CONTENIDO INTRODUCCIÓN..................................................................................... INTRODUCCIÓN..................................................................................... OBJETIVOS .................................................................................... MARCO TEÓRICO..................................... TEÓRICO................................................................................ ........................................... DRENAJE SUPERFICIAL................................................... SUPERFICIAL......................................................... ...... DRENAJE LONGITUDINAL............................................... LONGITUDINAL...................................................... ....... CUNETAS Localización en eccione !e co"#e$ #e""a%l&n ' en e%a"a!o" cen#"al Ca(!al !e !ie)o Ti%o !e ección ' e*("i!a! +ial Di,enione M-ni,a DISEO DE CUNETAS CUNETAS F(nciona,ien#o /i!"0(lico Re+e#i,ien#o Re1(e"zo e#"(c#("al Decole !e c(ne#a CONCLUSIONES BIBLIOGRAF2A 3 4EBGRAF2A
INTRODUCCIÓN El drenaje de una carretera es un factor muy importante para que esta cumpla su óptimo funcionamiento. Las malas condiciones del drenaje de carreteras, o el mal diseño podrían ocasionar grandes daños a la vida de los viajeros, de los pobladores de las áreas aledañas, a la economía de los transportistas, etc. Es por eso que es de importancia su correcto desarrollo y cálculo. El presente documento está basado en el ejercicio para el cálculo y diseño del sistema de drenaje longitudinal (cuneta para ambos lados de una vía Este documento pretende plasmar bajo ejemplo de clase, los conocimientos teóricos que nos facilitarán el diseño de la anteriormente enunciada cuneta. El documento está dividido en! el marco teórico particular para el diseño del drenaje de la vía en estudio y formulas indispensables para el cálculo de caudales, adjuntamente a ello se evidencia la ejecución de las diferentes fórmulas vistas en clase y de esta manera los resultados obtenidos de los cálculos para el diseño de caudales para dimensionamiento de las cunetas" se tiene además las conclusiones que se #an obtenido del presente trabajo, y finalmente la bibliografía consultada para el desarrollo de este trabajo.
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OBJETIVOS O56e#i+o Gene"al
$onocer las partes constitutivas de los sistemas de drenaje vial del caso particular! la cuneta %eali&ar el cálculo y diseño del sistema de drenaje longitudinal (cuneta, por medio de metodología desarrollada en clase.
O56e#i+o E%ec-1ico
%eali&ar la aplicación que complemente la base teórica vista en clase. Emplear diversos formulas, que facilite el manejo de la información dada y brinde resultados 'tiles para el cálculo y diseño. btener caudales de diseño a partir de los m)todos vistos en catedra.
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MARCO TEÓRICO 7. DRENAJE SUPERFICIAL8 El drenaje superficial se clasifica, seg'n la posición que guarden las obras respecto al eje de la carretera, en paralelo o transversal. La denominación de longitudinal se debe a que )stas se ubican apro*imadamente en forma paralela al eje del camino, en este tipo de drenaje se considera a las cunetas, las contra+cunetas y los colectores. En este caso particular se profundi&ara acerca de las cunetas.
9. DRENAJE LONGITUDINAL El drenaje es uno de los factores más importantes en el diseño de carreteras, pues depende de su correcto funcionamiento el desempeño óptimo de la carretera. El drenaje longitudinal comprende las obras de captación y defensa, cuya ubicación será necesaria establecer, calculando el área #idráulica requerida, sección, longitud, pendiente y nivelación del fondo, y seleccionando el tipo de proyecto constructivo.
:. CUNETAS :.7. Localización en eccione !e co"#e$ #e""a%l&n ' en e%a"a!o" cen#"al Las cunetas son estructuras de drenaje que captan las aguas de escorrentía superficial proveniente de la plataforma de la vía y de los taludes de corte, conduci)ndolas longitudinalmente #asta asegurar su adecuada disposición. Las cunetas construidas en &onas en terrapl)n protegen tambi)n los bordes de la berma y los taludes del terrapl)n de la erosión causada por el agua lluvia, además de servir, en muc#as ocasiones, para continuar las cunetas de corte #asta una corriente natural, en la cual entregar. ara las cunetas en &onas de corte, los puntos de disposición son cajas colectoras de alcantarillas y salidas laterales al terreno natural en un cambio de corte a terrapl)n. En las cunetas en terrapl)n, las aguas se disponen al terreno natural mediante bajantes o alivios y en las cunetas de un separador central- las aguas tambi)n son conducidas a la caja colectora de una alcantarilla.
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Las cunetas se deben locali&ar esencialmente en todos los cortes, en aquellos terraplenes susceptibles a la erosión y en toda margen interna de un separador que reciba las aguas lluvias de las cal&adas.
:.9. Ca(!al !e !ie)o $onsiderando que por lo general el área aferente a las cunetas es inferior a una #ectárea (./ #a, para la obtención de los caudales de diseño se emplea el m)todo e*plicado en catedra. El área aferente a la cuneta debe incluir la cal&ada o media cal&ada de la vía, más la proyección #ori&ontal del talud de corte #asta la &anja de coronación (0er 1igura . En caso de no proyectarse esta &anja, la cuneta debe contemplar el área topográfica aferente a la misma. En la definición de esta límites o puntos altos que definen los sentidos de drenaje #acia las cunetas. El coeficiente de escorrentía corresponderá al coeficiente ponderado de los diferentes tipos de área aportante, en función del tipo de suelo, de la cobertura y de la pendiente.
1igura + 2rea aferente a las cunetas 1inalmente, la intensidad es calculada a partir de la curva intensidad duración+ frecuencia, (341 del proyecto, para el período de retorno seleccionado y un tiempo de concentración mínimo (por ejemplo, 5minutos.
:.:. Ti%o !e ección ' e*("i!a! +ial La sección transversal de la vía y dentro de ella la de la cuneta, juega un papel fundamental en la seguridad vial, por lo que al proyectar las cunetas con una determinada sección, este aspecto debe ser considerado. $unetas con una sección inadecuada pueden originar problemas de encunetamiento de los ve#ículos y, en los casos más graves, #asta vuelco, más a'n si por limitaciones de espacio se 4
proyectan berma+cunetas, las que necesariamente implican circulación o permanencia de ve#ículos cerca a la cuneta. 6ecciones rectangulares o trape&oidales profundas o con taludes altos #acen infranqueables o dificultan en gran manera la salida de ve#ículos, por lo que, en caso de ser empleadas, deben estar acompañadas de barreras de seguridad, bordillos o guardarruedas o, como mínimo, de señales de advertencia con el adecuado manejo desde el punto de vista de seguridad de estos elementos que obstaculi&an el tránsito vial (separación mínima desde el borde de la cal&ada de 7/ centímetros. Las secciones más recomendadas son, entonces, las parabólicas (con una construcción complicada y baja capacidad #idráulica, las cuales son las más adecuadas en aquellos tramos viales donde se presenta entrada y salida permanente de ve#ículos (estaciones de servicio, locales comerciales, etc. y las triangulares (las más sencillas de construir, donde es esporádica o nula la circulación vial. 4entro de las cunetas triangulares, es necesario limitar las pendientes de la cuneta y la profundidad de la misma, e*istiendo para ello diferentes normas a nivel internacional. En el medio colombiano es usual la cuneta triangular de ./ m de anc#o total, distribuido /.87 m al lado de la cal&ada y /./9 m del lado del talud y /.:/ m de profundidad (constituyendo un v)rtice de 8/;, con lo que se obtiene una pendiente lateral de :/.-<. =odificaciones a estas dimensiones, siempre y cuando la pendiente al lado de la cal&ada sea menor o igual al :5<, son tambi)n aceptables. $uando la sección de la cuneta triangular para el anc#o má*imo disponible en la sección de la vía es insuficiente, se debe emplear una cuneta trape&oidal, deseablemente con una pendiente o talud #acia la cal&ada menor del :5<, condición que de no cumplirse implica el empleo de barreras de seguridad o de bordillos debidamente espaciados para permitir la entrada del agua. tra alternativa, cuando la cuneta triangular es insuficiente o cuando el terreno es rocoso, es el empleo de cunetas rectangulares, las cuales se deben proveer de los elementos de protección para impedir que los ve#ículos tiendan a caer dentro de ellas (barreras de seguridad y bordillos. En el caso de berma+cunetas, se indica que la pendiente de la berma coincide con la del carril de circulación adyacente" es decir, la pendiente del bombeo, la cual es má*imo del 9< en entretangencias, -< en peraltes de vías principales y secundarias y 7< en vías terciarias. Esta limitación en la profundidad de la cuneta trae como consecuencia una limitación en la capacidad #idráulica de la cuneta, siendo necesario el empleo de &anjas de coronación y de una menor distancia entre alcantarillas para desaguar las cunetas.
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1igura : + 6ecciones cunetas típicas y propiedades geom)tricas
:.;. Di,enione M-ni,a Las dimensiones serán fijadas de acuerdo a las condiciones pluviales. 4e elegir la sección triangular, las dimensiones mínimas serán las indicadas en la figura >. ara lograr el funcionamiento adecuado de la sección #idráulica, se requiere que en los proyectos viales se considere!
La construcción de una berma e*terior de recepción con anc#o mínimo de 7/ cm (entre la cuneta y pie del talud de corte, con la finalidad de recepcionar la posible caída de materiales del talud superior, los cuales al impactar, deterioran las losas, y colmatan la sección #idráulica.
?sí mismo es necesario establecer la necesidad de mantenimiento de cunetas por lo menos dos veces al año (antes y despu)s del período de lluvia, especialmente en &onas de sierra y selva del país.
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$uando e*istan limitaciones de anc#o de la plataforma se podrá proyectar cunetas con doble función! 4renaje 2rea de emergencia (berma • •
ara los cuales se buscará la solución más adecuada tales como! cunetas cubiertas, berma+cuneta, cuneta tipo batea, etc.
1igura > @ 4imensiones mínimas de una cuneta triangular típica y propiedades geom)tricas.
;. DISEO DE CUNETAS ;.7. F(nciona,ien#o /i!"0(lico El dimensionamiento o diseño #idráulico de la cuneta consiste en verificar que la capacidad #idráulica de la estructura, estimada con la e*presión de =anning, sea superior al caudal de diseño.
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La e*presión de =anning es!
La pendiente coincide usualmente con la pendiente longitudinal de la vía, salvo en aquellos casos en que se requiere una mayor capacidad #idráulica o por facilidad de desagAe se proyecta la cuneta en contrapendiente por un corto tramo. En estos casos especiales se debe verificar que la pendiente sea, como mínimo, la menor recomendada por el 3B03?6, es decir /.5< y /.>< en &onas planas. ? partir de la ecuación de =anning, es posible obtener la lámina de agua y la velocidad en la sección para el caudal de diseño. La lámina de agua debe ser inferior o igual a la profundidad de la cuneta8 y la velocidad debe ser, a su ve&, menor que la má*ima admisible para el material de la cuneta, pero mayor que la velocidad que favore&ca la sedimentación y el crecimiento vegetal. Es necesario verificar, tambi)n, que la velocidad en el descole o canal de salida se encuentre dentro del rango permisible, sin originar sedimentación o inestabilidad en la corriente o terreno receptor.
;.9. Re+e#i,ien#o Cna cuneta y, en general, un canal, se revisten con los siguientes objetivos! D %educir la infiltración, la cual puede afectar la estructura misma del pavimento. D %educir el área mojada por permitir mayores velocidades del flujo. D revenir crecimientos vegetales. D %educir los costos de mantenimiento. D =ayor vida 'til del canal. D =ayor estabilidad de la sección.
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6e considera, entonces, que el revestimiento de las cunetas para vías de primer y segundo orden es necesario, mientras que para vías de tercer orden es opcional y se debe definir a partir de un análisis t)cnico y de costos, dentro del cual se incluya el mantenimiento.
;.:. Re1(e"zo e#"(c#("al En los casos en que se prev) la circulación de ve#ículos sobre la cuneta, como es el paso sobre cunetas parabólicas o en posibles cruces o entradas a predios, la cuneta deberá ser refor&ada. ara el caso de berma+cunetas, la decisión de refor&arlas debe considerar tambi)n la e*istencia de sobreanc#os y las condiciones particulares de cada tramo de la vía que favore&can su uso para circulación vial o estacionamiento.
;.;. Decole !e c(ne#a El descole de las cunetas y en general el de las estructuras #idráulicas, se debe reali&ar sin alterar drásticamente los patrones de flujo del cuerpo de agua receptor y sin originar problemas de socavación. ?sí, en cada punto de desagAe de un tramo de cuneta es necesario evaluar el impacto potencial sobre la corriente receptora en cuanto a cambios de velocidad y caudal y minimi&ar la erosión, ya sea con un mejor ángulo de entrega del canal yo una velocidad igual o menor a la de la corriente receptora. Esto 'ltimo se logra con disminuciones en la pendiente del canal de entrega o con incrementos en la rugosidad del revestimiento o en la sección transversal del canal. Las condiciones para asegurar un adecuado descole de cunetas deben ser anali&adas cuidadosamente en el terreno, pues pueden ser proyectadas más allá del derec#o de vía, requiriendo de servidumbres.
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CONCLUSIONES
6e reali&aron los cálculos y seguido dimensionamiento de la cuneta con el objeto de captar, conducir y evacuar adecuadamente los flujos del agua superficial.
6e debe especial cuidado en los cálculos de los caudales para así mismo prever el diseño de otras obras de drenaje.
6e deben ubicar alcantarillas en puntos estrat)gicos, para la recolección del caudal #allado anteriormente y que por supuesto se ubicaran además del caudal con el conocimiento topográfico de la &ona de la vía en estudio.
?unque el presente ejercicio no contiene la información necesaria para el cálculo de subdrenes (clasificación del suelo, permeabilidad, niveles freáticos, curva granulom)trica, se recomienda colocarlos en &onas de pendientes fuertes.
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BIBLIOGRAF2A 3 4EBGRAF2A
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