temas de obras de drenaje

1. OBRAS DE DRENAJE
“APLICACIÓN DE NORMATIVA SCTEN DISEÑO
HIDROLÓGICO DE UNA ODT”

2. ¿QUÉ ES LA HIDROLOGÍA?
Hidrología es la ciencia
natural que estudia al
agua, su ocurrencia,
circulación y
distribución en la
superficie terrestre, sus
propiedades químicas
y físicas y su relación
con el medio
ambiente, incluyendo a
los seres vivos.
(F
.J APARICIO, 1992. FUNDAMENTOS
DE HIDROLOGIA SUPERFICIAL,
MÉXICO DF, EDITORIAL LIMUSA)

3. ¿QUÉ SON LAS VÍAS TERRESTRES?
Las vías terrestres son
obras de infraestructuras
, que se diseñaron para
mejorar el transporte y
disminuir el tiempo que
se tarda en movilizarse
de un punto a
otro, entre las vías
terrestres están: túneles,
puentes, caminos,
autopistas, carreteras
,vías férreas.

4. NORMATIVA MEXICANA
NORMATIVA PARA LA INFRAESTRUCTURA DEL TRANSPORTE – SECRETARIA
DE COMUNICACIONES Y TRANSPORTES.
1. PROYECTO DE OBRAS DE DRENAJE MENORES.
EJECUCIÓN DEL PROYECTO DE OBRAS MENORES DE DRENAJE
(N·PRY·CAR·4·01·001/16).
DISEÑO HIDRAÚLICO DE OBRAS MENORES DE DRENAJE
(M/N·PRY·CAR·4·01·002/16 ). DISEÑO ESTRUCTURAL DE OBRAS MENORES
DE DRENAJE (M/N·PRY·CAR·4·01·003/16). PRESENTACIÓN DEL PROYECTO
DE OBRAS MENORES DE DRENAJE (N·PRY·CAR·4·01·004/16 ).
2. PROYECTO DE OBRAS COMPLEMENTARIAS DE DRENAJE.
1.06. ESTUDIOS HIDRAÚLICO-HIDRÓLOGICO PARA PUENTES.

5. ¿QUÉ ES UNA CUENCA HIDROLÓGICA?
Una cuenca es una zona de
la superficie terrestre en
donde (si fuera impermeable)
las gotas de lluvia que caen
sobre ella tienden a ser
drenadas por el sistema de
corrientes hacia un mismo
punto de salida.
SUPERFICIAL O SUBTERRÁNEA

6. CANALES > DEFINICIÓN
Los canales son conductos en los que el
agua circula debido a la acción de
gravedad y sin ninguna presión, pues la
superficie libre del líquido está en contacto
con la atmósfera.
Los canales pueden ser naturales (ríos o
arroyos), o artificiales (construidos por el
hombre) Dentro de estos últimos pueden
incluirse aquellos conductos cerrados que
trabajan parcialmente llenos (alcantarillas,
tuberías).
(MÁXIMO VILLÓN,2007, HIDRAULICA DE
CANALES; LIMA, PERÚ, EDITORIAL VILLÓN)

7. SECCIONES TRANSVERSALES DE LOS CANALES
La sección transversal de un canal natural es generalmente de
forma muy irregular y varía de un lugar a otro. Los canales
artificiales usualmente se diseñan con formas geométricas
regulares, las más comunes son las siguientes:

8. SECCIONES ABIERTAS

9. SECCIONES CERRADAS

10. ELEMENTOS DE UNA SECCIÓN
y= Tirante, es la profundidad
máxima del agua en el canal.
b= Ancho de plantilla o solera.
T= Espejo de agua.
C= Ancho de corona.
H= Profundidad total del canal.
H- y= Bordo libre.
Θ= Angulo de inclinación.
Z= Talud.

11. ÁREA HIDRÁULICA, PERÍMETRO MOJADO Y
RADIO HIDRÁULICO
A= Área hidráulica: definida por el nivel
alcanzado por el agua en el cauce, y por el
perfil del terreno natural dentro del propio
cauce, en m2
P= Perímetro mojado: es la longitud
de la superficie del cauce que tiene
contacto con el agua, en metros.
R= Radio hidráulico, es la relación del
área hidráulica entre el perímetro
mojado de la sección hidráulica (R =
A/P), en metros.

12. ÁREA HIDRÁULICA SECCIÓN
TRAPEZOIDAL

13. FORMULA DE MANINING
LA FORMULA DE MANING UTILIZADA EN
MUCHOS CALCULOS DE CANALES ABIERTOS
𝒗 =
𝒏 1
𝑛
𝑅
2
3𝑆1 2
Donde:
v = Velocidad media en metros por
segundo (m/s)
R = Es el radio hidráulico en metros,
obtenido con la expresión A/P, donde A es el
área hidráulica de la sección, en m2 y P es
el perímetro mojado, (m)
S = Pendiente de la línea de energía,
(decimales)
n = Coeficiente de rugosidad, también
conocido como n de Manning
Los valores del coeficiente n de rugosidad
de Manning están indicados en Tablas

14. TIPOS DE FLUJOS EN
ALCANTARILLAS
De acuerdo a la normativa del manual de diseño hidráulico
M/N·PRY·CAR·4·01·002/16
El flujo en alcantarillas puede clasificarse en seis tipos:
Tipo 1: Entrada y salida sumergidas como se indica en la Figura 12
de este Manual.
Es a
conducto lleno y ocurre cuando (H1-z) >d, H2 > d.

15. TIPOS DE FLUJOS EN ALCANTARILLAS
Tipo 2: Entrada sumergida, salida no sumergida como se indica
en la Figura 13 de este Manual. La obra es hidráulicamente
larga, por lo que trabaja llena, (H1-z) >H*, H2<d.

16. TIPOS DE FLUJOS EN ALCANTARILLAS
Tipo 3: Entrada sumergida, salida no sumergida; alcantarilla hidráulicamente
corta, por lo que no trabaja llena. (H1-z) >H*, H2 < d, como se indica en la
Figura 14 de este Manual.
Para distinguir si una alcantarilla es de flujo tipo 2 o tipo 3, es decir, si es
hidráulicamente larga o corta, se puede aplicar el siguiente criterio:
Si L / d > 25, la obra es hidráulicamente larga. Si L / d < 20, la obra es
hidráulicamente corta. Para valores intermedios la obra puede ser de tipo 2 ó
3.

17. TIPOS DE FLUJOS EN ALCANTARILLAS
Tipo 4: Entrada no sumergida, salida no sumergida. (H1-z)<H* ,
H3>yc , es decir, el flujo en la alcantarilla es subcrítico como se
indica en la Figura 15 de este Manual. La alcantarilla no
trabaja llena.

18. TIPOS DE FLUJOS EN ALCANTARILLAS
Tipo 5: Entrada y salida no sumergidas. (H1-z) < H*, H2 < yc, el
flujo en la alcantarilla es subcrítico con control en la salida, en la
que se presenta el tirante crítico. La alcantarilla no trabaja llena
como se indica en la Figura 16 de este Manual.

19. TIPOS DE FLUJOS EN ALCANTARILLAS
Tipo 6: Entrada y salida no sumergidas. (H1-z) < H*, H2 < yc, la
pendiente de la alcantarilla es mayor que la pendiente crítica, el
flujo es supercrítico con control en la entrada, donde se presente
el tirante crítico. La obra no trabaja llena como se indica en la
Figura 17 de este Manual.

20. EJERCICIO
Se requiere drenar a través de una carretera, un arroyo
con un cauce de sección trapezoidal con una base
inferior de 0,75 m y taludes ½:1.
El gasto de diseño es de 2,7 m3/s.
La pendiente del arroyo es de 0,005 y su tirante
asociado al gasto de diseño es de 1,5 m. El coeficiente
de rugosidad del cauce es de 0,040.
Diseñar la alcantarilla que pueda drenar
satisfactoriamente el arroyo; su longitud será de 15 m
(Diseño hidrológico).

21. 1° IDENTIFICAMOS LOS DATOS PROPORCIONADOS
Qmoc= 2.7 m3/s
b= 0.75 m
Z= 0.5 :1 => 0.5
SArroyo= 0.005 m
nCause= 0.04
Alcantarilla de
Concreto Armado.
Sección del Arroyo.
L= 15 m
A=?
V=?

22. A= (b+ zy) * y
A= (0.75 + ((0.5)*(1.5)) * 1.5
A= 2.25 m2
TENEMOS LA ECUACION DE
CONTINUIDAD
Q= v * A
DONDE V = Q /A
v= 2.7 /2.25
v= 1.2 m/s
Qmoc= 2.7 m3/s
b= 0.75 m
Z= 0.5
SArroyo= 0.005 m
nCause= 0.04
L= 15 m A=?
V=?
2° DETERMINAR EL ÁREA HIDRÁULICA

23. 2. PROPONEMOS DIMENSIONES
Qmoc= 2.7 m3/s
b= 0.75 m
Z= 0.5
SArroyo= 0.005 m
nCause= 0.04
L= 15 m A=2.25 m2
V=1.20 m/s
ALCANTARILLA DE CAJON DE 2.00 m x
1.50 m MATERIAL CONCRETO ARMADO.
n = 0.018

24. DETERMINAMOS EL TIRANTE CRÍTICO
PARA ELLO NOS APOYAREMOS DE LA FIGURA (DIAGRAMA) No. 5 DEL MANUAL
DISEÑO HIDRAÚLICO DE OBRAS MENORES DE DRENAJE
(M/N·PRY·CAR·4·01·002/16 ).
DEBEMOS DETERMINAR
Qmoc= 2.7 m3/s
b= 0.75 m
Z= 0.5
SArroyo= 0.005 m
nCause= 0.04
b= 2.00 m
(ALCANTARILLA)
d= 1.50 m
(ALCANTARILLA)
LA FIGURA TIENE EL SIGUIENTE PRINCIPIO.
SE DETERMINA POR INTERSECCION DE ABSISAS (Z/b2.5) CON LA LINEA O CURVA
CORRESPONDIENTE ARROJANDO EL VALOR DE Yc (TIRANTE CRÍTICO)
L= 18m
A=2.25m
2V=1.20 m/s
n= 0.018
Valor encontrado en gráfica #1

26. DETERMINAMOS EL TIRANTE NORMAL
 𝑺 𝟎.𝟎𝟎𝟓
LA FIGURA TIENE EL MISMO PRINCIPIO.
SE DETERMINA POR INTERSECCION DE ABSISAS (Z/b2.5) CON LA LINEA O CURVA
CORRESPONDIENTE ARROJANDO EL VALOR DE Yn (TIRANTE NORMAL)
PARA ELLO NOS APOYAREMOS DE LA FIGURA (DIAGRAMA) No. 11 DEL
MANUAL DISEÑO HIDRAÚLICO DE OBRAS MENORES DE DRENAJE
(M/N·PRY·CAR·4·01·002/16 ).
DEBEMOS DETERMINAR
Qmoc= 2.7 m3/s
b= 0.75 m
Z= 0.5
SArroyo= 0.005 m
nCause= 0.04
b= 2.00 m
(ALCANTARILLA)
d= 1.50 m
(ALCANTARILLA)
Yc= 0.570 m
Ac= 1.14 m2
L=15m
A=2.25 m2
V=1.20 m/s
n= 0.018
s 0.005

28. ANALIZAMOS LOS VALORES OBTENIDOS
Elegimos la mayor de An y Ac.
Previamente calculamos Ac
=1.14 m2 y An= 1.28 m2
A3= 1.28 m2
y3= 0.64 m
Analizamos que tanto el tirante
critico como el normal es inferior
al propuesto en las dimensiones
de nuestra alcantarilla. (1.50 m)
CON ELLO DETERMINAMOS QUE
EL FLUJO ES SUBCRITICO, NO
TIENE CAMBIOS DE PENDIENTE A
LA SALIDA DE LA ALCANTARILLA,
ENTONCES SERIA EL CASO 4.
Qmoc= 2.7 m3/s
b= 0.75 m
Z= 0.5
SArroyo= 0.005 m
nCause= 0.04
L= 15 m A=2.25 m2
V=1.20 m/s
n= 0.018
b= 2.00 m
(ALCANTARILLA)
d= 1.50 m
(ALCANTARILLA)
Yc= 0.570 m
Ac= 1.14 m2
Yn= 0.64 m
An= 1.28 m2

29. TENEMOS QUE EL FLUJO TIPO 4 SE CALCULA:
A3=Área hidráulica en la sección 3
Cd= Coeficiente de gasto que se obtiene de la Tabla 5
hf= Pérdida de carga por fricción, que se obtiene con la
expresión
Primeramente calculamos las conductividad hidráulica,
necesaria para obtener
la perdida de carga por fricción.

30. DETERMINAMOS EL GASTO

31. CONCLUSIONES
𝑸=5.00 m3/s >𝑸𝑴𝒐𝒄=2.7 m3/s
Por lo cual nuestro diseño puede absorber
fácilmente el gasto inicial de 2.7 m3/s

32. RECOMENDACIONES
El diámetro mínimo o altura mínima que tendrán las obras menores de drenaje
será de 1,2 m. Ello por las razones siguientes:
1. Se facilitan y se hacen más económicas y rápidas las labores de limpieza de las
obras que se realizan para retirar los azolves de su interior (ver fotografías 1 y 2),
labores que son parte de los trabajos de conservación de los caminos.
2. Es mucho menos probable que se atoren en la entrada o en el interior de las
obras los cuerpos flotantes, como troncos y ramazón.
3. Se favorece el paso de la fauna y del ganado bajo.
4. Sin embargo, siempre que sea posible desde el punto de vista económico, se
considerará la conveniencia de elegir en los proyectos un diámetro mínimo de
1,5 m.

33. RECOMENDACIONES
FOTOGRAFÍA 1.- Obra de drenaje menor, consistente en un tubo de concreto
de 0,90 m de diámetro, azolvado en un 85%

34. FOTOGRAFÍA 2.- Losa de concreto de 1m de altura, obstruida por vegetación
RECOMENDACIONES

35. BIBLIOGRAFIA
(F.J APARICIO, 1992. FUNDAMENTOS DE HIDROLOGIA SUPERFICIAL, MÉXICO DF,
EDITORIAL
LIMUSA)
(MÁXIMO VILLÓN,2007, HIDRAULICA DE CANALES; LIMA, PERÚ, EDITORIAL VILLÓN)
EJECUCIÓN DEL PROYECTO DE OBRAS MENORES DE DRENAJE (N·PRY·CAR·4·01·001/16)
DISEÑO HIDRAÚLICO DE OBRAS MENORES DE DRENAJE (M/N·PRY·CAR·4·01·002/16 )