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CAPÍTULO V:
“ESTUDIO HIDROLÓGICO Y
OBRAS DE ARTE”
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V. ESTUDIO HIDROLÓGICO Y OBRAS DE ARTE
5.1. GENERALIDADES
El drenaje de carreteras constituye uno de los aspectos básicos e
imprescindibles en todos aquellos proyectos que se ubican en zonas
montañosas y con ocurrencia frecuente de precipitaciones.
La falta y/o deficiencia de los Sistemas de Drenaje, trae consigo el deterioro y
destrucción parcial y/o total de las obras, a muy corto plazo,
consecuentemente incrementándose los costos por reposición y/o
mantenimiento de los proyectos.
El Drenaje Lateral y Transversal de las Carreteras, permite controlar la erosión
y socavamiento, garantizando la vida económica, diseñada en el proyecto. La
rápida evacuación del agua proveniente de la propia vía y de zonas aledañaspermite proteger las diferentes estructuras frente a posibles daños.
El Estudio Hidrológico, consiste en estimar las descargas máximas, a partir de
un análisis de frecuencia de las precipitaciones máximas en 24 horas
registradas en las estaciones pluviométricas ubicadas en áreas adyacentes al
proyecto; por lo antes manifestado, el estudio hidrológico comprende el
cálculo de caudales máximos de diseño para obras de drenaje del proyecto.
5.2. PROCEDIMIENTO
Es el seguido por el estudio fue el siguiente:
- Identificación de las estaciones pluviométricas.
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- Recopilación de la información cartográfica, pluviométricas y datos
hidrometeorológicos.
- Análisis estadístico de la información.
- Determinación de las precipitaciones máximas en 24 horas para
diferentes periodos de retorno.
- Cálculo de las descargas máximas.
5.3. DRENAJE SUPERFICIAL
5.3.1. FINALIDAD DEL DRENAJE SUPERFICIAL
Tienes como finalidad alejar las aguas del camino para evitar el impactonegativo de las mismas sobre su estabilidad, durabilidad y
transitabilidad y el drenaje es importante para evitar la destrucción total
o parcial de un camino, reduciendo los impactos indeseables al
ambiente debido a la modificación de la escorrentía, a lo largo de este.
El drenaje superficial, esencialmente comprende:
- La recolección de las aguas procedentes de la plataforma y taludes.
- La evacuación de las aguas recolectadas hacia cauces naturales.
- La restitución de la continuidad de los cauces naturales
interceptados por el camino.
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5.3.2. CRITERIOS DE FUNCIONAMIENTO
Los elementos del drenaje superficial se elegirán teniendo en cuenta
criterios funcionales según se menciona a continuación:
- Las soluciones técnicas disponibles.
- La facilidad de su obtención y así como los costos de construcción
y mantenimiento.
- Los daños que eventualmente producirían los caudales de agua
correspondientes al periodo de retorno, es decir, los máximos del
periodo de diseño.
Al paso del caudal de diseño, elegido de acuerdo al periodo de retorno,
y considerando el riesgo de obstrucción de los elementos del drenaje
se deberá cumplir las siguientes condiciones.
- En los elementos de drenaje superficial la velocidad del agua será
tal que no produzca daños por erosión ni por sedimentación.
- El máximo nivel de la lámina de agua será tal que siempre se
mantenga un borde libre no menor del 25% de la altura.
- Los daños materiales, a terceros, producibles por una eventual
inundación de zonas aledañas al camino, debida a la
sobreelevación del nivel de la corriente en un cauce, provocada por
la presencia de una obra de drenaje transversal, no deberán
alcanzar la condición de catastróficos.
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5.3.3. PERÍODO DE RETORNO
Se recomienda adoptar periodos de retorno no inferiores a 10 años
para las cunetas y para las alcantarillas de alivio. Para las alcantarillas
de paso el periodo de retorno aconsejable es de 50 años. Para los
pontones y puentes el periodo de retorno no será menor a 100 años.
Cuando sea previsible que se produzcan daños catastróficos en caso
de que se excedan los caudales de diseño, el periodo de retorno podrá
ser hasta de 500 años ó más.
En el siguiente cuadro se indican periodos de retorno aconsejables
según el tipo de obra de drenaje.
Cuadro N° 25: Periodos de Retorno para diseño de Obras deDrenaje en Caminos de Bajo Volumen de Transito
TIPO DE OBRA PERIODO DE TRETORNO EN AÑOS
Puentes y Pontones 100
Alcantarillas de Paso 50
Alcantarillas de Alivio 10 – 20
Drenaje de la Plataforma 10
5.3.4. RIESGO DE OBSTRUCCIÓN
Las condiciones de funcionamiento de los elementos de drenaje
superficial pueden verses alteradas por su obstrucción debida a
cuerpos arrastrados por la corriente.
Entre los elementos del drenaje superficial de la plataforma este riesgo
es especialmente importante en los sumideros y colectores enterrados,
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debido a la presencia de basura o sedimentación del material
transportado por el agua.
Para evitarlo se necesita un adecuado diseño, un cierto
sobredimensionamiento y una eficaz conservación o mantenimiento.
El riesgo de obstrucción de las obras de drenaje transversal
(alcantarillas de paso y cursos naturales) fundamentalmente por
vegetación arrastrada por la corriente dependerá de las características
de los cauces y zonas inundables, y puede clasificarse en las
categorías siguientes:
Riesgo Alto: Existe peligro de que la corriente arrastre arboles u
objetos de tamaño parecido.
Riesgo Medio: Pueden ser arrastradas cañas, arbustos, ramas y
objetos de dimensiones similares, en cantidades importantes.
Riesgo Bajo: No es previsible el arrastre de objetos de tamaño
en cantidad suficiente como para obstruir el desagüe.
Si el riesgo fuera alto, deberá procurarse que las obras de drenaje
transversal no funcionen a sección llena, dejando entre el nivel superior
de la superficie del agua y el techo del elemento un borde libre, para el
nivel máximo del agua, con un resguardo mínimo de 1.5 m, mantenidoen una anchura no inferior a 12 m.
Si el riesgo fuera medio, las cifras anteriores podrán reducirse a la
mitad. De no cumplirse estas condiciones, deberá tenerse en cuenta la
sobreelevación del nivel del agua que pueda causar una obstrucción,
aplicando en los cálculos una reducción a la sección teórica de
desagüe.
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También se podrá recurrir al diseño de dispositivos para retener al
material flotante, aguas arriba y a distancia suficiente. Esto siempre que
se garantice el mantenimiento adecuado.
Deberá comprobarse que el camino no constituya un obstáculo que
retenga las aguas desbordadas de un cauce o conducto de agua, y
prolongue de forma apreciable la inundación después de una crecida.
5.3.5. DAÑOS DEBIDO A LA ESCORRENTÍA
Se considerarán como daños a aquellos que no se hubieran producido
sin la presencia del camino.
Es decir a las diferencias en los efectos producidos por el caudal entre
las situaciones correspondientes a la presencia del camino y de sus
elementos de drenaje superficial, y a su ausencia.
Estos daños pueden clasificarse en las categorías siguientes:
Los producidos en el propio elemento de drenaje o en su entorno
inmediato (sedimentaciones, erosiones, roturas).
Las interrupciones en el funcionamiento del camino o de vías
contiguas, debidas a inundación de su plataforma. Los daños a la estructura del afirmado, a la plataforma del
camino o a las estructuras y obras de arte.
Los daños materiales a terceros por inundación de las zonas
aledañas.
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Estos daños, a su vez, podrán considerarse catastróficos o no. No
dependen del tipo del camino ni de la circulación que esta soporte, sino
de su emplazamiento.
5.4. HIDROLOGÍA Y CÁLCULO HIDRÁULICO
El dimensionamiento, de los elementos del drenaje superficial, han sido
establecidos mediante métodos teóricos conocidos de acuerdo a las
características del clima de la zona por donde pasa el camino vecinal y
tomando en cuenta la información pluviométrica disponible.
El método de estimación de los caudales asociados a un periodo de retorno
depende del tamaño y naturaleza de la cuenca tributaria.
Cuando las cuencas son pequeñas, se considera pertinente el método de la
formula racional y/o de alguna otra metodología apropiada para ladeterminación del caudal de diseño.
5.4.1. RECOPILACIÓN DE INFORMACIÓN BÁSICA
La información meteorológica ha sido obtenida de los archivos del
Servicio Nacional de Meteorología e Hidrología (SENAMHI).
Datos de cuenca cercana a la zona en estudio, por lo cual se utilizará la
información meteorológica registrada en la estación Chachapoyas.
Para el desarrollo del estudio, se ha contado con la información
cartográfica siguiente:
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- Mapa físico del Departamento de Amazonas (Escala 1/500,000) y
el Plano Cartográfico (cuadrángulo 13-G) a escala 1/100,000,
obtenido del Instituto Geográfico Nacional.
Cuadro Nº 26: Precipitación Máxima 24 Horas – Estación Chachapoyas AÑOS ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SEP OCT NOV DIC MAX2000 S/D S/D S/D 13,5 12,0 6,0 22,0 29,0 22,5 27,0 22,5 21,02001 7,5 23,3 15,0 14,2 11,5 10,9 9,6 3,5 19,6 21,8 29,5 10,6 29,52002 10,5 16,0 9,3 15,8 23,0 21,7 2,9 5,4 7,1 44,3 22,2 12.4 44,32003 16,2 17,3 37,4 19,8 16,5 21,0 28,5 0,8 11,0 21,0 32,5 17,0 37,42004 25,0 45,0 24,5 24,5 18,0 2,0 10,0 8,5 32,5 32,5 8,0 14,5 45,02005 36,0 9,5 33,0 33,5 2,2 16,0 6,0 8,0 6,0 16,0 14,0 25,0 36,02006 20,0 9,0 20,5 16,0 9,5 13,0 7,0 5,5 9,0 17,0 20,5 30,0 30,02007 20,0 12,5 28,0 21,0 19,5 5,0 14,5 3,5 9,5 17,5 18.5 23.0 28,02008 10,5 16.5 47,0 30,5 13,5 3,5 11,0 11,0 20,5 41,0 22.0 38.5 47,02009 25,0 12,0 20,0 27,0 13,0 25,5 9,0 7,5 22,0 8,5 15.0 15.0 27,02010 20,0 16,5 S/D S/D S/D S/D S/D S/D S/D S/D S/D S/D
VALOR PROMEDIO 36,02DESV. ESTANDAR 7.87
Se considerará periodos de retorno no inferiores a 10 años para las
cunetas y 20 para las alcantarillas de alivio. Para las alcantarillas de pasoel periodo de retorno adoptado es de 50 años. Para los pontones y
puentes el periodo de retorno estimado es de 100 años.
En el siguiente cuadro se indican los periodos de retorno aconsejables
según el tipo de obra de drenaje.
CUADRO N° 27: PERIODOS DE RETORNO
TIPOS DE OBRA PERIODOS DE RETORNO EN AÑOS
Puentes y pontones 100 (MÍNIMO)
Alcantarillas de paso y badenes 50
Alcantarilla de alivio 10 – 20
Drenaje de la plataforma 10
Fuente: Manual para el Diseño de Carreteras No Pavimentadas deBajo Volumen de Tránsito
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Las precipitaciones máximas en 24 horas así como la precipitación
promedio es de 36.02 mm; luego tendremos las precipitaciones máximas
para cada periodo de retorno:
5.4.2. CAUDAL DE DISEÑO
Para la estimación del caudal de diseño, existen los métodos empíricos
y los estadísticos. Para el presente caso adoptamos el método empírico
y dentro de este método empírico, se ha elegido la Fórmula Racional.
a. MÉTODO RACIONAL
Este método se utiliza para el diseño de alcantarillas y otras
estructuras evacuadoras de agua de escorrentía para pequeñas
cuencas
Q =C I A
3.6
Donde:
CUADRO N° 28: PRECIPITACIÓN MÁXIMA PARA PERIODOS DE RETORNO EN 24 HORAS
PERIODO DERETORNO
(Tr)
FACTOR DEFRECUENCIA
(Kt)
PRECIPITACIONPROMEDIO
(mm)
DESVIACIONESTANDAR
PRECIPITACIONMAXIMA (PTR)
1 2 3 4= 2 + 1 x 3
10 1.305 36.02 7.87 46.29
20 1.866 36.02 7.87 50.71
50 2.592 36.02 7.87 56.42
100 3.137 36.02 7.87 60.71Fuente: Propia
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Q = Caudal 3/
C = Coeficiente de escurrimiento
I = Intensidad de la precipitación en mm/hora
A = Área de la cuenca en 2
b. EL COEFICIENTE DE ESCORRENTÍA
Sera para un C = 0.65 para Talud de corte. Y tendrá un C = 0.20 para
la superficie de rodadura.
CUADRO N° 29: COEFICIENTE DE ESCORRENTÍA MÉTODO RACIONALcoberturavegetal
tipo de sueloPronunci. alta media suave Desprecia.
> 50% > 20 % > 5% > 1%
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c. INTENSIDAD MÁXIMA ( I MAX)
Las intensidades máximas de precipitación pluvial (mm/h), han sido
calculadas mediante el modelo matemático de Yance Tueros, según
la siguiente expresión:
= ( . )
Donde:
Imax = Intensidad máxima de precipitación para el periodo de
retorno considerado en mm.
PTR máx.24 = Precipitación máxima en 24 hrs. Para el periodo de
retorno considerado en mm.
A = 0.4602 y b = 0.875
CUADRO N°31: INTENSIDAD MÁXIMA
PERIODODE
RETORNO
coeficiente coeficienteprecipitación
máxima(mm)
INTENSIDADMAXIMA (mm/hora)
a b PTR max.24
= ( .)
10 0.4602 0.875 46.29 13.190
20 0.4602 0.875 50.71 14.286
50 0.4602 0.875 56.42 15.684
100 0.4602 0.875 60.71 16.722Fuente: Propia
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Se calculó el caudal para las cunetas tomando en cuenta los
periodos de retorno 10 años, 20 años para alcantarillas de alivio y 50
años para alcantarillas de paso.
5.5. DISEÑO DE OBRAS DE ARTE
5.5.1. VELOCIDADES MÁXIMAS ADMISIBLES
CUADRO N° 32 : VELOCIDADES MÁXIMAS SEGÚN TIPO DE SUPERFICIE
TIPO DE SUPERFICIEVELOCIDAD LIMITE
ADMISBLE(M/S)
Arena fina o limo(poca o ninguna arcilla) 0.20-0.60
Arena arcillosa dura, margas duras 0.60-0.90
Terreno parcialmente cubierto de vegetación 0.60-1.20
Arcilla grava, pizarras blandas con cubierta vegetal 1.20-1.50
Hierba 1.20-1.90
Conglomerado, pizarras duras, rocas blandas 1.40-2.40
Mampostería, rocas duras 3.00-4.50*
Concreto 4.50-6.00*Fuente: Manual de Carreteras: Hidrología, Hidráulica y Drenaje
En el proyecto se han considerado cunetas del mismo terreno por lo que
la velocidad máxima admisible es de 1.90 m/s.
5.5.2. DISEÑO DE CUNETAS
Las cunetas que se proponen serán de sección triangular, se proyectaran
para todos los tramos al pie de los taludes de corte, longitudinalmente
paralela y adyacente a la calzada del camino y serán de tierra, por ser la
carpeta de rodadura a nivel de afirmado.
La inclinación del talud interior de la cuneta dependerá por condiciones de
seguridad de la velocidad y volumen de diseño de la carretera, índice
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medio diario anual IMDA (veh/día); según lo indicado en la el siguiente
cuadro:
CUADRO N°33 : TALUDES DE CUNETAS
V.D(km/h)I.M.D.A
750
70 1:3 1:4Fuente: Manual de Carreteras: Hidrología, Hidráulica y Drenaje
Se consideró para el diseño un talud interior y exterior de 1:2.5 (V:H)
5.5.3. CALCULO HIDRÁULICO DE CUNETA
a. CAUDAL Q DE APORTE
Este método permite calcular el caudal en el área de aporte
correspondiente a la longitud de cuneta, es muy usado para cuencas,
A
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A manera de ejemplo tenemos entre la progresiva 00+800 a 01+500 los
siguientes datos:
APORTE DEL TALUD DE CORTE:
L (longitud máxima de cuneta) = 0.70 km
Ancho Tributario = 0.10 km A Área tributaria(Longitud x Ancho Tributario) = 0.070 km2
C (coeficiente de escorrentía) = 0.65
Periodo de retorno = 10 años
I (intensidad máxima mm/h) = 13.19
Q1 (caudal m3/s) = 0.1667
APORTE DEL TALUD DE CORTE:
Área tributaria = Longitud cuenta en cada tramo x 3.5 m ancho carril + berma)
C (coeficiente de escorrentía) = 0.20
Periodo de retorno = 10 años
I (intensidad máxima mm/h) = 13.19
Q1 (caudal m3/s) = 0.0018
Q1 + Q 2 = 0.1667+0.0018 = 0.1685
El caudal de aporte de las cunetas se resume en el siguiente cuadro:
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CUADRO N° 34 CÁLCULO DE DISEÑO PARA CUNETA
Fuente: Elaboración propia.
AN CHO AREA Pe ri odo de In te nsi dad AREA Pe ri odo d e I nte nsi dad
TRIBUTARIO TRIBUTARIA maxima TRIBUTARIA maxima Q1+Q2
(km) (km) (km2) (mm/hora) (km2) (mm/hora) m3/seg m3/seg (m3/seg)
00+000. 00 00+500. 00 0.50 km 0. 10 km 0. 050 km 0.65 10. 00 13.19 0.0018 km 0.20 10.00 13.190 0. 1191 0. 0013 0. 1204
00+800. 00 01+500. 00 0.70 km 0. 10 km 0. 070 km 0.65 10. 00 13.19 0.0025 km 0.20 10.00 13.190 0. 1667 0. 0018 0. 1685
01+600. 00 02+170. 00 0.57 km 0. 10 km 0. 057 km 0.65 10. 00 13.19 0.0020 km 0.20 10.00 13.190 0. 1357 0. 0015 0. 1372
02+570. 00 03+080. 00 0.51 km 0. 10 km 0. 051 km 0.65 10. 00 13.19 0.0018 km 0.20 10.00 13.190 0. 1215 0. 0013 0. 1228
03+480. 00 03+740. 00 0.26 km 0. 10 km 0. 026 km 0.65 10. 00 13.19 0.0009 km 0.20 10.00 13.190 0. 0619 0. 0007 0. 0626
04+760. 00 05+200. 00 0.44 km 0. 10 km 0. 044 km 0.65 10. 00 13.19 0.0015 km 0.20 10.00 13.190 0. 1048 0. 0011 0. 1059
05+630. 00 06+210. 00 0.58 km 0. 10 km 0. 058 km 0.65 10. 00 13.19 0.0020 km 0.20 10.00 13.190 0. 1381 0. 0015 0. 1396
06+980. 00 07+300. 00 0.32 km 0. 10 km 0. 032 km 0.65 10. 00 13.19 0.0011 km 0.20 10.00 13.190 0. 0762 0. 0008 0. 0770
07+300. 00 07+680. 00 0.38 km 0. 10 km 0. 038 km 0.65 10. 00 13.19 0.0013 km 0.20 10.00 13.190 0. 0905 0. 0010 0. 0915
08+300. 00 08+700. 00 0.40 km 0. 10 km 0. 040 km 0.65 10. 00 13.19 0.0014 km 0.20 10.00 13.190 0. 0953 0. 0010 0. 0963
08+700. 00 09+040. 00 0.34 km 0. 10 km 0. 034 km 0.65 10. 00 13.19 0.0012 km 0.20 10.00 13.190 0. 0810 0. 0009 0. 0818
09+540. 00 09+880. 00 0.34 km 0. 10 km 0. 034 km 0.65 10. 00 13.19 0.0012 km 0.20 10.00 13.190 0. 0810 0. 0009 0. 0818
C Cretorno retorno
CÁLCULO DE CAUDALES DE DISEÑO PARA CUNETAS
PRECIPITACION TALUD DE CORTE DRENAJE DE LA CARPETA DE RODADURA
Q1(talud) Q2(calzada) Q TOTAL
DESDE HA STA LONGITUD
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Poblado San Miguel De Poroporo-Cuipe -Tulic - Pircapampa; Distrito Pisuquia,Provincia Luya - Amazonas ”
b. CAPACIDAD DE LAS CUNETA
Para el cálculo de la capacidad de las cunetas utilizaremos el principio
del flujo en canales abiertos usando la ecuación de Manning:
Q = A x V =(ℎ
2/31/2)
Dónde:
Q: Caudal (m3/seg)
V: Velocidad media (m/s)
A: Área de la sección (m2)
P: Perímetro mojado (m)
Rh: A/P Radio hidráulico (m) (área de la sección entre el
perímetro mojado)
S: Pendiente del fondo (m/m/)
n :Coeficiente de rugosidad de Manning.
Para el cálculo de la capacidad de la cuneta se tomaron las dimensiones
recomendadas por el manual de Hidrología, Hidráulica y Drenaje para
una zona lluviosa las cuales se muestran en el siguiente cuadro:
CUADRO N° 35: DIMENSIONES MÍNIMAS
REGION PROFUNDIDAD (m) ANCHO(m)
Seca 0.20 0.50
Lluviosa 0.30 0.75
Muy lluviosa 0.50 1.00
Fuente: Manual de Carreteras: Hidrología, Hidráulica y Drenaje
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Se procedió a realizar el cálculo hidráulico para verificar que el caudalcalculado sea mayor que el caudal de aporte.
El caudal de aporte critico es 0.1685 m3/s. Se utilizó un coeficiente de
Manning de 0.030, una pendiente de 0.0776 en el tramo con caudal de
aporte crítico, un talud de 1:2.5 (V:H) y un borde libre de 7.5 cm.
CUADRO N° 36 CÁLCULO HIDRÁULICO DE CUNETA
Fuente: Elaboración propia
Del cálculo obtenemos una capacidad de cuneta 0.17 m3/s mayor al
caudal de aporte crítico de 0.1685 m3/s y una velocidad de 1.88 m/s.
5.5.4. NUMERO DE ALIVIADEROS
Se han proyectado siete aliviaderos a lo largo de la carretera para
descargar las cunetas en las progresivas que se muestran a continuación:
a. TIPO Y SECCIÓN
Los tipos de alcantarillas comúnmente utilizadas en proyectos de
carreteras en nuestro país son: marco de concreto, tuberías
Area mojada Perimetro mojado Radio Hidraulico
A A P R S n V m3/seg
CALCULO DE CAUDAL EN CUNETAS
0.089 0.089 0.924 0.096
Area
mojadapendiente rugosidad velocidad
FORMULA
Area / Perimetro = R
0.078 0.03 1.88 0.17
Q
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metálicas corrugadas, tuberías de concreto y tuberías de polietileno
de alta densidad.
En el proyecto se utilizaran alcantarillas de acero corrugado tipo
TMC de sección circular por la eficiencia en el drenaje de las aguas
pluviales, buen comportamiento estructural y facilidad constructiva
que poseen.
b. CAUDAL DE APORTE
Al igual que en las cunetas, se empleo la formula racional tomando
la longitud de las cunetas que llegan al aliviadero y el área tributaria
que le pertenece a cada aliviadero.
Cuadro N° 37: Alcantarillas de Aliviaderos
AliviaderosNumero Progresiva
1 00+8002 01+5003 04+0004 05+6305 07+3006 08+300
7 08+700Fuente: Elaboración propia
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CUADRO N° 38 CÁLCULO DE CAUDALES DE DISEÑO PARA ALCANTARILLAS
Fuente: Elaboración propio
ANCHO AREA Peri odo de Intensi dad AREA Peri odo de Intensi dad
TRIBUTARIO TRIBUTARIA maxima TRIBUTARIA maxima Q1+Q2
(km) (km) (km2) (mm/hora) (km2) (mm/hora) m3/seg m3/seg (m3/seg)
00+590.00 00+800.00 0. 21 km 0.10 k m 0. 021 km 0. 65 20. 00 14. 286 0.0007 k m 0.20 20.00 14. 286 0.0542 0.0006 0.0548
01+020.00 01+500.00 0. 48 km 0.10 k m 0. 048 km 0. 65 20. 00 14. 286 0.0017 k m 0.20 20.00 14. 286 0.1238 0.0013 0.1251
04+000.00 04+130.00 0. 13 km 0.10 k m 0. 013 km 0. 65 20. 00 14. 286 0.0005 k m 0.20 20.00 14. 286 0.0335 0.0004 0.0339
05+630.00 06+210.00 0. 58 km 0.10 k m 0. 058 km 0. 65 20. 00 14. 286 0.0020 k m 0.20 20.00 14. 286 0.1496 0.0016 0.1512
07+300.00 07+680.00 0. 38 km 0.10 k m 0. 038 km 0. 65 20. 00 14. 286 0.0013 k m 0.20 20.00 14. 286 0.0980 0.0011 0.0991
08+300.00 08+700.00 0. 40 km 0.10 k m 0. 040 km 0. 65 20. 00 14. 286 0.0014 k m 0.20 20.00 14. 286 0.1032 0.0011 0.1043
08+700.00 09+040.00 0. 34 km 0.10 k m 0. 034 km 0. 65 20. 00 14. 286 0.0012 k m 0.20 20.00 14. 286 0.0877 0.0009 0.0886
C Cretorno retorno
CÁLCULO DE CAUDALES DE DISEÑO PARA ALIVIADEROS
PRECIPITACION TALUD DE CORTE DRENAJE DE LA CARPETA DE RODADURA
Q1(talud) Q2(calzada) Q TOTAL
DESDE HASTA LONGITUD
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5.5.5. CALCULO HIDRÁULICO. DE ALIVIADEROS
Se utilizara la fórmula de Robert Manning para canales abiertos y tuberías, para
el cálculo de la velocidad del flujo y caudal de la tubería. Con ayuda del softwareH canales se procedió a realizar el cálculo hidráulico para verificar que el caudal
calculado sea mayor que el caudal de aporte.
El caudal de aporte critico es 0.1512 m3/s. Se utilizó un coeficiente de Manning
de 0.025 para tuberías metálicas corrugadas, una pendiente de 2% y un tirante
de agua de 3/4*h (0.45 m) para hallar la sección con velocidad critica.
Fig. N° 03: Calculo hidráulico de aliviaderos
Fuente: Elaboración propia
Como resultado se obtiene un caudal de 0.41 m3/s superior al caudal de
aporte y una velocidad de 1.81 m/s que se encuentra dentro de los
rangos admisibles.
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5.5.6. DISEÑO DE ALCANTARILLAS DE PASO
Se tienen una alcantarilla de paso en la progresiva 3+160 Km.
5.5.6.1. ÁREA DE CUENCA
Debido a las dimensiones de la cuenca a analizar, se utilizó la
información de la carta nacional y se determinó el área de las
cuencas con ayuda del programa ArcGis.
FIGURA N° 04: DELIMITACION CUENCA
5.5.6.2. CALCULO HIDRÁULICO DE ALCANTARILLAS DE PASO.
Para el caudal de aporte se utilizó la formula racional considerando
el área de la cuenca.
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Para el cálculo de la velocidad del flujo y caudal de la tubería se
utilizara la fórmula de Robert Manning para canales abiertos y
tuberías. El cálculo hidráulico se resume en los siguientes cuadros:
CUADRO N° 39: DATOS DE LA CUENCA
CUADRO N° 40: CAUDAL ALCANTARILLAS
Dado el gran caudal de aporte se utilizaron dos tuberías ARMCO de
diámetro 2.28 m para cubrir con dicho caudal, dando una capacidad
de alcantarillas de 28.869 m3/s que es suficiente para transportar el
caudal de las quebradas.
La velocidad tampoco excede los límites de velocidad permisibles
establecidos en el Manual de Carreteras: Hidrología, Hidráulica y
Drenaje.
CUADRO N° 42: ESPECIFICAIONES DE ALCANTARILLAS
AREA Periodo de Intensidad
CUENCA maxima
(km2) (mm/hora) m3/seg
3+180 7.226 km 0.65 50.00 15.684 20.4628
CAUDAL DE QUEBRADAS
Cretorno
ESTACADO Q
Area mojada Perimetro mojado Radio Hidraulico
A A P R S n V m3/seg m3/seg
0.025 4.401 14.4349 2 28.86973473.28 3.28 4.78 0.686 0.02
Q TOTALN° TUBERIAS
CALCULO DE CAUDAL EN ALCANTARILLAS DE PASO
Area
mojadapendiente rugosidad velocidad
FORMULA
Area / Perimetro = RQ
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5.5.7. CÁLCULO DE MUROS ALEROS EN ESTRUCTURA DE ALCANTARILLA DE
PASO.
Se realizó el diseño en concreto armado de los muros aleros de la
estructura de alcantarillas que se detallan a continuación. Se utilizó como
apoyo para el cálculo el software WINCALCULOS.
Fig. N° 05: Calculo de muros aleros en entrada de alcantarillas
Fuente: Elaboración propia
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FIG. N° 06: ARMADO DE MUROS ALEROS EN ENTRADA DE ALCANTARILLAS
Fuente: Elaboración propia
5.8. CONCLUSIONES
- El diseño de las Cunetas, cuyo caudal de aporte critico es 0.1685 m3/s,
utilizándose un coeficiente de Manning de 0.030 de terreno natural, con una
pendiente de 0.0776 del diseño del tramo 0+900 al 1+500 km, con un talud de
1:2.5 (V:H) y un borde libre de 7.5 cm.
- Se diseñó (07) siete alcantarillas de aliviadero a lo largo de la carretera para
descargar las cunetas, diseñado con un caudal critico es 0.1512 m 3/s, del
tramo 05+630 al 06+210, con coeficiente de Manning 0.025 para tuberías
metálicas corrugadas, una pendiente de 2%, con un diámetro de 24”
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- Un alcantarilla de paso en la progresiva 3+160 Km, con un caudal de 20.46
m3, optándose en el diseño por un dos (02) dos tuberías ARMCO, Modelo 30C
con un diámetro 2.28 m, para cubrir dicho caudal, arrojando una capacidad de
alcantarillas de 28.869 m3/s que es suficiente para transportar el caudal de las
quebradas.