Drenaje Trabajo Final

8/19/2019 Drenaje Trabajo Final

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INTRODUCCIÓN

El Reglamento Nacional de Gestión de Infraestructura Vial aprobado mediante DecretoSupremo Nº 034 !00" #$% dispone entre otros la implementación del #anual de

&idrolog'a( &idr)ulica * Drena+e( el cual es un documento ,ue resume lo m)s sustancial de lamateria( ,ue ser-ir) de gu'a * procedimiento para el dise.o de las obras de drena+e superficial* subterr)nea de la infraestructura -ial( adecuados al lugar de ubicación de cada pro*ecto/

as caracter'sticas geogr)ficas( 1idrológicas( geológicas * geot2cnicas de nuestro pa's danlugar a la eistencia de problemas comple+os en materia de drena+e superficial * subterr)neoaplicado a carreteras debido al car)cter mu* aleatorio de las m5ltiples -ariables 61idrológico71idr)ulico( geológico7geot2cnico8/

OBJETIVOS

OBJETIVO GENERAL

$ener un documento t2cnico ,ue sir-a de gu'a conceptual * metodológica para la determinaciónde los par)metros 1idrológicos e 1idr)ulicos de dise.o( de obras de infraestructura -ial/

OBJETIVOS ESPECIFICOS

a. 9frecer al pro*ectista de dise.o en infraestructura -ial 6Ingeniero o profesional a fin8( de una1erramienta pr)ctica para el desarrollo de estudios de 1idrolog'a e 1idr)ulica( con criteriosingenieriles( metodolog'as * recomendaciones ,ue a*uden a pro*ectar adecuadamente los

elementos de drena+e de una carretera/b. :ermitir al pro*ectista obtener consistentemente la estimación de la magnitud del caudal dedise.o( dise.ar obras de drena+e ,ue permitan controlar * eliminar el eceso de aguasuperficial * subterr)nea ,ue discurren sobre la cal;ada * deba+o de ella( a fin de ,ue nopuedan comprometer la estabilidad de la estructura del pa-imento( de acuerdo a las eigencias1idrológicas * geomorfológicas del )rea de estudio( sin afectar el drena+e natural de la ;ona( nia la propiedad ad*acente/

c.


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HIDRÁULICA Y DRENAJE

1- DRENAJE SUPERFICIAL

DRENAJE TRANSVERSAL DE LA CARRETERA

Aspc!"s #$%a&s

El Estudio de &idr)ulica * Drena+e se recomienda iniciarse despu2s de aprobado el pro*ecto deDise.o Geom2trico( * es de acti-idad obligatoria la inspección insitu del drena+e natural/

El drena+e trans-ersal de la carretera tiene como ob+eti-o e-acuar adecuadamente el aguasuperficial ,ue intercepta su infraestructura( la cual discurre por cauces naturales o artificiales(en forma permanente o transitoria( a fin de garanti;ar su estabilidad * permanencia/

El elemento b)sico del drena+e trans-ersal se denomina alcantarilla( considerada como unaestructura menor( su densidad a lo largo de la carretera resulta importante e incide en los

costos( por ello( se debe dar especial atención a su dise.o/

as otras estructuras ,ue forman parte del drena+e trans-ersal es el bad2n * el puente( siendo2ste 5ltimo de gran importancia( cu*o estudio 1idrológico e 1idr)ulico ,ue permite concebir sudise.o/

El ob+eti-o principal en el dise.o 1idr)ulico de una obra de drena+e trans-ersal es determinar lasección 1idr)ulica m)s adecuada ,ue permita el paso libre del flu+o l',uido * flu+o sólido ,uee-entualmente transportan los cursos naturales * conducirlos adecuadamente( sin causar da.oa la carretera * a la propiedad ad*acente/

P%'(sas pa%a & s!)*("

a+ Ca%ac!%,s!(cas !"p"#%(cas/7 :ara el caso de obras de cruce menores 6alcantarillas8( elle-antamiento topogr)fico reali;ado para la carretera( deber) cubrir a,uellos sectores donde seempla;ar)n dic1as obras( de tal manera ,ue permita definir el perfil longitudinal del cauce tantoaguas arriba * aguas aba+o de la sección de cruce/ En el caso de obras de cruce ma*orescomo puentes( la amplitud ,ue deber) abarcar el le-antamiento topogr)fico/

b+ Es!)*(" * c)$cas /(*%"#%(cas0 Se refiere a la identificación de las cuencas1idrogr)ficas ,ue interceptan el alineamiento de la carretera( con el ob+eti-o de establecer loscaudales de dise.o * efectos de las crecidas/ Se deber) indicar la superficie( pendiente *longitud del cauce principal( forma( relie-e( tipo de cobertura -egetal( calidad * uso de suelos(asimismo los cambios ,ue 1an sido reali;ados por el 1ombre( tales como embalses u otrasobras de cruce ,ue pueden alterar significati-amente las caracter'sticas del flu+o/

c+ Ca%ac!%,s!(cas *& ca)c0 Se refiere a las caracter'sticas del lec1o( tales como forma( tipode suelo( tipo de cobertura -egetal( tipo de material de arrastre( sólidos flotantes( fenómenos degeodin)mica eterna * otros factores ,ue inciden en el tama.o * durabilidad de la obra decruce/

*+ Da!"s * c%c(*as0 Se proceder) seg5n las metodolog'as epuestas en el %ap'tulo III del#anual/ %omo información adicional se anali;ar)n * e-aluar)n las marcas de+adas por crecidaso e-entos anteriores/ =dicionalmente( se recopilar) la información proporcionada por lugare.os(con la finalidad de contar con información adicional de campo/

+ Ea&)ac(2$ * "b%as * *%$a3 4(s!$!s0 a e-aluación del comportamiento desde elpunto de -ista 1idr)ulico estructural de estructuras ubicadas aguas arriba o aguas aba+o de laestructura pro*ectada es de muc1a utilidad( por,ue permite contar con información rele-antepara lograr dise.os adecuados( tomando cuenta su funcionamiento ante la presencia de


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procesos geomorfológicos como erosión( sedimentación u otros fenómenos( a los ,ue 1anestado sometidas/

ALCANTARILLAS Aspc!"s #$%a&s

Se define como alcantarilla a la estructura cu*a lu; sea menor a >/0 m * su función es e-acuar el flu+o superficial pro-eniente de cursos naturales o artificiales ,ue interceptan la carretera/

a densidad de alcantarillas en un pro*ecto -ial influ*e directamente en los costos deconstrucción * de mantenimiento( por ello( es mu* importante tener en cuenta la adecuadaelección de su ubicación( alineamiento * pendiente( a fin de garanti;ar el paso libre del flu+o ,ueintercepta la carretera( sin ,ue afecte su estabilidad/

a ubicación óptima de las alcantarillas depende de su alineamiento * pendiente( la cual selogra pro*ectando dic1a estructura siguiendo la alineación * pendiente del cauce natural/ Sinembargo( se debe tomar en cuenta ,ue el incremento * disminución de la pendiente influ*e enla -ariación de la -elocidad de flu+o( ,ue a su -e; incide en la capacidad de transporte demateriales en suspensión * arrastre de fondo/

Ub(cac(2$ $ p&a$!a

a ubicación en planta ideal es la ,ue sigue la dirección de la corriente( sin embargo( seg5nre,uerimiento del :ro*ecto la ubicación natural puede despla;arse( lo cual implica elacondicionamiento del cauce( a la entrada * salida con la construcción de obras deencau;amiento u otras obras complementarias/

P$*($! &"$#(!)*($a&

a pendiente longitudinal de la alcantarilla debe ser tal ,ue no altere desmesuradamente losprocesos geomorfológicos( como la erosión * sedimentación( por ello( los cambios de pendientedeben ser estudiados en forma cuidadosa( para no incidir en dic1os procesos ,ue pueden

pro-ocar el colapso de la estructura/

E&cc(2$ *& !(p" * a&ca$!a%(&&a

a+ T(p" 5 scc(2$

os tipos de alcantarillas com5nmente utili;adas en pro*ectos de carreteras en nuestro pa'sson marco de concreto( tuber'as met)licas corrugadas( tuber'as de concreto * tuber'as depolietileno de alta densidad/

as secciones m)s usuales son circulares( rectangulares * cuadradas/ En ocasionesespeciales ,ue as' lo ameriten puede usarse alcantarillas de secciones parabólicas *abo-edadas/

En carreteras de alto -olumen de tr)nsito * por necesidad de limpie;a * mantenimiento de lasalcantarillas( se adoptar) una sección m'nima circular de 0/?0 m 63>@8 de di)metro o sue,ui-alente de otra sección( sal-o en cruces de canales de riego donde se adoptar)nsecciones de acuerdo a cada dise.o particular/

b+ 6a!%(a&s

a elección del tipo de material de la alcantarilla depende de -arios aspectos( entre ellospodemos mencionar el tiempo de -ida 5til( costo( resistencia( rugosidad( condiciones delterreno( resistencia a la corrosión( abrasión( fuego e impermeabilidad/ En conclusión no esposible dar una regla general para la elección del tipo de material a emplear en la construcciónde la alcantarilla( sino ,ue adem)s de los aspectos mencionados anteriormente depende deltipo de suelo( del agua * principalmente de la disponibilidad de materiales en el lugar/


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Rc"'$*ac("$s 5 ac!"%s a !"'a% $ c)$!a pa%a & *(s7" * )$a a&ca$!a%(&&a

= continuación se presentan algunas recomendaciones pr)cticas * factores ,ue inter-ienenpara el dise.o adecuado de una alcantarilla/

a+


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Va&"%s *& C"(c($! * R)#"s(*a* * 6a$$($# 8$+


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Se debe tener en cuenta la -elocidad( par)metro ,ue es necesario -erificar de tal manera ,uese encuentre dentro de un rango( cu*os l'mites se describen a continuación/


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V&"c(*a*s '4('as a*'(s(b&s 8'9s+ $ c"$*)c!"s %s!(*"s

Se deber) -erificar ,ue la -elocidad m'nima del flu+o dentro del conducto no produ;casedimentación ,ue pueda incidir en una reducción de su capacidad 1idr)ulica(recomend)ndose ,ue la -elocidad m'nima sea igual a 0/!F ms/

=simismo( se debe tener mu* en cuenta la -elocidad de flu+o a la salida de la alcantarilla(generalmente esta -elocidad es ma*or ,ue la -elocidad de escurrimiento en el cauce natural *debe limitarse a fin de e-itar procesos de soca-ación del cauce aguas aba+o de la estructura *no afecte su estabilidad/

= continuación( se presenta una tabla con -alores m)imos admisibles de -elocidades de flu+oseg5n el tipo de material donde se despla;a/

V&"c(*a*s '4('as a*'(s(b&s 8'9s+ $ ca$a&s $" %s!(*"s


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C"$s(*%ac("$s pa%a & *(s7"

a+ 6a!%(a& s2&(*" * a%%as!%

a pali;ada( material sólido * 1asta desperdicios arro+ados a los cauces naturales * ,ue sonarrastrados por la corriente( son elementos mu* per+udiciales si se acumulan en la alcantarilla e

inciden en su comportamiento 1idr)ulico/ No solamente afecta a la alcantarilla( tambi2n afectalas ;onas aleda.as de la carretera/ %onsecuentemente( es importante ,ue las carreterascuenten con un programa de mantenimiento rutinario( a fin de identificar los sectores-ulnerables( propensos de ser afectados por este fenómeno/

Durante el dise.o de la alcantarilla( se pueden adoptar todo tipo de medidas para e-itar estosproblemas( en primer lugar se puede e-itar la acumulación de pali;ada * material sólidomediante la construcción de obras adicionales( como disipadores o c)maras especiales ,uepermitan retener sólidos( desperdicios * ramas( para luego efectuar su limpie;a/ 9traalternati-a es de+ar pasar los sólidos( desperdicios * ramas mediante la construcción dealcantarillas de ma*or sección 1idr)ulica acorde al estudio puntuali;ado de la cuenca de aporte/Se recomienda en lo posible( no modificar la pendiente natural del curso de agua a lo largo dela alcantarilla/

b+ B"%* &(b%

El borde libre en alcantarillas es un par)metro mu* importante a tomar en cuenta durante sudise.o 1idr)ulico( por ello( las alcantarillas no deben ser dise.adas para traba+ar a secciónllena( *a ,ue esto incrementa su riesgo de obstrucción( afectando su capacidad 1idr)ulica/

Se recomienda ,ue el dise.o 1idr)ulico considere como m'nimo el !F de la altura( di)metro oflec1a de la estructura/

c+ S"caac(2$ &"ca& a &a sa&(*a * &a a&ca$!a%(&&a

Si la -elocidad del flu+o a la entrada * particularmente a la salida de la alcantarilla es alta( puedeproducir procesos de soca-ación local ,ue afecte su estabilidad( por ello( se recomienda laprotección del cauce natural mediante la construcción de embo,uillados de piedra( enc1apadode rocas acomodadas u otros tipos de re-estimientos( los cuales deber)n etenderse 1asta;onas donde la soca-ación local no tenga incidencia sobre la protección/

*+ 6a$!$('($!" 5 &('p(:a

as dimensiones de las alcantarillas deben permitir efectuar traba+os de mantenimiento *limpie;a en su interior de manera factible/ Es importante reali;ar estos traba+os con la finalidad,ue funcionen adecuadamente( tal como se 1a pre-isto en el dise.o/

+ Ab%as(2$

a abrasión es una acción mec)nica de ro;amiento ,ue consiste en la erosión del material de

la alcantarilla por la acción de sólidos flotantes transportados por el cauce natural/ Estefenómeno depende del car)cter * cantidad de material de arrastre( duración( frecuencia *-elocidad del flu+o/

+ C"%%"s(2$

a corrosión se define como el deterioro de un material a consecuencia de un ata,ueelectro,u'mico por su entorno * puede manifestarse como consecuencia de la acción deelementos acti-os presentes en el suelo( agua o atmósfera/

#+ S#)%(*a* 5 (*a ;!(&

El dise.o de alcantarillas debe garanti;ar la adecuada * correcta e-acuación del flu+o ,ue

discurre 1acia a la carretera mediante la obtención de dise.os 1idr)ulicos adecuados/


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BADENES• Aspc!"s #$%a&s

as estructuras tipo bad2n son soluciones efecti-as cuando el ni-el de la rasante de lacarretera coincide con el ni-el de fondo del cauce del curso natural ,ue intercepta sualineamiento( por,ue permite de+ar pasar flu+o de sólidos espor)dicamente ,ue se presentan

con ma*or intensidad durante per'odos llu-iosos * donde no 1a sido posible la pro*ección deuna alcantarilla o puente/

os materiales com5nmente usados en la construcción de badenes son la piedra * el concreto(pueden construirse badenes de piedra acomodada * concreto ,ue forman parte de la superficiede rodadura de la carretera * tambi2n con pa.os de losas de concreto armado/

os badenes con superficie de rodadura de pa.os de concreto se recomiendan en carreterasde primer orden( sin embargo( ,ueda a criterio del especialista el tipo de material a usar paracada caso en particular( lo cual est) directamente relacionado con el tipo de material ,uetransporta el curso natural/

Se recomienda e-itar la colocación de badenes sobre depósitos de suelos finos susceptibles de

ser afectados por procesos de soca-ación * asentamientos/

El dise.o de badenes debe contemplar necesariamente la construcción de obras de proteccióncontra la soca-ación * u.as de cimentación en la entrada * salida( as' como tambi2n losas deaproimación en la entrada * salida del bad2n/

• C"$s(*%ac("$s pa%a & *(s7"

a+ 6a!%(a& s2&(*" * a%%as!%

El material de arrastre es un factor importante en el dise.o del bad2n( recomend)ndose ,ue nosobrepase el per'metro mo+ado contemplado * no afecte los lados ad*acentes de la carretera/

Debido a ,ue el material sólido de arrastre constituido por lodo( pali;ada u otros ob+etos

flotantes( no es posible cuantificarlo( se debe recurrir a la eperiencia del especialista( a larecopilación de antecedentes * al estudio integral de la cuenca( para lograr un dise.o adecuado* efica;/

b+ P%"!cc(2$ c"$!%a &a s"caac(2$

Es importante ,ue el bad2n pro*ectado cuente con obras de protección contra la soca-ación( afin de e-itar su colapso/ Seg5n se re,uiera( la protección debe reali;arse tanto aguas arribacomo aguas aba+o de la estructura( mediante la colocación de enrocados( ga-iones( pantallasde concreto u otro tipo de protección contra la soca-ación( en función al tipo de material ,uetransporta el curso natural/

c+ P$*($! &"$#(!)*($a& *& ba*


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El dise.o 1idr)ulico del bad2n tambi2n debe contemplar mantener un borde libre m'nimo entreel ni-el del flu+o m)imo esperado * el ni-el de la superficie de rodadura( a fin de e-itar probables desbordes ,ue afecten los lados ad*acentes de la plataforma -ial/

• D(s7" /(*%)&(c"

:ara el dise.o 1idr)ulico se ideali;ar) el bad2n como un canal trape;oidal con r2gimenuniforme/

Este tipo de flu+o tiene las siguientes propiedadesB

a+ a profundidad( )rea de la sección trans-ersal( -elocidad media * gasto son constantesen la sección del canal/

b+ a l'nea de energ'a( el e+e 1idr)ulico * el fondo del canal son paralelos( es decir( laspendientes de la l'nea de energ'a( de fondo * de la superficie del agua son iguales/

a -elocidad media en un flu+o uniforme cumple la ecuación de #anning( ,ue se epresa por lasiguiente relaciónB

Donde el gasto -iene dado por la siguiente relaciónB

DondeB

CB %audal 6m3s8

VB Velocidad media de flu+o 6ms8

=B rea de la sección 1idr)ulica 6m!8

:B :er'metro mo+ado 6m8

RB Radio 1idr)ulico 6m8

SB :endiente de fondo 6mm8

nB %oeficiente de #anning


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PUENTES Aspc!"s #$%a&s

os puentes son las estructuras ma*ores ,ue forman parte del drena+e trans-ersal de lacarretera * permiten sal-ar o cru;ar un obst)culo natural( el cual puede ser el curso de una,uebrada o un r'o/

Es importante tener en cuenta ,ue un puente no ser) estable si no lo es el tramo flu-ialcomprometido/ El r'o es por naturale;a esencialmente mó-il * cambiante/ En consecuencia( elestudio de un puente ,ue interact5a con un r'o no puede independi;arse del correspondienteestudio de &idr)ulica Hlu-ial/ a estabilidad flu-ial( lograda durante cientos o miles de a.os por el r'o( puede -erse seriamente alterada por la construcción de un puente/

a profundidad del estudio 1idr)ulico tiene ,ue depender de ciertas caracter'sticas del puente

en particular( como podr'an serB su importancia dentro de la red -ial( consecuencias de su falla(costo( tipo de estructura( riesgos aceptables( etc/ = las ,ue debe a.adirse las correspondientesal r'o/

• C"$s(*%ac("$s pa%a & *(s7"

En este 'tem se proceder) a describir las consideraciones generales para el desarrollo de losestudios de 1idr)ulica flu-ial de puentes sobre cauces naturales/ =simismo( se describir) enforma general las t2cnicas m)s apropiadas para el dise.o 1idr)ulico * la información b)sicapara la obtención de los par)metros 1idr)ulicos/

a+ I$"%'ac(2$ bs(ca

En este 'tem( se establecer) recomendaciones generales para la e+ecución de los estudios de1idr)ulica flu-ial para puentes( ,ue inclu*e( aspectos topogr)ficos( e+ecución de muestreos parala determinación de di)metros representati-os del lec1o * criterios para la estimación de larugosidad del lec1o/

T"p"#%a,a = Ba!('!%,a *& ca)c 5 :"$as a*5ac$!s

El le-antamiento topogr)fico ,ue se re,uiere( debe abarcar el tramo in-olucrado donde sepro*ectar) el puente/

Ub(cac(2$ *& p)$!

a elección de la ubicación del puente debe ser la m)s óptima( desde el punto de -ista

1idr)ulico( geot2cnico * de dise.o Vial es decir debe ser tal( ,ue el curso natural no afecte suestabilidad * a su -e; el puente no produ;ca cambios morfológicos en el curso natural/

6)s!%" 5 ca%ac!%(:ac(2$ *& 'a!%(a& *& &c/"

El ob+eti-o del muestreo * caracteri;ación del material del lec1o es la determinación del tama.orepresentati-o ,ue englobe todo el espectro de tama.os presentes en 2l/

A$(*a * D(s7" " Ca)*a& 64('" 5 P%,"*"s * R!"%$"

:ara reali;ar el estudio 1idr)ulico de puentes( en primer lugar se debe reali;ar el estudio1idrológico con el ob+eti-o de obtener la =-enida de Dise.o o el caudal m)imo en condicionesde crecida/

G&(b" " A&!)%a &(b%.


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El g)libo se define como el espacio libre entre el ni-el m)imo del flu+o de crecida * el ni-elinferior del tablero del puente pro*ectado/

El ob+eti-o del g)libo es de+ar pasar las fluctuaciones de flu+o cuando la corriente interact5a conla estructura pro*ectada producto de la sobrele-ación del flu+o( por efectos de remanso/

C"(c($! * %)#"s(*a* * ca)cs $a!)%a&s 8$ * 6a$$($#+

:ara obtener el coeficiente de #anning( se re,uiere de la eperiencia del especialista parareali;ar las estimaciones( ,ue puede apo*arse en antecedentes de casos similares( tablas *publicaciones t2cnicas disponibles( sobre la base de los datos recopilados en la etapa decampo/

Fa3as 6a%#($a&s

as fa+as marginales son bienes de dominio p5blico 1idr)ulico/ Est)n conformadas por las)reas inmediatas superiores a las riberas de las fuentes de agua( naturales o artificiales/ asdimensiones en una o ambas m)rgenes son fi+adas por la =utoridad =dministrati-a del =gua/

Ea&)ac(2$ * "b%as 4(s!$!s ($"%'ac(2$ a*(c("$a&

a e-aluación de obras eistentes en el curso natural es mu* importante para el dise.odefiniti-o de una nue-a estructura( por,ue permite -erificar ,ue la obra pro*ectada no pro-o,uealteraciones desde el punto de -ista de la 1idr)ulica flu-ial sobre obras eistentes o -ice-ersa(como cambios bruscos de pendiente ,ue produ;can erosión( sedimentación( efectos deremanso( formación de nue-os cauces( etc/ Dic1a e-aluación comprender) tambi2n elcomportamiento 1idr)ulico estructural de las obras eistentes( información rele-ante a ser tomada en cuenta para el dise.o de la estructura pro*ectada/

PARÁ6ETROS HIDRÁULICOS PARA EL DISE>O DE PUENTE

os par)metros 1idr)ulicos asociados al dise.o de puentes son los siguientesB

a+ P%(& * &)3"

El perfil de flu+o permitir) obtener el ni-el alcan;ado por el agua para el caudal de dise.o/ Elc)lculo del perfil de flu+o deber) incluir la presencia del puente pro*ectado( debido a ,uecuando el flu+o interact5a con la estructura( se produce una sobreele-ación del ni-el de agua ala entrada del puente * una depresión del ni-el de agua en la salida( este comportamiento esnormal *a ,ue el agua debe ganar energ'a potencial a fin de ,ue pueda atra-esar por lasección contra'da/


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la soca-ación en cur-as ,ue tambi2n deber)n ser tomados en cuenta al momento de laestimación de la soca-ación potencial total/

CÁLCULO HIDRÁULICO

El c)lculo 1idr)ulico de un puente significa en primer lugar determinar la capacidad 1idr)ulicade la sección de escurrimiento( es decir si el caudal de dise.o pasa adecuadamente a tra-2sde 2l( luego determinar la sobreele-ación del ni-el de agua pro-ocada por la presencia delpuente * estimar el ni-el de soca-ación potencial total en la ;ona de los apo*os/

a+ C&c)&" * $(&s * a#)a

:ara el estudio de la capacidad 1idr)ulica * el c)lculo de la sobreele-ación del ni-el de agua(se reali;a un c)lculo en r2gimen permanente gradualmente -ariado( la cual permite calcular ni-eles de agua cuando la geometr'a flu-ial es irregular/

El modelo matem)tico utili;ado corresponde a un flu+o unidimensional( no uniforme(permanente * de lec1o fi+o/ El modelo se basa en la aplicación de la Ecuación de la Energ'aB

DondeB

nJ:nB Ni-el del pelo de agua en los etremos del tramo 6m8

Vn B Velocidad media en la sección mo+ada en los etremos del tramo 6m8

KL K! B %oeficiente de la no7uniformidad de distribución de las -elocidades en la secciónmo+ada/

g B =celeración de la gra-edad 6ms!8

b+ s!('ac(2$ * &a s"caac(2$

En nuestro pa's la causa 1idr)ulica m)s frecuente de fallo de puentes es la soca-ación( ,uetiene lugar en la ;ona de sus apo*os( la cual afecta las cimentaciones( *a sea por suinsuficiente ni-el de desplante o por construcción inadecuada/

a soca-ación es un proceso ,ue se produce a largo * corto pla;o o transitorio( como en elcaso de la ocurrencia de a-enidas/

a estimación de la profundidad de soca-ación para el dise.o de puentes debe tomar encuenta los siguientes aspectos la soca-ación ,ue ocurre independientemente de la presenciadel puente como soca-ación general( soca-ación en cur-as( etc/( la soca-ación ,ue ocurre enla sección del puente debido al estrec1amiento del cauce por la presencia del puente6soca-ación por contracción8 * la soca-ación ,ue ocurre en la ;ona de sus apo*os 6soca-aciónlocal de pilares * estribos rodeados por la corriente8/

a suma de las componentes de la soca-ación( permite obtener la soca-ación potencial total(mediante epresiones ,ue consideran soca-aciones m)imas por el lado de la seguridad/


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OBRAS DE PROTECCIÓN

a+ ENROCADOS

:ara el dise.o del enrocado eisten -arios m2todos( en esta sección se presentar)n algunosm2todos para el c)lculo del tama.o de la piedra de protección/

L8 #2todo de #a*nord/!8 #2todo del


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DRENAJE LONGITUDINAL DE LA CARRETERA

El agua ,ue flu*e a lo largo de la superficie de la plataforma( tanto de la propia carretera comode lo aportado por los taludes superiores ad*acentes( debe ser encau;ada * e-acuada de talforma ,ue no se produ;can da.os a la carretera ni afecte su transitabilidad/

:ara e-itar el impacto negati-o de la presencia del agua( en la estabilidad( durabilidad *transitabilidad( en esta sección se considerar) los distintos tipos de obras necesarios paracaptar * eliminar las aguas ,ue se acumulan en la plataforma de la carretera( las ,ue puedenpro-enir de las precipitaciones plu-iales *o de los terrenos ad*acentes/

a+ P%,"*" * %!"%$"

El caudal de dise.o 1a considerarse ser) seg5n lo indicado en el 'tem 3/> del presente manual/

b+ R(s#" * "bs!%)cc(2$

as condiciones de funcionamiento del drena+e longitudinal se -er)n afectadas por obstruccióndebido al material sólido arrastrado por la corriente( por ello( debe efectuarse un adecuadodise.o( ,ue su -e; permita reali;ar un adecuado mantenimiento/

c+ V&"c(*a* '4('a *& a#)a

a pendiente longitudinal 6i8 debe estar comprendida entre la condición de autolimpie;a * la ,ueproducir'a -elocidades erosi-as( es decirB

0/F i !

a corriente no debe producir da.os importantes por erosión en la superficie del cauce oconducto si su -elocidad media no ecede de los l'mites fi+ados en la $abla Nº 3L en función dela naturale;a de dic1a superficie/

V&"c(*a* '4('a *& a#)a


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Si la corriente pudiera conducir material en suspensión 6limo( arena( etc/8 se cuidar) de ,ue

una reducción de la -elocidad del agua no pro-o,ue su sedimentación( o se dispondr)ndepósitos de sedimentación para recogerlas( los cuales deber)n ser de f)cil limpie;a *conser-arse de forma efica;/

CUNETAS

as cunetas son ;an+as longitudinales re-estidas o sin re-estir abiertas en el terreno( ubicadasa ambos lados o a un solo lado de la carretera( con el ob+eto de captar( conducir * e-acuar adecuadamente los flu+os del agua superficial/

Se pro*ectar)n para todos los tramos al pie de los taludes de corte( longitudinalmente paralela* ad*acente a la cal;ada del camino * ser)n de concreto -aciadas en el sitio( prefabricados ode otro material resistente a la erosión/

Ser)n del tipo triangular( trape;oidal o rectangular( siendo preferentemente de seccióntriangular( donde el anc1o es medido desde el borde de la rasante 1asta la -ertical ,ue pasapor el -2rtice inferior/ a profundidad es medida -erticalmente desde el ni-el del borde de larasante al fondo o -2rtice de la cuneta/

INCLINACIONES 6Á?I6AS DEL TALUD 8V0 H+ INTERIOR DE LA CUNETA

a inclinación del talud eterior de la cuneta 6V&8 6LB!8 ser) de acuerdo al tipo de inclinaciónconsiderada en el talud de corte/


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a+ Capac(*a* * &as c)$!as

Se rige por dos l'mitesB

O %audal ,ue transita con la cuneta llena

O %audal ,ue produce la -elocidad m)ima admisible

:ara el dise.o 1idr)ulico de las cunetas utili;aremos el principio del flu+o en canales abiertos(usando la ecuación de #anningB

DondeB

C B %audal 6m3

seg8V B Velocidad media 6ms8

= B rea de la sección 6m!8

: B :er'metro mo+ado 6m8

R1 B =: Radio 1idr)ulico 6m8 6)rea de la sección entre el

per'metro mo+ado8/

S B :endiente del fondo 6mm8

n B %oeficiente de rugosidad de #anning


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b+ Ca)*a& @ * ap"%!

Es el caudal calculado en el )rea de aporte correspondiente a la longitud de cuneta/ Se calculamediante la siguiente epresiónB

DondeB

C B %audal en m3s

% B %oeficiente de escurrimiento de la cuenca

= B rea aportante en Pm!

I B Intensidad de la llu-ia de dise.o en mm1

c+ D('$s("$s ',$('as

as dimensiones ser)n fi+adas de acuerdo a las condiciones plu-iales/ De elegir la seccióntriangular( las dimensiones m'nimas ser)n las indicadas en la siguiente tabla/

D('$s("$s ',$('as

*+ Dsa# * &as c)$!as

a descarga de agua de las cunetas se efectuar) por medio de alcantarillas de ali-io/ En regiónseca o poca llu-iosa la longitud de las cunetas ser) de !F0m como m)imo( las longitudes derecorridos ma*ores deber)n +ustificarse t2cnicamente en región mu* llu-iosa se recomiendareducir esta longitud m)ima a !00m/ Sal-o +ustificaciones t2cnicas( cuando se tenga presenciade )reas agr'colas( -i-iendas ubicadas sobre el talud inferior de la carretera ,ue pueden ser

afectadas por descargas de alcantarillas de ali-io/ En este aspecto( el pro*ectista deber)


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reali;ar una e-aluación e1austi-a para ubicar adecuadamente los puntos de descarga dealcantarillas de ali-io sin afectar la propiedad ad*acente/

+ Rs!('($!" * &as c)$!as

as cunetas deben ser re-estidas( para e-itar la erosión de la superficie del cauce o conducto(productos de corrientes de agua ,ue alcancen -elocidades medias superiores a los l'mitesfi+ados en la $abla Nº 33 o cuando el terreno es mu* permeable ,ue permite la filtración 1aciael pa-imento( * consecuentemente su deterioro/ El re-estimiento de las cunetas puede ser deconcreto( o de ser el caso de mamposter'a de piedra( pre-ia -erificación de -elocidades deacuerdo a las pendientes finales del tra;o geom2trico/ Se recomienda un re-estimiento deconcreto fQc LF Tgcm! * espesor de 0/0Fm/

• C)$!as " :a$3as * c"%"$ac(2$

as cunetas o ;an+as de coronación son canales ,ue se constru*en en la parte superior de los

taludes de corte( para recoger las aguas ,ue ba+an por las pendientes naturales * conducirlas1acia la ,uebrada o descarga m)s próima del sistema general de drena+e( e-itando de estemodo la erosión del terreno( especialmente en ;onas de pendiente pronunciada

• a$3as * *%$a3

as ;an+as de drena+e son canales ,ue se constru*en en la parte inferior de los taludes derelleno en forma longitudinal lateral o trans-ersal al alineamiento de la carretera( para recoger


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las aguas ,ue ba+an por el talud * terrenos ad*acentes para conducirlas 1acia la ,uebrada odescarga m)s próima del sistema general de drena+e( e-itando de este modo la erosión delterreno/

Normalmente son de forma rectangular( pero tambi2n pueden ser trape;oidales( si se re,uiereuna ma*or dimensión/

• C)$!as * ba$)!a

Son a,uellas ,ue se ubican al pie del talud inclinado de cada ban,ueta( las cuales consisten en

la construcción de una o m)s terra;as sucesi-as con el ob+eti-o de estabili;ar un talud/:ueden tener sección triangular( rectangular o trape;oidal( de acuerdo al caudal de escorrent'asuperficial ,ue transportar) * su descarga se efectuar) 1acia un curso natural o mediantecaidas escalonadas 1acia las cunetas/


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B"%*(&&"s

os bordillos son elementos ,ue interceptan * conducen el agua ,ue por efecto del bombeodiscurren sobre la plataforma de la carretera( descarg)ndola mediante ali-iaderos en sitiosadecuados con el ob+eti-o de e-itar la erosión de los taludes de terraplenes ,ue est2nconformados por material erosionable/

os bordillos pueden ser de concreto( refor;ados con -arillas de construcción en forma de mallasimple de U3"@ cada 0/!0m/

- DRENAJE SUBTERRANEO

El drena+e subterr)neo se pro*ecta con el ob+eti-o de interceptar( conducir *o des-iar los flu+os

subsuperficiales 6subterr)neos8 ,ue se encuentren en el suelo de fundación de la carretera *opro-enientes de los taludes ad*acentes/

El efecto del agua en el pa-imento es per+udicial( por lo ,ue debe ser e-acuada a tra-2s de lossistemas de drena+e superficial * subterr)neo/ Debe conocerse tanto su procedencia como sucaudal( as' como el marco geogr)fico en ,ue se encuentra/ os efectos desfa-orables sonm5ltiplesB erosión interna de finos( sifonamiento( tubificación( arrastre * epulsión de finos(acelerando el fallo estructural de la cal;ada * acortando su -ida 5til/ :ara el buenfuncionamiento del sistema de subdrena+e se re,uiere una pendiente adecuada * una buenared de e-acuación del agua/ :or 5ltimo( de ser compatible * funcional con el tipo de suelo adrenar 6tipo de suelo( permeabilidad( gradación( etc/8( se contempla el uso de materialesgeotetiles debido a su durabilidad( e-itando ,ue las capas drenantes se colmaten * pierdan sufuncionalidad/

Sin embargo( se debe tener en cuenta ,ue la eperiencia 1a mostrado ,ue para lascondiciones siguientes es riesgoso el uso de geotetilesB

Suelos finos pobremente graduados 6es decir( todos los de tama.o uniforme8/ =gua subterr)nea de alta alcalinidad donde la lentitud del l',uido pasando a tra-2s del

geotetil causa deposiciones de calcio( sodio o precipitaciones de magnesio/ =lta concentración de sólidos en suspensión en el l',uido como en el caso de aguas

turbias de r'os ,ue pueden desarrollarse sobre o dentro del geotetil/

S)b*%$a3R)%('($!"s * Ob%as * S)b*%$a3 $ p%"5c!"s (a&s.

El estudio de subdrena+e( es una acti-idad ,ue demanda muc1a eperiencia * certe;a en losestudios dado ,ue las condiciones fre)ticas son din)micas( es decir tanto el ni-el fre)tico como


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los flu+os Subsuperficiales( -ar'an seg5n la estación del a.o( comportamiento 1idrológico de la;ona( tipo de suelo( pendiente( alteración del medio poroso( etc/

a necesidad de obras de subdrena+e en un pro*ecto -ial( no es el resultado de un c)lculomatem)tico de car)cter determin'sticos( si no est) su+eto al comportamiento de m5ltiples-ariables aleatorias por lo tanto( este re,uerimiento generalmente es estimado * se obtiene a

partir de obser-aciones directas * muestreo del terreno/En la etapa de campo( se debe e-aluar la necesidad de obras de subdrena+e para lascondiciones pro*ectadas de la carretera( * adoptar las precauciones cuando la -'a seencuentre cerca o este influenciado porB

7 Eistencia de lagunas( pu,uiales( canales sin re-estir en la parte alta de la -'a/

7 Deformaciones( 1undimientos *o asentamientos de la plataforma -ial( atribuibles a lapresencia del agua en el subsuelo/

7 Eistencia de culti-os con grandes demanda de agua( como el arro;/ :resencia de terrenosde culti-os con riegos por gra-edad permanentes o riegos en secano/

7 Hiltraciones en taludes( presencia de -egetación propia de suelos saturados como el +unco(totora( etc/

7 :resencia de ni-eles fre)ticos en eca-aciones a cielo abierto/

7 Eca-aciones de la plataforma -ial( en taludes saturados( etc/

S)b*%$a3 c"$$c("$a&

El subdrena+e est) constituido por ;an+as eca-adas a mano o con retroeca-adora( rellenasde material filtrante * elementos de captación * transporte de agua 6tubo perforado8/

Generalmente los subdrenes se usan en los siguientes casosB

7 %olocado longitudinalmente al pie de los taludes de corte para interceptar filtraciones * flu+ossubsuperficiales ,ue llegan a la carretera/

7 ongitudinalmente en un terrapl2n( ubicado en la ;ona donde discurre el agua subterr)nea/ 7Hormando parte de un sistema de drenes trans-ersales * longitudinales o dispuestos como unaespina de pescado@( a fin de e-acuar el flu+o subsuperficial presente en la ;ona deempla;amiento de la carretera/

S)b*%$a3 s($!

geotetil se coloca una manguera perforada :V% especial para este tipo de subdrenes( la cualrecoge * conduce el agua colectada por la red de malla sint2tica/


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C%(!%("s * *(s7"

a+ Ca)*a& * *(s7"

Se debe considerar en primer lugar la distancia de inicio * descarga de los subdrenes( dado,ue a ma*or distancia de recorrido( su capacidad de transporte deber) incrementarse debido al

aporte de caudales a lo largo de su recorrido/b+ D!%'($ac(2$ *& !(p" * #"!4!(& (&!%a$!

El filtro e-ita una ecesi-a migración de part'culas de suelo * simult)neamente permite el pasodel agua( lo anterior implica ,ue el geotetil debe tener una abertura aparente m)imaadecuada para retener el suelo( cumpliendo simult)neamente con un -alor m'nimo admisiblede permeabilidad ,ue permita el paso del flu+o de una manera eficiente/

c+ D!%'($ac(2$ * &as *('$s("$s * &a scc(2$ !%a$s%sa&

$eniendo el caudal final Cf( el cual es la suma de los caudales calculados( se reali;a elsiguiente procedimientoB

Cf V A i A =DondeB

Cf B %audal final

VB Velocidad de flu+o( la cual depende de la pendiente( longitudinal * del tama.o del agregadousado en el subdren/

i B Gradiente 1idr)ulico ,ue para el caso de subdrenes es igual a L

= B rea de la sección trans-ersal del subdr2n(normalmente se fi+a el anc1o * se despe+asu altura/


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espesor del geotetil8( frente a la cantidad de flu+o -olum2trico a e-acuar por metro cuadrado/:ara lo cual se reali;a el siguiente procedimiento/

$eniendo el caudal ,ue se re,uiere pasar por el filtro por cada metro cuadrado( se calcula lapermiti-idad re,uerida del geotetil/ &aciendo uso de la ecuación de Darc*/

, P A i A =

, P A 6W1 t8 A =

P t , 6W1 A =8

DondeB

P t B :ermiti-idad re,uerida del geotetil( 6X re,uerida8/

, B %audal a e-acuar calculado por metro cuadrado/

W1 B %arga 1idr)ulica = B rea por unidad de longitud/

X re,uerida , 6W1 A =8

a tasa de flu+o tambi2n se puede obtener( teniendo el caudal a e-acuar por metro cuadrado *el caudal capa; de de+ar el geotetil por metro cuadrado/

Ca3as * %#(s!%" 5 b):"$s

En los drenes longitudinales( se recomienda usar( a inter-alos regulares( ca+as de registro obu;ones de registro ,ue permitan controlar el buen funcionamiento del subdrena+e * sir-an parae-acuar el agua recogida por la tuber'a del subdren( *a sea a un colector principal( a unacuneta situada( por e+emplo( al pie de un terrapl2n( a un curso natural o a otros dispositi-os dedesagYe/

a distancia entre dos ca+as o bu;ones consecuti-os oscilar) en general entre "0m * L00m *

depender) de la pendiente longitudinal del tubo * de su capacidad de desagYe( de ladisposición general del subdrena+e * de los elementos naturales eistentes

D%$s * p$!%ac(2$


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como prolongando la capa permeable 1asta los taludes de los terraplenes con descarga 1aciacunetas o ;an+as/ =dem)s( deben darse pendientes trans-ersales m'nimas a la subrasante/

En los sectores de la carretera en los ,ue el pa-imento se asienta sobre una subrasanteimpermeable( debe e-itarse ,ue el agua de llu-ia ,ue se presenta por capilaridad o se filtra atra-2s del pa-imento( se acumule ba+o 2ste * forme una bolsa de agua ,ue origine su ruptura

por el paso del tr)nsito/ Este problema es ma*or cuando la cuneta se coloca a la altura delpa-imento * naturalmente tiene ,ue ser re-estida/

as soluciones m)s recomendadas para e-itar la acumulación del agua sonB

a+ %olocación en el sector( ba+o el pa-imento( una capa drenante ,ue siga la pendiente lateralde la carretera( ,ue se prolonga 1asta un lugar con drena+e natural/

b+ %olocación de un subdr2n( ba+o la berma ad*acente a la cuneta( con una tuber'a perforadade pl)stico pesada a una profundidad adecuada * ,ue est2 de acuerdo al dise.o( ,ue reco+a elagua ,ue filtra * la lle-e al lugar de drena+e natural/

Capa *%$a$!

%uando se ele-a el terrapl2n de la carretera sobre un terreno saturado con agua para e-itar ,ue por capilaridad el agua pueda subir a tra-2s del terrapl2n 1asta la superficie de rodadura(debe colocarse una capa de material drenante( constituida por gra-as *o arenas/

a capa deber) estar sobre el ni-el de referencia m)s alto de la napa fre)tica del terreno *ser-ir) de anticontaminante a los efectos de romper la capilaridad * drenar la plataformalateralmente/ Se recomienda un espesor m'nimo de 0/30 m

Drenaje Trabajo Final

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