UNIVERSIDAD CENTRAL DE CHILE

Escuela de Obras Civiles y Construcción

Diseño de Pavimentos

Alejandro Torres Flores

alejandro.torres@ucentral.cl

OBRAS DE DRENAJE Los sistemas de drenaje vial tiene como objetivos principales

eliminar el agua de la superficie de la calzada, controlar los

flujos de aguas subterráneas que pudieran afectar la

estabilidad de la obra vial, restituir el drenaje natural que es

afectado por el trazado del camino.

Obras de captación o longitudinales Aquellas que se construyen paralelas al eje del camino. Su propósito es captar o canalizar las aguas que podrían llegar al camino

Obras de cruce Aquellas que permiten el paso de las aguas de un cauce desde un lado del camino al otro. Pueden pasar por abajo del camino, sobre éste o por arriba.

Drenaje transversal

Alcantarillas FUNCIÓN Proporcionar un medio para que el agua superficial que escurre por cauces naturales o artificiales, en forma permanente o eventual, pueda atravesar bajo la plataforma de la carretera, sin causarle daños, riesgos al tránsito o a la propiedad adyacente.

ALCANTARILLA Obra de drenaje transversal, cuya luz mayor (medida paralela al eje de la carretera) no sobrepasa los 6m; luces mayores se considerarán como puentes para el cálculo hidráulico.

Drenaje transversal – Alcantarillas

Las alcantarillas deben satisfacer también requisitos estructurales

mínimos para soportar diferentes tipo de carga: peso del suelo

sobre ellas, cargas de tráfico y cargas eventuales durante la

construcción.

Antecedentes de terreno necesarios

1. Topografía del lugar perfil longitudinal del cauce 30 m aguas arriba y aguas abajo

2. Hoya hidrográfica Efectos de las crecidas. Datos: superficie, pendiente, vegetación, uso del suelo

3. Características del cauce secciones transversales, perfiles longitudinales, alineación

4. Datos de crecidas

5. Análisis de estructuras existentes erosión, abrasión, corrosión, transporte de sedimentos debido a crecidas anteriores

IMPORTANCIA

Comportamiento hidráulico, costos de construcción y mantenimiento, estabilidad hidráulica del cauce natural y seguridad en la carretera.

Recomendación Proyectar la alcantarilla siguiendo la alineación y pendiente del cauce natural

Problema Alto costo

Solución Cambiar alguno de los factores (alineación o pendiente)

compensando otros.

Ejemplo Si se acorta un canal, aumenta la pendiente

aumento de la velocidad

erosión

Ubicación, alineación y pendiente de alcantarillas

REVESTIMIENTO CAMBIO DE SECCIÓN

Ubicación en planta El reemplazo de la ubicación natural del cauce por otra normal al eje del camino, implica disminución del largo del conducto, el acondicionamiento del cauce y la construcción adicional de un canal de entrada yo de salida.

Recomendaciones

1. El flujo de agua debe cruzar la carretera en el instante en que

se encuentra con ella, evitando conducir la corriente paralela al

eje de la vía, con esto se evitan posibles derrumbes y

deslizamiento por conducirlo al pie del terraplén.

2. Si el esviaje del eje del canal respecto de la normal al eje de la

vía es pequeño, conviene proyectar la alcantarilla normal al eje

de la vía.

Ubicación en planta

Caso1 Se conserva la entrada y la salida del canal natural. Longitud máxima de la alcantarilla.

Caso2 La entrada en el canal natural y la salida se desplaza, alcantarilla normal al eje de la vía. Se aumenta la línea de flujo, se debe disminuir la pendiente, aumentar la sección respecto del Caso1. Diseñar las estructuras de entrada y salida para minimizar los efectos de los cambios bruscos de dirección. En los costos considerar estructuras de entrada y salida, construcción y mantenimiento del canal de salida.

Ubicación en planta

Caso3 Se desplaza la entrada para que la salida descargue directamente al canal natural. Alinear el canal de entrada para no necesitar una entrada especial. Aumento del tamaño de la alcantarilla al aumentar la longitud del flujo. Aumento de costos: construcción y mantenimiento del canal, mayor diámetro y protección del terraplén a la entrada.

Caso4 Desplazamiento de la entrada y la salida. Sólo conviene usarla cuando hay restricciones de espacio para otras soluciones. Aumento de costos: estructuras especiales de entrada y salida, mayor sección debido a la disminución de la pendiente.

Perfil longitudinal

En general, es recomendable seguir

la pendiente longitudinal del cauce.

Es necesario modificar la pendiente

cuando se quiere evitar la erosión

del tubo de la alcantarilla, mejorar

las condiciones hidráulicas, acortar

las alcantarillas o disminuir los

requerimientos estructurales.

IMPORTANTE Al modificar la

pendiente longitudinal, se debe

tener cuidado que el terreno de

fundación no permita

asentamientos, los que de ocurrir

pueden ocasionar serios problemas

estructurales debido a las fallas por

corte causadas por el asentamiento

del terraplén.

Tipos de alcantarilla

Tubos de acero corrugado

Diámetro de los tubos circulares mínimo 0,8m para caminos locales o de desarrollo; 1,0m si la longitud de la alcantarilla es mayor a 10m.

Sección transversal Circulares, bóveda, cajón, múltiples.

Tipos de alcantarilla Tubos de acero corrugado – Arcos parabólicos

Tipos de alcantarilla Tubos de hormigón

Diámetro de los tubos circulares mínimo 0,8m para caminos locales o de desarrollo; 1,0m si la longitud de la alcantarilla es mayor a 10m.

Tipos de alcantarilla

Tubos de polietileno de alta densidad (PEAD ó HDPE)

Ventajas Resistencia química, resistencia a la abrasión, durabilidad, bajo peso, resistencia a la intemperie.

USOS Industria Minera debido a sus características, cada vez más competitivo en obras viales.

Tipos de alcantarilla Cajón simple

Tipos de alcantarilla Cajones múltiples

Factores que inciden en la elección del tipo de alcantarilla Físicos y estructurales

• Durabilidad (vida útil Autopistas, primarios > 50 años; colectores y locales > 30 años; desarrollo > 10 años)

• Carga sobre ella (suelo, tránsito)

• Suelo de apoyo

Hidráulicos

• Caudal de diseño

• Forma, pendiente y área del cauce

• Velocidad de aproximación

• Arrastre de sedimentos

• Condiciones de entrada/salida

• Pendiente

• Rugosidad del conducto

• Longitud, tamaño y sección transversal

Construcción y mantenimiento • Accesibilidad del lugar • Disponibilidad de materiales Costo total de la obra

Drenaje de la plataforma

DREN

Drenaje de la plataforma – Canales

longitudinales

Dependiendo de su ubicación los canales se denominan fosos, contrafosos de coronación o cunetas laterales.

Su capacidad hidráulica estará dada por la fórmula de Manning:

2

1

3

2

iRA1

Q

Drenaje de la plataforma – Canales longitudinales

La pendiente mínima recomendable es de 0,25% para canales en tierra y de 0,12% para canales revestidos.

La velocidad mínima recomendable será de 0,25 m/s.

La velocidad máxima será:

Diseño Hidráulico VARIABLES DE DISEÑO

Caudal hidráulico (QH) calculado a partir de la fórmula de Manning (m3/s)

Pendiente, rugosidad del canal

Intensidad de lluvia (I, mm/hr)

Áreas Aportantes (A, m2)

Coeficientes de escorrentías (C) de las áreas aportantes

Caudal aportante

CONDICIÓN DE DISEÑO

QH > QA

)s/m(6,3

AICQ 3

A