Trabajo 3er Corte Hidrologia
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REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA
INSTITUTO UNIVERSITARIO POLITÉCNICO
“SANTIAGO MARIÑO”
EXTENSIÓN MARACAY
HIDROLOGIA
Profesor: Integrantes:
Ing. José Luis Martínez Acevedo Keily C.I. 21.272.396
Garrido Marina C.I.
Herrera Sunimar C.I.
Sección: CI
Julio de 2015
Introducción
1. DEFINIR:
a) HIDROLOGIA URBANA
La hidrología urbana es la rama de la hidrología que estudia la hidrología de las zonas
urbanas y metropolitanas, en donde predominan las superficies casi impermeables y el relieve
artificial de terreno, analizando en particular el efecto del desarrollo urbano.
b) DRENAJE PLUVIAL
Un sistema de drenaje urbano debe estar dirigido al logro de unos objetivos hacia los
cuales se dirigen las acciones a llevar a cabo. Estos objetivos son 2: uno básico y otro
complementario. El básico es disminuir al máximo los daños que las aguas de lluvia pueden
ocasionar a la ciudadanía y las edificaciones en el entorno urbano. Por otro lado lo
complementario es garantizar el normal desenvolvimiento de la vida diaria en las ciudades,
permitiendo así un apropiado tráfico de personas y vehículos durante la ocurrencia de las
lluvias. El grado de protección en drenaje urbano le garantiza un nivel aceptable del riesgo de
ocurrencia de daños y molestias. En consecuencia existirán básicamente dos grados de
protección, uno correspondiente a la función básica y otro a la complementaria, siendo así el
riesgo en el primer caso menor que en el segundo, por cuanto la protección de las personas y
edificaciones tienen que ser mayores que la garantía del tráfico de personas y vehículos.
El constante crecimiento urbano obliga a una meditación en cuanto a la solución del
drenaje, lo que exige la interrelación en la planificación urbana con el objetivo de preservar la
integridad física de las vías, garantizar el libre desenvolvimiento de la ciudadanía en épocas de
grandes lluvias. La vida útil de un alto por ciento de los sistemas de drenaje urbano están muy
relacionados no solo con la calidad de los materiales utilizados y la calidad de construcción, sino
en si planificación y concepción de los criterios de diseño. La recolección, encauzamiento y
disposición de las aguas, tanto superficiales como subterráneas son especiales para garantizar
la estabilidad e integridad de las ciudades. Un sistema de drenaje urbano está constituida por
un conjunto de obras una parte de las cuales está dirigida a proteger la integridad de la
ciudadanía, es decir cumplir una función básica y otra a garantizar el ágil desenvolvimiento del
tráfico de vehículos. Es importante que en la selección del gasto a considerar en el proyecto y
un límite aceptable del tiempo de inundación admitido, para la determinación de ambos, un
mayor o menor grado de riesgo.
Un sistema de drenaje deficiente pone a una ciudad en riesgo; un ejemplo claro de las
consecuencias de un diseño pobre se aprecia en la historia del huracán Katrina, que azotó al
Estado norteamericano de Nueva Orleans en agosto del año 2005, ya que la inundación que
siguió a dicha catástrofe tomó muchos meses en ser resuelta.
Otro peligro que supone un sistema de drenaje es la contaminación; dado que no existe un
control estricto de los materiales que son desechados constantemente en las cañerías, es
posible verter materiales tóxicos que amenacen silenciosamente a toda la población. Por otro
lado, es importante señalar que cuando el volumen de los residuos es pequeño, el riesgo es
menor. En el año 1992, en la ciudad mexicana de Guadalajara tuvo lugar una serie de
explosiones que abarcó más de ocho kilómetros, cobrándose muchas vidas, a causa de un
derrame de gasolina en las alcantarillas.
c) IMPORTANCIA DEL DRENAJE EN CARRETERA
En la construcción de carreteras, es necesario evaluar los cruces de los ríos que se
encuentren alrededor del proyecto y que puedan afectar a la carretera, siendo necesario
realizar una obra de drenaje y/o obra civil para disponer su evacuación. El drenaje es un punto
crítico y vulnerable para una carretera.
Para la evaluación de los tipos de drenajes que se necesita construir, es necesario la
realización de estudios y cálculos de ingeniería, como lo son:
Estudio hidrológico de la zona.
Estudio topográfico de la zona.
Tipo de estructura de drenaje a utilizar.
Diseño estructural del drenaje.
Diseño topográfico del drenaje.
Obras complementarias del drenaje.
Mantenimiento específico para los drenajes.
La importancia del drenaje en las carreteras, es en primer término, el reducir al máximo
posible la cantidad de agua que de una y otra forma llega a la misma, y en segundo término dar
salida rápida al agua que llegue a la carretera. Para que una carretera tenga buen drenaje debe
evitarse que el agua circule en cantidades excesivas por la misma destruyendo el pavimento y
originando la formación de baches, así como también que el agua que debe escurrir por las
cunetas se estanque originando pérdidas de estabilidad y asentamientos perjudiciales. El
prever un buen drenaje es uno de los factores más importantes en el proyecto de una
carretera.
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 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:
o 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.
o 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.
o 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.
o 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.
2. CUÁLES SON LOS ASPECTOS BÁSICOS PARA DISEÑAR UNA RED DE DRENAJE.
En geomorfología, la red de drenaje
se refiere a la red natural de transporte gravitacional de agua, sedimento o
contaminantes, formada por ríos, lagos y flujos subterráneos, alimentados por la lluvia o la
nieve fundida. La mayor parte de esta agua no cae directamente en los cauces fluviales y los
lagos, sino que se infiltra en el suelo (capa superior no consolidada del terreno) y desde éste se
filtra al canal fluvial (escorrentía) y constituye arroyos. Los patrones o geometrías de las redes
de drenaje son el resultado no sólo de la dinámica fluvial sino también de la deformación
tectónica de la superficie terrestre.
Los factores básicos involucrados en el diseño de una red de drenaje son:
Determinación de la geometría de la red incluyendo:
o Perfil y trazo en planta.
o Cálculos de los diámetros y pendientes de cada tramo.
o Magnitud de las caídas necesarias en los pozos.
La definición de la geometría de la red se inicia con la ubicación de los posibles sitios de
vertido y el trazo de colectores y atarjeas. Se usan normas de carácter práctico, basándose en la
topográfica de la zona y el trazo urbano de la localidad, aplicando las reglas siguientes:
Los colectores de mayor diámetro se ubican en las calles más bajas para facilitar el
drenaje de las zonas altas con atarjeas o colectores de menor diámetro.
El trazo de los colectores y atarjeas se ubica sobre el eje central de las calles, evitando su
cruce con edificaciones.
El trazo debe ser lo más recto posible procurando que no existan curvas y cuando la
calle sea amplia, se pueden disponer dos atarjeas, una a cada lado de la calle.
La red de alcantarillado debe trazarse buscando el camino más corto al sitio de vertido.
Las conducciones serán por gravedad. Se tratará de evitar las conducciones con
bombeo.
Se debe calcular el funcionamiento hidráulico del conjunto de tuberías, con el fin de
revisar que los diámetros y pendientes propuestos sean suficientes para conducir el
gasto de diseño de cada tramo.
Analizar con detalle las consideraciones y restricciones que sirven para disminuir los
costos de construcción y evitar tanto fallas por razones estructurales como excesivos
trabajos de mantenimiento.
Al elaborar el diseño de una red de drenaje, se puede apreciar que el dimensionamiento
de las tuberías depende de: tamaño del área por servir; coeficiente de escurrimiento;
intensidad de la lluvia; y del periodo de diseño.
3. DEFINA EL COEFICIENTE DE ESCURRIMIENTO Y ELABORE UNA TABLA DE
ESCURRIMIENTO “C” PARA DIFERENTES SUPERFICIES.
El coeficiente de escurrimiento o escorrentía es la relación entre la lámina de agua
precipitada sobre una superficie y la lámina de agua que escurre superficialmente, (ambas
expresadas en mm).
Donde:
= Precipitación (en mm)
= Lámina escurrida (en mm)
El valor del parámetro k varía mucho en función del tipo de uso del suelo. En el cuadro
siguiente se presentan algunos valores generalmente aceptados para precipitaciones de larga
duración.
Característica del área Valor de k
Residencial urbano - Casas unifamiliares 0.30
Residencial urbano - Apartamentos con jardines 0.50
Comercial e industrial 0.90
Forestada (dependiendo del suelo) 0.05 - 0.20
Parques, prados, terrenos cultivados 0.05 - 0.30
Pavimentadas con asfalto u hormigón 0.85 - 1.00
Terreno saturado por lluvias prolongadas 1.00
Tabla “C” Para Diferentes Superficies
4. INVESTIGAR Y EXPLICAR CADA UNA DE LAS SIGUIENTES FORMULAS:
a) FUNCIÓN DE WEIBULL
La distribución Weibull se caracteriza por los parámetros Alfa (α) y Gama (γ). Alfa es el
parámetro de la escala y gama es el parámetro de la forma. Debido que el parámetro gama
provee la posibilidad de cambiar la forma de la distribución se puede notar que la distribución
Weibull es muy flexible, por consiguiente, se pueden modelar las fallas funcionales y
estructurales de los pavimentos. El parámetro gama permite que la distribución Weibull se
pueda comportar de diferentes formas. Por ejemplo, modulando el parámetro gama la
distribución Weibull se puede aproximar a la distribución Exponencial, a la Normal y a la Chi-
cuadrada, ayudando estas aproximaciones a representar de manera más apropiada las cargas
requeridas para que un pavimento alcance el nivel terminal de servicio. Además de que la
distribución Weibull es un modelo robusto y flexible, el mismo se ha aplicado en muchas áreas
de la ingeniería para modelar eventos de confiabilidad y sobrevivencia.
La función de Weibull está definida por:
Obsérvese que para a =1 esta función es la exponencial, es decir la función exponencial
es una particularización de la función más general de Weibull.
Usando las relaciones entre las tres funciones las funciones de supervivencia y riesgo
para esta variable son
Es decir, el riesgo es creciente a lo largo del tiempo para a > 1 (por ejemplo,
supervivencia de pacientes con una enfermedad crónica sin respuesta al tratamiento, o
materiales con fatiga), constante para a = 1 (materiales sin fatiga) y decreciente para < 1
(enfermos con cirugía mayor practicada con éxito).
Nótese que calculando dos veces el logaritmo de la función de supervivencia
Y calculando el logaritmo de la función de riesgo
Es decir las relaciones entre el logaritmo del logaritmo cambiado de signo de la
supervivencia con el logaritmo del tiempo (primera fórmula) y el logaritmo del riesgo con el
logaritmo del tiempo (segunda fórmula) son lineales. A veces se usan estas relaciones para
evaluar la idoneidad del modelo de Weibull.
b) PERÍODO DE RETORNO (T)
El Período de retorno es uno de los parámetros más significativos a ser tomado en
cuenta en el momento de dimensionar una obra hidráulica destinada a soportar avenidas,
como por ejemplo: el vertedero de una presa, los diques para control de inundaciones; o una
obra que requiera cruzar un río o arroyo con seguridad, como puede ser un puente.
El periodo de retorno se define como el intervalo de recurrencia (T), al lapso promedio
en años entre la ocurrencia de un evento igual o mayor a una magnitud dada. Este periodo se
considera como el inverso de la probabilidad, del m-ésimo evento de los “n” registros.
El valor del periodo de retorno se determina en función de la posición de la variable
aleatoria (Pmáx o Qmáx en su caso) en una tabla de valores, ordenados de mayor a menor, con
base en las siguientes relaciones:
T = n+1m
y P = mn+1
Donde:
T = Periodo de retorno (años)
n = Número de años de registro
m = Número de orden
P = Probabilidad
Cuadro 1: Ejemplo de cálculo de periodos de retorno para eventos máximos anuales de
lluvia.
Fecha Lluvia (mm) Lluvia ordenado
(mm)
Numero de
orden (m)
Periodo de
retorno T (años)
Probabilidad P
(%)
1992 51.0 80 1 17 5.88
1993 40.0 54 2 8.5 11.76
1994 29.0 51 3 5.7 17.65
1995 40.0 50 4 4.3 23.53
1996 40.0 50 5 3.4 29.41
1997 50.0 45 6 2.8 35.29
1998 54.0 44.5 7 2.4 41.18
1999 40.0 40 8 2.1 47.06
2000 40.0 40 9 1.9 52.94
2001 40.0 40 10 1.7 58.82
2002 44.5 40 11 1.5 64.71
2003 50.0 40 12 1.4 70.59
2004 45.0 40 13 1.3 76.47
2005 33.0 35 14 1.2 82.35
2006 80.0 33 15 1.1 88.24
2007 35.0 29 16 1.1 94.12
El período de retorno para el que se debe dimensionar una obra varía en función de la
importancia de la misma (interés económico, socio-económico, estratégico, turístico), de la
existencia de otras vías alternativas capaces de remplazarla, y de los daños que implicaría su
ruptura: pérdida de vidas humanas, costo y duración de la reconstrucción, costo del no
funcionamiento de la obra, etc. En presas pequeñas, para la selección del período de retorno,
se utiliza el Cuadro 2, y se determina en función de la categoría de la presa.
Cuadro 2: Periodos de retorno para diferentes categorías de presas.
Categoría de la presa Periodo de retorno (años) para la avenida de
diseño del vertedor
Categoría A: Embalses situados en zonas totalmente
deshabilitadas, o bien, inmediatamente aguas arriba de otro
embalse con mucha mayor capacidad o de la desembocadura
del rio en el mar. En este caso, la ruptura de la presa no tendría
más trascendencia que las pérdidas económicas propias de ella
y no podrían producirse daños a terceros.
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Categoría B: Embalses situados aguas arriba de núcleos de
población. Pero por su capacidad reducida u otras
circunstancias, aunque se rompiese la presa por una avenida
importante, las víctimas y daños serían los mismos que si no
hubiese existido embalse.
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Categoría C: Embalses situados aguas arriba de núcleos de
población y cuyas características de capacidades, etc.,
determinan que si se presenta una gran avenida y esta produce
la falla de la presa, la onda de venida debida al vaciado del
embalse incrementa sensiblemente las víctimas y daños que
ocasionaría por si sola la avenida del rio.
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c) FUNCIÓN DE DISTRIBUCIÓN DE GUMBELL
La distribución de Gumbell ha sido utilizada con buenos resultados para valores
extremos independientes de variables meteorológicas y parece ajustarse bastante bien a los
valores máximos de la precipitación en diferentes intervalos de tiempo y después de muchos
años de uso parece también confirmarse su utilidad en los problemas prácticos de ingeniería de
dimensionamiento de redes de drenaje y diversas obras hidráulicas.
Si n es el número anual de valores diarios independientes de un cierto elemento
meteorológico o hidrológico y Ex el número medio anual de valores diarios que exceden el valor
x, la probabilidad de que un valor diario sea superior a x es: Ex/n, mientras que la probabilidad
de que sea menor será, como resulta bien claro, la complementaria: 1-(Ex/n).
La probabilidad: p = F(x), expresada en tanto por uno, de que el máximo anual sea
menor que x vendrá dada por: F(x)=(1-Ex/n)n, y si n es suficientemente grande, entonces: F(x)
e-Ex, ya que se trataría de un límite indeterminado del tipo:
Como se quería demostrar.
Si se hace: y =-ln Ex, se tiene que: F(x)= , ya que también:
-y = ln Ex ; Ex = e-y.
Y es la variable reducida, y = -ln ln[1/F(x)], y e es la base de los logaritmos neperianos o
naturales, tal como ya hemos visto en el epígrafe correspondiente de este mismo trabajo.
En la aplicación de la teoría de los valores extremos suele expresarse la probabilidad en
términos del período de retorno o de recurrencia T(x), que para un valor particular de x es "el
intervalo medio, expresado en años, en que el valor extremo alcanza o supera a x una sola vez".
La relación existente entre la probabilidad: p = F(x) y el período de retorno: n = T(x) viene dada
por la expresión:
T(x) = 1/[1 - F(x) , o sea, n = 1/(1-p)
El período de retorno así definido no es el mismo que el intervalo medio entre
ocurrencias de valores máximos iguales o superiores a x, T1(x)", ya que en estas series,
llamadas de duración parcial, no se considera el año que se han registrado estos valores
máximos, pudiendo haber algunos con dos o más y otros sin ninguno.
Según SEELYE, T y T1, están relacionadas por la ecuación:
(1/T1)ln T = ln (T-1)
En algunas aplicaciones puede ser conveniente emplear T1(x), aunque la diferencia
entre T1 y T es muy pequeña y tiende rápidamente hacia 1/2 cuando T aumenta.
El Método de Gumbell permite así mismo, a partir de una serie de registros históricos de
caudal, predecir la frecuencia y el valor correspondiente de caudal por fuera del rango histórico
registrado.
El Cálculo de la función de probabilidad de Gumbell, o Función Tipo I. difiere levemente
de un autor a otro. Teniendo en cuenta esta observación se prefiere esta distribución frente a la
de Log Pearson y Pearson tipo III por ofrecer valores levemente superiores. Sin embargo es
conveniente mencionar que el valor de precipitación obtenido para cada frecuencia, sea de 100
años, 50 años, etc., es irrelevante en el método de Vargas ya mencionado puesto que el valor
requerido por el autor en sus fórmulas es el promedio de la serie multianual, o promedio de los
registros máximos anuales y no el valor obtenido de la distribución de valores extremos.
5. COMO PODEMOS APLICAR EL MÉTODO RACIONAL PARA EL DISEÑO DE DRENAJE
PLUVIAL EN CARRETERAS.
La fórmula racional para estimar el gasto pico para sistemas de drenaje pluvial, fue introducida
a los Estados unidos por Emil Kuichling en 1889. Desde entonces se ha convertido en el método
más usado para el diseño de sistemas de alcantarillado pluvial y drenajes de carreteras.
Para el diseño de alcantarillas, es necesario tener un estimado de la cantidad de agua pluvial
que fluye dentro de las mismas durante o inmediatamente después de un periodo de lluvia.
Para preparar dicho estimado, se requiere conocer la intensidad y duración de los aguaceros, la
distancia que ha de recorrer el agua para llegar a las alcantarillas, la permeabilidad y pendiente
del área de drenaje, asi como su forma y dimensiones.
El gasto pico se obtiene de:
Qp=2,75 CIA
En donde:
Qp= gasto pico (Ips)
C= coeficiente de escurrimiento (adimensional)
I= intensidad de la lluvia (mm/hr)
A= área de drenaje (hectáreas)
6. CUÁLES SON LOS TIPOS DE DRENAJE PARA LA EVACUACIÓN DE LAS AGUAS
INFILTRADAS.
Para la recogida de las aguas infiltradas, los principales tipos de drenaje, según su
tipología, son los siguientes:
Zanjas drenantes
Son zanjas rellenas de material drenante y aisladas de las aguas superficiales, en el
fondo de las cuales generalmente se dispone tubería drenante.
Las zanjas drenantes se proyectarán para proteger las capas de firme y la explanada de
la infiltración horizontal, para evacuar parte del agua que pudiera haber penetrado por
infiltración vertical, así como para rebajar niveles freáticos y drenar localmente taludes de
desmonte o cimientos de rellenos.
Cuando las zanjas drenantes pretendan el rebajamiento del nivel freático, el proyecto
deberá determinar la necesidad de efectuar ensayos in situ para conocer el valor de los
coeficientes de permeabilidad de los terrenos.
El agua afluirá a las zanjas a través de sus paredes laterales, se filtrará por el material de
relleno hasta el fondo y escurrirá por este, o por la tubería drenante. También podrá acceder
por su parte superior, si el sistema de drenaje subterráneo estuviera concebido para funcionar
de esta manera.
En caso de que no estuviera bien aislada superficialmente podría penetrar agua de
escorrentía, lo que deberá evitarse en todo caso.
En ocasiones, previa justificación expresa del proyecto, podrán omitirse las tuberías
drenantes, en cuyo caso la parte inferior de la zanja quedaría completamente rellena de
material drenante, constituyendo un dren denominado ciego o francés, en el que el material
que ocupa el centro de la zanja es preceptivamente árido grueso.
Pantallas drenantes
Las pantallas drenantes, o pantallas drenantes de borde, son zanjas bastante más
profundas que anchas -su anchura no suele superar los veinticinco centímetros (25 cm)-, que se
disponen normalmente en el borde de capas de firme o explanada, en cuyo interior se dispone
un filtro geo textil, un alma drenante y generalmente, un dispositivo colector en la parte
inferior.
Se distinguen dos tipos de pantallas, dependiendo de cuál sea el alma drenante
proyectada:
o In situ, en las que suele ser material granular.
o Prefabricadas, en las que el alma drenante se elabora en un proceso industrial.
Aunque las pantallas drenantes requieren una ocupación de espacio en planta
comparativamente menor que otras soluciones que procuran objetivos similares, presentan
condicionantes de limpieza y conservación más estrictos. En el proyecto se deberá justificar de
manera expresa la adecuación de esta solución a la problemática planteada, así como las
características y ubicación de las pantallas drenantes, contemplando de modo expreso sus
necesidades de limpieza y conservación, y prescribiendo, salvo justificación en contra, que su
parte superior sea impermeable.
Las pantallas drenantes pueden disponerse en contacto con las capas de firme o muy
próximas a ellas. En este caso debe prestarse especial atención a sus condiciones de
impermeabilización.
El diámetro interior mínimo del dispositivo colector deberá ser de cien milímetros (100
mm). Cuando la sección no fuera circular, ésta deberá permitir la inscripción de un círculo de
dicho diámetro. En caso de que se justifique de manera expresa en el proyecto, será posible la
reducción del diámetro, o incluso la eliminación del dispositivo colector del fondo, atendiendo a
circunstancias excepcionales.
La distancia entre arquetas no será superior a cincuenta metros (50 m) salvo
justificación expresa en contra del proyecto, efectuada teniendo en cuenta las necesidades de
limpieza y conservación del sistema.
La construcción de las pantallas drenantes requiere maquinaria específica, en ocasiones
con un tren completo de ejecución de las distintas operaciones.
Trabajos geotécnicos específicos
La ejecución de ciertos trabajos típicamente geotécnicos puede dar lugar, como objetivo
principal de los mismos o como complemento de otros (estabilización, refuerzo, contención,
etc.), a una mejora de las condiciones de drenaje de las obras, que incluso sólo se pueda
obtener por medio de estas técnicas.
Entre estos trabajos pueden citarse:
o Pantallas verticales de impermeabilización de bentonita-cemento, hormigón u otros
materiales, que aíslan una zona de los flujos de agua subterránea.
o Técnicas de mejora del terreno, que habitualmente procuran el aumento de la
capacidad de soporte, la consolidación de los suelos, la corrección de asientos y
otros aspectos, basándose o llevando aparejada en buena parte de los casos, una
mejora de las condiciones de drenaje de los terrenos, como las columnas de grava,
los drenes verticales prefabricados o de arena, etc.
o Técnicas de rebajamiento de niveles freáticos, tales como achiques, lanzas de
drenaje con vacío interior (también conocidas como well points), que normalmente
se aplicarán con carácter temporal, pero que en casos singulares podrán ser
permanentes.
o Otras técnicas de mejora del terreno que en su aplicación suponen un cambio de los
flujos de agua o de las condiciones de permeabilidad, como la electroósmosis, la
congelación artificial de suelos y los tratamientos con jet grouting u otros tipos de
inyecciones.
7. DONDE PODEMOS UBICAR LOS DRENAJES PARA LA EVACUACIÓN DE LAS AGUAS
INFILTRADAS.
En pie de desmonte
Los drenajes situados al pie de los desmontes podrán consistir en zanjas drenantes
ubicadas generalmente bajo la cuneta de pie, o en el lugar que disponga el proyecto en cada
caso. Cuando esté justificado por razones de espacio, constructivas u otras, el proyecto podrá
sustituir los drenajes en zanja por pantallas drenantes, previa justificación del proyecto de que
no van a captarse aguas subterráneas, ni provenientes del rebajamiento de niveles freáticos.
El proyecto deberá evaluar la estabilidad del talud en desmonte, considerando la
presencia de la zanja o pantalla drenante en su caso, tanto en la situación definitiva, como en
las provisionales de obra.
En mediana
En carreteras de calzadas separadas, los drenes bajo mediana, cuando existan, se
podrán colocar en una zanja drenante generalmente bajo la cuneta, o en el lugar que disponga
el proyecto en cada caso.
Cuando esté justificado por razones de espacio, constructivas u otras, el proyecto podrá
sustituir los drenes en zanja por pantallas drenantes u otros sistemas, previa justificación de
que no van a captarse aguas subterráneas ni provenientes del rebajamiento de niveles
freáticos.
En márgenes
Para tratar de evitar la infiltración horizontal se podrán disponer en las proximidades de
la calzada, zanjas o pantallas drenantes. Salvo justificación expresa en contra del proyecto, se
encontrarán fuera de la zona pavimentada o arcenes sin pavimentar en su caso, y en superficie
serán lo suficientemente impermeables como para impedir la entrada de agua superficial a las
mismas.
Cuando se trate de efectuar un rebajamiento del nivel freático, en general deberán
disponerse zanjas drenantes.
Para captación de flujos longitudinales
Además de los movimientos de las aguas según secciones transversales, deberán
considerarse los flujos de agua longitudinales al trazado de la carretera.
En secciones en desmonte, si el perfil longitudinal presenta una pendiente importante,
se puede producir un flujo longitudinal alimentado por infiltraciones a través de la
calzada, arcenes, bermas, mediana, taludes y elementos singulares en su caso. El agua
se puede acumular en la transición desmonte-relleno o en otros obstáculos.
Aguas arriba de estructuras enterradas, situadas en rellenos con pendiente longitudinal
igual o superior al tres por ciento (3%), el proyecto considerará expresamente la
necesidad de disponer un sistema de drenaje capaz de evacuar estos flujos de agua
longitudinales, que podrá ser, en su caso y previa comprobación de su capacidad
hidráulica, el mismo sistema de drenaje del trasdós de la estructura.
8. CUÁLES SON LOS ELEMENTOS DE DRENAJE MAS UTILIZADOS EN LAS OBRAS DE
CARRETERAS.
Drenaje Longitudinal
En el caso de drenajes longitudinales se utiliza el geotextil en zanjas de intercepción y
capacitación de aguas basado en la construcción del clásico dren francés (de piedra partida con
o sin tubería). Mediante el revestido de la zanja con una manta de geo textil y consecuente
pérdida de efectividad. La utilización más corriente de los geo textiles en este caso la
capacitación y conducción de aguas libres subterráneas, lográndose importantes abatimientos
de las capas freáticas.
Drenaje Transversal
La estructura de drenaje más espectacular en una vía terrestre son los puentes y las
alcantarillas, responsables principales del drenaje transversal: es decir del paso de grandes
volúmenes de agua, arroyos, ríos, entre otros, a través de la obra en una dirección
perpendicular a ella. Suele llamarse a los puentes obras de drenaje mayor y a las alcantarillas de
drenaje menor.
Alcantarilla con losa
Estas obras se presentan regularmente en un terraplén y también en un corte. Son obras
necesarias por el claro que se tienen que librar, que en muchos casos son arroyos o ríos que
tienen un caudal importante, normalmente un puente tienen una longitud mayor a 6.0m y se
construye de concreto en la mayoría de los casos, aunque también los construyen de estructura
del acero.
Las alcantarillas existen normalmente en la construcción de un camino entre 3 o 4 por
km significando en la inversión total de un 15 a 20% del costo total de obra, sus dimensiones
son menores a 6.0m y la construcción varia en forma y materiales.
9. CUÁLES SON LOS TIPOS DE CUNETAS PARA DRENAJE.
Cunetas de Borde
En el caso de cunetas de borde, la superficie a drenar se considera formada por la plataforma y
una franja de terreno continua a la misma cuyo ancho es variable, pudiendo alcanzar los 50
metros. Para esta se adopta un umbral de escorrentía variable en función de la naturaleza de la
superficie aportante mientras que para el firme se toma un umbral Po de 3mm.
Cunetas de pie de terraplén
Se disponen cunetas de pie de terraplén que servirán para encauzar las aguas de escorrentía
hacia las obras de drenaje transversal y a su vez disminuirán los efectos de la erosión en los
propios terraplenes.
Se ha adoptado para estas cunetas secciones trapeciales de 0,60 base menor y profundidad y
taludes laterales 1:1.
10. QUE ES LA ESTADÍSTICA HIDROLÓGICA Y CUÁL ES SU IMPORTANCIA.
Los estudios hidrológicos requieren del análisis de cuantiosa información hidrometeoro
lógica; esta información puede consistir de datos de precipitación, caudales, temperatura,
evaporación, etc. Los datos recopilados, solo representan una información en bruto, pero si
éstos se organizan y analizan en forma adecuada, proporcionan al hidrólogo una herramienta
de gran utilidad, que le permite tomar decisiones en el diseño de estructuras hidráulicas. Para
el análisis de la información, la hidrología utiliza los conceptos de probabilidades y estadística,
siendo este campo, una de las primeras áreas de la ciencia e ingeniería, en usar los conceptos
estadísticos, en un esfuerzo para analizar los fenómenos naturales.
Los procesos hidrológicos evolucionan en el espacio y en el tiempo en una forma que es
parcialmente predecible, y parcialmente aleatoria. Este tipo de tratamiento es apropiado para
observaciones de eventos hidrológicos extremos, como crecientes o sequías, y para
información hidrológica promediada a lo largo de intervalos de tiempo grandes, como la
precipitación anual.
11. QUE ES UN HIDROGRAMA, CUALES SON LOS TIPOS DE HIDROGRAMA Y CUÁLES SON
LAS ZONAS DE UN HIDROGRAMA.
Hidrograma
El hidrograma es un gráfico que muestra la variación en el tiempo de alguna información
hidrológica tal como: nivel de agua, caudal, carga de sedimentos, entre otros. Para un río,
arroyo, rambla o canal, si bien típicamente representa el caudal frente al tiempo; esto es
equivalente a decir que es el gráfico de la descarga (L3/T) de un flujo en función del tiempo.
Éstos pueden ser hidrogramas de tormenta e hidrogramas anuales, los que a su vez se dividen
en perennes y en intermitentes.
Los hidrogramas son útiles, entre otras cosas, para comparar los tiempos de descarga y
caudales pico de varias corrientes o cuencas hidrográficas, para así conocer las diferencias entre
sus capacidades de respuesta ante avenidas.
Tipos
Hidrograma de tormenta debido a la lluvia recibida en la cuenca.
Permite observar: Las variaciones en la descarga a través de una tormenta, o a través
del año hidrológico el pico de escorrentía (caudal máximo de la avenida), el flujo de base o
aporte de las aguas subterráneas al flujo y Las variaciones estacionales de los caudales si se
grafica un período de uno o varios años.
Un mm de precipitación significa que en una superficie de un m² ha caído un litro de
agua de lluvia (1L/m²).
Hidrograma Unitario
Curva básica de respuesta a una unidad de precipitación que describe la forma en que una
cuenca devuelve un ingreso de lluvia distribuido en el tiempo. Se basa en el principio de que
dicha relación entrada-salida es lineal, es decir, que pueden sumarse linealmente. Se construye
con base en un "Hidrograma en S" que a su vez se construye desglosando varias tormentas y
sus hidrogramas reales producidos.
Hidrograma Sintético
Hidrógrama unitario estimado de acuerdo con fórmulas que incluyen parámetros físicos de la
cuenca en estudio como área, longitud del cauce principal, pendiente promedio y otros. Son los
hidrogramas sintéticos más conocidos: el Triangular del USDA, el de Schneider, el de Clark.
Las zonas de un hidrograma
La fase previa al Hidrograma, se inicia con un período seco que se prolonga hasta el inicio de la lluvia (Inicio del Hidrograma de la figura). En esta fase sólo existe la contribución que realiza el flujo subterráneo al caudal en el cauce en el que se estudia el Hidrograma. Aquí el nivel freático se encuentra bajo y con tendencia descendente (de no generarse la lluvia se mantendría esta tendencia).
En los cauces permanentes la escorrentía superficial se mantiene debido al aporte de los acuíferos únicamente. En el caso de cauces intermitentes, cuando el caudal base (agua subterránea) se agota, éstos se secan totalmente.
La primera fase comienza con el inicio de la lluvia (Ver el Histograma de Precipitación en la parte Superior del Gráfico), parte del agua precipitada es interceptada por la vegetación, otra es retenida en depresiones y otra parte, dada las condiciones de baja humedad del suelo, se
infiltrará para suplir esta deficiencia de humedad. En esta fase no hay escurrimiento superficial directo, salvo el que cae sobre el cauce directamente.
Si la intensidad de la lluvia es menor que la capacidad de infiltración del suelo, parte del agua retenida retornará a la atmósfera posteriormente; ahora, si la intensidad de la lluvia es mayor que la deficiencia de humedad del suelo habrá un aumento gradual del contenido de humedad en su zona de aireación. En el Hidrograma de la figura esta fase queda definida por el tramo comprendido entre el inicio de la precipitación y el punto “A”, notemos que, la tendencia descendente se mantiene hasta que las pérdidas por infiltración e Intercepción (entre otras) son excedidas por la Intensidad de la Precipitación. En este momento la curva tiende a ser horizontal, para iniciar el cambio de pendiente, precisamente en el Punto A.
La segunda fase es la que sigue a una lluvia intensa. Después de saturarse las depresiones superficiales, se da inicio a la escorrentía superficial directa. El agua que se infiltra satura la zona de aireación del suelo, dando inicio al escurrimiento subsuperficial y a la percolación. En esta fase, representada en el Hidrograma por el tramo A-B (Conocida como curva de Concentración), solamente tres componentes están contribuyendo a la alimentación del caudal: la escorrentía superficial directa, la precipitación sobre la corriente y el agua subterránea.
Cuando la lluvia continúa, se alcanza una tercera fase en la que se llega al nivel de máxima recarga y toda el agua precipitada contribuye con el aumento del caudal. Aquí el caudal en el Hidrograma aumenta hasta alcanzar el punto máximo o Caudal Pico (Punto C), en el cual se puede decir que toda la cuenca está contribuyendo al caudal reflejado por el Hidrograma.
Se considera que desde el punto B hasta el punto D, además de las tres componentes del Hidrograma que estaban contribuyendo en la fase anterior, está contribuyendo el flujo su superficial. En este intervalo la componente que menos interviene es la precipitación directa sobre la corriente, la cual debió haber cesado antes del punto D.
La cuarta fase constituye la de recuperación de las condiciones referidas en la fase previa al inicio de la precipitación.
Desde el punto D del Hidrograma hasta el E (Curva de Descenso) el caudal registrado se compone únicamente por flujo subsuperficial y agua subterránea. Finalmente a partir de este punto E, la escorrentía superficial cesa y comienza la denominada Curva de agotamiento, en la cual los aportes al caudal del cauce provienen únicamente de las reservas de agua subterránea. Al final esta curva de agotamiento se mantendrá hasta el inicio de una nueva lluvia, si es el caso, para repetirse nuevamente el ciclo.
Por último, hay que destacar que un Hidrograma puede presentar picos múltiples debido a posibles aumentos en la intensidad de la lluvia, a una sucesión continua de lluvias o a una no sincronización de las componentes del flujo, por ejemplo, con relación a la siguiente figura,
podremos ver cómo sería el Hidrograma total generado para dos lluvias consecutivas, en los que el caudal Pico aumenta, dadas las condiciones de saturación del suelo, cuando ocurre la segunda lluvia.
12. CUÁL ES LA HIPÓTESIS EN QUE SE BASA EL HIDROGRAMA UNITARIO.
El método del hidrograma unitario fue desarrollado originalmente por Sherman en 1932, y está
basado en las siguientes hipótesis:
A) Distribución uniforme. La precipitación en exceso, tiene una distribución uniforme sobre
la superficie de la cuenca y en toda su duración.
B) Tiempo base constante. Para una cuenca dada, la duración total de escurrimiento
directo o tiempo base (tb) es la misma para todas las tormentas con la misma duración
de lluvia efectiva, independientemente del volumen total escurrido. Todo hidrograma
unitario está ligado a una duración en exceso (de).
C) Linealidad o proporcionalidad. Las ordenadas de todos los hidrogramas de
escurrimiento directo con el mismo tiempo base, son directamente proporcionales al
volumen total de escurrimiento directo, es decir, al volumen total de lluvia efectiva.
Como consecuencia, las ordenadas de dichos hidrogramas son proporcionales entre sí.
D) Superposición de causas y efectos. El hidrograma que resulta de un período de lluvia
dado puede superponerse Hidrogramas.
Para aplicar el proceso descrito a un caso concreto en una cuenca real, es necesario solucionar
previamente dos cuestiones:
1. Construir el hidrograma unitario para esa cuenca.
2. Calcular las precipitaciones efectivas a partir de los datos de precipitación total
proporcionado por los pluviógrafos, pues los hietogramas de las figuras anteriores se refieren
exclusivamente a la precipitación efectiva, neta o en exceso.
Conclusión
Anexos
Hidrología Urbana
Drenaje Pluvial
Escurrimiento
Zanjas de drenajes
Hidrograma
Bibliografía
http://civilgeeks.com/2011/12/15/hidrologia-urbana/
http://www.arqhys.com/contenidos/pluvial-drenaje.html
http://www.uamenlinea.uam.mx/materiales/licenciatura/hidrologia/libro2-hidrologia/HU4.2-
03.pdf
https://es.wikipedia.org/wiki/Coeficiente_de_escurrimiento
http://www.ptolomeo.unam.mx:8080/xmlui/bitstream/handle/132.248.52.100/562/A6.pdf?
sequence=6
http://academic.uprm.edu/laccei/index.php/RIDNAIC/article/viewFile/27/23
http://www.sagarpa.gob.mx/desarrolloRural/noticias/2012/Documents/FICHAS%20TECNICAS
%20E%20INSTRUCTIVOS%20NAVA/INSTRUCTIVO_HIDROLOG%C3%8DA.pdf
http://www.arqhys.com/arquitectura/tipos-drenes-infiltradas.html
http://es.slideshare.net/israel12500193/obras-de-drenaje-unidad-3
https://es.wikipedia.org/wiki/M%C3%A9todo_del_hidrograma_unitario
http://civilgeeks.com/2011/09/08/hidrograma-unitario-sintetico/
FALTA INTRODUCCION, CONCLUSION,
ANEXOS, PORTADA Y LAS PREGUNTAS
ANTES MARCADAS.