Badenes, Cunetas y Alcantarillas Word Final

Badenes, cunetas y alcantarill alcantarillas; as; Diseño Estándar

Estructuras de drenaje en las carreteras Badenes, cunetas y alcantarillas I. IN INTR TROD ODUC UCIO ION N Las carreteras son el principal medio de transporte de personas y mercancías a través de las tres regiones naturales del Perú Por tant tanto o, es nece necesa sari rio o para para mant antene enerlos rlos en !uen !uen estad stado o para para garanti"ar la seguridad de los usuarios y suministrar productos #ue se consumen en cada regi$n El sistema de drena%e de la carretera permite #ue la &uente de las aguas pluviales ordenada o !a%o tierra a trav través és de las las vías vías de paso paso 'e co cons nsid ider era a #ue #ue es este te sist sistem ema a comprende los siguientes tipos de elementos( a) el drena%e transversal !) el drena%e longitudinal c) 'u! desag*e d) Elementos au+iliares 'e de!e de!e ente entend nder er #ue #ue no ay ay so solu luci cion ones es de gest gesti$ i$n n de agua agua parciales #ue a&ectan a una ruta En este tra!a%o se llaman o!ras complementarias #ue se construirá tras la construcci$n de las o!ras de dren drena% a%e e -o para para co cons nstr trui uirr es este te tipo tipo de tra! tra!a% a%o o pued puede e se serr per%udicial para las personas #ue viven cerca Por desgracia, no se le da la de!ida importancia a los sistemas de drena%e #ue e+isten en un camino .uando se trata de aorrar en la construcci$n de una carr arrete etera, ra, los pri prime merros elem emen enttos #ue #ue se van a cort ortar so son n precisamente el drena%e y su!/drena%e

II.Criterios para la selección de un tipo de drenaje

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Para seleccionar un sistema adecuado de!e tener en cuenta la relaci$n entre los usuarios de la carretera, veículos, a&ectado al medio medio am!ien am!iente te en las activ actividad idades es umana umanas, s, en genera generall aguas aguas arri!a en la cuenca de aportaci$n), los e%ecutores de o!ra y los propi propiet etari arios os de los los mism mismos os Está Está sien siendo do llam llamad ado o 2a 2a&e &ect ctado ados2 s2 a#uellos individuos o po!laciones #ue viven prácticamente en la carr ca rret eter era a El am am!i !ien ente te incl incluy uye e tant tanto o las las ca cara ract cter erís ísti tica cass &ísi &ísica cass topogra&ía, geología, idrogra&ía, vegetaci$n, recursos Etc) En el #ue se desarr desarroll olla a como como el patrim patrimoni onio o e+ist e+istent ente e Es import important ante e conocer las actividades desarrolladas en la cuenca de aporte y medi me dirr la ca cali lida dad d del del agua agua en el punt punto o de inte inters rsec ecci ci$n $n co con n la carretera Por e%emplo, aguas arri!a de un puesto de control antiguas minas o su!terráneas para aumentar incontrola!lemente acide" del agua disminuci$n del p3) pueden e+istir Esto podría causar un rápido desga sgaste ste de las alcant antari arillas de metal y el desgaste más pronunciado en las alcantarillas de concreto concreto

III. Tipos de sistema de drenaje Drenaje Cross 'istemas de drena%e transversal son a#uellos elementos #ue llevan agua a través del e%e de la carretera Por lo general, el cruce se ace perpendicular al e%e y transmitir la contri!uci$n de la cuenca situada aguas arri!a de la direcci$n de aguas a!a%o vía El caudal se calc ca lcul ula a util utili" i"an ando do un métod étodo o co como mo raci racion onal al si la cuen cuenca ca es pe#ueña, un método #ue se !asa en la unidad de idrograma de la misma Drena%e transversal 4lternativa son !ásicamente( a) 4lcantarillas !) Badenes Drenaje longitudinal 'istema de drena%e longitudinal se compone de los elementos #ue se desa desarrrolla ollarron en apro apro+i +ima mada dame ment nte e para parale lela lass al e%e e%e de la carretera El más notorio es la "an%a, el 5u%o de captura canal #ue

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Para seleccionar un sistema adecuado de!e tener en cuenta la relaci$n entre los usuarios de la carretera, veículos, a&ectado al medio medio am!ien am!iente te en las activ actividad idades es umana umanas, s, en genera generall aguas aguas arri!a en la cuenca de aportaci$n), los e%ecutores de o!ra y los propi propiet etari arios os de los los mism mismos os Está Está sien siendo do llam llamad ado o 2a 2a&e &ect ctado ados2 s2 a#uellos individuos o po!laciones #ue viven prácticamente en la carr ca rret eter era a El am am!i !ien ente te incl incluy uye e tant tanto o las las ca cara ract cter erís ísti tica cass &ísi &ísica cass topogra&ía, geología, idrogra&ía, vegetaci$n, recursos Etc) En el #ue se desarr desarroll olla a como como el patrim patrimoni onio o e+ist e+istent ente e Es import important ante e conocer las actividades desarrolladas en la cuenca de aporte y medi me dirr la ca cali lida dad d del del agua agua en el punt punto o de inte inters rsec ecci ci$n $n co con n la carretera Por e%emplo, aguas arri!a de un puesto de control antiguas minas o su!terráneas para aumentar incontrola!lemente acide" del agua disminuci$n del p3) pueden e+istir Esto podría causar un rápido desga sgaste ste de las alcant antari arillas de metal y el desgaste más pronunciado en las alcantarillas de concreto concreto

III. Tipos de sistema de drenaje Drenaje Cross 'istemas de drena%e transversal son a#uellos elementos #ue llevan agua a través del e%e de la carretera Por lo general, el cruce se ace perpendicular al e%e y transmitir la contri!uci$n de la cuenca situada aguas arri!a de la direcci$n de aguas a!a%o vía El caudal se calc ca lcul ula a util utili" i"an ando do un métod étodo o co como mo raci racion onal al si la cuen cuenca ca es pe#ueña, un método #ue se !asa en la unidad de idrograma de la misma Drena%e transversal 4lternativa son !ásicamente( a) 4lcantarillas !) Badenes Drenaje longitudinal 'istema de drena%e longitudinal se compone de los elementos #ue se desa desarrrolla ollarron en apro apro+i +ima mada dame ment nte e para parale lela lass al e%e e%e de la carretera El más notorio es la "an%a, el 5u%o de captura canal #ue

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corre a lo largo de la carretera y canales Entrega generalmente aguas arri!a o aguas a!a%o de una alcantarilla se reali"a en un preparado para resistir el paso de la "ona de agua como se muestra en la 7gura

anja el colector de entrega del !u"ón. #IC$% .analeta e+terna si se a!ía considerado en el diseño) recoge la escorrentía #ue atraviesa el centro de la super7cie de la carretera y por lo general incluye un medio de escorrentía alcantarilla interna #ue corre a lo largo de la pista y una parte del 5u%o procedente pend pendie ient nte e co cort rtar ar La ca carr rret eter era a tien tiene e una una pend pendie ient nte e lla llama mado do !om!eo) permitiendo e%e de escorrentía acia las alcantarillas Por lo general, los canales tienen una &orma triangular triangular La ladera %unto a la carretera es menos para &acilitar la salida de los veículos #ue pueden a!er pegado en la "an%a El cálculo de la eliminatoria se reali"a mediante la ecuaci$n de 8anning, mientras #ue el caudal en un punto dado corresponde a la acumulaci$n de aportes de lluvia

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Badenes, cunetas y alcantarillas; Diseño Estándar

I&. 'os criterios de dise(o de !adenes

Los !adenes son depresiones en el per7l de la carretera #ue permite el paso de veículos y tam!ién el caudal del arroyo #ue cru"a la carretera La super7cie de rodadura actúa tanto como una parte de la canal #ue el corto tramo de carretera :na desventa%a es #ue la velocidad de golpe por lo general implica una reducci$n en la velocidad de los veículos #ue pasan a través de dica estructura La mayor venta%a es #ue permite el paso de material #ue lleva la corriente de arrastre, particularmente si es grande El golpe de velocidad de!e ser apro+imadamente igual a la ancura de la longitud del canal, de modo #ue la topogra&ía natural se altera mínimamente 4sí mismo, el per7l de la pista de!e mantener una transici$n suave y de!e ser señales instaladas #ue impiden #ue el conductor de la e+istencia de un !adén para evitar el trá7co durante las &uertes lluvias y cuando la carretera está seca, los veículos no 2saltan2 de!ido al a!rupto cam!io de pendiente en los e+tremos de la velocidad de golpe Es importante proteger el canal aguas a!a%o de ellos, ya #ue pueden producir e+tremos regresivos por destruir la erosi$n del camino

Consideraciones de dise(o a) 4rrastre de material solido

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El material solido es un importante !ace &actor de diseño recomienda #ue no supere el mencionado perímetro mo%ado y no a&ecta a los lados adyacentes de la carretera De!ido a #ue el material s$lido #ue consiste en arrastrar !arro, empali"ada u otros o!%etos 5otantes, no es posi!le cuanti7car, se de!e aprovecar la e+periencia de los especialistas, la recopilaci$n de antecedentes y estudio integral de la cuenca, para el diseño adecuado y e7ca" !) La protecci$n contra la socavaci$n Es importante #ue el recuento !adén proyectado en o!ras de protecci$n de erosi$n, para evitar su colapso .uando sea necesario, protecci$n de las aguas #ue se aga tanto acia arri!a como aguas a!a%o de la estructura, mediante la colocaci$n de escollera, gaviones, pantallas de concreto u otra protecci$n de socavaci$n, dependiendo del tipo de material #ue transporta el curso natural c) Pendiente longitudinal Del Baden El diseño !adén idráulico de!e adoptar gradientes longitudinales de entrada y salida de la estructura de tal manera #ue el paso de veículos a través de él, de manera c$moda y no implica di7cultades para los conductores y los daños a los veículos d) Pendiente velocidad transversal del !adén .on el 7n de reducir el riesgo de o!strucci$n protu!erancia con el material de arrastre #ue transporta el curso natural, se recomienda para proporcionar la velocidad de golpe de una pendiente transversal para permitir el 5u%o de drena%e adecuado 'e recomienda para las pendientes transversales topet$n entre 0 y 6< e) Borde Li!re El diseño idráulico tam!ién de!e considerar la velocidad de golpe mantener un !orde li!re mínimo entre el nivel de 5u%o má+imo esperado y el nivel de la !anda de rodadura, con el 7n de evitar des!ordamientos pro!a!le #ue a&ecten a los lados adyacentes de la plata&orma de carretera




>eneralmente, el !orde li!re se supone igual a la altura de agua entre el nivel esperado de 5u%o má+imo y el nivel de la línea de alimentaci$n, sin em!argo, se recomienda tomar valores entre ?,6? y ?,? m

Badenes est)ndar. @ Estas estructuras están diseñadas para proteger contra la erosi$n de areas pe#ueñas de arroyos #ue cru"an, su uso de!e limitarse a sitios de descargas y en las "onas planas

Criterios de dise(o • El caudal de diseño se determina para un periodo de retorno •

de dos años, utili"ando el 8étodo Aacional La altura má+ima alcan"ada por el nivel del agua para el caudal de diseño es de 6? cms

$olpes est)ndar de tama(o El canal !adén se comporta como una super7cie li!re y para determinar su capacidad de voluntad &$rmula de 8anning propuso #ue e+presa(

C

ere( C, caudal en m6  s

=


n, 8anning coe7ciente de rugosidad #ue depende de la super7cie del &ondo del canal :n área de secci$n transversal en m0 P, perímetro mo%ado de la secci$n transversal en m0 A, radio de la tu!ería dada por 4  P m)

*roceso de c)lculo por !adenes est)ndar 1 Determinaci$n del caudal de diseño Fd) a través del método racional para un periodo de retorno de dos años 0 .álculo del caudal má+imo #ue puede transportar el vado #ue se calcula utili"ando la ecuaci$n de 8anning de dotaci$n como un canal a!ierto triangular G Pro&undidad má+ima y H 6? cm, G 4 la espera de los lados ' H ?,?I G 4 la espera de la parte in&erior del canal '? H ?,?0 G 4 la espera de los lados de la estructura ") H 1  ?,?I H 10, G n H ?,?16 asta ?,?06 ormig$n y mampostería .álculos( G Jrea 4) H " K " y0 siendo la pendiente de la pro&undidad lados yy; G Perímetro mo%ado P H 0 1  " 0) media G Aadio idráulico A4P  H  H 1,10  ,0 H ?,1, G A0  6 H ?,0I G 'ustituyendo la ecuaci$n de 8anning, determinar el volumen 7nal

Baden trape"oidal 'u &unci$n es el mismo #ue el golpe de velocidad estándar y se utili"a cuando no es su7ciente para transmitir el 5u%o de diseño de la cuenca

Criterio de dise(o G El caudal de diseño se determina para un periodo de retorno de dos años, utili"ando el 8étodo Aacional




G La altura má+ima alcan"ada por el nivel del agua para el caudal de diseño es de 6? cms

*roceso de c)lculo para un !ad+n trape"oidal 4l igual #ue el golpe de velocidad trape"oidal triangular se anali"a como un canal a!ierto, el cálculo del caudal má+imo se reali"a por la ecuaci$n y los parámetros de un trapecio de 8anning se calculan( 4rea 4) H "  ! K y) K Perímetro mo%ado P) H !  0y K 1  "0) 10 Aadio 3idraulico H 4  P Donde ! H anco de &ondo, y H pro&undidad del agua, " H pendiente de los lados de la estructura 1 Determinar el caudal de diseño F) a través del método racional para un período de retorno de dos años 0 .álculo del caudal má+imo #ue se puede llevar el vado #ue se calcula por la ecuaci$n 8anning un canal a!ierto trape"oidal G Pro&undidad má+ima y H 6? cm, G Balance de la ' H ?,?I lados, ") H 1  ?,?I H 10, G 4 la espera de la parte in&erior del canal '? H ?,?0

I


G ! H ancura del trapecio, varia!le, para este cálculo ! H 1,? mt G n H ?,?16 asta ?,?06 .oncreto y mampostería .álculos( G Jrea 4) H !  " y K) K y m0 G Perímetro mo%ado P) H !  0y K 1  "0) ?0?1 mts G Aadio idráulico A4P  H  H 1,90  I,0 H ?,1; G A0  6 H ?,6? G 'ustituyendo en la ecuaci$n de 8anning, ??16 C H 9,= m6  s

Comparación de los resultados 'i el 5u%o de la cuenca Fd) es menor #ue el má+imo, la velocidad de golpe trape"oidal se acepta, si de lo contrario será necesario a%ustar las dimensiones de la estructura

&. Dise(o cunetas Diseño cuneta es un aspecto importante de la estructura y la seguridad vial 'u diseño puede estar in5uenciada por mucos &actores, incluyendo la seguridad de los automovilistas, la estética, la economía de construcci$n y mantenimiento :na "an%a esta!le de!ería proporcionar la capacidad adecuada para la tormenta de diseño previsto y sea resistente a los &allos de erosi$n Ndealmente,

M


el diseño de cuneta tam!ién de!e proporcionar pistas recupera!les para me%orar la seguridad del conductor en veículos errantes Diseño inadecuado de la capacidad "an%a puede resultar en condiciones de seguridad conductor de!ilitado, incluyendo el agua re!ase la línea de "an%a y las inundaciones de la ruta prevista para el via%e 4demás, los &allos de erosi$n pueden resultar en pendientes laterales de cunetas pronunciadas y, posi!lemente, el &racaso del om!ro cal"ada y estructura 4decuado dereco de vía se de!en ad#uirir para dar ca!ida a los taludes laterales de "an%as necesarias y la capacidad El é+ito del diseño de cunetas de!e cumplir dos re#uisitos( la capacidad de la cuneta y la esta!ilidad En general, la tormenta de 1? años se utili"a para determinar la capacidad de la cuneta, mientras #ue la tormenta 0/años se utili"a para compro!ar la esta!ilidad "an%a La l$gica implícita en la selecci$n de periodo de retorno de tormenta es #ue el período inicial después de la construcci$n "an%a, antes de desarrollar la vegetaci$n, constituye el período más crítico en cuanto a la esta!ilidad de la cuneta Después de la vegetaci$n está completamente desarrollado, el canal se considera esta!le y la capacidad del canal se ace más crítica .arreteras muy transitadas, como carreteras interestatales, pueden re#uerir un aumento de la tormenta de diseño para reducir la pro!a!ilidad de &allo de la capacidad

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Dise(o -idr)ulico Para el diseño idráulico de!e tener los siguientes puntos, en especial la velocidad erosiva en la cuneta, en &unci$n del material #ue se va a construir y la pendiente de!erá, a su paso G Pro&undidad de 5u%o y la velocidad se calculan siguiendo los principios !ásicos de caudal en canal a!ierto G C$rmula de 8anning, se muestra a continuaci$n, se utili"a para relacionar la velocidad del 5u%o de desacerse de pendiente, radio idráulico, y un coe7ciente de rugosidad idráulica

D$nde( O H velocidad, m  s &t  s) n H coe7ciente de rugosidad idráulica r H radio idráulico, m &t) ' H pendiente, m  m &t  &t) De!en acerse las secciones apropiadas del coe7ciente de rugosidad de 8anning para re5e%ar la condici$n revestimiento de la ace#uia en consideraci$n Por e%emplo, la capacidad de "an%a se de!e compro!ar mediante el coe7ciente de rugosidad idráulica re5e%ando un &orro "an%a totalmente con vegetaci$n La ecuaci$n de continuidad se utili"a para relacionar la descarga, F, a la velocidad del 5u%o y de la secci$n transversal "ona, se muestra a continuaci$n(

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D$nde( 4c H área de secci$n transversal Clu%o má+imo cuneta, en !ase a un período de retorno de tormenta seleccionado, se calcula generalmente utili"ando el 8étodo Aacional

D$nde( F H caudal pico m6  s) .& H &actor de correcci$n . H coe7ciente de escorrentía ponderado i H intensidad de lluvia en  r o mm  r) 4 H área de drena%e a) G .uando se utili"an unidades inglesas, el &actor de conversi$n .& H 1,??I para convertir ac/in  3 para el 'C., y se ignora sistemáticamente de!ido a su insigni7cante e&ecto en el 5u%o má+imo calculado Para las unidades métricas de H ?,??0I se utili"a para convertir a/mm  r a m6  s Bedient y 3u!er, 1MM0) .uando se aplica correctamente, el 8étodo Aacional proporciona un método rápido y &ácil de apro+imar 5u%o má+imo para cuencas pe#ueñas, como las #ue normalmente se asocia con cunetas G La intrincada relaci$n entre la capacidad y la esta!ilidad de!e estar convencido de mantener una cuneta adecuada y esta!le El diseño de cunetas resistentes al arrastre de partículas re#uiere un !uen

conocimiento

de

las

propiedades

del

suelo

y

el

comportamiento de 5u%o .uando el material #ue &orma el límite cuneta resiste e7ca"mente a la erosi$n, se consigue la esta!ilidad Esta!ilidad an%a es una &unci$n de varios aspectos únicos de cada lugar, incluyendo el tipo de suelo y la plasticidad, el tamaño y

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&orma de partículas, etc En la actualidad, dos teorías son en la práctica para el diseño de, canales esta!les resistentes a la erosi$n( el método de la velocidad má+ima permitida y la 8étodo de tracci$n Cuer"a

+todo &elocidad )/ima *ermisi!le El en&o#ue tradicional de la cuneta diseño esta!ilidad, y la práctica actual ODQ@, es utili"ar un criterio de má+ima velocidad permitida Este es un en&o#ue empírico #ue asigna una velocidad má+ima admisi!le para di&erentes tipos de suelo La relaci$n entre la velocidad má+ima y el tipo de suelo se a desarrollado a través de e+perimentos de la!oratorio y de la e+periencia de campo Para poner en práctica este método, el diseñador inicialmente #ue determinar los 5u%os de 1? años y 0 años de tormenta Dimensiones adecuadas "an%a se determinan usando el 5u%o de tormenta de 1? años y un estado de la vegetaci$n completamente desarrollado Esta!ilidad cuneta se comprue!a en !ase al 5u%o de tormenta de 0 años !a%o condiciones de suelo desnudo :tili"ando el tipo de suelo #ue comprende la línea de "an%a desnudo, el diseñador determina la velocidad má+ima admisi!le correspondiente a partir de un grá7co y la compara con la velocidad de tormenta 0/años predico 'i la velocidad de la tormenta de 0 años previsto e+cede la velocidad permitida para el tipo de suelo dado, se espera #ue la "an%a para #ue el &racaso de la erosi$n En consecuencia, el diseñador de!e acer revisiones en el diseño cuneta, posi!lemente reconsiderar la selecci$n de la geometría cuneta, pendiente, o revestimiento, asta #ue se encuentre una con7guraci$n esta!le

TI*O DE 0U*ER1ICIE

'a 2elocidad m)/ima

permitida #m 3 s% La arena 7na o limo poca o ?0? R ?=? ninguna arcilla)

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4rena arcillosa dura La vegetaci$n del

suelo

?=? R ?M? ?=? R 10?

parcialmente cu!ierto 4rcilla, grava, ta!las sueltas

10? R 1?

con cu!ierta ier!a

10? R 1I?

.onglomerado 4l!añilería, rocas duras

19? R 09? 6?? R 9?

concreto

9? R =??

+todo de tracción 1uer"a El método de la &uer"a de tracci$n es una teoría de diseño más recientemente desarrollado La pu!licaci$n Cederal de .arreteras 3E./1 1MII) discute la aplicaci$n de la teoría de diseño Cuer"a de tracci$n de diseño cuneta El agua #ue 5uye so!re un límite crea una tensi$n de ci"allamiento El límite suelo desnudo, sintético, o vegetaci$n) puede resistir una cierta &uer"a de tracci$n má+ima admisi!le antes de #ue ocurra la erosi$n 'o!re la !ase de la teoría de tracci$n Cuer"a, por una "an%a permane"ca esta!le, el es&uer"o cortante aplicado por corrientes de agua no de!e e+ceder la tensi$n admisi!le del suelo límite o &orro En el 5u%o uni&orme, la &uer"a de tracci$n es igual a la componente gravitacional de la &uer"a #ue actúa so!re el agua paralelo al &ondo "an%a 3E./1, 1MII) La &uer"a de tracci$n promedio aplicado en el límite del canal es igual a(

το = γ r S D$nde( a H media tensi$n de corte límite, Pa l!  &t0) g H peso especí7co del agua, r H radio idráulico, m &t) ' H pendiente, m  m &t  &t) .uando un canal es su7cientemente amplia con relaci$n de aspecto de al menos 0?), el radio idráulico se puede apro+imar

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utili"ando la pro&undidad de 5u%o, 3 'in em!argo, esta condici$n es más !ien poco pro!a!le #ue sea satis&eco por la "an%a típico !orde de la carretera @ensi$n de ci"allamiento no se distri!uye uni&ormemente a lo largo de la &rontera "an%a El es&uer"o cortante má+imo para un canal recto se produce a lo largo de la línea de la "an%a en la pro&undidad má+ima La tensi$n má+ima de ci"allamiento límite, tma+, se puede calcular como(

τmax = γ Η max S D$nde( 3ma+ H pro&undidad de 5u%o má+imo El límite "an%a tiene la capacidad de resistir la &uer"a de tracci$n creado por el agua #ue 5uye asta un valor má+imo antes de #ue ocurra la erosi$n La &uer"a de tracci$n má+ima #ue puede soportar el límite está relacionado con el tipo de revestimiento límite 'e an reali"ado investigaciones para medir las &uer"as má+imas de tracci$n #ue los &orros de carácter temporal, como la tierra desnuda y revestimientos sintéticos, pueden soportar 4l evaluar la &uer"a de tracci$n má+ima admisi!le de tierra desnuda, es importante distinguir la tierra #ue comprende el revestimiento como coesivo, y no coesivo 8á+imas &uer"as de tracci$n permisi!les para revestimientos sintéticos son pu!licadas por los &a!ricantes de productos La "an%a se considera esta!le cuando la vegetaci$n está plenamente esta!lecida @ípicamente, suelos coesivos tienden a ser más resistentes a la erosi$n Cuer"as relativamente grandes son necesarias para romper los agregados dentro de la cama mientras #ue las &uer"as relativamente pe#ueñas son necesarias para transportar el material 'in em!argo, la cuanti7caci$n de la cantidad de in5uencia de la propiedad coesiva tiene so!re la resistencia a la erosi$n de suelo desnudo es di&ícil de!ido a la escasa investigaci$n en esta área La pu!licaci$n 3E./1 a relacionado la &uer"a de tracci$n

1


admisi!le para suelos coesivos como una &unci$n de índice de plasticidad del suelo y es&uer"o de compactaci$n :na amplia investigaci$n se a eco so!re el arrastre de partículas de los suelos no coesivos 'ields pu!lic$ un criterio para la iniciaci$n del movimiento de material granular uni&orme en una cama plana Esta o!ra clásica relaciona el parámetro de 'ields, t K, y el número de partículas de Aeynold, A, para determinar si las condiciones de 5u%o apoyan arrastre de partículas .uando el movimiento de las partículas es incipiente, el parámetro de 'ields se dice #ue es crítico, tc K La tensi$n de ci"allamiento crítica adimensional se vuelve independiente de número de Aeynold cuando el número de Aeynold e+cede ?? El 5u%o en el rango de este Aeynold se dice #ue es totalmente áspera -umerosas investigaciones an demostrado #ue el parámetro crítico Escudos Sestá en el intervalo de ?,?66 a ?,?= para el 5u%o totalmente áspera @ípicamente,

esta

regi$n

descri!e

un

límite

más

grueso,

comen"ando en el rango de grava 7na Criterios de selección de las "anjas de re2estimiento En general, un recu!rimiento de vegetaci$n es el tipo de revestimiento pre&erido El uso de escollera de!erá ser mínimo y el uso de armadura dura como el ormig$n se de!e evitar en lo posi!le Los siguientes criterios proporcionan una guía general para la selecci$n de un revestimiento cuneta( 1 cunetas de!en sodded menos #ue el declive es mayor #ue 1 por ciento o el área de drena%e es mayor de  ectáreas En tales casos, los análisis de &uer"a idráulica y de tracci$n de!en llevarse a ca!o para determinar si el 5u%o será superior a la &uer"a de tracci$n admisi!le para el revestimiento vegetativo 0 .uando la pendiente "an%a o área de drena%e es mayor #ue la especi7cada anteriormente, césped o gramíneas sem!radas con manta de control de erosi$n se puede usar donde la ci"alladura computari"ada en el caudal de diseño es igual o in&erior a 0 l!  s&

1=


6 .uando la ci"alladura calculada so!re un revestimiento de vegetaci$n supera los 0 l!  s&, de!e proporcionarse una estera re&uer"o del césped Las clases más pesadas de estos materiales son capaces de resistir un es&uer"o cortante de asta 1? li!ras  s& después de vegetaci$n se a esta!lecido en la "an%a 9 En las al&om!ras de re&uer"o para el césped, de!en ser evaluados para veri7car #ue la tensi$n de corte impuesta por el evento de tormenta de 0 años no superará la &uer"a de la guarnici$n vegetal .uando se supera este, es pro!a!le #ue los altos 5u%os en la "an%a causarán daños en el revestimiento antes de su resistencia a la ci"alladura totalmente de vegetaci$n puede ser desarrollado En este caso, riprap se de!e utili"ar en la parte in&erior del canal asta una altura igual a la pro&undidad de la corriente en caso de tormenta 0/años de la clase de escollera seleccionado Estera re&uer"o para el césped puede ser colocado por encima de la escollera .a!e señalar #ue la clase de escollera y césped estera de re&uer"o se de!e seleccionar !asado en la tasa de 5u%o de diseño  Aiprap tam!ién de!e utili"arse cuando los 5u%os perennes o encarcamiento &recuentes podrían aogar el césped en un &orro de vegetaci$n En este caso, la altura de la escollera por encima del &ondo del canal s$lo necesita ser su7ciente para acomodar los 5u%os !a%os Estera de re&uer"o Permanente césped, césped, pastos o sem!radas con manta de control de la erosi$n pueden ser colocados encima de la escollera, dependiendo de la tensi$n de ci"allamiento impuesta por la descarga de diseño .a!e señalar #ue esta escollera puede no ser necesaria en una "an%a tiene un &ondo de roca = armadura duro, un revestimiento tal ormig$n o escollera lecada podrán utili"arse cuando la tensi$n de corte impuesta por el caudal de diseño es superior a 1? li!ras  pies cuadrados 'in em!argo, en estos casos, el diseñador de!e considerar el uso de los

1


controles de "an%as u otros medios de reducci$n de la velocidad del

5u%o &I. 4'C4NT4RI''40

'e de7ne como el alcantarillado estructura cuya lu" es in&erior a =,? m se vacía cursos de 5u%os super7ciales de natural o arti7cial de intersecci$n de la carretera La densidad de alcantarillas en un proyecto de carretera in5uye directamente en los costes de construcci$n y mantenimiento, es muy importante considerar la elecci$n apropiada de la u!icaci$n, la alineaci$n y la pendiente con el 7n de garanti"ar el paso de 5u%o li!re de la intersecci$n de la carretera sin a&ectar a su esta!ilidad La u!icaci$n $ptima de alcantarillas depende de su alineaci$n y de la pendiente, #ue se logra mediante la proyecci$n de la estructura de alineaci$n y la pendiente siguiendo el cauce del río natural 'in em!argo, ca!e señalar #ue el aumento y la disminuci$n de la pendiente in5uye la variaci$n de la velocidad de 5u%o, #ue a su ve" a&ecta a la capacidad de transporte de los materiales en suspensi$n y arrastre

Tasa de alcantarilla Elección

1I


a) @ipo y secci$n Los tipos de alcantarillas de uso común en los proyectos de carreteras en nuestro país son; estructura de ormig$n, tu!os de metal corrugado, tu!os de ormig$n y tu!os de polietileno de alta densidad Las secciones más comunes son circulares,

rectangulares

y

cuadrados En ocasiones especiales #ue el mérito se puede secciones para!$licas utili"a alcantarillas y salt$ En las carreteras de alto volumen de trá7co y la necesidad de limpie"a y mantenimiento de alcantarillas, un ?,M? de secci$n mínima m 6= 2) de diámetro circular o su e#uivalente en otra secci$n, e+cepto en las intersecciones de los canales de riego donde toman será adoptado secciones según el diseño particular El tipo de marco rectangular de ormig$n o de secci$n alcantarillas cuadrados se puede colocar en los niveles re#ueridos, como colocado de modo #ue el nivel de la cali7caci$n coincide con el nivel superior de la losa o !a%o el terraplén En general, se recomienda el uso de este tipo de alcantarilla cuando se tiene la presencia de suelos de &undaci$n de mala calidad !) 8ateriales La elecci$n del material depende de varios aspectos de alcantarillado, entre ellas podemos mencionar el curso de la vida, el costo, la &uer"a, la rugosidad, las condiciones del suelo, la resistencia a la corrosi$n, a la a!rasi$n, &uego y resistente al agua En conclusi$n, no es posi!le dar una regla general para la elecci$n del tipo de material utili"ado en la construcci$n de la alcantarilla, sino tam!ién de las cuestiones antes mencionadas depende del tipo de suelo, agua y principalmente de la disponi!ilidad de materiales en el lugar

1M


Criterios a tener en cuenta Desec-os y sedimentación Las alcantarillas se tapan de!ido a los desecos se acumulan en la entrada de la alcantarilla 'e convierten en cenagoso cuando el grado es demasiada plana y el 5u%o está restringido Para resolver el pro!lema de los desecos  limo, llevar a ca!o estas actividades de mantenimiento( Detener los desecos aguas arri!a mediante el uso de una !arrera Limpie la alcantarilla &recuencia, veri7cando #ue los desecos pueden pasar a través de la alcantarilla 'teepen el grado alcantarilla para promover auto/limpie"a

'impiado 'ocavaci$n es la erosi$n del agua en una "an%a carretera o un canal de 5u%o 'cour puede ocurrir en las entradas de la alcantarilla si la entrada se atragant$ con escom!ros Aetire los escom!ros para recuperar el movimiento del agua Qtra posi!ilidad es #ue la capacidad de entrada es simplemente insu7ciente La distri!uci$n del área de drena%e puede a!er cam!iado desde la construcci$n de alcantarillas En este caso, la alcantarilla tendrá #ue ser reconstruido para proporcionar una mayor apertura  capacidad En puntos de venta, socavaci$n se produce cuando un gran volumen de agua se descarga a una velocidad alta Oer cuando socavaci$n se produce en puntos de venta, muros cortina pueden ser socavados Aeparar la socavaci$n rellenando la "ona erosionada con material

0?


adecuado, a continuaci$n, colocar escollera, ormig$n o material !ituminoso para proteger la salida de un daño mayor

4!rasión Plantas de alcantarilla y las paredes laterales se deterioran gradualmente como resultado de los desecos y sedimentos #ue pasa a través de la alcantarilla Nnspeccione alcantarillas a intervalos regulares para el desgaste a!rasivo .onsidere la posi!ilidad de &ormar y preparar una nueva invertido o insertar un &orro alcantarilla, según las indicaciones de su supervisor

Corrosión 4lcantarillas de tu!os de metal e+perimentan corrosi$n cuando la capa protectora se desgasta por a!rasi$n 8antenimiento .omún es para sustituir la alcantarilla o para insertar un &orro de alcantarilla .onsulte a su supervisor En alcantarillas de ormig$n, acero re&or"ado puede estar su%eto a la corrosi$n en lugares con agua muy ácida -o ay actividad de mantenimiento de rutina para este pro!lema .uando el deterioro se vuelve grave, será necesaria una reparaci$n importante de la alcantarilla

1iltración La &uga se produce cuando las secciones de alcantarilla se separan en las articulaciones Esto es causado por el movimiento del material de terraplén o por %untas de construcci$n de&ectuosos 4gua #ue se escapa de las %untas se erosionará el material circundante, aciendo #ue las articulaciones se separen más y, con el tiempo, lo #ue socava

01


la propia estructura Nnspeccione regularmente las alcantarillas en !usca de &ugas y reparar las articulaciones

$rietas Las grietas pueden ocurrir en los cuellos de las alcantarillas, puntos de corte, y las paredes de las alas Aeparar estos de&ectos utili"ando un mortero de cemento y arena #ue contiene un aditivo anti/contracci$n

Da(os alcantarilla 1inal E+tremos de alcantarilla de metal son suscepti!les a daños Aetire las secciones dañadas por la e+cavaci$n del relleno y cortar y

reempla"arlos

00


Calculo de la 2elocidad de 5ujo 'e re#uiere #ue el cálculo de la velocidad de salida para cada alcantarilla, y el tipo y alcance de la protecci$n de!e decidirse tras el e+amen de la velocidad de salida, las condiciones naturales de tierra aguas a!a%o, las velocidades de las corrientes naturales, y el rendimiento de las alcantarillas e+istentes en la "ona 4ltas velocidades de salida pueden causar erosi$n en una distancia considera!le aguas a!a%o de una toma de corriente .uando se prevea #ue las altas velocidades de salida, será necesario adoptar medidas de disipaci$n y  o de protecci$n adecuadas

06


Donde

sea

posi!le,

alcantarillas

de!en

ser

diseñados

para

proporcionar velocidades acepta!le sin la necesidad de protecci$n de canal adicional Oelocidades permisi!les para evitar la socavaci$n variar según el tipo de suelo y la topogra&ía @a!la M0 proporciona algunas velocidades de salida de la alcantarilla o!%etivo para diversos materiales de canal Estas velocidades de destino de!en ser veri7cados  modi7cado por los datos o!tenidos de las inspecciones in situ e in&ormes am!ientales pertinentes

Criterios de dise(o En esta secci$n se descri!e un método o proceso general para el diseño de alcantarillas 4lgunos de los tra!a%os descritos en las siguientes secciones puede no ser necesaria para cada diseño de una alcantarilla El diseño de una alcantarilla comien"a con el monta%e de los datos relacionados con el sitio de drena%e #ue incluye una encuesta detallada del lugar, los datos de inspecci$n del sitio, y otra in&ormaci$n especí7ca del sitio incluyendo los in&ormes am!ientales y geotécnicos

09


:n en&o#ue generali"ado para el diseño de la alcantarilla sigue a) Nntercalar Datos del sitio Encuesta Aevisi$n, in&ormaci$n topográ7ca, mapa localidad, &otogra&ías, &otogra&ías y detalles aéreos de visita de campo para determinar  entienden( G Detalles de captaci$n  navegaci$n incluyendo constricciones naturales, curvas, canal de 5u%o !a%o  alto, la vegetaci$n potencial de des!ordamiento de otros cruces, etc; G .ondiciones y detalles de aguas arri!a y aguas a!a%o; G :!icaci$n de los temas geotécnicos; G :!icaci$n de las restricciones am!ientales o la identi7caci$n de los pro!lemas am!ientales; G :!icaci$n de Privada Planta de 'ervicios Pú!licos P:P) u otras limitaciones &ísicas; G .ual#uier pro!lema de transmitir o de desviaci$n de canal; G .ual#uier re#uisito sesgar alcantarilla; G Los datos de los suelos; G E+istente y datos de 5u%o de corriente admisi!les pro&undidad, velocidad, energía, etc) Oéase el capítulo I); G Posi!les pro!lemas  identi7cados de entrada y salida de la erosi$n; y G .uestiones Posi!le sedimento  escom!ros

C)lculo -idr)ulico El cálculo idráulico considerado para esta!lecer el tamaño mínimo de la secci$n a las alcantarillas a proyectos, se esta!lece por la &$rmula de

0


Ao!ert 8anning K para a!rir canales y tu!erías, como el procedimiento más comúnmente utili"ado y &ácilmente aplicada, #ue permite la velocidad de 5u%o y régimen de 5u%o para una condici$n uni&orme por la siguiente relaci$n

D$nde( F( .audal m6  s) O( velocidad media del 5u%o m  s) 4( Jrea de la secci$n idráulica m0) F( perímetro mo%ado m) A( radio idráulico m) '( En espera de &ondo m  m) n( coe7ciente de 8anning La velocidad má+ima permitida m  s) Está en conductos revestidos

0=


4ltura -idr)ulica .orresponde a la pro&undidad del agua en la entrada, medido desde el punto alcantarillado um!ral) más !a%o Este tra!a%o, al limitar el li!re paso del agua, provocando un aumento de nivel de agua para T en consecuencia, puede causar daños a la calle o vecinos 4r limitar la carga idráulica má+ima con el 7n de proteger la vida de los usuarios y vecinos, a proteger la esta!ilidad del terraplén no causa inundaciones en los terrenos adyacentes, proteger el cours agua y llanuras adyacentes, no produce daños a la red de alcantarillado y la carretera, sin causar interrupciones en el trá7co y no e+ceder los límites de velocidad alcantarillas de agua recomendadas y la salida de la pista Dado #ue la velocidad en el remanso es pe#ueño, en los cálculos 3idráulico acostum!rarse a asumir #ue la altura del agua corresponde al nivel de la energía total disponi!le

Ta!le o6 -ydraulic -eig-ts 6or se7ers

0


OTRO 8TODO G -o sumergida / invertido alcantarilla empinada y ca!ecera no su7ciente para sumergir entrada Entrada 4lcantarilla actúa

e&ectivamente como un vertedero :n coe7ciente vertedero .U H 6? puede suponer para los cálculos iniciales G 'umergido / ca!ecera sumergida superior de entrada de la alcantarilla #ue el cañ$n no signi7ca necesariamente el 5u%o completo Entrada 4lcantarilla actúa como una puerta de ori7cio o esclusa

! H 4ltura de traspaso 3 / !  0 H ca!e"a so!re alcantarilla mide desde la línea central del !arril .oe7ciente de descarga del ori7cio, .d, varía con la ca!e"a en la alcantarilla, el tipo de alcantarilla, y la geometría de entrada -omogramas y programas in&ormáticos se utili"an generalmente para el diseño Para los cálculos iniciales de un .d valor H ?=? se puede utili"ar G -omogramas C34 / La Q7cina de .aminos Pú!licos aora llamada la Cederal 3igUay 4dministration) pu!lic$ una serie de nomogramas en 1M=, lo #ue permiti$ la ca!ecera de control de entrada #ue se calcula para di&erentes tipos de alcantarillas #ue operan !a%o una amplia gama de condiciones de 5u%o Estos nomogramas y otros construyen utili"ando los métodos originales &ueron pu!licadas por la C34 en 1MI Dos de

0I


estos nomogramas se presentan a continuaci$n

0M


6?


61


4lcantarilla 9idr)ulica : Control de salida .ontrol de salida go!ernará si la ca!ecera es lo su7cientemente pro&unda, la pendiente de la alcantarilla es su7cientemente plana, y la alcantarilla es su7cientemente largo @res posi!les condiciones de 5u%o( 1 @anto la entrada y la salida sumergidos, con alcantarilla #ue 5uye completo 0 Nnlet está sumergida, pero el colc$n de agua no anula la salida En este caso, el !arril está lleno s$lo so!re parte de su longitud 6 -i la ca!ecera ni tailUater pro&undidades son su7cientes para la inmersi$n .apacidad de alcantarilla determina a partir de la ecuaci$n de la energía(

D$nde( 3 / @ H ca!ecera / tailUater H pérdida de carga total de energía pies) e H pérdida de carga de entrada pies) & H &ricci$n pérdidas pies) v H altura de velocidad pies)

Entrada .a!e"a Pérdida, #ue( .oe7cientes de pérdida de 4lcantarilla Entrada, Ve

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@u!o con la proyecci$n de 7lo cuadrado entrada ? Pipe inglete para a%ustarse a llenar pendiente ? .a%a con paredes de ala a 6? W a  W a ?,9 !arriles Las pérdidas de &ricci$n, &(

Especi;caciones de alcantarilla para el paso de peces El departamento está tra!a%ando actualmente con Pes#uería de Fueensland para desarrollar re#uisitos y los c$digos de auto/evalua!les para el diseño de alcantarillas #ue soportan el paso de peces, sin em!argo la orientaci$n proporcionada en esta secci$n de!e ayudar asta #ue la in&ormaci$n actuali"ada se puede proporcionar Para permitir #ue los peces nadan río arri!a a través de una alcantarilla, el nivel invertido alcantarilla, la pendiente y la velocidad pueden tener #ue cumplir con las siguientes especi7caciones Pre&erred @ipo 4lcantarilla( El mínimo, alcantarilla para el paso de los peces es una ca%a de alcantarilla mm 10?? + M?? pre&erido) o un tu!o de 1I??mm -atural cama del curso de agua( .uando sea posi!le, la cama de la alcantarilla de!e reproducir las condiciones naturales del leco del curso

66


de agua, y lo ideal sería estar empotrada de!a%o de los niveles de cama naturales 4lcantarilla 'uelo( El suelo de la alcantarilla de!e estar por de!a%o de los niveles del leco naturales para evitar la necesidad de #ue los peces a saltar por encima de una o!strucci$n .omo plantas de alcantarilla deprimidas pueden cegarse con el tiempo, so!re todo con e+cesiva !a%ada de la planta, un nivel invertido alrededor de 1?? mm por de!a%o de los niveles super7ciales naturales se considera apropiado con cirios a nivel de la super7cie natural Pisos empotradas( 4lgunas pautas manera peces recomiendan #ue las alcantarillas de!en estar empotrados en el leco natural en al menos 0?< de su altura de la celda aumenta la altura de alcantarilla so!re re#uerimientos idráulicos) La alcantarilla se rellena luego con material del leco ganado desde el sitio, a la misma pendiente  niveles del cauce natural antes de la construcci$n Esto de!e ser considerado en el sitio por sitio !asado en las me%ores prácticas actuales Nnclinaci$n del suelo( >eneralmente, la pendiente de la planta de la alcantarilla no de!e e+ceder de 1< con el 7n de limitar la velocidad aumenta a través de los 5u%os de alcantarilla Clu%o de Oelocidades( .omo los peces necesitan una pro&undidad mínima de ?,0 a ?, m para asegurar su paso a través de la alcantarilla, y s$lo pueden nadar contra las velocidades de 5u%o relativamente !a%as, la velocidad a través de la alcantarilla durante los períodos de migraci$n no de!e e+ceder de ?,6 m  s en una pro&undidad de ? m Para lograr esto, puede ser necesario para locali"ar una alcantarilla adicional en el !orde de una corriente más super7cial donde las

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velocidades naturales son más !a%os, o para instalar un canal de 5u%o !a%o 'ur&acing Planta( 'i es necesario, rugosidad a la planta de la alcantarilla para lograr esta velocidad puede ser necesario mediante la reducci$n de la planta incluso más allá de 1?? mm y la colocaci$n de ado#uines o piedras so!re el suelo asta el nivel de diseño 'in em!argo, el coe7ciente de rugosidad de la roca de dumping es muco mayor #ue la de un suelo de ormig$n y se de!e tomar en cuenta durante el proceso de diseño Para .oe7cientes de rugosidad de 8anning, se pueden acer re&erencia a los cuadros .anal de !a%o 5u%o( .uando sea posi!le, el canal de 5u%o !a%o de!e satis&acer la 'iguientes condiciones( Oelocidad de 5u%o má+imo 1 m  s; Oelocidad de 5u%o má+imo de ?,6 m  s a una pro&undidad de ?,0 a ?, m; .uando sea posi!le, una pro&undidad de 5u%o mínimo de ?,0 a ?, m; y 4usencia de "onas de tur!ulencia a gran escala en relaci$n con el 5u%o de pro&undidad), es decir, remolinos  remolinos 'in em!argo, las condiciones de 5u%o de arri!a son por lo general di&ícil de conseguir, especialmente si la alcantarilla no se puede empotrar de!a%o de la cama elevaciones naturales En tales casos, la siguiente opci$n pre&erida es el tamaño de la "ona de 5u%o de alcantarilla de tal manera #ue e+iste un cam!io mínimo en el área de 5u%o del canal en la alcantarilla

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Badenes, Cunetas y Alcantarillas Word Final

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