informe-de-drenaje-en-vias.docx

UNIVERSIDAD PERUANA LOS ANDES

INFORME Nº 003-2015 UPLA

DE :

JULCANI IBARRA, Sedequías MARCAS HUAYRA, Luis Miguel SEGUIL HUAMÁN, Paúl Carlos VARGAS RAMOS, Juan Carlos YARASCA CARRASCO, Wuesly Omar

PARA : ING. CASTRO BALBIN, Edward Docente del curso de Pavimentos

ASUNTO : DRENAJE EN LAS VIAS

FECHA : Huancayo, 19 de febrero de 2015

Nos es grato dirigirnos a Ud. Docente encargado del curso de Pavimentos, ING. CASTRO BALBIN, Edward; motivo para el cual pasamos a informar sobre el trabajo desarrollado “Drenaje en las Vías –Chilca – Huancayo - Junín”, efectuado como parte practica en el curso, realizado el día 10 de febrero del presente año, que se desarrolló por completo y sin ningún inconveniente mayor.

Sin más que informarle, nos despedimos de Ud.

Atte.

JULCANI IBARRA, Sedequías MARCAS HUAYRA, Luis Miguel

SEUIL HUAMAN, Paul Carlos VARGAS RAMOS, Juan Carlos

YARASCA CARRASCO, Wuesly Omar


INTRODUCCION

Los sistemas de drenaje son un conjunto de obras hidráulicas cuya

finalidad es recolectar, conducir y disponer de aguas servidas y de

lluvias, para evitar que se originen problemas de tipo sanitario e

inundaciones. También se entiende por Sistema de Alcantarillado

al conjunto acciones, materiales o no destinadas a evitar en la

medida de lo posible que las aguas de origen pluviales causen

daños a las personas o las propiedades en las ciudades u

obstaculicen el normal desenvolvimiento de la vida urbana. Dentro

del término de aguas pluviales quedan comprendidas no

solamente las originales de las precipitaciones que caen

directamente sobre las aguas urbanizadas que conforman la

población sino también aquellas que se precipiten sobre otras

áreas pero discurran a través de la ciudad, bien sea por los cauces

naturales, conductos artificiales o simplemente a lo largo de su

superficie.


1. OBJETIVOS

1.1 OBJETIVO GENERAL

- Presentar un informe en donde se describan la clasificación de Drenajes de acuerdo como se escurra el agua en el Sector visitado para controlar el drenaje de la vía.

1.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS

- Entender cómo se pueden determinar las soluciones que se pueden adoptar en la estabilización de vías, desde el punto de vista de drenajes viales.

- Adoptar las soluciones vistas al conocimiento adquirido, que sirva como refuerzo a los conceptos.

- Entender la afectación del entorno regional a una vía local, lo cual nos permite plantear las soluciones más económicas y eficientes que permiten controlar los movimientos en masa, sean estos naturales o causados por las mismas actividades desarrolladas para la construcción de una vía.

2. MARCO TEORICO

DRENAJE DE CARRETERAS

El drenaje es uno de los factores más importantes en el diseño de carreteras, pues depende de su correcto funcionamiento el desempeño óptimo de la carretera.

Debe de controlarse el agua superficial del camino.

Identificar el cruce de los arroyos o de los canales de drenaje artificiales.


Alejar y regular el agua subterránea.

Debe evitarse: Que el agua de las cunetas humedezca la sub-

rasante, originando cambios volumétricos perjudiciales.

La circulación de agua en cantidades excesivas sobre el pavimento.

Que los taludes de corte se saturen de agua, disminuyendo su estabilidad.

Que el agua subterránea invada la sub-rasante, disminuyendo la capacidad del suelo para soportar las cargas de servicios; trayendo como consecuencia asentamientos perjudiciales en la estructura del pavimento.

Se clasifica en superficial y subterráneo:

DRENAJE SUPERFICIAL:

El drenaje superficial se clasifica, según la posición que guarden las obras respecto al eje de la carretera, en paralelo o transversal.

La denominación de longitudinal se debe a que éstas se ubican aproximadamente en forma paralela al eje del camino, en este tipo de drenaje se considera a las cunetas, las contra-cunetas y los colectores.

El drenaje transversal tiene por objeto dar paso expedito al agua que cruza de un lado a otro de la carretera.

DRENAJE SUB –SUPERFICIAL

El drenaje sub-superficial tiene por objeto proteger al camino del daño que le puede causar el agua que se encuentra en el terreno por debajo de él.

CARACTERÍSTICAS DEL DRENAJE SUPERFICIAL.

1. DRENAJE LONGITUDINAL

CUNETAS.- Son canales que se hacen en todos los tramos en ladera y corte cerrado de un camino y sirven para


interceptar el agua superficial que proviene del mismo, de los taludes cuando existe cortes y del terreno natural adyacentes.

Según la N.P.D.C, las cunetas por lo general tendrán sección triangular y las dimensiones serán fijadas de acuerdo a las condiciones pluviográficas.

REGION PROFUNDIDAD (m)

ANCHO (m)

Seca

Lluviosa

Muy lluviosa

0.20

0.30

0.50

0.50

0.50

1.00

Los principales cruces de agua en una vía terrestre la constituyen los puentes, las alcantarillas y aliviaderos de cuneta.

NOMENCLATURA ANCHO DE CAUCE

Alcantarilla

Pontón

Puente

1m<L<=4m

4m< L< =10m

L> 10m

Fuente: Normas Peruanas para el Diseño de Carreteras.

CONTRACUNETAS.- Son zanjas que se plantean aguas arriba de los taludes en las secciones en corte, tienen por finalidad interceptar el agua que escurre por las laderas y conducirlos hacia alguna cañada inmediata o parte baja del terreno, evitando la erosión al escurrir por los taludes y el aumento del caudal en las cunetas.


2. DRENAJE TRANSVERSAL

Bombeo.- inclinación lateral a partir del eje del camino hacia los bordes en los tramos en tangente, su función es eliminar el agua que cae sobre la corona y evitar en lo posible que penetre en las terracerías.

Alcantarillas y aliviaderos.- Son estructuras de forma diversa que tienen por función conducir y desalojar lo más rápido posible el agua de las hondonadas y partes bajas del terreno que atraviesa el camino.

Las alcantarillas se pueden clasificar en:

Las alcantarillas rígidas. Suelen ser de concreto, losas de concreto armado sobre estribos de mampostería de piedra o de concreto ciclópeo o simple, hierro fundido o arcilla.


Las alcantarillas flexibles. Son generalmente tubos corrugados de metal, o láminas delgadas de acero.

Al plantear las cunetas, estas tendrán una pendiente longitudinal no erosiva con sección transversal según se indica en la Fig. N° 2; observase que son dos cunetas: una principal y otra auxiliar, cuyo dimensionamiento se propone

de la siguiente manera:

FIG. N° 2. SECCION DE UNA CARRETERA CON DRENAJE APROPIADO

a). Para la cuneta principal.


H = 0.40 a 0.50m. , para pendiente mayor igual que 1%H = 0.50 a 0.70m. , para pendiente menor que 1%T=0.1 B, mínimo.

Donde:

B: Ancho de la carretera ó camino, incluidas las bermasT: Ancho superior de la cunetaH: Profundidad total de la cuneta.

b). Para la cuneta auxiliar H=0.30m.T = 0.40 a 0.50 m.Los taludes Z1 y Z4 dependen de su estabilidad al deslizamiento.La profundidad del flujo debe ser: y ≤ 0.7H con la cual se verificará la velocidad máxima no erosiva al revestimiento de la cuneta.Si el revestimiento e de concreto simple fc 140 kg/cm2, la velocidad máxima puede ser de 3.0 m/s.

Las cunetas deben descargar el agua a un cauce natural ó a un aliviadero.Los aliviaderos se ubican, de preferencia, en los puntos donde la velocidad en la cuneta es erosiva y la sección no tiene capacidad hidráulica. Partiendo de una divisoria de aguas de la carretera, el primer aliviadero se podría ubicar a la distancia Lx2. (Ver figura N° 03)

FIG. N° 3 UBICACION DEL PRIMER ALIVIADEROEn la divisoria de aguas del tramo de pendiente adversa S3, la profundidad de la cuneta es “H’ (ver Fig. N° 3), en la sección final la velocidad máxima del flujo es la erosiva entonces la profundidad


HA dependerá de esas consideraciones y debe cumplirse que HA=ZA+H+S2LX2.Se entiende por sección final del tramo de una cuneta, aquella donde se produce la descarga al aliviadero. En estas secciones la profundidad total es igual a H +Si Lxi, donde Si es el tramo de la cuneta y Lxi es la distancia entre la sección inicial de la cuneta y la sección final de la misma (ver Fig. N° 3).Un aliviadero se caracteriza por tener una caja en la cual descarga el agua de las cunetas; su profundidad depende tanto de la cuneta como de la topografía del terreno que facilite la salida del agua por el cañón del aliviadero.

B = ancho de la caja del aliviadero, suficiente para realizar la limpieza manual.D = diámetro del cañón del aliviadero ó dimensión vertical de la sección cuando no es circular.

Cualquier i - ésimo aliviadero se ubicará en el extremo final de la ó las cunetas que descargan en él, según se puede apreciar en la Fig. N° 5.

FIG N° 5. UBICACIÓN DE ALIVIADEROS Y PENDIENTE DE CUNETAS.

FIG. N° 04. PROFUNDIDAD MINIMA DE LA CAJA DEL ALIVIADERO:


La dimensión de las cajas perpendicular al ancho B debe ser lo suficiente para que descargue la cuneta y se pueda realizar una limpieza manual en dicha caja.El cajón de entrada, que puede ser de mampostería o de concreto, recibe el agua que corre por la cuneta, luego entra al cañón del aliviadero.La geometría de la entrada de la alcantarilla o aliviadero puede tener gran influencia en la pérdida de entrada. Dentro de la alcantarilla, se tiene una pérdida adicional causada por la fricción de la pared.

CONSIDERACIONES HIDRAULICAS PARA EL DISEÑO DE CUNETAS:

Las cunetas son zanjas que se hacen a ambos lados del camino con el propósito de recibir y conducir el agua pluvial de la mitad del camino (o de todo el camino en las curvas).

El área a drenar por las cunetas es relativamente pequeña, generalmente se proyectan estas para que den capacidad a fuertes aguaceros de 10 a 20 minutos de duración, se considera que capta el 80% de la lluvia que cae en la mitad del ancho total de la vía.

Las dimensiones, la pendiente y otras características de las cunetas, se determinan mediante el flujo que va a escurrir por las mismas. Las cunetas generalmente se construyen de sección, transversal triangular o trapecial y su diseño se basa en los principios del flujo en los canales abiertos. En un flujo uniforme, las relaciones básicas se indican mediante la conocida fórmula de Manning.

Q : Descarga en m3/s.A : Área de sección en m.S : Pendiente del canaln : Coeficiente de rugosidad de Manning.


Es conveniente emplear una sección de cuneta constante no solo por la buena apariencia y seguridad del camino, sino también con el objeto de hacerla de más fácil construcción y conservación.

Tipo de terreno Velocidad (m/s) para agua con arrastre de

arena y grava

Arena fina

Franco arenoso

Limo arcilloso

Franco areno - limoso

Cenizas volcánicas

.Arcilla

Grava y cantos rodados

0.5

0.6

0.6

0.7

0.6

1.1

2.0

VELOCIDADES MÁXIMAS QUE NO CAUSAN EROSION EN CANALES SIN REVESTIMIENTO

Para canales en tierra, Kennedy da la siguiente fórmula empírica Vs=0.548d0.64

Vs= velocidad en m/s, que no produce erosión ni colmatación d = tirante de agua en metros.

MATERIAL H :V

- Roca firme- Roca con fisuras- Grava

Cementadas- Arcillas compacta

ó Conglomera- Arcilla con grava

suelos francos- Suelos francos

con grava- Limos arcillosos- Limos arenosos- Franco arenoso

¼ : 1½: 1¾ : 11: 1

1: 1

1 ½: 1

1 ½: 12: 12: 1


- Arena suelta 3:1

Taludes recomendables para canales

Material n

- Tierra común, nivelada y alisada

- Roca lisa y uniforme

- Roca con salientes y sinuosos

- Lechos pedregosos

- Plantilla de tierra, taludes ásperos.

0.02

0.030.04

0.030.03

Algunos Valores de “n’ de Manning

Cunetas revestidas de concreto:

Vmáx= 2.5m/s, para evitar erosión del concreto simple.

Velocidad para evitar colmatación = recomendable 1.5 m/s como mínimo que, puede arrastrar partículas de 50 mía como tamaño máximo, si la profundidad del gua sería de 0.30m

DISEÑO DE ALCANTARILLAS:

El término alcantarilla también se referirá al término aliviadero con la finalidad de generalizar los conceptos de la hidráulica de alcantarillas.

El gasto de una alcantarilla se determina aplicando las ecuaciones de continuidad y de energía entre las secciones de llegada y una sección aguas abajo, ubicado según el tipo de flujo dentro de la alcantarilla.


D = dimensión vertical máxima de la alcantarilla.y1= Tirante en la sección de llegada (en la sección del dren natural ó de la caja)y4 = Tirante aguas abajo de la alcantarilla (de acuerdo al nivel del agua que se espera)(1) = Sección de llegada en el di-en natural (aproximadamente a 3m desde la entrada de la alcantarilla)(2) = Entrada de la alcantarilla(3) = Salida de la alcantarilla(4) = Sección aguas ahajo, con profundidad de agua requerida y4Lw = distancia entre secciones (1) y (2); aproximadamente 2m a 3 mL = Longitud del cañón ó barrilSo =Pendiente del cañónPor conveniencia de cálculo, el gasto a través de alcantarillas se divide en seis categorías con base en las alturas relativas de la carga y de los niveles aguas.

CARACTERISTICÁS DE LOS TIPO DE FLUJO, CONOCIDOS Y1 Yc, Y4,

D

3. Criterios generales para el diseño de obras de drenaje

A la hora de proyectar el drenaje de una carretera deben tenerse en cuenta una serie de factores que influyen directamente en el


tipo de sistema más adecuado, así como en su posterior funcionalidad. Los más destacables son:

Factores del clima: se debe tomar en cuenta los estudios del clima apreciando si es muy lluvioso la zona o muy seca o dependiendo de cómo se para poder realizar el respectivo y correcto drenaje para la correcta salida de las aguas encharcadas o allegadas.

Factores topográficos: Dentro de este grupo se engloban circunstancias de tipo físico, tales como la ubicación de la carretera respecto del terreno natural contiguo, en desmonte, terraplén o media ladera, la tipología del relieve existente, llano, ondulado, accidentado, o la disposición de sus pendientes en referencia a la vía.

Factores hidrológicos: Hacen referencia al área de la cuenca de recepción y aporte de aguas superficiales que afecta directamente a la carretera, así como a la presencia, nivel y caudal de las aguas subterráneas que puedan infiltrarse en las capas inferiores del firme.

Factores geotécnicos: La naturaleza y características de los suelos existentes en la zona condicionada la facilidad con la que el agua puede llegar a la vía desde su punto de origen, así como la posibilidad de que ocasione corrimientos o una erosión excesiva del terreno. Las propiedades a considerar son aquellas que afectan a su permeabilidad, homogeneidad, estratificación o compacidad, influyendo también la existencia de vegetación.

Una vez sopesados estos factores se procede al diseño de la red de drenaje, que deberá cumplir los siguientes objetivos:

Evacuar de manera eficaz y lo más rápidamente posible el agua caída sobre la superficie de rodadura y los taludes de la explanación contiguos a ella. Por supuesto, deberán evitar la inundación de los tramos más deprimidos de la vía

Alejar del firme el agua freática, así como los posibles acuíferos existentes, empleando para ello sistemas de drenaje profundo. Prestar especial atención a los cauces naturales, tales como barrancos o ramblas, disponiendo obras de fábrica que no disminuyan su sección crítica para periodos de retorno


razonables. Debe recordarse que las avenidas son la principal causa mundial de destrucción de puentes.

No suponer un peligro añadido para la seguridad del conductor, empleando para ello taludes suaves y redondeando las aristas mediante acuerdos curvos, evitando así posibles accidentes adicionales.

También debe cuidarse el aspecto ambiental, procurando que produzca el menor daño posible al entorno.

Todos los anteriores puntos están como siempre supeditados a la economía de la obra, por lo que la solución adoptada debe tener en cuenta dos condicionantes adicionales:

El coste inicial de construcción e implantación del sistema de drenaje.

Los costes de reparación y mantenimiento de la infraestructura de drenaje a lo largo de la vida útil de la carretera.

• Factores geológicos: deben proporcionar al proyectista, en cada una de las fases del proyecto, información suficiente sobre las características geológicas del terreno afectado gran importancia en la fase de proyecto ya que reducen la incertidumbre que siempre existe en la construcción. Los estudios geológicos (y geotécnicos) son la base de un buen proyecto y evitan problemas posteriores durante la ejecuciónPor la carretera, distinguiendo entre el terreno como cimiento de la vía y sus estructuras y el terreno como material a emplear en la construcción de la carretera, así como información sobre las condiciones hidrológicas y de drenaje. Estos estudios tienen una gran importancia en la fase de proyecto ya que reducen la incertidumbre que siempre existe en la construcción. Los estudios geológicos (y geotécnicos) son la base de un buen proyecto y evitan problemas posteriores durante la ejecución


4. INFORME DE VISITA DE CAMPO.

La visita de campo se realizó en la Vía Jacinto Ibarra específicamente en el sector – Tarapacá y Leoncio prado.

4.1UBICACIÓN:

Los tramos analizados se encuentran en la siguiente ubicación política:

Departamento : Junín Provincia : Huancayo Distrito : Chilca Lugar : Av. Jacinto Ibarra

AV. TARAPACA AV. OCOPILLA AV. LEONCIO PRADO

AV. JACINTO IBARRA


La vía Jacinto Ibarra es un corredor vial que comunica a los llanos orientales con el centro de la ciudad de Huancayo.

4.2 DESARROLLO DE LA VISITA DE CAMPO

La visita se realizó en una etapa, comenzando por el sector de la intersección de la av. Leoncio Prado y Jacinto Ibarra, donde se observaron obras de drenaje y de estabilización realizados para la vía.

Seguidamente se realizó una segunda observación en el tramo de Tarapacá y la av. Ocopilla las cunetas estaban saturadas de lodo y tierra además de basura impidiendo el drenaje de las aguas de lluvia en la vía.

Las bermas Estos elementos encauzan convenientemente al agua colectada si se les da una pendiente apropiada hacia lavaderos, bajadas o estructuras análogas.

Se observaron las cunetas También la cuneta puede recibir agua que haya caído sobre la corona de la vía, cuando la pendiente transversal de ésta tenga la inclinación apropiada para ello

PROBLEMAS RELACIONADOS CON EL AGUA EN LOS PAVIMENTOS

Se observó, erosión y bombeo en las capas de soporte de los pavimentos

Desprendimiento del ligante que rodea los agregados pétreos en las mezclas asfálticas

Se afecta la seguridad de los usuarios en instantes de lluvia, debido a la posibilidad de salpicaduras.

LOS DAÑOS DEL PAVIMENTO RELACIONADOS CON LA HUMEDAD SE ENCUENTRAN EN LAS SIGUIENTES CATEGORÍAS:


Debilitamiento de las capas del pavimento Degradación de los materiales (desprendimiento y erosión de

mezclas asfálticas; erosión de otros materiales del pavimento; bombeo, escalonamiento y agrietamiento en pavimentos rígidos).

Perdida de adherencia entre capas.

CARACTERIZACION:

En nuestro país los problemas de drenaje son cada vez más agudos, producto de un inadecuado manejo de las aguas en las zonas de riego, o por excesos de lluvia en áreas de alta pluviosidad como lo es la ciudad de Huancayo.

A no mediar una solución, esta situación traerá como consecuencia la necesidad de instalar extensos y costosos sistemas de drenaje, para controlar en buena forma la humedad del suelo y para otorgar mejores condiciones para el crecimiento y desarrollo de las plantas.

Sin embargo previo a la implementación de cualquier sistema de drenaje, será necesario obtener la mayor información posible de los suelos que se van a drenar.

Dentro de los diferentes aspectos que se deben contemplar en un estudio de este tipo, se destacan: clasificación de los suelos, levantamientos topográficos, determinación del nivel freático y la determinación de algunas constantes hídricas de suelos.


CONCLUCIONES

Es importante conocer el diseño de los sistemas de drenaje

en carreteras para que sea completo el conocimiento sobre

las vías terrestres.

El dato más importante para poder realizar el diseño de las

obras de drenaje, es la intensidad ya que el caudal depende

fundamentalmente de la misma.

La topografía es importante para este tipo de obras, ya que

sin ella sería prácticamente imposible, obtener los datos

reales de campo.

Se concluye después del trabajo realizado que casi siempre


cumplirá el caudal establecido por la sección tipia que manda

el reglamente de carreteras, excepto en carreteras de

pendiente pronunciadas y tramos largos de corte.

El proyectista debe conocer perfectamente el recorrido del

sistema de drenaje a diseñar, es importante la etapa de

reconocimiento de terreno muy importante.

RECOMENDACIONES

Se recomienda que el proyectista debe efectuar de manera

minuciosa el reconocimiento del terreno para poder tener así

mayor criterio al momento de ubicar las obras de drenaje.

Se debe tener en cuenta en el cambio de sección de las

cunetas, en lo posible no cambiar el talud de las mismas,

para un mejor y más rápido proceso constructivo.

Se debe preferiblemente aumentar solo el ancho de las


cunetas, no la profundidad para un más eficiente proceso

constructivo.

Ubicar las contracunetas con un buen criterio y Análisis de la

situación para evitar gastos vanos.

Debemos tener mucho cuidado al momento de arrastrar

caudales, para así no obviarlos y evitar así que después

rebalse el nivel del agua en las cunetas mal diseñadas.

BIBLIOGRAFÍA

Villón, M. (2007). Drenaje. San José: Editorial Escuela de

Ingeniería Agrícola del Instituto Tecnológico de Costa

Rica.Materón, H. (2005).

Obras hidráulicas rurales. Cali: Colombia. Editorial Norma.

Chow, V., (2001)

Hidráulica de canales abiertos. Capítulos 1 y 2.

1“Manual de Drenaje y productos de construcción.” The

Arcom International

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Edicion 1999. Impreso por


R.R. Donnelley & Sons Company Chicago, Illinois, U.S.A.

2 “Estructuracion de Vías Terrestres.” Fernando Olivera

Bustamante (M. en I.I.C.)

Primera Edicion, 1986. Compañía Editorial Continental S.A. de

C.V. México

(C.E.C.S.A.)

3 Highway Drainage Manual, American Association of State

Highway and

Transportation Officials, Washington, D.C., 19192

4 Rico Rodríguez - Del Castillo Mejía; La Ingeniería de Suelos

en las Vías Terrestres.

Vol. 1; Quinta reimpresión; Editorial Limusa, S.A .de C.V.

1989.

C www.itm.gob.mx “Instituto Mexicano del Trasporte”

Drenaje en carreteras

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