DISEÑO Y RELACIÓN DE OBRAS DE ARTE Y DRENAJE

6.1 Diseño de Obras de Arte

Cunetas.-

Tiene la finalidad de recoger las aguas superficiales, transportadas y eliminarlas rápidamente para evitar el deterioro de la plataforma rehabilitada.

Las cunetas serán de sección triangular, ubicándose a uno o ambos lados de la vía, para tramos de ladera o corte.

Capacidad de las Cunetas.-

Su dimensionamiento es fijado de acuerdo a las condiciones pluviométricas de la zona. Se ha establecido la capacidad de las cunetas de acuerdo a la formula de Manning:

Qe = (1/n) * A * R2/3 * S1/2

Donde:n = Coeficiente de rugosidad; = 0.027 (Tierra)

De los planos de perfil obtenemos la pendiente mínima y máxima.

S mín.= 0.62%S máx.= 14.96%

Sd = 7.79%

Luego tenemos: Qe = 0.2004 m3/s.

Finalmente consideraremos un factor de seguridad, asumiendo que la cuneta trabajará al 75% con la finalidad de evitar el rebalse del agua.

Qe = 0.75 * 0.2004 m3/s

Qe = 0.1503 m3/sCalculo del Caudal a Drenar.-

Se tendrá en cuenta las siguientes consideraciones:

- En las zonas lluviosas la longitud máxima permitida para el desfogue de las aguas que discurren por las cunetas es de 200 a 300 metros de longitud. Se plantea como una longitud máxima de 500 metros, debido a circunstancias económicas y topográficas.- El área a drenar tiene una longitud transversal de 250 metros.- Teniendo que el Q máx. = 1.27 m3/s/Km2.- Se usará la siguiente formula:

Qt = Q máx. Unitario * A

De donde reemplazando los valores se tiene:

Qt = (0.50 m3/s/Km2) * (0.500 * 0.250 Km2)Qt = 0.062 m3/s

Qdrenar = 0.062 m3/s < Qe = 0.1503 m3 /s …………..OK

Verificación de velocidad:

A = 0.09 m2, entonces = 0.75 * 0.09 = 0.07 m2

Qdrenar = 0.062 m3/s

Luego:

Vd = Qdrenar / A = 0.89 m/sVmin = 0.60 m/s < Vd = 0.89 m/s < V max = 6 m/s……….OK

Alcantarillas de Alivio

En lo referente a Alcantarillas, estamos utilizando alcantarillas TMC MP-68 con dimensiones de acuerdo al caudal requerido.

Diseño Hidráulico

Como es sabido el régimen de escurrimiento para la zona en estudio sigue el patrón de comportamiento proveniente de lluvias temporales pero con fuerte intensidad, para ello es necesario prever la erosión hídrica de la plataforma a fin de mantener la transitabilidad de la vía y prolongar su tiempo de uso.

Calculo del Caudal a Drenar

Se tendrá en cuenta las siguientes consideraciones:

- Se plantea el diseño para el caso desfavorable y en que las circunstancias económicas y topográficas no lo permitan, teniendo una longitud máxima de 350 m.- El tramo en estudio cuenta con una intensidad = (100/24) mm/Hr. y una longitud transversal a drenar de 250 m.- Se usará la formula: Q = C * I * A/360

Cálculo del caudal por precipitación pluviométrica en taludes, se tiene;

I = (100/24) mm/Hr………. Intensidad de precipitación

A = 8.75 Ha.

C = coeficiente de escorrentía = 0.50, para Zona con vegetación reno arcilloso.

Reemplazando los valores en la formula racional, se tiene:

Qt = 0.051 m3/s

Cálculo del caudal por precipitación pluviométrica que escurre por la calzada, se tiene;

I = (100/24) mm. /Hr……………… Intensidad de precipitaciónA = 350*2 = 0.07 Ha.C = coeficiente de escorrentía = 0.62, para pavimento tipo afirmado.

Reemplazando los valores en la formula racional, se tiene:

Qp = 0.0005 m3/s

Caudal total a drenar:

Qdrenar = Qt + Qp

Qdrenar = 0.0515 m3/sQdrenar = 0.0515 m3/s < Qe = 0.2004 m3/s

Verificación de velocidad:

A (75%) = 0.07 m2

Qdrenar = 0.0515 m3/s

Luego:Vd = Qdrenar / AVd = 0.75 m/sVmin = 0.60 m/s < Vd = 0.75 m/s < V max = 6 m/s……….OK

Esta última expresión garantiza evitar posteriores problemas de sedimentación y erosión.

Sustento Hidráulico:

Caudal a drenar:Qdrenar = 0.0515 m3/sQdrenar Alc = 0.0434 m3/s

Dimensionamiento de Alcantarillas

Para este tipo de estructuras hidráulicas, igualmente se ha determinado los caudales hidráulicos en base a los parámetros hidrológicos e intensidades máximas de diseño. Teniendo como restricción la disponibilidad de agregados para concreto en la zona, es que las alcantarillas son diseñadas de metal tipo TMC MP-68, con cabezales de entrada y salida de concreto f’c=175 kg/cm2 en tal razón el coeficiente de rugosidad que corresponde según especificaciones adjuntas, será de 0.024 y la pendiente del cauce de 0.02.

Este valor se adopta en razón de favorecer una velocidad de flujo cercana a lo recomendado en las especificaciones técnicas, lográndose de esta manera impedir la obstrucción de la alcantarilla por fenómenos de sedimentación – colmatación, debido a las corrugaciones. El problema que puede presentarse a la salida de la alcantarilla, por efecto de la velocidad, será amortiguado por un colchón de piedra grande dispuesto en forma adecuada (disipadores de energía).

Cálculo de la Capacidad Hidráulica de la Alcantarilla

Qe = (1/n) * A * R2/3 * S1/2

Donde:n = 0.024

= 24” = 0.6096 m

A = 0.7442*D2 = 0.02766 m2

P = 2.498*D = 1.52278 m.R = A/P = 0.01816 m.S = 2 % = 0.02

Propuesta

Reemplazando, se tiene el cuadro siguiente:

Qdrenar Alc < Qcap Alc……………OK