FACULTAD DE INGENIERIA Y ARQUITECTURA ESCUELA DE INGENIERIA CIVIL “AÑO DEL DIÁLOGO Y LA RECONCILIACIÓN NACIONAL”
ESCURRIMIENTO ARTIFICIAL Y SUBTERRANEO, METODOS PARA P ARA DETERMINAR EL AREA HIDRAULICA DE LAS OBRAS Y DRENAJE D RENAJE SUPERFICIAL DE CARRETERAS DOCENTE: ING. JORGE VASQUEZ SILVA
CURSO: DRENAJE
ALUMNO: LAYALME TICLIAHUANCA LIZANA
CICLO: VII
FECHA: 29-08-18
TARAPOTO - SAN MARTIN
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INTRODUCCION. La lluvia que cae sobre la superficie de la tierra, una parte escurre inmediatamente reuniéndose en corrientes de agua; otra se evapora y el resto se infiltra en el terreno. Cuando el agua de escurrimiento o de infiltración alcanza la carretera, si no se dispone de los elementos necesarios para conducirla o desviarla, puede ocasionar la inundación de la calzada, el debilitamiento de la estructura de la carretera y la erosión o el derrumbe de los taludes, con graves perjuicios para el usuario de la vía y para la economía de la nación. La remoción de las aguas superficiales, ya sea que éstas caigan directamente sobre la plataforma de la vía o sobre las cuencas tributarias de las corrientes que debe cruzar la carretera, se logra a través de las obras de drenaje superficial; la remoción de las aguas subterráneas, mediante los subdrenajes. Numerosos factores deben hacerse intervenir en el estudio de los drenajes de una carretera: la Topografía, la Hidrología y la Geología de la zona; variadas ramas de la ingeniería participan en la solución del problema: la estadística, la hidráulica, el diseño d iseño estructural, etc.
OBJETIVOS OBJETIVO GENERAL
Estar en la capacidad de diseñar y recomendar el sistema de drenaje de una carretera
OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Investigar en cuanto se refiere al cálculo del drenaje en carreteras.
Adquirir conocimientos sobre el diseño de las cunetas, alcantarillas, contra cunetas, Utilizar criterios criterios adecuados en el diseño del drenaje en carretas y alcantarillas.
Poner en práctica todos los conocimientos teóricos teóricos aprendidos durante el curso.
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1. ESCURRIMIENTO El escurrimiento es otra componente del ciclo hidrológico, y se define como el agua proveniente de la precipitación, que circula sobre o bajo la superficie terrestre, y que llega a una corriente para finalmente ser drenada hasta la salida de la cuenca (estación de aforo). Si se analiza un corte esquemático de la superficie terrestre, se tiene que la precipitación cuando llega a la superficie, se comporta de la siguiente manera:
Una parte de la precipitación se infiltra. Una parte de ésta, satisface la humedad del suelo, de las capas que se encuentran sobre el nivel freático del agua. Una vez que estas capas se han saturado, el agua subterránea es recargada, por la parte restante del agua que se infiltra.
Otra parte de la la precipitación, precipitación, tiende tiende a escurrir sobre la superficie terrestre; a la precipitación que ocasiona este escurrimiento, se llama altura de precipitación en exceso (hp).
Una pequeña proporción se pierde.
2. El escurrimiento escurrimiento se clasifica en tres tipos:
Escurrimiento superficial (Q)
Escurrimiento subsuperficial (Qs).
Escurrimiento subterráneo (Qg)
2.1. Escurrimiento Escurrimiento superficial. Es aquel que proviene de la precipitación no infiltrada y que escurre sobre la superficie del suelo. El efecto sobre el escurrimiento total es inmediato, y existirá durante la tormenta e inmediatamente después de que esta termine. La parte de la precipitación total que da lugar a este escurrimiento, se denomina precipitación en exceso (hp).
2.2. Escurrimiento Escurrimiento subsuperficial. Es aquel que proviene de una parte de la precipitación infiltrada. El efecto sobre el escurrimiento total, puede ser inmediato o retardado. Si es inmediato se le da el mismo tratamiento que al escurrimiento superficial, en caso contrario, como escurrimiento subterráneo. 3
2.3. Escurrimiento subterráneo. Es aquel que proviene del agua subterránea, la cual es recargada por la parte de la precipitación que se infiltra, una vez que el suelo se ha saturado.
3. FACTORES QUE AFECTAN EL ESCURRIMIENTO SUPERFICIAL. El escurrimiento superficial, depende fundamentalmente de dos tipos de factores:
Meteorológicos, se pueden considerar la forma, el tipo, la duración y la intensidad de la precipitación, la dirección y la velocidad de la tormenta, y la distribución de la lluvia en la cuenca.
Fisiográficos, se pueden considerar las características físicas de la cuenca (superficie, forma, elevación, pendiente), tipo y uso del suelo, humedad antecedente del mismo.
Figura 4.1 Relación entre la precipitación y el escurrimiento total
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3.1. FACTORES METEOROLÓGICOS FORMA Y TIPO DE LA PRECIPITACIÓN La manera de como se origina la precipitación, y la forma que adopta la misma, tiene gran influencia en la distribución de los escurrimientos en la cuenca. Así por ejemplo, si la precipitación es de origen orográfico, seguramente ocurrirá en las zonas montañosas en la parte alta de la cuenca, por lo que los escurrimientos se regularizarán notablemente durante su recorrido, y se tendrán valores relativamente bajos del caudal en la descarga. El efecto de la forma de la precipitación, se manifiesta principalmente en el tiempo de concentración de los escurrimientos. Si la precipitación cae en forma de lluvia, con intensidad y duración suficiente, el escurrimiento superficial se presentará casi de inmediato, no ocurriendo lo mismo cuando la precipitación es en forma de nieve, donde la respuesta de la cuenca, será más lenta debido al tiempo necesario para que se produzca el deshielo. INTENSIDAD DE PRECIPITACIÓN Cuando la intensidad de lluvia excede a la capacidad de infiltración del suelo, se presenta el escurrimiento superficial, observándose para incrementos posteriores en la intensidad de lluvia, aumento en el caudal transportado por el río. Esta respuesta, sin embargo, no es inmediata, pues existe un retardo debido al tamaño de la cuenca, al almacenamiento en las depresiones y al efecto regulador de los cauces. DURACIÓN DE LA PRECIPITACIÓN La capacidad de infiltración del suelo disminuye durante la precipitación, por lo que puede darse el caso, que tormentas con intensidad de lluvia relativamente baja, produzcan un escurrimiento superficial considerable, si su duración es extensa. En algunos casos, particularmente en las zonas bajas de la cuenca, para lluvias de mucha duración el nivel freático puede ascender hasta la superficie del suelo, llegando a nulificar la infiltración, 5
aumentado por lo tanto, la magnitud del escurrimiento. Se ha observado, que los caudales que se presentan en la descarga de una cuenca, son máximos cuando el tiempo que tardan en concentrarse (tiempo de concentración), es similar a la duración de la tormenta que los origina. DISTRIBUCIÓN DE LA LLUVIA EN LA CUENCA Es muy difícil, sobre todo en cuencas de gran extensión, que la precipitación se distribuya uniformemente, y con la misma intensidad en toda el área de la cuenca. El escurrimiento resultante de cualquier lluvia, depende de la distribución en tiempo y espacio de ésta. Si la precipitación se concentra en la parte baja de la cuenca, producirá caudales mayores, que los que se tendrían si tuviera lugar en la parte alta, donde el efecto regulador de los caudales, y el retardo en la concentración, se manifiesta en una disminución del caudal máximo de descarga. DIRECCIÓN Y VELOCIDAD DE LA TORMENTA La dirección y velocidad con que se desplaza la tormenta, respecto a la dirección general del escurrimiento, en el sistema hidrográfico de la cuenca, tiene una influencia notable en el caudal máximo resultante y en la duración del escurrimiento superficial. En general, las tormentas que se mueven en el sentido de la corriente, producen caudales de descarga mayores, que las que se desplazan hacia la parte alta de la cuenca. OTRAS CONDICIONES METEOROLÓGICAS Aunque la lluvia es el factor más importante que afecta y determina la magnitud de un escurrimiento, no es el único que debe considerar se. Existen condiciones meteorológicas generales que influyen, aunque de una manera indirecta en el escurrimiento superficial, como es el caso de la temperatura, la velocidad del viento, la humedad relativa, la presión barométrica, etc.
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3.2. FACTORES FISIOGRÁFICOS SUPERFICIE DE LA CUENCA Debido a que la cuenca, es la zona de captación de las aguas pluviales que integran el escurrimiento de la corriente, su tamaño tiene una influencia, que se manifiesta de diversos modos en la magnitud de los caudales que se presentan. Se ha observado que la relación entre el tamaño del área y el caudal de descarga no es lineal. A igualdad de los demás factores, para cuencas mayores, se observa una disminución relativa en el caudal máximo de descarga, debido a que son mayores, el efecto de almacenaje, la distancia recorrida por las aguas, y por lo tanto, el tiempo de regulación en los cauces naturales. Otro factor importante, que afecta la relación entre el caudal y la superficie de la cuenca, es que la máxima intensidad de lluvia, que puede ocurrir con cualquier frecuencia, decrece conforme aumenta la superficie que cubre la tormenta, por lo que para cuencas mayores, se tendrán intensidades de precipitación (referidas a la superficie de la cuenca), y caudales específicos de descarga menores. FORMA DE LA CUENCA Para tomar en cuenta, cuantitativamente la influencia que la forma de la cuenca, tiene en el valor del escurrimiento, se han propuesto índices numéricos, como es el caso del factor de forma y el coeficiente de compacidad. El factor de forma, expresa la relación entre el ancho promedio y la longitud de la cuenca, medida esta última desde el punto mas alejado hasta la descarga. El ancho promedio se obtiene, a su vez, dividiendo la superficie de la cuenca entre su longitud. Para cuencas muy anchas o con salidas hacia los lados, el factor de forma puede resultar mayor que la unidad. Los factores de forma inferiores a la unidad, corresponden a cuencas mas bien extensas, en el sentido de la corriente.
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ELEVACIÓN DE LA CUENCA La elevación media de la cuenca, así como la diferencia entre sus elevaciones extremas, influye en las características meteorológicas, que determinan principalmente las formas de la precipitación, cuyo efecto en la distribución se han mencionado anteriormente. Por lo general, existe una buena correlación, entre la precipitación y la elevación de la cuenca, es de cir, a mayor elevación la precipitación es también mayor. PENDIENTE La pendiente media de la cuenca, es uno de los factores que mayor influencia tiene en la duración del escurrimiento, sobre el suelo y los cauces naturales, afectando de manera notable, la magnitud de las descargas; influye así mismo, en la infiltración, la humedad del suelo y la probable aparición de aguas subterránea al escurrimiento superficial, aunque es difícil la estimación cuantitativa, del efecto que tiene la pendiente sobre el escurrimiento para estos casos. TIPO Y USO DEL SUELO El tamaño de los granos del suelo, su ordenamiento y comparación, su contenido de materia orgánica, etc, son factores íntimamente ligados a la capacidad de infiltración y de retención de humedad, por lo que el tipo de suelo, predominante en la cuenca, así como su uso, influye de manera notable en la magnitud y distribución de los escurrimientos. ESTADO DE HUMEDAD ANTECEDENTE DEL SUELO La cantidad de agua existente en las capas superiores del suelo, afecta el valor del coeficiente de infiltración. Si la humedad del suelo, es alta en el momento de ocurrir una tormenta, la cuenca generará caudales mayores debido a la disminución de la capacidad de infiltración.
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OTROS FACTORES Existen algunos factores de tipo fisiográfico, que influyen en las características del escurrimiento, como son por ejemplo, la localización y orientación de la cuenca, la eficiencia de la red de drenaje natural, la extensión de la red hidrográfica y otros de menor importancia.
4. MEDIDA DEL ESCURRIMIENTO Las técnicas y valoración de la medida del agua se agrupan bajo el nombre de Hidrometría. Los lugares en los que se realizan las medidas del escurrimiento se denominan estaciones fluviométricas, hidrométricas o de aforos (Figura V.6). Con respecto a la medida del escurrimiento, existen algunos términos que se emplean frecuentemente:
Coeficiente de escurrimiento. Es la relación entre la cantidad de agua escurrida y la cantidad de agua precipitada. Se expresa en porcentaje.
Nivel de agua. Es la altura del agua de los ríos en la sección en que se mide. Se expresa en unidades lineales.
Velocidad. Es la relación del espacio recorrido por el agua de las corrientes en un tiempo determinado. Se puede hablar de velocidad media, superficial o a diferentes profundidades. Se expresa en m/seg.
Gasto o caudal. Es el volumen de agua que pasa por determinada sección del río en un intervalo de tiempo. Resulta de multiplicar la velocidad del agua por el área de la sección donde se midió dicha velocidad. Se refiere a gasto o caudal instantáneo, máximo, mínimo y medio. Se expresa en m3/seg.
Avenida. Es el aumento del caudal del río debido a la intensidad o frecuencia de las precipitaciones. Puede durar horas o días. No necesariamente causa inundaciones.
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Aportación. Es el volumen total escurrido en un período determinado: un día, un mes, un año. Se habla de aportación media anual o escurrimiento medio anual cuando se promedia la aportación de varios años. Se expresa en m3/seg.
Altura media del escurrimiento. Resulta de dividir el volumen medio total escurrido entre la superficie de la cuenca. Se expresa en milímetros.
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5. MÉTODOS PARA DETERMINAR EL AREA HIDRAULICA DE LAS OBRAS DE CAUSE (ALCANTARILLAS) 5.1. Hietograma de Diseño. En ocasiones no es suficiente el dato de que (por ejemplo) la precipitación máxima para las 5 horas más lluviosas es de 100 mm. Es posible que necesitemos conocer la evolución de esos 100 mm. a lo largo de esas 5 horas. Los métodos hidrológicos más modernos requieren no sólo del valor de lluvia o intensidad de diseño, sino de una distribución temporal (tor menta), es decir el método estudia la distribución en el tiempo, de las tormentas observadas. Una de las maneras de obtenerlo es a partir de las curvas IDF, dentro de ellas el Método del Bloque Alterno, es una manera sencilla. (alternating block method, Chow et al).
5.1.1. Método del Bloque Alterno. El método del bloque alterno es una forma simple para desarrollar un hietograma de diseño utilizando una curva-duración-frecuencia. El hietograma de diseño producido por este método especifica la profundidad de precipitación en n intervalos de tiempo sucesivos de duración ∆t, sobre una duración total de Td=n.∆t.
Después de seleccionar el periodo de retorno de diseño, la intensidad es leída en una curva IDF para cada una de las duraciones ∆t, 2∆t, 3∆t, 4∆t,
y la profundidad de precipitación correspondiente se encuentra
al multiplicar la intensidad y la duración. Tomando diferencias entre valores sucesivos de profundidad de precipitación, se encuentra la cantidad de precipitación que debe añadirse por cada unidad adicional de tiempo ∆t.
Estos incrementos o bloques se reordenan en una secuencia temporal de modo que la intensidad máxima ocurra en el centro de la duración requerida Td y que los demás bloques queden en orden descendente alternativamente hacia la derecha y hacia la izquierda del bloque central para formar el hietograma de diseño 11
5.2. Precipitación total y efectiva. El exceso de precipitación o precipitación efectiva (Pe), es la precipitación que no se retiene en la superficie terrestre y tampoco se infiltra en el suelo. Después de fluir a través de la superficie de la cuenca, el exceso de precipitación se convierte en escorrentía directa a la salida de la cuenca bajo la suposición de flujo superficial hortoniano. Las gráficas de exceso de precipitación vs. el tiempo o hietograma de exceso de precipitación es un componente clave para el estudio de las relaciones lluvia-escorrentía. La diferencia entre el hietograma de lluvia total y el hietograma de exceso de precipitación se conoce como abstracciones o pérdidas. Las pérdidas son primordialmente
agua
absorbida
por
filtración
con
algo
de
intercepción y almacenamiento superficial. El hietograma de exceso de precipitación puede calcularse a partir del hietograma de precipitación en una o dos formas, dependiendo de si existe o no información de caudales disponibles para la tormenta.
5.2.1. Método SCS para abstracciones. El Soil Conservation Service (1972) desarrolló un método para calcular las abstracciones de la precipitación de una tormenta. Para la tormenta como un todo, la profundidad de exceso de precipitación o escorrentía directa Pe es siempre menor o igual a la profundidad de precipitación P; de manera similar, después de que la escorrentía se inicia, la profundidad adicional del agua retenida en la cuenca Fa es menor o igual a alguna retención potencial máxima S. Existe una cierta cantidad
de
precipitación
Ia
(abstracción
inicial
antes
del
encharcamiento) para lo cual no ocurrirá escorrentía, luego la escorrentía potencial es P-Ia.
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5.3. Estimación de caudales. Cuando existen datos de aforo en cantidad suficiente, se realiza un análisis estadístico de los caudales máximos instantáneos anuales para la estación más cercana al punto de interés. Se calculan los caudales para los períodos de retorno de interés (2, 5, 10, 20, 50, 100 y 500 años son valores estándar) usando la distribución log normal, log pearson III y Valor Extremo Tipo I (Gumbel), etc., según el ítem 3.7 Cuando no existen datos de aforo, se utilizan los datos de precipitación como datos de entrada a una cuenca y que producen un caudal Q. cuando ocurre la lluvia, la cuenca se humedece de manera progresiva, infiltrándose una parte en el subsuelo y luego de un tiempo, el flujo se convierte en flujo superficial.
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5.3.1. Método IILA
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5.3.2. Método Racional.
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5.3.3. Método Racional Modificado.
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6. DRENAJE SUPERFICIAL DE CARRETERAS Y FERROCARRILES En una carretera, el sistema de drenaje es el conjunto de obras que permiten un manejo adecuado de los fluidos, para la cual es indispensable considerar los procesos de captación, conducción, y evacuación de los mismos. El exceso de agua u otros fluidos en los suelos o en la estructura de una carretera, afecta sus propiedades geo mecánicas, los mecanismos de transferencia de carga, presiones de poros, subpresiones de flujos, presiones hidrostáticas, e incrementa la susceptibilidad a los cambios volumétricos. Por tal motivo, y aun cuando el agua es un elemento fundamental para la vida, es una de las causas más relevantes del deterioro prematuro de la infraestructura vial.
6.1. Objetivos de los drenajes en carreteras El objetivo de este tipo de obras es el de conducir las aguas de escorrentía o de flujo superficial, rápida y controladamente hasta su d isposición final. De esta manera, se convierten en un soporte importante para el control de la erosión en taludes y la protección de la estructura del pavimento, permitiendo la rápida evacuación del agua, que además de afectar la estructura, afecta la seguridad de los usuarios.
6.2. Importancia del drenaje.
El agua no drenada altera las propiedades de los materiales en las calles y facilita su rápida
deformación y destrucción.
Hace perder resistencia a las bases y suelo.
Se garantiza más durabilidad de la carretera en construcción.
6.3. Criterios de diseño. A la hora de proyectar el drenaje de una carretera deben tenerse presentes una serie de factores que influyen directamente en el tipo de sistema más adecuado, así como en su posterior funcionalidad. Los más destacables son:
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Factores topográficos: Dentro de este grupo se engloban circunstancias de tipo físico, tales como la ubicación de la carretera respecto del terreno natural contiguo- en desmonte, terraplén o a media ladera, la tipología del relieve existentellano, ondulado, accidentado- o a la disposición de sus pendientes en referencia a la vía.
Factores hidrológicos: Hacen referencia al área de la cuenca de recepción y aporte de aguas superficiales que afectan directamente a la carretera, así como la presencia, nivel y caudal de las aguas subterráneas que puedan infiltrarse en las capas inferiores del firme.
Factores geotécnicos: La naturaleza y características de los suelos existentes en la zona condicionada la facilidad con la que el agua puede llegar a la via desde su punto de origen, así como la posibilidad de que ocasione corrimientos o una erosión excesiva del terreno. Las propiedades a considerar son aquellas que afectan a su permeabilidad, homogeneidad, estratificación o compacidad, influyendo también la existencia de vegetación.
6.4. Drenaje superficial. Conjunto de obras destinadas a la recogida de las aguas pluviales o de deshielo, su canalización y evacuación a los cauces naturales, sistemas de alcantarillado o a la capa freática del terreno. Son obras que actúan directamente sobre la carretera y las obras para el control de erosión de taludes que resultan ser muy importantes en la estabilidad de la vía.
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Tipos de drenajes superficiales Cunetas Contra cunetas Bombeo Zampeados Drenaje transversal Las obras de drenaje superficial que trabajan directamente sobre la car retera se consideran como longitudinales o transversales, según la posición que estas guarden con respecto al eje de la vía.
6.5. Drenaje longitudinal: Permite el paso del agua a través de los cauces naturales bloqueados por la infraestructura viaria, de forma que no se produzcan destrozos en esta última. Tiene por objeto captar los flujos de agua para evitar que lleguen a la vía o permanezcan en ella causando desperfectos. A este grupo pertenecen las cunetas, bordillos, sumideros, arquetas y bajantes.
Elementos de canalización.- Recogen las aguas pluviales.
Elementos de desagüe.- Alivian el caudal de los anteriores, facilitando la salida de las aguas
Elemento de evacuación.- Conducen las aguas hasta su evacuación en un cauce natural.
6.6. Cunetas. Las cunetas son zanjas que se hacen en uno o ambos lados del camino, con el propósito de conducir las aguas provenientes de la corona y lugares adyacentes hacia un lugar determinado, donde no provoque daños.
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6.7. Contra cunetas La función de las contra cunetas es prevenir que llegue al camino un exceso de agua o humedad, aunque la practica ha demostrado que en muchos casos no es conveniente usarlas, debido a que como se construyen en la parte aguas arriba de los taludes, provocan reblandecimientos y derrumbes.
6.8. Bombeo. Es la inclinación que se da ha ambos lados del camino, para drenar la superficie del mismo, evitando que el agua se encharque provocando reblandecimientos o que corra por el centro del camino causando daños debido a la erosión.
6.9. Zampeados Es una protección a la superficie de rodamiento o cunetas, contra la erosión donde se presentan fuertes pendientes. Se realza con piedra, concreto ciclópeo o concreto simple.
6.10.
Drenaje transversal.
Su finalidad es permitir el paso transversal del agua sobre un camino, sin obstaculizar el paso. En el drenaje transversal encontramos - Puentes Puentes – vado - Bóvedas. – Alcantarillas
6.10.1.
Puentes
Los puentes son estructuras de mas de seis metros de claro, se distingue de las alcantarillas por el colchón que estas levan en la parte superior.
6.10.2.
Puente vado
El puente – vado, es una estructura en forma de puente y con características de vado, que permite el paso del agua a través de claros inferiores en niveles ordinarios, y por la parte superior cuando se presentan avenidas con aguas máximas extraordinarias.
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6.10.3.
Bóvedas
Las bóvedas de medio punto construidas con mampostería son adecuadas cuando requerimos salvar un claro con una altura grande de la rasante al piso del rio.
6.10.4.
Alcantarillas.
Las alcantarillas son estructuras transversales al camino que permiten el cruce del agua y están protegidas por una capa de material en la parte superior, pueden ser de forma rectangular, cuadrada, de arco o tubular, se construyen de concreto, lamina, piedra o madera.
6.10.5.
Boxculvert
Es una alcantarilla en forma de caja o cajón, asi se conoce como alcantarillas de cajón.
6.11.
Drenaje Subterráneo.
El drenaje subterráneo es un gran auxiliar para eliminar humedad que inevitablemente ha llegado al camino y así evitar que provoque asentamientos o deslizamientos de material.
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7. CONCLUSIONES
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 de drenaje, es la intensidad ya que el caudal depende fundamentalmente de la misma.
La topografía es importante para este tipo de obras, ya que sin ella sería prácticamente imposible, obtener los datos reales de campo.
Se concluye después de el trabajo realizado la importancia de los sistemas de drenaje que pueden ser utilizados en las diversas obras de carreteras, caminos, alcantarillas, calles, hasta en nuestras propias viviendas.
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8. RECOMENDACIONES.
Se recomienda que el proyectista debe efectuar de manera minuciosa el reconocimiento del terreno para poder tener así mayor criterio al momento de ubicar las obras de drenaje.
Se debe tener en cuenta en el cambio de sección de las cunetas, en lo posible no cambiar el talud de las mismas, para un mejor y más rápido proceso constructivo.
Se debe preferiblemente aumentar solo el ancho de las cunetas, no la profundidad para un más eficiente proceso constructivo.
Ubicar las contracunetas con un buen criterio y Análisis de la situación para evitar gastos vanos.
Debemos tener mucho cuidado al momento de arrastrar caudales, para así no obviarlos y evitar así que después rebalse el nivel del agua en las cunetas mal diseñadas.
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9. LINCOGRAFIA https://es.scribd.com/document/100443215/ESCURRIMIENTO
http://transparencia.mtc.gob.pe/idm_docs/normas_legales/1_0_2950.pdf
https://es.scribd.com/doc/105255557/DRENAJE-SUPERFICIAL-
SOBRE-CARRETERAS-ALCANTARILLAS http://www.cosanher.com/single-post/2015/05/27/DRENAJE-EN-
CARRETERAS https://es.slideshare.net/manuelgerman35/obras-de-drenaje-para-
carreteras-15330964 www.unicon.com
lrincondelvago.com
www.emagister.com
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1. INTRODUCCIÓN El sistema de drenaje de las pistas de un aeropuerto es una de las características más importantes para la seguridad de las operaciones aéreas en condiciones de lluvia. Siendo el agua el principal enemigo de las estructuras de los pavimentos, el cálculo y diseño del drenaje de las áreas operacionales, debe cumplirse con la normatividad en vigor y tomara en cuentas las características topográficas, de mecánica de suelos, hidrológicas y meteorológicas del lugar, para garantizar un funcionamiento eficaz del mismo. En cada área operacional, se debe establecer el sistema de drenaje o subdrenaje que requiere, considerándose el material más adecuado para su construcción con el objetivo de impedir el crecimiento de hierbas, etc. El sistema de drenaje de las pistas de un aeropuerto es una de las características más importantes para la seguridad de las operaciones aéreas en condiciones de lluvia. Es de vital importancia conocer sobre las obras de drenaje que se ubicaran a lo largo de la carretera de las pistas de aterrizaje, ya que cumplen una función muy importante, que es la de conservar seco el pavimento, y ayudar así a su mejor funcionamiento, evitando erosiones, que a su 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.
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2. OBJETIVOS. 2.1.
OBJETIVO GENERAL
2.2.
Estudio general de los sistemas de drenaje de los aeropuertos
OBJETIVO ESPECIFICOS.
Diseño hidráulico de cunetas y canales de drenaje de aeropuertos.
Conocer la localización y tipo de sumideros.
Diseño y espaciamiento de rejillas.
Adquirir conocimientos
sobre el diseño de las cunetas,
alcantarillas, contra cunetas
3. SISTEMA DE DRENAJE EN LOS AEROPUERTOS Una de las características más importantes para la seguridad en las pistas de los aeropuertos son el sistema de drenaje que estos disponen, dado que al encontrarse las pistas situadas en un amplio terreno llano, deben de encontrarse convenientemente drenadas y con una adecuada canalización de desagüe para impedir el encharcamiento en las mismas, sobre todo durante las operaciones aéreas en condiciones de lluvia. Por lo que la inmensa mayoría de los aeropuertos modernos disponen de sofisticadas redes de drenaje que permiten una rápida y eficiente evacuación de aguas de diverso origen, dado que el agua incontrolada puede ser perjudicial para el correcto funcionamiento del aeropuerto. Y no todos los aeropuertos precisan de los mismos sistemas de drenaje, ya que factores como su tamaño, tráfico o incluso su emplazamiento, son determinantes a la hora de confeccionar una red de drenaje adecuada. Dado que un emplazamiento inadecuado puede producir interferencias con e l ciclo hidráulico, recarga de mantos acuíferos de la zona o incluso la contaminación de las fuentes hidrológicas. Por ello, una de las necesidades previas a la hora de abordar la construcción de una red de drenaje en un aeropuerto es el estudio previo del lugar 27
escogido para la implantación del aeropuerto, por lo que se realiza de un estudio topográfico así como el exhaustivo análisis del entorno, para tener en cuenta todos los accidentes geográficos que puedan afectar a la circulación de las aguas, ya sean naturales o fruto de la acción del hombre. Siendo necesario considerar tanto el agua de origen subterráneo como la procedente de la lluvia en la zona, dado que son una amenaza co nstante para el correcto funcionamiento de las pistas y vías de servicio. Ya que la formación de charcos puede convertir en inviable o sumamente peligrosa la circulación de las aeronaves otros vehículos por las mismas. Por tanto, este tipo de instalación es muy compleja a la hora de diseñar y de escoger los materiales adecuados a emplear en la ejecución de la misma, siendo un reto posterior para los servicios de mantenimiento de las instalaciones aeronáuticas, que deben de prever su corre cto funcionamiento, mantenimiento y limpieza. El sistema de drenaje del aeropuerto debe estar diseñado para evitar inundaciones a nivel local, y para asegurar el reabastecimiento del agua subterránea. Además cada vez más, se están realizando un uso eficientemente del agua e incluyendo el reciclaje de agua usada en diferentes zonas, para la realización de simulacros de capacitación de incendios y otras actividades, realizando una mejor gestión de la misma, una mejora de la calidad y una mayor gestión medio ambiental. Por ello, las redes de drenaje y de evacuación de aguas de los aeropuertos ocupan un lugar sumamente importante en el devenir diario de estas transitadas instalaciones, y empleándose en su construcción sistemas revolucionarios de drenaje de alta capacidad que permiten no sólo la captación y canalización del agua como hasta ahora, sino que incluso permiten su acumulación dentro del volumen del canal, llegando a tener una gran capacidad de retención (hasta 550l/s), lo que regula el volumen de agua que entra en el alcantarillado y permite el control efectivo de los caudales
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punta durante una tormenta. Pudiendo tener forma ovoide, lo que facilita el autolimpiado del canal, cumpliendo en su totalidad con la norma EN 1433. Los sistemas de drenaje en los aeropuertos son inspeccionados con gran frecuencia, ya que deben encontrarse libres de aguas residuales e impedir la formación de sedimentos, aunque en ciertas ocasiones como en épocas de grandes lluvias, estos son inspeccionados inmediatamente después de niveles de pluviosidad superiores a la media del último año. Siendo necesa rio la realización siempre un mantenimiento preventivo y mantenerlo en óptimas condiciones de funcionamiento de acuerdo con lo establecido en los propios Manuales de Servicios del Aeropuerto en cuestión.
4. CARACTERÍSTICAS DE DRENAJES EN AEROPUERTOS Un aeropuerto debe tener áreas operacionales lisas, con estabilidad suficiente para permitir el movimiento seguro de los aviones bajo cualquier tipo de condiciones atmosféricas. Un sistema de drenaje adecuado es importante porque afecta la estabilidad y utilidad de áreas extensas. No se puede esperar que un sistema de drenaje funcione apropiadamente a menos que el área del aeropuerto se haya diseñado correctamente para desviar el escurrimiento superficial. En ausencia de estabilización adecuada o pavimento en la superficie, el sistema de drenaje no as egura un aeropuerto apto para todo tipo de tiempo climático. 29
Los sistemas de drenaje son muy importante en el presupuesto de construcción de un aeropuerto, y uno de los de máxima atención para el ingeniero, por ser obras de gastos elevados y cuyos efectos no pueden observarse en la mayoría de los casos más que por los técnicos. Comparando con construcciones de otros tipos, puede decirse que un aeropuerto sin sistema de drenaje es tan inhabitable como una población sin red de saneamiento. Cuando el suelo es muy poroso, la evacuación de las aguas puede hacerse por filtración natural en el terreno, y entonces los gastos son reducidos, pero en los casos de terrenos compactos y en los que el nivel de aguas freáticas esta cerca de la superficie, los gastos en el sistema de drenaje llegan a cifras considerable. Por esta razón, es necesario efectuar estudios muy detallados sobre intensidades de lluvia, corrientes de agua, permeabilidad del suelo, variación del nivel de aguas subterráneas.
Las aguas a eliminar en un aeropuerto pueden provenir de:
Las lluvias en la superficie del mismo.
Del agua que asciende del subsuelo por efectos capilares o por aumento de nivel de la capa errática de aguas.
De las corrientes de agua que pueden irrumpir en el aeropuerto originadas por lluvias en las zonas que rodean el mismo.
Por lo tanto, puede dividirse la red de drenaje con arreglo a sus fines en:
Sistema de drenaje superficial
Sistema de drenaje subterráneo 30
Sistema de drenaje circundante o de circunvalación
5. CLASIFICACIÓN Su clasificación suele ser muy compleja, aunque un tipo de clasificación puede basarse ateniendo al origen de procedencia del agua a evacuación. En este sentido se habla de:
Sistema de drenaje subterráneo, cuando el agua procede del subsuelo. Se realiza un sistema de drenaje bajo las losas existentes a fin de evitar el efecto perjudicial de aguas infiltradas y/o provenientes del nivel freático. Este sistema de drenaje constará de una red de tubos drenantes y un colector paralelo que recibirá los caudales recogidos.
Sistema de drenaje superficial, cuando el agua procede de la lluvia. Se realiza un sistema de drenaje sobre la propia losa existente y corresponde a la totalidad de agua procedente de la lluvia, que deberá de ser dirigida hacia los correspondientes colectores que recibirá los caudales previstos.
Sistema de drenaje de circunvalación, cuando el agua procede de los terrenos adyacentes al aeropuerto. Correspondiente a las aguas que pueden proceder tanto de escorrentía como de la lluvia en parcelas adyacentes al aeropuerto y que también deben ser conducidas a su correspondiente sistema de recogida formado por colectores que recibirá los caudales importantes, dependiendo de la orografía del terreno. Igualmente, el drenaje se puede dividir en drenaje total o drenaje por zonas, en función del área del aeropuerto que se abarque. Por regla general, las grandes instalaciones aeroportuarias disponen de drenajes por zonas, concediéndose prioridad a las pistas, a las vías de servicio y a las zonas habilitadas para la realización del mantenimiento y lavado de la aeronave, dado que todas ellos precisas de una correcta realización de recogida de agua. Además las zonas de mantenimiento y lavado necesitan de un sistema de tratamiento del agua, dado que durante las operaciones repostaje o de 31
mantenimiento son empleados sustancias como combustible de aviación, líquidos de limpieza, y des congelantes que deben ser controlados cuidadosamente y son tratados mediante el empleo de separadores de hidrocarburos, evitados sus derrames. Pudiendo existir un control menos riguroso en ciertas zonas que no son declaradas inundables. Mientras que en los pequeños aeropuertos suelen contar con un sistema de drenaje que se conoce con el nombre de «dren francés», y que consiste en una serie de drenes o desagües centrales en los que otros desagües secundarios descargan el agua recogida sobre los primeros.
Aplicaciones de hincado de tuberías y perforaciones horizontales Las aplicaciones para el hincado de tuberías y perforaciones horizontales son múltiples, la mayor ventaja es la de poder pasar tuberías de un lado al otro de edificaciones, visa de transporte e inclusive lagos, sin requerir de perforaciones en la superficie.
32
6. NORMAS DE DISEÑO. a)
Número de clave de aviones La clave de referencia de aeródromo tiene como propósito proporcionar un método sencillo, para relacionar entre sí las especificaciones concernientes a las características de los aeródromos, a fin de suministrar las instalaciones aeroportuarias que convengan a los aviones destinados a operar en el aeródromo y consiste de un número y una letra. El número está relacionado con la longitud de campo de referencia del avión, y la letra con la anchura exterior entre las ruedas del tren de aterrizaje principal y/o la envergadura del avión. La letra o número de la clave re lacionado con un elemento para fines del proyecto del aeródromo, está relacionado con las características del avión crítico para el que se diseñe la instalación.
b)
Anchura de pistas. En la Tabla 5-1 figuran las anchuras mínimas de pista consideradas necesarias para garantizar la seguridad operacional.
c)
Pendientes longitudinales
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La pendiente obtenida al dividir la diferencia entre la elevación máxima y la mínima a lo largo del eje de la pista, por la longitud de ésta: Esta no debería exceder del:
1%, cuando el número de clave sea 3 ó 4;
2%, cuando el número de clave sea 1 ó 2.
En ninguna parte de la pista la pendiente longitudinal debería exceder del:
1,25%, cuando el número de clave sea 4, excepto en el primero y el último cuartos de la longitud de la pista, en los cuales la pendiente longitudinal no debería exceder del 0,8%;
1,5%, cuando el número de clave sea 3, excepto en el primero y el último cuartos de la longitud de una pista para aproximaciones de precisión de Categoría II o III, en los cuales la pendiente no debería exceder del 0,8%; y
d)
2%, cuando el número de clave sea 1 ó 2.
Pendientes transversales Para facilitar la rápida evacuación del agua, la superficie de la pista, en la medida de lo posible, debería ser convexa, excepto en los casos en que exista una pendiente transversal única que descienda en la dirección del viento que acompaña a la lluvia con mayor frecuencia, que asegure el rápido drenaje de aquélla. La pendiente transversal ideal debería ser de:
1,5%, cuando la letra de clave sea C, D, E o F;
2%, cuando la letra de clave sea A o B; pero, en todo caso, no
debería exceder del 1,5 ó 2%, según corresponda, ni ser inferior al 1%, salvo en las intersecciones de pistas o de calles de rodaje en que se requieran pendientes más aplanadas. En el caso de superficies convexas, las pendientes transversales a ambos lados del eje de la pista deberían ser simétricas. En pistas mojadas con 34
viento transversal, es probable que se acentúe el problema de hidroplaneo debido al drenaje defectuoso. La pendiente transversal debería ser básicamente la misma a lo largo de toda la pista, salvo en una intersección con otra pista o calle de rodaje, donde debería proporcionarse una transición suave teniendo en cuenta la necesidad de que el drenaje sea adecuado.
e)
Superficie La superficie de la pista debería construirse sin irregularidades que den como resultado la pérdida de la eficacia del frenado, o afectar adversamente de cualquier otra forma el despegue y el aterrizaje de un avión. Las irregularidades de superficie pueden afectar adversamente el despegue o el aterrizaje de un avión por causar rebotes, cabeceo o vibración excesivos, u otras dificultades en el manejo del avión. Debería tenerse también cuidado al instalar luces empotradas de pista o rejillas de drenaje en la superficie de la pista, a fin de mantener la lisura satisfactoria.
f)
Pendientes a superficie de los márgenes adyacentes a la pista debería estar al mismo nivel que la de ésta, y su pendiente transversal descendente no debería exceder del 2,5%.
g)
Franjas de pista Propósito de la franja de pista 35
La franja de pista se extiende lateralmente hasta una distancia específica desde el eje de la pista, longitudinalmente hasta antes del umbral, y más allá del extremo de la pista. Provee un área libre de objetos que pudieran poner en peligro a las aeronaves. La franja incluye una porción nivelada que debe prepararse de forma tal que no cause el desplome del tren de proa al salirse la aeronave de la pista. Existen ciertas limitaciones respecto de las pendientes permisib les en la zona nivelada de la franja. La franja de pista también es necesaria para proteger las áreas sensibles y críticas del ILS/MLS. La franja tiene una zona despejada de obstáculos. Todo equipo o instalación requeridos para propósitos de navegación aérea ubicados en esta zona despejada de obstáculos, debe ser fr angible y estar montado lo más bajo posible. La franja abarca la pista y cualquier zona asociada de parada.
Longitud Toda franja debería extenderse, antes del umbral y más allá del extremo de la pista o de la zona de parada, hasta una distancia de por lo menos:
60 m cuando el número de clave sea 2, 3 ó 4;
60 m cuando el número de clave sea 1 y la pista sea de vuelo por instrumentos;
30 m cuando el número de la clave sea 1 y la pista sea de vuelo visual.
Anchura Siempre que sea posible, toda franja que comprenda una pista par aproximaciones de precisión se extenderá lateralmente en una distancia de por lo menos:
150 m cuando el número de clave sea 3 ó 4;
36
75 m cuando el número de clave sea 1 ó 2; a cada lado del eje de la pista y de su prolongación a lo largo de la franja.
Toda franja que comprenda una pista para aproximaciones que no sean de precisión debería extenderse lateralmente en una distancia de por lo menos:
150 m cuando el número de clave sea 3 ó 4;
75 m cuando el número de clave sea 1 ó 2; a cada lado del eje de la pista y de su prolongación a lo largo de la franja.
Toda franja que comprenda una pista de vuelo visual debería extenderse a cada lado del eje de la pista y de su prolongación a lo largo de la franja, en una distancia de por lo menos:
75 m cuando el número de clave sea 3 ó 4;
40 m cuando el número de clave sea 2; y
30 m cuando el número de clave sea 1.
37
h)
Calles de rodaje. El diseño del sistema de calles de rodaje debería ser tal que redujera al mínimo las restricciones a los movimientos de aeronaves entre las pistas y las plataformas. En un sistema con el diseño adecuado debería mantenerse un flujo uniforme y continuo del tráfico de aeronaves en tierra a la velocidad máxima factible con un mínimo de aceleración o desaceleración. Este requisito garantiza que el sistema de calles de rodaje funcionará con los más elevados grados tanto de seguridad como de eficacia.
38
7. DISEÑO HIDRAULICO. 7.1.
Drenaje de pistas El límite de la franja de seguridad depende de la categoría del aeropuerto y varía de 75m a 150 m a cada lado de la pista y a partir de ahí se puede colocar drenaje superficial, sin embargo en algunos casos se hace necesario diseñar subdrenaje al borde del margen de la pista, el cual es un drenaje ciego y su diseño debe resistir el eso equivalente al tren de aterrizaje del avión. En su construcción se establecen puntos de control topográfico para verificar sus pendientes y poder evaluar sus comportamiento, en algunos casos y debido a la pendiente del terreno, se tiene que diseñar disipadores de energía en la posición final del desalojo de agua y en otros cárcamos de bombeo para desalojar rápidamente el agua, ya sea a una corriente superficial o un tanque regulador para posteriormente pasarlo a una corriente superficial.
39
Proceso de diseño de canales de la pista de aterrizaje i)
Según la clave del avión se determina el ancho y largo del aeropuerto.
j)
Se determina las pendientes longitudinales y transversales según la clave.
k)
Se verifica el coeficiente de Maning.
l)
Se determina el área y el caudal de aporte.
m)
Teniendo como datos el caudal, la pendiente longitudinal de la pista, el coeficiente de Maning. Se determina la sección del canal de drenaje aplicando la fórmula de Maning.
n)
La sección dependerá del tipo de suelo del área colindante del aeropuerto. Pudiendo ser cuadrada o trapezoidal.
o)
De la formula despejamos el área, y esa será la sección del canal.
40
Excavación de zanja para canal de drenaje
7.2.
Drenaje de calle de rodaje El problema que más se presenta es el desalojo de agua de áreas cercanas por la pista, calle de rodaje y plataformas o entre calles de rodaje, en las que hay que evitar su acumulación y que su desalojo sea eficiente, por lo general este drenaje es subterráneo. En su construcción debe cumplirse con las pendientes longitudinales y transversales para evitar el encharcamiento y que el agua desfogue rápidamente hacia estas áreas cercadas y de ahí al drenaje subterráneo.
7.3.
Drenaje de las plataformas En las plataformas se presenta una combinación de drenaje superficial y subterráneo, ya que en estas ya que en estas hay un camino paralelo frontal para el movimiento de vehículos a servicios a plataformas y su 41
diseño debe de ser para desalojar rápidamente el agua de dicha área operacional. 7.4.
Diseño de drenaje de calles de rodaje y plataformas Para el diseño se tiene el mismo concepto que para canales se determina el área de influencia, pendientes, coeficiente de Manning para el asfalto o concreto, con estos datos se diseña pequeños canales que se ubicaran en las plataformas con rejillas, estos pequeños canales funcionan como sumideros. En la actualidad se usa mucho el drenaje pre fabricado en calles de rodaje y plataformas.
7.5.
Drenaje prefabricado para plataformas y calles de rodaje1946 El grupo ACO es el líder mundial y pionero en sistemas modulares de trincheras. Los sistemas de drenaje ACO son usados en una extensa variedad de aplicaciones desde ambientes domésticos hasta aeropuertos.
42
43
8. DRENAJE DE UNA CARRETERA. 8.1.
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 su infraestructura, como en sus condiciones de transitabilidad. Las dimensiones de la sobras de drenaje serán determinadas en base a cálculos hidráulicos, tomando como base la información pluviométrica disponible.
8.2.
Drenaje del agua que escurre el pavimento. La eliminación del agua que escurre sobre la superficie del pavimento, se efectúa por medio del bombeo en las secciones en tangente y mediante peralte en las curvas, de modo que el escurrimiento sea hacia las cunetas. Los paseos de una carretera pavimentada se someterán a un tratamiento de impermeabilización. De este modo se lograra fijar los agregados y se evita que estos sean arrastrados a las cunetas por el agua que fluye desde el pavimento.
8.3.
Desagüe sobre los tadules de rellenos. En los rellenos. Las aguas que escurre sobre el pavimento deberán
ser encauzadas hacia ambos lados del mismo. Deberá
hacerse de tal forma que el desagüe se efectué en sitios preparados especialmente para ello. De este modo se evitara la erosión de los taludes.
9. OBRAS DE DRENAJE EN CARRETERAS
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Las estructuras de drenaje tiene como objetivo controlar el agua que llaga ala vía y la afectan por escurrimiento superficial, independientemente que las aguas hayan caído sobre o fuera de la vía.
Las siguientes son las obras más comunes 9.1. El Bombeo Bombeo es la pendiente transversal que se da en las carreteras y pistas para permitir 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 hombro correspondiente en carreteras. Para Pavimentos rígidos el bombeo debe ser de 1.5%, al igual que en las aeropistas. Los Bordillos Los bordillos son estructuras que se colocan en el borde exterior del acotamiento en las secciones en tangente, en el borde opuesto al corte en las secciones en balcón o en la parte interior de las secciones de terraplén en curva. Son pequeños bordos que forman una barrera para conducir el agua hacía los lavaderos o bajantes, evitando erosiones en los taludes y saturación de éstos por el agua que cae sobre la corona de la vía.
9.2. Los Lavaderos Los lavaderos son canales que se conectan con los bordillos y bajan transversalmente por los taludes para conducir el agua lluvia que escurre
a lugares alejados de los terraplenes, en donde ya es
inofensiva.
9.3. Las Cunetas 45
Las cunetas son canales que se adosan a lo largo de la corona de la vía y paralelamente al eje longitudinal de la misma. Su objetivo es recibir el agua superficial del talud y de la superficie de rodamiento.
9.4. La Vegetación La más efectiva protección de los taludes para evitar la acción erosiva del agua superficial es la plantación de especies vegetales
9.5. Zanjas De Coronación Son zanjas excavadas en el terreno natural, que se localizan en la parte superior de los taludes de los cortes, con la finalidad de interceptar el agua superficie que escurre ladera abajo desde mayor es alturas.
9.6. Las Alcantarillas Esta estructura es la responsable del drenaje transversal, es decir del paso del agua a través de la obra, en una dirección más o menos perpendicular a ella.
10. OBRAS DE DRENAJE EN GENERAL El objetivo de las obras de drenaje es el de conducir las agua s de escorrentía, o de flujo superficial, rápida y controladamente hasta su disposición final.
En su diseño existen tres componentes básicas: 10.1. Canales interceptores. Los canales interceptores reciben agua por una sola de sus orillas o márgenes. El caso más común es el de una ladera que vierte sus aguas de escorrentía sobre un área plana adyacente: el canal interceptor, trazado a lo largo de la divisoria entre la vertiente inclinada y la zona plana, recibe las aguas de escorrentía y conserva el área plana libre de estos caudales. Para el diseño del canal 46
interceptor
el caudal se incrementa a lo largo del recorrido, de
manera que las dimensiones del canal aumentan en la direcc ión hacia aguas abajo.
10.2. Canales recolectores. Los canales recolectores reciben agua por sus dos márgenes; pueden ser corrientes naturales o canales artificiales. Los caudales de diseño y las capacidades de los canales se incrementan a lo largo del recorrido.
10.3. Cunetas, sumideros y alcantarillas. Las cunetas son canales pequeños que se utilizan en combinación con los sumideros y las alcantarillas en los sistemas de drenaje de vías, aeropuertos, calles y patios. La localización de los sumideros limita las magnitudes de los caudales
en las cunetas. Las alcantarillas son
conductos cerrados, parcialmente llenos, que reciben los caudales de los sumideros en forma puntual a lo largo de su recor rido hasta el sitio de entrega del sistema de alcantarillado.
11. ANEXOS
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48
49
12. CONCLUSIONES
Es importante conocer el diseño de los sistemas de drenaje en plataformas destinadas a los aeropuertos, para que sea completo el conocimiento obras de drenaje
El dato más importante importante para poder realizar el diseño de las obras de drenaje, es la intensidad ya que el caudal depende fundamentalmente de la misma.
Se diseñó hidráulico de cunetas y canales de drenaje de aeropuertos.
Conocimos la localización y tipo de sumideros.
Diseñamos y espaciamiento de rejillas.
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13. LINKOGRAFÍA
https://es.slideshare.net/search/slideshow?searchfrom=header&q=DRE NAJE+EN+LOS+PAVIMENTOS
https://es.scribd.com/document/341285994/Sistema-de-Drenaje-de Aeropuertos
https://es.slideshare.net/search/slideshow?searchfrom=header&q=SIST EMA+DE+DRENAJE+EN+LOS+AEROPUERTOS
www.unicon.com
lrincondelvago.com
www.emagister.com
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PLUVIOMETRÍA Se denomina pluviometría al estudio y tratamiento de los datos de precipitación que se obtienen en los pluviómetros ubicados a lo largo y an cho del territorio, obteniendo así unos datos de gran interés para las zonas agrícolas y regulación de las cuencas fluviales a fin de evitar inundaciones por exceso de lluvia. Además de la cantidad precipitada, es importante anotar qué tipo de fenómeno se produce (lluvia, llovizna, chubasco, con o sin tormenta) el que ha dado lugar a la precipitación. Los datos se anotan siguiendo el horario del día pluviométrico. La finalidad principal de una estación pluviométrica es la elaboración de la climatología de la zona en la que se encuentra.
Drenaje de Precipitación En muchas localidades no se realiza la diferenciación entre drenaje sanitario y pluvial y todo el material recolectado es concentrado al mismo destino causando que todos los tipos de deshechos se junten. NORMA OS.060 de DRENAJE PLUVIAL URBANO con el objetivo de...."establecer los criterios generales de diseño que permitan la elaboración de proyectos de Drenaje Pluvial Urbano que comprenden la recolección, transporte y evacuación a un cuerpo receptor de las aguas pluviales que se precipitan sobre un área urbana".De acuerdo a esta norma los TIPOS DE SISTEMA DE DRENAJE URBANO son de tres tipos: a) Sistema de Alcantarillado Sanitario.- Es el sistema de recolección diseñado para llevar exclusivamente aguas residuales domesticas e industriales. b) Sistema de Alcantarillado Pluvial.- Es el sistema de evacu ación de la escorrentía superficial producida por las lluvias.
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c) Sistema de Alcantarillado Combinado.- Es el sistema de alcantarillado que conduce simultáneamente las aguas residuales (domésticas e industriales) y las aguas de las lluvias.
CONSIDERACIONES DEL CAUDAL DE DISEÑO a) Los caudales para sistemas de drenaje urbano menor deberán ser calculados: 1. Por el Método Racional si el área de la cuenca es igual o menor a 13 Km2. 2. Por el Método de Hidrograma Unitario o Modelos de Simulación para área de cuencas mayores de 13 Km2. b) El período de retorno deberá considerarse de 2 a 10 años. El Método Racional es uno de los más utilizados para la estimación del caudal máximo asociado a determinada lluvia de diseño. Se utiliza normalmente en el diseño de obras de drenaje urbano y rural. Y tiene la ventaja de no requerir de datos hidrométricos para la Determinación de Caudales Máximos. La expresión utilizada por el Método Racional es: Formula-Metodo-Racional
Donde: Q: Caudal máximo [m3/s] C: Coeficiente de escorrentía,
53
I: Intensidad de la Lluvia de Diseño, con duración igual al tiempo de concentración de la cuenca y con frecuencia igual al período de retorno seleccionado para el diseño [mm/h] A: Área de la cuenca. [Hectáreas] También la fórmula puede expresarse del siguiente modo. Q=0.278*CIA Donde: Q: Caudal máximo [m3/s] C: Coeficiente de escorrentía (adimensional). I: Intensidad de la Lluvia de Diseño, con duración igual al tiempo de concentración de la cuenca y con frecuencia igual al período de retorno seleccionado para el diseño [mm/h]
CARACTERÍSTICAS DE LA CUENCA HIDROGRÁFICA: El comportamiento hidrológico de una cuenca se puede esquematizar como un estímulo, constituido por la precipitación, frente al cual la cuenca responde mediante el escurrimiento en su salida. Entre el estímulo y la respuesta ocurren varios fenómenos que condicionan la relación entre uno y otro y que están controlados por una serie de parámetros físicos – geomorfológicos. Estas características se clasifican en dos tipos, según la manera en que controlan los fenómenos mencionados: las que condicionan el volumen del escurrimiento, como el área y la longitud, entre otros, y las que condicionan la velocidad de respuesta, como son el orden de corrientes, la pendiente de la cuenca y los cauces, etc. Asimismo las características físicas, geomorfológicas e hidrológicas de la cuenca de penden de su estructura geológica, del relieve de la superficie terrestre, el clima, el tipo de suelo, la vegetación y, cada vez en mayor medida, de las repercusiones de la acción 54
humana en el medio ambiente de la cuenca. A continuación se describen las principales características de la cuenca.
DIVISORIA DE AGUAS La divisoria de aguas o divortium aquarum o parteaguas es una línea imaginaria formada por los puntos de mayor nivel topográfico que sirve para delimitar la cuenca hidrográfica y/o separar una cuenca de las cuencas vecinas. El agua precipitada a cada lado de la divisoria de aguas desemboca generalmente en ríos distintos. La divisoria de aguas de la cuenca se puede trazar indicando la longitud y latitud de los puntos más altos a lo largo de ésta, asumiendo que entre ellos la línea que los une es una línea recta.
PERÍMETRO DE LA CUENCA El perímetro de la cuenca se refiere a la longitud de la divisoria de aguas. Es característico para cada cuenca, pues su magnitud será diferente aun cuando su área sea igual a otra.
ÁREA DE LA CUENCA El área de la cuenca está definida como la proyección horizontal de toda la cuenca delimitada por la divisoria de aguas, conocida también como área de recepción o drenaje. Se expresa en hectáreas si la cuenca es pequeña o en kilómetros cuadrados cuando es mayor, generalmente se trabaja con una sola cifra decimal. Para el cálculo de las áreas se utilizaba el planímetro; sin embargo actualmente se usan más las computadoras para hallar este parámetro apoyados en fotografías satelitales.
ANCHO DE LA CUENCA El ancho se define como la relación entre el área y la longitud de la cuenca y está expresado en unidades de longitud.
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RÍO PRINCIPAL El río o corriente principal de una cuenca se define como el curso que pasa por la salida de la misma, el de mayor caudal (medio o máximo), o bien el de mayor longitud o mayor área de drenaje. Estos conceptos son más bien arbitrarios y solamente aplicables a cuencas exorreicas.
AFLUENTES Las corrientes tributarias o afluentes son los ríos secundarios que desaguan en el río principal. Cada afluente tiene su respectiva cuenca, denominada sub-cuenca. Entre más afluentes tenga una cuenca, es decir, entre mayor sea el grado de bifurcación de su sistema de drenaje, más rápida será su respuesta a la precipitación. LONGITUD DE LA CUENCA La longitud de la cuenca puede estar definida como la distancia horizontal del curso del río principal entre la desembocadura (estación de aforo) y un punto aguas arriba de la naciente donde la tendencia general del río principal corte la línea de contorno de la cuenca (divisoria de aguas).
NATURALEZA DEL SUELO Los componentes primarios del suelo son: 1) compuestos inorgánicos, no disueltos, producidos por la meteorización y la descomposición de las rocas superficiales; 2) los nutrientes solubles utilizados por las plantas; 3) distintos tipos de materia orgánica, viva o muerta y 4) gases y agua requeridos por las plantas y por los organismos subterráneos.
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La naturaleza física del suelo está determinada por la proporción de partículas de varios tamaños. Las partículas inorgánicas tienen tamaños que varían entre el de los trozos distinguibles de piedra y grava hasta los de menos de 1/40.000 centímetros. Las grandes partículas del suelo, como la arena y la grava, son en su mayor parte químicamente inactivas; pero las pequeñas partículas inorgánicas, componentes principales de las arcillas finas, sirven también como depósitos de los que las raíces de las plantas extraen nutrientes. El tamaño y la naturaleza de estas partículas inorgánicas diminutas determinan en gran medida la capacidad de un suelo para almacenar agua, vital para todos los procesos de crecimiento de las plantas. La parte orgánica del suelo está formada por restos vegetales y restos animales, junto a cantidades variables de materia orgánica amorfa llamada humus. La fracción orgánica representa entre el 2 y el 5% del suelo superficial en las regione s húmedas, pero puede ser menos del 0.5% en suelos áridos o más del 95% en suelos de turba. El componente líquido de los suelos, denominado por los científicos solución del suelo, es sobre todo agua con varias sustancias minerales en disolución, cantidades grandes de oxígeno y dióxido de carbono disueltos. La solución del suelo es muy compleja y tiene importancia primordial al ser el medio por el que los nutrientes son absorbidos por las raíces de las plantas. Cuando la solución del suelo carece de los elementos requeridos para el crecimiento de las plantas, el suelo es estéril. Los principales gases contenidos en el suelo son el oxígeno, el nitrógeno y el dióxido de carbono. El primero de estos gases es importante para el metabolismo de las plantas porque su presencia es necesaria para el crecimiento de varias bacterias y 57
de otros organismos responsables de la descomposición de la materia orgánica. La presencia de oxígeno también es vital para el crecimiento de las plantas ya que su absorción por las raíces es necesaria para sus procesos metabólicos.
PRECIPITACIÓN PLUVIAL precipitación es cualquier forma de hidrometeoro que cae del cieloy llega a la superfic ie terrestre. Este fenómeno incluye lluvia, llovizna, nieve,aguanieve, granizo, pero no la virga, neblina ni rocío que son formas de condensación yno de precipitación. La cantidad de precipitación sobre un punto de la superficieterrestre es llamada pluviosidad , o monto pluviométrico.La precipitación es una parte importante del ciclo hidrológico, responsable del depósitode agua dulce en el planeta y, por ende, de la vida en nuestro planeta, tanto de animalescomo vegetales, que requieren del agua para vivir. La precipitación es generada por lasnubes, cuando alcanzan un punto de saturación; en este punto las gotas de aguaaumentan de tamaño hasta alcanzar el punto en que se precipitan por la fuerza degravedad. Es posible inseminar nubes para inducir la precipitación rociando un polvofino o un químico apropiado (como el nitrato de plata) dentro de la nube, acelerando laformación de gotas de agua e incrementando la probabilidad de precipitación, aunqueestas pruebas no han sido satisfactorias, prácticamente en ningún caso.
La medición de la precipitación La determinación de los valores precipitados sean científicamente comparables.Los instrumentos más frecuentemente utilizados para la medición de la lluvia y elgranizo son los pluviómetros y pluviógrafos, estos últimos se utilizan para determinar las precipitaciones
pluviales
de
corta
duración
y
alta
intensidad.
Estos
instrumentosdeben ser instalados en locales apropiados donde no se produzcan interferencias
deedificaciones,
árboles,
o
elementos
orográficos
como
rocas elevadas.La precipitación pluvial se mide en mm, que equivale al espesor de
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la lámina de aguaque se formaría, a causa de la precipitación sobre una superficie de 1 m 2 plana eimpermeable . A partir de 1980 se está popularizando cada vez más la medición de la lluvia por mediode un radar meteorológico, los que generalmente están conectados directamente conmodelos matemáticos, que permiten así determinar la lluvia y los caudales en tiemporeal, en una determinada sección de un río.
Variación temporal de la precipitación La variación anual de las precipitaciones se da en el ámbito de un año, en efecto,siempre hay meses en que las precipitaciones son mayores que en otros. Por ejemplo, enSan Francisco, EE.UU., los meses de mayores precipitaciones se dan entre
noviembre
ymarzo,
mientras
que
en
Miami
los meses
de
mayor precipitación son de mayo a octubre.
SCURRIMIENTO La expresión escurrimiento superficial suele referirse al volumen de las precipitaciones que caen sobre una cuenca, menos la retención superficial y la infiltración. El esc urrimiento superfici al o directo es función de la intensidad de la precipitación y de la permeabilidad de la superficie del suelo, de la duración de la precipitación, del tipo de vegetación, de la extensión de la cuenca hidrográfica considerada, de la profundidad del nivel freático y de la pendiente de la superficie del suelo. La aportación de una cuenca se representa comúnmente en una gráfica llamada "hidrograma", que consiste en una curva que representa las oscilaciones, respecto el tiempo, del nivel del agua de un río en una sección dada del mismo. En el caso de un río con un tiempo de descarga muy largo, los caudales que por él circulan al cabo de un tiempo, son el resultado de la acumulación del escurrimiento superficial con la aportación subterránea.
59
Ciclo del escurrimiento El estudio del escurrimiento de los ríos como parte del ciclo hidrológico, incluye la distribución del agua y su trayectoria desde que se precipita sobre la tierra hasta que alcanza la red hidrográfica o vuelve directamente a la atmósfera a través de la evapotranspiración. La distribución del volumen total de agua caída durante una precipitación dada, depende tanto de las características y condiciones físicas naturales o artificiales- de la cuenca, como de las características de la propia precipitación. Al comienzo de una precipitación fuerte, una gran cantidad de agua es interceptada por la vegetación; el agua así almacenada sobre la superficie de la capa vegetal se encuentra muy expuesta al viento y ofrece una enorme área de evaporación, de tal forma que las precipitaciones de corta duración y poca intensidad pueden llegar a ser completamente consumidas por la interc epción de las plantas , por la pequeña cantidad de agua que se infiltra a través del suelo y por el agua que llena los charcos y pequeñas depresiones de la superficie del suelo. Para que el agua llegue a infiltrarse, la superficie del suelo debe presentar una serie de condiciones adecuadas. Cuando a lo largo de una precipitación, el poder de intercepción y de almacenamiento en la superficie del suelo han sido ya agotados, y cuando la precipitación es tal que su intensidad excede la capacidad de infiltración del suelo, comienza ya el esc urrimiento superfici al propiamente dicho. La superficie del suelo se cubre en ese momento con una fina película de agua llamada película de retención s uperfici al. Una vez que el agua corre sobre la superficie del suelo y alcanza los cauces de la red hidro gráfica, comienza a aparecer el escurrimiento superficial en los cauces (Figura 1).
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Figura 1. Tipos de escurrimiento o escorrentía
CONTROL DE INUNDACIONES El agua de escorrentía fluye sin poder canalizarla. Efectos de las inundaciones • Dañan la propiedad y amenazan la vida de seres humanos y animales • Erosión del suelo y sedimentación excesiva • Destrucción las zonas de desove de los peces y otros hábitats de la vida
silvestre • Reducción de la vida útil de los embalses • Dificultan el drenaje e impiden el empleo productivo de los terrenos • Se ven afectados con frecuencia los estribos de los puentes, los peraltes de las
vías, las canalizaciones y otras estructuras • Obstrucción de la navegación y el abastecimiento de energía hidroeléctrica.
Medidas de control Los métodos básicos para el control de las inundaciones se practican desde tiempos primitivos. Incluyen la reforestación de cuencas (dentro de los proyectos de restauración hidrológico-forestal) y la construcción de diques, 61
presas, embalses y cauces de alivio o aliviaderos (canales artificiales para dirigir el agua procedente de la inundación). • Diques Es un terraplén natural o artificial, por lo general de tierra, paralelo al curso de un río. • Construcción de presas Antes se
construían para suministrar agua de riego, consumo y obtención de energía, ahora se hacen para el control de inundaciones Drenaje Evacuación de los excesos de agua de la zona de absorción con el fin de evitar la saturación del suelo. Consecuencias de un suelo en estado de saturación se tiene: -Aumento de evaporación: demanda de más energía para calentarse Dificulta la circulación de agua en el suelo -Mayor cantidad de parásitos y enfermedades -El alto nivel freático limita la penetración de las raíces
DRENAJE SUBTERRÁNEO En ocasiones, puede resultar conveniente la disposición de otros elementos o sistemas de drenaje diferentes de los indicados en los apartados 3.1 a 3.16 de es tas recomendaciones. El proyecto deberá justificar la conveniencia y necesidad de su aplicación, efectuar su dimensionamiento y definir cuantos aspectos sean necesarios para permitir la construcción y conservación de dichos elementos o sistemas. Para ello deberá contar con la aprobación de la Dirección General de Carreteras. En todo caso el proyecto deberá analizar los siguientes aspectos: — Justificación expresa de la necesidad y adecuación del elemento o sistema propuesto a la problemática planteada. — Cálculos hidráulicos, mecánicos y cuantos otros pudieran ser necesarios, para garantizar el correcto funcionamiento del elemento o sistema. — Situación, trazado y puntos de conexión, entronque, desagüe y cambio de dirección en su caso. — Características de permeabilidad o estanqueidad en su caso, tanto de los elementos como de sus puntos de conexión, entronque, desagüe y cambio de dirección. — Estabilidad y durabilidad de los materiales, elementos o sistemas de drenaje. — Propiedades mecánicas y características de los materiales, elementos o sistemas en cuestión. Cuando se trate de sistemas constituidos por unión de elementos individuales, deberán analizarse las características de los elementos aislados y del conjunto, una vez dispuesto en obra. — Criterios de recepción y almacenamiento de materiales, elementos y 62
