Memoria de Calculo Drenaje-PTO1-6
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I.6. DISEÑO DEL DRENAJE 6.1 DIMENSIONAMIENTO HIDRAULICO Con toda la información obtenida de la parte hidrológica de cada cuenca, se procedió a verificar la capacidad de cada una de las obras de arte existentes. Para estimar la condición más desfavorable, se analizaron las condiciones de escurrimiento con control de entrada y con control de salida. Para las obras existentes se adoptó una sobrecarga de 0,3 m y para las obras nuevas sobrecarga igual a cero. (Cuadros Nº6.1 y 6.2). De los cuadros Nº 6.1 y 6.2, se puede concluir lo siguiente: - De acuerdo con las características del trazado del camino, se detectó la necesidad de incluir 8 obras nuevas, entre las cuales se encuentra el reemplazo del puente Las Flores con un cajón doble de 3 x 2.5. Por otra parte, 7 de las obras existentes se alargan, el resto de las obras existentes no se modifican, puesto que estas quedan fuera del nuevo trazado.
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I.6. DISEÑO DEL DRENAJE 6.1 DIMENSIONAMIENTO HIDRAULICO
Con toda la información obtenida de la parte hidrológica de cada cuenca, se procedió a
verificar la capacidad de cada una de las obras de arte existentes. Para estimar la condición
más desfavorable, se analizaron las condiciones de escurrimiento con control de entrada y
con control de salida. Para las obras existentes se adoptó una sobrecarga de 0,3 m y para las
obras nuevas sobrecarga igual a cero. (Cuadros Nº6.1 y 6.2).
De los cuadros Nº 6.1 y 6.2, se puede concluir lo siguiente:
- De acuerdo con las características del trazado del camino, se detectó la necesidad de
incluir 8 obras nuevas, entre las cuales se encuentra el reemplazo del puente Las Flores
con un cajón doble de 3 x 2.5. Por otra parte, 7 de las obras existentes se alargan, el
resto de las obras existentes no se modifican, puesto que estas quedan fuera del nuevo
trazado.
6.2 DRENAJE LONGITUDINAL
6.2.1 Fosos y Contrafosos
En el diseño de las obras de arte se supuso que los caudales de las cuencas son evacuadas
en forma puntual. Para que ello ocurra en la práctica, es necesario que existan elementos de
drenaje tales como fosos y contrafosos que concentren las aguas hacia la obra de arte.
Para el diseño de fosos se procedió a analizar tanto la pendiente general del camino, como
las cotas de terreno de las vecindades.
La ubicación y características de los fosos y contrafosos proyectados se muestran en los
planos de planta general. Los fosos deberán localizarse normalmente a unos 2,0 m. del pie
del terraplén, salvo indicación contraria en los planos y los contrafosos a 3,0 m. del
coronamiento del corte.
La determinación de la capacidad de los fosos y las condiciones de escurrimiento de los
mismos, se basa en el supuesto que esas obras estarán destinadas a evacuar las aguas lluvia
que precipitan sobre una superficie que alcanza hasta 100 m, según se indica en cuadro de
cubicaciones.
La demanda de fosos (por metro lineal de camino) de acuerdo al método racional es:
C x I x A
Q = ---------------------(m3/s)
3,6
El coeficiente de escorrentía adoptado es C = 0,40 y la intensidad de la lluvia es 22.0
mm/hr, para una duración de 10 min. y un período de retorno de 25 años.
0,4 x 22.0 x 1 x 10-4
q1 = ------------------------- = 0,0002444 m3/s/m
3,6
Para definir aquellos fosos que serán revestidos se recurrió a laTabla 3.703.301A del
Manual de Carreteras-V3, adoptando una velocidad límite de 1,0 m/s para canales no
revestidos con flujo intermitente, para el tipo de suelo existente .
Se realizó además, un análisis de las necesidades de contrafosos para lo cual se adoptó
como criterio revestirlos en todos los casos, considerando que ellos se ubican en laderas de
cerros con fuertes pendientes.
La capacidad del foso se estableció utilizando la fórmula de Manning para un n=0,030 y un
foso de base 0,5 y altura h.
En total el proyecto ha considerado un total de 202 m. de fosos revestidos y 2065 m. sin
revestir. Asimismo, la longitud de contrafosos proyectados alcanza a 2010 m.
En la siguiente tabla se muestran las dimensiones del foso y su velocidad para distintas
pendientes y longitudes aportantes.
CALCULO DE FOSOS
Q=(c*I*A)/3,6
Demanda por metro lineal de Foso
c i A Q(m3/s/m)
0,4 22 0,0001 0,0002444
Calculo de altura de agua y velocidad en el foso
L= 100 m (APORTE)
n B h sección pendiente perim.mojado (R. Hidr.)2/3 Qcalculado V DIST.MAX
0,03 0,5 0,5 0,4175 0,0025 1,702 0,391860315 0,272669469 0,653100524 1115 0,03 0,5 0,5 0,4175 0,005 1,702 0,391860315 0,385612861 0,923623619 1578 0,03 0,5 0,28 0,192528 0,01 1,17312 0,299755831 0,192371302 0,999186104 787 0,03 0,5 0,18 0,111708 0,015 0,93272 0,242971494 0,110806178 0,991926972 453 0,03 0,5 0,14 0,083132 0,02 0,83656 0,214542872 0,084076778 1,011364796 344 0,03 0,5 0,1 0,0567 0,03 0,7404 0,180334062 0,059033726 1,041159194 242 0,03 0,5 0,08 0,044288 0,04 0,69232 0,159950693 0,047225975 1,066337956 193 0,03 0,5 0,06 0,032412 0,05 0,64424 0,136282083 0,032923678 1,015786672 135 0,03 0,5 0,05 0,026675 0,06 0,6202 0,122757616 0,026736666 1,002311734 109 0,03 0,5 0,045 0,0238568 0,07 0,60818 0,115447916 0,024289867 1,018154915 99
6.2.2 Cunetas:
El diseño de la cuneta de los cortes del camino se basó en las siguientes hipótesis:
* Debe tener la capacidad suficiente para evacuar las aguas provenientes del escurrimiento
superficial del corte con una altura máxima de 8,0 m. más 3,0 desde el coronamiento del
corte hasta el contrafoso, además de una calzada completa, es decir:
9 m.(Pistas) + 11 m.(corte inclinado) + 3 m. = 23 m.
* La intensidad de diseño es de 22.0 mm/hr, valor que corresponde a un tiempo de
concentración de 10 min. y 25 años de período de retorno.
* Considerando que solo una parte de la superficie corresponde a la plataforma
impermeable del camino, se utilizó un coeficiente de escorrentía c = 0,6.
* La capacidad de la cuneta se estableció para un coeficiente de rugosidad de Manning
n=0,030 para el caso de cuneta sin revestir.
Basado en estos antecedentes, el caudal afluente a las cunetas de los cortes por metro
lineal de camino es:
C x I x A 0,6 x 22.0 x 2,3 x 10-5
Q = ---------------- = --------------------------------- = 0,00008433 m3/s
3,6 3,6
La cuneta proyectada tiene las dimensiones geométricas indicadas en el perfil tipo y la
cantidad de cunetas consideradas en el proyecto alcanza a 1.975 m. revestidas y 1880 m. sin
revestir.
A continuación se entrega el cuadro con el cálculo de capacidades hidráulicas de las cunetas
proyectadas en función de su pendiente.
CALCULO DE CUNETAS
Q=(c*I*A)/3,6
Demanda por metro lineal de cuneta
c i A Q(m3/s/m)
0,6 22 0,000023 8,43333E-05 DISTANCIAS MÁXIMAS DE
CUNETAS SIN REVESTIR
n B h sección pendiente perim.mojado (R. Hidr.)2/3 Qcalculado V DIST.MAX
0,03 0,35 0,163333333 0,001 0,9156 0,316893035 0,054558983 0,334034589 647 0,03 0,35 0,163333333 0,002 0,9156 0,316893035 0,077158053 0,472396246 915 0,03 0,35 0,163333333 0,0025 0,9156 0,316893035 0,086265326 0,528155059 1023 0,03 0,35 0,163333333 0,003 0,9156 0,316893035 0,09449893 0,578564879 1121 0,03 0,35 0,163333333 0,004 0,9156 0,316893035 0,109117966 0,668069177 1294 0,03 0,35 0,163333333 0,005 0,9156 0,316893035 0,121997594 0,746924047 1447 0,03 0,35 0,163333333 0,006 0,9156 0,316893035 0,133641669 0,818214299 1585 0,03 0,35 0,163333333 0,007 0,9156 0,316893035 0,1443495 0,883772451 1712 0,03 0,35 0,163333333 0,008 0,9156 0,316893035 0,154316107 0,944792491 1830 0,03 0,35 0,163333333 0,009 0,9156 0,316893035 0,163676948 1,002103766 1941 0,03 0,35 0,163333333 0,01 0,9156 0,316893035 0,172530652 1,056310117 2046 0,03 0,25 0,083333333 0,015 0,654 0,253217667 0,0861464 1,033756798 1021 0,03 0,2 0,053333333 0,02 0,5232 0,218216371 0,054863031 1,028681836 651 0,03 0,15 0,03 0,025 0,3924 0,180133645 0,02848163 0,94938767 338 0,03 0,15 0,03 0,03 0,3924 0,180133645 0,031200063 1,040002085 370 0,03 0,12 0,0192 0,035 0,31392 0,15523447 0,018586694 0,968057 220 0,03 0,1 0,013333333 0,04 0,2616 0,137467699 0,012219351 0,916451329 145 0,03 0,1 0,013333333 0,045 0,2616 0,137467699 0,012960579 0,972043425 154 0,03 0,1 0,013333333 0,05 0,2616 0,137467699 0,01366165 1,024623735 162 0,03 0,08 0,008533333 0,06 0,20928 0,118466072 0,00825405 0,967271429 98
6.2.3 Solera:
El diseño de la solera montable Tipo E, ubicada en los terraplenes altos, se basó en las
siguientes hipótesis:
* Debe tener la capacidad suficiente para evacuar las aguas provenientes del escurrimiento
de la calzada completa, es decir:
7 m.(pavimento) + 2 m.(berma) = 9 m.
* La intensidad de diseño es de 22.0 mm/hr, valor que corresponde a un tiempo de
concentración de 10 min. y 25 años de período de retorno.
* Considerando que la superficie corresponde a la plataforma impermeable del camino, se
utilizó un coeficiente de escorrentía c = 0,8.
* La capacidad de la solera se estableció para un coeficiente de rugosidad de Manning n =
0,013.
Basado en estos antecedentes, el caudal afluente a la solera por metro lineal de camino
es:
C x I x A 0,8 x 22.0 x 0,9 x 10-5
Q = ---------------- = --------------------------------- = 0,000044 m3/s
3,6 3,6
La solera proyectada tiene las dimensiones geométricas indicadas en el perfil tipo, de donde
se obtiene una capacidad de 0.0322 m3/s, para i mín 0.5%.
De acuerdo con lo anterior la capacidad máxima de la solera, para una pendiente mínima de
0.5 %, corresponde a una longitud de cuneta de 733 m. En total se han proyectado 1.550 m.
de soleras Tipo E.
6.2.4 Cunetas en Terrazas:
El diseño de la cuneta en las terrazas de los cortes se basó en las siguientes hipótesis:
* Debe tener la capacidad suficiente para evacuar las aguas provenientes del escurrimiento
superficial del corte con una altura máxima de 8,0 m. más 2,0 de banqueta, es decir:
11 m.(corte inclinado ) + 2 m. = 13 m.
* La intensidad de diseño es de 22.0 mm/hr, valor que corresponde a un tiempo de
concentración de 10 min. y 25 años de período de retorno.
* Considerando que solo una parte de la superficie corresponde a la plataforma
impermeable del camino, se utilizó un coeficiente de escorrentía c = 0,6.
* La capacidad de la cuneta se estableció para un coeficiente de rugosidad de Manning
n=0,017 para el caso de cuneta con imprimación reforzada.
Basado en estos antecedentes, el caudal afluente a las cunetas de los cortes por metro
lineal de camino es:
C x I x A 0,6 x 22.0 x 1,3 x 10-5
Q = ---------------- = --------------------------------- = 0,0000477 m3/s
3,6 3,6
La cuneta proyectada tiene las dimensiones geométricas indicadas en el perfil tipo, de
donde se obtiene una capacidad de 0.07598 m3/s, para i mín 1%.
De acuerdo con lo anterior la capacidad máxima de la cuneta, para una pendiente mínima
de 1 %, corresponde a una longitud de cuneta de 1590 m.
En total se han proyectado 526 m de cuneta revestida con doble imprimación en sectores de
terrazas
6.2.5 Subdrenes
El propósito del drenaje subterráneo es eliminar el exceso de agua del suelo, a fin de
garantizar la estabilidad de la plataforma y de los taludes de la carretera. Ello se consigue
interceptando el flujo del agua subterránea y haciendo descender el nivel freático.
El sistema aplicado consistió en colocar subdrenes con tubo perforado de 200 mm. de
diámetro en un subdren de 1,2 m. de profundidad y 0,7 m. de ancho relleno con material
filtrante y un geotextil que hace las veces de filtro para impedir la incorporación de finos al
interior del subren.
Los antecedentes utilizados para la determinación de los sectores con necesidad de
subdrenes fueron los siguientes :
a) Visita en distintas oportunidades del ingeniero especialista
b) Prospección sistemática de suelos realizada a fines del invierno, condición considerada
como crítica con el objeto de determinar correctamente las condiciones de diseño.
Se proyectó subdren en los sectores recomendados por el Ing. especialista y donde la
exploración de suelos detectó un nivel de agua subterránea a una profundidad menor a 1,5
m. medido desde la rasante de proyecto.
En definitiva se han proyectado alrededor de 1.405 m. de subdren en los sectores indicados
en los planos y cuadros de cubicación.
