1 (fachada escalonada).
No. de
Niveles
H (m) B (m)
No. de
Gaviones
1 1.00 1.00 1
2 2.00 1.50 1 1/2
3 1.00 2.00 2
4 4.00 2.50 2 1/2
5 5.00 3.00 3
6 6.00 3.50 3 1/2
Nota: Las condiciones de carga corresponden a rellenos de arena limosa
a grava. Para suelos más finos o arcillosos, el empuje de la tierra sobre
el muro aumentará el ancho de la base del muro (B) deberá
incrementarse para cada altura. El peso volumétrico del relleno es de
1.800 kg/m2
.
Debe ser seguro contra volteamiento para suelos con una capacidad de
carga mínima de 19,500 kg/m2
Para rellenos con superficie plana o inclinada. Se puede usar una
fachada plana o escalonada.
11. CAÍDAS
Las caídas son estructuras de conducción en
canales o cunetas que tienen por objeto salvar
los desniveles que se van acumulando, debido a
15
las diferencias existentes entre las pendientes
longitudinales del canal y la natural del terreno o
camino, sin que los tramos aguas abajo y aguas
arriba se vean alterados por los efectos debidos
a las velocidades. Las caídas se subdividen en:
verticales e inclinadas:
Las caídas verticales (Figura 14), son aquellas en
que la liga entre ambos tramos de canal, se hace
por medio de un plano vertical.
Las caídas inclinadas, son aquellas que unen
ambos tramos por un tramo inclinado o rampa,
con talud igual al ángulo de reposo del terreno.
Figura 14. Perfil y partes que considera una caída vertical.
El criterio general que determina la utilización de
una caída es cuando el desnivel F < 4.00 m y se
presenta en una longitud horizontal muy corta.
La condición topográfica y geológica mostrará la
utilización de una caída vertical o inclinada. Si la
distancia horizontal tiene cierta importancia
comparada con el desnivel, (F > 4.00 m) resulta
en una rápida.
En esta ficha, en la Figura 10 y Cuadro 3 se
presenta una serie de secciones tipo con las
dimensiones más comunes para la construcción
de cunetas triangulares. Las secciones más
usadas son las triangulares y rectangulares.
Los gastos y velocidades para diferentes
pendientes para revestimientos a base de
concreto y mampostería de piedra braza de una
sección rectangular tipo como la que se muestra
en la Figura 15, se muestran en las Figuras 16 y
17.
16
Figura 15. Sección rectangular típica para cuneta.
Figura 16. Caudal para diferentes pendientes aguas arriba
de la estructura.
Figura 17. Velocidad para diferentes pendientes aguas
arriba de la estructura.
Los caudales y velocidades de conducción para
diferentes pendientes aguas arriba de la sección
triangular tipo y para revestimientos a base de
concreto y mampostería (Figura 18), se
muestran en las Figuras 19 y 20.
Figura 18. Sección triangular típica para cuneta.
17
Figura 19. Caudal para diferentes pendientes aguas arriba
de la estructura.
Figura 20. Velocidad para diferentes pendientes aguas
arriba de la estructura.
11.1. SECCIÓN DE CONTROL
A tirante crítico, la corriente presenta un mínimo
de energía específica y la sección donde se
presenta se le denomina sección de control
(Figura 14 y 22). Este tirante crítico separa el
régimen tranquilo o subcrítico del rápido o
supercrítico.
Si en el primer tramo, previo a la caída o
estructura, se deja escurrir agua, esta sufrirá una
aceleración hasta llegar a la sección de la caída
con el tirante crítico, por lo cual en la zona
próxima a la caída se producen velocidades altas
que pueden originar erosiones.
En las Figuras 15 y 18 solo se muestran las
secciones de canales típicas que se proponen
para las cunetas aguas arriba y aguas abajo de la
caída o rápida, pero para las caídas y rápidas, se
propone una sección diferente (Figura 21).
Figura 21. Sección de control tipo, donde se presenta el
tirante crítico, al final de la caída o rápida.
Lla sección transversal que llevará la estructura a
partir de la sección de control, con un ancho de
0.75m y una profundidad que dependerá del
tirante crítico. Esta sección de 0.75m de ancho
se establece para ambos tipos de secciones de
cuneta aguas arriba, triangular y rectangular.
18
De la
Figura 22 se observa:
∆1= Desnivel entre el sitio donde comienza el
abatimiento y la sección de control tipo, siendo
de valor despreciable por pequeña.
Figura 22. Vista longitudinal de la sección de control.
hvc= Carga de velocidad en la sección de control.
dc= Tirante crítico.
he= Suma de las pérdidas de carga debidas al
paso del canal en la sección de control.
En la ¡Error! No se encuentra el origen de la
referencia. se muestran los tirantes críticos para
la sección rectangular y triangular típica,
asumiendo que la sección de control es como la
mostrada en la Figura 21. Además, en la ¡Error!
No se encuentra el origen de la referencia. se
muestran una serie de ecuaciones de regresión
para cada una de las secciones en las cuales se
puede sustituir la pendiente de la cuneta aguas
arriba de la estructura y con ello obtener el
tirante crítico.
16
Figura 23. Tirantes críticos para las distintas secciones tipo y material de construcción.
11.2. TRANSICIÓN HIDRÁULICA
La transición es una estructura hidráulica que
sirve para unir dos tramos de diferente sección
eliminando la brusquedad del cambio de
sección, con el fin de reducir al mínimo las
pérdidas de carga y con ello obtener la mayor
eficiencia hidráulica. Esta estructura se utiliza en
la entrada y salida de acueductos, sifones
invertidos, caídas, rápidas, etc. (Figura 24).
21
Figura 24. Transición de una sección rectangular más angosta a una más ancha (arriba) y transición de una sección
triangular a una rectangular (abajo).
En la Figura 21 se muestra la sección transversal
de la caída la cual tiene un ancho de 0.75 m y la
altura depende del tirante crítico dado en la
¡Error! No se encuentra el origen de la
referencia., aumentando 0.05m como bordo
libre.
Teniendo en cuenta que la sección transversal
será a partir del inicio de la caída, es decir,
donde se presenta el tirante crítico (dc). En la
Figura 24 se observa que la longitud de
transición es Lt, para este caso se propone que
sea de 1.0 m previo al inicio de la estructura en
la sección de control.
11.3. CAÍDA VERTICAL
Las caídas son transiciones verticales, el desnivel
entre el tramo superior de canal y el inferior se
une por medio de un plano vertical (colchón
20
amortiguador), permitiendo que el agua salte
libremente y caiga en el colchón hidráulico. El
plano vertical es un muro de sostenimiento de
tierras, capaz de soportar el empuje que estas
ocasionan y prevenir la erosión del perfil. En la
Figura 14 se presenta una caída vertical en un
canal con gasto Q1; en el primer tramo se tiene
S1 y n dados (pendiente y coeficiente de
rugosidad de Manning respectivamente), por lo
que quedan definidos d1, A1, y v1 (tirante, área
hidráulica y velocidad respectivamente); sucede
lo mismo en el segundo tramo (salida), entre
ambos tramos tiene una plantilla con desnivel
igual a h.
Con lo mencionado anteriormente y mediante
topografía se obtiene el desnivel a salvar. En las
Figuras 25 y 26 se presentan para la caída
vertical las dimensiones del colchón
amortiguador, a base de mampostería y
concreto respectivamente, de sección
rectangular. En ellas, se entra con la pendiente
de la cuneta o canal aguas arriba de la estructura
o bien a través de las ecuaciones de regresión
donde se puede sustituir la pendiente y se
obtiene también la longitud y profundidad
correspondiente.
21
Figura 25. Dimensiones de la profundidad (arriba) y de la longitud del colchón hidráulico (abajo) para canal de concreto
en sección rectangular y caída vertical.
22
Figura 26. Dimensiones de la profundidad (arriba) y de la longitud del colchón hidráulico (abajo) para canal de
mampostería en sección rectangular y caída vertical.
Conviene que la sección del canal de la
estructura (caída o rápida) sea de tipo
rectangular (Figura 21), debido a que con ello se
simplifican los cálculos hidráulicos, es por eso,
que previamente se propone la construcción de
una transición para pasar de la sección triangular
de la cuneta a la sección rectangular de la
estructura.
11.4. CAÍDA INCLINADA
Denominada también rápida corta con
pendiente longitudinal equivalente al talud del
terreno, generalmente adoptada como la
correspondiente al talud 1.5:1, que equivale a
una pendiente igual a 0.666 m/m (Figura 27).
Figura 27. Perfil y partes que considera una caída inclinada.
23
El diseño hidráulico de esta estructura consiste
de las siguientes partes:
1. Transición o zona de entrada.
2. Sección de control.
3. Conducto inclinado.
4. Colchón.
Para la transición de entrada y sección de
control se utiliza el mismo procedimiento
descrito en la caída vertical. El canal inclinado
está en base al desnivel a salvar con el talud ya
indicado y el colchón hidráulico se diseña en
base al salto hidráulico que eventualmente se
presentará. Cuando la sección de la cuneta es de
forma rectangular (Figura 15), el procedimiento
en la sección de entrada, de aumentar la
profundidad del canal, en base a los tirantes
críticos mostrados en la ¡Error! No se encuentra
el origen de la referencia. y conservar dicha
profundidad hasta el final de la estructura, es
prácticamente el mismo. En las Figuras 28 y 29
se muestran las dimensiones del colchón
hidráulico para diferentes pendientes de cuneta
o canal, en función del desnivel a salvar, también
se observan las ecuaciones de regresión donde
se puede sustituir la pendiente y se obtiene la
longitud o la profundidad correspondiente.
Cuando la sección normal de la cuenta es
triangular (Figura 18), será necesaria una
transición (Figura 24) que convierta dicha
sección, en una rectangular (Figura 21).
24
Figura 28. Dimensiones de la profundidad (arriba) y de la longitud del colchón hidráulico (abajo) para canal de
mampostería en sección rectangular y caída inclinada.
25
Figura 29. Dimensiones de la profundidad (arriba) y de la longitud del colchón hidráulico (abajo) para canal de concreto
en sección rectangular y caída inclinada.
12. RÁPIDA
Las rápidas son estructuras de conducción, cuyo
fin es salvar los desniveles que se van
acumulando debido a las diferencias existentes
entre las pendientes del canal y la natural del
terreno, correspondiente al eje longitudinal del
mismo, sin que los tramos arriba y debajo de la
estructura, sean afectados por las altas
velocidades que se desarrollan en la zona de la
misma. Estas estructuras sirven para unir dos
tramos de canal o cuneta cuyo desnivel,
considerable, se presenta en una longitud de
bastante importancia (Figura 30).
Figura 30. Perfil y partes que considera una rápida.
26
Dentro de la rápida se distinguen las siguientes
partes:
a) Transición de entrada
b) Sección de control
c) Rápida
d) Trayectoria
e) Colchón
f) Transición de salida
La transición de entrada y sección de control se
trata de la misma manera que en la caída. La
longitud de la rápida será en base al desnivel a
salvar y la pendiente de esta, que puede ir desde
el 10 al 30%. La trayectoria es una curva que une
el último tramo de la rápida con la parte
inclinada del colchón. Se llamará P.C., al
principio de la curva y P.T. al punto de término
(con coordenadas X, Y), generalmente la cota de
P.T. es igual a la superficie libre del agua (S.L.A),
del canal aguas abajo (Figura 31).
Esta trayectoria es tangente en este lugar al
plano inclinado de entrada del colchón, el que
tendrá una inclinación de 1.5:1. Para el diseño
de la trayectoria es preciso determinar las
coordenadas del punto P.T., tomando como
referencia que las coordenadas del punto P.C.,
es decir el final del tramo de la rápida, son 0,0 y
la unión entre ambos puntos será
curva.
Figura 31. Perfil curva de la trayectoria
El diseño del colchón hidráulico se hace
tomando en cuenta el salto hidráulico que se
presenta para disipar la energía que trae el agua.
Al igual que en la caída, en la rápida también se
consideran la sección rectangular típica (Figura
21), y la altura de la sección transversal de
control estará en función al tirante crítico
mostrado en la ¡Error! No se encuentra el origen
de la referencia..
Para el diseño del tramo de la rápida,
inmediatamente después de la sección de
entrada, se consideraron pendientes de 10% al
30%, más allá de esa inclinación no es
recomendable, ya que las dimensiones de la
trayectoria y el colchón resulta exagerado. Para
pendientes de la rápida arriba del 30% se
recomienda, para salvar los niveles, es una serie
de caídas. La longitud de la rápida dependerá del
desnivel a salvar.
En las Figuras 32 y 33 se muestra el valor de las
coordenadas del punto P.T. de la trayectoria,
tomando en cuenta que el final del tramo de la
rápida corresponde al punto 0,0, P.C.
27
Figura 32. Coordenadas del punto final de la trayectoria (PT) para canal rectangular de mampostería.
Figura 33. Coordenadas del punto final de la trayectoria (PT) para canal rectangular de concreto.
Después de la trayectoria sigue el tramo previo
al colchón hidráulico, como se mencionó
anteriormente este plano inclinado tiene un
talud de 1.5:1. En la Figura 34 se muestra la
longitud vertical de dicho plano.
28
Figura 34. Longitud vertical del plano inclinado, previo al colchón hidráulico, para un canal rectangular en mampostería
(arriba) y concreto (abajo)
Finalmente en las Figuras 36 y 37 se tienen las
dimensiones del colchón hidráulico, que es la
última estructura que conforma la rápida (Figura
35).
29
Figura 35. Perfil y partes del colchón hidráulico de la rápida.
Figura 36. Profundidad (arriba) y longitud (abajo) del colchón hidráulico para canal de mampostería.
36
Figura 37. Profundidad (arriba) y longitud (abajo) del colchón hidráulico para canal de concreto.
Cuando la sección normal de la cuenta es
triangular, como la recomendada en la Figura 16,
será necesaria una transición (Figura 24) que
convierta dicha sección, en una rectangular,
como la Figura 21.
31
13. BIBLIOGRAFÍA
Arteaga T. R. E., 2006, Hidráulica de los
sistemas de conducción, Universidad
Autónoma Chapingo, Departamento de
Irrigación, México.
Belvis Ermer , 2004, Guía Hidráulica para el
Diseño de Obras de Drenaje en Caminos
Rurales, Nicaragua.
Chow V. T., 1994, Hidráulica de los canales
abiertos, McGRAW-HILL, Colombia.
Jerome M. Norman, Robert J. Houghtalen
and William J. Johnston, 2001, National
Highway Institute, Hydraulic Design of
Highway Culverts, Hydraulic Design Series
Number 5, Second Edition.
Keller Gordon y Sherar James, 2005,
Ingeniería de Caminos Rurales, Guía de
campo para las mejores prácticas de gestión
de caminos rurales, México.
MTC, 2001. Manual de Diseño Geométrico
de Carreteras. Dirección General de
Caminos, Ministro de Transportes,
Comunicaciones, Vivienda y Construcción
del Perú.
Ministerio de Transportes, Comunicaciones,
Vivienda y Construcción (MTC), Dirección
General de Caminos y Ferrocarriles,
Ministerio de Transportes, Comunicaciones,
Vivienda y Construcción (MTC), Manual de
Hidrología, Hidráulica y Drenaje, Perú.
Patiño López Gustavo Andrés, Ovalles
Camargo Fidel Alfonso, Gutiérrez Toledo
Francisco Alberto, 2006, Universidad
Nacional de Colombia, Ministerio de
Transporte, Instituto Nacional de Vías,
Manual para Inspección Visual de
Estructuras de Drenaje, Bogotá.
Programa de apoyo al sector transporte,
Mejoramiento de caminos rurales, PAST–
DANIDA, 2005, Manual de Estructura,
Versión 3, Nicaragua.
Sotelo A. G., 2002, Hidráulica de canales,
Universidad Nacional Autónoma de México,
Facultad de Ingeniería,
México.
ELABORARON:
Dr. Demetrio S. Fernández Reynoso
Dr. Mario R. Martínez Menes
Ing. Daisy Jessica Uribe Chávez
Ing. Ricardo Castillo Vega
Para comentarios u observaciones al presente
documento contactar a la
Unidad Técnica Especializada (UTE) COUSSA
www.coussa.mx
Dr. Mario R. Martínez Menes
mmario@colpos.mx
Dr. Demetrio S. Fernández Reynoso
demetrio@colpos.mx
Teléfono: (01) 595 95 5 49 92
Colegio de Postgraduados, Campus
Montecillo, México.
33
ANEXO 1. COEFICIENTES DE RUGOSIDAD DE MANNING
Cuadro 9. Valores del coeficiente de rugosidad de Manning.
Tipo de descripción Mínimo Normal máximo
A. Metal:
a) Superfice de acero, lisa:
1. No pintada. 0.011 0.012 0.014
2. Pintada. 0.012 0.013 0.017
b) Corrugado 0.021 0.025 0.030
B. No metal:
a) Cemento:
1. Superficie lisa. 0.010 0.011 0.013
2. En mortero. 0.011 0.013 0.015
b) Madera:
1. Cepillada, no tratada. 0.010 0.012 0.014
2. Cepillada, creosotada. 0.011 0.012 0.015
3. No cepillada 0.011 0.013 0.015
c) Concreto:
1. Acabado con llana metálica. 0.011 0.013 0.015
2. Acabado con llana de madera. 0.013 0.015 0.016
3. Acabado con grava en el fondo. 0.015 0.017 0.020
4. Sin Acabado. 0.014 0.017 0.020
5. Guniteado, buena sección. 0.016 0.019 0.023
6. Guniteado, sección ondulada. 0.018 0.022 0.025
7. Sobre roca bien excavada. 0.017 0.020
8. Sobre roca de excavado irregular. 0.022 0.027
d) Fondo de concreto acabado con llana, bordos de:
1. Piedar acomodada sobre mortero. 0.015 0.017 0.020
2. Mampostería de piedra mal acomodada sobre mortero. 0.017 0.020 0.024
3. Mampostería de piedra pequeña, cementada y revocada. 0.016 0.020 0.024
4. Mampostería de piedra pequeña cementada. 0.020 0.025 0.030
5. Mampostería seca de piedra pequeña, o zampeada 0.020 0.030 0.035
e) Fondo de grava con taludes:
1. Concreto colado en moldes. 0.017 0.020 0.025
2. Piedra mal acomodada en mortero. 0.020 0.023 0.026
3. Mampostería seca de piedra pequeña, o zampeado. 0.023 0.033 0.036
f) Ladrillo:
1. Vitiricota. 0.011 0.013 0.015
2. Con mortero de cemento. 0.012 0.015 0.018
34
Tipo de descripción Mínimo Normal máximo
g) Mampostería de piedra:
1. Pequeña, cementada. 0.017 0.025 0.030
2. Pequeña, seca. 0.023 0.032 0.035
h) Piedra labrada. 0.013 0.015 0.017
i) Asfalto:
1. Liso. 0.013 0.013
2. Rugoso. 0.016 0.016
j) Cubierta vegetal. 0.030 0.500
k) Suelo-Cemento. 0.015 0.016 0.017
C. Sin Revestir
a) Tierra, recto y uniforme:
1. Limpio, recientemente terminado. 0.016 0.018 0.020
2. Limpio, después de intemperizado. 0.018 0.022 0.025
3. Grava, sección unidorme y limpia. 0.022 0.025 0.030
4. Con poco pasto y poca hierba. 0.022 0.027 0.033
b) Tierra, sinuoso, flujo con poca velocidad:
1. Sin vegetación. 0.023 0.025 0.030
2. Pasto, algo de hierba. 0.025 0.030 0.033
3. Hierba densa o planas acuáticas en canales profundos. 0.030 0.035 0.040
4. Fondo de tierra y mampostería en los bordos. 0.028 0.030 0.035
5. Fondo recoso y hierba en los bordos. 0.025 0.035 0.040
6. Fondo empedrado y bordos limpios. 0.030 0.040 0.050
c) Excavado o dragado en línea recta:
1. Sin vegetación. 0.025 0.028 0.033
2. Pocos arbustos en los borodos. 0.035 0.050 0.060
d) Cortado en roca:
1. Liso y uniforme. 0.025 0.035 0.040
2. Con salientes agudas e irregulares. 0.035 0.040 0.050
e) Canales abandonados, hierbas y arbustos sin cortar:
1. Hierba densa, tan alta como el nivel del agua. 0.050 0.080 0.120
2. Fondo limpio, arbustos en las orillas. 0.040 0.050 0.080
3. Igual al anterior, con máximo nivel del agua. 0.045 0.070 0.110
4. Arbustos densos, altos niveles del agua. 0.080 0.100 0.014
Fuente: Hidráulica de Canales Abiertos, Ven Te Chow, 1983.
35
ANEXO 2. CONSTANTES K Y M SEGÚN FHWA
Cuadro 10. Constantes K y M según FHWA.
36
ANEXO 3. NOMOGRAMAS
Figura 38. Altura de la carga y capacidad para tubos de concreto con control de entrada (sistema métrico)
(adaptado de FHWA, HDS 5. 1998).
37
Figura 39. Altura de la carga y capacidad para cajas de concreto con control de entrada (sistema métrico)
(adaptado de FHWA, HDS 5. 1998).
38
Figura 40. Altura de la carga y capacidad para tubo de metal corrugado con control de
entrada (sistema métrico) (adaptado de FHWA, HDS 5. 1998).

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  • 2. i CONTENIDO 1. INTRODUCCIÓN ...................................................................................................................... 1 2. OBJETIVO ............................................................................................................................... 1 3. VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LAS OBRAS COMPLEMENTARIAS A LOS CAMINOS..................... 1 3.1. VENTAJAS ...............................................................................................................................................1 3.2. DESVENTAJAS.........................................................................................................................................1 4. FACTORES HIDROLÓGICOS A CONSIDERAR EN EL DISEÑO HIDRÁULICO DE LAS OBRAS DE DRENAJE EN CAMINOS................................................................................................................... 1 5. ESTUDIOS HIDROLÓGICOS....................................................................................................... 2 6. VADOS.................................................................................................................................... 2 6.1. CRITERIOS DE DISEÑO............................................................................................................................3 6.2. DIMENSIONES DEL VADO.......................................................................................................................3 Cálculo del vado estándar ................................................................................................................................................3 Cálculo del badén trapezoidal..........................................................................................................................................4 7. ALCANTARILLAS...................................................................................................................... 4 7.1. TIPO Y SECCIÓN......................................................................................................................................4 7.2. CRITERIOS DE DISEÑO............................................................................................................................5 Dimensiones de las alcantarillas ......................................................................................................................................5 7.3. CÁLCULO DE LAS DIMENSIONES DE ALCANTARILLAS ............................................................................6 7.4. ALCANTARILLAS PARA CAUCES NATURALES..........................................................................................8 8. VADOS CON TUBERÍAS............................................................................................................ 8 8.1. CRITERIOS DE DISEÑO............................................................................................................................8 8.2. CÁLCULO DE LAS CAJAS POR MEDIO DE NOMOGRAMAS......................................................................8 8.3. DIMENSIONES DEL VADO.......................................................................................................................9 8.4. CRITERIOS PARA EL USO VADOS ..........................................................................................................10 9. CUNETAS .............................................................................................................................. 10 9.1. CAPACIDAD DE LAS CUNETAS ..............................................................................................................11 9.2. REVESTIMIENTO DE LAS CUNETAS.......................................................................................................12 9.3. ALCANTARILLAS PARA CUNETAS..........................................................................................................13
  • 3. ii 10. ESTRUCTURAS DE CONTENCIÓN............................................................................................ 13 11. CAÍDAS................................................................................................................................. 14 11.1. SECCIÓN DE CONTROL .........................................................................................................................17 11.2. TRANSICIÓN HIDRÁULICA ....................................................................................................................18 11.3. CAÍDA VERTICAL...................................................................................................................................20 11.4. CAÍDA INCLINADA ................................................................................................................................22 12. RÁPIDA................................................................................................................................. 25 13. BIBLIOGRAFÍA....................................................................................................................... 31
  • 4. 1 DISEÑO HIDRÁULICO DE OBRAS COMPLEMENTARIAS EN CAMINOS RURALES 1. INTRODUCCIÓN Los caminos rurales son de vital importancia para los productores ya que les permiten el acceso a las zonas donde realizan sus diferentes actividades agrícolas, ganaderas, forestales, etc. También les dan acceso a los mercados para la comercialización de sus cosechas. Los caminos son necesarios, pero deben construirse y conservarse de tal manera que se eviten impactos ambientales negativos. Un camino bien planeado, ubicado, diseñado y construido producirá impactos adversos mínimos en el medio ambiente y será rentable en cuanto a costos a largo plazo, con costos razonables de mantenimiento y reparación. Los caminos consideran diversas obras complementarias tales como cunetas, alcantarillas, vados, puentes, caídas y rápidas etc. De ellas depende la vida útil y el buen funcionamiento del camino. En la presente ficha técnica se abordarán temas relacionados al diseño hidráulico de alcantarillas, vados, cunetas, estructuras de contención, caídas y rápidas para salvar desniveles topográficos. 2. OBJETIVO Proporcionar los elementos necesarios para el diseño hidráulico de obras complementarias a los caminos rurales. 3. VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LAS OBRAS COMPLEMENTARIAS A LOS CAMINOS 3.1. VENTAJAS Proporcionan a los caminos mayor vida útil, mejor funcionamiento y una mayor seguridad al tránsito. Permiten un control de los escurrimientos naturales y estabilizan la superficie de rodadura y la base del camino. Disminuyen la cantidad de prácticas de mantenimiento para los caminos. Reducen los impactos negativos que causan los caminos al medio ambiente. 3.2. DESVENTAJAS Incrementan los costos y el tiempo de construcción de los caminos. Una mala ubicación y diseño de la obra puede ocasionar un mal funcionamiento del camino. Mal diseñadas favorecen la concentración de escurrimientos provocando erosión. 4. FACTORES HIDROLÓGICOS A CONSIDERAR EN EL DISEÑO HIDRÁULICO DE LAS OBRAS DE DRENAJE EN CAMINOS a) Tamaño del área de drenaje
  • 5. 2 El caudal aportado, además del tamaño de la cuenca, estará en función de las condiciones climáticas, fisiográficas, topográficas, tipo de cobertura vegetal, tipo de manejo del suelo, etc. b) Evaluación de la información hidrológica De acuerdo a la información disponible se elegirá el método más adecuado para obtener estimaciones de la magnitud del caudal de diseño. c) Período de retorno El periodo de retorno a utilizar, en el diseño de una obra, depende de la probabilidad de excedencia de un evento, de la vida útil de la estructura y del riesgo de falla permisible. 5. ESTUDIOS HIDROLÓGICOS Los estudios hidrológicos permiten determinar el caudal de diseño de la estructura, en donde interviene el tamaño y características de la cuenca, su cubierta del suelo y del caudal de diseño. Para determinar el caudal del diseño de una cuenca, se utiliza el “Método Racional” explicado en el “Instructivo de Hidrología” de COUSSA- SAGARPA. 6. VADOS Los vados son estructuras destinadas a proteger de la erosión a un camino y desalojar adecuadamente el agua superficial que circula por pequeños cauces naturales o artificiales en forma permanente o temporal. Su uso está limitado a sitios con pequeñas descargas y a zonas planas (Figura 1). Este tipo de drenaje, transversal a un camino, es una alternativa satisfactoria al uso de alcantarillas y de puentes para el cruce de arroyos en caminos de bajo volumen de tránsito en los que el uso de la vía y las condiciones de flujo del arroyo sean las adecuadas. El objetivo principal en el diseño hidráulico de una obra de drenaje transversal, es determinar la sección hidráulica más adecuada que permita el paso libre del flujo que transportan los cauces y conducirlos sin causar daños al camino. Para construir vados se necesitan conocer las características del sitio y realizar análisis hidrológicos, hidráulicos y bióticos. Idealmente se deben construir en lugares estrechos a lo largo del arroyo y ubicarse en una zona de piso firme (roca sana) que proporcionen buenas condiciones de cimentación. Figura 1. Tipos de badén.
  • 6. 3 6.1. CRITERIOS DE DISEÑO El caudal de diseño se debe calcular usando el Método Racional, para un período de retorno de 5 años, el cual se encuentra explicado en el Instructivo de Hidrología. Así mismo hay que considerar la altura máxima alcanzada por el nivel del agua para caudal de diseño. 6.2. DIMENSIONES DEL VADO El vado se comporta como un canal de superficie libre. Para determinar su capacidad se utiliza la ecuación de continuidad y la fórmula de Manning: (1) Donde: = caudal (m³/s). = coeficiente de rugosidad de Manning que depende de la superficie del fondo del canal y del tipo de material que se construirá el badén (Anexo 1). = Área de la sección transversal (m²). = Radio hidráulico dado por A/P (m). = Perímetro mojado de la sección transversal (m). = Pendiente longitudinal del fondo (%). Cálculo del vado estándar En el caso de un badén trapezoidal o estándar (Figura 2) el diseño hidráulico se realiza con el siguiente procedimiento: 1. Pendiente de los lados de la estructura (s), en decimales. 2. Área , donde y es la profundidad máxima. 3. Perímetro mojado . 4. Radio hidráulico (A/P). 5. Sustituir valores en la ecuación de Manning, el coeficiente de rugosidad, depende del tipo de material que se construirá el vado. 6. Se comparan los resultados, si el caudal de la cuenca ( ) es menor que el máximo, se acepta el badén estándar, caso contrario será necesario un badén trapezoidal. Figura 2. Características geométricas de los vados triangulares y trapezoidales.
  • 7. 4 Cálculo del badén trapezoidal En el caso de un badén trapezoidal (Figura 2) el diseño hidráulico se realiza con los siguientes pasos: 1. Pendiente de los lados de la estructura (z), en decimales. 2. Área . Donde b en el ancho del fondo e y es la profundidad máxima, ambas dimensiones en metros. 3. Perímetro mojado . 4. Radio hidráulico (A/P). 5. Sustituir valores en la ecuación de Manning. 6. Se comparan los resultados, si el caudal de la cuenca ( ) es menor que el máximo, se acepta el badén trapezoidal; en caso contrario será necesario ajustar el valor de la plantilla o ancho del fondo (b). 7. ALCANTARILLAS Las alcantarillas son tuberías de drenaje hechas generalmente de metal, concreto o plástico, instaladas por debajo de la superficie del camino, para desalojar el agua desde el interior del mismo. Las alcantarillas se usan para drenar las cunetas, los manantiales y los arroyos que cruzan el camino. La densidad de alcantarillas en un proyecto vial influye directamente en los costos de construcción y de mantenimiento, por ello, es muy importante tener en cuenta la adecuada elección de su ubicación, alineamiento y pendiente, a fin de garantizar el paso libre del flujo que intercepta el camino, sin que se afecte su estabilidad. 7.1. TIPO Y SECCIÓN Los tipos de alcantarillas comúnmente utilizadas en proyectos de caminos son de marco de concreto, tuberías metálicas corrugadas, tuberías de concreto y tuberías de polietileno de alta densidad (Figura 3). Figura 3. Tipos de alcantarillas. Las secciones transversales de las alcantarillas es variable (cuadrada, rectangular) siendo la más común la sección circular. En el punto de entrada, con el piso o el fondo de la estructura, se deja una cubeta para acumular flujo temporalmente. La elección del tipo de material de la alcantarilla depende de varios aspectos, entre ellos el tiempo de vida útil, costo, resistencia, rugosidad, condiciones del terreno, resistencia a la corrosión, abrasión, riesgo de fuego,
  • 8. 5 impermeabilidad, tipo de suelo y la disponibilidad de materiales en el lugar. El proceso de enterrar la tubería implica hacer una zanja adecuada (profundidad y desnivel apropiados) y colocar la tubería. Compactar primero los lados sin tocar el tubo. Posteriormente colocar la tierra de relleno sobre el tubo y compactarla a una vez que se tenga una capa de 20 cm sobre su corona 7.2. CRITERIOS DE DISEÑO Se emplea el Método Racional, con un período de retorno de 10 años. Para la carga hidráulica máxima de la alcantarilla y para determinar el caudal que puede desalojar la estructura, se considera el nivel del agua al borde del muro del cabezal; se debe procurar un mínimo de 40 cm arriba de la rasante del nivel del agua. El diámetro mínimo, por razones de mantenimiento, es de 30 pulgadas (aproximadamente 76 cm). La pendiente de la tubería será de 2-3 %, pudiendo aumentar según topografía del terreno. Dimensiones de las alcantarillas La Federal Higway Administration (FHWA) en el “Hydraulic Design Nº5, Hydraulic Design of Highway Culverts”, presenta varias metodologías para el cálculo de diferentes tipos de alcantarillas, que emplean procedimientos numéricos y gráficos. En dicho documento las variables que intervienen en el cálculo de una alcantarilla quedan integradas en la siguiente expresión: (2) = Profundidad de la carga en el control de entrada (m). =Diámetro interno de la tubería (m). = Caudal (m³/seg). = Área llena de la tubería (m²). = Constantes, que dependen del tipo de alcantarilla y la forma del delantal o aletón1 de entrada. La FHWA elaboró valores para estas constantes (Anexo 2). Las alcantarillas deben tener estructuras denominadas cabezales, que son muros construidos a la entrada y la salida de las alcantarillas. Sus funciones son: Evitar la erosión alrededor de la alcantarilla. Evitar los movimientos horizontales y verticales de los tubos. Guiar la corriente. Permitir un mayor ancho de la vía y por ende, dar mayor seguridad a los usuarios del camino. Para garantizar un buen funcionamiento de los cabezales y una mayor vida útil de los mismos, deberán revisarse las siguientes consideraciones técnicas: 1 Muro de contención para contener al cabezal y protegerlo de la socavación.
  • 9. 6 Las dimensiones de los cabezales deben ser tales que impidan el deslizamiento de los taludes inmediatos hacia el canal de la corriente. Los cabezales pueden ser construidos de concreto reforzado, de mampostería o de concreto ciclópeo, entre otros. La excavación requerida, para cabezales, debe quedar prevista durante la colocación de alcantarillas. La altura de los cabezales y demás dimensiones dependen además de la profundidad a la cual se encuentre el terreno firme y de la necesidad de dar consistencia al talud inmediato. Con el fin de evitar el desacomodo de los tubos, la construcción de los cabezales se realizará inmediatamente después de la colocación de las alcantarillas. En la Figura 4 se muestra el alineamiento correcto de los cabezales en una alcantarilla. Alcantarilla Cabezal Cabezal El alineamiento del cabezal no está de acuerdo con la vía. Forma incorrecta. Alcantarilla Cabezal Cabezal El alineamiento del cabezal es paralelo al eje de la vía. Forma correcta. Alcantarilla Cabezal Cabezal El alineamiento del cabezal no está de acuerdo con la vía. Forma incorrecta. Alcantarilla Cabezal Cabezal El alineamiento del cabezal es paralelo al eje de la vía. Forma correcta. Figura 4. Alineamiento de los cabezales correspondiente con el ancho de vía. El perfil de la alcantarilla con control de entrada, se muestra en la Figura 5. Figura 5. Perfil alcantarilla. En el Anexo 3, se muestran los nomogramas para tuberías de concreto, cajas de concreto y alcantarillas de hierro corrugado. 7.3. CÁLCULO DE LAS DIMENSIONES DE ALCANTARILLAS En función del área de drenaje y de las condiciones de hidrológicas contrastantes de la cuenca (terrenos con taludes pronunciados con cubierta vegetal ligera y taludes suaves con cubierta vegetal densa), en el Cuadro 1 se muestra el dimensionamiento general de una alcantarilla circular.
  • 10. 7 Cuadro 1. Dimensionamiento de alcantarillas. Dimensionamiento de una estructura de drenaje circular Área de drenaje de la cuenca (ha) Dimensiones de la estructura de drenaje Diámetro en pulgadas (in) y Área (m2 ) Taludes pronunciados Cubierta con vegetación ligera C= 0.7 Taludes suaves Cubierta con vegetación densa C=0.2 Tubo circular (in) Área del tubo (m2 ) Tubo circular (in) Área del tubo (m2 ) 0-4 30" 0,46 18" 0,17 04-08 42" 0,89 24" 0,29 08-15 48" 1,17 30" 0,46 15-30 72" 2,61 42" 0,89 30-50 84" 3,58 48" 1,17 50-80 96" 4,67 60" 1,82 80-120 72" 2,61 120-180 84" 3,58 Notas: Si el diámetro del tubo no está disponible, use el tamaño más grande siguiente para el área de drenaje considerada. Para terreno intermedio, interpole entre los tamaños del tubo. El tamaño del tubo se basa en el caudal máximo y en las curvas de Capacidad de Alcantarillas. Se asume una intensidad de lluvia de 75 mm/h (3”/h) a 100 mm/h (4”/h). Los valores de “C” corresponden a los Coeficientes de Escorrentía para el terreno. Para regiones tropicales con lluvias intensas frecuentes (más de 250 mm/h), las áreas de drenaje para cada tamaño del tubo deben reducirse al menos por la mitad. Para una mejor aproximación del dimensionamiento de la alcantarilla se usan los nomogramas (Figuras 12, 13 y 14), elaborados por la FHWA para concreto y metal, que resuelven gráficamente la Ecuación 2. El procedimiento general para el uso estos nomogramas es el siguiente: 1. Se determina el caudal de diseño Qd mediante un estudio hidrológico. 2. Se propone el tipo y diámetro de la tubería (D) y el número de conductos. 3. Se estima la carga He, que corresponde a la altura de la alcantarilla (D) más cierta altura sobre la corona. En este caso podría llegar hasta la altura del cabezal, esto es, He=D+0.45 m. 4. Con el valor estimado de He se calcula He/D. 5. En el gráfico, según el tipo de material a utilizar, se ubica el valor de He/D en la escala correspondiente (Carga del agua en diámetros, escala 3); de este punto se traza una línea recta hasta la escala 1 del lado izquierdo (Diámetro) D y el valor que intercepta la línea en la escala del medio (Descarga Q en m³/s), corresponde al caudal en m³/s por conducto. 6. El valor de este caudal se multiplica por el número de conductos, si fuese más de una, y el valor encontrado corresponde al caudal final. 7. Si el caudal final es semejante al Qd entonces la elección del diámetro y número de la tubería fue correcta; en caso contrario se debe probar una nueva dimensión o cantidad de tubos (Figura 6).
  • 11. 8 Figura 6. Alcantarilla con varios tubos. 7.4. ALCANTARILLAS PARA CAUCES NATURALES Para alcantarillas en drenajes naturales deben tener un tamaño adecuado en base al diseño para desalojar las avenidas de diseño más los escombros que se puedan presentar. En alcantarillas para drenajes naturales usar tubos individuales de gran diámetro o un cajón de concreto en vez de varios tubos de diámetro menor. Lo anterior tiene por objeto minimizar el potencial de taponamiento. Instalar alcantarillas lo suficientemente largas de tal forma que ambos extremos de la alcantarilla sobrepasen el pie de relleno del camino. 8. VADOS CON TUBERÍAS En algunos caminos que por sus niveles y tráfico no justifican la construcción de un puente, se utilizan las denominadas obras de bajo nivel. Estas obras comprenden básicamente vados con tubos y sin tubos. (Figura 7). Por sus características, los vados con tubos son rebasados temporalmente por las aguas, interrumpiéndose el tránsito vehicular. Figura 7. Vado con tubo. 8.1. CRITERIOS DE DISEÑO Determinar el caudal de diseño, utilizando el Método Racional ya que generalmente los cursos de agua que drenan los vados son cuencas medianas que requerirían un puente o cajas para un tránsito permanente. La probabilidad de diseño debe ser para un período de retorno de 5 años. 8.2. CÁLCULO DE LAS CAJAS POR MEDIO DE NOMOGRAMAS 1. Se determina el caudal de diseño Qd. 2. Se asumen las dimensiones de la caja y el número de conductos. 3. Se estima la carga He, que corresponde a la altura de la caja (D) más cierta altura sobre la corona. En este caso de las alcantarillas podría llegar hasta la altura del cabezal, lo que correspondería He=D+0.45 m. 4. Se calcula He/D. Tubos Cajas
  • 12. 9 5. Se ubica el valor de He/D (Figura 12, 13 y 14) en la escala correspondiente (Altura de la carga en términos de la altura de la caja, escala 3); de este punto se traza una línea recta hasta la escala 1 del lado izquierdo (Altura de la caja) D y el valor que intercepta la línea en la escala del medio, escala 2 (Relación de descarga por ancho Q/B), corresponde al caudal en m³/s por metro de ancho de la caja. 6. El valor de este caudal se multiplica por el ancho de la caja y si la cantidad de cajas fuese más de una, se multiplicaría por el número de estas; el valor encontrado corresponde al caudal final. 7. Si el caudal final es semejante al Qd entonces la elección del diámetro y número de cajas fue correcta; en caso contrario se debe probar nueva dimensiones o de las cajas u otro número de conductos. La carga hidráulica máxima, asociada al caudal de este período de retorno, no debe rebasar 30 cm por encima de la losa del vado. 8.3. DIMENSIONES DEL VADO En el vado se combina el trabajo de los tubos como alcantarillas comunes y el agua que no puede ser desalojada por la tubería que pasa encima del camino que funciona como un vertedero de cresta ancha (Figura 8). Figura 8. Vado con tubo. 1. Se determina el caudal de diseño Qd. El caudal total ( ) que drenará el vado será el caudal evacuados por las alcantarillas ( ) más el caudal del vertedor ( ). 2. Se estima la carga He que corresponde al diámetro de la tubería de la alcantarilla (D) más la altura sobre la corona hasta el borde de la losa de rodamiento más la lámina que se inundará en la losa (h). 3. Se calcula He/D. 4. Se ubica el valor de He/D (Figura 12) en la escala correspondiente (Carga del agua en diámetro); se traza una línea recta hasta la escala del lado izquierdo (Diámetro) D y el valor que intercepta la línea en la escala del medio (Descarga Q), corresponde al caudal en m³/s por conducto. 5. El valor de este caudal se multiplica por la cantidad de elementos, si fuese más de uno, y el valor encontrado corresponde al caudal de las alcantarillas ( ). 6. El caudal sobre la losa (Qver) se obtiene mediante la ecuación de un vertedor de cresta ancha: (3)
  • 13. 10 C = Coeficiente de descarga estimado en 1.7 para el sistema métrico. L = Longitud del agua de la losa a inundarse, con pendiente longitudinal = 0. H = Profundidad de la lámina de agua sobre la losa. 7. Se obtiene el caudal ( ), si el valor es semejante a , los diámetros y cantidad de tubos asumidos son adecuados, puede ser necesario proceder conforme a las situación resultante. a. Si es un poco menor que , se asume una lámina inundada menor con el fin de determinar la profundidad de la lámina exacta. b. Si es un poco menor que , se compara la diferencia entre ambos con el caudal de un tubo, para determinar la posibilidad de eliminar una tubería, y se ajusta el valor L (la longitud del vado). c. Si es un poco mayor que se compara la diferencia entre ambos con el caudal de un tubo, a fin de determinar si es necesario aumentar tubos y se ajusta el valor L (longitud del vado). 8.4. CRITERIOS PARA EL USO VADOS Ubicar los vados donde los márgenes del arroyo sean bajas y donde el cauce este bien confinado. Usar estructuras o losas suficientemente largas para proteger el perímetro mojado del cauce natural del arroyo. Proteger toda la estructura con pantallas impermeables, enrocamientos, losas de concreto, u otro tipo de protección contra la socavación. Lo ideal es construir las cimentaciones sobre material resistente a la socavación o por debajo de la profundidad esperada de socavación. 9. CUNETAS El sistema de drenaje longitudinal está constituido por aquellos elementos que se desarrollan de forma aproximadamente paralela al eje del camino. El más importante es la cuneta, canal que capta y canaliza el caudal que corre por la vía. Las cunetas son básicamente canales abiertos construidos en los costados de los caminos. La sección transversal de una cuneta es variable, según lo determine el diseño, siendo común la forma triangular (Figura 9), porque facilita la limpieza por medios mecánicos, aunque también se puede construir con otras formas como trapezoidal, rectangular y circular (Figura 10). Por condiciones de seguridad, el Cuadro 2 muestra la inclinación del talud interior de la cuneta (1:Z1) en función de la velocidad de diseño (km/hr) y volumen de tránsito esperado (veh/día).
  • 14. 11 Figura 9. Sección típica de cuneta triangular. 0.60 0.60 Triangular 0.40 0.50 Trapezoidal 0.35 0.45 Rectangular 0.40 0.25 Semicircular (1/2 tubo de 20") 0.500.60 0.60 0.40 0.50 0.35 0.45 Rectangular 0.40 0.25 Semicircular (1/2 tubo de 20") 0.50 Figura 10. Secciones típicas de cunetas. Cuadro 2. Inclinaciones máximas del talud (1:Z1) interior de la cuneta (MTC, 2001). Velocidad de diseño. (km/h) Índice Medio Diario Anual de vehículos (veh/día) < 760 >760 < 70 1:2 1.3* 1:3 >70 1:3 1:4 *Sólo en casos muy especiales. La inclinación del talud de la cuneta (1:Z2), que se muestra en la Figura 9 será de acuerdo al tipo de inclinación considerada en el talud de corte. Para la cuneta más usual, la de sección triangular, se presentan en el Cuadro 3 las dimensiones mínimas de acuerdo a las condiciones pluviales. Cuadro 3. Dimensiones mínimas de una sección triangular. REGIÓN PROFUNDIDAD (d) (m) ANCHO (a) (m) Seca (<400 mm/año) 0.20 0.50 Lluviosa (De 400 a <1,600 mm/año) 0.30 0.75 Muy lluviosa (De 1600 a <3,000 mm/año) 0.40 1.20 Muy lluviosa (>3,000 mm/año) 0.30* 1.20 *Sección trapezoidal con un ancho mínimo de fondo de 0.30. Fuente: MTC, 2001. 9.1. CAPACIDAD DE LAS CUNETAS En caso de requerir una mayor definición sobre las dimensiones de la cuneta se efectuará un análisis hidrológico e hidráulico. El análisis hidrológico proporciona el caudal correspondiente, al área de aporte a lo largo de la cuneta, mismo que se calcula con la expresión: (4) Donde: Q = Caudal (m3 /s). C = Coeficiente de escurrimiento de la cuenca. A = Área aportante (km2 ). I = Intensidad de la lluvia de diseño (mm/h) para un periodo de retorno de 5 años.
  • 15. 12 Para el diseño hidráulico de las cunetas se utiliza el principio del flujo en canales abiertos, usando la ecuación de Manning: (5) Donde: Q = Caudal en la cuneta, m3 /s. A= Área de la sección transversal (m2 ). V = Velocidad admisible en la cuneta (Cuadro 36), m/s. n = coeficiente de rugosidad de Manning, adimensional (Cuadro 4). Rh = radio hidráulico, relación entre el área transversal y el perímetro mojado (Cuadro 5), m. s = pendiente de la cuneta, adimensional. Cuadro 4. Valores de rugosidad (n) más usados en cunetas . (MTC, 2001). Cunetas excavadas en el terreno n = 0.30 Cunetas en roca n = 0.04 Cunetas de concreto 0.015 Cuadro 5. Valores de radio hidráulico y sección transversal. Dato geométrico Talud interior (Z1) = exterior (Z2) Talud (Z1=Z2) 1:2 1:1.5 Radio hidráulico Área hidráulica En general el procedimiento de diseño consiste en determinar la capacidad máxima de las cunetas correspondiente a la velocidad admisible en distintas pendientes. El procedimiento de cálculo se resume como sigue: Elegir una altura d, que sea menor a 0.60 m. Calcular el radio hidráulico. Calcular el área de la sección mojada. Calcular el caudal con la fórmula de Manning y verificar que el caudal calculado con la ecuación de manning sea mayor que el caudal de aporte. 9.2. REVESTIMIENTO DE LAS CUNETAS Las cunetas deben ser revestidas, para evitar la erosión del cauce o conducto, de corrientes de agua que alcancen velocidades medias superiores a los límites fijados (Cuadro 6). Cuadro 6. Velocidades límites admisibles (MTC, 2001). TIPO DE SUPERFICIE VELOCIDAD LÍMITE ADMISIBLE (m/s) Arena fina o limo (poca o ninguna arcilla) 0.20-0.60 Arena arcillosa dura, margas duras 0.60-0.90 Terreno parcialmente cubierto de vegetación 0.60-1.20 Arcilla grava, pizarras blandas con cubierta vegetal 1.20-1.50 Hierba 1.20-1.80 Conglomerado, pizarras duras, rocas blandas 1.40-2.40 Mampostería, rocas duras 3.00-4.50* Concreto 4.50-6.00* *Para flujos de muy corta duración.
  • 16. 13 9.3. ALCANTARILLAS PARA CUNETAS Los tubos de drenaje transversal para vaciar cunetas deben tener un diámetro mínimo de 76.2cm (30”). La pendiente del tubo de drenaje transversal para drenar las cunetas debe ser por lo menos 2%. Los drenes transversales de alivio de cunetas deberán descargar al pie del terraplén del nivel del terreno natural, cuando menos a una distancia de 0.5 m hacia fuera del pie del talud del terraplén. 10. ESTRUCTURAS DE CONTENCIÓN Las estructuras de contención, aunque costosas, son necesarias en zonas angostas y abruptas para ganar terreno para el camino o para sostener el cuerpo del terraplén del camino sobre una ladera empinada, en lugar de hacer un corte grande del lado de la colina. También se pueden usar para la estabilización de taludes. Las especificaciones de diseño para este tipo de estructuras, se presentan en la ficha técnica de “Muros de contención” (Figura 11 y Figura 21). Figura 11. Tipos comunes de estructuras de contención.
  • 17. 14 Figura 12. Construcción típica de muros de roca. El diseño de muros de contención con gaviones se muestra en el Cuadro 7 y 8 y en la Figura 13. Cuadro 7. Diseño de gaviones de rellenos con superficie plana. No. de Niveles H (m) B (m) No. de Gaviones 1 1.00 1.00 1 2 2.00 1.30 1 1/2 3 1.00 1.60 2 4 4.00 2.00 2 5 5.00 2.50 2 1/2 6 6.00 3.00 3 Figura 13. Muros tipo gravedad a base de gaviones. Cuadro 8. Diseño de Gaviones de rellenos con talud de 1 1/2:1 (fachada escalonada). No. de Niveles H (m) B (m) No. de Gaviones 1 1.00 1.00 1 2 2.00 1.50 1 1/2 3 1.00 2.00 2 4 4.00 2.50 2 1/2 5 5.00 3.00 3 6 6.00 3.50 3 1/2 Nota: Las condiciones de carga corresponden a rellenos de arena limosa a grava. Para suelos más finos o arcillosos, el empuje de la tierra sobre el muro aumentará el ancho de la base del muro (B) deberá incrementarse para cada altura. El peso volumétrico del relleno es de 1.800 kg/m2 . Debe ser seguro contra volteamiento para suelos con una capacidad de carga mínima de 19,500 kg/m2 Para rellenos con superficie plana o inclinada. Se puede usar una fachada plana o escalonada. 11. CAÍDAS Las caídas son estructuras de conducción en canales o cunetas que tienen por objeto salvar los desniveles que se van acumulando, debido a
  • 18. 15 las diferencias existentes entre las pendientes longitudinales del canal y la natural del terreno o camino, sin que los tramos aguas abajo y aguas arriba se vean alterados por los efectos debidos a las velocidades. Las caídas se subdividen en: verticales e inclinadas: Las caídas verticales (Figura 14), son aquellas en que la liga entre ambos tramos de canal, se hace por medio de un plano vertical. Las caídas inclinadas, son aquellas que unen ambos tramos por un tramo inclinado o rampa, con talud igual al ángulo de reposo del terreno. Figura 14. Perfil y partes que considera una caída vertical. El criterio general que determina la utilización de una caída es cuando el desnivel F < 4.00 m y se presenta en una longitud horizontal muy corta. La condición topográfica y geológica mostrará la utilización de una caída vertical o inclinada. Si la distancia horizontal tiene cierta importancia comparada con el desnivel, (F > 4.00 m) resulta en una rápida. En esta ficha, en la Figura 10 y Cuadro 3 se presenta una serie de secciones tipo con las dimensiones más comunes para la construcción de cunetas triangulares. Las secciones más usadas son las triangulares y rectangulares. Los gastos y velocidades para diferentes pendientes para revestimientos a base de concreto y mampostería de piedra braza de una sección rectangular tipo como la que se muestra en la Figura 15, se muestran en las Figuras 16 y 17.
  • 19. 16 Figura 15. Sección rectangular típica para cuneta. Figura 16. Caudal para diferentes pendientes aguas arriba de la estructura. Figura 17. Velocidad para diferentes pendientes aguas arriba de la estructura. Los caudales y velocidades de conducción para diferentes pendientes aguas arriba de la sección triangular tipo y para revestimientos a base de concreto y mampostería (Figura 18), se muestran en las Figuras 19 y 20. Figura 18. Sección triangular típica para cuneta.
  • 20. 17 Figura 19. Caudal para diferentes pendientes aguas arriba de la estructura. Figura 20. Velocidad para diferentes pendientes aguas arriba de la estructura. 11.1. SECCIÓN DE CONTROL A tirante crítico, la corriente presenta un mínimo de energía específica y la sección donde se presenta se le denomina sección de control (Figura 14 y 22). Este tirante crítico separa el régimen tranquilo o subcrítico del rápido o supercrítico. Si en el primer tramo, previo a la caída o estructura, se deja escurrir agua, esta sufrirá una aceleración hasta llegar a la sección de la caída con el tirante crítico, por lo cual en la zona próxima a la caída se producen velocidades altas que pueden originar erosiones. En las Figuras 15 y 18 solo se muestran las secciones de canales típicas que se proponen para las cunetas aguas arriba y aguas abajo de la caída o rápida, pero para las caídas y rápidas, se propone una sección diferente (Figura 21). Figura 21. Sección de control tipo, donde se presenta el tirante crítico, al final de la caída o rápida. Lla sección transversal que llevará la estructura a partir de la sección de control, con un ancho de 0.75m y una profundidad que dependerá del tirante crítico. Esta sección de 0.75m de ancho se establece para ambos tipos de secciones de cuneta aguas arriba, triangular y rectangular.
  • 21. 18 De la Figura 22 se observa: ∆1= Desnivel entre el sitio donde comienza el abatimiento y la sección de control tipo, siendo de valor despreciable por pequeña. Figura 22. Vista longitudinal de la sección de control. hvc= Carga de velocidad en la sección de control. dc= Tirante crítico. he= Suma de las pérdidas de carga debidas al paso del canal en la sección de control. En la ¡Error! No se encuentra el origen de la referencia. se muestran los tirantes críticos para la sección rectangular y triangular típica, asumiendo que la sección de control es como la mostrada en la Figura 21. Además, en la ¡Error! No se encuentra el origen de la referencia. se muestran una serie de ecuaciones de regresión para cada una de las secciones en las cuales se puede sustituir la pendiente de la cuneta aguas arriba de la estructura y con ello obtener el tirante crítico.
  • 22. 16 Figura 23. Tirantes críticos para las distintas secciones tipo y material de construcción. 11.2. TRANSICIÓN HIDRÁULICA La transición es una estructura hidráulica que sirve para unir dos tramos de diferente sección eliminando la brusquedad del cambio de sección, con el fin de reducir al mínimo las pérdidas de carga y con ello obtener la mayor eficiencia hidráulica. Esta estructura se utiliza en la entrada y salida de acueductos, sifones invertidos, caídas, rápidas, etc. (Figura 24).
  • 23. 21 Figura 24. Transición de una sección rectangular más angosta a una más ancha (arriba) y transición de una sección triangular a una rectangular (abajo). En la Figura 21 se muestra la sección transversal de la caída la cual tiene un ancho de 0.75 m y la altura depende del tirante crítico dado en la ¡Error! No se encuentra el origen de la referencia., aumentando 0.05m como bordo libre. Teniendo en cuenta que la sección transversal será a partir del inicio de la caída, es decir, donde se presenta el tirante crítico (dc). En la Figura 24 se observa que la longitud de transición es Lt, para este caso se propone que sea de 1.0 m previo al inicio de la estructura en la sección de control. 11.3. CAÍDA VERTICAL Las caídas son transiciones verticales, el desnivel entre el tramo superior de canal y el inferior se une por medio de un plano vertical (colchón
  • 24. 20 amortiguador), permitiendo que el agua salte libremente y caiga en el colchón hidráulico. El plano vertical es un muro de sostenimiento de tierras, capaz de soportar el empuje que estas ocasionan y prevenir la erosión del perfil. En la Figura 14 se presenta una caída vertical en un canal con gasto Q1; en el primer tramo se tiene S1 y n dados (pendiente y coeficiente de rugosidad de Manning respectivamente), por lo que quedan definidos d1, A1, y v1 (tirante, área hidráulica y velocidad respectivamente); sucede lo mismo en el segundo tramo (salida), entre ambos tramos tiene una plantilla con desnivel igual a h. Con lo mencionado anteriormente y mediante topografía se obtiene el desnivel a salvar. En las Figuras 25 y 26 se presentan para la caída vertical las dimensiones del colchón amortiguador, a base de mampostería y concreto respectivamente, de sección rectangular. En ellas, se entra con la pendiente de la cuneta o canal aguas arriba de la estructura o bien a través de las ecuaciones de regresión donde se puede sustituir la pendiente y se obtiene también la longitud y profundidad correspondiente.
  • 25. 21 Figura 25. Dimensiones de la profundidad (arriba) y de la longitud del colchón hidráulico (abajo) para canal de concreto en sección rectangular y caída vertical.
  • 26. 22 Figura 26. Dimensiones de la profundidad (arriba) y de la longitud del colchón hidráulico (abajo) para canal de mampostería en sección rectangular y caída vertical. Conviene que la sección del canal de la estructura (caída o rápida) sea de tipo rectangular (Figura 21), debido a que con ello se simplifican los cálculos hidráulicos, es por eso, que previamente se propone la construcción de una transición para pasar de la sección triangular de la cuneta a la sección rectangular de la estructura. 11.4. CAÍDA INCLINADA Denominada también rápida corta con pendiente longitudinal equivalente al talud del terreno, generalmente adoptada como la correspondiente al talud 1.5:1, que equivale a una pendiente igual a 0.666 m/m (Figura 27). Figura 27. Perfil y partes que considera una caída inclinada.
  • 27. 23 El diseño hidráulico de esta estructura consiste de las siguientes partes: 1. Transición o zona de entrada. 2. Sección de control. 3. Conducto inclinado. 4. Colchón. Para la transición de entrada y sección de control se utiliza el mismo procedimiento descrito en la caída vertical. El canal inclinado está en base al desnivel a salvar con el talud ya indicado y el colchón hidráulico se diseña en base al salto hidráulico que eventualmente se presentará. Cuando la sección de la cuneta es de forma rectangular (Figura 15), el procedimiento en la sección de entrada, de aumentar la profundidad del canal, en base a los tirantes críticos mostrados en la ¡Error! No se encuentra el origen de la referencia. y conservar dicha profundidad hasta el final de la estructura, es prácticamente el mismo. En las Figuras 28 y 29 se muestran las dimensiones del colchón hidráulico para diferentes pendientes de cuneta o canal, en función del desnivel a salvar, también se observan las ecuaciones de regresión donde se puede sustituir la pendiente y se obtiene la longitud o la profundidad correspondiente. Cuando la sección normal de la cuenta es triangular (Figura 18), será necesaria una transición (Figura 24) que convierta dicha sección, en una rectangular (Figura 21).
  • 28. 24 Figura 28. Dimensiones de la profundidad (arriba) y de la longitud del colchón hidráulico (abajo) para canal de mampostería en sección rectangular y caída inclinada.
  • 29. 25 Figura 29. Dimensiones de la profundidad (arriba) y de la longitud del colchón hidráulico (abajo) para canal de concreto en sección rectangular y caída inclinada. 12. RÁPIDA Las rápidas son estructuras de conducción, cuyo fin es salvar los desniveles que se van acumulando debido a las diferencias existentes entre las pendientes del canal y la natural del terreno, correspondiente al eje longitudinal del mismo, sin que los tramos arriba y debajo de la estructura, sean afectados por las altas velocidades que se desarrollan en la zona de la misma. Estas estructuras sirven para unir dos tramos de canal o cuneta cuyo desnivel, considerable, se presenta en una longitud de bastante importancia (Figura 30). Figura 30. Perfil y partes que considera una rápida.
  • 30. 26 Dentro de la rápida se distinguen las siguientes partes: a) Transición de entrada b) Sección de control c) Rápida d) Trayectoria e) Colchón f) Transición de salida La transición de entrada y sección de control se trata de la misma manera que en la caída. La longitud de la rápida será en base al desnivel a salvar y la pendiente de esta, que puede ir desde el 10 al 30%. La trayectoria es una curva que une el último tramo de la rápida con la parte inclinada del colchón. Se llamará P.C., al principio de la curva y P.T. al punto de término (con coordenadas X, Y), generalmente la cota de P.T. es igual a la superficie libre del agua (S.L.A), del canal aguas abajo (Figura 31). Esta trayectoria es tangente en este lugar al plano inclinado de entrada del colchón, el que tendrá una inclinación de 1.5:1. Para el diseño de la trayectoria es preciso determinar las coordenadas del punto P.T., tomando como referencia que las coordenadas del punto P.C., es decir el final del tramo de la rápida, son 0,0 y la unión entre ambos puntos será curva. Figura 31. Perfil curva de la trayectoria El diseño del colchón hidráulico se hace tomando en cuenta el salto hidráulico que se presenta para disipar la energía que trae el agua. Al igual que en la caída, en la rápida también se consideran la sección rectangular típica (Figura 21), y la altura de la sección transversal de control estará en función al tirante crítico mostrado en la ¡Error! No se encuentra el origen de la referencia.. Para el diseño del tramo de la rápida, inmediatamente después de la sección de entrada, se consideraron pendientes de 10% al 30%, más allá de esa inclinación no es recomendable, ya que las dimensiones de la trayectoria y el colchón resulta exagerado. Para pendientes de la rápida arriba del 30% se recomienda, para salvar los niveles, es una serie de caídas. La longitud de la rápida dependerá del desnivel a salvar. En las Figuras 32 y 33 se muestra el valor de las coordenadas del punto P.T. de la trayectoria, tomando en cuenta que el final del tramo de la rápida corresponde al punto 0,0, P.C.
  • 31. 27 Figura 32. Coordenadas del punto final de la trayectoria (PT) para canal rectangular de mampostería. Figura 33. Coordenadas del punto final de la trayectoria (PT) para canal rectangular de concreto. Después de la trayectoria sigue el tramo previo al colchón hidráulico, como se mencionó anteriormente este plano inclinado tiene un talud de 1.5:1. En la Figura 34 se muestra la longitud vertical de dicho plano.
  • 32. 28 Figura 34. Longitud vertical del plano inclinado, previo al colchón hidráulico, para un canal rectangular en mampostería (arriba) y concreto (abajo) Finalmente en las Figuras 36 y 37 se tienen las dimensiones del colchón hidráulico, que es la última estructura que conforma la rápida (Figura 35).
  • 33. 29 Figura 35. Perfil y partes del colchón hidráulico de la rápida. Figura 36. Profundidad (arriba) y longitud (abajo) del colchón hidráulico para canal de mampostería.
  • 34. 36 Figura 37. Profundidad (arriba) y longitud (abajo) del colchón hidráulico para canal de concreto. Cuando la sección normal de la cuenta es triangular, como la recomendada en la Figura 16, será necesaria una transición (Figura 24) que convierta dicha sección, en una rectangular, como la Figura 21.
  • 35. 31 13. BIBLIOGRAFÍA Arteaga T. R. E., 2006, Hidráulica de los sistemas de conducción, Universidad Autónoma Chapingo, Departamento de Irrigación, México. Belvis Ermer , 2004, Guía Hidráulica para el Diseño de Obras de Drenaje en Caminos Rurales, Nicaragua. Chow V. T., 1994, Hidráulica de los canales abiertos, McGRAW-HILL, Colombia. Jerome M. Norman, Robert J. Houghtalen and William J. Johnston, 2001, National Highway Institute, Hydraulic Design of Highway Culverts, Hydraulic Design Series Number 5, Second Edition. Keller Gordon y Sherar James, 2005, Ingeniería de Caminos Rurales, Guía de campo para las mejores prácticas de gestión de caminos rurales, México. MTC, 2001. Manual de Diseño Geométrico de Carreteras. Dirección General de Caminos, Ministro de Transportes, Comunicaciones, Vivienda y Construcción del Perú. Ministerio de Transportes, Comunicaciones, Vivienda y Construcción (MTC), Dirección General de Caminos y Ferrocarriles, Ministerio de Transportes, Comunicaciones, Vivienda y Construcción (MTC), Manual de Hidrología, Hidráulica y Drenaje, Perú. Patiño López Gustavo Andrés, Ovalles Camargo Fidel Alfonso, Gutiérrez Toledo Francisco Alberto, 2006, Universidad Nacional de Colombia, Ministerio de Transporte, Instituto Nacional de Vías, Manual para Inspección Visual de Estructuras de Drenaje, Bogotá. Programa de apoyo al sector transporte, Mejoramiento de caminos rurales, PAST– DANIDA, 2005, Manual de Estructura, Versión 3, Nicaragua. Sotelo A. G., 2002, Hidráulica de canales, Universidad Nacional Autónoma de México, Facultad de Ingeniería, México. ELABORARON: Dr. Demetrio S. Fernández Reynoso Dr. Mario R. Martínez Menes Ing. Daisy Jessica Uribe Chávez Ing. Ricardo Castillo Vega Para comentarios u observaciones al presente documento contactar a la Unidad Técnica Especializada (UTE) COUSSA www.coussa.mx Dr. Mario R. Martínez Menes mmario@colpos.mx Dr. Demetrio S. Fernández Reynoso demetrio@colpos.mx Teléfono: (01) 595 95 5 49 92 Colegio de Postgraduados, Campus Montecillo, México.
  • 36. 33 ANEXO 1. COEFICIENTES DE RUGOSIDAD DE MANNING Cuadro 9. Valores del coeficiente de rugosidad de Manning. Tipo de descripción Mínimo Normal máximo A. Metal: a) Superfice de acero, lisa: 1. No pintada. 0.011 0.012 0.014 2. Pintada. 0.012 0.013 0.017 b) Corrugado 0.021 0.025 0.030 B. No metal: a) Cemento: 1. Superficie lisa. 0.010 0.011 0.013 2. En mortero. 0.011 0.013 0.015 b) Madera: 1. Cepillada, no tratada. 0.010 0.012 0.014 2. Cepillada, creosotada. 0.011 0.012 0.015 3. No cepillada 0.011 0.013 0.015 c) Concreto: 1. Acabado con llana metálica. 0.011 0.013 0.015 2. Acabado con llana de madera. 0.013 0.015 0.016 3. Acabado con grava en el fondo. 0.015 0.017 0.020 4. Sin Acabado. 0.014 0.017 0.020 5. Guniteado, buena sección. 0.016 0.019 0.023 6. Guniteado, sección ondulada. 0.018 0.022 0.025 7. Sobre roca bien excavada. 0.017 0.020 8. Sobre roca de excavado irregular. 0.022 0.027 d) Fondo de concreto acabado con llana, bordos de: 1. Piedar acomodada sobre mortero. 0.015 0.017 0.020 2. Mampostería de piedra mal acomodada sobre mortero. 0.017 0.020 0.024 3. Mampostería de piedra pequeña, cementada y revocada. 0.016 0.020 0.024 4. Mampostería de piedra pequeña cementada. 0.020 0.025 0.030 5. Mampostería seca de piedra pequeña, o zampeada 0.020 0.030 0.035 e) Fondo de grava con taludes: 1. Concreto colado en moldes. 0.017 0.020 0.025 2. Piedra mal acomodada en mortero. 0.020 0.023 0.026 3. Mampostería seca de piedra pequeña, o zampeado. 0.023 0.033 0.036 f) Ladrillo: 1. Vitiricota. 0.011 0.013 0.015 2. Con mortero de cemento. 0.012 0.015 0.018
  • 37. 34 Tipo de descripción Mínimo Normal máximo g) Mampostería de piedra: 1. Pequeña, cementada. 0.017 0.025 0.030 2. Pequeña, seca. 0.023 0.032 0.035 h) Piedra labrada. 0.013 0.015 0.017 i) Asfalto: 1. Liso. 0.013 0.013 2. Rugoso. 0.016 0.016 j) Cubierta vegetal. 0.030 0.500 k) Suelo-Cemento. 0.015 0.016 0.017 C. Sin Revestir a) Tierra, recto y uniforme: 1. Limpio, recientemente terminado. 0.016 0.018 0.020 2. Limpio, después de intemperizado. 0.018 0.022 0.025 3. Grava, sección unidorme y limpia. 0.022 0.025 0.030 4. Con poco pasto y poca hierba. 0.022 0.027 0.033 b) Tierra, sinuoso, flujo con poca velocidad: 1. Sin vegetación. 0.023 0.025 0.030 2. Pasto, algo de hierba. 0.025 0.030 0.033 3. Hierba densa o planas acuáticas en canales profundos. 0.030 0.035 0.040 4. Fondo de tierra y mampostería en los bordos. 0.028 0.030 0.035 5. Fondo recoso y hierba en los bordos. 0.025 0.035 0.040 6. Fondo empedrado y bordos limpios. 0.030 0.040 0.050 c) Excavado o dragado en línea recta: 1. Sin vegetación. 0.025 0.028 0.033 2. Pocos arbustos en los borodos. 0.035 0.050 0.060 d) Cortado en roca: 1. Liso y uniforme. 0.025 0.035 0.040 2. Con salientes agudas e irregulares. 0.035 0.040 0.050 e) Canales abandonados, hierbas y arbustos sin cortar: 1. Hierba densa, tan alta como el nivel del agua. 0.050 0.080 0.120 2. Fondo limpio, arbustos en las orillas. 0.040 0.050 0.080 3. Igual al anterior, con máximo nivel del agua. 0.045 0.070 0.110 4. Arbustos densos, altos niveles del agua. 0.080 0.100 0.014 Fuente: Hidráulica de Canales Abiertos, Ven Te Chow, 1983.
  • 38. 35 ANEXO 2. CONSTANTES K Y M SEGÚN FHWA Cuadro 10. Constantes K y M según FHWA.
  • 39. 36 ANEXO 3. NOMOGRAMAS Figura 38. Altura de la carga y capacidad para tubos de concreto con control de entrada (sistema métrico) (adaptado de FHWA, HDS 5. 1998).
  • 40. 37 Figura 39. Altura de la carga y capacidad para cajas de concreto con control de entrada (sistema métrico) (adaptado de FHWA, HDS 5. 1998).
  • 41. 38 Figura 40. Altura de la carga y capacidad para tubo de metal corrugado con control de entrada (sistema métrico) (adaptado de FHWA, HDS 5. 1998).