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CivilCAD2000. Manual del Usuario. Módulo de Drenaje 1 CivilCAD2000 MANUAL DEL USUARIO MÓDULO DE DRENAJE Versión 2.0 El presente documento es propiedad intelectual de CivilCAD Consultores, S.L. Queda totalmente prohibida su reproducción total o parcial, su tratamiento informático o la transmisión del mismo por cualquier medio electrónico, mecánico u otros métodos sin el permiso previo y por escrito de CivilCAD Consultores, S.L. Barcelona, abril de 2010

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CivilCAD2000

MANUAL DEL USUARIO

MÓDULO DE DRENAJE

Versión 2.0

El presente documento es propiedad intelectual de CivilCAD Consultores, S.L. Queda

totalmente prohibida su reproducción total o parcial, su tratamiento informático o la

transmisión del mismo por cualquier medio electrónico, mecánico u otros métodos sin el

permiso previo y por escrito de CivilCAD Consultores, S.L.

Barcelona, abril de 2010

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MÓDULO DE DRENAJE

El objetivo de este capítulo es exponer el funcionamiento del módulo que permite

proyectar el drenaje longitudinal de un tramo de carretera.

A lo largo de este capítulo se abordan las temáticas siguientes:

1 ALCANCE DEL MODULO

2 ESTRUCTURA DEL MODULO

3 ENTRADA DE DATOS

4 CÁLCULOS REALIZADOS

5 SALIDA DE RESULTADOS

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1 ALCANCE DEL MÓDULO

CivilCAD2000, dentro de este módulo, ofrece al usuario la posibilidad de proyectar

la red de drenaje longitudinal de una carretera definiendo los elementos básicos que la

componen y realizando los cálculos de capacidad de desagüe de cunetas, colectores y

bajantes según la fórmula de Manning - Strickler.

La red de drenaje longitudinal puede definirse con un número ilimitado de

elementos de drenaje (nodos, cunetas, colectores y bajantes) y, de igual modo, puede

asignarse un número ilimitado de aportaciones de caudal a los distintos elementos.

El programa ofrece una completa biblioteca de elementos de drenaje, modificable y

ampliable por el usuario.

Es importante señalar la flexibilidad de uso que presenta este módulo, ya que ofrece

la posibilidad de añadir, eliminar o modificar, en cualquier momento, cualquiera de los

elementos que configuran la red de drenaje.

Además, el módulo se ha estructurado de acuerdo con la metodología de trabajo que

sigue habitualmente el proyectista, dotándolo de un enfoque eminentemente práctico.

El objetivo final de este módulo es generar los planos de plantas y detalles del

drenaje longitudinal, obtener una memoria de cálculo que justifique un correcto

funcionamiento de la red y desarrollar un listado de medición y presupuesto de ejecución

de la obra.

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2 ESTRUCTURA DEL MODULO

Al módulo de Drenaje se accede al seleccionar la orden " Proyecto - Drenaje" del

menú principal del programa o bien pinchando el botón correspondiente de la Barra de

Proyectos. Al hacerlo, se abre la ventana de proyecto que permite activar las órdenes de

dicho módulo.

Estas órdenes están estructuradas según el siguiente esquema:

Figura 1: La ventana del proyecto de drenaje.

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2.1 Ordenes de proyecto.

Permiten abrir o guardar un proyecto o crear uno nuevo. La extensión de los

archivos será del tipo “*.dre”

2.2 Ordenes de entrada de datos.

Se trata de la Entrada de datos para la definición de la red de drenaje.

Permiten abrir y modificar los diálogos de definición de los nodos, cunetas,

colectores, bajantes y aportaciones.

2.3 Ordenes de cálculo.

Muestra el diálogo que permite obtener los resultados de las comprobaciones de los

elementos de la red de drenaje, así como los de la biblioteca de “Elementos de drenaje”.

2.4 Ordenes de salida.

Se utilizan para obtener la memoria, el listado de mediciones, las figuras de

definición geométrica de la red y los cuadros de resultados

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3 ENTRADA DE DATOS

El usuario debe definir la red de drenaje a ser calculada. La red está constituida por

una serie de nodos conectados mediante un conjunto de cunetas, colectores y bajantes por

los que circula el agua. Por tanto, una cuneta, colector o bajante se definen a través de sus

nodos inicial y final y, opcionalmente, un recorrido no recto. En la figura 2 se presenta un

ejemplo de un tramo de red de drenaje.

Figura 2: Ejemplo de utilización de los elementos de drenaje.

Cualquier elemento de la red de drenaje puede ser caracterizado físicamente

asociándole un tipo de los disponibles en la biblioteca del programa.

Si a un elemento no se le asocia tipo alguno, CivilCAD2000 lo toma como ya

existente en el terreno y no lo representa en los planos ni lo incluye en la medición, aunque

considera su presencia al analizar el flujo del agua.

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La entrada de datos del módulo de drenaje se ha estructurado en los siguientes

apartados:

1. Definición de los Nodos

2. Definición de las Cunetas

3. Definición de los Colectores

4. Definición de las Bajantes

5. Definición de las Aportaciones y la Lluvia de Cálculo

Los subapartados siguientes describen los contenidos de los cuadros de diálogo

relativos a la entrada de datos, así como aspectos complementarios relacionados con la

forma de entrar los datos y con las facilidades y utilidades del programa hábiles con ese fin.

3.1 Definición de los Nodos

El programa CivilCAD2000 utiliza la expresión nodo de forma muy amplia,

abarcando tanto elementos físicos como son un pozo, una boquilla o una conexión, como

cualquier punto geométrico indicativo de principio o fin de un elemento de drenaje. Así,

por ejemplo, el inicio de una cuneta deberá necesariamente coincidir con un nodo aunque

físicamente no haya nada en dicho punto. Para casos como éste CivilCAD2000 permite

utilizar el tipo de nodo denominado punto geométrico.

En el diálogo de “Nodos”, el programa permite añadir y eliminar el número deseado

de los mismos.

Para cada uno de los nodos se deben definir los siguientes parámetros:

Coordenadas x e (posición en planta).

Cota inferior (z inf).

Cota superior (z sup).

Tipo de nodo (según los elementos de drenaje disponibles de la biblioteca).

Clase de nodo (define la geometría concreta del nodo)

Hay cinco tipos distintos de nodos, según sea su realidad física:

Puntos geométricos.

Pozos prefabricados.

Pozos ejecutados “in situ”.

Elementos de conexión entre bajantes y cunetas.

Boquillas de salida de colectores.

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Las cotas inferior y superior del nodo corresponden a las cotas de base y tapa

respectivamente, en el caso de que el tipo de nodo sea un pozo (ver figura 3). En el resto de

los casos no será necesario introducir la cota inferior, pues ésta carecerá de significado.

Figura 3: Cotas de definición de un pozo.

Sólo es útil introducir la cota superior cuando se quiera realizar la medición de los

colectores con inicio o final en ese nodo, calculando la altura de la zanja de excavación

mediante las cotas de los nodos. (Ver el apartado 5.)

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3.2 Definición de las Cunetas

En el diálogo “Cunetas”, CivilCAD2000 permite definir el número de cunetas del

proyecto.

Cada cuneta se define mediante los siguientes parámetros:

Nodos inicial y final.

Cota de la coronación en el principio y el final (Ver figura 4).

Puntos intermedios, de una trayectoria en planta no recta, entre el origen y el

final. (El usuario debe seleccionar en pantalla los puntos de la trayectoria tras

presionar el botón “Cambiar” de la fila de la cuneta en cuestión). Si no se

definen puntos intermedios, el programa considera la trayectoria recta.

Tipo de cuneta (según los elementos de drenaje disponibles en la biblioteca).

Clase de cuneta. Geometría concreta.

En el diálogo de las cunetas el programa escribe también los valores de la

pendiente, velocidad y caudal del agua para su consulta.

Figura 4: Cota de definición de una cuneta.

3.3 Definición de los Colectores

Los parámetros de definición de los colectores son análogos a los de las cunetas. En

la figura 5 se da la posición de la cota de definición de un colector.

Figura 5: Cota de definición de un colector.

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3.4 Definición de las Bajantes

Los datos a introducir son análogos a los de las cunetas. En la figura 6 se da la

posición de la cota de definición de una bajante.

Figura 6: Cota de definición de una bajante.

3.5 Definición de las Aportaciones y la Lluvia de Cálculo

Se puede definir aportaciones de caudal sobre nodos, cunetas o colectores.

Para cada aportación puede definirse lo siguiente:

Número de nodo, cuneta o colector en el que incide la aportación.

Caudal aportado en litros por segundo.

Coeficiente de escorrentía (valor entre 0 y 1).

Área en m 2

de la cuenca vertiente.

Tal como se ha explicado anteriormente, CivilCAD2000 permite al usuario definir

el caudal de forma directa (en este caso no se debe entrar el área ni el coeficiente de

escorrentía) o bien introducir el área y el coeficiente de escorrentía a partir de los cuales, y

junto a los parámetros de lluvia introducidos en el mismo diálogo de las aportaciones, se

efectúa un cálculo automático del caudal resultante.

Si se desea utilizar el segundo procedimiento, los parámetros que debe introducir el

usuario para definir la lluvia de cálculo son los siguientes:

- La precipitación total diaria asociada al período de retorno considerado (P d) en mm.

- El valor de la isolínea (I 1 / I d)

- El tiempo de concentración del agua de escorrentía en minutos.

- A, el área de la cuenca de cada aportación.

- C, el coeficiente de escorrentía para cada aportación de valor comprendido entre 0 y

1.

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3.6 Biblioteca de elementos de drenaje

CivilCAD2000 permite asociar a cada nodo, cuneta, colector o bajante un elemento

de drenaje que lo define físicamente a través de las columnas de sus respectivos diálogos

“Tipo” y “Clase”.

Los elementos disponibles están estructurados en una biblioteca, modificable y

ampliable por el usuario.”. En el diálogo que se muestra seleccionará la opción “Elementos

de drenaje” y pulsará el botón “Modificar biblioteca”.

A continuación se especifica la estructura y el funcionamiento de la biblioteca.

3.6.1 Estructura de la Biblioteca

La biblioteca está estructurada en Nodos, Cunetas, Colectores y Bajantes. Cada

elemento de la biblioteca tiene un nombre.

La descripción de cada uno de los tipos de elementos de drenaje y sus

características es la que sigue:

Nodos

Se distinguen 5 tipos

1. Puntos geométricos

2. Boquillas

3. Conexiones

4. Pozos prefabricados

5. Pozos in situ.

De los tres primeros tipos: puntos geométricos, boquillas o conexiones deben

introducirse los siguientes parámetros definitorios:

- Nombre del elemento.

- Distancia de borde del arcén al eje del nodo. Se utiliza para calcular la cota superior

del nodo basándose en la definición de un eje de trazado. (A) El valor de A se resta a

la distancia del nodo al eje para obtener la anchura de calzada sobre la que se aplicará

el cambio de cota por peralte.

- Valor a sumar a la cota sobre calzada para obtener la cota superior del nodo (puede

ser positivo o negativo) (B).

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Los pozos, bien sean prefabricados o “in situ” se caracterizan además por los

siguientes parámetros:

- Anchura o diámetro del pozo (C)

- Altura del fondo del pozo (D)

- Altura de la base del pozo (E).

Figura 7: Parámetros de definición de los puntos geométricos.

Figura 8: Parámetros de definición de las boquillas.

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Figura 9: Parámetros de definición de las conexiones.

Figura 10: Parámetros de definición de los pozos.

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Cunetas

Se distinguen 4 tipos:

1. Cunetas triangulares de tierras

2. Cunetas triangulares recubiertas de hormigón

3. Cunetas trapeciales de tierras

4. Cunetas trapeciales recubiertas de hormigón.

Los parámetros que las caracterizan y distinguen entre sí son los siguientes:

- Coeficiente de Manning.

- Talud izquierdo (V=1 : H = TI)

- Talud derecho (V=1 : H = TD)

- Ancho de la base (solo en cunetas trapeciales) (B)

- Altura de la cuneta (H)

- Calado máximo (Y)

- Espesor del hormigón (sólo en cunetas recubiertas de hormigón (E).

En el caso de cunetas trapeciales recubiertas de hormigón se debe tener en cuenta que

las medidas de anchura y altura corresponden a la zanja de excavación de la cuneta.

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Figura 11: Parámetros de definición de una cuneta de la biblioteca.

Colectores

Se distinguen 5 tipos:

1. Tubos de hormigón.

2. Tubos de PVC.

3. Colectores drenantes.

4. Tubos dren.

5. Tubos de acero corrugado.

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Los parámetros que los caracterizan y distinguen entre sí son los siguientes:

- Coeficiente de Manning

- Diámetro interior ( INT)

- Diámetro exterior (o espesor del tubo para el caso de tubos de acero corrugado)

( EXT)

- Relación calado máximo / diámetro interior

- Anchura de la zanja donde disponer el tubo (A)

- Espesor de la solera de hormigón sobre la que colocar el tubo (S)

- Área del hormigón de nivelación

- Altura del relleno de hormigón (H)

- Diámetro del mallazo de armadura a disponer sobre el tubo (mm).

Figura 12: Parámetros de definición de un colector con tubo de hormigón de la biblioteca.

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Figura 13: Parámetros de definición de un colector con tubo de PVC de la biblioteca.

Figura 14: Parámetros de definición de un colector drenante de la biblioteca.

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Figura 15: Parámetros de definición de un tubo dren de la biblioteca.

Figura 16: Parámetros de definición de un tubo de acero corrugado de la biblioteca.

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Bajantes

Se engloban todas las posibles en un mismo tipo y los parámetros que las

caracterizan y distinguen entre sí son los siguientes:

- Coeficiente de Manning.

- Ancho de la base (B).

- Altura de la bajante (H).

- Calado máximo (Y).

- Espesor del hormigón (E).

Figura 17: Parámetros de definición de una bajante de la biblioteca.

Por último presentamos un listado exhaustivo de los tipos contenidos en la

biblioteca de elementos de drenaje que proporciona CivilCAD2000. Recordemos que el

usuario puede ampliar o modificar la biblioteca a su voluntad.

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Cunetas triangulares de tierra:

Figura 18: Sección de cuneta Tipo CT1.

Figura 19: Sección de cuneta Tipo CT2.

Figura 20: Sección de cuneta Tipo CT3.

Figura 21: Sección de cuneta Tipo CT4.

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Cunetas trapeciales de tierra:

Figura 22: Sección de cuneta Tipo CT20.

Figura 23: Sección de cuneta Tipo CT21.

Figura 24: Sección de cuneta Tipo CT22.

Figura 25: Sección de cuneta Tipo CT23.

Figura 26: Sección de cuneta Tipo CT24.

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Figura 27: Sección de cuneta Tipo CT25.

Figura 28: Sección de cuneta Tipo CT26.

Figura 29: Sección de cuneta Tipo CT27.

Figura 30: Sección de cuneta Tipo CT28.

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Cunetas triangulares de hormigón:

Figura 31: Sección de cuneta Tipo CR1.

Figura 32: Sección de cuneta Tipo CR2.

Figura 33: Sección de cuneta Tipo CR3.

Figura 34: Sección de cuneta Tipo CR4.

Figura 35: Sección de cuneta Tipo CR5.

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CivilCAD2000. Manual del Usuario. Módulo de Drenaje 24

Figura 36: Sección de cuneta Tipo CR6.

Figura 37: Sección de cuneta Tipo CR7.

Figura 38: Sección de cuneta Tipo CR8.

Figura 39: Sección de cuneta Tipo CR9.

Figura 40: Sección de cuneta Tipo CR10.

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CivilCAD2000. Manual del Usuario. Módulo de Drenaje 25

Figura 41: Sección de cuneta Tipo CR11.

Figura 42: Sección de cuneta Tipo CR12.

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Cunetas trapeciales de hormigón:

Figura 43: Sección de cuneta Tipo CR20.

Figura 44: Sección de cuneta Tipo CR21.

Figura 45: Sección de cuneta Tipo CR22.

Figura 46: Sección de cuneta Tipo CR23.

Figura 47: Sección de cuneta Tipo CR24.

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CivilCAD2000. Manual del Usuario. Módulo de Drenaje 27

Figura 48: Sección de cuneta Tipo CR25.

Figura 49: Sección de cuneta Tipo CR26.

Figura 50: Sección de cuneta Tipo CR27.

Figura 51: Sección de cuneta Tipo CR28.

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Colectores.

Figura 52: Valores de los parámetros de la figura 12. Tubos de hormigón.

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Figura 53: Valores de los parámetros de la figura 13. Tubos de PVC.

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Figura 54: Valores de los parámetros de la figura 14. Colectores drenantes.

Figura 55: Valores de los parámetros de la figura 15. Tubos dren.

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Figura 56: Valores de los parámetros de la figura 16. Tubos de acero corrugado.

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Bajantes:

Figura 57: Sección de bajante Tipo BA1.

Figura 58: Sección de bajante Tipo BA2.

Figura 59: Sección de bajante Tipo BA3.

Boquillas:

E30, E35, E40, E45,..., E100

(Boquillas con Ø a partir de 30 cm, aumentando cada 5 cm)

E100, E110, E120,..., E250

(Boquillas con Ø a partir de 100 cm, aumentando cada 10 cm)

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Conexiones:

D1: Conexión cuneta en desmonte - bajante.

D2: Conexión cuneta a pie de terraplén – bajante.

D3: Conexión bordillo – bajante.

D4: Conexión colector - bajante.

D5: Conexión bajante – cuneta.

Pozos ejecutados “in situ”:

Pozo S1

Pozos prefabricados:

Nombre

P7 a P9 Prefabricados con imbornales (diferentes alturas)

Nombre Base Cuerpo Cono Cuello Tapa

P1 Hormigón Ladrillos Anillos

prefabricados

Sí Hormigón

P2 Hormigón Ladrillos Anillos

prefabricados

No Fundición

cuadrada

P3 Hormigón Ladrillos Anillos

prefabricados

No Fundición

redonda

P4 Hormigón Anillos

prefabricados

Anillos

prefabricados

Sí Hormigón

P5 Hormigón Anillos

prefabricados

Anillos

prefabricados

No Fundición

cuadrada

P6 Hormigón Anillos

prefabricados

Anillos

prefabricados

No Fundición

redonda

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CivilCAD2000. Manual del Usuario. Módulo de Drenaje 34

3.6.2 Funcionamiento de la Biblioteca

Al definir un nodo, una cuneta, un colector o una bajante debemos asignarle un tipo

de elemento para caracterizarlo. Los tipos entre los que podemos elegir son los contenidos

en la biblioteca general del programa.

Cuando se asigna un tipo a un elemento cualquiera, el tipo seleccionado pasa a

formar parte de lo que denominamos biblioteca del proyecto.

Así la biblioteca del proyecto estará formada, exclusivamente, por los tipos

asignados a alguno de los elementos de dicho proyecto.

Los elementos de la biblioteca del proyecto quedan grabados dentro del mismo

archivo con extensión “.dre” que define el proyecto.

El diálogo que se muestra en la opción “Ver/Configuración/Bibliotecas”, ya

mencionada, permite gestionar la información almacenada en la misma:

Modificar

Cambiar los valores de todas aquellas características geométricas o hidráulicas de

los elementos de drenaje que configuran la estructura de la biblioteca. (Por ejemplo,

diámetro de los colectores, dimensiones de las cunetas, etc.).

Añadir

Permite añadir a la biblioteca nuevos tipos de elementos, con su nombre y todas sus

características geométricas e hidráulicas (“Añadir nuevo elemento”).

Eliminar

Permite eliminar tipos de elementos existentes en la biblioteca general (“Eliminar

nuevo elemento”).

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Figura 60: Diálogo de biblioteca de elementos de drenaje.

El botón “Esquema” nos mostrará las pertinentes figuras descriptivas mostradas en

este manual y que definen el significado de los parámetros (A, B,...).

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3.7 Diálogos de definición de nodos, cunetas, colectores y bajantes

Estos diálogos, dada la particularidad del módulo de Drenaje, precisaban un

volumen de datos importante para completar la entrada correctamente. Sin embargo,

durante parte de la entrada de datos, no toda la información era necesaria, o no era

necesario tenerla visible. Para operar con más comodidad, puesto que los diálogos ocupan

buena parte de la pantalla, se han dispuesto unos botones en el margen izquierdo de los

mismos para poder “ocultar” o “mostrar” parte de la información según las necesidades.

Figura 61: Ejemplo de diálogos ampliables.

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Además la entrada de datos de elementos lineales (cunetas colectores y bajantes)

incorpora la posibilidad de “añadir” elementos nuevos seleccionando sobre la figura de

visualización (ver 5.5.1) de la red los nodos inicial y final. Para ello debemos activar la

funcionalidad presionando el botón “+” y seleccionar en la pantalla los nodos que

deseamos sean el inicial y final de la cuneta, o colector, o bajante.

Figura 62: Diálogo de definición de bajantes, ejemplo del uso de “+”.

3.8 Cálculo de cotas mediante ejes de trazado

En el diálogo de definición de los nodos se nos permite cargar una serie de “ejes de

trazado”, pudiendo elegir el formato de dichos ejes que queremos cargar. Para poder

asignar ejes de trazado a nodos es necesario disponer de los archivos que describen los ejes

en el directorio de trabajo (archivos ASCII con la definición en planta, alzado y peralte).

Hay que indicar al programa con qué formato de archivos ASCII se está trabajando. El

usuario puede elegir entre los formatos de los programas de trazado más comunes

existentes en el mercado.

Los ejes de trazado pueden visualizarse activando la casilla creada con dicha

finalidad en este diálogo y presionando “Aceptar” o “Aplicar” o bien con las opciones del

funcionamiento general del programa a través del menú general. Una vez cargados, para

cada uno de los nodos se permite seleccionar sobre qué eje se proyectará dicho nodo para

obtener su cota. Tenemos así la información necesaria para el cálculo automático de las

cotas de definición de nodos, cunetas, colectores y bajantes a partir de los ejes de trazado

de proyecto.

Con los botones “Calcular Z sup” y “Calcular Z inf” podemos determinar la cota

superior de los nodos y la inferior en el caso de los pozos, para los nodos que le

indiquemos. Por otro lado dichas cotas pueden entrarse directamente en la casilla

correspondiente. Es en este último caso cuando la parte inferior del diálogo es prescindible

y puede ocultarse.

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CivilCAD2000. Manual del Usuario. Módulo de Drenaje 38

3.8.1 Ejes de los nodos

Por defecto, un nodo cualquiera no está asociado a ningún eje de trazado. Para

poder asignar un eje a un nodo, sólo hay que seleccionar la casilla correspondiente de la

columna “Eje” del diálogo de nodos.

Tras asignar un eje al nodo y ejecutar el cálculo de cota, CivilCAD2000 evaluará la

cota sobre calzada, según la rasante del eje, de un punto situado a una distancia A “eje del

nodo-borde” del arcén definida para el tipo de elemento de drenaje del nodo en cuestión.

Ello permite asignar automáticamente a un nodo la cota de un punto con una

posición determinada en la sección tipo de la carretera, por ejemplo en la línea blanca o en

el extremo del arcén.

3.8.2 Altura de los colectores

En el diálogo de colectores aparece un cuadro en el que para cada uno de los

colectores definidos se pueden entrar los valores que permitirán calcular la cota de

definición del tubo y obtener su medición.

El usuario debe completar un cuadro con 4 columnas, cuyo significado detallamos a

continuación.

1. Sistema.: Especifica el método que seguirá el programa en el cálculo de cotas.

Sistema = 0 No se realiza el cálculo de la cota.

Sistema = 1 C C = C S - F - R - D + G

Sistema = 2 C C = C S - R - D + G

Sistema = 3 C C = C S - R - D + G

, donde

C C, cota del colector

C S, cota superior del nodo

D, diámetro exterior del tubo

G, espesor del tubo

2. F (m): Espesor del paquete de firme en metros.

3. R (m): Espesor del recubrimiento del colector en metros.

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CivilCAD2000. Manual del Usuario. Módulo de Drenaje 39

4. Zanja (m): Altura de la zanja en metros, utilizada únicamente en los cálculos de la

medición de la excavación y relleno de la zanja donde disponer el tubo.

Si zanja > 0 Se le da a H, altura de la zanja, el valor de zanja (m).

Si zanja = 0 La altura de la zanja se calcula según el valor de Sistema:

- Sistema = 0 H = 0

- Sistema = 1 H = C S m - C C m - F + G + E

- Sistema = 2 H = C P k m - C C m - F + G + E

- Sistema = 3 H = C S m - C C m + G + E

, donde:

C S m: cotas superiores medias de los nodos

C C m: cotas medias del punto inicial y final del colector

C P k m: cotas medias del punto inicial y final del colector calculadas según ejes de trazado.

G: espesor del tubo.

E: espesor de la base de hormigón

Si zanja = -1 H = 0, con lo cual no se mide la excavación y relleno de la zanja.

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CivilCAD2000. Manual del Usuario. Módulo de Drenaje 40

Figura 63 a: Sistemas de cálculo de cotas y altura de zanjas de colectores. Sistema 0.

Figura 63 b: Sistemas de cálculo de cotas y altura de zanjas de colectores. Sistema 1.

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Figura 63 c: Sistemas de cálculo de cotas y altura de zanjas de colectores. Sistema 2.

Figura 63 d: Sistemas de cálculo de cotas y altura de zanjas de colectores. Sistema 3.

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3.9 Visualización de los Elementos.

En este apartado, se describe el funcionamiento de la figura de visualización por

pantalla del esquema de los elementos introducidos en el proyecto actual

El módulo de drenaje incorpora la visualización del esquema de los elementos que

componen el proyecto actual, de forma que por pantalla se representan:

Nodos. Un círculo con el texto “N” seguido del número del nodo.

Cunetas. Una línea del tipo “continuo” y color azul marino con un texto en el

punto medio de la misma que consta de una “U” seguida del número de la

cuneta.

Colectores. Una línea del tipo “trazos” y color azul claro con un texto en el

punto medio de la misma que consta de una “C” seguida del número del

colector.

Bajantes. Una línea del tipo “continuo” y color amarillo con un texto en el

punto medio de la misma que consta de una “B” seguido del número de la

bajante.

Todas las líneas están situadas siempre en sus coordenadas reales. Otra propiedad

que tienen, a diferencia de las entidades de dibujo, es que no es posible seleccionarlas, es

decir, no se pueden borrar, mover, copiar, etc.

El hecho de que la visualización esté o no activada (a través de dicha opción en el

diálogo de “Entrada/Visualización”) implica ciertas peculiaridades en la definición de los

elementos que reseñamos a continuación:

Mostrar o no la figura de visualización.

Escala de los textos. Par una mejor maniobrabilidad es posible que queramos un

tamaño menor para los textos de esta figura, lo que es posible escogiendo una

valor entre 0 y 1 sobre su tamaño inicial.

Buscar un elemento. Este diálogo nos permite además pedir un elemento, dando

su tipo y su ordinal en la red. Presionando el botón “Buscar” la figura en

pantalla quedará centrada alrededor del elemento concreto solicitado.

Definición de cunetas, colectores y bajantes. En los diálogos de estas tres

definiciones tenemos que introducir el nodo inicial y final de cada elemento.

Además pueden definirse puntos intermedios de su trazado a través de los

botones “Cambiar”, seleccionándolos directamente sobre la figura de

visualización.

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4 CÁLCULOS REALIZADOS

CivilCAD2000 ofrece en los distintos diálogos del módulo las siguientes opciones

de cálculo:

1. Cotas: cálculo de la cotas de definición de los elementos.

2. Caudal: cálculo del caudal de agua de los elementos.

3. Velocidad: cálculo de la velocidad del agua en los elementos.

4. Calado: cálculo del calado en los elementos.

5. Dimensionamiento: dimensionamiento de los colectores.

6. Revisión: revisión general de los datos introducidos por el usuario

7. Cálculo aislado: Dimensionamiento o comprobación de un elemento de drenaje aislado

al margen de la red general de drenaje.

4.1 Cálculo de Cotas de los Elementos de Drenaje

Cada uno de los diálogos (Nodos, Cunetas, Colectores y Bajantes) muestra un botón

de “Cálculo de cotas” con los que se pueden realizar las siguientes operaciones:

Cálculo de cotas superiores e inferiores de los nodos

En este caso son dos los botones de cálculo “Cálculo Z sup” y “Cálculo Z inf”.

Para poder calcular las cotas superiores de los nodos a través de esta opción es

necesario que, previamente, se haya asociado los ejes de trazado a los diferentes nodos de

los cuales se pretende encontrar la cota. Si se pide la cota superior de un nodo no asociado

a un eje de trazado el programa emitirá un mensaje de aviso.

El programa evalúa la cota sobre calzada de un punto situado a una cierta distancia

A al eje del nodo. Dicha distancia está definida en el elemento de la biblioteca asociado al

nodo. (Ver figura 6).

El programa permite especificar, asimismo, un valor B a sumar a la cota obtenida

sobre calzada. Dicho valor también está incluido en la caracterización del elemento de la

biblioteca asociado al nodo. (Ver figura 6).

La cota inferior del nodo sólo tiene significado en el caso de los pozos, para los que

representa la cota de su base (cara superior de la base de hormigón).

Para el cálculo de la cota de la base de un pozo el programa elige la cota del

colector más bajo con extremo en el pozo y le resta el valor de la altura del fondo del pozo

definido en la biblioteca de drenaje. (ver figuras 7, 8, 9 y 10).

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Cálculo de cotas de cunetas o bajantes según los ejes del trazado o según la cota

superior de los nodos.

En este caso caben dos posibilidades:

- Dar a la cuneta o bajante una cota en su extremo igual a la cota superior del nodo que se

encuentra en dicho extremo.

- Calcular la cota superior del nodo existente en el extremo de cuneta o bajante, tal como se

ha explicado en el apartado anterior y asignársela a dicha cuneta o bajante.

Cálculo de cotas de los colectores.

Se procede a la obtención de la cota del nodo del extremo del colector. Una vez se

ha obtenido la cota superior en el nodo, el programa procede según se ha explicado en el

punto 3.8.2 para calcular la cota de definición del colector.

4.2 Cálculo del Caudal de los Elementos

El programa calcula qué caudal circula en un elemento cualquiera de la red (dando

el resultado a través de la figura de caudales o de los listados).

Cabe destacar que el cálculo se puede realizar en cualquier momento, aunque no se

hayan descrito perfectamente todos los parámetros definitorios de los elementos, como

puede ser la pendiente o el tipo.

4.3 Cálculo de la Velocidad de los Elementos

El programa obtiene el valor de la velocidad del agua en cada elemento, que se

muestra en todo momento en el diálogo correspondiente. El usuario puede además generar

una figura de esquema con los valores de las velocidades de todos los elementos.

Para el cálculo de la velocidad del caudal que circula por un determinado elemento

es necesario que estén previamente definidos el tipo y las cotas (para evaluar la pendiente)

del elemento que se desea calcular.

No obstante, si en una determinada fase del proyecto se desean consultar las

velocidades sin estar todos los datos necesarios introducidos, el programa presentará el

resultado del cálculo indicando la razón que puede impedir culminar el cálculo, como por

ejemplo una pendiente negativa, un tipo no asignado, etc.

En caso de que el elemento consultado tenga una capacidad de desagüe inferior al

caudal que circula por el mismo, el programa emite un mensaje de aviso al usuario.

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4.4 Cálculo del calado del agua de los Elementos

El procedimiento para la obtención del calado del agua en los elementos de drenaje

es análogo al cálculo de la velocidad del agua, con los mismos requisitos de entrada de

datos e información en la salida de los resultados.

4.5 Dimensionamiento de los Colectores

En el diálogo de “Cálculo/Drenaje” además de efectuar una revisión, parcial o

completa del estado y funcionamiento de la red, hay un apartado que permite dimensionar

un grupo de colectores de la red de drenaje, obteniendo para cada uno de ellos el diámetro

mínimo para desaguar el caudal que circula por su interior.

La ejecución de la orden de dimensionamiento de un colector requiere que se

cumplan las siguientes condiciones:

que la pendiente se pueda calcular, es decir, que se hayan entrado las cotas

inicial y final del colector.

que se le haya asignado al colector un tipo de elemento de drenaje de la

biblioteca.

El motivo por el cual se requiere la asignación de un tipo es porque de éste se

tomarán los valores del coeficiente de Manning y la relación máxima calado/diámetro.

Los resultados obtenidos en el dimensionamiento se muestran en una ventana en

pantalla, se guardan en un archivo ASCII y contienen la siguiente información:

Características geométricas e hidráulicas del tipo de elemento asignado.

Caudal de cálculo.

Velocidad y calado, siempre que el elemento asignado tenga una capacidad de

desagüe superior al caudal de cálculo, teniendo en cuenta la máxima relación

calado/diámetro.

Máxima capacidad de desagüe del elemento asignado, teniendo en cuenta la

máxima relación calado/diámetro.

Diámetro mínimo necesario capaz de desaguar el caudal de cálculo, según el

coeficiente de Manning y la relación máxima calado/diámetro del tipo asignado.

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4.6 Revisión General del Proyecto

En general, al realizar cálculos de la red de drenaje se ejecuta de forma automática

una rutina que comprueba que los datos entrados por el usuario han sido introducidos de

forma adecuada. En particular siempre se comprueba lo siguiente:

que se haya definido como mínimo un nodo.

que en la definición de cunetas, colectores y bajantes no se haya introducido el

número de un nodo inexistente.

que en la definición de cunetas, colectores y bajantes ningún elemento tenga el

mismo nodo inicial y final.

que ningún nodo tenga la cota inferior mayor que la superior.

que en la definición de las aportaciones no se haya introducido el número de un

nodo inexistente.

que no haya dos nodos que tengan las mismas coordenadas.

que en la definición de las aportaciones no haya ningún valor del coeficiente de

escorrentía inferior a cero o superior a uno.

que no haya ningún colector con un número de tubos nulo.

que la red no tenga incongruencias.

La información obtenida de esta revisión se muestra, como en el resto de módulos

de CivilCAD2000, en la línea de órdenes inferior de la pantalla.

Por otra parte, y de forma opcional, en el diálogo de “Cálculo/Drenaje”, como ya

se ha dicho, el usuario dispone del botón “Revisión”. El programa detecta una serie de

errores o datos atípicos que, si bien no impiden el funcionamiento general del módulo, sí

deben ser tenidos en consideración al proyectar la red de drenaje. Esta orden permite

revisar sólo determinados aspectos de la red que elija el usuario, activando las casillas

correspondientes que se muestran en el diálogo.

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En concreto los aspectos verificables en la revisión opcional del módulo de drenaje

son:

que a alguno de los elementos no se le haya asignado un tipo. Esta circunstancia

es normal que se dé en las primeras fases del proyecto, no obstante, será

necesario asignar tipos a todos los elementos para poder obtener algún cálculo de

ellos o bien la medición.

que exista algún nodo aislado, es decir, que ninguna cuneta, colector o bajante

salgan ni entren del mismo. Lo más normal en estos casos es que se haya

introducido por error un nodo.

que alguna cuneta, colector o bajante tenga pendiente negativa. Se da la

posibilidad de introducirlas aunque no se pueda obtener de ellas ningún cálculo.

En cualquier caso sí aparecen en el listado de medición.

que alguna cuneta, colector o bajante tenga un caudal nulo.

que alguna cuneta, colector o bajante, tenga una capacidad de desagüe inferior al

caudal máximo de cálculo del elemento.

que de un nodo salga un colector con un diámetro inferior a otro colector que

entre en el mismo nodo.

que de un nodo salga un colector con una cota mayor que la de otro colector que

entra en el mismo nodo.

que de un nodo salga más de un colector. El programa envía el caudal que recibe

el nodo a uno de los colectores exclusivamente.

que en un pozo la cota de la base y de la tapa sean iguales o bien que la cota de la

base sea inferior a la de la tapa.

que en un colector la cota sea inferior a la cota de la base del pozo, o bien sea

superior a la cota de la tapa.

que en una cuneta o bajante la cota de coronación sea superior a la cota superior

del nodo.

que existan aportaciones con caudal nulo.

La revisión opcional de datos es recomendable ejecutarla en las distintas fases de

trabajo del proyecto para resolver los errores lo antes posible.

El resultado de la revisión aparece en una ventana por pantalla al mismo tiempo que

se graba en un fichero ASCII.

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4.7 Comprobación de un Elemento

Por último, el diálogo “Cálculo/Drenaje” permite calcular un elemento aislado, es

decir que no forme parte de la red de drenaje definida. Su utilización está pensada para

cálculos rápidos y en ella se pide al usuario que entre una pendiente, un caudal y que

seleccione un elemento de la biblioteca general de drenes.

En el caso de ser un “Elemento del proyecto” el elegido para calcular el caudal y la

pendiente considerados serán los propios definidos en el proyecto.

Para las cunetas y bajantes sirve para la comprobación de los elementos, obteniendo

además la máxima capacidad de desagüe con los parámetros de cálculo elegidos.

Los resultados de la comprobación o dimensionamiento realizados aparecen por

pantalla y se escriben en un archivo ASCII.

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5 SALIDA DE RESULTADOS

5.1 Listados

5.1.1 Memoria

La memoria de cálculo se escribe en un archivo con extensión “.txt”, cuyo nombre

es introducido previamente por el usuario.

La memoria se estructura en los mismos apartados existentes en la entrada de datos

del programa. Así pues, aparece en primer lugar la definición de los nodos, cunetas,

colectores y bajantes, a continuación la descripción de las aportaciones y finalmente el

listado de los elementos de la biblioteca del proyecto.

De los diferentes apartados de la memoria cabe puntualizar lo siguiente:

Nodos

Los nodos se listan ordenados por tipos, es decir, clasificados según sean puntos

geométricos, pozos prefabricados, pozos “in situ”, boquillas o conexiones. Los nodos sin

tipo asignado aparecerán en el grupo de puntos geométricos.

Las cotas que se listan son las superiores para todos los tipos y las inferiores sólo en

los pozos. En el caso de los pozos la nomenclatura que se utiliza para estas cotas es “cota

de tapa” para la superior y “cota de base” para la inferior.

Cunetas, colectores y bajantes

En los tres casos se listan todos los elementos ordenados tal como se introducen en

el programa. En concreto, para cada elemento se obtiene:

- Nº ordinal del elemento

- Nodo inicial y nodo final

- Cota inicial y cota final

- Caudal en litros/segundo

- Longitud en planta en metros

- Pendiente en %, aunque sea negativa

- Nombre del tipo de elemento (si se ha asignado)

- Calado (en metros) y velocidad (en metros por segundo), siempre y cuando la

capacidad de desagüe del elemento sea suficiente; en caso contrario así se

indica.

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Aportaciones

Se describen las aportaciones en nodos, cunetas y colectores ordenadas tal y como

se introducen en su definición.

Se genera un cuadro que permite agrupar las aportaciones en dos tipos con

coeficientes de escorrentía distintos, situación muy común en el proyecto de una red de

drenaje.

El cuadro contiene entonces las siguientes columnas:

- Nodo, cuneta o colector (según sea el listado). En él se indica el nº ordinal

del elemento de drenaje.

- Caudal-T en litros/segundo. Refleja el valor total de la fila, suma de los

caudales parciales caudal-1 y caudal-2. En el caso de que hubiera varias filas

consecutivas con el mismo nº ordinal de nodo, cuneta o colector el caudal

resultante que recibe el mismo sería la suma de los distintos Caudal-T.

- Caudal-1 en litros/segundo. Es el valor correspondiente a la aportación ap-1.

- ce-1. Es el coeficiente de escorrentía de la aportación ap-1.

- área-1. Es el área en m 2 de la cuenca que alimenta la aportación ap-1.

- ap-1. Es el nº ordinal de aportación en nodos, cunetas o colectores, según sea

el listado, y que contiene en su definición los valores caudal-1, ce-1 y área-

1.

- Caudal-2, ce-2, área-2, y ap-2. Tienen el mismo significado que sus

homólogos acabados en 1. Aparecen siempre que el nº de nodo, cuneta o

colector del principio de fila tenga otra aportación que no aparezca en filas

anteriores.

Elementos de la biblioteca

Se describe de forma detallada cada una de las características enumeradas en el

apartado 3.6.1.

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5.1.2 Medición

Una vez completada la red de drenaje, podemos obtener la medición de todos los

elementos que componen dicha red, tal como se describe a continuación.

La medición se escribe en un archivo con extensión “.txt”, cuyo nombre es

introducido por el usuario.

La medición se estructura en los mismos apartados que la entrada de datos del

programa. Así pues, el listado generado da la medición de los nodos, cunetas, colectores y

bajantes, en este orden.

De los diferentes apartados de la medición cabe puntualizar lo siguiente:

Nodos

Los nodos se listan ordenados por tipos, es decir clasificados según sean pozos

prefabricados, pozos “in situ”, boquillas o conexiones. Cabe mencionar que los nodos sin

tipo asignado y los puntos geométricos no tienen medición y por tanto no aparecen en el

listado.

Dentro de cada uno de los tipos generales, los nodos aparecen agrupados por tipos

de elementos de la biblioteca. En el listado se especifica el eje y p.k. de cada nodo.

En el caso de los pozos también se indican las cotas de tapas (cota superior) y las

cotas de base (cota inferior). La diferencia entre ambas cotas sumada a la altura de la base

del pozo (común a todos los elementos del mismo tipo) se lista en la última columna como

altura del pozo.

Como resultado final de la medición se proporciona el número total de nodos de

cada tipo y, en el caso de los pozos, la suma de sus alturas.

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CivilCAD2000. Manual del Usuario. Módulo de Drenaje 52

Cunetas

Al igual que en los pozos, las cunetas se agrupan por tipos generales de elementos

de la biblioteca (cunetas triangulares o trapeciales, de tierras o revestidas de hormigón) y

dentro de éstos, por tipos específicos.

El listado que se obtiene para cada una de las cunetas incluye las siguientes columnas:

- Nº ordinal del elemento de la biblioteca.

- Nº ordinal de cuneta en la definición del proyecto.

- Eje del nodo de salida.

- P.k. del eje del nodo de salida.

- Eje del nodo de llegada.

- P.k. del eje del nodo de llegada.

- Longitud real de la cuneta. La longitud en planta y la pendiente se pueden encontrar en el

listado de la memoria.

Finalmente para cada uno de los tipos de cunetas de la biblioteca se da la longitud total.

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CivilCAD2000. Manual del Usuario. Módulo de Drenaje 53

Colectores

Al igual que en los pozos y las cunetas, se ordenan agrupados por tipos de la

biblioteca dentro de los tipos generales (tubos de hormigón, de P.V.C., tubos dren,

colectores drenantes y tubos de acero corrugado).

El listado que se obtiene para cada uno de los colectores incluye dos tablas. La

primera es idéntica a la que se presenta para el caso de las cunetas.

La segunda se utiliza para medir la excavación y relleno de las zanjas en que

disponer los colectores y consta de las siguientes columnas:

- Nº ordinal del elemento de la biblioteca.

- Nº ordinal del colector en la definición del proyecto.

- Altura de la zanja en que disponer el tubo en metros.

- Longitud de la zanja en metros (es la longitud del tubo).

- Volumen de excavación en m 3

.

- Volumen del hormigón de base en m 3

.

- Volumen ocupado por el tubo en m 3

.

- Volumen del relleno de hormigón o gravas, según sea el caso.

Por otra parte, para cada tipo, se especifica el volumen por metro de tubo y hormigón.

Finalmente se da la longitud total de los colectores de cada tipo, así como los

volúmenes totales de excavación, hormigón de base y relleno.

Los cálculos que se efectúan para la medición de la excavación y relleno de las

zanjas de los colectores se realizan en función de los valores entrados por el usuario.

Bajantes

La medición de las bajantes es análoga a la de las cunetas.

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5.1.3 Coordenadas de los nodos

Listado de las coordenadas de todos los nodos del proyecto.

5.2 Gráficas de resultados

Se permite obtener las plantas asociadas a los valores de cálculo del programa para

todos los elementos de la red:

- Planta de caudales.

- Planta de velocidades.

- Planta de calados.

Se pide qué valores se quieren representar en dicha planta y para qué elementos de la red.

5.3 Planos

Se trata de obtener los planos de la red de drenaje proyectada. Asimismo obtener los

detalles de los distintos tipos de elementos de drenaje. Todo ello se detalla a continuación:

5.3.1 Planos de planta

Los planos de planta que se obtienen son los necesarios para la definición de la red

a nivel geométrico, complementando a las gráficas de resultados que se utilizan como

ayuda y revisión cuando se está proyectando.

Así, pueden obtenerse 3 plantas distintas: esquema, planta de aportaciones y planta

de elementos:

- Planta esquemática

Se trata de una planta de trabajo, con la representación de los elementos que

componen la red, con los criterios siguientes:

- Nodos:

Todos los nodos tienen su propio símbolo de representación excepto los puntos

geométricos. Los nodos son etiquetados con el texto “N” seguido del número ordinal.

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- Cunetas:

Todas se representan de la misma forma, en concreto una línea continua de color

verde (capa CCC3) con símbolos de flecha que indican el sentido de avance del agua y el

texto “U” seguido del número ordinal de la cuneta.

Las flechas se pueden generar de forma opcional. En concreto el programa pide al

usuario cada cuántos metros quiere dibujar una:

Si se introduce 0 no aparecerá ninguna.

Si se introduce un valor inferior a la longitud de la cuneta, aparecerán tantas flechas

como sea divisible por el valor entrado.

Si se introduce un valor superior a la longitud de la cuneta se representará sólo una,

bajo el texto especificado.

- Colectores:

Se representan con un trazo discontinuo amarillo (capa CCT) y se etiquetan con el

texto “C” y el número ordinal correspondiente. También aparecen flechas indicando el

sentido de avance del agua, de igual forma que en las cunetas.

- Bajantes:

Se representan con un trazo continuo rojo (capa CCC1) y se etiquetan con el texto

“B” y el número correspondiente. Al igual que en los casos de cunetas y colectores, se

dibujan los símbolos de flecha indicando el sentido de avance del agua.

- Planta de aportaciones

La representación de los elementos es la misma que para el caso del esquema

excepto en los textos, que aquí no aparecen. Las aportaciones totales en cada uno de los

elementos aparecen reflejadas con su valor en litros por segundo con una línea que indica

el elemento en el que se da dicha aportación.

- Planta de asignación de Elementos

La representación de los elementos es la misma que para el caso del esquema. Los

textos que aquí aparecen denotan los tipos de cada uno de los elementos. En los nodos

aparece el número ordinal enmarcado en un círculo.

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5.3.2 Definición de elementos

Los planos de detalle sirven para caracterizar los elementos que aparecen en la

biblioteca. En concreto pueden generarse las siguientes figuras de detalle:

Cunetas: Sección acotada de una cuneta de la biblioteca a cualquier escala. Se

representa también el calado máximo de la misma.

Colector: Croquis de cualquier tipo general de colector, acompañado por un cuadro

donde se define la geometría de todos los elementos de ese tipo existentes en la biblioteca.

Bajantes: Sección análoga a la obtenida en las cunetas.

5.3.3 Perfil longitudinal.

Muestra la figura del perfil longitudinal de la red tomando como nodo inicial el que

indica el usuario y llegando hasta el final del recorrido del agua en la red.

5.4 Cuadros.

Para completar y detallar los planos de planta, se ofrece la posibilidad de realizar

los siguientes cuadros, con las columnas que se detallan a continuación:

Nodos:

- NODO: nº ordinal.

- EJE: eje de trazado. Si no está asignado se escribe la palabra “Ninguno” o nada.

- P.K.: punto kilométrico de posición del nodo respecto del eje.

- X: coordenada x del nodo.

- Y: coordenada y del nodo.

Pozos:

- NODO: nº ordinal del nodo correspondiente al pozo.

- Z B: cota de la base del pozo.

- Z T: cota de la tapa del pozo.

- H: Altura del pozo en metros, que es la diferencia de cotas de la base y la tapa,

sumada a la altura de la base del pozo.

- TIPO: es el tipo de pozo elegido de entre los disponibles en la biblioteca.

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Boquillas:

- NODO: nº ordinal del nodo correspondiente a la boquilla.

- TIPO: es el tipo de boquilla elegido de entre los disponibles en la biblioteca.

Conexiones:

- NODO: nº ordinal del nodo correspondiente a la conexión.

- TIPO: es el tipo de conexión elegido de entre los disponibles en la biblioteca.

Cunetas:

- CUNETA: nº ordinal de la cuneta del proyecto.

- N 1: es el nº de nodo de inicio de la cuneta.

- N 2: es el nº de nodo final de la cuneta.

- Z 1: es la cota de coronación de la cuneta en N1.

- Z 2: es la cota de coronación de la cuneta en N2.

- TIPO: es el tipo de cuneta elegido de entre los disponibles en la biblioteca.

Colectores 1:

- COLECTOR: nº ordinal del colector del proyecto.

- N 1: es el nº de nodo de inicio del colector.

- N 2: es el nº de nodo de final del colector.

- Z 1: es la cota interior inferior del colector en N 1.

- Z 2: es la cota interior inferior del colector en N 2.

- Longitud: es la longitud en planta del colector.

- p%: es la pendiente en % del colector.

- N tubos: es el número de tubos en batería.

- TIPO: es el tipo de colector elegido de entre los disponibles en la biblioteca.

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Colectores 2:

- N 1: es el nº de nodo de inicio del colector.

- N 2: es el nº de nodo de final del colector.

- Longitud: es la longitud en planta del colector.

- p%: es la pendiente en % del colector.

- N tubos: es el número de tubos en batería.

- TIPO: es el tipo de colector elegido de entre los disponibles en la biblioteca.