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1© Roberto D. Agosta ([email protected]) - Diseño geométrico vial

Desagües y drenajes

ObjetoEvitar el exceso de humedad en la obra básica.

Componentes

Desagües: facilitan el escurrimiento de las aguas superficiales.

• Alcantarillas: permiten el paso de aguas a través del terraplén.

• Cunetas: canales abiertos para recolectar el agua superficial proveniente de la calzada, banquina, taludes y cuenca interceptada por el terraplén.

Drenajes: facilitan el escurrimiento de las aguas no superficiales.


Método Racional para la determinación de los caudales a servir

Valores típicos de E:

0,15 : Terreno llano, permeable y boscoso.

0,50: Terreno ondulado con pasto o cultivo.

0,95: Pavimento.

360** REM

Q

Q = caudal a desaguar = m3/s

M = área de cuenca = Ha

R = intensidad = mm/h (a determinar)

E = coeficiente escorrentía (función de las características de la cuenca)

Cuenca de un curso de agua en una secciónLa totalidad de la superficie topográfica

drenada por el curso de agua y sus afluentes aguas arriba de la sección



Tiempo de Concentración (tc)

Se define como el tiempo necesario para que una gota de agua que cae en el punto hidrológicamente más alejado de la cuenca llegue a la salida de la misma y durante el cual

todos los puntos de la cuenca aportan al caudal.

n

i i

ic V

Lt

1

*67,16tc = tiempo de concentración = min

L = recorrido de las aguas para cada tramo de cuenca = km

V = velocidad media de escurrimiento (función de las características de la cuenca) = m/s

Valores típicos de V:

0,30 m/s: Terreno llano en zona boscosa.

1,00 m/s: Terreno ondulado con pasto o cultivo.

4,70 m/s: Pavimento en zona montañosa.


Determinación de la precipitaciónGráficos de Intensidad - Duración - Frecuencia

R = K F / t

R (mm/h) = Intensidad media máxima de precipitación para un intervalo de tiempo (duración del aguacero) y un intervalo de recurrencia (frecuencia)

F (años) = recurrencia

t (min) = duración del aguacero

K = constante empírica que depende del lugar geográfico del que se trate determinada a partir de datos pluviométricos

tc

R

Para Buenos Aires

F = 25 añosK = 1800


Supuestos1. La intensidad R es constante durante el tiempo de concentración tc.

2. La intensidad R es la misma para cualquier punto de la cuenca durante tc.

3. El coeficiente de escorrentía E es constante para cualquier R y tc, dependiendo solo de las características superficiales de la cuenca.



Cuencas de cunetas y alcantarillas

60

70

80

80

90

90

100 100AB

CD

E

F

G

cres

ta

cresta

cres

ta

talw

eg

ABCD = Cuenca de la alcantarilla.

AEFD = Cuenca de la cuneta en DF.

GBCF = Cuenca de la cuneta en FC.

Cuneta

Camino

CunetaAlcantarilla


Dimensionado de alcantarillas

Fórmula de Talbot : 4 3* MCA

A = sección de la alcantarilla = m2

M = área de la cuenca = Ha

C = coeficiente de cuenca

• Conductos cerrados que dan continuidad al escurrimiento a través del terraplén de un camino.

• Las secciones más comunes son las circulares, semicirculares, rectangular, etc.

• Diámetro mínimo para evitar obstrucciones = 0,60m.• Pendiente entre 0,5% y 2%.• Las cabeceras retienen el talud del terraplén, encauzan la

corriente de agua y protegen el talud de socavaciones.

Valores típicos de C:

0,04 : Terreno llano.

0,10: Terreno ondulado.

0,18: Terreno montañoso.


Control de salida Control de entrada

Alcantarillas


Dimensionado de cunetas• Corren paralelamente al eje del camino.

• El fondo debe estar como mínimo a 1,20 m por debajo de la rasante.

• La profundidad y el ancho pueden variar a lo largo del tramo.

• La pendiente longitudinal debe ser ≥ 0,25% para que el agua escurra.

• La sección suele ser trapecial.

• Pueden ser de suelo natural o estar revestidas.

• El diseño consta de dos partes• Determinación se la sección adecuada para evacuar el caudal.• Determinación de la protección contra la erosión.


b = solera ≥ 0,80 m

h = tirante ≈ 0,30 m

Taludes en general 1:3 a 1:6

El proceso de dimensionado es iterativo:

1. Se propone una velocidad de escurrimiento V = 0,8 Ve

donde Ve = Velocidad límite de erosión, típicamente 0,3 para arenas, 1,2 para arcillas y 1,5 para rocas o hierbas en praderas.

2. Se calcula A = Q / V

3. Se adoptan los taludes y el tirante y se calculan:

b = ( A / h ) – x .h y B = b + 2 . x . h 4. Se calcula la velocidad real de escurrimiento con la Fórmula de Chezy: Vr = c (r . i)1/2

donde “c” se calcula con la Fórmula de Manning c = r1/6 / ny n = coeficiente de rugosidad, típicamente 0,06 para césped y 0,016 para hormigón.

5. Se calcula el caudal real que la cuneta puede evalcuar Qr = A . Vr

6. Se verifica que Vr < Ve7. Se verifica que Qr > Q

Si no verifica alguno de ellos se debe redimensionar

Dimensionado de cunetas


Nomograma de canales


Desagües y drenajes• Conductos

Reemplazan a las cunetas en zonas urbanas, en suelos erosionables y, por seguridad, en aeropuertos.

Se construyen de hormigón simple, armado o chapa ondulada.

La velocidad en los conductos varía entre 0,6 m/s (por autolimpieza) y 3m/s (límite por erosión).

Los sumideros los las aberturas por las cuales el agua ingresa a los conductos, El tipo más usado en obras viales urbanas es la abertura en el cordón con rejas.

• Drenes

Se utilizan para mantener el nivel freático a una cierta distancia (entre 1,50 y 1,80m) por debajo de la rasante.

Consisten básicamente en un conducto (de hormigón simple o chapa ondulada), con junta abierta o con perforaciones, colocado en el fondo de una zanja rellena de material bien graduado (filtrante).


Movimiento de Suelos• Secciones Transversales

Son proyecciones sobre un plano perpendicular el eje del camino. Las secciones se toman cada x (m) de acuerdo a la topografía de la zona y se calculan las áreas.

Sección en Terraplén Sección en DesmonteSemiperfil en Terraplén y

Desmonte

• Volumen de Suelo entre SeccionesUna vez calculadas las áreas, se toma el volumen entre dos secciones considerando que la traza entre las mismas es recta.

A1

A2

Am

d

Si d es pequeño se puede tomar:

221 AA

Am

Con lo cual el volumen resulta: dAV m *


Diagrama de Bruckner (I)

Rasante

Curva de volúmenes

Puntos de paso

Vol

umen

acu

mul

ado

Terraplén DesmonteDesmonte

Progresivas (km)

Terreno Natural


Diagrama de Bruckner (II)

1. La ordenada de un punto cualquiera mide el volumen acumulado desde el origen.

2. La curva de volúmenes es ascendente para desmontes y descendente para terraplenes.

3. Un máximo o un mínimo de la curva, son puntos de paso.

4. La diferencia entre dos ordenadas respecto de una horizontal cualquiera mide el volumen disponible entre ellas.


5. Entre las secciones correspondientes a los puntos de intersección de una horizontal cualquiera con la curva de volúmenes, existe compensación entre desmonte y terraplén. El volumen total de tierra a transportar está dado por la ordenada máxima.

6. El área de cada cámara de compensación respecto a una horizontal cualquiera mide el momento de transporte. El área dividida por la ordenada máxima es la distancia media de transporte (DMT). Existe entonces un rectángulo de área equivalente al área de la onda y que tiene por altura el volumen de tierra a transportar.

área ACE = área FBDG

área 1 = área 2

área 3 = área 4

máxima ordenadacámara o onda la de área

DMT

Diagrama de Bruckner (III)


Compensación longitudinal de suelos


• Momento de transporte

DMT = Distancia Media de Transporte = distancia entre los centros de gravedad del volumen en su posición original y después de colocado en el terraplén.

DCT = Distancia Común de Transporte = no recibe pago directo = 300 m (3 Hm)

DET = Distancia Excedente de Transporte = es la diferencia entre la DMT y la DCT.

MT = Momento de Transporte = es el producto del volumen transportado por la DET

MT [Hm-m3] = vol. tierra [m3] * (DMT – DCT) [Hm]

Compensación longitudinal de suelos

• Costo mínimo de transporte

Para minimizar el costo, la suma de las bases de los “valles”, debe ser igual a la suma de las bases de los “montes”.


Reglas de Corini

Ayudan a optimizar el movimiento de suelos.

1- La long. de distribución estará comprendida entre la fundamental y una horizontal trazada por la sección extrema.

2- Se trazarán diversas horizontales de compensación comprendiendo cada una un monte y un valle de igual base.

3- De no ser posible la 2, se trazarán horizontales comprendiendo más valles y más montes, de modo que la suma de la base de los montes sea igual a la suma de la base de los valles.

4- La horizontal de distribución secundaria (dentro de una cámara autocompensada) debe ser tangente a la onda.

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