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E.P.INGENIERA CIVIL
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NDICE
Contenido
Captulo 1 CONSIDERACIONES GENERALES Y ELEMENTOS DE DRENAJE EN
CARRETERAS:.......................................................................................................................... 4
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DEDICATORIA
A todos los que recorren los dificiles
caminos en la produccin de
conocimientos.
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PRESENTACIN
Las caractersticas geogrficas, hidrolgicas, geolgicas y geotcnicas de
nuestro pas dan lugar a la existencia de problemas complejos en materia de
drenaje superficial y subterrneo aplicado a carreteras; debido al carcter muy
aleatorio de las mltiples variables (hidrolgico-hidrulico, geolgico-
geotcnico) de anlisis que entran en juego, aspectos hidrulicos que an no
estn totalmente investigados en nuestro pas; el planteamiento de las
soluciones respectivas, obviamente estarn afectados por niveles de
incertidumbres y riesgos inherentes a cada proyecto.
A continuacin presento el trabajo titulado ELEMENTOS DE DRENAJE
SUPERFICIAL EN CARRETERAS, en cuyo primer captulo menciona las
consideraciones generales y elementos de drenaje superfial en carreteras.
Quiero agradecer de antemano a todas aquellas personas que hicieron posible
la culminacin de este trabajo y tambin solicitar disculpas por errores que sehubieran cometido ya que escapan de la responsabilidad del autor.
El Estudiante
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ELEMENTOS DE DRENAJE SUPERFICIAL EN
CARRETERAS
Captulo 1 CONSIDERACIONES GENERALES Y ELEMENTOS
DE DRENAJE EN CARRETERAS:
1. DRENAJE SUPERFICIAL:
1.1 DRENAJE TRANVERSAL EN LA CARRETERA:
1.1.1 Aspectos generales: El Estudio de Hidrulica y Drenaje se
recomienda iniciarse despus de aprobado el proyecto de Diseo
Geomtrico, y es de actividad obligatoria la inspeccin insitu del
drenaje natural.
El drenaje transversal de la carretera tiene como objetivo evacuar
adecuadamente el agua superficial que intercepta su
infraestructura, la cual discurre por cauces naturales o artificiales,
en forma permanente o transitoria, a fin de garantizar su
estabilidad y permanencia.
El elemento bsico del drenaje transversal se denomina
alcantarilla, considerada como una estructura menor, su densidad
a lo largo de la carretera resulta importante e incide en los costos,
por ello, se debe dar especial atencin a su diseo.
Las otras estructuras que forman parte del drenaje transversal es
el badn y el puente, siendo ste ltimo de gran importancia, cuyo
estudio hidrolgico e hidrulico que permite concebir su diseo,
tiene caractersticas particulares.
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El objetivo principal en el diseo hidrulico de una obra de drenaje
transversal es determinar la seccin hidrulica ms adecuada que
permita el paso libre del flujo lquido y flujo slido que
eventualmente transportan los cursos naturales y conducirlos
adecuadamente, sin causar dao a la carretera y a la propiedad
adyacente.
1.1.2 Premisas para el estudio :
a) Caractersticas topogrficas: Para el caso de obras de cruce
menores (alcantarillas), el levantamiento topogrfico realizado
para la carretera, deber cubrir aquellos sectores donde se
emplazarn dichas obras, de tal manera que permita definir el
perfil longitudinal del cauce tanto aguas arriba y aguas abajo dela seccin de cruce. En el caso de obras de cruce mayores como
puentes, la amplitud que deber abarcar el levantamiento
topogrfico.
b) Estudio de cuencas hidrogrficas:Se refiere a la identificacin
de las cuencas hidrogrficas que interceptan el alineamiento de
la carretera, con el objetivo de establecer los caudales de diseo
y efectos de las crecidas. Se deber indicar la superficie,
pendiente y longitud del cauce principal, forma, relieve, tipo de
cobertura vegetal, calidad y uso de suelos, asimismo; los cambios
que han sido realizados por el hombre, tales como embalses u
otras obras de cruce que pueden alterar significativamente las
caractersticas
del flujo.
c) Caractersticas del cauce: Se refiere a las caractersticas del
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lecho, tales como forma, tipo de suelo, tipo de cobertura vegetal,
tipo de material de arrastre, slidos flotantes, fenmenos de
geodinmica externa y otros factores que inciden en el tamao y
durabilidad de la obra de cruce.
d) Datos de crecidas:Como informacin adicional se analizarn y
evaluarn las marcas dejadas por crecidas o eventos anteriores.
Adicionalmente, se recopilar la informacin proporcionada por
lugareos, con la finalidad de contar con informacin adicional decampo.
1.2 ELEMENTOS DE DRENAJE TRANSVERSAL EN LA CARRETERA:
1.2.1 ALCANTARILLAS:
1.2.1.1 Aspectos generales: Se define como alcantarilla a la estructura
cuya luz sea menor a 6.0 m y su funcin es evacuar el flujo
superficial proveniente de cursos naturales o artificiales que
interceptan la carretera.
La densidad de alcantarillas en un proyecto vial influye
directamente en los costos de construccin y de mantenimiento,
por ello, es muy importante tener en cuenta la adecuada eleccin
de su ubicacin, alineamiento y pendiente, a fin de garantizar el
paso libre del flujo que intercepta la carretera, sin que afecte su
estabilidad.
La ubicacin ptima de las alcantarillas depende de su
alineamiento y pendiente, la cual se logra proyectando dicha
estructura siguiendo la alineacin y pendiente del cauce natural.
Sin embargo, se debe tomar en cuenta que el incremento y
disminucin de la pendiente influye en la variacin de la velocidad
de flujo, que a su vez incide
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en la capacidad de transporte de materiales en suspensin y
arrastre de fondo.
En la proyeccin e instalacin de alcantarillas el aspecto tcnico
debe prevalecer sobre el aspecto econmico, es decir que no
pueden sacrificarse ciertas caractersticas hidrulicas slo con el
objetivo de reducir los costos. Sin embargo, es recomendable que
la ubicacin, alineamiento y pendiente que se elija para cada caso,
estar sujeta al buen juicio del especialista, quien deber estudiar
los aspectos hidrolgicos, hidrulicos, estructurales y fenmenos
de geodinmica externa de origen hdrico, para obtener finalmente
la solucin ms adecuada compatible con los costos, operatividad,
servicialidad y seguridad de la carretera.
Alcantarilla Metlica en un Afirmado concluido
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1.2.1.2 Ubicacin en planta: La ubicacin en planta ideal es la que sigue
la direccin de la corriente, sin embargo, segn requerimiento del
Proyecto la ubicacin natural puede desplazarse, lo cual implica el
Alcantarillas Metlicas
Alcantarillas a cielo abierto
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acondicionamiento del cauce, a la entrada y salida con la
construccin de obras de encauzamiento u otras obras
complementarias.1.2.1.3 Pendiente longitudinal: La pendiente longitudinal de la
alcantarilla debe ser tal que no altere desmesuradamente los
procesos geomorfolgicos, como la erosin y sedimentacin, por
ello, los cambios de pendiente deben ser estudiados en forma
cuidadosa,
para no incidir en dichos procesos que pueden provocar el colapsode la estructura.
1.2.1.4 Eleccin del tipo de alcantarilla:
a) Tipo y seccin: Los tipos de alcantarillas comnmente
utilizadas en proyectos de carreteras en nuestro pas son;
marco de concreto, tuberas metlicas corrugadas, tuberas
de concreto y tuberas de polietileno de alta densidad.
Las secciones mas usuales son circulares, rectangulares y
cuadradas. En ocasiones especiales que as lo ameriten
puede usarse alcantarillas de secciones parablicas y
abovedadas.
En carreteras de alto volumen de trnsito y por necesidad
de limpieza y mantenimiento de las alcantarillas, se
adoptar una seccin mnima circular de 0.90 m de
dimetro o su equivalente de otra seccin, salvo en cruces
de canales de riego donde se adoptarn secciones de
acuerdo a cada diseo particular.
Las alcantarillas tipo marco de concreto de seccin
rectangular o cuadrada pueden ubicarse a niveles que se
requiera, como colocarse de tal manera que el nivel de la
rasante coincida con el nivel superior de la losa o debajo
del terrapln. Generalmente, se recomienda emplear este
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tipo de alcantarillas cuando se tiene la presencia de suelos
de fundacin de mala calidad.
Es importante instalar alcantarillas permanentes con un
tamao lo suficientemente grande como para desalojar las
avenidas de diseo ms los escombros que se puedan
anticipar.
En cauces naturales que presentan caudales de diseo
importantes donde la rasante no permite el emplazamiento
de una alcantarilla de dimensin considerable, se suelen
colocar alcantarillas mltiples, sin embargo, este diseo
debe tener en cuenta la capacidad de arrastre del curso
natural (palizada, troncos y material de cauce) y su
pendiente longitudinal para evitar obstrucciones,
recomendndose utilizar obras con mayor seccin
transversal libre, sin subdivisiones
En el caso del proceso constructivo de tuberas para
alcantarillas mltiples, se recomienda que la separacin de
los tubos, medida entre las superficies externas, deber ser
tal que facilite la compactacin del material de relleno igual
a la mitad del dimetro de la tubera con un mximo de 1.0
m y 0.4 m como mnimo.
b) Materiales:La eleccin del tipo de material de la alcantarilla
depende de varios aspectos, entre ellos podemos
mencionar el tiempo de vida til, costo, resistencia,
rugosidad, condiciones del terreno, resistencia a la
corrosin, abrasin, fuego e impermeabilidad. En
conclusin no es posible dar una regla general para la
eleccin del tipo de material a emplear en la construccin
de la alcantarilla, sino que adems de los aspectos
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mencionados anteriormente depende del tipo de suelo, del
agua y principalmente de la disponibilidad de materiales en
el lugar.
1.2.2 BADENES: Las estructuras tipo badn son soluciones efectivas
cuando el nivel de la rasante de la carretera coincide con el nivel de
fondo del cauce del curso natural que intercepta su alineamiento,
porque permite dejar pasar flujo de slidos espordicamente que se
presentan con mayor intensidad durante perodos lluviosos y donde
no ha sido posible la proyeccin de una alcantarilla o puente.
Los materiales comnmente usados en la construccin de badenes
son la piedra y el concreto, pueden construirse badenes de piedra
acomodada y concreto que forman parte de la superficie de rodadura
de la carretera y tambin con paos de losas de concreto armado.
Los badenes con superficie de rodadura de paos de concreto se
recomiendan en carreteras de primer orden, sin embargo, queda a
criterio del especialista el tipo de material a usar para cada caso en
particular, lo cual est directamente relacionado con el tipo de material
que transporta el curso natural.
Se recomienda evitar la colocacin de badenes sobre depsitos de
suelos finos susceptibles de ser afectados por procesos de
socavacin y asentamientos.
El diseo de badenes debe contemplar necesariamente la
construccin de obras de proteccin contra la socavacin y uas de
cimentacin en la entrada y salida, as como tambin losas de
aproximacin en la entrada y salida del badn.
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Dependiendo del tipo de material de arrastre que transporte el curso
natural donde se ubicar el badn, se pueden adoptar diseos mixtos,
es decir badnalcantarilla, que permitan evacuar flujos menores en
pocas de estiaje y a su vez flujos de materiales slidos en perodos
extraordinarios, sin embargo, estos diseos deben ser estudiados
minuciosamente para poder ser empleados, mediante un estudio
integral de la cuenca que drenar el badn, ya que el material
transportado puede originar represamientos, poniendo en riesgo su
estabilidad y permanencia.
1.3 ELEMENTOS DE DRENAJE LONGITUDINAL EN LA CARRETERA:
El agua que fluye a lo largo de la superficie de la plataforma, tanto de la
propia carretera como de lo aportado por los taludes superiores
adyacentes, debe ser encauzada y evacuada de tal forma que no se
produzcan daos a la carretera ni afecte su transitabilidad.
Para evitar el impacto negativo de la presencia del agua, en la
estabilidad, durabilidad y transitabilidad, en esta seccin se considerar
los distintos tipos de obras necesarios para captar y eliminar las aguasque se acumulan en la plataforma de la carretera, las que pueden
provenir de las precipitaciones pluviales y/o de los terrenos adyacentes.
1.3.1 CUNETAS: Las cunetas son zanjas longitudinales revestidas o sin
revestir abiertas en el terreno, ubicadas a ambos lados o a un solo
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lado de la carretera, con el objeto de captar, conducir y evacuar
adecuadamente los flujos del agua superficial.
Se proyectarn para todos los tramos al pie de los taludes de corte,
longitudinalmente paralela y adyacente a la calzada del camino y
sern de concreto vaciadas en el sitio, prefabricados o de otro material
resistente a la erosin.
Sern del tipo triangular, trapezoidal o rectangular, siendo
preferentemente de seccin triangular, donde el ancho es medido
desde el borde de la rasante hasta la vertical que pasa por el vrtice
inferior. La profundidad es medida verticalmente desde el nivel del
borde de la rasante al fondo o vrtice de la cuneta.
Seccin tpica de cuneta triangular
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Cuneta revestido con concreto
Cuneta lateral trapecial de concreto
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1.3.2 ZANJAS DE CORONACIN: Las cunetas o zanjas de coronacin
son canales que se construyen en la parte superior de los taludes de
corte, para recoger las aguas que bajan por las pendientes naturales
y conducirlas hacia la quebrada o descarga ms prxima del sistema
general de drenaje, evitando de este modo la erosin del terreno,
especialmente en zonas de pendiente pronunciada.
Tipos de cunetas
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Normalmente son de forma rectangular, pero tambin pueden ser
trapezoidales, si se requiere un mayor tamao.
Es importante sembrar especies naturales a ambos lados de la cuneta
(pastos, ichu, maleza, races, rboles, etc); o ramas cortadas
amarradas entre s en forma de estructuras alargadas, las cuales se
Zanja de Coronacin
Zanjas de Corona
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entierran o se colocan como estacas siguiendo el contorno de un
talud), para evitar que el agua erosione bajo la cuneta y sta se
obstruya con sedimentos.
Si la pendiente es mayor que 2%, es necesario que el canal tenga
recubrimiento de concreto simple o enrocado, teniendo en cuenta
adems del rea mojada y la rugosidad del canal. Para pendientes
mayores, las zanjas deben ser escalonadas con emboquillado de
piedra bajo la cada.
1.3.3 ZANJAS DE DRENAJE: Las zanjas de drenaje son canales que se
construyen en la parte inferior de los taludes de relleno en forma
longitudinal lateral o transversal al alineamiento de la carretera, para
recoger las aguas que bajan por el talud y terrenos adyacentes para
conducirlas hacia la quebrada o descarga ms prxima del sistema
general de drenaje, evitando de este modo la erosin del terreno.
Normalmente son de forma rectangular, pero tambin pueden ser
trapezoidales, si se requiere una mayor dimensin.
Zan as de drena e
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1.3.4 BORDILLOS:Un sistema de drenaje superficial de una va diseado
adecuadamente debe interceptar con efectividad todo el
escurrimiento directo superficial y de la cuenca, para conducirla a
travs de canales y cunetas que tengan el diseo adecuado para su
descarga final en los cursos de agua naturales.
En zonas bajas o con depresiones en su topografa, hay
acumulaciones de aguas que pueden deberse a diferentes causas:
por precipitaciones copiosas, por escurrimiento superficial o por
elevacin de la napa fretica causada por riego o crecida de un ro
cercano, por tanto para captar y evacuar estas aguas acumuladas, se
proyectarn diferentes canales en red de drenaje, dentro del rea que
presenta estos problemas.
Esta red de drenaje est compuesta por:
a) Canales principales, que son los drenes o cauces
naturales, los cuales se amplan en funcin del caudal a
evacuar.
b) Canales secundarios, se proyectan para ampliar la red, y
estn conectados con los canales principales.
c) Canales terciarios, son los canales colectores, estos
recogen el agua del rea a evacuar y los trasladan hacia loscanales secundarios.
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CONCLUSIONES
Los elementos de drenaje u obras de arte en proyectos de
carreteras son muy importantes ya que su funcin principal es
disminuir la infiltracin y erosion y asegurar la vida util de los
proyectos viales.
Las alcantarillas no son adecuadas cuando el caudal de los pequeos
riachuelos son demasiados.
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SUGERENCIAS
Se sugiere incorporar obras de drenaje superficial y subterrneo
en todos los proyectos de obras viales para asegurar la vida util
de los mismos.
Analizar el material y pendiente de los taludes y seleccionar
adecuadamente el tipo de obra de drenaje supercial a utilizar.
Se sugiere utilizar badenes cuando se require evacuar caudales
moderados en sentido transverzal.
Las cunetas son recomendables cuando se require evacuar
caudales pequeos en sentido longitudinal.
Se recomienda revestir con concreto las cunetas cuando el
terreno presenta permeabilidad alta.