Desagües y drenajes

1. Desagües y drenajes Objeto Evitar 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.

2. 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) 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. Cuenca de un curso de agua en una sección La totalidad de la superficie topográfica drenada por el curso de agua y sus afluentes aguas arriba de la sección

3. tc = 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 Método Racional para la determinación de los caudales a servir 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. 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.

4. Determinación de la precipitación Gráficos 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 R tc Para Buenos Aires F = 25 años K = 1800

5. Método Racional para la determinación de los caudales a servir Supuestos • La intensidad R es constante durante el tiempo de concentración tc. • La intensidad R es la misma para cualquier punto de la cuenca durante tc. • El coeficiente de escorrentía E es constante para cualquier R y tc, dependiendo solo de las características superficiales de la cuenca.

6. 80 G 90 cresta B E A 100 90 100 cresta talweg 80 cresta 70 F 60 D C Cuencas de cunetas y alcantarillas ABCD = Cuenca de la alcantarilla. AEFD = Cuenca de la cuneta en DF. GBCF = Cuenca de la cuneta en FC. Cuneta Camino Cuneta Alcantarilla

7. Dimensionado de alcantarillas • 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. Fórmula de Talbot : A = sección de la alcantarilla = m2 M = área de la cuenca = Ha C = coeficiente de cuenca Valores típicos de C: 0,04 : Terreno llano. 0,10: Terreno ondulado. 0,18: Terreno montañoso.

8. Alcantarillas Control de entrada Control de salida

9. 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.

10. Dimensionado de cunetas b = solera ≥ 0,80 m h = tirante ≈ 0,30 m Taludes en general 1:3 a 1:6 • El proceso de dimensionado es iterativo: • 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 / n • y 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 < Ve • 7. Se verifica que Qr > Q Si no verifica alguno de ellos se debe redimensionar

11. Nomograma de canales

12. 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).

13. A2 Am Sección en Terraplén d A1 Sección en Desmonte Semiperfil en Terraplén y Desmonte 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. • Volumen de Suelo entre Secciones Una vez calculadas las áreas, se toma el volumen entre dos secciones considerando que la traza entre las mismas es recta. Si d es pequeño se puede tomar: Con lo cual el volumen resulta:

14. Diagrama de Bruckner (I) Desmonte Terraplén Desmonte Terreno Natural Rasante Progresivas (km) Volumen acumulado Curva de volúmenes Puntos de paso

15. Diagrama de Bruckner (II) • La ordenada de un punto cualquiera mide el volumen acumulado desde el origen. • La curva de volúmenes es ascendente para desmontes y descendente para terraplenes. • Un máximo o un mínimo de la curva, son puntos de paso. • La diferencia entre dos ordenadas respecto de una horizontal cualquiera mide el volumen disponible entre ellas.

16. Diagrama de Bruckner (III) 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

17. Compensación longitudinal de suelos

18. 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] • 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”.

19. 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.