PRACTICA SOCIAL, EMPRESARIAL Y SOLIDARIA PRESENTADO POR

DISEÑO DE OBRAS DE DRENAJE DE LA ESTRUCTURA VIAL PARA EL CONDOMINIO

PARCELACIÓN CARACOLÍ UBICADA EN EL KM 3 VÍA DEL AMOR DE LA CIUDAD

DE VILLAVICENCIO

PRACTICA SOCIAL, EMPRESARIAL Y SOLIDARIA

PRESENTADO POR:

CRISTIAN DAVID DIAZ MORA ID:352120

DEIBY ALEXIS CORAL JOJOA ID:349830

LUIS HERNANDO RUIZ QUIROGA ID:356455

UNIVERSIDAD COOPERATIVA DE COLOMBIA

FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL

INGENIERÍA CIVIL

VILLAVICENCIO

2019

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DISEÑO DE OBRAS DE DRENAJE DE LA ESTRUCTURA VIAL PARA EL CONDOMINIO

PARCELACIÓN CARACOLÍ UBICADA EN EL KM 3 VÍA DEL AMOR DE LA CIUDAD

DE VILLAVICENCIO

TRABAJO DE GRADO PARA OPTAR AL TÍTULO DE

INGENIERO CIVIL

ASESORES:

MSc. SAULO ANDRÉS OLARTE BURITICA

INGENIERO CIVIL

JHONNY LISIMACO OJEDA CARDENAS

INGENIERO CIVIL

UNIVERSIDAD COOPERATIVA DE COLOMBIA

FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL

INGENIERÍA CIVIL

VILLAVICENCIO

2019

3

Autoridades Académicas Universidad Cooperativa de Colombia

Dr. Maritza Rondón Rangel

Rector Nacional

Dr. Cesar Augusto Pérez Londoño

Director Académico sede Villavicencio

Dra. Ruth Edith Muñoz

Directora Administrativa

Ing. María Lucrecia Ramírez Suarez

Jefe de programa

Ing. Nelson González Rojas

Coordinar de investigación Programa de ingeniería Civil

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Nota de aceptación

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Firma del presidente del jurado

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Firma del jurado

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Firma del jurado

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Villavicencio, Enero de 2.019

Dedicamos este gran logro primeramente a Dios, quien nos ha guiado en cada uno de los pasos

de nuestra vida, y nos ha bendecido abundantemente; a nuestras familias, padres, hermanos,

amigos, que nos han apoyado en este camino y en las decisiones que hemos tomado con la ilusión

de cristalizar nuestros sueños, forjando nuestro futuro. A la Universidad Cooperativa de Colombia,

quien nos acogió y nos brindó la oportunidad de formarnos profesionalmente, infundiéndonos

valores y principios, y servicio a la sociedad, con el fin de contribuir con la concepción, diseño,

construcción, operación y mantenimiento de su infraestructura.

Luis Hernando Ruiz Quiroga

Deiby Alexis Coral Jojoa

Cristian David Diaz Mora

6

AGRADECIMIENTOS

Los autores de este trabajo de investigación presentan sus más sinceros agradecimientos a:

La Universidad Cooperativa de Colombia por ser artífices en nuestro proceso formativo como

profesionales, y por asignar un grupo de tutores idóneos con alto grado de conocimiento,

preparación, calidad humana y experiencia en los temas relevantes que se utilizaron en los

resultados de nuestra práctica social, empresarial y solidaria, siempre recordaremos sus

enseñanzas.

La comunidad del Condominio Parcelación Caracolí que nos permitieron desarrollar nuestra

práctica social, empresarial y solidaria.

Las Directivas y Docentes de la Universidad Cooperativa de Colombia quienes nos orientaron y

prepararon en nuestra trayectoria estudiantil.

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CONTENIDO

INTRODUCCIÓN ................................................................................................... 10

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA .................................................................... 12

ANTECEDENTES .................................................................................................. 13

1.1 Antecedentes bibliográficos ........................................................................ 13

1.2 Antecedentes empíricos. ............................................................................. 13

OBJETIVOS ........................................................................................................... 14

JUSTIFICACIÓN .................................................................................................... 15

MARCO REFERENCIAL ........................................................................................ 16

1.3 Marco teorico. ........................................................................................... 16

1.3.1 Definición de corona. ........................................................................... 16

1.4 Factores a considerar. (Martinez, 2015) ....................................................... 16

1.5 Intensidad, caudal y tiempo de concentración. .............................................. 17

1.6 Cunetas. ................................................................................................... 25

1.6.1 Localización en secciones de corte, terraplén y en separador central. (Planeación,

2015) 25

1.7 Caudal de diseño. (Reyes, 2017) ................................................................. 26

1.8 Tipos de sección y seguridad vial ................................................................ 27

1.9 Diseño de cunetas ...................................................................................... 30

1.9.1 Funcionamiento hidráulico .................................................................... 30

1.9.2 Revestimiento ...................................................................................... 32

1.9.3 Pocetas o cajas colectoras ..................................................................... 32

1.10 Bajantes o alivios ...................................................................................... 34

1.11 Cunetas bajo accesos a predios o vías y en zonas suburbanas ......................... 34

1.11.1 Paso de cunetas bajo accesos a predios o intersección de vías ................... 34

1.11.2 Descoles: corrientes naturales, pocetas o cajas colectoras ......................... 35

1.12 Diseño de tramos de tubería pvc .................................................................. 36

1.12.1 Periodo de retorno de la lluvia de diseño ................................................. 36

8

1.12.2 Áreas de drenaje .................................................................................. 37

1.12.3 Diámetro interno mínimo ...................................................................... 37

1.12.4 Velocidad mínima ................................................................................ 38

1.12.5 Velocidad máxima ............................................................................... 39

1.12.6 Pendientes de las tuberías ...................................................................... 40

1.12.7 Profundidad mínima a la cota clave de las tuberías .................................. 40

1.12.8 Caudal de diseño .................................................................................. 40

1.12.9 Coeficiente de impermeabilidad o escorrentía ......................................... 41

1.13 Diseño de canales – cunetas ........................................................................ 43

1.13.1 Consideraciones para su proyección ....................................................... 43

1.13.2 Parámetros de diseño ............................................................................ 43

1.13.3 Pendientes de los canales ...................................................................... 45

1.13.4 Transiciones en canales abiertos ............................................................ 47

1.14 Diseño de sumideros .................................................................................. 48

1.14.1 Consideraciones para su proyección ....................................................... 49

1.14.2 Clasificación de acuerdo con la forma de captación ................................. 52

1.14.3 Parámetros de diseño ............................................................................ 54

1.14.4 Cálculo del caudal en la cuneta .............................................................. 56

1.14.5 Sumideros de rejilla .............................................................................. 58

MARCO GEOGRAFICO – DEMOGRAFICO ........................................................... 61

MARCO LEGAL .................................................................................................... 75

METODOLOGIA .................................................................................................... 75

SOCIALIZACION DEL PROYECTO CON LA COMUNIDAD .................................. 78

RESULTADOS ....................................................................................................... 79

1.15 Diseño de cuneta 1 para el condominio parcelación caracolí........................... 79

1.15.1 Análisis hidrológico (calculo del caudal de diseño) .................................. 79

1.15.2 Análisis hidráulico ............................................................................... 82

1.16 Otra forma de comprobar el cumplimiento del caudal de la cuneta vs caudal de diseño

86

9

1.17 Diseño de cuneta 2 para el condominio parcelación. caracolí .......................... 86



1.17.3 Otra forma de comprobar el cumplimiento del caudal de la cuneta vs caudal de

diseño 91





diseño 96




1.19.3 .Otra forma de comprobar el cumplimiento del caudal de la cuneta vs caudal de

diseño 102

1.19.4 .Diseño de cuneta 5 para el condominio parcelas caracolí ....................... 102

1.19.5 Análisis hidrológico (calculo del caudal de diseño) ................................ 102

1.20 Diseño de cuneta 6 para el condominio parcelación caracolí......................... 107

1.20.1 Análisis hidrológico (calculo del caudal de diseño) ................................ 107

1.20.2 Análisis hidráulico ............................................................................. 109


diseño 112

1.21 Diseño de sumideros para el condominio parcelación caracolí ...................... 113

CONCLUSIONES ................................................................................................. 115

BIBLIOGRAFIA ................................................................................................... 115

ANEXOS .............................................................................................................. 116

10

INTRODUCCIÓN

El recurso hídrico es indispensable en el desarrollo de cualquier sociedad, aunque su uso principal

es para suplir necesidades vitales humanas y de seres vivos en general, tiene diferentes

connotaciones, como el uso con fines turísticos, agrícolas, industriales, entre otros, parte del agua

que se utiliza y no se reutiliza, debe ser evacuada a plantas de tratamiento, ríos, pozos y/u otras

infraestructuras físicas o naturales, tal como es el caso de las aguas residuales y parte de las aguas

pluviales o aguas lluvias. Las aguas residuales deberían ser tratadas para no generan impactos

negativos en el medio ambiente, pero observamos que hay comunidades que las entregan a ríos o

corrientes de agua sin ser tratadas, produciendo diferentes focos de contaminación. Una parte de

las aguas lluvias que caen en terrenos naturales, se filtra al sub suelo y otra por escorrentías circula

por el suelo buscando corrientes de agua para realizar su proceso natural de circulación. Las aguas

lluvias que caen en terrenos artificiales, es decir, en infraestructuras físicas como vías, puentes,

viviendas, edificios, entre otras, necesitan de obras de drenaje para realizar su evacuación sin que

cauce perjuicios a las vidas humanas principalmente, y buscando que no afecte la calidad de vida

de una comunidad.

En procura de terminar satisfactoriamente los estudios profesionales en el área de Ingeniería Civil,

el grupo investigativo decidió adelantar junto a la comunidad del barrio Caracolí, de la ciudad de

Villavicencio un estudio y diseño de las obras de drenaje de la estructura vial, necesarias para la

construcción y mejoramiento de la calidad de vida y condiciones actuales de esta comunidad.

11

El diseño se realizó a partir de los estudios topográficos, hidrológicos e hidráulicos. El sistema a

diseñar está compuesto por una serie de canales, tuberías y alcantarillas pluviales que evacuarán

la escorrentía superficial producida por la lluvia. Con la construcción de este sistema se busca

evitar inundaciones, y daños materiales.

Con este proyecto se busca beneficiar a 39 familias que viven en este conjunto. Se tuvieron en

cuenta conceptos emitidos por el RAS 2000, NSR – 10, Manual de drenaje para carreteras del

Instituto Nacional de Vías, INVIAS.

12

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

La comunidad del condominio parcelación caracolí, es relativamente nueva en la ciudad de

Villavicencio, y carece en su mayoría de accesos vehiculares eficientes, óptimos y adecuados

para las necesidades propias a satisfacer, es por eso que sus habitantes y constructores, proyectan

la construcción de estructuras de pavimento que den solución a la problemática actual que viven

con el deterioro de los accesos vehiculares que tienen, cuando por épocas de invierno

principalmente se ha venido produciendo hundimientos del terreno, reducciones en la calzada

existente, y sobre saturaciones que han impedido la movilidad normal de vehículos, y que en

algunos casos han hecho que se produzcan accidentes, cuando caen a cunetas. Todo esto lleva a

pensar que los riesgos de accidentalidad continuarán siempre y cuando no se realicen la

construcción de vías y obras de drenaje.

De no atenderse esta problemática, difícilmente se podrá acceder a las viviendas del condominio,

y podrías seguirse incrementando el índice de accidentalidad, ocasionando entre otras cosas

pérdidas materiales y económicas para la comunidad. Por esta razón el grupo investigador

pretende realizar un estudio y diseño de las obras de drenaje de la estructura vial con el fin de

contribuir con el mejoramiento de la calidad de vida de sus habitantes y trabajar conjuntamente

con los constructores del condominio.

13

ANTECEDENTES

1.1 Antecedentes bibliográficos

Para esta investigación se tuvo en cuenta los siguientes documentos principalmente

RAS 2000: Presenta toda la normatividad técnica para el tema de agua y saneamiento

básico

NSR-10: Es la Norma sismorresistente utilizada en Colombia y apoya el diseño estructural

principalmente de las obras en concreto que se requieren.

Manual de drenaje para carreteras del Instituto Nacional de Vías, INVIAS. Manual usado en

Colombia para todo lo referente a la construcción de obras de drenaje para carreteras.

1.2 Antecedentes empíricos.

Todos los documentos, estudios y diseños preliminares aportados por los constructores y

comunidad del Condominio Parcelación Caracolí.

14

OBJETIVOS

OBJETIVO GENERAL

Diseñar el sistema hidráulico de drenajes de la estructura vial , para la evacuación de

escorrentía superficial del Condominio Parcelación Caracolí de la ciudad de

Villavicencio.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Efectuar un levantamiento topográfico del Condominio Parcelación Caracolí.

Elaborar una clasificación del suelo a partir de los laboratorios de suelos respectivos.

Recopilar y analizar información climatológica de la zona, proporcionada por las

estaciones ICA, Unillanos, Sena y con base a esta información, diseñar un sistema

hidráulico, geométrico y estructural de las obras de drenaje de la estructura vial del

Condominio Parcelación Caracolí.

15

JUSTIFICACIÓN

Teniendo en cuenta el crecimiento poblacional que presenta actualmente la ciudad de

Villavicencio, se hace indispensable tener buenas obras de drenaje, en las vías existentes y

proyectadas a construir para evitar inundaciones, disminuir índices de accidentalidad, mejorar la

calidad de vida de la población, preservar las estructuras de pavimento, tener mejores condiciones

de confort y movilidad principalmente vehicular en la ciudad; es así como el condominio Caracolí

proyecta realizar la construcción de vías y obras de drenaje que garanticen todas estas condiciones

y permitan entre otras cosas evacuar el agua sin riesgo alguno a los residentes, y bajo características

técnicas adecuadas según las necesidades presentes y las normas técnicas colombianas vigentes.

De esta manera el grupo investigativo pretende dar solución a la concepción y diseño de las obras

de drenaje en las vías a construir en el Condominio Parcelación Caracolí, con las variables de

diseño que involucren el sistema de alcantarillado pluvial apropiado, hasta su respectivo descole.

Se espera que el resultado de la investigación, permita que los diseños presentados, sean los que

finalmente se presentan ante las entidades gubernamentales correspondientes y que sean los

construidos en un corto o mediano plazo.

16

MARCO REFERENCIAL

1.3 Marco teorico.

1.3.1 Definición de corona.

Según (INVIAS, 2014) la corona, también llamada plataforma, es la superficie visible de una

carretera, formada por su(s) calzada(s), bermas y sobreanchos, así como el separador central o

mediana, en caso de que este último forme parte de la sección transversal típica.

Casos especiales de corona son los de las carreteras unidireccionales con calzadas completamente

independientes y los de las vías sin pavimentar. En el primero, la carretera tendrá dos coronas

independientes, mientras que en el segundo, la calzada, las bermas y los sobreanchos configuran

un todo no diferenciable a simple vista.

1.4 Factores a considerar. (MARTINEZ, 2015)

Los siguientes factores se deben considerar para reducir la cantidad de agua sobre la superficie de

un pavimento y, consecuentemente, el potencial de hidroplaneo y, en parte, la mala visibilidad:

1. Realizar el diseño geométrico de la carretera de manera de reducir al mínimo las

trayectorias del agua que fluye sobre la calzada, con el fin de impedir que la película de

agua alcance un espesor inconveniente. Se deberá tener en cuenta que la pendiente

17

transversal tiene mayor influencia que la longitudinal en el control del potencial de

hidroplaneo.

2. Incrementar la profundidad de la textura superficial del pavimento por métodos como el

estriado transversal que se realiza a los pavimentos rígidos, con lo que se aumenta la

capacidad de drenaje en la interfaz neumático-pavimento. Esta operación se encuentra

contemplada en el numeral 500.4.15 del Artículo 500 de las Especificaciones Generales de

Construcción de Carreteras del INVÍAS. El estriado en sentido longitudinal no es

recomendable, por cuanto retarda el desplazamiento de la película de agua.

3. Emplear mezclas discontinuas o drenantes como capas de rodadura de los pavimentos

asfálticos, cuya presencia fuerza el agua a través del pavimento bajo los neumáticos, lo que

libera las presiones hidrodinámicas que se crean, mejorando la visibilidad en instantes de

lluvia y reduciendo la propensión al hidroplaneo. Las Especificaciones Generales de

Construcción de Carreteras del (INVIAS, 2014). Si se emplean mezclas de tipo denso, se

debe tener presente que la existencia de ahuellamientos superiores a 5 milímetros genera

condiciones que favorecen el hidroplaneo.

4. Construir estructuras de drenaje superficial longitudinal a lo largo de la carretera,

generalmente cunetas y canales y, eventualmente, drenes perforados (slotted drains), para

capturar el flujo de agua proveniente del pavimento. El diseño de ellas es considerado en

el Capítulo 4 del presente Manual.

1.5 Intensidad, caudal y tiempo de concentración.

18

El caudal que cae sobre la corona corresponde a la precipitación caída directamente sobre la

proyección horizontal de ella, pues los flujos de agua provenientes de los taludes de corte deben

ser interceptados mediante cunetas o canales antes de llegar a la vía. En las carreteras de calzada

única, el agua que fluye sobre la calzada deberá ser evacuada por las estructuras de drenaje

superficial aledañas a la corona, en tanto que en las carreteras de doble calzada con separador

central y según el sentido que se asigne al bombeo, cada calzada puede conducir parcial o

totalmente el agua superficial hacia el separador (Figura 3.4), en el cual se deberán disponer

estructuras de drenaje (cunetas, canales, etc.) con sus respectivos dispositivos de descarga. El

diseño de estas estructuras es objeto de consideración en el Capítulo 4. El agua lluvia que

eventualmente se infiltre por las discontinuidades superficiales del pavimento deberá ser manejada

como se indica en el Capítulo 5. (INVIAS, 2014)

Figura 1. Alternativa de pendiente transversal en una carreterra de dos calzadas

Para el cálculo del caudal es fundamental la intensidad de la precipitación, la cual es característica

del clima en cada zona geográfica, tal como se ha expuesto en el Capítulo 2 (INVIAS, 2014). A

los efectos de los análisis de prevención del hidroplaneo de este manual se deberá considerar, salvo

justificación en contrario, una intensidad de lluvia correspondiente a un período de retorno de 50

años con una duración de 10 minutos. Para una determinada trayectoria del agua sobre la superficie

19

del pavimento, con una longitud resultante LR, el caudal acumulado a lo largo de esa trayectoria

está dado por:

Donde: q: Caudal, en metros cúbicos por segundo por metro (m3/s/m).

LR: Longitud resultante de la trayectoria de flujo, en metros (m) (ver ecuación [3.5]).

I: Intensidad de la lluvia, en milímetros por hora (mm/h).

El tiempo de concentración del agua en una trayectoria de flujo se puede estimar con la ecuación

(Referencia 3.3):

Donde: TC: Tiempo de concentración, en minutos (min).

LR: Longitud resultante de la trayectoria de flujo, en metros (m) (ver ecuación [3.5])

n: Coeficiente de rugosidad de Manning.

I: Intensidad de la lluvia, en milímetros por hora (mm/h).

SR: Pendiente resultante de la trayectoria de flujo (ver ecuación [3.4]).

Si la trayectoria del agua sigue tramos con diferentes pendientes, el tiempo total de concentración

será la suma de los tiempos de los diferentes tramos que componen la trayectoria. Otra expresión

usual para la determinación del tiempo de concentración del agua lluvia sobre una superficie

pavimentada bajo condición de flujo laminar es la de Friend (Referencia 3.15), cuya aplicación se

recomienda para longitudes resultantes de trayectoria de flujo (LR) que no excedan de 200 metros:

20

Donde: TC: Tiempo de concentración, en minutos (min).

LR: Longitud resultante de la trayectoria de flujo, en metros (m) (ver ecuación [3.5]).

nH: Valor de rugosidad de Horton (0.015 para superficies pavimentadas).

SR: Pendiente resultante de la trayectoria de flujo, en porcentaje (%).

En general, la ecuación [3.3] da lugar a mayores tiempos de concentración que la [3.2], salvo para

valores de LR mayores de 10 metros cuando la intensidad de lluvia es inferior a 35 mm/h, en

particular si la pendiente resultante (SR) es de baja magnitud (por debajo de 2%).

Disipadores de energía

El objetivo de estas estructuras es disipar parte de la energía cinética en un flujo, para evitar el

riesgo de socavación del canal aguas abajo. En obras viales, las estructuras de disipación pueden

ser de tres tipos: rápidas lisas, rápidas escalonadas y la combinación de rápidas lisas y escalonadas.

− Rápidas lisas: Son canales de fondo liso con flujo supercrítico y velocidad apreciable, por lo que

frecuentemente requieren una estructura de disipación en el pie de la ladera o talud. Se componen

de una estructura de entrada o transición entre la cuneta o alcantarilla y el canal, la rápida

propiamente dicha y la estructura de disipación. La transición de entrada se diseña de acuerdo con

las recomendaciones dadas en la Referencia 4.33, las cuales buscan minimizar pérdidas y evitar

21

ondas cruzadas y otras turbulencias. La principal recomendación es la de emplear ángulos de 12.5°

entre los lados del canal en las secciones de entrada y salida.

De acuerdo con la Referencia 4.4, en la rápida, por acción de la gravedad, el flujo se acelera,

generando en el extremo aguas arriba una capa límite turbulenta causada por la fricción del fondo,

la cual se desarrolla en la dirección del flujo. Cuando el borde exterior de la capa límite alcanza la

superficie libre, el flujo se convierte en completamente desarrollado, donde alcanza la condición

de flujo gradualmente variado hasta encontrar la profundidad normal.

En la zona de flujo completamente desarrollado puede ocurrir la aireación de la superficie libre,

incrementándose la profundidad del flujo. Para un análisis preliminar, que no representa las

condiciones exactas del flujo, se puede asumir que el flujo es supercrítico y gradualmente variado

e incrementar la profundidad del flujo debido a la entrada de aire.

Para canales con altas velocidades y números de Froude mayores de 1.6, las láminas de flujo

hinchadas por la entrada de aire, se pueden calcular a partir de las siguientes expresiones:

Da = 0.906 D (e)0.061F Para F≤ 8.2 [4.18]

Da = 0.620 D (e)0.1051F Para F> 8.2 [4.19]

Donde: Da: Profundidad del agua con entrada del aire, en metros (m).

D: Profundidad del agua sin entrada del aire, en metros (m).

e: Constante numérica igual a 2.718282

22

F: Número de Froude.

Como dato cierto para el diseño de la rápida, se puede calcular la velocidad máxima teórica en el

extremo aguas abajo, la cual es:

Vmax = 2 g raíz(H1 - d cos θ) [4.20]

En la que: Vmax: Velocidad máxima teórica del flujo, en metros por segundo (m/s) (es superior a

la velocidad real debido a las pérdidas por fricción).

g: Aceleración de la gravedad, en metros por segundo al cuadrado (m/s2).

H1: Cabeza total o diferencia de altura entre el nivel de energía en el inicio de la rápida y el fondo

del canal en el extremo inferior de la rápida, en metros (m).

d: Profundidad del flujo aguas abajo, en metros (m).

θ: Ángulo de la rápida con respecto a la horizontal

El material de la rápida se puede seleccionar, entonces, a partir de la máxima velocidad permisible,

de acuerdo con lo indicado en la Tabla 3.

Tabla 1

Velocidades máximas permisibles en canales artificales

23

En cuanto a la estructura de disipación, su principio se basa en producir un resalto hidráulico

controlado, es decir, mediante dispositivos u obstáculos tales como vertederos, bafles, bloques de

impacto, caídas, escalones y umbrales dentados o sólidos, asegurar la formación del resalto y su

posición en todas las condiciones probables de operación.

Para el diseño del cuenco o piscina de disipación6 donde se confina parcial o totalmente el resalto

hidráulico, se pueden seleccionar los modelos estandarizados a partir de investigaciones

desarrolladas en los años 1950 y 1960 (Referencia 4.4).Entre los más conocidos están el tanque

SAF (Saint Anthony Falls), el tanque US Bureau of Reclamation tipo II (USBR tipo II), el USBR

tipo III y el USBR tipo IV.

Las reglas para el diseño de estos tanques de amortiguación y otros diferentes, se pueden consultar

en las Referencias 4.6, 4.31 y 4.33. Como producto de la investigación realizada en el país, en la

sección 4.6.2. del presente manual se presentan los resultados obtenidos en la Universidad

Nacional sede Manizales (Referencia 4.17) para las rápidas o canales con pantallas deflectoras,

CPD, en los cuales la energía cinética es disipada a lo largo del canal, por lo que no requieren

estructura de disipación en el pie del talud o ésta es pequeña si es necesaria.

− Rápidas escalonadas: En las estructuras de disipación escalonadas, el agua es transportada desde

un nivel superior hasta un nivel inferior. El flujo sobre estas escaleras se puede dar en tres

diferentes condiciones:

a) Flujo rasante (“skimming flow”): para esta condición, el agua fluye sobre las esquinas externas

de las escaleras como una nata sobre un seudo-fondo, produciéndose una recirculación del agua

24

en la parte interna del escalón. La reducción de energía se da, entonces, por recirculación de agua

en el escalón y por impacto en el escalón aguas abajo.

b) Flujo escalón a escalón (“nappe flow”): en este caso, el flujo de cada escalón sigue una

trayectoria tipo jet (chorro) con un lente de aire bajo la napa, golpeando la huella del escalón aguas

abajo y generando un resalto hidráulico. La pérdida de energía se produce, entonces, por la

dispersión del chorro en el aire, por la mezcla del agua en el impacto y por el desarrollo total o

parcial del resalto hidráulico. La metodología para el análisis de este flujo es presentada en las

Referencias 4.3 y 4.33.

c) Flujo de transición: condición intermedia entre las dos anteriores, en que la napa sobre el lente

de aire puede o no formarse y se produce una recirculación parcial del agua en cada escalón.

Dada la abrupta topografía de la parte más desarrollada del país, con elevadas pendientes que

limitan la longitud de las huellas de los escalones para el desarrollo del resalto hidráulico,

predomina el flujo rasante en las rápidas escalonadas. Las metodologías de diseño para estructuras

de caída escalonadas con flujo rasante son variadas y todas de carácter experimental. En este

manual se presenta la metodología dada por Ohtsu (Referencia 4.22) que recoge los resultados de

la experimentación realizada hasta la fecha y propone una metodología práctica para diseño. Cabe

anotar que el diseñador de este tipo de estructuras debe estar atento a la experimentación, los

resultados y las conclusiones que obtienen permanentemente los investigadores de los diferentes

países del mundo.

− Según (Fernández, 2006), La combinación de rápidas lisas y escalonadas: Se trata de rápidas

lisas que incluyen cada cierto tramo una rápida escalonada u otro elemento disipador. Su diseño

25

es presentado a partir de las investigaciones llevadas a cabo en la Universidad Nacional sede

Manizales .

− Revisión geotécnica para el diseño de rápidas Al diseñar este tipo de obras, consistente en rápidas

lisas, escalonadas o su combinación, es muy importante considerar su estabilidad geotécnica, de

acuerdo con lo expresado de (Fernández, 2006). En los casos en que la pendiente topográfica donde

se proyecta la rápida escalonada sea inestable geotécnicamente, se deberá dar el desarrollo

necesario a la rápida para no exceder la pendiente permisible; es decir, disminuir su pendiente (α)

dándole una mayor longitud horizontal a la estructura. Otra alternativa es anclar la estructura, para

lo cual se deben desarrollar los análisis y estudios pertinentes.

1.6 Cunetas.

1.6.1 Localización en secciones de corte, terraplén y en separador central.

(Planeación, 2015)

Las cunetas son estructuras de drenaje que captan las aguas de escorrentía superficial proveniente

de la plataforma de la vía y de los taludes de corte, conduciéndolas longitudinalmente hasta

asegurar su adecuada disposición. Las cunetas construidas en zonas en terraplén protegen también

los bordes de la berma y los taludes del terraplén de la erosión causada por el agua lluvia, además

de servir, en muchas ocasiones, para continuar las cunetas de corte hasta una corriente natural, en

la cual entregar.

Para las cunetas en zonas de corte, los puntos de disposición son cajas colectoras de alcantarillas

y salidas laterales al terreno natural en un cambio de corte a terraplén. En las cunetas en terraplén,

las aguas se disponen al terreno natural mediante bajantes o alivios y en las cunetas de un separador

26

central las aguas también son conducidas a la caja colectora de una alcantarilla. Cuando no es

posible emplear cunetas en el separador central, se deben considerar otras soluciones de mayor

complejidad, tales como sumideros, etc., siendo fundamental captar y conducir las aguas que

drenan al separador central.

Las cunetas se deben localizar esencialmente en todos los cortes, en aquellos terraplenes

susceptibles a la erosión y en toda margen interna de un separador que reciba las aguas lluvias de

las calzadas. Las abscisas en las cuales se deben ubicar cunetas y puntos de desagüe deben ser

obtenidas a partir del análisis de los perfiles de la vía (con sus líneas de chaflán de corte y de

relleno) y del diagrama de peraltes en donde se indica el sentido del bombeo (pendiente

transversal) para el caso de dobles calzadas.

1.7 Caudal de diseño. (REYES, 2017)

Considerando que por lo general el área aferente a las cunetas es inferior a una hectárea (1.0 ha),

para la obtención de los caudales de diseño se emplea el método racional explicado en el Capítulo

2.

El área aferente a la cuneta debe incluir la calzada o media calzada de la vía, más la proyección

horizontal del talud de corte hasta la zanja de coronación (Ver Figura 4.5). En caso de no

proyectarse esta zanja, la cuneta debe contemplar el área topográfica aferente a la misma. En la

definición de esta área se debe considerar el perfil del diseño geométrico que establece los

límites o puntos altos que definen los sentidos de drenaje hacia las cunetas.

El coeficiente de escorrentía corresponderá al coeficiente ponderado de los diferentes tipos de área

aportante, en función del tipo de suelo, de la cobertura y de la pendiente.

27

Finalmente, la intensidad es calculada a partir de la curva intensidadduración- frecuencia, (IDF)

del proyecto, para el período de retorno seleccionado y un tiempo de concentración mínimo (por

ejemplo, 15 minutos).

1.8 Tipos de sección y seguridad vial

La sección transversal de la vía y dentro de ella la de la cuneta, juega un papel fundamental en la

seguridad vial, por lo que al proyectar las cunetas con una determinada sección, este aspecto debe

ser considerado. Cunetas con una sección inadecuada pueden originar problemas de

encunetamiento de los vehículos y, en los casos más graves, hasta vuelco, más aún si por

limitaciones de espacio se proyectan berma-cunetas, las que necesariamente implican circulación

o permanencia de vehículos cerca a la cuneta.

Secciones rectangulares o trapezoidales profundas o con taludes altos hacen infranqueables o

dificultan en gran manera la salida de vehículos, por lo que, en caso de ser empleadas, deben estar

acompañadas de barreras de seguridad, bordillos o guardarruedas (Figura 4.6) o, como mínimo, de

señales de advertencia con el adecuado manejo desde el punto de vista de seguridad de estos

elementos que obstaculizan el tránsito vial (separación mínima desde el borde de la calzada de 60

centímetros).

28

Figura 2. Bordillos de seguridad

Las secciones más recomendadas son, entonces, las parabólicas (con una construcción complicada

y baja capacidad hidráulica), las cuales son las más adecuadas en aquellos tramos viales donde se

presenta entrada y salida permanente de vehículos (estaciones de servicio, locales comerciales,

etc.) y las triangulares (las más sencillas de construir), donde es esporádica o nula la circulación

vial.

Dentro de las cunetas triangulares, es necesario limitar las pendientes de la cuneta y la profundidad

de la misma, existiendo para ello diferentes normas a nivel internacional. Dentro de las más

exigentes se imponen pendientes máximas del lado de la calzada de 5H : 1V y del lado del talud

3H:2V. Otras normas limitan la pendiente del lado de la calzada a 4H : 1V y las profundidad a 20

cm o 1/5 del ancho total, mientras que las recomendaciones más usuales limitan la pendiente por

el lado de la calzada a 25%.

29

En el medio colombiano es usual la cuneta triangular de 1.0 m de ancho total, distribuido 0.96 m

al lado de la calzada y 0.04 m del lado del talud y 0.20 m de profundidad (constituyendo un vértice

de 90°), con lo que se obtiene una pendiente lateral de 20.8%. Modificaciones a estas dimensiones,

siempre y cuando la pendiente al lado de la calzada sea menor o igual al 25%, son también

aceptables. Cuando la sección de la cuneta triangular para el ancho máximo disponible en la

sección de la vía es insuficiente, se debe emplear una cuneta trapezoidal, deseablemente con una

pendiente o talud hacia la calzada menor del 25%, condición que de no cumplirse implica el

empleo de barreras de seguridad o de bordillos debidamente espaciados para permitir la entrada

del agua.

Otra alternativa, cuando la cuneta triangular es insuficiente o cuando el terreno es rocoso, es el

empleo de cunetas rectangulares, las cuales se deben proveer de los elementos de protección para

impedir que los vehículos tiendan a caer dentro de ellas (barreras de seguridad y bordillos).

30

Figura 3.Secciones de cunetas tipicas y propiedades geométricas

En el caso de berma-cunetas, se indica que la pendiente de la berma coincide con la del carril de

circulación adyacente; es decir, la pendiente del bombeo, la cual es máximo del 4% en

entretangencias, 8% en peraltes de vías principales y secundarias y 6% en vías terciarias.

Esta limitación en la profundidad de la cuneta trae como consecuencia una limitación en la

capacidad hidráulica de la cuneta, siendo necesario el empleo de zanjas de coronación y de una

menor distancia entre alcantarillas para desaguar las cunetas.

1.9 Diseño de cunetas

1.9.1 Funcionamiento hidráulico

El dimensionamiento o diseño hidráulico de la cuneta consiste en verificar que la capacidad

hidráulica de la estructura, estimada con la expresión de Manning, sea superior al caudal de diseño.

31

La expresión de Manning es:

Siendo: Q: Caudal de diseño, en metros cúbicos por segundo (m3/s).

n: Coeficiente de rugosidad de Manning.

A: Área mojada, en metros cuadrados (m2).

R: Radio hidráulico, en metros (m).

S: Pendiente, en metros por metro (m/m).

La pendiente coincide usualmente con la pendiente longitudinal de la vía, salvo en aquellos casos

en que se requiere una mayor capacidad hidráulica o por facilidad de desagüe se proyecta la cuneta

en contrapendiente por un corto tramo. En estos casos especiales se debe verificar que la pendiente

sea, como mínimo, la menor recomendada por el (INVIAS, 2014), es decir 0.5% y 0.3% en zonas

planas (Referencia 4.12).

A partir de la ecuación [4.21], es posible obtener la lámina de agua y la velocidad en la sección

para el caudal de diseño. La lámina de agua debe ser inferior o igual a la profundidad de la cuneta

(Algunos autores señalan para las cunetas laterales y en el separador el empleo de un borde libre

de 15 centímetros) y la velocidad debe ser, a su vez, menor que la máxima admisible para el

material de la cuneta, pero mayor que la velocidad que favorezca la sedimentación y el crecimiento

vegetal (Ver numeral 4.6.1). Es necesario verificar, también, que la velocidad en el descole o canal

32

de salida se encuentre dentro del rango permisible, sin originar sedimentación o inestabilidad en

la corriente o terreno receptor.

1.9.2 Revestimiento

Una cuneta y, en general, un canal, se revisten con los siguientes objetivos:

− Reducir la infiltración, la cual puede afectar la estructura misma del

pavimento.

− Reducir el área mojada por permitir mayores velocidades del flujo.

− Prevenir crecimientos vegetales.

− Reducir los costos de mantenimiento.

− Mayor vida útil del canal.

− Mayor estabilidad de la sección.

Se considera, entonces, que el revestimiento de las cunetas para vías de primer y segundo orden es

necesario, mientras que para vías de tercer orden es opcional y se debe definir a partir de un análisis

técnico y de costos, dentro del cual se incluya el mantenimiento.

1.9.3 Pocetas o cajas colectoras

Las pocetas o cajas colectoras son un tipo de estructura de entrada de las alcantarillas (Figura 4.8),

que captan las aguas provenientes de cunetas de corte, cunetas en separadores, bajantes o filtros,

permitiendo su cruce bajo la vía, donde desaguan atendiendo los criterios de minimización de

impactos y de socavación en la corriente receptora. Adicionalmente, las cajas colectoras confinan

la vía y dan estabilidad al extremo de la tubería al actuar como contrapeso ante posibles fuerzas de

33

subpresión. En vías de doble calzada, la poceta o caja colectora permite, también, la unión de la

alcantarilla con tuberías aferentes o el cambio de cota entre las tuberías entrante y saliente.

Para el dimensionamiento de una poceta o caja colectora es necesario considerar las dimensiones

y profundidad de la tubería de la alcantarilla, la profundidad del filtro entrante o el tamaño de la

estructura de encole y la facilidad de mantenimiento de la obra.

Figura 4. Caja colectora típica.

34

1.10 Bajantes o alivios

Son estructuras que recogen las aguas de las zanjas de coronación que no se pueden entregar a

corrientes naturales o de cunetas de terraplén y las conducen hacia la parte inferior del talud

(Ilustración 9). Su diseño se realiza como el de una rápida lisa o escalonada y, generalmente,

requiere una obra de disipación de energía.

Figura 5. Bajantes o alivios sobre taludes.

1.11 Cunetas bajo accesos a predios o vías y en zonas suburbanas

1.11.1 Paso de cunetas bajo accesos a predios o intersección de vías

El paso de cunetas bajo vías se debe realizar entubando la cuneta, ya sea mediante una cuneta con

tapa, una tubería circular o un cárcamo con dimensiones tales que permitan su limpieza. Este

cambio de sección implica una transición de entrada y otra de salida, la cual puede consistir en una

caja inspeccionable.

35

Puesto que el empleo de rejillas para el paso vehicular resulta complicado desde el punto de vista

de la durabilidad de las mismas y de mantenimiento ante una gran entrada de sedimentos, la tubería

o cárcamo empleados deben ser recubiertos, lo que implica una profundización de la tubería y una

disminución de la pendiente de la cuneta que continúa hasta su punto de entrega, ya sea en

alcantarilla o al terreno natural . Estos tramos finales de la cuneta con alto caudal y baja pendiente

deben ser, por lo tanto, analizados para evitar desbordamientos sobre la vía.

1.11.2 Descoles: corrientes naturales, pocetas o cajas colectoras

Las zanjas localizadas en el pie de los taludes descolan sus aguas a las corrientes que cruzan bajo

la vía mediante alcantarillas, siguiendo las mismas recomendaciones dadas para el descole de

cunetas.

Por su parte, las zanjas de coronación o contracunetas deben entregar en las corrientes naturales

aguas arriba de su cruce bajo la vía. Dado que la pendiente topográfica se incrementa desde el

borde alto del talud hacia las quebradas, es necesario proveer un mayor desarrollo horizontal a la

zanja para conservar pendientes que no excedan las velocidades permisibles, o emplear estructuras

tipo rápida como las descritas lo anterior. Cuando no es factible la entrega de la zanja de coronación

en una corriente natural, las aguas captadas se deben bajar directamente a la vía mediante una

rápida sobre el talud, ya sea lisa o escalonada, la cual debe entregar a una poceta o caja colectora

con salida mediante alcantarilla bajo la vía.

36

1.12 Diseño de tramos de tubería pvc

1.12.1 Periodo de retorno de la lluvia de diseño

Según el (RAS 2000, 2017), el periodo de retorno de diseño debe determinarse de acuerdo con la

importancia de las áreas y con los daños, perjuicios o molestias que las inundaciones periódicas

puedan ocasionar a los habitantes, tráfico vehicular, comercio, industria, etc. La selección del

periodo de retorno está asociada con las características de protección e importancia del área de

estudio y, por lo tanto, el valor adoptado debe estar justificado de acuerdo a dicho criterio. En la

Tabla 4 se establecen los valores de períodos de retorno de acuerdo con el grado de protección,

con las características del área de drenaje y el tamaño total de dicha área para el sistema o sector

diseñado.

Tabla 2.

Periodo de retorno recomendados según el grado de proteccion del sistema.

Fuente: Ras2000

La frecuencia de las lluvias varía entre 3 años, como mínimo, hasta valores del orden de 100 años.

Para el presente caso se utilizará un periodo de retorno o grado de protección de 5 años, para tramos

37

de alcantarillado con áreas tributarias entre 2 y 10 ha, de acuerdo a lo estipulado en la tabla 4 de

la Norma Técnica RAS2000.

1.12.2 Áreas de drenaje

Se determinan las áreas aferentes trazando las divisorias de cada área aportante del proyecto,

conforme a las líneas de flujo y microcuencas encontradas a partir de las curvas de nivel, obtenidas

por el IGAC. Con base en las curvas de nivel, se realiza un análisis topográfico e hidrológico, que

vincula las pendientes de cada subcuenca, el sentido del flujo de cada punto y los corredores

acumulados para cada sector.

Finalmente, con el fin de establecer una delimitación física para cada colector, se afectan las áreas

producto de las microcuencas, con diagonales o bisectrices que pasan por las manzanas y/o

viviendas y se asignan las respectivas áreas aferentes a cada colector, a continuación, se presentan

las áreas aferentes a cada colector de la red pluvial proyectada.

1.12.3 Diámetro interno mínimo

Según el RAS, numeral 4.3.4, Título D, en las redes de recolección y evacuación de aguas lluvias,

y principalmente en los primeros tramos, la sección circular es la más usual para las tuberías. El

diámetro interno mínimo permitido en redes de sistemas de recolección y evacuación de aguas

lluvias es 215 mm (10”). Sin embargo, en casos especiales, en particular en sistemas con niveles

de complejidad bajo y medio, y con plena justificación por parte del diseñador, puede reducirse en

los tramos iniciales a 170 mm (8”).

38

1.12.4 Velocidad mínima

Según el (RAS 2000, 2017), en el numeral 4.3.6.1, del Título D, en los sistemas de recolección y

evacuación de aguas lluvias, se transportan sólidos que pueden depositarse en las tuberías si el

flujo tiene velocidades bajas. Por lo tanto, debe tenerse una velocidad suficiente para lavar los

sólidos depositados durante los períodos de bajos caudales. Debido a esto se debe establecer una

velocidad mínima como criterio de diseño. La velocidad mínima real permitida en cada tramo es

de 0,75 m/seg para el caudal de diseño, siempre que el diámetro sea menor que 450 mm.

En aquellos tramos con diámetros reales internos inferiores a 450 mm que no cumplan con la

anterior restricción de velocidad, el diseño debe hacerse teniendo en cuenta el comportamiento

autolimpiante del flujo, para lo cual es necesario utilizar un criterio de esfuerzo cortante mínimo.

Este esfuerzo cortante debe ser mayor o igual que 2,5 Pa para el caudal de diseño.

La velocidad mínima se puede calcular según el Ras mediante la ecuación D.4.1:

𝑉 min = √8 𝜏𝑏

𝑝 𝑓

Donde:

V min = Velocidad mínima real a máxima relación de llenado para las condiciones de diseño (m/s)

𝜏𝑏 = Esfuerzo cortante en el fondo de la tubería (2.5 Pa si el diámetro es inferior a 450 mm; 3.0 Pa

si el diámetro es igual o mayor a 450 mm)

p = Densidad del agua residual (kg/m3)

39

f = Factor de fricción en el fondo de la tubería (adimensional)

A su vez el factor de fricción en el fondo de la tubería para este caso está dado por la expresión:

𝑓 = 1

4 [𝑙𝑜𝑔10(𝐾𝑏

3.7𝑑)]

2

Donde:

d = Diámetro real interno de la tubería a probar (mm)

𝐾𝑏 = Mínima rugosidad de la tubería igual que 1,23 mm

1.12.5 Velocidad máxima

Según el (RAS 2000, 2017), en el numeral 4.3.6.2, en el diseño de redes de alcantarillado de aguas

lluvias se debe establecer en forma clara un valor máximo de velocidad permisible en la tubería.

Los valores máximos de velocidad permisible deben quedar plenamente justificados en el diseño,

en términos de las características de los materiales que van a conformar las paredes internas de las

tuberías y de las estructuras de conexión, de las características abrasivas de los sedimentos

movidos por las aguas lluvias y de la turbulencia del flujo.

Desde la etapa de diseño, los valores de velocidad máxima, también deben justificarse teniendo en

cuenta los manuales técnicos de los fabricantes de las tuberías los cuales deben ser aprobados por

la persona prestadora del servicio público o alcantarillado.

En general, se recomienda que la velocidad máxima sea de 5 m/seg, salvo en el caso de las tuberías

plásticas en que dicha velocidad puede ser hasta de 10 m/seg. En el caso de tuberías con

40

recubrimientos internos de un material diferente al que conforma el cuerpo estructural de la tubería,

la velocidad media máxima recomendada es de 5 m/seg. Si el diseñador decide adoptar un mayor

valor, dicho valor debe justificarse técnicamente y debe contar con la aprobación previa por la

persona prestadora del servicio público o alcantarillado.

1.12.6 Pendientes de las tuberías

1.12.7 Profundidad mínima a la cota clave de las tuberías

Según la (Ministerio de Vivienda, 2017) las conexiones domiciliarias y las tuberías de aguas

lluvias deben localizarse por debajo de las tuberías de acueducto. Las tuberías de aguas lluvias

deben localizarse a una profundidad que no interfiera con las conexiones domiciliarias de aguas

residuales al sistema de recolección y evacuación de aguas residuales. En general deben

considerarse las interferencias con otras redes.

1.12.8 Caudal de diseño

Teniendo en cuenta las recomendaciones del (RAS 2000, 2017), última actualización, se utiliza el

método racional para la determinación de los caudales de diseño, al respecto el numeral 4.4.3 del

(RAS 2000, 2017) dice que “el método racional es un método empírico simple que puede utilizarse

para el diseño de sistemas de recolección y evacuación de aguas lluvias que tengan áreas

relativamente pequeñas. El diseñador podrá utilizar este método racional siempre y cuando el área

de la cuenca de drenaje sea menor que 80 Ha. El método racional calcula el caudal pico de aguas

lluvias utilizando la intensidad media del evento de precipitación, con una duración igual al tiempo

de concentración del área de drenaje y un coeficiente de impermeabilidad. El caudal medio a la

salida de esta cuenca pequeña durante un periodo de lluvia uniforme debe incrementarse hasta un

valor máximo que se mantiene constante hasta que se detanga la lluvia”.

41

En el caso del proyecto, objeto de investigación se tiene un área total (equivalente al área del

condominio) de 8 Ha, lo cual cumple con lo establecido en el numeral 4.4.3 del (RAS 2000, 2017).

Según el (RAS 2000, 2017), la expresión que debe utilizarse para el método racional varía de

acuerdo con el sistema de unidades utilizado, en este caso se utilizará la ecuación D.4.20.

Q = C x i x A

Donde:

Q = Caudal pico de aguas lluvias (L/seg)

C = Coeficiente de impermeabilidad definido para cada área tributaria (adimensional)

i = Intensidad de precipitación correspondiente al tiempo de concentración utilizado (L/seg.ha)

A = Área tributaria de drenaje (ha)

1.12.9 Coeficiente de impermeabilidad o escorrentía

El coeficiente de impermeabilidad o escorrentía, C, es según el (RAS 2000, 2017), función del tipo

de suelo del área tributaria, del grado de permeabilidad de la zona, de la pendiente del terreno y de

todos aquellos factores que determinen qué parte de la precipitación se convierte en escorrentía.

(RAS 2000, 2017), también establece que para aquellas áreas de drenaje que incluyan zonas con

diferentes coeficientes de impermeabilidad, el valor del coeficiente de impermeabilidad

representativo para toda el área debe calcularse como el promedio ponderado de los coeficientes

de impermeabilidad individuales para cada sub-área, de acuerdo con la ecuación D.4.22, mostrada

a continuación.

42

𝐶 = (∑ 𝐶 𝑥 𝐴)

∑ 𝐴

Donde:

C = Coeficiente de impermeabilidad o escorrentía (-)

A= Área tributaria de drenaje (ha)

El (RAS 2000, 2017) establece que el diseñador, puede utilizar los valores de la Tabla D.4.7

Tabla 3.

Coeficientes de impermeabilidad

Fuente: Ras2000, numeral 4.4.3.1, título D

Para el caso del proyecto del condominio Caracolí, se definió la siguiente ecuación de acuerdo a

las recomendaciones del (RAS 2000, 2017):

𝐶 = (𝐴𝑝 ∗ 𝐶𝑝) + (𝐴𝑐 − 𝐶𝑐)

𝐴𝑡

Donde:

C = Coeficiente de impermeabilidad o escorrentía (-)

43

Ap = área de los prados (ha)

Ac = área de cubiertas (ha)

At = Área total (ha)

Cp = Coeficiente de escorrentía de prados

Cc = Coeficiente de escorrentía de cubiertas

1.13 Diseño de canales – cunetas

1.13.1 Consideraciones para su proyección

Los canales que se utilizan para conducir las aguas de escorrentía provenientes de las aguas lluvias

deben ser canales abiertos. Los canales no son permitidos para recolección y evacuación de aguas

residuales. En los casos en que sea necesario proyectar un canal cuya sección sea cerrada, debe

cumplirse la condición de flujo a superficie libre. (RAS 2000, 2017)

La sección del canal puede tener cualquier forma, es decir, pueden utilizarse canales prismáticos

o no prismáticos, dependiendo de las consideraciones específicas, siempre y cuando se justifique

su utilización y se usen las ecuaciones hidráulicas adecuadas. En lo posible, los canales deben

diseñarse de tal forma que funcionen como un sistema a gravedad, ajustando las cotas de fondo,

pendientes y secciones respectivas. En caso contrario, deben tomarse las medidas necesarias y

adecuadas para solucionar el problema, siendo estas debidamente justificadas.

1.13.2 Parámetros de diseño

En el caso de los canales que forman parte del sistema de drenaje de aguas lluvias de un municipio,

se deben seguir las siguientes recomendaciones y parámetros de diseño:

44

1. Para canales revestidos en hormigón, la velocidad máxima de flujo debe ser menor o igual que

8 m/s, y si la pendiente es elevada, el canal debe conformar una rápida escalonada, de tal forma

que la energía disminuya a un valor razonable y, en caso necesario, se deberá complementar con

un tanque amortiguador a la llegada, diseñado con el criterio de disipar la energía hasta un nivel

apropiado para ser recibido por el canal de aguas abajo.

2. Los canales revestidos deben diseñarse en forma tal que los colectores marginales descarguen

por encima de las aguas máximas del canal.

3. Siempre deben hacerse las previsiones apropiadas de borde libre. Si eventualmente el canal de

drenaje llegara a funcionar como un conducto cerrado, la profundidad máxima de éste no puede

superar el 90% de la altura del conducto.

4. Las curvas horizontales deben diseñarse teniendo en cuenta las consideraciones apropiadas de

peralte, con las justificaciones para cada caso.

5. La concepción, el trazado y el dimensionamiento del canal deben estar justificadas plenamente

desde la etapa del diseño.

6. Siempre deben tenerse en cuenta las consideraciones correspondientes al efecto o impacto

ambiental del canal.

45

7. En el diseño de los canales debe tenerse en cuenta la existencia de caudales vertidos por otros

canales y tuberías de aguas lluvias existentes o proyectadas dentro del sistema básico de drenaje.

8. Cuando los caudales entreguen el agua a cuerpos naturales de agua, debe tenerse en cuenta la

cota con la que debe llegar el canal para hacer un empalme hidráulico apropiado.

Tabla 4.

Velocidades máximas en canales no revesitods según el material en suspensión (m/s)

Fuente: Ras 2000

Para cumplir con los requisitos de velocidades máximas en el canal de drenaje y cuando las

condiciones topográficas locales del sitio de descarga lo exijan, el canal de drenaje debe diseñarse

en forma escalonada.

1.13.3 Pendientes de los canales

En lo referente a las pendientes de los canales de drenaje de aguas lluvias, el diseñador debe tener

en cuenta los siguientes requisitos:

46

1. La pendiente mínima de diseño debe ser tal que se evite la sedimentación de las partículas

producto del lavado ocasionado por la escorrentía superficial.

2. La pendiente máxima de diseño en los canales de drenaje debe ser aquella para la cual la

velocidad de agua no supere las magnitudes establecidas en la Tabla 4 y en la Tabla D.5

Tabla 5.

Coeficiente de rugosidad de Maninng

Fuente: Ras 2000

En todos los casos, el perfil longitudinal del flujo correspondiente al caudal máximo para el evento

de lluvia de diseño, definido por un período de retorno de mínimo 10 años y máximo de 20 años,

debe calcularse para una condición de flujo gradualmente variado, considerando el control en el

canal natural de entrega, se debe utilizar la ecuación general para el flujo gradualmente variado:

donde:

dy/dx = Cambio de la profundidad de flujo con respecto al eje longitudinal de análisis

(adimensional).

S = Pendiente del fondo de tramo analizado (m/m).

47

Sf = Pendiente de fricción del flujo (m/m).

Fr = Número de Froude promedio de la sección de análisis (adimensional).

Una vez finalizado el diseño, éste debe comprobarse para condiciones de flujo gradualmente

variado o de flujo no permanente correspondientes al evento de la lluvia de diseño. En este último

caso se debe utilizar un programa que incluya las ecuaciones de Saint-Venant.

1.13.4 Transiciones en canales abiertos

En el caso de canales abiertos que necesiten el uso de transiciones para incluir cambios en la

sección transversal, estas deben ser diseñadas teniendo en cuenta las pérdidas de altura en las

uniones y en los cambios de sección. Para esto, deben tenerse en cuenta el tipo de flujo y el cambio

gradual de la sección. En general, las transiciones deben diseñarse para flujo subcrítico y los

cambios en la geometría de la sección transversal deben ser graduales. Las ecuaciones que se

utilicen para el cálculo de las pérdidas deben basarse en el uso de las ecuaciones de conservación

de masa y de momentum lineal. (RAS 2000, 2017)

Los cambios de forma geométrica o tamaño de la sección transversal implican pérdidas de energía

que deben ser tenidas en cuenta durante el análisis de flujo gradualmente variado y de flujo no

permanente, con el fin de calcular la línea de gradiente hidráulico en el canal. Las pérdidas en las

contracciones de los canales abiertos se calculan mediante la siguiente ecuación:

Esta ecuación es válida para v2 > v1, donde:

hc = Pérdida de energía en la contracción (m).

48

v2 = Velocidad en el canal aguas arriba de la contracción (m/s).

v1 = Velocidad en el canal aguas abajo de la contracción (m/s).

g = Aceleración de la gravedad (m/s2).

Por otro lado, las pérdidas en las expansiones de los canales abiertos se calculan mediante la

siguiente ecuación:

Título D • Sistemas de aguas residuales domésticas y aguas lluvias

Esta ecuación es válida para v2 < v1, donde:

hc = Pérdida de energía en la expansión (m).

v2 = Velocidad en el canal aguas arriba de la expansión (m/s).

v1 = Velocidad en el canal aguas abajo de la expansión (m/s).

g = Aceleración de la gravedad (m/s2).

1.14 Diseño de sumideros

Son estructuras para la captación de la escorrentía superficial, que pueden ser diseñadas en forma

lateral o transversal al sentido del flujo, y se localizan en las vías vehiculares o peatonales del

proyecto. Los sumideros son las estructuras diseñadas para recolectar la escorrentía que drena a

través de las calles. Estas estructuras deben ser convenientemente ubicadas y dimensionadas. Los

sumideros tienen cajas o cámaras, las cuales están conectadas a la red de alcantarillado.

49

1.14.1 Consideraciones para su proyección

La capacidad de recolección de aguas lluvias del conjunto de sumideros de un sistema de aguas

lluvias o combinado debe ser consistente con la capacidad de evacuación de la red de tuberías para

garantizar que el caudal de diseño efectivamente llegue a la red de evacuación.

Los sumideros deben ubicarse en los cruces de las vías, de tal manera que intercepten las aguas

antes de las zonas de tránsito de los peatones y en los puntos intermedios bajos. Los siguientes

son algunos criterios para su ubicación:

1. Puntos bajos y depresiones de las calzadas.

2. Reducción de pendiente longitudinal de las calles.

3. Antes de puentes y terraplenes.

4. Preferiblemente antes de los cruces de calles y pasos peatonales.

Captación de sedimentos.

Adicionalmente, para la selección de un tipo particular de sumidero, el diseñador debe tener en

cuenta los costos de construcción, costos de mantenimiento y costos de remplazo de los

mecanismos de limpieza y el tipo de mantenimiento requerido de acuerdo con los mecanismos de

limpieza disponibles o proyectados. Se deben analizar los planos topográficos y de pendientes

longitudinales de las calles para ubicar preliminarmente un determinado número de sumideros, el

cual podrá ser aumentado o reducido mediante el cálculo de caudales que justifiquen la decisión.

50

El procedimiento de diseño establecido en este literal, para calcular la captación de la escorrentía

superficial en las vías, consiste en determinar el espaciamiento entre los sumideros a partir de una

geometría única de los mismos y de su capacidad de captación asociada, del caudal de diseño

y del ancho de inundación permisible en la vía (T) (ver Figura D.7.12).

Figura 6. Esquema sección mojada de del flujo de la cuneta

Con respecto a los valores permisibles del ancho de la superficie del agua en las vías, se debe

seguir lo establecido en la Tabla D.7.7 mostrada a continuación:

Tabla 6.

Valores admisibles de ancho de la superficie libre en la sección transversal de diferentes tipos

de vías.

Fuente: Ras 2000

La capacidad de captación de un sumidero es la cantidad de caudal que es interceptado por éste.

Los caudales que no son interceptados se conocen como caudal desviado, el cual se relaciona con

el caudal captado de acuerdo con la siguiente ecuación:

51

donde:

Qb = Caudal desviado (m³/s).

Qn = Caudal total sobre la cuneta (m³/s).

Qi = Capacidad de intercepción del sumidero (m³/s).

La capacidad de captación de un sumidero es función de la pendiente transversal de la cuneta, la

rugosidad del pavimento, la pendiente longitudinal de la cuneta, el caudal total en la cuneta y la

geometría del sumidero. Por otro lado, la eficiencia del sumidero es función de los mismos factores

y a la vez de su capacidad de captación. Las características anteriores deben calcularse

empíricamente, en caso de que no sean suministradas por el fabricante del sumidero.

La profundidad de flujo en la sección transversal de la cuneta es función de sus características

geométricas y en particular del caudal sobre la misma, tal como se establece en la ecuación

(D.7.16) mostrada a continuación:

donde:

y = Profundidad del agua en la orilla de la sección transversal de la cuneta (m).

Q = Caudal de agua en la cuneta (m3/s).

52

n = Coeficiente de rugosidad de Manning (s/m1/3).

Sx = Pendiente transversal de la sección de flujo (m/m).

S = Pendiente longitudinal de la sección de flujo (m/m).

A su vez, el ancho superficial del flujo en la cuneta (T) está relacionado con la profundidad de

flujo en la siguiente forma en la ecuación (D.7.17):

donde:

T = Ancho de la superficie libre en la sección (m).

y = Profundidad del agua en la orilla de la sección transversal de la cuneta (m).


1.14.2 Clasificación de acuerdo con la forma de captación

De acuerdo con la forma de captación los sumideros pueden clasificarse como:

1. Sumidero de ventana: Consiste en una abertura a manera de ventana colocada sobre la cara

vertical del bordillo de la vía, que puede estar colocada sobre los bordillos de los andenes. Debido

a la localización de este sumidero, también conocido como de captación lateral, es posible colocar

la ventana con una ligera depresión, con el objetivo de aumentar la captación mediante la

acumulación del agua en esta zona de depresión. Su principal ventaja es que, por estar localizado

de manera lateral, no interfiere ni se ve afectado por el tránsito de vehículos. Sin embargo, es

susceptible a taponamiento por sólidos de gran tamaño y sedimentos. La posibilidad de

53

taponamiento puede ser disminuida con la utilización de rejillas en la ventana. Adicionalmente, su

capacidad de captación se ve afectada cuando están localizados en vías con pendientes

longitudinales muy pronunciadas, por lo general mayores al 3%. Su longitud mínima es de 1,5 m

y la depresión debe tener un ancho entre 0,3 y 0,6 m con una pendiente hasta del 8%.

2. Sumidero de rejillas en cunetas: Consiste en una abertura con rejilla colocada sobre el piso de

la cuneta. Su capacidad de captación es óptima cuando las barras de las rejillas son dispuestas de

manera paralela a las líneas de flujo. Sin embargo, cuando la separación entre éstas es mayor a 2,5

cm, se deben colocar de manera oblicua con el objetivo de evitar riesgos a los ciclistas.

En todos los casos, el sumidero debe quedar ubicado en la zona que está entre el bordillo de la vía

y la acera, y entre 2 y 3 cm por debajo de la rasante de la vía. Por estar ubicado sobre el piso de la

cuneta, su capacidad de captación es mayor que la de los sumideros de ventana en vías con

pendientes pronunciadas. Presenta como desventaja principal que puede perder área efectiva de

captación por efecto de acumulación de sedimentos en los espacios entre las barras.

3. Sumideros mixtos: Son sumideros compuestos por una combinación de los dos anteriores,

pretendiendo mejorar la eficiencia del sumidero de ventana y disminuir el área de ocupación de

las vías del sumidero de rejilla. Es recomendable colocarlos en aquellos lugares en donde, por

cuestiones de tráfico, es preferible utilizar uno de ventana, pero cuya eficiencia, debido a la

pendiente de la vía, sería menor al 70%.

4. Sumideros transversales: Los sumideros transversales también se conocen como sumideros de

rejillas en calzadas. Estos consisten en una caja transversal a la vía y a todo lo ancho de ésta,

54

cubierta con rejilla. Su mayor inconveniente es su vulnerabilidad al peso de vehículos y a la

captación de desperdicios y basuras que reducen su área neta de captación de flujo. De igual

manera, los sedimentos reducen su área efectiva.

En la Figura 7 se muestra un esquema de cada uno de los tipos de sumideros mencionados:

Figura 7. Tipos de sumideros de acuerdo a la forma de captación.

(a) sumidero de rejilla en cuneta, (b) sumidero de ventana, (c) sumidero combinado y (d) sumidero

transversal

1.14.3 Parámetros de diseño

Para el diseño de los sumideros, se deben tener en cuenta dos aspectos: el dimensionamiento del

área efectiva de captación y el dimensionamiento de los conductos que conectan estas estructuras

con la red de alcantarillado. Para el primero, se deben conocer las características del flujo de

escorrentía, la zona de aproximación a la estructura y el tipo de rejilla a utilizar. En cuanto al

dimensionamiento de los conductos, el diseño se debe hacer igual al de cualquier tubería del

55

sistema de alcantarillado, teniendo en cuenta que deben tener un diámetro mínimo de 250 mm, una

pendiente mínima de 2% y su longitud no debe ser mayor a 15 m.

Los datos de entrada que deben utilizarse para llevar a cabo el diseño del área de captación de

sumideros son los siguientes:

1. Características del pavimento: rugosidad, sección transversal y geometría longitudinal.

2. Datos de la lluvia de diseño: intensidad, duración y frecuencia de la tormenta de diseño.

3. Pendiente longitudinal: lugares donde existan cambios en la pendiente longitudinal.

4. Características del sumidero: tipo, tamaño y configuración.

5. Caudales adicionales: caudales discretos en aquellos lugares donde existan caudales adicionales

puntuales.

El diseño óptimo se define como aquel para el cual la configuración de las estructuras de captación

drena adecuadamente una sección del pavimento con un costo mínimo. Por consiguiente, los

objetivos del diseño son

1. Minimización del costo del sumidero, el cual incluye el material, los costos de construcción y

los costos de mantenimiento.

2. Sujeción a las leyes físicas que gobiernan la hidráulica del drenaje urbano y las restricciones

que existen sobre el ancho máximo de la lámina de agua permisible sobre el pavimento.

56

Métodos de cálculo

Para el dimensionamiento de los sumideros, el diseñador debe conocer las características del flujo

de escorrentía superficial y el comportamiento hidráulico de la zona de captación. El flujo de

escorrentía puede estimarse mediante la implementación de la ecuación de Manning, o alguna

variación de ésta, sobre el canal conformado por la cuneta o entre el bordillo de la vía y la carpeta

de rodadura de la vía.

El comportamiento hidráulico de la sección de captación depende de las características y

disposición de las rejillas. Existen rejillas estándares cuyo comportamiento hidráulico se describe

mediante ecuaciones empíricas, las cuales se presentan en los siguientes literales.

1.14.4 Cálculo del caudal en la cuneta

Las cunetas son los canales conformados por los bordillos y las calzadas de una vía, que recogen

las aguas de la escorrentía superficial que se transportan a través de ésta. El caudal que conduce

una cuneta puede calcularse utilizando la ecuación (D.7.16) la cual es una variación de la ecuación

de Manning para el flujo uniforme. Reescribiendo dicha ecuación para la cuneta, se establece la

ecuación (D.7.18) mostrada a continuación:

donde:

Q = Caudal en la cuneta (m³/s).

y = Profundidad mayor del agua en la cuneta (m).


57

n = Coeficiente de rugosidad de Manning (s/m1/3).

S = Pendiente longitudinal de la sección de flujo (m/m).

En el diseño se deben considerar incrementos en el coeficiente de rugosidad de Manning con el

fin de tener en cuenta el efecto del flujo lateral en la calle, pues el flujo extendido y poco profundo

y la profundidad transversal variable hacen que éste no sea simétrico y que la distribución de los

esfuerzos cortantes sea irregular. Por consiguiente, el valor del coeficiente de manning en cunetas

con pavimento bien terminado es 0,015.

La suposición de flujo uniforme, subyacente a la ecuación de Manning, en cunetas no es

estrictamente correcta pues se tienen condiciones de flujo espacialmente variado en la medida en

que los caudales se incrementan en la dirección de flujo en la cuneta. Para pendientes

longitudinales del orden del 1%, el error al que se incurre al suponer flujo uniforme es de alrededor

del 3%; sin embargo, este error se incremente en la medida en que la pendiente disminuye, de tal

manera que para pendientes muy suaves la capacidad de la cuneta es notoriamente menor que la

calculada con la ecuación de Manning. En estos casos, el caudal en la cuneta debe calcularse

utilizando un análisis de flujo espacialmente variado. Por otra parte, cuando el flujo en la cuneta

se remansa alrededor del sumidero, la profundidad de flujo en ésta es controlada por las

características de entrada al sumidero en lugar de las características hidráulicas en la cuneta.

En general, las cunetas se deben construir con una pendiente transversal del 2%. Cuando el caudal

acumulado sobre éstas sea del orden de 100 L/s es conveniente colocar una estructura de captación

en dicho punto.

58

1.14.5 Sumideros de rejilla

Cuando los sumideros de rejilla tengan barras paralelas al sentido del flujo (ver Figura D.7.19) el

diseñador debe utilizar el procedimiento explicado en este literal. Todos los coeficientes utilizados

deben determinarse experimentalmente por parte de la persona prestadora del servicio público de

alcantarillado o por el fabricante del sumidero. Teniendo en cuenta la configuración de las rejillas,

el valor del caudal captado por el sumidero es despreciable y la longitud de la rejilla debe

ser mayor que LO. Para calcular el valor de LO se debe hacer uso de la ecuación (D.7.25) mostrada

a continuación:

donde:

LO = Longitud mínima de rejillas (m).

k = Coeficiente que depende de la geometría de la rejilla y de la separación entre barras

(adimensional).

yA = Profundidad del flujo de aproximación al sumidero (m).

VA = Velocidad de aproximación al sumidero (m/s).

g = Aceleración de la gravedad (m/s).

59

Figura 8. Sumidero tipo rejilla

En el caso anterior, el sumidero no capta la totalidad del agua de la cuneta. La longitud requerida

por el sumidero para captar la totalidad del agua que transita por la cuneta, L’, se debe calcular

con la ecuación (D.7.26). Este valor se debe multiplicar por un factor de seguridad igual que 2,

para tener en cuenta la disminución del área efectiva por efecto de los sedimentos.

donde:

L´ = Longitud de sumidero necesaria para captar todo el caudal (m).

q = Ángulo formado entre el bordillo y la carpeta de rodadura (grados).


yA = Profundidad de flujo de aproximación al sumidero (m).

b = Distancia comprendida entre el bordillo y el final de la rejilla (m).

Entonces, se deben calcular los valores de L y L’ con las ecuaciones (D.7.25) y (D.7.26)

seleccionando el mayor de los dos. Si se quiere captar el caudal de la cuneta de forma gradual, a

través de sumideros de rejilla en serie, se debe instalar una longitud L < L’ y el caudal que continúa

60

es igual que Q2 + Q3. Los valores de Q2 + Q3 se deben calculan aplicando las siguientes

ecuaciones:

donde:

Q2 = Caudal que no es captado por el sumidero (m3/s).

Q3 = Caudal que no es captado por el sumidero (m3/s).




L´ = Longitud de sumidero necesaria para captar todo el caudal (m).

L = Longitud del sumidero (m).

d = Separación entre el bordillo del andén y el inicio de la rejilla del sumidero (m).

y´ = Profundidad de flujo que depende de la configuración geométrica de la zona de localización

de la rejilla (m). Se debe calcular mediante la ecuación (D.7.28).

donde:


b = Distancia comprendida entre el bordillo y el final de la rejilla (m).

q = Ángulo formado entre el bordillo y la carpeta de rodadura (grados).

61

Cuando los sumideros de rejillas son colocados en puntos bajos, su capacidad de captación se debe

calcular con la ecuación (D.7.29).

donde:

Q1 = Caudal captado por el sumidero (m3/s)

A = Área efectiva de la rejilla (m2).


yp = profundidad promedio del agua sobre la rejilla (m).

MARCO GEOGRAFICO – DEMOGRAFICO

El condominio Caracolí, se encuentra ubicado en el kilómetro 3 vía del amor de la ciudad de

Villavicencio, del departamento del Meta.

Figura 9.Localización geografica del condominio Parelación Caracolí.

62

Figura 10.Vista aerea Condominio Parcelacióm Caracolí.

El Condominio Parcelación Caracolí, se encuentra localizado al suroeste del municipio de

Villavicencio, en las coordenadas 4005’18’’N, y 73037’53’’O, está ubicado en una zona plana, a

una altura de 414 m sobre el nivel del mar aproximadamente, con un perímetro aproximado de

1220 ml y un área de 80250 m2 (8 Ha, medidos en Google earth). El condominio limita al norte

con el río Ocoa, al sur con el río Negro, al Este con la carretera del Amor, y al Oeste con la

urbanización Charrascal. El material de suelo existente en el condominio corresponde en su

mayoría a aluvial sedimentado geotécnicamente estable, con prácticamente una nula probabilidad

de presentar remociones, deslizamientos o socavaciones, que puedan poner en riesgo la estabilidad

del terreno y comprometer las obras civiles y construcción de viviendas. La temperatura varía

generalmente entre 20°c y 34°c. La única vía de comunicación al condominio Caracolí es la que

desde la calle 1 o avenida Circunvalar se desvía por la carretera del amor, hasta el km 3

aproximadamente, para tomar la ruta hacia la derecha (Oeste) unos 700 metros, encontrando el

condominio Caracolí a mano derecha (Norte).

MARCO CONCEPTUAL (Manual de drenaje para carreteras del Instituto Nacional de Vías,

INVIAS.)

63

− Agua exfiltrada. Agua acumulada en una sección de pavimento que rezuma verticalmente

hacia los estratos de suelo subyacentes.

− Agua freática. Agua presente en el suelo por debajo del nivel freático.

− Agua infiltrada. Agua que ingresa a la corona a través de las bermas, juntas, grietas y otras

discontinuidades del pavimento. Incluye, también, la que fluye lateralmente desde los bordes y

cunetas y canales no revestidos, en particular cuando estos últimos son poco profundos y el

terreno es muy plano

.

− Agua interna. Agua subterránea e infiltrada que afecta la carretera.

− Aluvión. Material no consolidado, transportado y depositado por una corriente en un cauce,

llanuras de inundación o delta.

− Arcilla. Partículas cuyo diámetro es del orden de 0.00024 mm a 0.004 mm.

− Arena. Fragmento de roca, cuyo diámetro es del orden de 0.075 mm a 2.0 mm.

− Base permeable. Capa de base construida con agregados de granulometría abierta,

estabilizados o no, diseñada y construida específicamente para permitir el drenaje subhorizontal

del agua de precipitación o de flujo superficial que se infiltra en la estructura del pavimento

64

− Berma. Franja longitudinal contigua a la calzada que no está destinada al uso de vehículos más

que en circunstancias excepcionales.

− Bombeo. Pendiente transversal en los tramos rectos de la carretera, que tiene por objeto

facilitar el escurrimiento superficial del agua.

− Calzada. Zona de la carretera destinada a la circulación de vehículos.

− Capa permeable de pavimento. Capa de alta permeabilidad cuyo ancho y longitud (en la

dirección del flujo) son mucho mayores que su espesor, la cual puede ser efectiva para controlar

tanto el agua de infiltración como la del nivel freático.

− Capacidad de concentración de agua en una hoya. Capacidad que tiene una hoya de concentrar

agua para producir caudales de creciente.

− Carretera. Infraestructura de transporte suburbana o rural, cuya finalidad es permitir la

circulación de automotores en condiciones de continuidad en el espacio y el tiempo, con niveles

adecuados de seguridad y de comodidad. Puede estar constituida por una o varias calzadas, uno o

varios sentidos de circulación y uno o varios carriles en cada sentido, de acuerdo con las

exigencias de la demanda de tránsito y la clasificación funcional de la misma.

− Carril. Parte de la calzada destinada al tránsito de una sola fila de vehículos.

65

− Cauce aluvial. Cauce totalmente en aluvión, sin roca; su lecho suele ser de tipo granular. En

caudales bajos queda a la vista y puede estar expuesto a procesos erosivos.

− Caudal. Relación entre el volumen de agua y el tiempo producido por una corriente de agua.

− Caudal a cauce lleno. Caudal que, en promedio, llena el cauce hasta el punto de desborde.

− Caudal base. Caudal de escorrentía subterránea.

− Caudal dominante. (a) Descarga de agua, de magnitud y frecuencia suficiente para tener un

efecto dominante en la determinación de las características del tamaño del río, del cauce, y del

lecho. (b) Caudal que determina las dimensiones y características principales de un canal natural.

El caudal dominante formativo depende del caudal máximo y medio, de la duración del flujo y

de la frecuencia de inundaciones.

− Caudal pico. Caudal máximo producido por un cuerpo de agua en un evento de creciente.

− Corona. Es la superficie visible de una carretera, formada por su(s) calzada(s), bermas y sobre

anchos, así como el separador central o mediana, en caso de que este último forme parte de la

sección transversal típica. También se conoce como plataforma.

− Curva de distribución de pendientes en la hoya. Es una curva representativa de la hoya, que

relaciona la pendiente contra la frecuencia de ocurrencia acumulada.

66

− Curva de masas de un aguacero. El registro pluviográfico de un aguacero da como resultado

una curva de masas de precipitación o una curva de lluvias acumuladas o la cantidad de agua que

ha caído desde que se inició el aguacero.

− Curvas intensidad – duración - frecuencia. Curvas que relacionan la intensidad de precipitación

contra la frecuencia (periodo de retorno) y el tiempo de duración de la lluvia.

− Detención superficial. Agua que llega al suelo, que no es infiltrada ni corre como escorrentía

superficial, y que es evaporada.

− Distancia de visibilidad de parada. Distancia necesaria para que el conductor de un vehículo

pueda detenerlo antes de llegar a un obstáculo que aparezca en su trayectoria, al circular a la

velocidad específica del elemento vial en el cual se quiere hacer la verificación.

− Dren. Excavación en forma de zanja, rellena con materiales permeables, cuya función es la

captación de aguas freáticas o de infiltración.

− Dren horizontal. Tubería de poco diámetro con pequeñas perforaciones o ranuras, que se

instala con una ligera inclinación ascendente en un talud de corte o terraplén para drenar aguas

internas y aliviar presiones de poros, lo que trae como consecuencia un incremento en su

estabilidad.

67

− Dren interceptor longitudinal. Dren longitudinal que se instala para cortar la filtración en

taludes o abatir el nivel freático.

− Dren lateral de base. Dren longitudinal que se construye bajo la berma en las secciones en

terraplén, cuya función es recoger las aguas infiltradas en la capa de base permeable, encauzarlas

y conducirlas longitudinalmente hasta un elemento adecuado de desagüe. Se conoce también

como dren colector longitudinal.

− Dren longitudinal. Dren que se coloca en una dirección esencialmente paralela al eje de la

carretera tanto horizontal como verticalmente.

− Dren transversal. Dren subsuperficial que atraviesan la carretera de un lado a otro,

generalmente en sentido perpendicular.

− Dren vertical de arena. Perforación vertical a través de un terreno que se llena con un material

permeable para facilitar la evacuación del agua.

− Drenaje. Remoción natural o artificial del agua superficial y subsuperficial de un área

determinada.

− Escorrentía. Agua que escurre por los terrenos de la hoya hidrográfica superficialmente

(escorrentía superficial) o subterráneamente (escorrentía subterránea).

68

− Escorrentía subterránea. Proceso por el cual el agua se mueve dentro del suelo por debajo del

nivel freático bajo la acción de un gradiente hidráulico.

− Escorrentía superficial. Agua que escurre laminarmente sobre el suelo o sobre depresiones

(canales o corrientes de agua).

− Explanación. Conjunto de las excavaciones y rellenos que requiere la construcción de una vía

hasta alcanzar el nivel de la subrasante.

− Filtración. Movimiento o flujo de un fluido a través de un medio poroso permeable. Para los

fines de este manual, el fluido es el agua y el medio poroso permeable está constituido por los

suelos y rocas naturales y los elementos estructurales del pavimento.

− Grava. Fragmento de roca, cuyo diámetro oscila entre 2 mm a 175 mm.

− Hidrograma de creciente. Es la relación entre el caudal y el tiempo para un evento de creciente

en una hoya hidrográfica.

− Hidroplaneo. Pérdida de contacto con el pavimento de uno o más neumáticos de un vehículo

en movimiento, por la presencia de una lámina de agua sobre la superficie.

69

− Infiltración. Proceso por el cual el agua penetra dentro del suelo. Es un fenómeno que tiene que

ver con las características superficiales del suelo, y la relación entre la capacidad de infiltración

del suelo y la intensidad de precipitación.

− Infiltración neta. Diferencia entre el agua infiltrada y el agua exfiltrada en una sección de

pavimento.

− Intercepción. Agua de precipitación que es detenida antes de llegar al suelo por elementos

como plantas, edificaciones, etc. y luego es

evaporada.

− Limo. Partículas cuyo diámetro es del orden de 0.004 mm a 0.075 mm.

− Llanura de inundación. Tierras bajas aluviales al borde de una corriente, que es sujeta a

frecuentes inundaciones.

− Lluvia neta o efectiva. Es la lluvia que causa escorrentía superficial. Es igual a la lluvia total

menos la intercepción menos la detención superficial y menos la infiltración.

− Macrotextura. Irregularidades de la superficie de un pavimento con dimensiones horizontales

comprendidas entre 0.5 mm y 50 mm y verticales entre 0.2 mm y 10 mm. La macrotextura está

ligada al tamaño de los agregados y a la formulación y puesta en obra de la mezcla o

70

tratamiento superficial. Sus longitudes de onda tienen el mismo orden de magnitud de los

labrados del neumático en la interfaz cubierta-pavimento. La macrotextura es necesaria para una

adecuada resistencia al deslizamiento a alta velocidad.

− Márgenes (a la izquierda o la derecha). (a) Lados de un cauce como se ve en la dirección hacia

aguas abajo. (b) Lados de un cauce entre los que el flujo es normalmente confinado.

− Material del lecho. Material encontrado en y sobre el lecho de una corriente (puede ser

transportado como carga de fondo o en suspensión).

− Mezcla asfáltica discontinua. Mezcla asfáltica en la cual hay ausencia de partículas de

agregado de determinados tamaños, especialmente de arena gruesa.

− Mezcla asfáltica drenante. Mezcla asfáltica de granulometría abierta que se emplea como capa

de rodadura, con el fin de que el agua lluvia que caiga sobre la calzada se evacúe rápidamente

por infiltración.

− Microtextura. Irregularidades superficiales de un pavimento con dimensiones horizontales

comprendidas entre 0 mm y 0.5 mm y verticales entre 0 mm y 0.2 mm. La microtextura está

ligada a las asperezas del agregado grueso, del agregado fino y de la superficie del pavimento en

contacto con los neumáticos. Proporciona una sensación más o menos áspera, pero normalmente

es muy pequeña para ser visible. Su existencia es necesaria para asegurar una buena resistencia al

deslizamiento.

71

− Neumático. Elemento que se aplica a las ruedas de los vehículos, compuesto por una cámara y

una cubierta o sólo por esta última.

− Nivel freático. (a) Nivel de agua dentro del suelo que cumple con la ley hidrostática de

presiones. En otras palabras, se considera un embalse en un medio poroso. (b) Profundidad

dentro del suelo a la cual el agua intersticial se encuentra a la presión atmosférica.

− Número de Reynolds. Número adimensional que se utiliza para caracterizar el movimiento de

un fluido mediante la relación entre la cantidad de flujo y su viscosidad cinemática.

− Obras de drenaje subterráneo. Obras proyectadas para eliminar el exceso de agua del suelo con

el fin de garantizar la estabilidad de la banca y de los taludes de la carretera. Ello se consigue

interceptando los flujos subterráneos y haciendo descender el nivel freático.

− Orientación de la trayectoria de flujo. Ángulo entre la pendiente transversal de la carretera y la

pendiente resultante.

− Pendiente resultante. Pendiente a través de la cual fluye el agua superficial, que se obtiene

como resultado de la combinación de las pendientes transversal y longitudinal de la corona.

72

− Peralte. Inclinación dada al perfil transversal de una carretera en los tramos en curva horizontal

para contrarrestar el efecto de la fuerza centrífuga que actúa sobre un vehículo en movimiento.

También contribuye al escurrimiento del agua lluvia.

− Precipitación. Caída del agua desde la atmósfera al suelo en forma líquida y sólida.

− Profundidad de socavación. Distancia vertical que desciende un cauce por socavación a partir

de un nivel de referencia.

− Registro pluviográfico. Registro de precipitación obtenido por medio de un pluviógrafo

(aparato que registra medidas continuas en el tiempo de precipitación).

− Registro pluviométrico. Registro de precipitación obtenido por medio de un pluviómetro

(aparato que registra medidas discontinuas en el tiempo de precipitación).

− Resistencia al deslizamiento. Capacidad de la superficie de un pavimento, particularmente

cuando está húmeda, para resistir el deslizamiento o resbalamiento de los neumáticos de los

vehículos.

− Sección en corte. Sección transversal correspondiente a una explanación situada bajo la línea

del terreno natural.

73

− Sección en terraplén. Sección transversal correspondiente a una explanación situada en su

totalidad sobre la línea del terreno natural.

− Sección hidrométrica en una corriente de agua. Sección transversal en una corriente de agua en

la cual se llevan a cabo medidas de lecturas de mira y caudal.

− Sección mixta. Aquella sección transversal en la que la explanación corta la línea del terreno

natural. Se conoce también como sección a media ladera.

− Sección transversal. Sección obtenida al cortar la carretera por un plano vertical y normal a la

proyección horizontal del eje longitudinal, en un punto cualquiera del mismo.

− Separador. Franja longitudinal, no destinada a la circulación, colocada paralelamente al eje de

la carretera para separar direcciones opuestas de tránsito (separador central o mediana) o para

separar calzadas destinadas al mismo sentido de tránsito (calzadas laterales).

− Socavación. Erosión del lecho o de las márgenes debido a corrientes de agua; frecuentemente

se considera como localizada (ver socavación local, socavación por contracción y socavación

total).

− Socavación general. Es el descenso del lecho en la sección del río o en el cauce a través de un

puente. Este descenso puede ser uniforme o no uniforme en todo el cauce. Es decir, la

profundidad de la socavación puede ser mayor en algunas partes de la sección transversal.

74

− Socavación local. Remoción del material alrededor de las pilas, estribos, diques y de

terraplenes, causada por una aceleración del flujo y formación de vórtices inducidos por las

obstrucciones al flujo.

− Socavación por agua clara. Socavación en pilas o estribos cuando no ocurre transporte del

material del lecho desde aguas arriba de la sección del puente.

− Socavación por contracción. Socavación en un canal natural o en la sección de un puente, la

cual implica la remoción del material del lecho en el cauce o parte de éste y/o en las márgenes.

Este componente de socavación resulta de una contracción del área de flujo en el puente, que

provoca un aumento en la velocidad y la fuerza cortante en el lecho del puente. La contracción

puede ser causada por un puente o por un estrechamiento natural de la corriente.

− Socavación por lecho móvil. Socavación en un estribo o pila (o la contracción de un cauce),

cuando el material del lecho en el cauce de aguas arriba de la sección del puente se está

transportando con el flujo.

− Socavación total. Corresponde a la suma de la degradación del cauce a largo plazo.

− Subrasante. Capa de suelo preparada para soportar la estructura del pavimento.

75

− Superficie deslizante. Superficie de rodadura propensa al deslizamiento incontrolado de los

neumáticos de los vehículos, en particular cuando se encuentra húmeda. Se conoce también

como superficie resbalosa o resbaladiza.

− Talud. Paramento o superficie inclinada que limita lateralmente un corte o un terraplén.

MARCO LEGAL

RAS 2000, Reglamento Técnico del sector de Agua Potable y Saneamiento Básico para Colombia.

NSR – 10, Reglamento Colombiano de construcción Sismoresistente

Manual de drenaje para carreteras del Instituto Nacional de Vías, INVIAS.

METODOLOGIA

El Condominio Parcelación Caracolí solicito a la Universidad Cooperativa de Colombia

(Villavicencio/ Meta), hacer los estudios necesarios para la elaboración de un sistema capaz de

evacuar la escorrentía superficial en la zona.

Para esto fue necesarios que el Condominio Parcelación Caracolí solicitara por medio de una carta

estos estudios necesarios.

77

De esta forma los estudiantes realizamos los tramites necesarios para realizar el convenio con el

conjunto y poder realizar la practica.

Recolección de información: Esta es una actividad primordial ya que es el punto de partida de la

investigación, se realizó con visitas de campo al condominio Caracolí, reuniones con habitantes,

constructores, tutores. La información que fue tenida en cuenta se basa en parámetros tales como,

Topografía, Hidrología, Población, Geografía, actividad económica, diseños y memorias de

cálculo existentes.

Medición de caudales: Se analizaron datos arrojados por las estaciones de Ica, Unillanos y Sena,

inicialmente se tuvo en cuenta IDEAM, pero la información encontrada no estaba completa y se

procedió a ser descartada.

Diagnóstico ambiental: Se tiene en cuenta el POT de Villavicencio, y la afectación que pueda tener

la construcción de viviendas, vías y en particular las obras de drenaje sobre el medio ambiente,

buscando mitigar los impactos negativos sobre el entorno humano y natural. También se analiza

el componente geo esférico, la contaminación del suelo, por eventuales fisuramientos o

rompimientos de tuberías, reboses de agua y socavaciones que puedan afectar las estructuras

construidas, posible contaminación de aguas subterráneas por filtraciones naturales o producidas

por reboses, socavación o rompimientos de tubería.

78

Figura 11. Fases del proyecto

SOCIALIZACION DEL PROYECTO CON LA COMUNIDAD

Se dio a conocer por parte del grupo de trabajo el proyecto (diseño de obras de drenaje de la

estructura vial para el condominio parcelación caracolí ubicada en el km 3 vía del amor de la

ciudad de Villavicencio).

.

79

RESULTADOS

1.15 Diseño de cuneta 1 para el condominio parcelación caracolí

1.15.1 Análisis hidrológico (calculo del caudal de diseño)

Coeficiente de escorrentía (C): 𝐶 =

(∑ 𝐶 𝑥 𝐴

∑ 𝐴=

(𝐴𝑝 𝑥 𝐶𝑝)+(𝐴𝑐 𝑥 𝐶𝑐)

𝐴𝑡 =

Figura 12. Tramos cunetas

80

Ap = Área de los prados m2 875.00

de

planos

Cp = Coeficiente de escorrentía de prados 0.30

Tabla D.4.7

RAS

Ac = Área de las cubiertas m2 175.00

de

planos

Cc = Coeficiente de escorrentía de cubiertas 0.90

Tabla D.4.7

RAS

At = Área total (aferente) m2 1,050.00

de

planos

C = 0.4

𝐶 =(∑ 𝐶 𝑥 𝐴

∑ 𝐴=


𝐴𝑡 =

Tabla 7.

Coeficientes de impermeabilidad

81

De acuerdo a las estaciones pluviometricas SENA, ICA y Unillanos (datos anexos), se analizó

las intensidades máximas de lluvia desde el año 2010 al 2017, mes a mes, día a día, y se determinó

la máxima intensidad de lluvia.

I = 2.6248E-06 m/seg

Calculo de caudal de diseño

Q = 0.001 m3/seg = 1.00 Lt/seg

1.15.2 Análisis hidráulico

𝑄 = 𝐶 𝑥 𝐼 𝑥 𝐴

Tabla 8.

Periodos de retorno recomendados segun el grado de protección del sistema

82

Diseño de cuneta tipo L

Se seleccionó cuneta triangular

Se asumió un dimensionamiento con base a los parametros del gráfico anterior

Radio hidráulico y velocidades

Material del canal: Concreto 3000 psi - 210 kg/cm2

Figura 13. Cuneta tipo L

Tabla 9.

Velocidades permisibles en canales artificales.

83

veloc máxima = 10 m/seg Valor asumido

veloc minima = 0.6 m/seg Valor asumido

La velocidad mínima según el manual de drenaje para carreteras de INVIAS, para canales de

drenaje de aguas lluvias en ambientes urbanos

Tabla 10.

Coeficiente de rugosidad de manning

Tabla 11.

Valores del coeficiente de rugosidad de Maning para varios materiales

84

n = 0.014 Asumido.

Pendiente longitudinal

S max= 0.5 % 0.005

S min= 0.5 %

Diseño geometrico de la cuneta

Ancho de la cuneta= 0.76

Profundidad de la

cuneta=

0.26

Area mojada (Am)= 0.0988 m2

Z=b/y= 2.923077

Perimetro mojado (Pm)= 1.0632 m

Radio hidráulico (Rh)= 0.092 m

Am = ZY2

2

P𝑚 = 𝑌(√1 + 𝑍2 + 1)

Rh = Am

Pm=

ZY

2(√1 + 𝑍2 + 1)

85

Velocidad de flujo (manning, ecuación D.6.11 RAS)

V = 1.0361 m/seg

OBSERVACIÓN=

CUMPLE, ya que la velocidad máxima de la cuneta se

encuentra entre la velocidad mínima y la máxima

permitida para evitar erosión y sedimentación en la

cuneta diseñada

Caudal de la cuneta (manning, ecuación D.6.12 RAS)

Q =

0.1023

8

m3/seg

Q =

102.37

6

Lt/seg

CUMPLE, ya que el caudal de diseño es inferior al

caudal máximo de la cuneta en un evento de máxima

precipitación, lo cual indica que la cuneta diseñada tiene

la capacidad para evacuar las aguas lluvias que puedan

llegar a la cuneta.

𝑉 = 1

𝑛𝑅ℎ2/3𝑆1/2

Q= 1

𝑛𝐴𝑚 ∗ 𝑅ℎ2/3𝑆1/2

86

1.16 OTRA FORMA DE COMPROBAR EL CUMPLIMIENTO DEL CAUDAL DE LA

CUNETA VS CAUDAL DE DISEÑO

Pendiente transversal Sx=y/b Sx= 0.342

Calculo el caudal hidráulico de acuerdo al dimensionamiento asumido mediante la ecuación

D.7.18 del RAS.

Q= 0.152867085 m3/seg

Q= 152.8670848 Lt/seg

CUMPLE, ya que el caudal de diseño es inferior al caudal máximo de la cuneta en un evento de

máxima precipitación, lo cual indica que la cuneta diseñada tiene la capacidad para evacuar las

aguas lluvias que puedan llegar a la cuneta.

1.17 Diseño de cuneta 2 para el condominio parcelación. caracolí

1.17.1 ANÁLISIS HIDROLÓGICO (CALCULO DEL CAUDAL DE DISEÑO)

Coeficiente de escorrentía (C):

Ap = Área de los prados m2 850.00 de planos

Q= 0.376𝑌8

3⁄ ∗1

𝑛𝑆𝑥∗ √𝑆

𝐶 =(∑ 𝐶 𝑥 𝐴

∑ 𝐴=


𝐴𝑡 =

87


Tabla D.4.7

RAS

Ac = Área de las cubiertas m2 170.00 de planos


Tabla D.4.7

RAS

At = Área total (aferente) m2 1,020.00 de planos

C = 0.4

Intensidad máxima de lluvia

Periodo de retorno Tabla 2.8 Manual de drenaje INVIAS, Tabla D.4.1 RAS

T = 5 años

De acuerdo a las estaciones pluviometricas SENA, ICA y Unillanos (datos anexos), se

analizó las intensidades máximas de lluvia desde el año 2010 al 2017, mes a mes, día a día,

y se determinó la máxima intensidad de lluvia.

I = 2.6248E-06 m/seg


𝐶 =(∑ 𝐶 𝑥 𝐴

∑ 𝐴=


𝐴𝑡 =


88

Q = 0.001 m3/seg = 1.00 Lt/seg

1.17.2 Análisis

hidráulico


Se selecciona cuneta triangular


89

Se asumió un dimensionamiento con base a los parametros del gráfico

anterior



veloc máxima = 10 m/seg

Para evitar erosión Tabla 4.2 Manual

INVIAS

veloc minima = 0.6 m/seg La asumo para evitar sedimentación

La velocidad mínima según el manual de drenaje para carreteras de INVIAS, para canales

de drenaje de aguas lluvias en ambientes urbanos

Coeficiente de rugosidad de manning, según RAS

n = 0.014

Asumo 0.014 según intervalos de las tablas

anteriores.


S max= 0.5 % 0.005

S min= 0.5 %


90

Ancho de la

cuneta=

0.76

Profundidad de la

cuneta=

0.26

Area mojada

(Am)=

0.0988

m2

Z=b/y= 2.923077

Perimetro mojado

(Pm)=

1.0632 m

Radio hidráulico

(Rh)=

0.0929

m


V = 1.03619 m/seg

OBSERVACIÓN=


encuentra entre la velocidad mínima y la máxima permitida

para evitar erosión y sedimentación en la cuneta diseñada


Q = 0.10238 m3/seg

Am = ZY2

2

P𝑚 = 𝑌(√1 + 𝑍2 + 1)

Rh = Am

Pm=

ZY

2(√1 + 𝑍2 + 1)

𝑉 = 1


91

Q = 102.376 Lt/seg

CUMPLE, ya que el caudal de diseño es inferior al caudal

máximo de la cuneta en un evento de máxima precipitación,

lo cual indica que la cuneta diseñada tiene la capacidad para

evacuar las aguas lluvias que puedan llegar a la cuneta.


diseño



D.7.18 del RAS.

Q= 0.152867085 m3/seg

Q= 152.8670848 Lt/seg

CUMPLE, ya que el caudal de diseño es inferior al caudal máximo de la cuneta en un evento

de máxima precipitación, lo cual indica que la cuneta diseñada tiene la capacidad para



Q= 0.376𝑌8

3⁄ ∗1


Q= 1


92





Tabla D.4.7

RAS



Tabla D.4.7

RAS

At = Área total (aferente) m2 276.00 de planos

C = 0.4



T = 5 años

𝐶 =(∑ 𝐶 𝑥 𝐴

∑ 𝐴=


𝐴𝑡 =

𝐶 =(∑ 𝐶 𝑥 𝐴

∑ 𝐴=


𝐴𝑡 =

93




I = 2.6248E-06 m/seg


Q = 0.0003 m3/seg = 0.30 Lt/seg

1.18.2 Análisis

hidráulico



94


Asumió un dimensionamiento con base a los parametros del gráfico

anterior





INVIAS





n = 0.014


anteriores.


S max= 0.5 % 0.005


95

S min= 0.5 %


Ancho de la

cuneta=

0.76

Profundidad de la

cuneta=

0.26

Area mojada

(Am)=

0.0988

m2

Z=b/y= 2.923077

Perimetro mojado

(Pm)=

1.0632 m

Radio hidráulico

(Rh)=

0.0929

m


V = 1.03619 m/seg

OBSERVACIÓN=




Am = ZY2

2

P𝑚 = 𝑌(√1 + 𝑍2 + 1)

Rh = Am

Pm=

ZY

2(√1 + 𝑍2 + 1)

𝑉 = 1


96


Q = 0.10238 m3/seg

Q = 102.376 Lt/seg





1.18.3 Otra forma de comprobar el cumplimiento del caudal de la cuneta vs caudal

de diseño


Calculo el caudal hidráulico de acuerdo al dimensionamiento asumido mediante la

ecuación D.7.18 del RAS.

Q= 0.152867085 m3/seg

Q= 152.8670848 Lt/seg

Q= 0.376𝑌8

3⁄ ∗1


Q= 1


97

CUMPLE, ya que el caudal de diseño es inferior al caudal máximo de la cuneta en un

evento de máxima precipitación, lo cual indica que la cuneta diseñada tiene la capacidad

para evacuar las aguas lluvias que puedan llegar a la cuneta.






Tabla D.4.7

RAS



Tabla D.4.7

RAS

At = Área total (aferente) m2 612.00 de planos

𝐶 =(∑ 𝐶 𝑥 𝐴

∑ 𝐴=


𝐴𝑡 =

𝐶 =(∑ 𝐶 𝑥 𝐴

∑ 𝐴=


𝐴𝑡 =

98

C = 0.4



T = 5 años




I = 2.6248E-06 m/seg


Q = 0.001 m3/seg = 1.00 Lt/seg

1.19.2 Análisis

hidráulico



99



anterior





INVIAS


100





n = 0.014


anteriores.


S max= 0.5 % 0.005

S min= 0.5 %


Ancho de la

cuneta=

0.76

Profundidad de la

cuneta=

0.26

Area mojada

(Am)=

0.0988

m2

Z=b/y= 2.923077

Perimetro mojado

(Pm)=

1.0632 m

Am = ZY2

2

P𝑚 = 𝑌(√1 + 𝑍2 + 1)

101

Radio hidráulico

(Rh)=

0.0929

m


V = 1.03619 m/seg

OBSERVACIÓN=





Q = 0.10238 m3/seg

Q = 102.376 Lt/seg





Rh = Am

Pm=

ZY

2(√1 + 𝑍2 + 1)

𝑉 = 1


Q= 1


102

1.19.3 .Otra forma de comprobar el cumplimiento del caudal de la cuneta vs caudal

de diseño


Calculo el caudal hidráulico de acuerdo al dimensionamiento asumido mediante la

ecuación D.7.18 del RAS.

Q= 0.152867085 m3/seg

Q= 152.8670848 Lt/seg

CUMPLE, ya que el caudal de diseño es inferior al caudal máximo de la cuneta en un

evento de máxima precipitación, lo cual indica que la cuneta diseñada tiene la capacidad

para evacuar las aguas lluvias que puedan llegar a la cuneta.

1.19.4 .Diseño de cuneta 5 para el condominio parcelas caracolí



Ap = Área de los prados m2 1,050.00 de planos

Q= 0.376𝑌8

3⁄ ∗1


𝐶 =(∑ 𝐶 𝑥 𝐴

∑ 𝐴=


𝐴𝑡 =

103


Tabla D.4.7

RAS



Tabla D.4.7

RAS


C = 0.4



T = 5 años




I = 2.6248E-06 m/seg


𝐶 =(∑ 𝐶 𝑥 𝐴

∑ 𝐴=


𝐴𝑡 =


104

Q = 0.001 m3/seg = 1.00 Lt/seg

ANÁLISIS HIDRÁULICO

Cuneta tipo L



anterior



105




INVIAS





n = 0.014


anteriores.


S max= 0.5 % 0.005

S min= 0.5 %


Ancho de la

cuneta=

0.76

Profundidad de la

cuneta=

0.26

106

Area mojada

(Am)=

0.0988

m2

Z=b/y= 2.923077

Perimetro mojado

(Pm)=

1.0632 m

Radio hidráulico

(Rh)=

0.0929

m


V = 1.03619 m/seg

OBSERVACIÓN=





Q = 0.10238 m3/seg

Am = ZY2

2

P𝑚 = 𝑌(√1 + 𝑍2 + 1)

Rh = Am

Pm=

ZY

2(√1 + 𝑍2 + 1)

𝑉 = 1


Q= 1


107

Q = 102.376 Lt/seg





OTRA FORMA DE COMPROBAR EL CUMPLIMIENTO DEL CAUDAL DE LA

CUNETA VS CAUDAL DE DISEÑO



D.7.18 del RAS.

Q= 0.152867085 m3/seg

Q= 152.8670848 Lt/seg






Q= 0.376𝑌8

3⁄ ∗1


𝐶 =(∑ 𝐶 𝑥 𝐴

∑ 𝐴=


𝐴𝑡 =

108




Tabla D.4.7

RAS



Tabla D.4.7

RAS


C = 0.4



T = 5 años




𝐶 =(∑ 𝐶 𝑥 𝐴

∑ 𝐴=


𝐴𝑡 =

109

I = 2.6248E-06 m/seg


Q = 0.001 m3/seg = 1.00 Lt/seg

1.20.2 Análisis

hidráulico




110



anterior





INVIAS





n = 0.014


anteriores.


S max= 0.5 % 0.005

S min= 0.5 %

111


Ancho de la

cuneta=

0.76

Profundidad de la

cuneta=

0.26

Area mojada

(Am)=

0.0988

m2

Z=b/y= 2.923077

Perimetro mojado

(Pm)=

1.0632 m

Radio hidráulico

(Rh)=

0.0929

m


V = 1.03619 m/seg

OBSERVACIÓN=





Am = ZY2

2

P𝑚 = 𝑌(√1 + 𝑍2 + 1)

Rh = Am

Pm=

ZY

2(√1 + 𝑍2 + 1)

𝑉 = 1


112

Q = 0.10238 m3/seg

Q = 102.376 Lt/seg






diseño



D.7.18 del RAS.

Q= 0.152867085 m3/seg

Q= 152.8670848 Lt/seg




Q= 0.376𝑌8

3⁄ ∗1


Q= 1


113

1.21 Diseño de sumideros para el condominio parcelación caracolí

Calculo el caudal hidráulico mediante la ecuación D.7.18 del RAS.

Q= 0.153

m3/se

g

Q= 153 Lt/seg

Q= 0.376𝑌8

3⁄ ∗1


Figura 19. Tramos cunetas.

114

Dimensionamiento del sumidero

ancho= 1 m profundidad YA = 1 m VA= 1.036

Longitud del sumidero

115

K= 3

Lo=

0.9924

9

m

± 1.00 m

CONCLUSIONES

Se diseño el sistema hidráulico de drenajes de la estructura vial , para la evacuación de

escorrentía superficial del Condominio Parcelación Caracolí de la ciudad de

Villavicencio.

Se efecto el respectivo levantamiento topográfico del Condominio Parcelación Caracolí.

Se recopilo la información climatológica de la zona, proporcionada por las estaciones

ICA, Unillanos, Sena y con base a esta información, diseñar un sistema hidráulico,

geométrico y estructural de las obras de drenaje de la estructura vial del Condominio

Parcelación Caracolí.

BIBLIOGRAFIA

(RAS 2000, 2017). Sistemas de recolección y evacuación de aguas residuales domésticas y

pluviales. Sección II Título E. 2000. 17p.

116

(INVIAS, 2014) República de Colombia, Ministerio de Transporte, Subdirección de apoyo

técnico. 2009. P538.

Grisales, J. C. (2013). Diseño Geometrico de Carreteras. Bogota: Ecoe ediciones.

Hugo Rondon & Fredy Reyes. (2015). Pavimentos Materiales , construccion y diseño. Bogotá:

ECOE Ediciones.

INVIAS, i. n. (2012). NORMAS Y ESPECIFICACIONES TECNICAS. INVIAS.

Pabón, Londoño Naranjo & Alvarez. (2008). Manual de diseño de pavimentos de concreto.

medellin.

ANEXOS

PRACTICA SOCIAL, EMPRESARIAL Y SOLIDARIA PRESENTADO POR

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