4.3.-drenaje-y-estudio-hidrolÓgico

CONSTRUCCION DE LA CARRETERA TINTAY PUNCU – SUNI – PROVINCIA DE TAYACAJA

PROYECTO: “CONSTRUCCION DE LA CARRETERA TINTAY PUNCU SUNI PROVINCIA DE TAYACAJA”

4.3 DRENAJE Y ESTUDIO HIDROLÓGICO

GENERALIDADES1.1 CONSIDERACIONES GENERALESEl propósito del estudio es evaluar el comportamiento hidrológico de las quebradas ubicadas en el tramo Tintay Puncu - Suni, en una longitud aproximada de 17+308 Km. con el propósito de precisar las obras a diseñar.

El tramo en estudio presenta alturas y extensiones variables.Con el fin de reunir los criterios adecuados para conocer las características hidrológicas de los ríos considerados, se realizó el estudio en las siguientes etapas: Recopilación de Información: Comprende la recolección, evaluación y

análisis de la documentación existente como cartografía y pluviometría en el área de estudio.

Trabajos de campo: consiste en un recorrido por la micro cuenca formada por el río Paraíso para su evaluación y observación de las características, relieve y aspectos hidrológicos de los mismos.

Fase de gabinete: consiste en el procesamiento, análisis y determinación de los parámetros de diseño.

CLASES DE DRENAJESe pueden clasificar en:

A. DRENAJE SUPERFICIAL:Se soluciona el problema eliminando el agua que aparece en el camino por las siguientes causas: Por precipitación pluvial directa. Por escurrimiento del agua del terreno adyacente. Por inundación producida por las crecientes de los ríos y aniegos.

La combinación de pendiente longitudinal del camino y pendiente transversal de bombeo en los tramos de tangente, y del peralte en las curvas, favorecerá el desplazamiento de las aguas de lluvia que caen sobre la calzada hacia las cunetas.

ESTUDIO DE DRENAJE E HIDROLOGICO

ESTUDIO DE DRENAJE E HIDROLOGICOESTUDIO DE DRENAJE E HIDROLOGICO


El grado de impermeabilidad de dicha superficie determinará la proporción de agua que se infiltrará en el pavimento y la que se movilizará hasta llegar a las cunetas.

B. DRENAJE SUBTERRANEO O SUB-DRENAJEEliminación del agua que llega por infiltración a través del sub suelo o sub rasante del camino. Para el caso nuestro no se considera este tipo de drenaje.

ALCANTARILLASa. GENERALIDADES.

Estas obras de drenaje tienen por objeto, permitir el paso de agua por debajo de las carreteras. Las alcantarillas tienen parte integral del sistema del drenaje de la carretera por lo tanto deben estar ubicados en la sección transversal de modo que no interfieran con la continuidad de la pendiente ni con el alineamiento.En el caso nuestro se construirán alcantarillas de tubería de concreto reforzado, tipo TMC de 36’ según sea el caso, esto debido a que su construcción resulta la más recomendable y posee un rendimiento optimo.

PRECIPITACION PLUVIALEn la zona donde se desarrolla el Proyecto de Construcción de la Carretera, durante las épocas de invierno y otoño presentan considerable volumen por precipitación pluvial, debido a la ubicación Geográfica de la zona en ceja selva y en altitudes que se encuentran entre los Entre los 2500 a 3900 m.s.n.m., siendo el promedio anual de 700 a 900 mm 7 año

METODOS PARA EL CÁLCULO DE OBRAS DE DRENAJEHay muchos métodos generales para determinar la capacidad hidráulica de una estructura de drenaje:

a. Por comparación con estructuras existentes en el lugar u otra cercana.

b. Por registros pluviométricos basados en los registros de precipitación pluvial anteriores y usando una formula experimental o empírica para calcular el caudal de escurrimiento.Para el proyecto hemos optado en tomar la capacidad hidraulica por comparación a las existentes (tramo existente Surcubamba-Huachocolpa- Salcahuasi- San Marcos de Rocchac, dado a que



esta es una obra de mejoramiento de una vía existente, la cual cuenta con similares características a la vía existente

DISEÑO DEL DRENAJE SUPERFICIAL (CUNETAS Y ALCANTARILLAS TIPO)

1.1.1 CALCULO DEL CAUDAL DE ESCURRIMIENTO.A. FORMULAS RACIONALES

Entre los métodos racionales tenemos:- Metodo de la C.A.A (Civil Acronautics Administrations)- Metodo racional ARMCO, que han dado resultados

satisfactorios en proyectos de drenaje de aeropuertos, cuya fórmula es la siguiente:

Q = AIR/36 f

Donde:Q : gasto de escurrimiento en m3/seg.A : Area drenadaI : factor de escurrimiento superficial o impermeabilidad relativa.R : Precipitación en cm/h, durante una hora.f : factor para compensar la pendiente de la superficie, que a su vez afecta el tiempo de concentración.Para pendientes de 05% ó menos f = 3Para pendientes de 05% a 1% f = 2Para pendientes mayores a 1% f = 1

B. FORMULAS EXPERIMENTALESEntre estas formulas se puede citar a las siguientes:* Formula de DIKENS, que se emplea para calcular el gasto a partir del escurrimiento producido por la precipitación pluvial para el área de mas de 250 Has, se utiliza para el calculo de grandes obras de drenaje como puentes.

Q = 0.1386 CA 3/4

Donde.Q = Gasto que corresponde a la alcantarilla en m3/seg. aportado por toda el área.A = área tributaria en Km2.C = Coeficiente que depende de la clase de suelo de la altura total de lluvia en 24 hrs.

* Formula de BURKLI – ZIELEGER, que se aplica para el calculo del gasto mínimo en una alcantarilla en areas de menos de 250 Has.



Q = 0.022 Cah (S/A)1/4

Donde:Q = Gasto en m3/seg. Aportado por la cuenca.C = Coeficiente que depende del tipo de suelo y tiene por valores.

C = 0.25, en terrenos de cultivoC = 0.50, en terrenos ligeramente impermeable C = 0.70, en terrenos impermeables

A = Area de influencia en Has.H = Precipitación pluvial en cm/hr.S = Pendiente del suelo en m/Km.

C. FORMULAS EMPIRICASEntre estas formulas tenemos:

Q = 17.64 PM

Donde: Q = Gasto Total en m3/seg.P = Coeficiente generalmente menor que la unidad.M = Area de la cuenca de escurrimiento en Ha.

Formula de Talbot, que goza de gran aceptación por su simplicidad. Da directamente el area hidráulica de una alcantarilla, se basa en numerosas observaciones en EE.UU.

A = 0.183 CM3/4

Donde: A = Area libre del tubo en m2.M = Area que se desea drenar en Ha. C = Coeficiente que depende de la topografia del terreno y tiene los siguientes valores.

C = 1, en terrenos rocosos y fuertes pendientes.C = 2/3 en quebradas con pendientes onduladas.C = 1/3, en terrenos agrícolas ondulados.C = 1/5, para suelos a nivel.

En esta formula no se toma en consideración la intensidad de la lluvia.

* Formula de MANNING,



Esta estructura servirá para canalizar el agua proveniente del pavimento y de los taludes en las zonas de corte, se construirán de acuerdo a las especificaciones técnicas planteadas.Para calcular la capacidad de la cuenca, se debe calcular en primera instancia su área hidráulica y velocidad de escurrimiento, para lo cual se tiene en cuenta un “freeboard”, para evitar que el agua llegue a la sub rasante.Se hace uso de la formula de manning:

V = (S ½ R2/3)7n

Donde:n : 0.030 en roca.n : 0.0325 en tierra.n : 0.017 superficies revestidas. S = pendiente de la cuneta.R = Radio medio hidraulico .V = Velocidad

R = A/P

Donde:A = Área de la sección hidráulica.P = Perímetro mojado.

DISEÑO DE CUNETAS DE BASE.En concordancia a las Normas Técnicas para el Diseño de caminos Vecinales del ministerio de Transporte y Comunicaciones, se planteara lo siguiente:Las cunetas se proyectaran al pie de los taludes de corte en todos os tramos a media ladera o corte cerrado. Excepcionalmente en tramos en relleno con pendiente mayor a 4% podrán proyectarse cunetas al borde de la calzada, para encauzar el escurrimiento de las aguas y evitar la erosión de los taludes.

Las cunetas tendrán forma triangular y sus dimensiones estarán de acuerdo con la tabla siguiente.

Cuadro Nº 01.

REGIONPROFUNDIDAD

(d)(mts.)

Ancho (a)(mts.)

SecaLluviosaMuy lluviosa

0.200.300.50

0.400.501.00



Las cunetas verterán sus aguas a las alcantarillas o se proveerán aliviaderos cada 250 metros como máximo en zonas lluviosas. Los canales de desague serán proyectados en forma de gradotes para disipar la energía y serán revestidos con lajas o construidos en mampostería de piedra o ladrillo.

DISEÑO DE CUNETAS

DISEÑO DE ALCANTARILLA TIPO.Sean las Normas Técnicas para el diseño de Caminos Vecinales del Ministerio de Transportes y Comunicaciones, acápite 9.3, el tipo de alcantarilla deberá ser elegido por el proyectista, teniendo en cuenta el caudal del curso del agua, la naturaleza y pendiente del cauce y la disponibilidad de los materiales para su construcción.En el caso nuestro se construirán alcantarillas de tubería de concreto reforzado, tipo TMC de 36’ según sea el caso, esto debido a que su construcción resulta la mas recomendable y posee un rendimiento optimo.

REQUISITOS PARA EL DISEÑO DE ALCANTARILLAS.Se requiere tomar los siguientes datos :

Localización del eje. Calculo del Área hidráulica necesaria. Calculo de sección, pendiente y rasante del fondo. Estudio del tipo económico conveniente.



Calculo de la longitud de la estructura. Ejecución del proyecto constructivo

a. LOCALIZACION DEL EJE.En el proyecto, como se trata de un Mejoramiento de la vía, la ubicación de las mismas se han dado, habiéndose en tal caso construir las alcantarillas en los lugares donde existan pasos de agua sobre la plataforma, o aquellos lugares designados en el presente proyecto.

b. CALCULO DEL AREA HIDRAULICAPara determinar el área hidráulica se calculará primero el escurrimiento mediante el método racional ARMCO Q = AIR/36 f, en el cual todos sus elementos fueron definidos en el item 1.6.1.Para el diseño tenemos:A = 36 Has.. Se toma el aarea de influencia aproximada para una alcantarilla.I = 0.14, para suelos moderadamente permeables.R = 30 cm/2h = 15/h, precipitación.Para el promedio de declive del terreno mayor de 1% y pendiente del conducto de 10/1000, luego f = 2.Reemplazando valores en la formula tenemos.

Q = 36 x 0.14 x 15 = 1.05 m3/seg 3x2.El tamaño del dren que se requiere para descargar el agua superficial o subterranea puede calcularse por medio de la formula de Manning.

Q = (AR 2/3 . S1/2)/n

Donde: Q = Descarga en m3/seg.A = Sección del conducto en m2 R = Radio Hidraulico en m.S = Pendiente hidraulica en metro por metro.N = Coeficiente de rugosidad del conducto (0.017)Mediante el abaco “Descarga en conducto semi lleno según la formula de Manning”, para n = 0.017, obtenemos el área del conducto.Area 1.20 m a 1.00 mElegimos una alcantarilla circular tipo TMC.

c. DETERMINACION DE LA SECCIÓN, PENDIENTE Y RASANTE DEL FONDO.



Se considera una pendiente de 1% para evitar el sedimento y el mismo tiempo la erosión del fondo.

d. LONGITUD DE LA ALCANTARILLALa longitud depende del ancho de la calzada, de la altura del terraplén, del talud del mismo, de la pendiente de la alcantarilla y del ahilamiento de la misma con respecto al eje del camino.

ALCANTARILLA TIPO T.M.C. Ø 36”

Se verificara el diseño para el caudal mínimo y el caudal máximo estimado.

RESUMEN DE UBICACIÓN DE ALCANTARILLAS



UBICACIÓN OBRA DE DRENAJE CN P (cm) Pe(cm)

AREA(Has)

Q (m3/s)

Km. 0+079 Alcantarilla 79.54 2.38 0.043 50 0.22

Km. 0+250 Alcantarilla 80.00 2.38 0.043 30 0.14

Km. 0+616 Alcantarilla 77.35 2.38 0.039 40 0.16

Km. 0+891 Alcantarilla 79.54 2.38 0.043 50 0.18

Km. 1+361 Alcantarilla 80.00 2.38 0.043 40 0.24

Km. 1+511 Alcantarilla 77.35 2.38 0.039 50 0.21

Km. 1+689 Alcantarilla 79.54 2.38 0.043 50 0.22

Km. 2+153 Alcantarilla 80.00 2.38 0.043 40 0.18

Km. 2+385 Alcantarilla 86.34 2.38 0.052 40 0.22

Km. 2+744 Alcantarilla 77.35 2.38 0.039 50 0.14

Km. 3+004 Alcantarilla 79.54 2.38 0.043 50 0.22

Km. 3+186 Alcantarilla 80.00 2.38 0.043 40 0.18

Km. 3+531 Alcantarilla 77.35 2.38 0.039 50 0.21

Km. 3+656 Alcantarilla 79.54 2.38 0.043 40 0.24

Km. 3+778 Alcantarilla 80.00 2.38 0.043 50 0.23

Km. 3+991 Alcantarilla 77.35 2.38 0.039 50 0.21

Km. 4+094 Alcantarilla 74.00 2.38 0.034 50 0.18

Km. 4+252 Alcantarilla 79.54 2.38 0.043 40 0.18

Km. 4+542 Alcantarilla 80.00 2.38 0.043 40 0.12

Km. 4+704 Alcantarilla 77.35 2.38 0.039 50 0.27

Km. 6+529 Alcantarilla 80.00 2.38 0.043 50 0.30

Km. 6+747 Alcantarilla 74.00 2.38 0.034 40 0.19

Km. 7+045 Alcantarilla 77.35 2.38 0.039 30 0.16

Km. 7+404 Alcantarilla 80.00 2.38 0.043 50 0.23

Km. 7+838 Alcantarilla 77.35 2.38 0.039 40 0.16

Km. 8+052 Alcantarilla 79.54 2.38 0.043 50 0.22

Km. 8+623 Alcantarilla 80.00 2.38 0.043 50 0.30

Km. 8+861 Alcantarilla 77.35 2.38 0.039 40 0.16

Km. 9+095 Alcantarilla 79.54 2.38 0.043 40 0.35

Km. 9+449 Alcantarilla 80.00 2.38 0.043 50 0.23

Km. 9+627 Alcantarilla 77.35 2.38 0.039 50 0.21

Km. 10+836 Alcantarilla 79.54 2.38 0.043 50 0.22

Km. 11+110 Alcantarilla 80.00 2.38 0.043 40 0.24

Km. 11+434 Alcantarilla 77.35 2.38 0.039 50 0.21

Km. 11+680 Alcantarilla 80.00 2.38 0.043 40 0.18

Km. 12+123 Alcantarilla 79.54 2.38 0.043 50 0.22

Km. 12+340 Alcantarilla 80.00 2.38 0.043 50 0.23

Km. 12+656 Alcantarilla 77.35 2.38 0.039 50 0.27

Km. 13+008 Alcantarilla 79.54 2.38 0.043 40 0.12

Km. 13+347 Alcantarilla 80.00 2.38 0.043 50 0.23

Km. 14+081 Alcantarilla 77.35 2.38 0.039 40 0.16

Km. 14+509 Alcantarilla 79.54 2.38 0.043 40 0.18

Km. 15+115 Alcantarilla 80.00 2.38 0.043 40 0.18

Km. 15+551 Alcantarilla 77.35 2.38 0.039 50 0.21

Km. 15+888 Alcantarilla 79.54 2.38 0.043 50 0.22

Km. 16+535 Alcantarilla 80.00 2.38 0.043 40 0.18

Km. 17+046 Alcantarilla 77.35 2.38 0.043 40 0.18

CRITERIOS DE HIDROLOGIA PARA DISEÑO DE PUENTES



GENERALIDADES

Para resolver los diferentes problemas de la precipitación pluviométrica y del escurrimiento, ya sea superficial o subterránea, se requiere del auxilio de la Hidrología y de la Hidráulica.

Las leyes que rigen el movimiento del agua sobre vertederos, orificios, etc., son las aplicables para resolver el comportamiento de diques, espigones, tuberías, canales, en los que juega un papel importante la velocidad crítica del fluido en función de la pendiente crítica del terreno.

Los criterios que se proporciona en este documento, son de uso referencial para aquellas áreas en las que no se dispone de información hidrometeorológica y se requiere estimar los caudales de escurrimiento de un cauce, con fines de proyectar el diseño de una estructura.Las formulas empleadas son empíricas y/o experimentales, producto de las estadísticas de comportamiento de estructuras construidas, lo que obviamente, proporciona una baja probabilidad de ocurrencia y confiabilidad, por lo que su uso requiere del criterio acertado y experiencia del ingeniero proyectista.

PROCEDIMIENTO DE DISEÑO:

Antes de proceder a diseñar una obra, es necesario conocer el Volumen de agua, su Velocidad y conque Frecuencia llega el agua a la zona de ubicación de la estructura.

Se podría establecer en forma general que estos parámetros se pueden Determinar por tres métodos:

Método Directo.- Obtenido por medidas tomadas directamente en el mismo terreno.

Observación y Análisis.- De las medidas tomadas en estructuras existentes y que resulten apropiadas.

Método Deducido.- A partir de la precipitación pluviométrica. Requiere registros meteorológicos.

Los análisis se orientarán a determinar las condiciones del flujo de agua y tener conocimiento de las siguientes características:

Tirante de aguaVelocidad superficial



Forma del cauceCaracterísticas superficiales del suelo

Forma y dimensiones de las obstrucciones producidas por los apoyos ubicados dentro del río.Velocidad de arrastre que produce la erosión del suelo y hasta que profundidad puede llegar hasta su total estabilidad. Debe considerarse la presencia del material de arrastre

I. CONCEPTOS BASICOS

Meteorología . -

Es la ciencia que se ocupa de los fenómenos meteorológicos, estudia las variaciones de la presión atmosférica, temperatura del aire, humedad, vientos, nubosidad, evaporación la precipitación pluvial.

La medida de la precipitación pluvial se realiza en intensidad y cantidad; en intensidad para el cálculo de las estructuras hidráulicas cuya capacidad sea referida a áreas de influencia relativamente pequeñas. En cambio, para áreas de influencia de gran extensión, lo que requiere el ingeniero de drenaje es la cantidad, para el cálculo de estructuras de puentes.

Intensidad . -

Se denomina intensidad de lluvia o precipitación pluvial, al volumen de agua precipitada en un determinado y corto período de tiempo: horas, minutos.

Para identificar las zonas de idéntica intensidad de lluvia, se trazan curvas que unen los puntos de igual intensidad, semejantes a las curvas de nivel de los planos topográficos que se denominan isoyetas.

Cantidad . -

Se denomina cantidad de lluvia o precipitación pluvial, al volumen de agua acumulada durante un largo período de tiempo: días, semanas, meses, años.

Las precipitaciones pluviales son causadas por los fenómenos atmosféricos. La precipitación se mide por la altura en milímetros de agua caída durante una lluvia o durante un período de tiempo determinado o bien por la intensidad de lluvia en milímetros por hora, durante un aguacero.

Frecuencia de las precipitaciones.-



Es de interés conocer no sólo el escurrimiento máximo debido a la precipitación, sino también su frecuencia; por razones económicas, tal vez no se justificaría proyectar una obra para una intensidad de lluvia que ocurriera sólo una vez en 50 o 100 años. Mientras mayor sea la intensidad de una precipitación, menor será su frecuencia.

La frecuencia y la intensidad de la precipitación varían mucho de mes a mes y de año en año y aún dentro de una zona afectada por una misma tormenta.

Con la recopilación de los datos estadísticos de intensidad de lluvias, tiempo de duración de los aguaceros y frecuencia en años, se puede graficar en un sistema de ejes coordenados, colocando en el eje de las abscisas la frecuencia en años, en el eje de las ordenadas los valores de la intensidad en centímetros-hora; el resultado de esta tabulación arroja curvas parabólicas cuya máxima curvatura se encuentra en el origen de coordenadas y siendo casi rectas a mayor número de años en la frecuencia; así también la estadística de los tiempos de duración tabulados en las curvas, permite ver que a mayor intensidad corresponde menos duración.

II. ZONAS GEOGRAFICAS DE PRECIPITACION

Se ha hablado de cantidad de precipitación pluvial. Generalmente, para establecer la clarificación de las zonas geográficas de acuerdo a la cantidad de lluvia caída, se toma como referencia los registros de un año. Así se puede distinguir las seis zonas siguientes:

Zona Precipitaciones Anuales

Arida 250 milímetros Semi-arida 250 a 500 milímetros Sub-húmeda a Húmeda 500 a 1000 milímetros Húmeda 1000 a 2000 milímetros Muy Húmeda 2000 a 4000 milímetros Excesivamente húmeda más de 4000 milímetros

La realidad geográfica del Perú lleva a reducir la clasificación anterior a tres zonas con el fin de armonizar con las pautas establecidas en las Normas Peruanas de Diseño de Carreteras y además por la configuración geográfica-topográfica del territorio nacional, dividido en Costa, Sierra y Selva.Así se denominará:



Zona Precipitaciones Anuales

Arida 0 a 500 milímetros Húmeda o lluviosa 500 a 2000 milímetros Muy húmeda o muy lluviosa 2000 a 4000 milímetros Excesivamente húmeda 2000 a 4000 o más milímetros

III. METODOS PARA ÉL CALCULO DE LAS ESTRUCTURAS

En forma general existen dos métodos para determinar la capacidad hidráulica de una estructura.

1. Por comparación, si existe ya una estructura en el lugar u otro cercano, hágase un estudio de su eficiencia durante un período de 10 a 50 años; cuanto más años mejor. Un examen de las estructuras aguas arriba y aguas abajo también serán muy provechosas.

2. Por Registros pluviométricos, basándose en los registro de precipitaciones pluviales anteriores, de la cuenca y de una frecuencia determinada, y usando una fórmula empírica o racional que determina el gasto máximo de escurrimiento y la rapidez con la cual lleva el agua al lugar elegido para la estructura.

El método por registros pluviométricos, se denomina método del escurrimiento superficial, en virtud de la aplicación del principio denominado "Tiempo de Concentración", que es el tiempo necesario para que una gota de lluvia llegue a la ubicación de la estructura desde el punto más remoto de la cuenca. Es preciso conocer ese tiempo, si el proyecto ha de basarse en el método racional. Puede determinarse sencillamente soltando un cuerpo flotante en la parte más alejada de la vertiente, durante el período del aguacero. Como alternativa debe efectuarse una nivelación diferencial para determinar el promedio de la velocidad de la corriente, en las diferentes secciones transversales de los afluentes naturales de la cuenca.

CORRELACION ENTRE EL TIEMPO DE CONCENTRACION Y LA PRECIPITACION PLUVIOMETRICA

Método Racional . -



Consiste en calcular la escorrentía máxima en base a las intensidades máximas de precipitación.

El método racional puede reducirse a la fórmula:

Q = 27.52 C.I.A

En la cual: Q = Escurrimiento en litros por segundo C = Un coeficiente de escurrimiento que expresa la relación de escurrimiento a la velocidad de Precipitación. I = Intensidad de la precipitación pluvial, en centímetros por hora, para una duración igual al Tiempo de concentración.

A = área de drenaje en hectáreas.

Esta expresión, tal como se escribe, no dimensionalmente correcta, proporciona resultados numéricamente correctos debido a que un centímetro por hora o por hectárea y 27.52 litros por segundo, representan la misma cantidad de agua por unidad de tiempo y superficie, dentro de un margen de 0.8 %.

El coeficiente "C" para la fórmula racional, se da en la tabla que sigue. Cuando la cubierta o suelo es diferente, el área de drenaje se subdivide y se obtiene un coeficiente mixto, ponderando los coeficientes de acuerdo al área.

VALORES DEL COEFICIENTE DE ESCURRIMIENTO PARA SU USO EN LA FORMULA RACIONAL

Clase de suelo del área de drenaje

Pavimento de concreto o bituminosos

Caminos de gravas, textura abierta Tierra desnuda (calores mayores

para fuertes pendientes. Praderas de césped Campos cultivados

Coeficiente de Escurrimiento

0.3 – 0.90.4 – 0.60.2 – 0.8

0.1 - 0.40.2 – 0.40.1 – 0.2



Areas de bosques (forestales)

Características de Cobertura

Vertientes OnduladasS = 5 – 10%

Vertientes InclinadasS = 10 – 3%

Cultivos generales PastosBosques Areas descubiertas

0.600.360.180.80

0.720.420.210.90

La intensidad de precipitación pluvial "I", se obtiene a partir de los registros de las estaciones pluviométricas cercanas. Estos registros son reducidos a una gráfica, como ya se ha dicho, que muestre la intensidad de precipitación contra la duración de la precipitación pluvial, para varios intervalos periódicos. La selección real del valor para la intensidad de la precipitación, descansa en estimaciones de la frecuencia de la inundación de diseño y del tiempo de concentración para esa área.

La forma de determinar el tiempo de concentración se hace mediante una fórmula que estima ese tiempo en función de la longitud entre el punto de precipitación y el punto en donde ha de ubicarse la estructura y la diferencia de nivel entre estos dos puntos.

T = 0.0256 k0.77

K = ; S =

K =

En donde: T = es el tiempo de concentración en minutosL = es la longitud desarrollada de la vertiente desde su origen

hasta el lugar de la ubicación de la estructura en metros.H = es la diferencia de altura entre los mismos puntos, en metros. S = pendiente general (H/L)

Condiciones que modifican el tiempo de concentración.-

El método racional descansa en un número de suposiciones. Una de éstas es que la cuenca se encuentra en equilibrio, es decir, el flujo de salida es igual a la



precipitación pluvial menos toda la retención de agua en la cuenca, y esta retención se establece únicamente en función de los siguientes factores:

1. Clase y extensión de la vegetación o cultivo.2. Condiciones del suelo: seco, saturado, helado, permeable o

impermeable.3. Pendiente y longitud de las laderas tributarias.4. Area y forma de la cuenca.5. Cantidad, disposición, pendiente y estado de los arroyos que desaguan

en la cuenca.

Los cambios que ocurran por el uso del suelo, durante la vida de una estructura, pueden modificar el coeficiente (C) de la tabla anterior, desde 50 al 100 %. Las características de escurrimiento pueden ser muy diferentes, aún en cuencas próximas unas a otras.

Descripción del escurrimiento.-

La precipitación pluvial al posarse sobre el suelo, de acuerdo a la permeabilidad del mismo, toma dos caminos: Una parte se infiltra hasta una cierta profundidad, de acuerdo a la ubicación de las capas permeables e impermeables y la mayor parte escurre sobre la superficie de suelo dando lugar a lo que se denomina “escurrimiento superficial”; desde luego hay un cierto porcentaje que es absorbido por las plantas y otra que se evapora de acuerdo a la mayor o menor temperatura y viento de la zona. El porcentaje de agua que corresponde al escurrimiento superficial depende de la pendiente del suelo, desde que a mayor pendiente ha de producirse menor infiltración; entonces se debe pensar que para superficies de poca pendiente la fórmula racional que se ha propuesto no daría la aproximación requerida; para estos casos, se debe emplear otras fórmulas.

Método de la C.A.A..-

La Civil Aeronauties Administration, emplea una adaptación del método racional.

Q =



En la cual: Q = escurrimiento en m3/seg.C = coeficiente que representa la relación entre el volumen de

escurrimiento y la precipitación. (Ver tabla siguiente).I = intensidad de la precipitación pluvial, en mm/hora,

multiplicada por el tiempo de concentración.A = área de drenaje en hectáreas.

El tiempo de concentración que depende de la longitud y forma de la superficie a drenar, así como de la pendiente y textura de la superficie del suelo, puede tabularse para su empleo en la fórmula, previa experiencia in-situ.

Método Racional Armco.-

El método racional empleado por Armco ha sido modificado mediante la introducción del factor “f”. Se ha empleado con resultados satisfactorios en los proyectos de drenaje de muchos aeropuertos, y se basa en la fórmula siguiente:

Q =

En la cual: Q = volumen del escurrimiento del área "A" en m3/seg. A = área de drenaje en hectáreas. I = factor de escurrimiento superficial o impermeabilidad

relativa. R = precipitación en centímetros por hora, durante una hora. F = factor para compensar la pendiente de la superficie, que a su

vez afecta el tiempo de concentración.f = 3 Para pendientes de 0.5 % o menosf = 2.5 Para pendientes de 0.5 y 1 %f = 2 Para pendientes mayores de 1 %

Este procedimiento elimina todas las tablas y gráficos. Por lo general las pequeñas áreas parciales de drenaje en que pueda dividirse el área total, para el caso de los aeropuertos, tienen aproximadamente la misma pendiente, forma y superficie (clase de suelo). Por lo tanto, es posible dentro de ciertos límites, escoger un valor constante de "f” que elimina la necesidad de recalcular el tiempo de concentración, la pendiente y longitud de los escurrimientos superficiales para cada área considerada.

VALORES DE IMPERMEABILIDAD RELATIVA

Tipo de superficie

Superficies impermeables de coberturas

Factor “I”

0.75 – 0.95



Pavimentos asfaltados Pavimentos de hormigónPavimentos de piedra o ladrillo, buenas juntas Suelos impermeables Suelos impermeables con césped Suelos ligeramente permeables Suelos ligeramente permeables con césped Suelos moderadamente permeables Suelos moderadamente permeables con

césped

0.80 – 0.950.70 – 0.900.35 – 0.700.40 – 0.650.30 – 0.550.15 – 0.400.10 – 0.300.05 – 0.200.00 – 0.10

* Para pendientes de 1 % a 2 %

Tiempo de concentración de precipitaciones pluviales para cuencas en zonas agrícolas típicas, en terreno ondulado, con pendiente media de 5 % y cuyo largo es dos veces el promedio del ancho.

Tamaño de la cuenca[Has.]

Tiempo mínimo de concentración

[minutos]

0.4051.222.034.058.10

12.1520.2540.5081.00

121.50162.00243.00324.00405.00

1.43.03.54.04.88.0

12.017.023.039.035.047.060.075.0

El tiempo de concentración en áreas pavimentadas en donde ocurre el escurrimiento "despejado en láminas de agua", lo mismo que en zanjas y cunetas, es menor que en tierras cultivadas.

Ejemplo de aplicación de la fórmula Armco.-

Considerando una precipitación de 4 centímetros por hora, con duración de una hora, para ser desalojada de una a tres horas después de terminado el



aguacero; un factor de escurrimiento de 20% en un área con césped de 2.11 hectáreas; pendiente promedio del terreno de 0.4 %, y pendiente para el tubo de drenaje de 5: 1,000.

Datos : A = 2.11; I = 0.20 ; R = 4 ; f = 3 ; S = 0.005

Aplicando la fórmula:

Q =

Para determinar el diámetro del dren que pueda desaguar el agua superficial "Q", se aplica la fórmula de Manning:

Q =

En la que: A = . D2/4 (tuberías)

De donde se despeja el área del tubo, considerándolo parcialmente lleno hasta los 2/3 del diámetro.

En la fórmula: Q = descarga en m3/seg.A = sección del conducto en m2

R = radio hidráulico en metros = sección del conducto en m2/perímetro mojado en m.

S = pendiente hidráulica en metros por metro n = coeficiente de rugosidad del conducto (n = 0.017)

Fórmulas experimentales:

Fórmula de Burkli - ZiegIer.-

Esta fórmula del escurrimiento superficial es aplicable para el cálculo del gasto máximo en una alcantarilla, debido a un aguacero intenso, en un área tributaría pequeña, menor de 250 hectáreas.

Dicha fórmula es:

Q = 0.022 C A h

En la cual: Q = gasto de la alcantarilla en m3/sec. aportado por la cuenca.C = coeficiente que depende la clase de suelo que forma la

cuenca o área tributaría de la alcantarilla y tiene los siguientes valores:



C = 0.75 para calles pavimentadas y distritos comercialesC = 0.625 para calles ordinarias de ciudadC = 0.30 para poblaciones con parques y calles con

Macadam hidráulico.C = 0.25 para terrenos de cultivo

h =precipitación pluvial en centímetros por hora, correspondiente al aguacero más intenso (computable de un aguacero de 10 minutos de duración total).

s = pendiente del suelo en metros por kilómetroA =número de hectáreas tributarías

Se debe insistir en que las intensidades de precipitación pluvial en centímetros por hora, para lluvias de 10 minutos de duración, sólo es posible registrar mediante el uso de pluviógrafos, bastante escasos en las estaciones meteorológicas.

No es demás repetir, que el gasto que se obtiene mediante la fórmula precedente es la cantidad de agua del escurrimiento producido por la precipitación pluvial, cuyo volumen debe captarse o eliminarse mediante cualquier estructura de drenaje, que ya se ha mencionado en acápites anteriores, como son alcantarillas, sifones, badenes, pontones, etc., y cuya área hidráulica es menester obtener de forma tal, que sea capaz de eliminar el volumen que arroja la fórmula.

A continuación se consigna una tabla en la cual están calculados los gastos con la fórmula de Burkli-Ziegler, para distintas clases de suelos y para precipitaciones de 10 centímetros por hora y 20 centímetros por hora.

FORMULA DE BURKLI - ZIEGLER

Cuencas pequeñas (menores de 250 Hás.)Los Gastos de la Tabla se dan en (m3/seg.)

AREA Drenada

Hás.

Altura de precipitación: 10 cm. h. Escurrimiento para

pendientes de terreno montañoso,

rocoso y escarpadoPrecipitación

de 20 cm. hora

Pendiente: S5:1000 20:000 50:1000

C = 3(m3/seg.)

C = 25(m3/seg.)

C = 3(m3/seg.)

C = 25(m3/seg.)

C = 3(m3/seg.)

C = 25(m3/seg.)

1234

0.090.170.230.28

0.080.140.190.24

0.140.240.320.40

0.120.200.270.33

0.180.300.410.50

0.150.250.340.42

0.400.771.141.51



5 0.33 0.28 0.47 0.39 0.60 0.50 1.70

6789

10

0.380.430.470.520.56

0.320.360.400.430.47

0.540.610.670.730.79

0.450.510.560.610.66

0.680.760.850.921.00

0.570.640.710.770.84

1.962.442.522.732.94

2030405060

0.941.311.591.882.15

0.791.071.321.561.79

1.331.812.242.653.04

1.111.511.872.212.53

1.682.282.833.343.83

1.401.902.362.793.20

5.046.688.32

10.2011.80

708090

100120

2.422.672.923.155.29

2.012.222.432.634.41

3.423.774.124.467.48

2.853.153.443.726.24

4.314.765.275.629.45

3.593.974.334.697.89

13.6015.4016.8018.2027.60

Nota.- Ordinariamente se usará el coeficiente C = 0.25, que involucra a la generalidad de los suelos.

Fórmula de Dickens.-

Se emplea, para calcular el gasto a partir del escurrimiento generado por la precipitación pluvial para áreas mayores de 250 hectáreas, con registros pluviométricos de 24 horas de duración.

Dicha fórmula es:

Q = 0.01386 C

En la cual: Q = gasto que hay que darle a la alcantarilla o puente en m3/seg., aportado por toda el área.

A = área tributario en kilómetros cuadrados.

El coeficiente "C" depende de la clase de suelo y de la altura total de lluvia en 24 horas y tiene los siguientes valores:

Clase de sueloPara precipitaciones

de10 cms. En 24 horas

Para precipitaciones de

15 cms. En 24 horas.Terreno plano

Ondulado suaveCasi accidentado

200250300

300325350



A continuación se consigna una tabla en la cual están calculados los gastos, con la fórmula de Dickens, para precipitaciones de 10 centímetros en 24 horas.

Fórmula de Dickens.- Escurrimiento para cuencas grandes.- Precipitación de 10 centímetros por día. Gastos en m3/seg.

Area en Km2 C = 200 C = 250 C = 300

0.30.40.50.60.70.80.9123456789

102030405060708090

100200250

1.11.41.71.92.12.32.52.84.76.37.79.2

10.511.913.214.315.526.135.043.451.959.466.873.980.887.6

147.5174.0

1.41.72.02.32.62.93.23.45.87.89.6

11.413.214.816.417.819.432.943.554.064.874.083.492.1

101.0109.4184.4217.8

1.72.12.52.83.23.53.84.17.09.3

11.513.815.817.819.821.523.339.252.965.078.089.0

100.0110.8121.0131.0221.6261.2

Fórmulas Empíricas

Fórmula de Talbot.-

Debido a la simplicidad con que se obtiene directamente el área hidráulica de una alcantarilla, la fórmula de Talbot sigue siendo de aplicación práctica. Es una fórmula empírica basada en un gran número de observaciones efectuadas en el medio Oeste de los Estados Unidos y no toma en cuenta la intensidad de



la lluvia ni la velocidad del escurrimiento, ni otros factores racionales. No se conoce a ciencia cierta la intensidad máxima observada para deducir la fórmula, pero se supone que fue de 100 milímetros por hora, que es lo más común.

La velocidad del escurrimiento fue variable, algo menos de 3 metros por secundo.

Con la formula de Talbot se obtiene directamente el área hidráulica de la alcantarilla requerida.

A = 0.183 C

En donde: A = área del tubo en metros cuadradosM = área que se desea drenar en hectáreasC = coeficiente que depende de la topografía del suelo

El coeficiente "C" depende del contorno del terreno drenado. Para diversas condiciones de topografía, se recomienda los siguientes valores:

C = 1 para terrenos con suelo rocoso y pendientes abruptasC = 2/3para terrenos quebrados con pendientes moderadasC = 1/2para valles irregulares, muy anchos en comparación a su

largoC = 1/3para terrenos agrícolas ondulados, el largo del valle es 3 o

4 veces el anchoC = 1/5para suelos a nivel, no afectados por acumulación de

nieve o inundaciones.

Para condiciones aún más favorables o terrenos con drenaje subterráneo, disminúyase "C" en un 50%; pero auméntese "C" para laderas con pendientes pronunciadas o cuando la parte alta del valle tenga un declive muy superior al del canal de la alcantarilla.

Tabla: Hectáreas Drenadas por Tubos de Varios Diámetros - Talbot

Diámetro en[cm]

Area en[Ha]

Clase de terreno

AccidentadoC = 1

OnduladoC = 1/3

PlanoC = 1/5

303846536176

0.0730.1140.1640.2230.2920.456

0.30.40.81.22.03.2

1.22.43.65.78.7

14.6

2.44.47.3

11.315.828.7



91107122137152168183198213229244259274290305320335351366381396412427442457

0.6580.8941.1711.4771.8212.2112.6293.0843.5774.1064.6735.2685.9096.5877.3938.0458.8269.652

10.50711.39912.32813.29414.29815.33816.416

5.78.1

11.716.222.328.334.442.552.664.776.989.0

101.2117.4137.6153.8174.0198.3222.6246.9275.2303.5331.8368.3400.6

23.936.050.670.893.1

119.4151.8186.2226.6275.2323.7380.4445.1513.9586.8671.8760.8853.9959.1

1068.41185.71311.21444.71586.41736.1

46.570.8

101.2139.6184.1236.7297.4368.3449.2542.3653.4752.7878.2

1015.81161.41323.31504.41691.61893.92108.42339.12590.02853.03132.33431.7

Fórmula de Jorvis - Myers.-

Es otra fórmula empírica que da el gasto máximo que se espera para la descarga máxima. La segunda parte del problema consiste en proyectar la alcantarilla por los métodos hidráulicos; es decir, determinar el área hidráulica para el caudal máximo dentro de los límites establecidos por la altura del embalse aguas arriba de la estructura y la velocidad de salida, basándose en la fórmula Q = A.V; el gasto o caudal de descarga es igual al área por la velocidad.

La fórmula de Jorvis - Myers (sistema métrico), se basa en estudios efectuados en varias zonas de los Estados Unidos y es aplicable a grandes alcantarillas y puentes pequeños; la fórmula es la siguiente:Q = 17.64 P. M

En donde: Q = gasto total en m3/seg.



P = coeficiente, generalmente menor que la unidad M = área de escurrimiento de la cuenca en hectáreas

Puede utilizarse otras fórmulas, inclusive la fórmula racional para determinar el diámetro de las alcantarillas, aunque los resultados varíen considerablemente. Como es obvio, no se puede obtener resultados exactos, debiendo en base a la experiencia y buen criterio proceder a elegir la fórmula y el tamaño de la estructura más conveniente para cada caso. La fórmula de Talbot, permite calcular el área de la sección directamente y con facilidad y, por lo tanto es la que se usa más a menudo para alcantarillas circulares y en condiciones semejantes a las experiencias con que se obtuvo la fórmula. Para alcantarillas de losa y marco, es aconsejable utilizar las fórmulas de Burkli - Ziegler o Racional; en estos casos será necesario obtener el área hidráulica adecuada para desaguar el gasto calculado.

OBRAS DE CRUCE DE CURSOS DE AGUA A TRAVES DE LAS VIAS

Puentes . -

Los puentes en las carreteras llevan el tráfico de los vehículos y peatones por encima de grandes corrientes u otros cursos de agua.

Aunque los puentes son relativamente pocos en número, cada estructura presenta problemas únicos y grandes inversiones. En la práctica, el diseño de los puentes se considera como una función distinta.

Los ingenieros de puentes para carreteras, emplean los mismos medios analíticos que otros ingenieros de estructuras. La diferencia principal se encuentra en los requerimientos de luz y carga.

Problemas hidráulicos:

Este acápite es de la mayor importancia, desde que jamás se ha destruido un puente por exceso de carga, los accidentes acaecidos se deben a las condiciones hidráulicas de las corrientes, por lo que es recomendable elegir el mejor método para estimar la descarga bajo los puentes.

Localización de puentes:

Ya que el propósito de los puentes y de las carreteras es conducir el tráfico, la localización de los puentes y su colocación debe estar subordinada a los alineamientos y pendientes generales de la corriente y el alineamiento general del trazo de la vía. Han habido muchos casos en donde se originaron curvas pronunciadas en los accesos al puente y la alineación del trazo resultó sinuosa, debido a que el sitio más favorable para el puente, fue el único criterio para su localización. Actualmente la norma general es determinar el trazo apropiado



de la carretera y exigir al ingeniero de puentes que suministre la estructura para el mismo.

Cuando se fija la localización de un puente, debe de existir un informe completo y amplio y un levantamiento topográfico especial del lugar del emplazamiento. Se recomiendan las formas impresas normales, para asegurar que se tomen todos los datos posibles. Estos informes deben complementarse por medio de diagramas y notas adicionales; así como, planos a escala grande conveniente, con indicación de las pendientes aguas arriba y aguas abajo del emplazamiento del puente. En las secciones transversales debe consignarse los datos exactos sobre la altura de la línea de agua tanto de estiaje como de avenidas y máximas avenidas; las condiciones del suelo que constituyen la solera o cauce y las características de la corriente.

Un análisis de las condiciones del cauce debe de efectuarse para determinar la relación entre el flujo máximo, la luz de la vía de agua, la elevación posible de la corriente debido a la curva de remanso, debido a la estructura y especialmente la velocidad en época de grandes avenidas o crecientes.

Un factor principal es el grado de contracción de la corriente que fluye en el cauce de acercamiento. De este estudio se obtiene la ubicación definitiva, profundidad de la cimentación de los pilares y estribos, la altura del tablero del puente y su luz.

Cuando la construcción del puente requiere instalar pilares en cursos de agua de lechos erosionables, la posible socavación que se produce provoca que se desentierren. Adquiere una consideración primaria.

Es posible prevenir y evitar la destrucción de estructura por socavación si se aforan las corrientes de avenidas y se refieren estos datos a miras parlantes colocadas en los estribos de las estructuras; Con este método de tabulación de las descargas, tanto en volumen como en velocidad y secciones transversales, tipo de estiaje y avenidas, puede establecerse cuando es necesario proceder a la colocación de defensas.

Hay un principio que debe tenerse en cuenta si se pretende aumentar el área hidráulica de un puente, si se presume que su luz ha de resultar insuficiente. En los valles, generalmente agrícolas, en los que existe un curso de agua, digamos un río, y se presentara este caso, no se deberá pensar en aumentar el área hidráulica mediante la construcción de alcantarillas si estas han de estar dentro del límite de sus riberas de máximas avenidas.

Si se tiene en cuenta que los puentes disponen de cimentación adecuada para evitar la socavación por erosión, las alcantarillas no la poseen, siendo sus zapatas sólo para repartir las cargas, sobre el suelo natural. A pesar de que en los puentes por su ubicación en el cauce principal, el nivel de su solera está



por debajo del nivel del cauce de la alcantarilla; en época de grandes avenidas o crecientes, cuando el curso de agua se amplía a todo el ancho entre sus riberas, el nivel del pelo de agua se sobre eleva debido al remanso, de tal manera que la corriente incursiona por las dos estructuras. Siendo la luz de la alcantarilla mucho menor que la del puente, la velocidad del agua en aquella es mucho mayor que en el puente, produciéndose la destrucción de la alcantarilla por socavación de sus estribos debido a la velocidad de erosión.

Drenaje de pisos, puentes, estribos y pilares.-

Las estructuras principales, como puentes, pasos a desnivel y cruces a nivel, deben de protegerse y estabilizarse por medio del drenaje. La falta de drenaje de los accesos o terraplenes hacia las estructuras, situadas detrás de los estribos o de un muro de sostenimiento, puede apresurar la destrucción por desintegración. Igualmente, las presiones laterales que tienden a producir el volteo del muro, aumenta en proporción al peso del material de relleno. Si hubiera lugar a temperaturas de congelación, el empuje también aumenta el empuje lateral.

Método para prevenir la erosión de estribos y pilares de puentes.-

El sistema más apropiado es la instalación de miras parlantes tabuladas de acuerdo a las descargas mínimas y máximas, aforadas mediante el correntómetro; además deberá seccionarse el cauce para cada una de las observaciones, con lo que al leer la mira se obtendría la erosión, la velocidad, el área y la descarga.

IV. SOCAVACION Y EROSION DEL CAUCE DE UN RIO

Socavación.-

La socavación que se produce en un río no puede ser calculada con exactitud, sólo estimada, muchos factores intervienen en la ocurrencia de este fenómeno, tales como

El caudalTamaño y conformación del material del cauceCantidad de transporte de sólidos

Las ecuaciones que se presentan a continuación son una guía para estimar la geometría hidráulica del cauce de un río. Las mismas están en función del material del cauce.

CAUCES ARENOSOS:



0.5 0.25 -0.50B = 14 Q D50 Fs

0.67 -0.17y = 0.38 q D50B = ancho medio del cauce en metrosY = tirante del flujo en metrosQ = caudal permanente equivalente, generalmente el

correspondiente al de cauce principal llenoq = caudal unitario expresado en M3/SIMD50 = diámetro medio del material del cauceFs = factor que describe el material de las orillas.

Fs = 0. 1 para arena limosaFs = 0.2 para limos arcillososFs = 0.3 para suelos cohesivos

CAUCES DE MATERIAL GRAVOSO:

0.5B = 3.26 Q

0.8 -0.12y = 0.47 q D90

B = ancho medio del cauce en metrosy = tirante del flujo en metrosQ = caudal permanente equivalente, generalmente el

correspondiente al de cauce principal llenoq = caudal unitario expresado en m3/s/mD90 = tamaño del material de fondo que en un análisis

granulométrico corresponde a un porcentaje del 90 %

CAUCES DE MATERIALES COHESIVOS:

0.86 0.86 -0.43y= 51.4 n q Ft

y = profundidad media del flujo en metrosn = coeficiente de rugosidad de Manningq = caudal unitario expresado en m3lslmFt = es la fuerza tractiva crítica en Newtons/m2

PROPIEDADES FISICAS DE LA ARCILLA

Relación de vacíos 2.0 -1.2 1.2 - 0.6 0.6 - 0.3 0.3 – 0.2Densidad seca kg/m3 880 - 1200 -1650 1650 – 2030 -



1200 2030 2010Densidad saturada kg/m3

1550- 1740

1740 - 2030

2230 - 2270 2270 - 2370

TIPO DE SUELO FUERZA TRKCTIVA CRITICA (Newton / m2)

Arcilla arenosa 1.9 7.5 15.7 30.2Arcilla pesada 1.5 6.7 14.6 27.0Arcilla 1.2 5.9 13.5 25.4

Densidad seca =

Densidad saturada =

d = densidad del aguas = peso específico de las partículas del sueloe = relación de vacíos de la masa de suelo

Socavación general.-

Es aquella que se produce a todo lo ancho del cauce cuando ocurre una crecida debido al efecto hidráulico de un estrechamiento de la sección; la degradación del fondo del cauce se detiene cuando se alcanzan nuevas condiciones de equilibrio por disminución de la velocidad, a causa del aumento de la sección transversal debido al proceso de erosión.

Quasi - Equilibrio: Qs.Dm = k. Qb . Sb

En donde: Qs = caudal sólido (cauce).Dm= diámetro del material del cauce.Qb = caudal líquidoSb = pendiente del cauceK = constante de proporcionalidad

Condición de Equilibrio: Vc = Vr

En donde Vc velocidad media de la corriente suficiente para degradar el cauce (inicio del arrastre), en m/seg.

Vr velocidad de la corriente, en m/sea,.



La capacidad de resistencia depende del tamaño de las partículas en el caso de suelos granulares y de la cohesión y peso específico en el caso de suelos cohesivos.

Socavación local.-

Es aquella producida por los obstáculos dentro de las vías fluviales, al aumentar la velocidad por aceleraciones convectivas y por la formación de remolinos; tal es el caso de la socavación al pie de las pilas y estribos de los puentes, tablestacados y otras obras similares.

En el caso de la socavación en un sitio de puente, ésta se analiza mediante la superposición de los efectos de socavación general del cauce, y la socavación local en pilas y estribos; es decir, se calcula cada una por separado y luego se suman ambos efectos cuando sean acumulativos.

Método de Maza.-

Clasifica los ríos según la forma de su sección transversal, sean éstos definidos o indefinidos, tomando como base el material que lo componen (cohesivo o no cohesivo) y de acuerdo con la distribución de estos materiales que por su naturaleza pueden ser homogéneos o heterogéneos.

Velocidades máximas de No Erosión:

1.18 3Vc = 0.60 as s Cohesivas

0.28 3Vc = 0.68 dm s No Cohesivas

En donde: Vc = velocidad media suficiente para degradar el cauce, en m/seg.

as = peso específico del material seco que se encuentra a una profundidad s, medida desde la superficie del agua (Ton/m3)

= coeficiente que depende de la frecuencia del caudal de diseño. Ver cuadro adjunto

dm = diámetro medio en mm del material de fondo

s = profundidad del agua

PROFUNDIDADES DE SOCAVACION EN SUELOS HOMOGENEOS



Suelos Cohesivos:

Suelos No Cohesivos:

Donde:

Yn = profundidad normal = exponente variable. Ver cuadro adjunto Qd = caudal de diseño (m3/s)Be = ancho efectivo de la superficie de aguaYm = profundidad media de la sección

Ym =

CUADRO DE COEFICIENTES

QI/Q 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80PQ 2.00 2.65 3.22 3.45 3.67 3.87 4.06 4.20

30° 60° 90° 120° 150°Pa 0.84 0.94 1.00 1.07 1.19

Z 0 0.5 1.0 1.5 2.0 3.0Pz 1.00 0.91 0.85 0.83 0.61 0.50

SOCAVACION GENERAL - EXPONENTE




0.30.290.280.27

0.360.350.340.330.320.31

0.420.410.40.390.380.37

2

0.520.510.50.490.480.470.460.45

0.80.830.860.880.9

SUELOS COHESIVOS

n (T/m3) X

0.930.96

1.521.581.641.71

1.21.241.281.38

0.981

1.041.08

1.46

1.8

1.16

1.4

1.12

1.89

0.410.43

0.430.420.410.40.390.380.370.360.350.340.330.320.310.30.290.280.270.260.250.240.230.220.210.20.19

5707501000

140190250310370450

152025406090

1.52.546810

SUELOS NO COHESIVOS

Dm (mm) X0.050.150.51

SOCAVACION GENERAL COEFICIENTE B

Período de retorno del gasto de diseño

[años]

Coeficiente

25

102050

100500

0.820.860.900.940.971.001.05


4.3.-drenaje-y-estudio-hidrolÓgico

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