4_diseno hidraulico cunetas
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calculo de cunetasTRANSCRIPT
Drenaje de la
plataformaDrenaje VIal
Ing. Vicente Tinoco MSc.
Drenaje de la plataforma
Cunetas laterales
Cunetas de coronación
Bajantes
Anexo: Elementos geométricos de las secciones de escurrimiento.
Colectores de aguas lluvias
Contenido
Drenaje de la platarfoma Objetivo: Mantener las pistas de tránsito libres de inundación para la
probabilidad de la precipitación de diseño
Criterios de diseño NEVI (2013): Q-> Método racional i:10 min. Tr: 25 años
Cunetas laterales Son canales abiertos ubicados junto a la
carretera, diseñadas con el propósito de
recolectar el escurrimiento proveniente de
la vía, espaldones y áreas adyacentes, y
dirigirlos hacia los cursos de drenaje más
cercanos o a las alcantarillas.
La pendiente de la cuneta será igual a la pendiente longitudinal de la
vía. Pendiente mínima sugerida 0.12% para cunetas revestidas. 0.25%
en aquellas sin revestir.
Dimensionamiento se realiza con ec. de Manning (1891). Valores
sensibles a coeficiente de rugosidad n. Seleccionar con precaución.
Revestimiento de hormigón: n= 0.02
Cuneta no revestida: n=0.03
2/13/21
oh SARn
Q
Q= Caudal de diseño en (m3/s): Calculo
dos diapostivas mas adelante
A= área mojada (m2)
Rh= Radio hidráulico (m)
So = Pendiente del cauce
Cunetas laterales: capacidad hidraulica
de secciones
Fuente: NEVI, 2013
Cunetas: Caudal de diseñoNEVI (2013) recomienda calcular con el método racional discutido
en clases. Q = CiA.
Donde: i: es la intensidad en (mm/h)
C: Coeficiente de escorrentía
A: Area de aporte al desfogue de la cuneta (m2)
Q: Caudal de diseño (m3/s)
Fuente: NEVI, 2013
Vo = i / 3.6 *106
a = (SO(1/2) / n)
te = ( L / a*Vo2/3) 3/5
q = a * (Vo * t) 5/3 para 0 < t < te
qmáx = a * (Vo * t e)5/3 para te < t < d
Donde:
d Duración de la lluvia (segundos).
i Intensidad de la precipitación en exceso (mm/h).
L Longitud de la cuneta, desde el parte de aguas hasta la descarga (m).
n Coeficiente de rugosidad (fórmula de Manning).
q Caudal unitario en el tiempo “t” (m3/s/m).
qmáx Caudal unitario máximo durante el intervalo (d-te) (m3/s/m).
SO Pendiente media de la superficie.
t Tiempo (segundos).
te Tiempo de equilibrio para que se presente el qmáx, (segundos).
Cunetas: Caudal de diseño
Otra metodología ampliamente usada es el de Henderson, (1966).
Con la que se calcula el caudal máximo que es recolectado por
metro de cuneta
Cunetas: Criterios de diseño
La longitud de la cuneta depende de los siguientes aspectos:
Topografía
Velocidades máximas admisibles
Evitar rebosamiento de agua de la sección
Evitar que se produzcan depósitos de material
Separación entre alcantarillas.
Si la topografía lo permite también se pueden realizar descargas laterales
Velocidad mínima 0.25 m/s. Para evitar depósito de me
material o sedimentación
Velocidades máxima para evitar erosión en cunetas
revestidas:
Fuente: NEVI, 2013
Cunetas de coronación
También llamadas contracunetas o
canales de interceptores.
Son canales construidos en zonas
donde existe taludes de corte o
donde el terreno presente mucho
pendiente. Tienen la función de
desviar el agua que escurre sobre
la superficie del terreno para
evitar la erosión del talud y evitar
un incremento del caudal en las
cunetas.
El agua encauzada se conduce a
una quebrada cercana o a la
descarga más cercana del sistema
de drenaje.
Cunetas de coronación en taludes
de corteSe consideran los siguientes aspectos
de diseño:
Las cunetas se localizan cerca de
la corona de los taludes de corte,
a una distancia variable que
depende de la altura de éste. La
distancia mínima entre la cuneta
y la corona del corte es de 5 m o
igual a la altura del corte cuando
éste es mayor a 5 m.
El trazado de la cuneta será
paralelo al corte y su pendiente
longitudinal uniforme desde su
origen hasta su desfogue.
Cunetas de coronación en taludes
de corteSe consideran los siguientes aspectos de
diseño:
Es común el tipo de sección
rectangular o trapezoidal. La
capacidad hidráulica se
determinará por la sección
transversal y velocidades.
La velocidad máxima permitida
y pendientes mínimas son
acorde con la presentada en la
sección de cunetas.
Para pendientes mayores a 2% se requiere que el canal sea revestido de
concreto o enrocado
En el sitio de descarga se deberá construir bajantes/rampas de descarga
para evitar la erosión por efecto de las grandes velocidades del agua.
Cunetas de coronación o canales
interceptores en terraplenes
Colectan las aguas superficiales
provenientes de calzadas y
espaldones para conducirlas
hacia los puntos de desagüe y así
proteger la erosión del terraplén
que se pudiera dar al correr
éstas aguas por sus taludes.
Estas cunetas deben estar
formadas por el espaldón
revestido y una solera.
La gradiente mínima es de 0,25%
en canales de tierra y de 0,12%
en canales revestidos.
Velocidad mínima es de 0,25
m/s.
Mientras que las máximas es
igual que en el caso de cunetas.
Bajantes, rampas o canales
de descarga lateral Son canales que se conectan con las
cunetas de coronación y/o con las cunetas laterales. Descienden transversalmente por los taludes de la vía, conduciendo el caudal hacia los sitios de descarga.
Estos canales tienen pendientes fuertes y por lo tanto altas velocidades. Para disipar la energía del flujo es recomendable dar rugosidad artificial a la solera de la rampa. Esto se puede realizar colocando piedras embebidas parcialmente en el hormigón. Este es un sistema económico por lo que es ampliamente utilizado.
En las uniones de las cunetas o contra cunetas con los canales de descarga se recomienda ampliar la sección de los canales para darles una mayor capacidad y contener la turbulencia generada por la rugosidad artificial.
Anexo: Elementos geométricos de las secciones de escurrimiento.
Fuente: NEVI, 2013
Colectores de aguas lluvia
Conductos subterráneos y sistemas colectores
destinados a drenar la calzada que fluyen hacia un solo
punto de descarga
Criterios de diseño
Escorrentía con tiempo de
concentración de 10 minutos.
En el caso que reciban descarga de
cunetas, será ése el caudal de
diseño
En el caso de curvas de autopistas de cuatro o más carriles de
circulación, se presenta un problema de acumulación de agua en
parterre del lado de la vía de circulación más elevada.
Solución instalación de sumideros en el partere dispustos a longitud
suficiente de tal forma que se pueda drenar el agua de la curva.
El agua será recolectada por un colector subterráneo.
Sumideros y rejillas
Sumideros laterales en solera: Se adaptan para instalaciones con solera y cuneta, de las que reciben aguas lluvias.
Apertura se diseña para admitir flujos que conducen basuras flotantes.
Capacidad interceptora depende de gradiente de la cuneta de aproximación. Funcionamiento óptimo para cunetas con So<3%
Sumideros horizontales de rejillas:
Capacidad hidráulica está dada por
el espaciamiento entre rejillas.
Desventaja es que se obstruyen
rápidamente con las hojas o basuras
arrastradas por la corriente. Ventaja:
Son preferibles cuando So>3%
Ubicación de sumideros
Depende de:
Magnitud de escurrimiento
Inclinación
Ubicación y geometría de enlaces e intersecciones
Ancho del flujo permisible
Capacidad del sumidero
Acceso para mantenimiento
Volumen y desplazamiento de tráfico vehicular y de peatones
Cantidad de materia flotante
Ubicación y espaciamiento depende de flujo de aguas
lluvias calculado
En intersecciones se recomienda colocarlo aguas arriba de
la intersección
Cuando las condiciones requieran colocar más de un
sumidero en un cierto lugar. El espaciamiento mínimo
entre ellos será de 6 m. Para permitir que sea recolectado
el flujo que pasó el primero.
Diseño hidráulico de sumideros
Superficie libre: Igual a carga por pérdidas de entrada
en la tubería más 25 cm entre la admisión de la cuneta
y el espejo de agua en el sumidero.
Se comporta como vertedero, sin embargo si la carga de
entrada es mayor a 30 cm se calcula como orificio.
Comportamiento como vertedero:
Donde:
Q: caudal (m3/s);
C: coeficiente experimental de gasto, adimensional;
recomendado C=1.6 (NEVI-12)
P: perímetro exterior de la rejilla, sin contar espesor de barras externas (m)
H: altura de agua sobre la rejilla (m).
Diseño de la tuberías en colectores
Colectores de agua lluvia tienen sección circular.
Dimensionamiento con ecuación de Manning.
Pozos de revisión Ubicados en la convergencia de dos o más tuberías o depende de la
longitud en tuberías largas.
Tuberías con D≥1.20 m Espaciamiento de pozos es entre 200 a 350 m.
Tuberías con D≤1.20 m Espaciamiento de pozos es entre 100 a 200 m.