95722148 drenaje en carreteras

UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN MARTINTRABAJO ESCALONADO: DRENAJE EN CARRETERAS

DRENAJEEN

CARRETERAS

ABEL GRANDEZ VELA / DRENAJE / HIDRAULICA / FIC / UNSM-T


INDICE

CONTENIDO

PRESENTACIONINTRODUCCIONI. OBJETIVOS

Objetivo general.Objetivos específicos.

II. MARCO TEORIOFactores de la formación de caudales.Drenaje de una carretera.Obras de drenaje en carreteras.Obras de drenaje en general.Proceso constructivo de una obra de drenaje

III. MEMORIA DE CÁLCULOConsideraciones de diseño.Especificaciones técnicas.

IV.

V.

VI.

VII.

VIII.

IX.

X.

XI.

CALCULO DE LA INTENSIDAD MAXIMA

DISEÑO DE CUNETAS

DISEÑO DE ALCANTARILLAS

CONCLUCIONES

RECOMENDACIONES

BIBLIOGRAFIA

ANEXOS

PLANOS



PRESENTACION

El siguiente informe es un trabajo escalonado, realizado por mi persona y encargado

por el Ing. Raúl Sandoval Salazar profesor del curso de Drenaje, el informe consta de

una parte teórica sobre los conocimientos básicos para el diseño de cunetas,

alcantarillas y obras de drenaje en general.

También tiene la parte práctica que consta del diseño del sistema de drenaje de un

tramo carretero de una longitud de 1 Km. El cual fue asignado por el profesor del curso.



INTRODUCCION

Unas de las ramas de desempeño de la ingeniería civil es la de transportes, para la

cual no solo basta con saber el diseño del canto de rodadura, el diseño de la

estabilidad de suelos, la resistencia de la carpeta, la base , la sub base. Si no también

el sistema de drenaje de la misma.

Es de vital importancia conocer sobre las obras de drenaje que se ubicaran a lo largo

de la carretera, ya que cumplen una función muy importante, que es la de conservar

seco el pavimento, y ayudar así asu mejor funcionamiento, evitando erosiones, que asu

vez genera que falle el asfalto, apareciendo grietas por todo el largo del camino. Es por

eso que es muy necesario conocer y saber diseñar el sistema de drenaje de las

carreteras.



I. OBJETIVOS

OBJETIVO GENERAL

Estar en la capacidad de diseñar el sistema de drenaje de una carretera.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Realizar práctica y rapidez en cuanto se refiere al cálculo del drenajecarretero.

Adquirir conocimientos sobre el diseño de las cunetas, alcantarillas, contracunetas,

Utilizar criterios adecuados en el diseño del drenaje carretero.

Poner en práctica todos los conocimientos teóricos aprendidos durante elcurso.



II. MARCO TEORICO

FACTORES QUE INFLUYEN EN LA FORMACION DE LOS CAUDALES.

La Duración (t) es el período de análisis. Las lluvias de corta duración, conocidastambién como tormentas, son eventos que por lo general tienen duracionesentre 5 minutos y 24 horas, y se utilizan para el cálculo de crecientes.

La Intensidad (i) se define como el volumen de precipitación por unidad detiempo. Se expresa en milímetros por hora (mm/h)

La Frecuencia (f) es una medida de la probabilidad de ocurrencia de eventosmayores o iguales que el que se analiza. Generalmente se relaciona con elperíodo de retorno (Tr). Por ejemplo, el aguacero que tiene una frecuencia deluno por mil tiene una probabilidad de ser igualado o excedido una vez cada milaños en promedio. Para este aguacero el período de retorno es de mil años.

La Variación temporal, o patrón, está representada por el hietograma de la lluvia.La duración del aguacero se divide en "n" intervalos iguales, y a cada intervalo lecorresponde una parte de la precipitación total.

La Morfometría se refiere a las características físicas de la cuenca vertiente. Lasprincipales son el Área, la Longitud del cauce principal, la Forma, la Pendientedel cauce, y la Pendiente de la ladera.

El Suelo y su uso tienen importancia en lo que hace relación con la capacidad deinfiltración y con los estimativos de evapotranspiración

La Capacidad de regulación por almacenamiento tiene que ver con los tipos dealmacenamiento que predominan en la cuenca; por ejemplo, concentrados enembalses, o repartidos en las corrientes de drenaje o en los depósitossubterráneos.

DRENAJE DE UNA CARRETERA.

Drenaje de aguas Superficiales.

El drenaje superficial tiene el propósito de alejar las aguas de las carreteras.Esto evitara su influencia negativa, tanto en el aspecto de la estabilidad de suinfraestructura, como en sus condiciones de transitabilidad. Las dimensiones dela sobras de drenaje serán determinadas en base a cálculos hidráulicos,tomando como base la información pluviométrica disponible.

Drenaje del agua que escurre el pavimento.



La eliminación del agua que escurre sobre la superficie del pavimento, seefectúa por medio del bombeo en las secciones en tangente y mediante peralteen las curvas, de modo que el escurrimiento sea hacia las cunetas. Los paseosde una carretera pavimentada se someterán a un tratamiento deimpermeabilización. De este modo se lograra fijar los agregados y se evita queestos sean arrastrados a las cunetas por el agua que fluye desde el pavimento.

Desagüe sobre los tadules de rellenos.

En los rellenos. Las aguas que escurre sobre el pavimento deberán serencauzadas hacia ambos lados del mismo. Deberá hacerse de tal forma que eldesagüe se efectué en sitios preparados especialmente para ello. De este modose evitara la erosión de los taludes.

OBRAS DE DRENAJE EN CARRETERAS

Las estructuras de drenaje tiene como objetivo controlar el agua que llaga alavía y la afectan por escurrimiento superficial, independientemente que las aguashayan caído sobre o fuera de la vía.

Las siguientes son las obras más comunes

El Bombeo

Bombeo es la pendiente transversal que se da en las carreteras y pistas parapermitir que el agua que cae sobre ellas escurra hacía sus dos lados

El bombeo debe tener 2% de pendiente desde el eje de la vía hasta el hombrocorrespondiente en carreteras. Para Pavimentos rígidos el bombeo debe ser de1.5%, al igual que en las aeropistas.

Los Bordillos

Los bordillos son estructuras que se colocan en el borde exterior del acotamientoen las secciones en tangente, en el borde opuesto al corte en las secciones enbalcón o en la parte interior de las secciones de terraplén en curva. Sonpequeños bordos que forman una barrera para conducir el agua hacía loslavaderos o bajantes, evitando erosiones en los taludes y saturación de éstospor el agua que cae sobre la corona de la vía.

Los Lavaderos

Los lavaderos son canales que se conectan con los bordillos y bajantransversalmente por los taludes para conducir el agua lluvia que escurre alugares alejados de los terraplenes, en donde ya es inofensiva.


Las Cunetas

Las cunetas son canales que se adosan a lo largo de la corona de la vía yparalelamente al eje longitudinal de la misma. Su objetivo es recibir el aguasuperficial del talud y de la superficie de rodamiento.

La Vegetación

La más efectiva protección de los taludes para evitar la acción erosiva del aguasuperficial es la plantación de especies vegetales

Zanjas De Coronación

Son zanjas excavadas en el terreno natural, que se localizan en la parte superiorde los taludes de los cortes, con la finalidad de interceptar el agua superficie queescurre ladera abajo desde mayores alturas.

Las Alcantarillas

Esta estructura es la responsable del drenaje transversal, es decir del paso delagua a través de la obra, en una dirección más o menos perpendicular a ella.

OBRAS DE DRENAJE EN GENERAL

El objetivo de las obras de drenaje es el de conducir las aguas de escorrentía, ode flujo superficial, rápida y controladamente hasta su disposición final.

En su diseño existen tres componentes básicas:

1. Entrada a la red de drenaje.

Canales interceptores.

Los canales interceptores reciben agua por una sola de sus orillas omárgenes. El caso más común es el de una ladera que vierte sus aguasde escorrentía sobre un área plana adyacente: el canal interceptor,trazado a lo largo de la divisoria entre la vertiente inclinada y la zonaplana, recibe las aguas de escorrentía y conserva el área plana libre deestos caudales. Para el diseño del canal interceptor el caudal seincrementa a lo largo del recorrido, de manera que las dimensiones delcanal aumentan en la dirección hacia aguas abajo.

Canales recolectores.

Los canales recolectores reciben agua por sus dos márgenes; pueden sercorrientes naturales o canales artificiales. Los caudales de diseño y lascapacidades de los canales se incrementan a lo largo del recorrido.

Cunetas, sumideros y alcantarillas.

Las cunetas son canales pequeños que se utilizan en combinación conlos sumideros y las alcantarillas en los sistemas de drenaje de vías,aeropuertos, calles y patios. La localización de los sumideros limita lasmagnitudes de los caudales en las cunetas. Las alcantarillas sonconductos cerrados, parcialmente llenos, que reciben los caudales de lossumideros en forma puntual a lo largo de su recorrido hasta el sitio deentrega del sistema de alcantarillado.

Tipos De Cunetas

o Cunetas de Concreto.

Se construirán vaciadas en el sitio o donde se muestre en losplanos y de acuerdo con el diseño que aparece en ellos o endonde lo indique el Interventor. Se conformará la subrasanteexcavando o llenando hasta la cota indicada para cumplir con lapendiente, dimensiones y diseño señalados en el plano.Todo el material inadecuado de la subrasante a criterio delInterventor, será retirado para sustituirse por otro apropiado. Lasubrasante se compactará y completará con un acabado fino yfirme en la superficie, para recibir un lecho de material filtrante de10 cm. de espesor, si así se indica en los diseños o lo solicita elInterventor.

La subrasante será convenientemente humedecida y apisonadapor métodos manuales o mecánicos hasta que quede firme antesde vaciar el concreto o colocar los prefabricados. Las formaletasgarantizarán caras uniformes, compactas, rectas y lisas en lasuperficie de concreto y se colocarán siguiendo los alineamientos ypendientes de acuerdo con las dimensiones requeridas, paragarantizar un drenaje efectivo.

El vaciado se hará en módulos, máximo de 3 m de longitud, y enforma alternada, a criterio del Interventor, se podrán dejar juntas dedilatación cada 6 m, en el caso de vaciados a mayores longitudes,las cuales serán rellenadas posteriormente con un materialapropiado para su funcionamiento. Las juntas de dilatación debenconstruirse formando ángulo recto con el eje longitudinal.

El Interventor exigirá al Contratista la demolición y nueva ejecuciónde las cunetas cuyo alineamiento no sea regular, o se hayanconstruido con bloques defectuosos. Las juntas entre bloquesprefabricados paralelos a la pendiente se pegarán con un morterode cemento-arena de proporción 1 a 3 en peso y las juntasnormales a la pendiente se dejarán al tope y sin pega. Las aguaslluvias no podrán correr por las cunetas más de 80 m y la Entidadlocal en concordancia con La Entidad determinarán el número ysitio de colocación de las cajas pluviales

o Cunetas de Piedra Pegada.

Cuando se construya en piedras pegadas, éstas se incrustarán enla subrasante con las caras más planas hacia arriba, en hilerasrectas y perpendiculares a la superficie acabada. Las uniones sealternarán y las pegas no excederán los 2 cm. de ancho.

Cuando las piedras hayan sido colocadas correctamente deacuerdo con el alineamiento, pendiente y sección indicada en elplano, deberá colocarse una capa de mortero de cemento quellene los vacíos y cubra la piedra de tal manera que forme una solamasa con un correcto acabado. El mortero deberá ser de unaconsistencia tal que fluya fácilmente sin segregación. Se atenderánlas demás normas dadas para las cunetas en concreto.

o Cunetas en tejones (prefabricadas en concreto).

Se colocarán sobre una capa de filtro, la cual estará a su vez sobrela base preparada para recibir las cunetas. Los tejones irán conjunta cementada de tal manera que se obtengan alineamiento ypendientes uniformes, sin que se presenten quiebres que den malaspecto o causen empozamientos.

El Interventor podrá exigir, a expensas del Contratista, lademolición y nueva ejecución de las cunetas cuyo alineamientovertical y horizontal no sean uniformes o hayan sido construidascon tejones desbordados, fracturados o defectuosos. Las juntas sepegarán con un mortero de cemento-arena en proporción 1:3 alpeso. Cada 10 m o según las instrucciones de la Interventoría, seconstruirán llaves de concreto fc= 175 kg./cm2, de 15 cm. deespesor por 20 cm. de ancho alrededor del tejón, cuando lapendiente de la cuneta sea igual o mayor al 5%.

Medida y Pago.

Se medirán por metros (m) sobre la pendiente. El precio incluye elsuministro, transporte, y colocación de los materiales requeridos, lapreparación de la base, el retiro y botada del material sobrante, la

administración, imprevistos y utilidades y demás costos necesariospara entregar la obra a la Interventora.

Estaciones de bombeo.

En casos especiales se utilizan equipos de bombeo para drenar áreasbajas; las aguas bombeadas se entregan luego a un sistema principal dedrenaje en forma puntual.

2. Conducción de las aguas de drenaje.

Con pocas excepciones las aguas de drenaje se transportan porcorrientes naturales o por canales, que son conductos a superficie libre,abiertos o cerrados.

Corrientes naturales.

En las corrientes naturales se determina el nivel máximo de flujo para lacreciente de diseño, y se compara con el nivel a cauce lleno. Cuando esteúltimo resulta inferior que el de la creciente se presenta desbordamientos,los cuales afectarán una zona inundable adyacente cuya amplitud debedeterminarse. Para este objetivo se utilizan procedimientos de hidráulicade canales naturales, con caudales variables y curvas de remanso.

La capacidad del cauce puede ampliarse mediante la ejecución dedragados. Para garantizar la estabilidad de las secciones de flujo sediseñan obras de encauzamiento y de protección de márgenes. En cadadiseño particular se deben tenerse en cuenta tanto la magnitud de lacarga de sedimentos que transporta la corriente natural como los efectosque las obras pueden causar aguas arriba y abajo de su localización.

Corrientes artificiales (Canales.)

El diseño de canales para conducción de aguas de drenaje debeaprovechar al máximo la topografía del terreno con el fin de garantizar laconducción por gravedad, con un costo mínimo.

Cuando la diferencia de cotas entre los puntos inicial y final del canal esmuy pequeña el diseño resulta en estructuras muy grandes convelocidades bajas y peligro de sedimentación.De otro lado, diferencias muy grandes de nivel ocasionan el trazado decanales de gran pendiente, o requieren del diseño de estructuras de caídaentre tramos de baja pendiente.Además, dependiendo de la topografía, del tipo de suelo y de lasvelocidades de flujo.


Tipos de canales

o Canales excavados.

El diseño de los canales excavados está limitado por lasvelocidades de flujo, la carga de sedimentos y las filtraciones haciaterrenos adyacentes a través del fondo y las orillas. En terrenoserosionables los canales excavados terminan siendo similares alas corrientes naturales al cabo del tiempo, porque pierden sugeometría inicial por causa de los procesos de agradación,socavación y ataque contra las márgenes.

o Canales revestidos.

Los canales revestidos permiten velocidades altas, disminuyen lasfiltraciones y requieren de secciones transversales más reducidasque los anteriores. Sin embargo, su costo y su duración dependende la calidad del revestimiento y del manejo adecuado que se de alas aguas subsuperficiales. Los materiales de revestimientopueden ser arcilla, suelo-cemento, ladrillo, losas de concretosimple o reforzado, piedra pegada, etc.

Dimensionamiento de los canales.

El dimensionamiento de los canales se hace mediante la aplicación defórmulas convencionales de flujo a superficie libre, teniendo en cuentalos aumentos de caudal en la dirección aguas abajo, las pendientes delos tramos y los remansos que se generan con los cambios dependiente y con la localización de estructuras de caída, o de cruce conobras civiles, por ejemplo con vías o con otros canales.

Para la relación entre caudal y nivel en secciones dadas del canal seutiliza la ecuación de Manning, en la forma:

Q = A R 2/3 S1/2 / n

Las curvas de remanso que se generan por transiciones, cambios dependiente o localización de estructuras, se calculan por medio delmétodo directo de pasos, que es el más sencillo del flujo gradualmentevariado.Estructuras de caída.Cuando las condiciones topográficas de la línea de trazado del canalno permiten el trazado de un canal de pendiente constante deberátrabajarse por tramos, los cuales empalman con el siguiente al mismonivel o por medio de una caída.


Las estructuras de caída pueden ser rampas, escalones sencillos ogradas.

Las rampas son tramos de pendiente fuerte de corta longitud. Debenser suficientemente fuertes para soportar velocidades altas ygeneralmente se prolongan hacia aguas arriba y abajo con obras deprotección contra la socavación. Su capacidad para disipar energíahidráulica es muy baja.

Los escalones sencillos son caídas verticales que se colocan en elextremo inferior de canales de flujo subcrítico. El agua pasa por elescalón en caída libre hasta una placa de fondo que debe proteger laestructura contra la acción erosiva del chorro.

Esta placa opera adicionalmente como disipador de energía.Dependiendo de la magnitud de la velocidad de caída, la estructurapuede ser de concreto o de piedra pegada, y en algunos casos degaviones.

Una serie de escalones consecutivos constituye un sistema en gradas.Las dimensiones horizontales y verticales de las gradas debenseleccionarse de tal manera que estas puedan cimentarse dentro delterreno natural; además, el sistema debe permitir un flujo de aguacontrolado, con importante disipación de energía.

3. Estructuras de entrega.

Los canales de conducción de un sistema de drenaje pueden descargaren otros conductos mayores, en corrientes naturales o enalmacenamientos concentrados.

El diseño de las obras de entrega debe tener en cuenta la magnitud delas fluctuaciones de nivel en los sitios de descarga y la estabilidad delárea adyacente a la misma. Si se trata de descarga a ríos, por ejemplo, lamargen que recibe el caudal de drenaje deberá tener una protección engaviones o piedra pegada que evite su deterioro. A su vez, si la parte finalde la conducción queda localizada en una zona inundable, deberántomarse las medidas del caso para asegurar la estabilidad de lasestructuras de drenaje, y su óptimo funcionamiento hidráulico.


PROCESO CONSTRUCTIVO DE UNA OBRA DE DRENAJE

Drenaje de carreteras.

Los tubos de polietileno corrugados de ads se usan ampliamente para drenajestransversales, paso de carreteras y drenajes inferiores en carreteras de todo elpaís. Duran de tres a cinco veces más que los tubos de metal corrugados, sonmucho más ligeros y fáciles de instalar que los tubos de hormigón y sigue siendosuficientemente fuerte como para resistir la presión del suelo a profundidades de100 pies.

El polietileno de alta densidad es también suficientemente fuerte como pararesistir la escorrentía más abrasiva así como los esfuerzos de tracción quetienen lugar en los nuevos revestimientos de tubos existentes.

Drenajes transversales.

Al instalar drenajes transversales, es importante usar tubos que puedan resistirel tráfico pesado de la carretera que está encima. Con su exterior corrugado, lostubos n-12 de ads soportan cargas h-25 y e80. También se instalan de formarápida y sencilla.

Drenajes longitudinales.

El diseño de paneles exclusivo de los tubos advan edge de ads permite undrenaje rápido, haciendo que sea perfectos para aplicaciones críticas en funcióndel tiempo tales como carreteras y autopistas en los que el tiempo es crucial.Debido a que están hechos del mismo polietileno de alta densidad que otrostubos de ads, son estructuralmente más fuertes que otros drenajeslongitudinales y no requieren un producto geotextil para soporte.

Su resistencia les permite mantener su forma, haciendo que sea más eficienteque otros productos de drenajes longitudinales y brindando el doble de caudalhidráulico. Ads también ofrece tubos redondos de 4" rodeados por grava comodrenajes longitudinales.



III. MEMORIA DE CÁLCULOS



CONCLUCIONES

Es importante conocer el diseño de los sistemas de drenaje en carreteras,para que sea completo el conocimiento sobre las vías terrestres.

El dato más importante para poder realizar el diseño de las obras dedrenaje, es la intensidad ya que el caudal depende fundamentalmente dela misma.

La topografía es importante para este tipo de obras, ya que sin ella seriaprácticamente imposible, obtener los datos reales de campo.

Se concluye después de el trabajo realizado que casi siempre cumplirá elcaudal establecido por la sección tipia que manda el reglamente decarreteras, excepto en carreteras de pendiente pronunciadas y tramoslargos de corte.

El proyectista debe conocer perfectamente el recorrido del sistema dedrenaje a diseñar, es importante la etapa de reconocimiento de terrenomuy importante.



RECOMENDACIONES

Se recomienda que el proyectista debe efectuar de manera minuciosa elreconocimiento del terreno para poder tener así mayor criterio al momentode ubicar las obras de drenaje.

Se debe tener en cuenta en el cambio de sección de las cunetas, en loposible no cambiar el talud de las mismas, para un mejor y más rápidoproceso constructivo.

Se debe preferiblemente aumentar solo el ancho de las cunetas, no laprofundidad para un más eficiente proceso constructivo.

Ubicar las contracunetas con un buen criterio y Análisis de la situaciónpara evitar gastos vanos.

Debemos tener mucho cuidado al momento de arrastrar caudales, paraasí no obviarlos y evitar así que después rebalse el nivel del agua en lascunetas mal diseñadas.



BIBLIOGRAFIA

www.unicon.com

www.elrincondelvago.com

www.emagister.com

Trabajos FIC pasados

OBRAS HIDRAULICAS, Jesús Villaseñor



ANEXOS



Observamos en la vista unas cuentas revestidos de concreto.



Observamos proceso constructivo de una cuneta trapezoidal.


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