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MÓDULO V: DRENAJE Y SUBDRENAJE EN PAVIMENTOS DRENAJE SUPERFICIAL EN PAVIMENTOS

DRENAJE SUPERFICIAL EN PAVIMENTOS Temario:

INTRODUCCION

ALCANTARILLAS DE TUBO

ALCANTARILLAS DE LOSA

BOMBEO DE CORONA

CUNETAS Y CONTRACUNETAS EN CAMINOS

BORDILLOS Y LAVADEROS EN TALUDES.

ARROYOS Y BOCAS DE TORMENTA

TECNICAS DE CONSERVACION • RUTINARIA EN OBRAS DE DRENAJE • PERIODOCA EN OBRAS DE DRENAJE • RECONSTRUCCION EN OBRAS DE DRENAJE

ENRIQUE CORTÉS SUÁREZ

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INTRODUCCION:

¿QUE ES EL DRENAJE?

El drenaje se puede definir como el conjunto de obras necesarias para captar, conducir y eliminar el agua producto de la precipitación pluvial sobre la propia superficie de estudio, o bien, en forma de escurrimiento proveniente de sitios contiguos. El objetivo principal del drenaje es eliminar o reducir la cantidad de agua que llega al camino, con la finalidad de evitar que la constante acción del agua o su permanencia dañen su estructura (pavimento). Para delimitar el tema de Drenaje superficial, es necesario definir los siguientes aspectos, que facilitarán la comprensión del drenaje superficial, su función y su clasificación. • Como parte integral del ciclo hidrológico, el cual se detallará más adelante, se puede deducir que la presencia de agua o escurrimiento se tiene de dos distintas formas: Como escurrimiento superficial y como escurrimiento subterráneo.

¿Qué es escurrimiento? El escurrimiento se define como el agua proveniente de la precipitación que circula sobre o bajo la superficie terrestre y que llega a una corriente para finalmente ser drenada hasta la salida de la cuenca. El agua proveniente de la precipitación que llega hasta la superficie terrestre (una vez que parte ha sido interceptada y evaporada) sigue diversos caminos hasta llegar a una corriente. Generalmente estos caminos se dividen en dos: escurrimiento superficial y escurrimiento subterráneo. • El escurrimiento superficial es la circulación de agua proveniente de la precipitación pluvial sobre la superficie del suelo, que fluye por gravedad hasta los sitios más bajos donde se deposita o almacena. Otra explicación más detallada del escurrimiento superficial es la siguiente: Una vez que la precipitación alcanza la superficie del suelo, se infiltra hasta que las capas superiores del mismo se saturan. Posteriormente, se comienzan a llenar las depresiones del terreno y al mismo tiempo, el agua comienza a escurrir sobre su superficie. ENRIQUE CORTÉS SUÁREZ

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Respecto al escurrimiento subterráneo, en realidad existen dos tipos de escurrimiento en esta zona, el primero se denomina “subsuperficial”, que se genera cuando una parte del agua de precipitación que se infiltra escurre cerca de la superficie del suelo, más o menos paralela a él; el segundo corresponde a la otra parte de agua que se infiltra hasta niveles inferiores al nivel freático y se denomina escurrimiento “subterráneo”. • El escurrimiento subterráneo se genera a partir de la infiltración del agua hacia las capas del subsuelo, mismas que al ser saturadas presentan flujo.

Con base en lo anterior, la clasificación del drenaje, de acuerdo al tipo de escurrimiento que se pretende captar, conducir y eliminar, se denomina como Drenaje Superficial y Drenaje Subterráneo.

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El tema que se abordará en esta primera parte corresponde al Drenaje superficial, para ello se definen los siguientes términos:

Drenaje Transversal: En vías terrestres se define como drenaje transversal a las obras necesarias para el cruce del camino en proyecto con escurrimientos que reconocen en forma normal o esviajada, esto es, el eje longitudinal de la obra de drenaje cruza con el eje de proyecto de la vía de comunicación con un angulo de 90° o menor. • Permite el cruce de la vía terrestre sobre una corriente de agua superficial.

Drenaje Longitudinal. Este tipo de obras de drenaje corresponde a obras complementarias cuya función es captar los escurrimientos que fluyen hacia la carretera y en forma paralela a la vía de comunicación, los conduce hacia un sitio alejado de la estructura del camino o a un sitio propicio para su cruce transversal. • Capta los escurrimientos en forma paralela a la vía terrestre y los conduce a sitios adecuados para su descarga, alejándolos de la carretera. Respecto a las obras de drenaje transversal, existe una clasificación convencional que las define de acuerdo a su longitud, en obras de drenaje mayor y obras de drenaje menor L > 6.0 m: Drenaje mayor. L < 6.0 m. Drenaje menor.

Las obras de drenaje mayor se denominan como Puentes y a las obras de drenaje menor, alcantarillas. Dentro del drenaje menor se encuentra también el drenaje complementario o longitudinal. Propiamente para al tema principal de este curso, denominado Drenaje en pavimentos, se abordara el drenaje menor y complementario. Como alcantarillas, es común encontrar: Losas, tubos y bóvedas. Los tres tipos de obras generalmente resuelven el cruce de corrientes pequeñas o arroyos y la elección del tipo de obra dependerá de las características del cauce de la corriente y del proyecto de la carretera.

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Las losas y tubos también son empleados como obras de alivio para la descarga del drenaje complementario (cunetas, contracunetas y canales).

Como drenaje complementario identificamos los siguientes tipos de obras: Bombeo, Cunetas, Contracunetas, Canales, Bordillos, Lavaderos y Boca de tormenta. Como desarrollo del presente trabajo, se revisaran algunos términos de hidrología superficial y métodos hidrológicos para el cálculo de gastos; se describirá cada tipo de obra de drenaje de acuerdo al temario, y posteriormente se realizará la cuantificación del escurrimiento o determinación de gasto de diseño para cada caso, así como el análisis hidráulico para el dimensionamiento de las obras de drenaje, necesario para el diseño de obras con la suficiente capacidad hidráulica, que garantice su adecuado funcionamiento. Los obras de drenaje que se mencionaran, de acuerdo con el temario son: 1.- Alcantarillas de tubo 2.- Alcantarillas de losa 3.- Bombeo de corona 4.- Cunetas y contracunetas en caminos 5.- Bordillos y lavaderos en taludes 6.- Arroyos y bocas de tormenta 7.- Técnicas de conservación • Rutinaria en obras de drenaje • Periódica en obras de drenaje • Reconstrucción en obras de drenaje Con la finalidad de definir diversos términos y metodologías que serán necesarios para el diseño hidráulico del drenaje, es conveniente revisar algunos temas generales de hidrología e hidráulica, los cuales facilitaran la comprensión del diseño de drenaje y reafirmaran los conocimientos necesarios para que el asistente esté en posibilidad de identificar los parámetros hidrológicos en el diseño del drenaje.

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TÉRMINOS GENERALES DE HIDROLOGÍA E HIDRÁULICA

Con la finalidad de definir diversos términos y metodologías que serán necesarios para el diseño hidráulico del drenaje, es conveniente incluir algunos términos generales de hidrología e hidráulica, los cuales facilitarán la comprensión del diseño de drenaje y proporcionaran las herramientas necesarias para que al final del tema, el participante este en posibilidad de diseñar o revisar la capacidad hidráulica del drenaje. Hidrología: Es la ciencia natural que estudia al agua, su ocurrencia, circulación y distribución en la superficie terrestre, sus propiedades químicas y físicas y su relación con el medio ambiente, incluyendo a los seres vivos. La hidrología aplicada, es la parte de la hidrología que se estudia en la ingeniería civil e incluye aquellas partes del campo de la hidrología que atañe al diseño y operación de proyectos de ingeniería para el control y uso del agua. El ciclo hidrológico. El ciclo hidrológico puede considerarse como el concepto fundamental de la hidrología. De las muchas representaciones que se pueden hacer de él, la más ilustrativa es quizás la descriptiva, que se muestra a continuación.

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Puede empezar con la evaporación de los océanos, siendo transportado el vapor por las masas de aire en movimiento formando nubes. En determinadas condiciones el vapor de las nubes condensa y pueden ocasionar precipitaciones. Cuando esto sucede en tierra firme, una parte es retenida por la superficie, otra escurre sobre ella, y la restante penetra en el suelo. El agua retenida retorna a la atmósfera mediante evaporación y la transpiración de las plantas. La parte que escurre sobre la superficie es drenada por arroyos y ríos hasta el océano, En tanto que la que se infiltra abastece los depósitos subterráneos, de donde puede fluir hacia las corrientes de los ríos, o bien descargar en los océanos.

Cuenca hidrológica Es una zona de la superficie terrestre tal que (si fuera impermeable) todas las gotas de lluvia que caen sobre la tienden a ser drenadas por un sistema de corrientes hacia un mismo punto de salida. La definición anterior se refiere a una cuenca superficial, lo cual se valida al indicar que “si la superficie fuera impermeable”. Cabe mencionar que en realidad existe infiltración al subsuelo y dicha cantidad de agua se acumula y fluye subterráneamente en función de una cuenca subterránea, cuya forma en planta puede ser semejante a la superficial, aunque no igual.

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Desde el punto de vista de su salida, se identifican dos tipos de cuencas:

• Endorreicas: El punto de salida está dentro de los límites de la cuenca y generalmente es un lago. • Exorreicas: El punto de salida se encuentra en los límites de la cuenca y está en otra corriente o en el mar. Parteaguas. Es una línea imaginaria formada por puntos de mayor nivel topográfico y que separa la cuenca de las vecinas. Área de cuenca. El área de cuenca se define como la superficie, en proyección horizontal, delimitada por el parteaguas. Corriente principal. La corriente principal de una cuenca es la corriente que pasa por la salida de la misma; esta definición se aplica solamente a las cuencas exorreicas. Las demás corrientes en una cuenca exorreica, que aportan hacia la corriente principal, se llaman corrientes tributarias.

Pendiente del cauce principal. Uno de los indicadores más importantes del grado de respuesta de una cuenca a una tormenta es la pendiente del cauce principal, Debido a que esta pendiente varia a lo largo del cauce, es necesario definir una pendiente media, para lo cual existen varios métodos, de los cuales se mencionan tres.

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Pendiente media geométrica: Es igual al desnivel entre los extremos de la corriente, dividido entre su longitud medida en planta. Pendiente media compensada: Es la pendiente de una línea recta que, apoyándose en el extremo de aguas abajo de la corriente, hace que se tengan áreas iguales entre el perfil del cauce y arriba y abajo de dicha línea. Pendiente media calculada (Taylor Schwarz): Esta pendiente media se calcula a partir de la deducción matemática que considera al cauce como un canal de sección transversal uniforme que tuviera la misma longitud y tiempo de recorrido que la corriente. La expresión es la siguiente:

Siendo: m principal

número de segmentos iguales en los que se divide el cauce

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Para facilitar su solución, se debe confeccionar la siguiente tabla: Tramo 1 2 … … … m

Desnivel (m) ….. ….. ….. ….. ….. …..

Pendiente del tramo Si ….. ….. ….. ….. ….. ….. ∑=

1/√Si ….. ….. ….. ….. ….. ….. …..

Precipitación El agua que recibe la superficie terrestre en cualquier estado físico, proveniente de la atmósfera, se conoce como precipitación, la cual para presentarse debe previamente producirse la condensación del vapor atmosférico y esto generalmente sucede por enfriamiento de una parte de la atmósfera. • Tipos de precipitación De acuerdo con los fenómenos meteorológicos que les dan origen o que las acompañan, se pueden dividir las precipitaciones en tres clases: • Precipitación por convección. Estas precipitaciones son características de las regiones ecuatoriales, donde a consecuencia de la debilidad de los vientos, los movimientos del aire son esencialmente ENRIQUE CORTÉS SUÁREZ

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verticales; en esas regiones las nubes se forman en el curso de la mañana, bajo la acción de la insolación intensa, y por la tarde o al amanecer se presentan lluvias violentas acompañadas de relámpagos y truenos; más tarde, en la noche, las nubes se disuelven en la atmósfera y, al salir el sol, el cielo está generalmente claro; dicho proceso produce la mayor parte de los 2,500 mm de lluvia que caen anualmente, en promedio, en la vecindad del ecuador. • Precipitación orográfica. Las precipitaciones llamadas orográficas, se presentan en forma de lluvia o de nieve en las vertientes de las barreras montañosas que reciben el impacto del viento; son muy irregulares en importancia y en localización; en ocasiones dependen de grandes perturbaciones ciclónicas. • Precipitación ciclónica, o de frente. Está asociada al paso de ciclones y ligada con los planos de contacto (superficies frontales) entre masas de aire de diferentes temperaturas y contenidos de humedad. Esta precipitación puede ser no frontal, y ocurrir donde exista una depresión barométrica. El levantamiento del aire se origina por convergencia horizontal del mismo, hacia una zona de baja presión.

La precipitación se mide en términos de la altura de lámina de agua, y se expresa comúnmente en milímetros.

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Análisis de tormentas Análisis de los registros de lluvia en un punto. A partir de los registros de los pluviógrafos se puede obtener la curva masa de la tormenta correspondiente. Se llama curva-masa de lluvia a la representación gráfica de la variación de la altura de lluvia respecto al tiempo.

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Precipitación media sobre una zona. Para muchos problemas hidrológicos es necesario conocer la altura de precipitación media en una zona, ya sea durante una tormenta, una época del año, o un período determinado. Para hacerlo se tienen tres criterios: a) Promedio aritmético. Para calcular la altura de precipitación media en una zona con base en el promedio aritmético, se suma la altura de lluvia registrada en un cierto tiempo en cada una de las estaciones localizadas en la zona, y se divide entre el número total de ellas. b) Método de Polígonos de Thiessen. Es necesario conocer la localización de las estaciones, ya que para su aplicación se requiere delimitar la zona de influencia de cada una dentro del conjunto. Para determinarla, primero se trazan triángulos que ligan las estaciones más próximas entre sí (Figura), y a continuación las mediatrices a los lados de los triángulos, las cuales forman, junto con los límites de la zona, una serie de polígonos; cada uno de ellos contiene una estación.

Figura. Cuencas de los ríos Papagayo y Omitlán,Gro. Polígonos de Thiessen. Cada polígono corresponde al área tributaria de cada estación. Entonces, la altura de precipitación media es:

hpm=1/A Donde: A = área de la zona, en km² ENRIQUE CORTÉS SUÁREZ

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Ai = área de la estación i, en km² hpi = altura de precipitación registrada en la estación i, en mm hpm = altura de precipitación media en la zona en estudio, en mm n = número de estaciones localizadas dentro de la zona. c) Método de Isoyetas. Para emplear este criterio se necesita un plano de isoyetas de la precipitación registrada en las estaciones de la zona (Figura). Es el más exacto, pero requiere de criterio para trazar el plano. Para calcular la altura de precipitación media en determinada zona, se recurre a la ecuación anterior; en este caso Ai corresponde al área entre isoyetas; hpi es la altura de precipitación media entre dos isoyetas.

Figura. Cuencas de los ríos Papagayo y Omitlán, GRO. Plano de isoyetas, en mm. Curvas Intensidad - Duración - Período de Retorno Las características de precipitación en una cuenca pequeña están dadas por las curvas intensidad - duración - período de retorno, que relacionan la intensidad de la precipitación con el intervalo del tiempo que dura, y con el período promedio que transcurre entre dos precipitaciones de igual intensidad que la considerada. Para trazar las curvas es necesario contar con el registro de un pluviógrafo instalado en la cuenca en estudio, que tenga un período suficientemente grande de registro. Se acepta la posibilidad de obtener resultados confiables con métodos probabilísticos para períodos de retorno, de hasta el doble del intervalo de tiempo cubierto por los registros. Actualmente existen los planos de Isoyetas I-D-Tr para la República Mexicana, elaboradas y publicadas por la Secretaria de Comunicación y Transportes. ENRIQUE CORTÉS SUÁREZ

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ESTUDIO HIDROLOGICO

Uno de los datos fundamentales con que se debe contar para proyectar cualquier obra de drenaje, es el gasto de la corriente. El estudio hidrológico es la base para determinar el gasto de la corriente en avenidas extraordinarias asociado a un período de retorno, Tr. El gasto deberá estar asociado a cierto período de retorno, mismo que se determina en función de la vida útil de proyecto, de los daños que ocasionaría en caso de fallar, y del costo de la reparación ó reconstrucción. El período de retorno se define como el lapso promedio en años en que un evento puede ser igualado o excedido una vez. Está determinado por la importancia de la vía terrestre, el tipo, la vida útil y el costo de la estructura, el costo de sus posibles reparaciones, el riesgo que se puede aceptar de que la obra falle, el costo de las reparaciones de los daños en caso de falla y las consecuencias de su colapso para la vía terrestre y la población.

donde: Tr - período de retorno en años. n - vida útil de la obra en años. R - riesgo o probabilidad de que el gasto de diseño sea igualado o excedido por lo menos una vez durante la vida útil, en decimales.

Una forma de elegir el período de retorno y el riesgo correspondiente si se ha fijado la vida útil, consiste en analizar el costo inicial de mantenimiento y costo de daños en caso de que la obra falle, para diferentes caudales eligiendo los valores de diseño para el menor costo

Wycoff y Harbaugh de la Universidad de Iowa, realizaron el análisis anterior en diversas estructuras de drenaje de carreteras en Estados Unidos, y encontraron la relación que se muestra enseguida: TIPO DE CAMINO

TAMAÑO DE LA ESTRUCTURA

PERIODO DE RETORNO (AÑOS)

Secundario

Pequeña Grande Pequeña Grande Pequeña Grande

24 35 37 47 47 50

Principal Interestatal

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La clasificación anterior puede relacionarse de la siguiente manera con las carreteras del país, para fines prácticos: Camino secundario Camino principal Camino interestatal

= = =

Camino rural. Carretera troncal Autopista

Sin embargo, no se establecen las fronteras entre estructuras pequeñas y grandes. C. R. Neill de la Universidad de Toronto presenta una tabla en la que se sugiere adoptar para el diseño los siguientes períodos de retorno dependiendo del tipo de camino y del tamaño de la estructura: TIPO DE CAMINO

TAMAÑO DE LA ESTRUCTURA

Secundario Principal Interestatal

Pequeña Grande Pequeña Grande Pequeña Grande

PERIODO DE RETORNO (AÑOS)

25 a 50 50 a 100 100 100 100 200

Neill proporciona las dimensiones mínimas para considerar un puente como “grande”. Así, para caminos secundarios, se da una longitud de 18 a 24 m. Para caminos principales, 30 m y para caminos interestatales, 36 m. Otra determinación de periodo de retorno, obtenida de literatura Sudamericana es: Estructura Alcantarillas de carreteras Tráfico bajo Tráfico medio Tráfico alto

Período de Retorno 5-10 10-25 50-100

En la Normativa para la infraestructura del transporte (Normativa SCT) no se cuenta con una norma para periodos de retorno de alcantarillas y sólo se presenta la norma relativa a estudios hidrológicos para puentes, la N-PRY-CAR-1-06-004/00: Dicha norma hace mención de la posibilidad de utilizar métodos empíricos, métodos semiempíricos, entre los que se menciona el método Racional y métodos estadísticos.

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Acerca de los períodos de retorno menciona lo siguiente:

De estos periodos se deduce que para las obras de drenaje menor, podrían emplearse periodos de retorno entre 25 y 50 años para alcantarillas, respectivamente. Por otra parte, la CONAGUA especifica algunos periodos de retorno para distintas obras. Las siguientes tablas fueron extraídas del MAPAS (Manual de Agua Potable, Alcantarillado y Saneamiento), Módulo II, tema Alcantarillado, libro de Alcantarillado Pluvial, páginas No. 178 y 179 editado por dicha dependencia. Tabla 6.1 Periodos de retorno para diseño de estructuras menores. TIPO DE ESTRUCTURA

T (años)

Alcantarillas en caminos secundarios, drenaje de lluvia o contracunetas.

5 a 10

Drenaje lateral de los pavimentos, donde pueden tolerarse encharcamientos causados por lluvias de corta duración.

1a2

Drenaje de aeropuertos. Drenaje urbano.

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5 2 a 10

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Tabla 6.2 Uso del suelo y periodos de retorno recomendados para diseño TIPO DE USO DEL SUELO

T (años)

Zona de actividad comercial

5

Zona de actividad industrial

5

Zona de edificios públicos

5

Zona residencial multifamiliar de alta densidad*

3

Zona residencial unifamiliar y multifamiliar de baja densidad

1.5

Zona recreativa de no valor e inmenso uso por el público

1.5

Otras áreas recreativas

1

Se consideran valores mayores de 100 hectáreas para alta densidad. Tabla 6.3 Tipo de vialidad y periodo de retorno mínimo recomendable de diseño TIPO DE VIALIDAD

T (años)

Arteria.- Autopistas urbanas y avenidas que garantizan la comunicación básica de la ciudad

5

Distribuidora.- Vías que distribuyen el tráfico proveniente de la vialidad arterial o que la alimentan

3

Local.- Avenidas y calles cuya importancia no traspasa la zona servida

1.5

Especial.- Acceso e instalaciones de seguridad nacional y servicios públicos vitales

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En el libro “Metodologías de Evaluación Socioeconómica para Proyectos de Agua Potable, Alcantarillado, Saneamiento y Protección a Centros de Población”, que edita la SEMARNAT a través de la CONAGUA, en las páginas 227 y 228 se localiza en Anexo I, “Recomendación de Periodos de Retorno para la Estimación del Gasto Máximo de Diseño en las Obras Hidráulicas”, cuyas tablas se muestran a continuación. DRENAJE PLUVIAL TIPO DE OBRA HIDRAULICA

1. Lateral libre en calles de poblados donde se tolera encharcamiento de corta duración. 2. Lateral Libre en calles de poblados donde se tolera encharcamiento temporal. 3. Zonas agrícolas. 4. Zonas urbanas: Poblados pequeños con menos de 100,000 habitantes. Poblados medianos entre 100,000 y 1 000,000 habitantes. Poblados grandes con mas de 1 000 000 de habitantes. 5. Aeropuertos, estaciones de Ferrocarril y Autobuses. 6. Cunetas y contracunetas en caminos y carreteras.

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Tr (AÑOS)

2 2 5 2-5 5-10 10-25 10 5

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ESTRUCTURA DE CRUCE.

TIPO DE OBRA HIDRAULICA

Tr (AÑOS)

1. Puentes carreteros en: a) Caminos locales que comunican a poblados pequeños b) Caminos regionales que comunicas poblados medianos c) Carreteras que comunican poblados grandes (ciudades).

10-25 50-100 500-1000

ALCANTARILLAS PARA PASO DE PEQUEÑAS CORIENTES TIPO DE OBRA HIDRAULICA

1. En caminos locales que comunican poblados pequeños 2. En caminos regionales que comunican poblados medianos 3. En caminos primarios que comunican poblados grandes (ciudades).

Tr (AÑOS)

10-25 25-50 50-100

De lo anterior se concluye que los periodos de retorno adecuados para obras de drenaje menor, son del orden de 25 a 50 años.

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Una vez que se define el periodo de retorno, lo procedente es considerar los factores principales que afectan al escurrimiento en la cuenca, los cuales se mencionan: • • • • • • • •

Área y forma de la cuenca Pendiente y longitud del cauce principal Orografía de la cuenca Tipo y uso de suelo Tipo y densidad de la vegetación Permeabilidad del suelo Almacenamientos de agua, naturales o construidos en la cuenca sobre el cauce principal y afluentes de éste. Precipitación

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Asimismo, para la aplicación del método adecuado a nuestra cuenca, se deberá determinar el método que mejor aplica con las características de la cuenca e información pluviográfica que disponemos.

Los métodos hidrológicos para el cálculo de gastos máximos se clasifican en empíricos, semiempíricos y estadísticos. LOS MÉTODOS EMPÍRICOS. Determinan el gasto en función únicamente de características fisiográficas de la cuenca. Ejemplos son los métodos de Creager, Lowry, Talbot, etc. Sólo deben emplearse para obtener una idea preliminar del gasto de diseño o cuando no se disponga de datos de precipitación de la cuenca en estudio. Método Talbot a = 0.183 CA3/4 = a C A

área hidráulica de la alcantarilla coeficiente que depende de las características topográficas de la cuenca área de la cuenca (ha)

El método de Talbot solo debe ser empleado en cuencas con características similares a aquellas donde se desarrollo.

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LOS MÉTODOS SEMIEMPÍRICOS. Están basados en la relación lluvia – escurrimiento y determinan el gasto en función de una intensidad de lluvia para cierta duración y características fisiográficas de la cuenca. Ejemplos son la fórmula Racional y variantes de ésta, como son los métodos de Chow, I Pai Wu, Bürkli Ziegler, etc. Son más confiables que los empíricos, particularmente cuando la respuesta de la cuenca a una precipitación es rápida.

METODO RACIONAL El gasto hidrológico de una corriente con este método se determina mediante la siguiente expresión. Q p = 0.278CIA

Donde: Qp C I A 0.278

Gasto máximo, en m3/s. Coeficiente de escurrimiento, adimensional. Intensidad de lluvia para una duración igual al tiempo de concentración, en mm/h. Área de la cuenca drenada, en km2. Factor de homogeneidad de unidades.

El coeficiente C representa la relación entre el volumen escurrido y el llovido, y depende del tipo de terreno o superficie de la cuenca en estudio. En la tabla siguiente se muestran los valores que se deben adoptar para dicho coeficiente. TIPO DEL AREA POR DRENAR Con césped Suelo arenoso Suelo arenoso Suelo arenoso Suelo grueso Suelo grueso Suelo grueso Zonas comerciales Áreas céntricas Areas vecinas Zonas residenciales Areas familiares Areas multifamiliares separadas Áreas multifamiliares juntas Áreas suburbanas Areas de apartamentos habitacionales Zonas industriales Claros Zonas densamente construidas Parques y cementerios Areas de recreo Patios de FF CC Areas provisionales

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Pendiente (%)

COEFICIENTE DE ESCURRIMIENTO, C

Menor a 2 De 2 a 7 Mayor a 7 Menor a 2 De 2 a 7 Mayor a 7

0.05 – 0.10 0.10 – 0.15 0.15 – 0.20 0.13 – 0.17 0.18 – 0.22 0.25 – 0.35 0.70 – 0.95 0.50 – 0-70 0.30 – 0.50 0.40 – 0.60 0.60 – 0.75 0.25 – 0.40 0.50 – 0.70 0.50 – 0.80 0.60 – 0.90 0.10 – 0.25 0.20 – 0.35 0.20 – 0.40 0.10 – 0.30

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Calles Asfaltadas De concreto Enladrillado Calzadas y banquetas Azoteas y techados Zonas rurales Campos cultivados Zonas forestadas

0.70-0.95 0.80-0.95 0.70-0.85 0.75-0.85 0.75-0.95 0.20-0.40 0.10-0.30

En caso de que la cuenca por drenar esté compuesta por diferentes tipos de suelo, el coeficiente de escurrimiento global C se debe obtener mediante la siguiente ecuación.

∑C A n

i

C=

i

i =1

A

Donde: C Ci Ai n A

Coeficiente de escurrimiento global. Coeficiente de cada área parcial. Área parcial, en km2. Número de áreas parciales. Área total de la cuenca, en km2.

Para evaluar el tiempo de concentración puede emplearse la siguiente ecuación determinada por Kirpich. L0.77 Tc = 0.0662 0.385 S Donde: Tc L

S

Tiempo de concentración, en h. Longitud del cauce principal, más la distancia desde el inicio del escurrimiento, al parteaguas, medida perpendicularmente a las curvas de nivel, en km. Pendiente del cauce, adimensional y en decimales.

Una vez determinado el tiempo de concentración se debe determinar la intensidad de lluvia a partir de las Isoyetas de Intensidad de Lluvia – Duración – Frecuencia para la República Mexicana, elaboradas y publicadas por la Secretaría de Comunicaciones y Transportes; se debe considerar la duración de la tormenta igual al tiempo de concentración calculado y el período de retorno se fija de acuerdo al criterio mencionado anteriormente. ENRIQUE CORTÉS SUÁREZ

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El método se aplica con resultados confiables para áreas de cuenca hasta de 25 km2. Sin embargo, en la práctica se aplica hasta áreas de cuenca de 100 km2, considerando que el grado de confiabilidad disminuye al incrementarse el área. Las hipótesis en que se basan los métodos semiempíricos en general suponen que la duración de la tormenta coincide con el tiempo de pico del escurrimiento, que todas las porciones de la cuenca contribuyen a la magnitud de éste, que la capacidad de infiltración es constante en el tiempo, que la intensidad de precipitación es uniforme sobre toda la cuenca y que sus antecedentes de humedad y almacenaje son despreciables.

Método de Ven Te Chow El método fue deducido basándose en el concepto de hidrograma unitario e hidrograma unitario sintético. En la descripción del método se usará la siguiente notación. A Área de la cuenca, en km2. d Duración total de la tormenta, en h. L Longitud del cauce principal, en m. N Número de escurrimiento, adimensional. P Altura de precipitación en la zona en estudio para una duración d, en cm. Pb Altura de precipitación en la estación base para la duración d en cm. Pa Altura de precipitación media anual en la zona en estudio, en mm. Pab Altura de precipitación media anual en la estación base, en mm. Pe Altura de precipitación en exceso en la zona en estudio, para una duración d, en cm. Gasto base, en m3/s. Qb Qd Gasto hidrológico, en m3/s. Qm Gasto de pico del hidrograma del escurrimiento directo, en m3/s. qm Gasto de pico del hidrograma unitario, en m3/s por cm de lluvia en exceso para una duración de d horas. S Pendiente media del cauce, en porcentaje. Tiempo de retraso, en h. tp X Factor de escurrimiento, en cm/h. Y Factor climático, adimensional. Z Factor de reducción del pico, adimensional. Se emplean las siguientes ecuaciones:

Qm = 2,78 AXZ X =

Pe d

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(1) (2) 26

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Qd = Qb + Qm 508    P − N + 5,08 Pe = 2,032 P+ − 20,32 N

(3)

2

 L  t p = 0,00505   S

(4)

0 , 64

(5)

Para aplicar el método se requiere contar con los siguientes datos: a) Área de la cuenca; se obtiene de cartas topográficas o fotografías aéreas. b) Longitud del cauce principal; se obtiene de cartas topográficas o fotografías aéreas. c) Pendiente media del cauce principal; se obtiene de cartas topográficas o fotografías aéreas. d) Tipos de suelo en la cuenca; se obtiene de cartas y de información de campo. e) Usos del suelo en la cuenca; se obtiene de cartas, fotografías aéreas y de información de campo. f) Isoyetas de Intensidad de Lluvia – Duración – Frecuencia. El procedimiento de cálculo para obtener el gasto máximo asociado a un determinado período de retorno empleando el método de Chow es el siguiente: a) Con los datos del tipo y uso de suelo se determina el valor de N. Los suelos se clasifican en 4 tipos según afecten al escurrimiento las características del material. Tipo A Tipo B Tipo C

Tipo D

Suelos con potencial de escurrimiento mínimo. Incluye gravas y arenas de tamaño medio limpias y mezcla de ambas. Suelo con infiltración media inferior a la del tipo A. Incluye arenas finas, limos orgánicos e inorgánicos, mezcla de arena y limo. Suelos con infiltración media inferior a la del tipo B. Comprende arenas muy finas, arcillas de baja plasticidad, mezcla de arena, limo y arcilla. Suelos con potencial de escurrimiento máximo. Incluye principalmente arcillas de alta plasticidad, suelos poco profundos con subhorizontes casi impermeables cerca de la superficie

b) Se escoge una cierta duración de lluvia, d, arbitraria. c) De las Isoyetas de Intensidad de Lluvia – Duración – Frecuencia, con el ENRIQUE CORTÉS SUÁREZ

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d) e) f) g) h) i) j) k)

valor de d y el período de retorno elegido de acuerdo a la importancia de la obra, se obtiene la intensidad de lluvia para la tormenta. La precipitación P asociada a esta intensidad se obtiene multiplicando dicha intensidad por la duración elegida. Con el valor de N y el valor de P, se determina la lluvia en exceso Pe empleando la ecuación (4). Con el valor de Pe y el valor de d, se calcula X aplicando la ecuación (2). Con la longitud y pendiente del cauce, aplicando la ecuación (5), se calcula el valor de tp. Se calcula la relación d/tp y empleando la figura anexa, se obtiene el valor de Z. Aplicando la ecuación (1) se calcula el gasto. Se repiten los pasos c) a h) para otras duraciones de tormenta, según se indicó en el punto b). El mayor gasto, corresponde al Qm buscado. Si la corriente es perenne, se le agrega al gasto máximo determinado en el inciso j el flujo base Qb, ecuación (3), para obtener el gasto hidrológico definitivo, Qd.

El método de Chow es probablemente el más confiable de los métodos empíricos. Es recomendable aplicarlo siempre que sea posible. Sus resultados son muy confiables hasta para áreas de cuenca de 25 km2. En la práctica se aplica hasta para áreas de cuenca de 250 km2, considerando que a mayores dimensiones los resultados serán menos confiables. En cualquier caso los resultados que se obtienen son muy sensibles a la variación del número de escurrimiento N, por lo que su determinación debe hacerse cuidadosamente.

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O de otro modo, Sí Z=Factor de reducción de pico Sí d/tp >= 2; Z = 1 Sí d/tp >=0.6; Z = 0.6315(d/tp)0.6632 Sí d/tp < 0.6; Z = 0.7401(d/tp)0.9740

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Los elementos principales que se requieren para la elaboración de un estudio hidrológico son: Características de la cuenca y de precipitación.

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El uso de imágenes de satélite en aquellos sitios en los que no contamos con información cartográfica, resulta muy útil para la definición de las cuencas de aportación. Ejemplo:

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LOS MÉTODOS ESTADÍSTICOS: Son aplicables cuando se dispone de mediciones de caudales de la corriente que se estudia o en corrientes vecinas de características fisiográficas semejantes. Suponen que los gastos máximos aforados son una muestra aleatoria de una población de gastos máximos. Difieren en la forma de la distribución de probabilidades que suponen tiene la población. Ejemplos son las distribuciones de Gumbel, Normal, Log - Normal, Pearson, Log - Pearson, etc. Los métodos estadísticos son los más confiables y deben utilizarse siempre que sea posible.

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Ejercicio. Determinar el gasto hidrológico asociado a un periodo de retorno de 100 años, para el sitio que se indica.

Longitud del cauce: 2.0 km; S% = 0.25; C = 0.20

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Ejercicio: Determinar el gasto hidrológico asociado a un periodo de retorno de 100 años, para el sitio que se indica.

Longitud del cauce: 16.3.0 km; S% = 1.262; C = 0.30

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OBRAS DE DRENAJE SUPERFICIAL EN CAMINOS Y VIALIDADES.

Alcantarillas de tubo. Como se indicó al inicio, estas alcantarillas generalmente corresponden al drenaje transversal de caminos y como obras de alivio. Alcantarillas de lámina corrugada de acero

Las alcantarillas de lámina corrugada de acero son estructuras flexibles que se construyen mediante tubos o arcos de lámina, formados por dos o más placas ensambladas y colocadas sobre el terreno en una o varias líneas para dar paso libre al agua de un lado a otro de la vialidad. • Según el terreno donde se construyen, puede ser en zanja, en zanja con terraplén o en terraplén.

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• Según su ubicación, se clasifican en normal y esviajada.

• Según su geometría, se clasifican en alcantarillas de tubo circular, de tubo abovedado o de bóveda. • Según se modo de ensamble, se clasifican en anidables y seccionables. Las anidables son las que se forman por la unión de dos o más secciones de lámina corrugada de acero, mediante ganchos especiales. Las seccionables son las que se forman por la unión de varias placas atornilladas de lámina corrugada de acero.

Algunos detalles para su construcción. La excavación se hará dejando una holgura de 50 cm a cada lado de de la alcantarilla, para permitir la compactación del material de relleno. Las paredes de la excavación se harán tan verticales como el terreno lo permita. El fondo de la excavación en el que se asiente la alcantarilla estará exento de raíces, piedras salientes, oquedades u otras irregularidades. La plantilla de apoyo para la alcantarilla se formará de una capa del espesor y con los materiales, el grado de compactación y el nivel indicados en el proyecto, dependiendo del tipo de terreno sobre el que se apoyará. La geometría final de la plantilla será similar a la del tubo. La colocación de la alcantarilla se hará siempre de aguas abajo hacia aguas arriba. Las piezas se colocaran de manera que en sus traslapes transversales, el extremo del tubo al que le corresponda la parte exterior del traslape, quede aguas abajo. Los tramos de tubo se colocarán sobre la superficie de desplante, de tal forma que los traslapes longitudinales queden en los costados, nunca en la parte superior o inferior El relleno colocado a los costados (acostillado) y alrededor de los tubos circulares, se compactará simétricamente a mano o con equipo manual, en ENRIQUE CORTÉS SUÁREZ

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ambos lados en capas de 15 cm, con el material y grado de compactación establecido en proyecto. Los extremos de la alcantarilla se sujetaran con muros de cabeza de mampostería, concreto ciclópeo o concreto armado. A la entrada y salida de la alcantarilla, en caso de que se requiera, se realizará un zampeado conforme a lo establecido en el proyecto. El interior de las alcantarillas se protegerá cubriendo los valles y las crestas de las corrugaciones con mortero asfaltico, conforme al proyecto.

Alcantarillas tubulares de concreto. Las alcantarillas tubulares de concreto son estructuras rígidas, que se construyen mediante tubos de concreto, con o sin refuerzo, colocados sobre el terreno en una o varias líneas para dar paso libre al agua de un lado a otro de la vialidad.

Las observaciones referentes a su construcción son similares a las indicadas para los tubos de lámina, complementándose con lo siguiente.

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La ubicación de los tubos de concreto se hará con el extremo con la junta tipo macho hacia aguas abajo. Las juntas entre los tubos y las perforaciones para el manejo de los tubos se sellarán con mortero de cemento arena en proporción 1:3, salvo que el proyecto indique otra cosa.

Alcantarillas de tubo corrugado de polietileno de alta densidad.

Las alcantarillas de tubos corrugados de polietileno de alta densidad son estructuras flexibles, que se construyen mediante este tipo de tubos colocados sobre el terreno en una o varias líneas para dar paso libre al agua de un lado al otro de la vialidad. Cuando la altura de la rasante está ya definida, se debe tomar en cuenta que tubos requieren de un colchón mínimo de terraplén de 0.6 m.

Alcantarillas de losa. Este tipo de estructuras, de sección rectangular, se construyen mediante dos muros verticales, paralelos entre sí, que pueden ser de mampostería o de concreto armado, debidamente cimentados sobre el terreno de sustento, sobre la corona de los muros cuales se apoya una losa de concreto armado.

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Dicha estructura se dispone transversal al eje del camino para permitir el paso libre de la corriente de agua de un lado a otro de la vialidad, sin que se interrumpa el tránsito por el camino.

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En algunos casos y de acuerdo con el proyecto de la rasante, las losas pueden contar con colchón sobre su parte superior, aunque existen casos en los que la superficie de la losa podrá quedar a la altura de la subrasante o rasante, según o amerite el proyecto.

Cajones: Son estructuras de sección rectangular, con paredes, piso y techo (losa) de concreto reforzado. Los elementos que conforman estas obras de drenaje trabajan como un marco rígido que absorbe el peso y empuje del terraplén, la carga viva y la reacción del terreno. Este tipo de estructuras se utiliza cuando el terreno en el que se desplantara la obra de drenaje es muy compresible, por lo que al disponer de una amplia superficie de sustentación, resultan estructura adecuadas para la transmisión del carga hacia el terreno.

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Bombeo transversal. Consiste en proporcionar a la corona del camino, en las tangentes del trazo horizontal, una pendiente transversal, generalmente del 2% en caminos pavimentados y 3% en revestidos, del centro del camino hacia los hombros; su función es dar salida al agua de lluvia que cae sobre la corona del camino, para evitar en lo posible que penetre en el pavimento y en las terracerías.

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En las curvas horizontales se proporciona al camino una sobreelevación, mayor al 2% desde el hombro exterior con respecto al interior, siendo el máximo hasta de un 10%, que se define por el tipo de camino y su velocidad de operación, esta sobreelevación es con el fin de contrarestar la fuerza centrifuga y también sirve para dar salida al agua hacia el hombro interior del camino. El bombeo y la sobreelevación deberán proporcionarse a las terracerías al afinarlas y posteriormente se colocará el pavimento con espesor uniforme.

Cunetas Son canales, generalmente de sección triangular, que se construyen a los lados de la corona del camino en sección de corte o en el corte de una sección en balcón; tienen como función interceptar el agua que escurre de la corona, del talud del corte y del terreno natural adyacente, para conducirla y eliminarla fuera de la zona cercana al camino, vertiendo el escurrimiento hacia una corriente natural o hacia una alcantarilla de alivio, con la finalidad de alejarla eficientemente de la zona del camino.

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La pendiente de la cuneta será la misma que la del camino, a menos que el proyecto indique otra cosa. Cuando la sección del camino pase de corte a terraplén, la cuneta se prolongará la longitud necesaria en diagonal, siguiendo la conformación del terreno, para desfogar el agua en terreno natural, en la obra de drenaje más cercana o hasta donde lo establezca el proyecto. Las cunetas de sección triangular generalmente se construyen con talud hacia la corona de 3:1 y el del lado del corte con talud sensiblemente paralelo al de la inclinación del corte. Es común encontrar secciones tipo de 1.20 m de ancho y altura de 0.3 m, con taludes 1:3 y 1:1, aunque en casos particulares, la sección obedece a un diseño hidráulico. Dicho diseño deberá considerar que el tirante de agua en las cunetas no sobrepase el 85% de la altura máxima de la cuneta. El tipo de recubrimiento, su espesor, la resistencia del concreto hidráulico o la proporción del suelo – cemento, serán los que establezca el proyecto.

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El recubrimiento con concreto hidráulico simple, se construirá con juntas frías cada metro, mediante el colado de las losas en forma alternada y con longitud mínima de 1.0 m.

Cuando el caudal conducido por las cunetas sea tal que supere la capacidad hidráulica de la sección, se deberá colocar obras de alivio, a fin de reducir el escurrimiento en la cuneta. En la transición de las cunetas con las alcantarilla de alivio, con frecuencia se hace necesario construir obras auxiliares, que puede ser cajas de entrada provistas con desarenador. La posición de la caja puede ser directamente sobre la cuneta, en cuyo caso el ancho mínimo será el de la cuneta, o bien con descarga lateral a la cuneta. En las cajas de captación con desarenador, el agua proveniente de las cunetas, así como los arrastres, caen hacia el fondo de la caja; al quedar la entrada de la alcantarilla en un nivel superior al fondo de la caja, el depósito de arrastres queda en el fondo, drenando la alcantarilla solo el gasto liquido y el sólido se retiene por sedimentación. En algunos casos, para garantizar la eficiencia de la descarga hacia la caja, se colocan muros interceptores del flujo en la cuneta, para asegurar que el escurrimiento reconozca hacia la caja de captación. Esta práctica no es del todo recomendable, ya que si se dispone de espacio suficiente, se podrá construir una caja mas alargada que realiza la misma función.

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Contracunetas Son canales excavados en el terreno natural o formados por pequeños bordos, que se localizan aguas arriba del hombro del corte o ceros del talud del corte, con la finalidad de interceptar el agua superficial que escurre por el terreno natural de la ladera, para evitar el escurrimiento sobre el corte, erosión del talud, excedencia de la capacidad hidráulica de la cuneta y el congestionamiento de la corona del camino por el agua de lluvia y el material de arrastre proveniente del talud del corte.

El punto de partida de la contracuneta será la parte superior del corte, con un desarrollo sensiblemente paralelo al mismo y transversal al escurrimiento de la ladera. En laderas con pendientes mayores a 30°, la contracuneta se conformara siguiendo la tendencia general de las curvas de nivel, para evitar que tengan pendientes mayores de 20%.

La contracuneta debe conducir el agua captada hacia barrancas, cañadas o cauces naturales alejados del camino, o en su defecto, hacia obras de alivio que crucen la carretera en lugares estratégicos.

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La sección de las contracunetas generalmente es trapezoidal con plantilla del orden de 60 a 80 cm, taludes de acuerdo al tipo de material en las que son excavadas y su profundidad regularmente oscila entre 40 y 60 cm, aunque dichas dimensiones deben obedecer a un diseño hidráulico.

La distancia de la contracuneta (en todo su desarrollo) respecto al borde o cero de corte será mínimo de 5 m o una distancia igual a la altura del corte, si ésta es mayor.

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En algunos casos, la contracuneta podrá ser revestida de concreto simple y rara vez se encuentran de mamposteo.

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También se han construido algunos muretes de mampostería o concreto ciclópeo, cuya función es interceptar el escurrimiento, evitando que este continúe hacia el corte; el escurrimiento interceptado se conduce con la frontera del murete hacia su descarga final en un sitio conveniente.

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Lavaderos. Son canales o bajadas que generalmente se conectan con los bordillos y que bajan transversalmente por los taludes del terraplén del camino, con la función de conducir el agua de lluvia captada por los bordillos, hasta lugares alejados de los terraplenes, en donde su efecto ya no represente riesgo para la estructura.

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Cuando se requiere se ubican en ambos lados de las secciones en terraplén, sobre los lados interiores de curvas horizontales en sección en terraplén y sobre los taludes de terraplén en secciones en balcón, generalmente a la entrada y salida. En tramos en tangente suele disponerse a cierta longitud “L”, que es función entre otros aspectos, de la pendiente longitudinal del camino y de la precipitación pluvial de la zona.

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Se colocan también en las partes bajas de las curvas verticales, en las secciones de corte en que se haya interceptado un escurridero natural que pase arriba de la rasante, que deba continuar drenando, y en las salidas de las obras menores de drenaje lo requiera. A menos que el proyecto indique otra cosa, en los tramos en tangente los lavaderos se construirán cada 50 m. En ningún caso se colocaran bordillos y lavaderos en tramos sin pendiente longitudinal. Los anclajes intermedios en los lavaderos se construirán con separación entre 3 y 5 m, unidos por medio del colado monolítico con acero de refuerzo, o pijas especiales en el caso de lavaderos de lámina.

El lavadero se integra en su parte superior por un elemento que sirve de liga con el bordillo, denominado Umbral, el cual presenta una abertura mayor a la de la sección del lavadero para garantizar el adecuado ingreso del agua proveniente del bordillo.

La parte media del lavadero la conforma un canal de pendiente fuerte, que generalmente es de concreto o mamposteo, con sección rectangular, aunque también los hay de media caña. En el cero del talud del terraplén se ubica el pie del lavadero, el cual dependiendo de la longitud del mismo, del caudal de conducción y del material del terreno natural, podrá descargar directamente sobre el terreno, o podrá ENRIQUE CORTÉS SUÁREZ

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prolongarse con la misma sección en un tramo sobre el terreno natural, que cuenta con pendiente mas suave. En casos especiales, podrá colocarse una caja de regulación al pie del lavadero, cuya función será regular la velocidad del flujo en su descarga para evitar la erosión del terreno. Anteriormente, se acostumbraba colocar sobre el canal del lavadero incrustaciones de fragmentos de roca para incrementar la rugosidad y reducir la velocidad de la descarga. Este procedimiento no es muy recomendable, a menos que se pueda estimar la reducción de velocidad provocada y proveer al canal de la capacidad hidráulica necesaria. Un punto muy importante en la construcción de lavaderos es darles suficiente estabilidad dentro del cuerpo del terraplen, por lo que suele empotrase en el talud y sería deseable alojarlos en el propio cuerpo, llegando la corona de sus muretes del borde al nivel del material del talud. Un detalle que requiere de mucha atención es la liga entre el bordillo y bordes del umbral, así como la plantilla del umbral con el acotamiento, ya que de no sellar correctamente esta junta, se pueden originar infiltraciones que erosionen el talud que sustenta al lavadero y con ello su consecuente falla.

Bordillos

Son elementos de concreto que se colocan en los hombros de la corona en las secciones en tangente, en el hombro opuesto al corte en secciones en balcón o en el hombro interior de las secciones de terraplén en curva. Son pequeños bordos que forman una barrera para conducir el agua hacia los lavaderos y las bajadas, evitando erosiones en los taludes y saturación de éstos por el agua que cae sobre la corona del camino. En la práctica se utiliza generalmente bordillos de sección trapecial, de concreto asfaltico o hidráulico. Usualmente los colados in-situ están provistos de un anclaje que lo fije adecuadamente al material del acotamiento; dicho anclaje no se construye continuo, sino intermitente, que puede ser en pequeños tramos de 10 cm cada 6.0 m. Otro tipo de anclaje común en las carreteas de México se efectúa mediante el hincado pequeños tramos de varilla sobre el acotamiento, los cuales se ligan mediante alambrón ahogado en el propio bordillo.

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Los bordillos tendrán forma trapezoidal, con base inferior de 16 cm, base superior de 8 cm y altura de 12 cm. Los bordillos de concreto hidráulico requieren de juntas de expansión que suelen disponerse cada 10 m. Otro tipo de bordillo, de mayor uso en la actualidad, es el bordillo formado a partir de elementos prefabricados de concreto hidráulico, de forma rectangular, de 20 cm de base, 25 cm de altura y corona de 10 cm. Estos elementos se colocan con un material cementante que los fija al material del acotamiento. ENRIQUE CORTÉS SUÁREZ

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La altura del bordillo deber ser suficiente para que no sea rebasado por el agua concentrada a pie del bordillo, pero no debe rebasar ciertos límites, arriba de los cuales crea una sensación de confinamiento que resulta inconveniente para el vehículo que ha de estacionarse en el acotamiento o eventualmente circular por él. Cabe señalar que los bordillos también pueden impedir la apertura de puertas de los vehículos estacionados. Una altura aceptable oscila entre 12 y 15 cm. También es importante mencionar que en el diseño del bordillo se debe contemplar el funcionamiento hidráulico. Si recordamos, el bordillo se coloca sobre el acotamiento, a una distancia de 20 cm del hombro de la corona, y éste confina el escurrimiento proveniente de la corona por efecto del bombeo, por lo que al permitir una tirante de agua de 5 cm contra el bordillo, implica que la lamina de agua impactara sobre la superficie del acotamiento, el cual en la mayoría de los casos está provisto con pendiente del 2%, es decir, el ancho de la lamina de agua sería de 2.5 m en esa zona. El gasto que será confinado y canalizado por un bordillo se calcula en función del área drenada y de la intensidad de la lluvia de diseño. El área drenada se delimita en función de las descargas o lavaderos dispuestos como obras de alivio para la descarga. La liga entre el bordillo y el lavadero requiere de especial atención, para el funcionamiento eficiente del sistema de drenaje. Lo usual es unirlos mediante un elemento integrado al propio sistema, denominado umbral, que consiste en la unión del bordillo hacia el canal de bajada, mediante dos curvas o tramos rectos confinando la zona deprimida del acotamiento. La rama correspondiente al lado de aguas arriba del bordillo respecto al lavadero suele hacerse más amplia que la de agua abajo para facilitar el paso del agua. Los bordillos solo deberán utilizarse en terraplenes con altura mayor de 1.50 m. Su conservación es costosa y en ocasiones suele ser innecesaria, cuando los taludes se vegetan suficientemente en corto tiempo. En tales casos los bordillos podrían ser retirados.

Bocas de tormenta

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Son elementos de drenaje de piso, que tienen la finalidad de captar los escurrimientos provenientes de la superficie en caminos o calles en zona urbana; también es común ubicarlos en grandes patios y estacionamientos. Las bocas de tormenta o sumideros pueden ser: • Continuos. El drenado se realiza en forma ininterrumpida a lo largo de la vía. • Aislados: La captación de las aguas se localiza en determinados puntos, encontrándose tres clases, en función de su ubicación: Horizontales: El desagüe se realiza por el fondo. Laterales: El desagüe se realiza por su pared lateral vertical Mixtos: Combina los dos anteriores.

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Las bocas de tormenta o sumideros aislados situados en puntos bajos serán generalmente de tipo horizontal, ya que poseen mayor capacidad de desagüe que los laterales, aunque pueden obstruirse más fácilmente. Por ello, para evitar la formación de encharcamientos, es conveniente colocar otra boca de tormenta horizontal a 5 cm de altura de la primera, o bien, reemplazarse el conjunto por una boca de tormenta mixta. Asimismo, los colocados en rasantes inclinadas, también suelen ser de tipo horizontal, interceptando en el fondo al escurrimiento y con sus barras preferentemente orientadas en la dirección de la corriente. Su capacidad de desagüe aumenta con su longitud y el tirante de la corriente, aunque disminuye con la velocidad de la misma, que depende directamente de la pendiente longitudinal. Cada boca de tormenta deberá estar conectada a un conducto de eliminación de caudal captado, los cuales podrán formar un sistema de evacuación por colectores.

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DISEÑO HIDRAULICO DEL DRENAJE

METODO DE SECCION Y PENDIENTE

Este método es aplicable en alcantarillas de tubo y losas, cunetas, contracunetas y bordillos.

El método de Sección y Pendiente se basa en la ecuación de Manning que es aplicable a flujo uniforme; mediante este método se determinó la velocidad y gasto correspondiente a las condiciones hidráulicas de la corriente que se estudia en la zona de cruce.

El Método de Manning establece que la velocidad del flujo para cada tramo de una sección hidráulica es: 2

Vj =

3

1

R hj S

2

nj

Donde: Vj = Velocidad de la corriente en el tramo j, (m/s) Rhj = Radio hidráulico del tramo j, (m) S = Pendiente hidráulica media aguas arriba del sitio donde se ubique

la sección hidráulica, diezmilésimo.

adimensional

con

aproximación

al

nj = Coeficiente de rugosidad de Manning del tramo j, adimensional.

Una vez calculadas las velocidades de la corriente en todos los tramos de una sección hidráulica, se determinan los gastos correspondientes, aplicando la Ecuación de Continuidad, que establece: Qj = Ahj Vj

Donde: Qj = Gasto parcial en cada tramo j considerado, (m3/s) Ahj = Área hidráulica en cada tramo j considerado, (m2) ENRIQUE CORTÉS SUÁREZ

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Vj = Velocidad de la corriente en cada tramo j considerado, (m/s)

El diseño hidráulico consiste en determinar las dimensiones de la obra de drenaje, en función de las características geométricas de su sección. Para determinar la velocidad del flujo de agua, el método de Sección y Pendiente hace intervenir las condiciones de Pendiente y Rugosidad del material del conducto. Una forma práctica para la determinación de la velocidad, es auxiliándose de tablas como la siguiente.

Procedimiento: 1.- Se establece el tipo de obra de drenaje (sección) y el material que la conforma. 2.- Establecer las dimensiones preliminares. 3.- Proponer un tirante de agua, el cual deberá ser menor que la altura de la alcantarilla, para garantizar el flujo a superficie libre. 4.- Se calcula el área hidráulica y perímetro mojado, asociado al tirante propuesto. 5.- Determinar mediante tablas, el coeficiente de rugosidad de Manning (n) 6.- Se continúa con el cálculo de radio hidráulico 7.- La velocidad se calcula con la fórmula de Manning. 8.- Conocida la velocidad, se aplica la ecuación de Continuidad para determinar el gasto. ENRIQUE CORTÉS SUÁREZ

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9.- Se compara el gasto calculado con el de diseño. El procedimiento se repite desde el punto 3, hasta encontrar el tirante de agua con el que se obtiene el gasto de diseño. Si el gasto para el tirante máximo resulta menor, se cambian las dimensiones de la sección propuesta y se repite el cálculo. Ejemplo de cálculo:

Tubos:

Datos conocidos: Qd = 1.5 m3/s. S = 0.0095 Material: Tubo de concreto

Diámetro propuesto: D = 0.60 m Tirante propuesto: Y = 0.45 m Para estas condiciones de D y Y. se tiene Ah = 0.23 m2 y

Pm = 1.26 m

Para un tubo de concreto, n = 0.013 Entonces: Rh = Ah / Pm = 0.23 / 1.26 = 0.183

y Rh2/3 = 0.322

S1/2 = 0.097 La velocidad resulta: V = (Rh2/3*S1/2) / n = (0.322x0.097) / 0.013 = 2.40 m/s. Y el gasto: ENRIQUE CORTÉS SUÁREZ

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Q = Ah * V = 0.23x2.40 = 0.55 m3/s. El gasto calculado es menor, por lo que se cambia el tirante.

Diámetro propuesto: D = 0.60 m; Ah = 0.28 m2 y

Tirante propuesto: Y = 0.60 m Pm = 1.88 m

Rh = Ah / Pm = 0.28 / 1.88 = 0.149

y Rh2/3 = 0.281

S1/2 = 0.097 V = (Rh2/3*S1/2) / n = (0.281x0.097) / 0.013 = 2.10 m/s. Y el gasto: Q = Ah * V = 0.28x2.10 = 0.59 m3/s. Mediante iteraciones, se determina que el tubo propuesto, aun a su máxima capacidad, no es suficiente para drenar el gasto de 1.5 m3/s, por lo que se deberá cambiar el diámetro.

Diámetro propuesto: D = 0.90 m; Ah = 0.50 m2 y

Tirante propuesto: Y = 0.65 m Pm = 1.83 m

Rh = Ah / Pm = 0.50 / 1.83 = 0.273

y Rh2/3 = 0.421

S1/2 = 0.097 V = (Rh2/3*S1/2) / n = (0.421x0.097) / 0.013 = 3.14 m/s. Y el gasto: Q = Ah * V = 0.50x3.14 = 1.57 m3/s.

El gasto calculado es igual al de diseño.

La determinación de las características hidráulicas para un tubo parcialmente lleno, se pueden obtener de manuales, nomogramas o bien, mediante su ENRIQUE CORTÉS SUÁREZ

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cálculo geométrico. A continuación se incluyen una tabla con las áreas y perímetros para algunos tubos de uso común.

DIAMETRO: 0.60 m

DIAMETRO: 0.90 m

Y (m)

A (m2)

P(m)

Y (m)

A (m2)

0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45 0.50 0.55 0.60

0.01 0.03 0.06 0.08 0.11 0.14 0.17 0.20 0.23 0.25 0.27 0.28

0.35 0.50 0.63 0.74 0.84 0.94 1.01 1.15 1.26 1.38 1.53 1.88

0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45 0.50 0.55 0.60 0.65 0.70 0.75 0.80 0.85 0.90

0.01 0.04 0.07 0.11 0.15 0.19 0.23 0.28 0.32 0.37 0.41 0.45 0.50 0.54 0.57 0.61 0.63 0.65

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P(m) 0.43 0.61 0.76 0.89 1.00 1.11 1.22 1.32 1.42 1.52 1.62 1.72 1.83 1.95 2.07 2.21 2.39 2.67

DIAMETRO: 1.20 m Y (m)

A (m2)

P(m)

0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45 0.50 0.55 0.60 0.65 0.70 0.75 0.80 0.85 0.90 0.95 1.00 1.05 1.10 1.15 1.20

0.02 0.05 0.08 0.12 0.17 0.22 0.27 0.33 0.39 0.45 0.51 0.57 0.63 0.68 0.074 0.80 0.86 0.91 0.96 1.01 1.05 1.09 1.11 1.13

0.49 0.70 0.87 1.01 1.14 1.26 1.37 1.48 1.58 1.68 1.78 1.88 1.99 2.09 2.19 2.29 2.40 2.51 2.63 2.76 2.90 3007 3.28 3.77

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La siguiente tabla muestra valores del coeficiente de rugosidad de Manning teniendo en cuenta las características del cauce:

Cunetas y canales sin revestir

Coeficiente de Manning

En tierra ordinaria, superficie uniforme y lisa

0,020-0,025

En tierra con ligera vegetación

0,035-0,045

En tierra ordinaria, superficie irregular En tierra con vegetación espesa

En tierra excavada mecánicamente En roca, superficie uniforme y lisa

0,025-0,035 0,040-0,050 0,028-0,033 0,030-0,035

En roca, superficie con aristas e irregularidades 0,035-0,045 Cunetas y Canales revestidos Hormigón

Hormigón revestido con gunita

0,013-0,017

0,016-0,022

Encachado

0,020-0,030

Paredes encachadas, fondo de grava

0,023-0,033

Paredes de hormigón, fondo de grava Revestimiento bituminoso

Corrientes Naturales

0,017-0,020 0,013-0,016

Limpias, orillas rectas, fondo uniforme, altura de 0,027-0,033 lamina de agua suficiente Limpias, orillas rectas, fondo uniforme, altura de 0,033-0,040 lamina de agua suficiente, algo de vegetación Limpias, meandros, embalses y remolinos de poca 0,035-0,050 importancia

Lentas, con embalses profundos y canales ramifi0,060-0,080 cados

Lentas, con embalses profundos y canales ramifi0,100-0,2001 cados, vegetación densa

Rugosas, corrientes en terreno rocoso de montaña 0,050-0,080

Areas de inundación adyacentes al canal ordinario 0,030-0,2001

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Tabla tomada de S.M. Woodward and C. J Posey "Hydraulics of steady flow in open channels".

Losas:

Datos conocidos: Qd = 1.5 m3/s. S = 0.0095 Material: Zampeado Dimensiones propuestas: B: 1.80 m, H = 1.00 m Tirante propuesto: Y = 0.50 m Para estas condiciones se tiene: Ah = B*Y = 1.80 x 0.50 = 0.90 m2 y

Pm = 2Y+B = 2x0.5+1.8 = 2.80 m

Para un fondo zampeado, n = 0.025 Rh = Ah / Pm = 0.90 / 2.80 = 0.321

Rh2/3 = 0.469

S1/2 = 0.097 La velocidad resulta: V = (Rh2/3*S1/2) / n = (0.469x0.097)/0.025 = 1.82 m/s. Y el gasto: Q = Ah * V = 0.90X1.82 = 1.63 m3/s. ENRIQUE CORTÉS SUÁREZ

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El gasto calculado es mayor, por lo que se cambia el tirante.

Mediante iteraciones: Nuevo tirante propuesto: Y = 0.47 m Ah = B*Y = 1.80 x 0.47 = 0.85 m2 y

Pm = 2Y+B = 2x0.47+1.8 = 2.74 m

Para un fondo zampeado, n = 0.025 Rh = Ah / Pm = 0.85 / 2.74 = 0.310

Rh2/3 = 0.458

S1/2 = 0.097 La velocidad resulta: V = (Rh2/3*S1/2) / n = (0.458x0.097)/0.025 = 1.78 m/s. Y el gasto: Q = Ah * V = 0.85X1.78 = 1.51 m3/s. El gasto calculado es igual al de diseño.

Tabla del coeficiente de rugosidad Material del revestimiento

de Manning Ven Te Chow I. Carreteras4

Metal liso

0,010

-

Hormigón

0,013

1/60 - 1/75

-

1/65 - 1/75

Terreno natural en roca lisa

0,035

1/30 - 1/35

Terreno natural en tierra con poca vegetación

0,027

1/25 - 1/30

Terreno natural en tierra con vegetación abundante

0,080

1/20 - 1/25

Revestimiento bituminoso

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Cunetas:

Datos conocidos: Qd = 0.20 m3/s. S = 0.010 Material: Concreto

Dimensiones propuestas: B: 1.20 m, H = 0.30 m Tirante propuesto: Y = 0.25 m Ancho de la SLA: b= 1.00 m Ah = (b*Y)/2 = 1.00 x 0.25/2 = 0.125 m2 y

Pm = 1.14 m

Para un fondo de concreto, n = 0.013 Rh = Ah / Pm = 0.125 / 1.14 = 0.110

Rh2/3 = 0.229

S1/2 = 0.10 La velocidad resulta: V = (Rh2/3*S1/2) / n = (0.229x0.10)/0.013 = 1.76 m/s. Y el gasto: Q = Ah * V = 0.125X1.76 = 0.22 m3/s. El gasto calculado es del orden al esperado. ENRIQUE CORTÉS SUÁREZ

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Contracunetas:

Datos conocidos: Qd = 0.20 m3/s. S = 0.015 Material: Terreno natural

Dimensiones propuestas: BM = 0.80 m, Bm= 0.50 m, H = 0.60 m, K = 0.25:1 Tirante propuesto: Y = 0.40 m Ancho de la SLA: b= 0.70 m Ah = (b+Bm)Y/2 = (0.70+0.50)x 0.40/2 = 0.24 m2 y

Pm = 2.00 m

Para un fondo de tierra, n = 0.035 Rh = Ah / Pm = 0.24 / 2.00 = 0.120

Rh2/3 = 0.243

S1/2 = 0.122 La velocidad resulta: V = (Rh2/3*S1/2) / n = (0.243x0.122)/0.035 = 0.85 m/s. Y el gasto: Q = Ah * V = 0.24X0.85 = 0.204 m3/s. El gasto calculado es del orden al esperado.

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Lavaderos La capacidad del umbral de entrada del lavadero dependerá de la separación entre ellos, que en tramos de tangente suelen disponerse a cada 60 ó 100 m y puede ser variable dependiendo de la pendiente longitudinal de la vía terrestre y del régimen de precipitación pluvial en la zona, del gasto total que escurre por el bordillo y el tirante en una sección inmediatamente antes del umbral. Izzard proporciona la siguiente fórmula para el cálculo de la longitud del umbral:

Lu =

Q 0.386(a + y )3 / 2

Lu = Longitud del umbral, m Q = Gasto, m3/s a = desnivel entre el acotamiento y la sección más deprimida del umbral, m (generalmente es del orden de 0.06 m) y = tirante de agua en el acotamiento, m

Ejercicio: Determinar el ancho del umbral de un lavadero colocado al final de un tramo carretero pavimentado, de 50 m de longitud y ancho de corona de 10.5 m. La pendiente del camino del 1% y la intensidad de lluvia de 200 mm/hr.

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REJILLAS O SUMIDEROS. Las podemos clasificar en varios tipos como: A. de piso B. de ventana C. mixto

A. de piso Es aquel que tiene barras lo suficientemente largas para que el agua pueda caer en la abertura sin chocar con el borde del emparrillado de aguas abajo. Su posición como lo muestra la figura siguiente y lo indica el nombre es en la cuneta de la calzada de hormigón o asfalto. Las barras que conforman la reja deben ser bien redondeadas con un ancho total inferior al 50 % del ancho de entrada. El gasto que pueden drenar esos sumideros se determina como: Q = 1.7 × P× y3/2 Donde:

Q: caudal en m3/s. P: perímetro de la reja en m. y: profundidad de la lámina de hasta 12cm.

Para profundidades de lámina de más de 42cm Q = 2.91× A× y1/2 Donde:

A: área de la reja, excluida las áreas de las barras (m2). y: profundidad de la lámina.

Para las situaciones entre los 12 y 42 cm de tirante, la ecuación que se utilice quedará a criterio del proyectista.

B.- De ventana o laterales:

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El caudal máximo que es capaz de drenar, se calcula aplicando dos formulas diferentes, según la relación entre el tirante de la corriente “y” y la altura de la abertura D:

Si y < 1.4 D

Formula de vertedor Q =

Si y ≥1.4 D

Formula del orificio Q = 300 S

Donde:

Q Y L D S

caudal de desagüe, en l/s Profundidad del agua o tirante, en cm ancho libre del sumidero, en cm altura de la abertura medida en su centro, en cm área del sumidero, en m2.

Procedimiento de cálculo: Levantamiento topográfico Para el diseño de la rejilla, como primer paso se requiere determinar el caudal de diseño, por lo que será necesario obtener una nivelación geométrica en todas las esquinas de la zona de trabajo que nos permita identificar y trazar la cuenca de aportación, conociendo además y de ser posible, las cuencas vecinas. Los datos topográficos que se deberán levantar, se obtendrán a criterio del profesional que realiza el levantamiento, conteniendo los sitios más importantes y algunas particularidades que afecten al escurrimiento. Determinación de la cuenca y red de escurrimiento Superficial Los límites de las cuencas de aportación y sus subcuencas podrán ser trazadas a partir de la topografía del área y de conocer las características del catastro y la urbanización, dado que estos elementos nos permitirán identificar los límites más claros donde el escurrimiento superficial se divide. Esto no es tan claro y en ocasiones es necesario identificar claramente los trasvases que pueda existir, sobre todo en cuencas donde las pendientes de las calles son de algunos pocos centímetros. Dado que determinar los límites de cuenca y subcuencas exige observar y controlar detalladamente los datos topográficos levantados – sobre todo en llanuras –, se puede aprovechar en esta revisión a trazar las líneas de escurrimiento que tomarán los excesos en superficie o adicionales, tarea que facilitará posteriormente la localización de los sumideros

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A partir de estos elementos básicos, es necesario determinar por cualquiera de los métodos conocidos el escurrimiento superficial directo que provoca una tormenta de diseño, esto incluye conocer el caudal pico, volumen y forma del hidrograma para un tiempo de recurrencia (TR) acorde con la obra que se proyecta.

Procedimiento de un estudio de drenaje para obras existente en una carretera: Se realiza una inspección de campo en el tramo de la carretera en estudio para identificar las obras de drenaje menor, determinar sus características y estado físico, así como para recabar información acerca de su funcionamiento hidráulico. Con la finalidad de determinar el área de aportación hasta el sitio de estudio, durante la visita de campo se ubican las obras de drenaje en Cartas Topográficas escala 1:50,000, editadas por el INEGI, con lo cual se está en posibilidad de determinar las principales características fisiográficas y geomorfológicas de las cuencas que tengan incidencia en el tramo en estudio, como son: área, longitud de cauce y pendiente. Proceso de información Una vez identificados los sitios de cruce de la carretera con escurrimientos de agua naturales, se procede en gabinete a determinar las cuencas de aportación con las cartas topográficas. Debido a la magnitud de dichas cuencas, no se cuenta con estaciones hidrométricas sobre las corrientes que cruzan la autopista y por consiguiente con registros de gastos, por lo que para realizar el estudio hidrológico se utiliza información de las Isoyetas de Intensidad de Lluvia- Duración - Período de Retorno publicadas por la Secretaría de Comunicaciones y Transportes, que fueron elaboradas a partir de la información pluviográfica de la región.

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Estudio hidrológico en obras de drenaje menor

El objetivo del estudio hidrológico, es el analizar y revisar las cuencas de aportación cuyo escurrimiento reconoce hacia tramo del camino en estudio, para obtener el gasto de diseño, revisar las obras de drenaje menor y determinar en base a su funcionamiento hidráulico, la posible ampliación de las mismas, o la construcción de las que sean necesarias, así como la necesidad de construir obras de drenaje complementario.

Para la determinación de los gastos máximos se utilizan la fórmula Racional o el método de Ven Te Chow, por considerarse de aplicación confiable dada la magnitud de las cuencas. Para el cálculo del gasto con los métodos semiempíricos señalados y considerando el tiempo de concentración, se utilizan los valores obtenidos de las intensidades de lluvia para el período de retorno elegido.

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Revisión de la capacidad hidráulica del drenaje Una vez obtenido el gasto de diseño se procede a revisar la capacidad hidráulica de las obras propuestas, a partir de sus características geométricas, ubicación, orientación y condiciones hidráulicas de los cauces en la entrada y salida. La revisión consiste en transitar el gasto de diseño por las obras de drenaje, para determinar si las obras propuestas son suficientes o requieren mayores dimensiones, obras auxiliares adicionales y/o complementarias.

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MÓDULO V: DRENAJE Y SUBDRENAJE EN PAVIMENTOS DRENAJE SUPERFICIAL EN PAVIMENTOS

TRABAJOS DE CONSERVACIÓN Antes de iniciar los trabajos de conservación, se instalara las señales y los dispositivos de seguridad que se requieran, y se contara con los bandereros que se requieran. En ningún caso se permitirá la ejecución de los trabajos mientras que no se cumpla lo establecido.

TRABAJOS DE CONSERVACIÓN RUTINARIA Limpieza Es el conjunto de actividades que se realizan para retirar el azolve, vegetación, basura, fragmentos de roca y todo material que se acumule en estos elementos de drenaje, con el propósito de restituir su capacidad y eficiencia hidráulica.

• La limpieza se efectuara habitualmente antes de la temporada de lluvias o cada vez que el azolve ocupe más de un tercio (1/3) de su profundidad.

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MÓDULO V: DRENAJE Y SUBDRENAJE EN PAVIMENTOS DRENAJE SUPERFICIAL EN PAVIMENTOS

• Los residuos de la limpieza no deben emplearse en recargues de acotamientos, ni depositarse en los taludes de los cortes o cauces, ni arriba de los mismos. •

CONSERVACIÓN PERIODICA REPARACIÓN Es el conjunto de actividades que se realizan para reparar deterioros como grietas, oquedades, socavaciones, ondulaciones por dilatación, erosión de la superficie del zampeado, entre otros, con el propósito de restituir las condiciones originales de operación de estos elementos de drenaje. • Los materiales que se utilicen en la reparación serán los que indique el proyecto. • Los materiales que se utilicen para el sellado de grietas en zampeado de concreto, serán del tipo y con las características de compatibilidad con el concreto, viscosidad, resistencia, adhesión, flexibilidad, elasticidad y durabilidad, entre otras, estos materiales pueden ser morteros, materiales asfálticos o productos especiales para reparación y sellado de elementos de concreto. ENRIQUE CORTÉS SUÁREZ

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MÓDULO V: DRENAJE Y SUBDRENAJE EN PAVIMENTOS DRENAJE SUPERFICIAL EN PAVIMENTOS

La reparación se efectuará antes de la temporada de lluvias. Los trabajos serán suspendidos en el momento en que se presenten situaciones climáticas adversas y no se reanudarán mientras éstas no sean las adecuadas, considerando que no se sellarán grietas En las siguientes condiciones. • Sobre superficies con agua libre o encharcada. • Cuando esté lloviendo • Cuando la temperatura ambiente o de la superficie del elemento sea menor o igual a 13 grados Celsius y se vayan a utilizar materiales o productos asfálticos que se apliquen en caliente. La reparación de las alcantarillas, cuando éstas sirvan de drenaje pluvial, se efectuará antes de la temporada de lluvias; cuando sean de drenaje residual, puede realizarse en cualquier época, preferentemente cuando estén secas.

TRABAJOS DE RECONSTRUCCION REPARACION MAYOR Es el conjunto de actividades que se realizan para reponer tramos, reconstruir con el propósito de restituir o mejorar sus condiciones de operación.

Sobre la superficie se delimitaran los tramos por reparar que señale el proyecto, el recubrimiento en la zona se removerá completamente. El retiro de la capa de revestimiento dañada puede realizarse manualmente, rompiéndola con cincel o mediante equipo mecánico, sin dañar las zonas que no requieran reparación. La demolición y remoción se realizara cuidadosamente hasta los límites establecidos, con equipo adecuado y de tal manera que las partes restantes no sean dañadas. La superficie de concreto hidráulico resultante en los extremos de la demolición presentara una textura rugosa, para asegurar una buena adherencia entre el concreto existente y el concreto nuevo. Después de concluidos los trabajos de reparación mayor, la superficie presentara una textura uniforme y sin rebordes que puedan impedir el libre ENRIQUE CORTÉS SUÁREZ

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MÓDULO V: DRENAJE Y SUBDRENAJE EN PAVIMENTOS DRENAJE SUPERFICIAL EN PAVIMENTOS

escurrimiento superficial del agua, especialmente en las juntas con elementos preexistentes. Los tramos reemplazados estarán perfectamente alineados tanto horizontal como verticalmente, respecto al resto del elemento y a lo indicado en el proyecto

TRABAJOS DE CONSERVACIÓN Antes de iniciar los trabajos de conservación, se instalara las señales y los dispositivos de seguridad que se requieran, y se contara con los bandereros que se requieran. En ningún caso se permitirá la ejecución de los trabajos mientras que no se cumpla lo establecido.

TRABAJOS DE CONSERVACIÓN RUTINARIA Limpieza Es el conjunto de actividades que se realizan para retirar el azolve, vegetación, basura, fragmentos de roca y todo material que se acumule en estos elementos de drenaje, con el propósito de restituir su capacidad y eficiencia hidráulica.

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MÓDULO V: DRENAJE Y SUBDRENAJE EN PAVIMENTOS DRENAJE SUPERFICIAL EN PAVIMENTOS

• La limpieza se efectuara habitualmente antes de la temporada de lluvias o cada vez que el azolve ocupe más de un tercio (1/3) de su profundidad. • Los residuos de la limpieza no deben emplearse en recargues de acotamientos, ni depositarse en los taludes de los cortes o cauces, ni arriba de los mismos. •

CONSERVACIÓN PERIODICA REPARACIÓN Es el conjunto de actividades que se realizan para reparar deterioros como grietas, oquedades, socavaciones, ondulaciones por dilatación, erosión de la superficie del zampeado, entre otros, con el propósito de restituir las condiciones originales de operación de estos elementos de drenaje. • Los materiales que se utilicen en la reparación serán los que indique el proyecto. • Los materiales que se utilicen para el sellado de grietas en zampeado de concreto, serán del tipo y con las características de compatibilidad con el ENRIQUE CORTÉS SUÁREZ

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MÓDULO V: DRENAJE Y SUBDRENAJE EN PAVIMENTOS DRENAJE SUPERFICIAL EN PAVIMENTOS

concreto, viscosidad, resistencia, adhesión, flexibilidad, elasticidad y durabilidad, entre otras, estos materiales pueden ser morteros, materiales asfálticos o productos especiales para reparación y sellado de elementos de concreto.

La reparación se efectuará antes de la temporada de lluvias. Los trabajos serán suspendidos en el momento en que se presenten situaciones climáticas adversas y no se reanudarán mientras éstas no sean las adecuadas, considerando que no se sellarán grietas En las siguientes condiciones. • Sobre superficies con agua libre o encharcada. • Cuando esté lloviendo • Cuando la temperatura ambiente o de la superficie del elemento sea menor o igual a 13 grados Celsius y se vayan a utilizar materiales o productos asfálticos que se apliquen en caliente. La reparación de las alcantarillas, cuando éstas sirvan de drenaje pluvial, se efectuará antes de la temporada de lluvias; cuando sean de drenaje residual, puede realizarse en cualquier época, preferentemente cuando estén secas.

TRABAJOS DE RECONSTRUCCION REPARACION MAYOR Es el conjunto de actividades que se realizan para reponer tramos, reconstruir con el propósito de restituir o mejorar sus condiciones de operación.

Sobre la superficie se delimitaran los tramos por reparar que señale el proyecto, el recubrimiento en la zona se removerá completamente. El retiro de la capa de revestimiento dañada puede realizarse manualmente, rompiéndola con cincel o mediante equipo mecánico, sin dañar las zonas que no requieran reparación. La demolición y remoción se realizara cuidadosamente hasta los límites establecidos, con equipo adecuado y de tal manera que las partes restantes no sean dañadas.

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MÓDULO V: DRENAJE Y SUBDRENAJE EN PAVIMENTOS DRENAJE SUPERFICIAL EN PAVIMENTOS

La superficie de concreto hidráulico resultante en los extremos de la demolición presentara una textura rugosa, para asegurar una buena adherencia entre el concreto existente y el concreto nuevo. Después de concluidos los trabajos de reparación mayor, la superficie presentara una textura uniforme y sin rebordes que puedan impedir el libre escurrimiento superficial del agua, especialmente en las juntas con elementos preexistentes. Los tramos reemplazados estarán perfectamente alineados tanto horizontal como verticalmente, respecto al resto del elemento y a lo indicado en el proyecto

CONSERVACIÓN PERIODICA

REPARACIÓN DE CUNETAS Y CONTRACUNETAS Es el conjunto de actividades que se realizan para reparar deterioros como grietas, oquedades, socavaciones, ondulaciones por dilatación, erosión de la superficie del zampeado, entre otros, con el propósito de restituir las condiciones originales de operación de estos elementos de drenaje. Los materiales que se utilicen en la reparación de cunetas y contracunetas serán los que indique el proyecto. Los materiales que se utilicen para el sellado de grietas en cunetas y contracunetas con zampeado de concreto, serán del tipo y con las características de compatibilidad con el concreto, viscosidad, resistencia, adhesión, flexibilidad, elasticidad y durabilidad, entre otras, estos materiales pueden ser morteros, materiales asfálticos o productos especiales para reparación y sellado de elementos de concreto. No se aceptará el suministro y utilización de materiales que no cumplan con lo indicado, ni aún en el supuesto de que serán mejorados posteriormente en el lugar de su utilización.

CONSIDERACIONES GENERALES La reparación de cunetas y contracunetas se efectuará antes de la temporada de lluvias. ENRIQUE CORTÉS SUÁREZ

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MÓDULO V: DRENAJE Y SUBDRENAJE EN PAVIMENTOS DRENAJE SUPERFICIAL EN PAVIMENTOS

Los trabajos serán suspendidos en el momento en que se presenten situaciones climáticas adversas y no se reanudarán mientras éstas no sean las adecuadas, considerando que no se sellarán grietas En las siguientes condiciones. • Sobre superficies con agua libre o encharcada. • Cuando esté lloviendo • Cuando la temperatura ambiente o de la superficie de la cuneta o contracuneta sea menor o igual a trece (13) grados Celsius y se vayan a utilizar materiales o productos asfálticos que se apliquen en caliente. Previo al inicio de la reparación, la superficie objeto de los trabajos habrá sido limpiada, de acuerdo con lo establecido. Antes de iniciar los trabajos de reparación, el Contratista de Obra instalará las señales y los dispositivos de seguridad que se requieran y contará con los bandereros que se requieran, tomando en cuenta todo lo referente a señalamiento y seguridad. En ningún caso se permitirá la ejecución de reparación mientras no se cumpla con lo establecido.

REPARACION DE GRIETAS EN ZAMPEADO DE CONCRETO Delimitación de grietas por reparar. Sobre la superficie del zampeado, en su caso, se delimitarán las grietas por reparar que señale el proyecto. Preparación de los materiales de sellado La preparación y manejo de los materiales que se empleen en el sellado de grietas, es responsabilidad del Contratista de Obra y se hará considerando lo siguiente. Cuando se utilice mortero asfáltico, éste tendrá una dosificación que cumpla con la calidad indicada en el proyecto. Cuando se utilice mortero con cemento Pórtland, éste tendrá una dosificación que cumpla con la calidad indicada en el proyecto. Si en proyecto no indica otra cosa, el mortero se elaborará con proporción de una (1) parte de cemento por tres (3) partes de arena, en volumen y con una consistencia adecuada a la anchura de la grieta.

ENRIQUE CORTÉS SUÁREZ

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MÓDULO V: DRENAJE Y SUBDRENAJE EN PAVIMENTOS DRENAJE SUPERFICIAL EN PAVIMENTOS

Cuando se utilicen cementos asfálticos, se calentarán para alcanzar una temperatura de aplicación mínima de ciento cuarenta (140) grados Celsius. Cuando se utilicen productos de tipo comercial, se prepararán conforme a las instrucciones que proporcione el fabricante. Preparación de la superficie por sellar Inmediatamente antes de su reparación, la grieta estará limpia, exenta de materiales sueltos, substancias extrañas, polvo o agua libre. Para tal objeto, cuando la anchura de la grieta lo permite, se limpiarán enérgicamente sus caras interiores empleando cepillos de cerda, arena a presión o aire comprimido, preferentemente seco y caliente. Cuando por cualquier circunstancia se suspendan los trabajos de sellado, la grieta se limpiará de nuevo. Durante la limpieza de las grietas se tomarán en consideración las recomendaciones del fabricante del material sellador, en su caso. Cuando se utilice una emulsión asfáltica en frío o un mortero asfáltico con emulsión, previo a su aplicación se podrá dar un rociado ligero de agua en las caras interiores de las grieta, para proporcionar su enfriamiento y evitar el rompimiento prematuro de la emulsión. Cuando se utilice mortero con cemento Portland previo a su aplicación se podrá dar un rociado ligero de agua en las caras interiores de la grieta, para evitar la pérdida de agua en el mortero durante su aplicación. Cuando se utilice cemento asfáltico o materiales para sellado aplicado en caliente, las paredes de la grieta estarán totalmente secas, al colocar el producto. En caso de ser necesario, antes de la colocación del material sellador se procederá a la imprimación de las grietas con el material aprobado. La cantidad del material de imprimación que se aplique y el tiempo para su curado, los fijará el Contratista de