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ESTUDIO HIDROLÓGICO E HIDRÁULICO
PROYECTO:
ESTUDIOS PARA LA REHABILITACIÓN DE LA VÍA TROPEZÓN – LAS ANONASDE 14 KM., CANTÓN 24 DE MAYO, PROVINCIA DE MANABÍ
Marzo 2012
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ÍNDICE
1. INTRODUCCIÓN................................................................................................................ 5
2. OBJETIVO.......................................................................................................................... 5
3. ALCANCE .......................................................................................................................... 5
4. METODOLOGÍA ................................................................................................................ 6
5. DESCRIPCIÓN DE PARÁMETROS HIDROLÓGICOS E HIDRÁULICOS .................. 7
5.1. ESTUDIO HIDROLÓGICO.................................................................................................. 7
5.1.1. Generalidades................................................................................................................ 7
5.1.2. Análisis de la precipitación........................................................................................... 9
5.1.3. Intensidad de las lluvias ............................................................................................. 12
5.2. ESTUDIO HIDRÁULICO.................................................................................................... 14
5.2.1. Condiciones del sistema actual................................................................................. 14
5.2.2. Determinación de caudales de drenaje y de diámetros de alcantarillas ............ 18
5.2.3. Diseño de cunetas....................................................................................................... 20
5.3. ESTUDIO HIDROGEOLÓGICO ....................................................................................... 25
5.3.1. Generalidades.- ........................................................................................................... 25
5.3.2. Sistema de drenaje ..................................................................................................... 25
5.3.3. Metodología para la estimación de caudal de diseño ........................................... 26
5.3.4. Determinación del tipo de geotextiles a usar en el filtro. ....................................... 29
5.3.6. Diseño de subdrenaje ................................................................................................. 34
6. ANÁLISIS DEL BALANCE HIDROLÓGICO DE LAS ZONAS DE ESTUDIO ........... 39
7. ANÁLISIS DE RESULTADOS ..................................................................................... 39
8. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES............................................................... 40
8.1. Conclusiones ................................................................................................................... 40
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8.2. Recomendaciones .......................................................................................................... 40
9. CANTIDADES DE OBRA..................................................................................................... 42
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ESTUDIO HIDROLÓGICO E HIDRÁULICO
1. INTRODUCCIÓN
La rehabilitación de la vía Tropezón - Las Anonas del Cantón 24 de Mayo es parte
del programa que está ejecutando el Ministerio de Transporte y Obras Públicas
(MTOP) mediante convenio con la Secretaría Nacional de Gestión de Riesgos
(SNGR).
La mencionada vía actualmente presenta alto grado de deterioro que hace muy
difícil la circulación vial y peatonal. Dicho deterioro, entre otros factores, se debe al
deficiente drenaje superficial y subterráneo con el que cuenta, por lo que el
presente estudio está orientado, de conformidad con los términos de referencia
contenidos en los pliegos, a evaluar y/o verificar las condiciones topográficas,
climáticas, hidrológicas, drenaje, puntos de pase principales, cruce de quebradas,
ríos e identificación de sectores críticos, a fin de efectuar el estudio hidrológico ycálculo hidráulico de cada una de las obras de drenaje antes indicadas.
2. OBJETIVO
Determinar los diferentes aspectoshidrológicos e hidráulicos que permitan
rehabilitar la vías Tropezón - Las Anonas a través de un rediseño un sistema de
drenaje que tienda a garantizar que la vía cumpla con la vida útil prevista.
3. ALCANCE
El alcance de los trabajos se encuentra relacionado con la ejecución de estudios
en las áreas de Hidrología e Hidráulica.
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En la parte de Hidrología, sobre la base del análisis de precipitación de la zona, se
determinarán los caudales de drenaje de la vía para validar la idoneidad de la
capacidad de las obras construidas.
En el área de Hidráulica se evaluará el sistema actual y se realizarán en caso de
ser necesario, el diseño hidráulico de las obras de drenaje superficial y
subterráneo en las que se detectare justificación.
4. METODOLOGÍAPara la definición del régimen de lluvias que afectan los sitios de la zona de
estudio, se tomarán los registros de lluvias por lo menos de 20 años, mismos que
serán obtenidos del Instituto Nacional de Meteorología e Hidrología (INAMHI). Con
los registros de lluvias se elaborarán las curvas de intensidad – duración –
frecuencia para la zona del estudio, para posteriormente, en función del área de
drenaje, determinar los caudales, mismos que serán la base para el diseño de las
obras de drenaje para un período de retorno de 5 años.
El dimensionamiento de las obras de drenaje superficial, considerando un flujo a
gravedad, se lo hará con la fórmula de Manning.
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5. DESCRIPCIÓN DE PARÁMETROS HIDROLÓGICOS E
HIDRÁULICOS
5.1. ESTUDIO HIDROLÓGICO
5.1.1. Generalidades
El estudio hidrológico está orientado a determinar las escorrentías a las que
encuentran sometida la vía Tropezón – Las Anonas del cantón 24 de Mayo, cuyo
inicio se encuentra ubicado en las coordenadas UTM, PSAD 56, 9´922450 N
592936 E en la intersección de las vías Sucre – Lodana y Tropezón – Las Anonas;
y el fin, en las coordenadas 9´922450 N 592936 E, en la intersección de la vía en
sitio las Anonas y la vía a Jipijapa.
UBICACIÓNPROVINCIAL
UBICACIÓN LOCAL
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Para el efecto, se tomó como base, los registros de lluvias del Instituto Nacional
de Meteorología e Hidrología (INAMHI) para el período 1982~2006 de tres
estaciones meteorológicas de la provincia de Manabí, en las cuales portriangulación se encuentra inscrita la vía, objeto del estudio. Las estaciones en
mención son: Portoviejo (M005), Olmedo (M166) y Joa – Jipijapa (M455).
El gráfico siguiente se indica los sitios de análisis con la triangulación de las
estaciones meteorológicas.
Las coordenadas geográficas de las estaciones se indican en el siguiente cuadro:
Estación Coordenadas
Geográficas Universal Transversa de Mercator
Latitud Longitud E N
Portoviejo 01°02'26'' S 80°27'54'' W 559,523.22 9,884,982.17Olmedo 01°23'44'' S 80°12'39'' W 587,791.41 9,845,734.15Joa - Jipijapa 01°22'47'' S 80°38'01'' W 540,758.45 9,847,495.81
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La fuente hidrográfica predominante en la vía es el estero Naranjal, mismo que
tiene un curso paralelo al de la vía Tropezón - Las Anonas. Existen otros esteros
de menor grado que escurren hacia el estero Naranjal, como son los esteros Las
Astas y de La Llorona, entre otros.
5.1.2. Análisis de la precipitación
Para el análisis se tomaron las precipitaciones máximas en 24 horas, las cuales se
presentan en la siguiente tabla:
AÑOPORTOVIEJO OLMEDO JOA - JIPIJAPA
1982 48.90 85.80 29.50
1983 120.50 80.00 72.00
1984 47.30 110.80 9.30
1985 40.00 95.00 7.00
1986 54.70 63.00 5.80
1987 65.60 69.00 6.30
1988 18.30 79.80 45.00
1989 131.40 100.40 69.00
1990 37.80 90.70 40.001991 20.90 118.80 12.50
1992 69.70 100.60 90.30
1993 25.30 94.60 50.30
1994 66.50 121.20 65.00
1995 60.10 136.40 38.00
1996 40.80 55.40 24.00
1997 131.10 83.60 80.40
1998 86.70 100.00 302.70
1999 69.40 141.80 36.00
2000 41.30 98.00 60.00
2001 147.90 160.20 76.00
2002 50.80 162.80 50.00
2003 38.40 64.80 120.60
2004 57.90 62.80 25.20
2005 79.70 84.10 30.80
2006 56.70 97.70 27.80
PRECIPITACIÓN MÁXIMA EN 24 HORAS (mm)
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Con la fórmula siguiente se obtuvo el patrón de precipitación para cada uno de los
sitios de interés:
∑
∑
Donde:
P Precipitación en el sitio de interés, mm
P i Precipitación en las estaciones que forman la triangulación, mm
Ai Área del triangulación correspondiente a la estación, ha
Se obtuvieron los siguientes datos:
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Determinación de la precipitación en el sitio de interés
AÑO A1 A2 A3 SA P
PORTOVIEJO OLMEDO JIPIJAPA (ha) (ha) (ha) PORTOVIEJO OLMEDO JIPIJAPA (ha) (mm)
1982 48.90 85.80 29.50 21,636.75 38, 961.67 29,209.18 1, 058,037.08 3, 342,911.29 861,670.81 89, 807.60 58.60
1983 120.50 80.00 72 .0 0 2 1, 63 6.7 5 3 8, 961 .6 7 2 9, 20 9.1 8 2, 60 7, 22 8.3 8 3, 11 6, 93 3.6 0 2, 10 3, 06 0.9 6 8 9, 80 7. 60 8 7.1 6
1984 47.30 110.80 9.30 21,636.75 38, 961.67 29,209.18 1, 023,418.28 4, 316,953.04 271,645.37 89, 807.60 62.49
1985 40.00 95.00 7.00 21,636.75 38, 961.67 29,209.18 865,470.00 3, 701,358.65 204,464.26 89, 807.60 53.13
1986 54.70 63.00 5.80 21,636.75 38, 961.67 29,209.18 1, 183,530.23 2, 454,585.21 169,413.24 89, 807.60 42.40
1987 65.60 69.00 6.30 21,636.75 38, 961.67 29,209.18 1, 419,370.80 2, 688,355.23 184,017.83 89, 807.60 47.79
1988 18.30 79.80 45.00 21,636.75 38, 961.67 29,209.18 395,952.53 3, 109,141.27 1, 314,413.10 89, 807.60 53.66
1989 131.40 100.40 69 .0 0 2 1, 63 6.7 5 3 8, 961 .6 7 2 9, 20 9.1 8 2, 84 3, 06 8.9 5 3, 91 1, 75 1.6 7 2, 01 5, 43 3.4 2 8 9, 80 7. 60 9 7.6 6
1990 37.80 90.70 40.00 21,636.75 38, 961.67 29,209.18 817,869.15 3, 533,823.47 1, 168,367.20 89, 807.60 61.47
1991 20.90 118.80 12.50 21,636.75 38, 961.67 29,209.18 452,208.08 4, 628,646.40 365,114.75 89, 807.60 60.64
1992 69.70 100.60 90 .3 0 2 1, 63 6.7 5 3 8, 961 .6 7 2 9, 20 9.1 8 1, 50 8, 08 1.4 8 3, 91 9, 54 4.0 0 2, 63 7, 58 8.9 5 8 9, 80 7. 60 8 9.8 1
1993 25.30 94.60 50.30 21,636.75 38, 961.67 29,209.18 547,409.78 3, 685,773.98 1, 469,221.75 89, 807.60 63.50
1994 66.50 121.20 65 .0 0 2 1, 63 6.7 5 3 8, 961 .6 7 2 9, 20 9.1 8 1, 43 8, 84 3.8 8 4, 72 2, 15 4.4 0 1, 89 8, 59 6.7 0 8 9, 80 7. 60 8 9.7 4
1995 60.10 136.40 38 .0 0 2 1, 63 6.7 5 3 8, 961 .6 7 2 9, 20 9.1 8 1, 30 0, 36 8.6 8 5, 31 4, 37 1.7 9 1, 10 9, 94 8.8 4 8 9, 80 7. 60 8 6.0 1
1996 40.80 55.40 24.00 21,636.75 38, 961.67 29,209.18 882,779.40 2, 158,476.52 701,020.32 89, 807.60 41.67
1997 131.10 83.60 80 .4 0 2 1, 63 6.7 5 3 8, 961 .6 7 2 9, 20 9.1 8 2, 83 6, 57 7.9 3 3, 25 7, 19 5.6 1 2, 34 8, 41 8.0 7 8 9, 80 7. 60 9 4.0 0
1998 86.70 100.00 3 02 .7 0 2 1, 63 6.7 5 3 8, 961 .6 7 2 9, 20 9.1 8 1, 87 5, 90 6.2 3 3, 89 6, 16 7.0 0 8, 84 1, 61 8.7 9 8 9, 80 7. 60 1 62 .7 2
1999 69.40 141.80 36 .0 0 2 1, 63 6.7 5 3 8, 961 .6 7 2 9, 20 9.1 8 1, 50 1, 59 0.4 5 5, 52 4, 76 4.8 1 1, 05 1, 53 0.4 8 8 9, 80 7. 60 8 9.9 5
2000 41.30 98.00 60.00 21,636.75 38, 961.67 29,209.18 893,597.78 3, 818,243.66 1, 752,550.80 89, 807.60 71.98
2001 147.90 160.20 76 .0 0 2 1, 63 6.7 5 3 8, 961 .6 7 2 9, 20 9.1 8 3, 20 0, 07 5.3 3 6, 24 1, 65 9.5 3 2, 21 9, 89 7.6 8 8 9, 80 7. 60 1 29 .8 5
2002 50.80 162.80 50 .0 0 2 1, 63 6.7 5 3 8, 961 .6 7 2 9, 20 9.1 8 1, 09 9, 14 6.9 0 6, 34 2, 95 9.8 8 1, 46 0, 45 9.0 0 8 9, 80 7. 60 9 9.1 3
2003 38.40 64.80 120.60 21,636.75 38, 961.67 29,209.18 830,851.20 2, 524,716.22 3, 522,627.11 89, 807.60 76.59
2004 57.90 62.80 25.20 21,636.75 38, 961.67 29,209.18 1, 252,767.83 2, 446,792.88 736,071.34 89, 807.60 49.39
2005 79.70 84.10 30.80 21,636.75 38, 961.67 29,209.18 1, 724,448.98 3, 276,676.45 899,642.74 89, 807.60 65.70
2006 56.70 97.70 27.80 21,636.75 38, 961.67 29,209.18 1, 226,803.73 3, 806,555.16 812,015.20 89, 807.60 65.09
P*APrecip. Max. 24 H (mm)
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5.1.3. Intensidad de las lluvias
Para la obtención de las fórmulas de las intensidades de las lluvias de la zona se
tomó como insumo base las precipitaciones estimadas en los cálculos anteriores.
La distribución de la lluvia de 24 horas se la hizo de conformidad con lo
establecido en el Estudio de Diseño Detallado de los Esquemas de Trasvases de
Agua a las Cuencas de los Ríos Chone y Portoviejo realizado en 1994.
De esta forma fueron obtenidas para períodos de retorno de 2, 3, 5 y 10 años, las
curvas de Intensidad - Duración - Frecuencia (IDF) para cada uno de los sitios delestudio.
Duración
(min) 2 3 5 10
10 26.37 26.88 28.86 34.68
15 25.81 26.31 28.25 33.95
20 25.28 25.77 27.66 33.25
25 24.77 25.24 27.10 32.57
30 24.28 24.74 26.57 31.9335 23.80 24.26 26.05 31.31
40 23.35 23.80 25.55 30.71
45 22.91 23.35 25.07 30.13
50 22.49 22.92 24.61 29.58
55 22.08 22.51 24.17 29.04
60 21.69 22.11 23.74 28.53
65 21.31 21.72 23.32 28.03
70 20.95 21.35 22.92 27.55
75 20.60 20.99 22.54 27.09
80 20.25 20.64 22.17 26.64
85 19.92 20.31 21.80 26.2090 19.60 19.98 21.45 25.78
95 19.29 19.67 21.12 25.38
100 19.00 19.36 20.79 24.98
105 18.70 19.06 20.47 24.60
110 18.42 18.78 20.16 24.23
115 18.15 18.50 19.86 23.87
120 17.88 18.23 19.57 23.52
Tr (años)
VÍA TROPEZÓN - LAS ANONAS
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0.00
5.00
10.00
15.00
20.00
25.00
30.00
35.00
40.00
0 20 40 60 80 100 120 140
I n t e n s i d a d d e l l u v i a ( m m / h )
Duración de la lluvia (min)
VIA TROPEZÓN - LAS ANONASCurvas de Intensidad - Duración - Frecuencia
Tr=2 años
Tr=3 años
Tr=5 años
Tr=10 años
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5.2. ESTUDIO HIDRÁULICO
5.2.1. Condiciones del sistema actual
Para la evaluación del sistema de drenaje construido, se realizaron visitas de
campo a la zona del proyecto.
Se tomó como referencia puntos característicos como son inicio y fin de vía; datos
de las alcantarillas construidas tales como: ubicación, geometría, estado de la
entrada y la salida, descargas, entre otros. En los apéndices se presenta un
detalle fotográfico de cada una de las alcantarillas construidas del sistema de
drenaje superficial.
Del análisis se desprende que el actual sistema de drenaje superficial carece de
cunetas y que cuenta con un sistema de 39 alcantarillas, de las cuales, 4 se
encuentran en buen estado (10%), 14 en estado regular (36%); y 21 en mal
estado o colapsadas (54%).
Los indicadores de las deficientes condiciones de trabajo, se resumen en los
siguientes:
Falta de mantenimiento
Obstrucción en la entrada y/o salida con material de azolve o de tipo
vegetal
Colapso de muros de hormigón
Deficientes condiciones de ingreso y salida del flujo
Cauce de descarga obstruido.
Se pudo identificar sitios donde se requiere la inserción de nuevas alcantarillas,mismos que no fueron considerados en el sistema de drenaje existente.
En la ficha siguiente se indica el detalle de las referencias tomadas:
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b ue no r eg ular m aloh
(m)ALA
(m)
ESPESOR
(m)
ANCHO
(m)
101 0+278 ALC. # 1 10,00 1,20 563940,38 9862490,11 x1,00 2,20 1,60 0,25
5,20
102 0+354 ALC. # 2 10,00 1,20 563924,43 9862560,46 x1,00 2,20 1,60 0,25
5,20
103 0+856 ALC. # 3 10,00 1,20 563947,88 9863036,90 x
1,10 2,20 1,60 0,25
5,20
104 1+088 ALC. # 4 10,00 1,20 563930,87 9863254,79 x1,00 2,30 1,60 0,25
5,20
105 1+490 ALC. # 5 10,00 1,20 563721,11 9863593,00 x1,10 2,30 1,60 0,25
5,20
106 1+656 ALC. NUEVA 1 10,00 563602,14 9863720,271,60 0,25
5,20
107 1+851 ALC. # 6 10,00 1,20 563496,93 9863870,73 x1,10 2,20 1,60 0,25
5,20
108 2+051 ALC. # 7 10,00 1,20 563383,10 9864036,74 x1,00 2,30 1,60 0,25
5,20
109 2+210 ALC. # 8 10,00 1,20 563245,65 9864104,45 x1,00 2,20 1,60 0,25
5,20
110 2+454 ALC. # 9 10,00 1,20 563019,67 9864200,68 x1,00 2,20 1,60 0,25
5,20
111 2+590 ALC. NUEVA 2 10,00 563139,00 9864638,00
112 2+791 ALC. # 10 10,00 1,20 562704,07 9864237,21 x1,00 2,20 1,60 0,25
5,20
113 3+105,52 ALC. NUEVA 3 10,00 562437,22 9864068,361,00 1,60 0,25
5,20
114 3+195 ALC. # 11 10,00 1,20 562366,35 9864022,43 x1,00 1,00 1,60 0,25
5,20
115 3+391 ALC. # 12 10,00 1,20 562210,29 9863904,60 x1,00 2,20 1,60 0,25
5,20
MURO
PUNTO ALCANTARILLAØ
(m)
recoge de la ladera, obstruccion
vegetal y material parcial del
conducto
colapsada totalmente y
obstruida con vegetacion, no
tiene descarga
recoge de la l adera y las cunetas,
poca obstruccion
recoge dela ladera , colapsada y
obstruccion vejetal
buena descarga, y salida
salida a hogada, sin descarga
recoge agua de la ladera y es
ineficiente, semicolapsada,
morador pide alc. Tipo cajon
colpaso total, ubicada en una
curva, tiene un desnivel, entrada
abajo del nivel de salida
recoge agua de la ladera y de
cunetas, obstruccion vejetal
ALTURA DE
RELLENODETALLE DETALLE
entrada limpia, buen
encausamiento de ladera y
cunetas
recoge dela ladera y en los dos
sentidos de la cuneta, semi
enterrada
ENTRADA SALIDA
pendiente y canal de
descarga, con obstrucion
vejetal
ESTADO
recoge de la ladera, con
obstruccion vejetal
recoge de la ladera ,
semi cola psada. buena descarga, y sal ida
recoge agua de l adera, colapsada
y obstruccion vejetal
recoge de la l adera colapsada
totalmente
posee 3m del nivel de la
descarga, y el muro se esta
desprendiendo
no posee pendiente de
descarga, obstrucion vegetal.
sin pendiente de descarga
esta colapsada
colapsada de tierra, y sin
pendiente de descarga en el
tubo
se encuentra a 195 m de la alc. # 6, recoge agua de la ladera, se
requiere de un buen canal de descarga (cruce de otra via)
buen canal de descarga
salida a hogada, sin descarga
LONGITUD
(m)ABSCISA
se encuentra a 83,30 m de al c. # 11, el agua y palizada sobre la
via
sin pendiente de descarga
ESTE NORTE
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b ue no r eg ular m aloh
(m)ALA
(m)
ESPESOR
(m)
ANCHO
(m)
116 3+668 ALC. # 13 10,00 1,20 561973,74 9863762,28 x1,00 2,20 1,60 0,25
5,20
117 3+906 ALC. # 14 10,00 1,20 561796,81 9863607,02 x1,00 2,20 1,60 0,25
5,20
118 4+452 ALC. # 15 10,00 1,20 561517,17 9863149,80 x1,00 2,20 1,60 0,25
5,20
119 4+755 ALC. # 16 10,00 1,20 561421,26 9862860,20 x1,00 2,20 1,60 0,25
5,20
120 5+105 ALC. # 17 10,00 1,20 561258,56 9862544,63 x0,90 2,20 1,60 0,25
5,20
121 5+382 ALC. # 18 10,00 1,20 561091,74 9862329,56 x1,00 2,20 1,60 0,25
5,20
122 5+575 ALC. # 19 10,00 1,20 560927,30 9862029,05 x1,00 2,20 1,60 0,25
5,20
123 5+737 ALC. # 20 10,00 1,20 560771,30 9861832,46 x1,00 2,20 1,20 0,25
4,70
124 5+986,50 ALC. # 21 10,00 1,20 560685,09 9861810,16 x0,80 1,50 1,20 0,25
4,70
125 6+075 ALC. # 22 10,00 1,50 560568,19 9861287,77 x0,25
126 6+692 ALC. # 23 10,00 1,00 560407,09 9860989,890,20 1,00 1,00 0,25
4,70
127 7+046 ALC. # 24 10,00 1,20 560352,25 9860785,32 x1,10 2,20 1,30 0,25
4,70
128 7+151 ALC. NUEVA 4 10,00 560558,07 9861068,08
129 7+250,50 ALC # 25 10,00 560558,71 9861068,08 x0,60 2,20 1,20 0,25
3,80
130 7+363 ALC. # 26 10,00 1,20 560301,07 9860693,08 x0,60 2,20 1,20 0,25
3,80
ESTADO ALTURA DE
RELLENO
MURO
DETALLE DETALLE
PU NT O AB SCI SA ALCANTARILLALONGITUD
(m)
Ø
(m)ESTE NORTE
ENTRADA SALIDA
recoge de la ladera con
obstruccion vejetal
colapsada totalmente
buen encausamiento de la ladera
sin muro de ala, tiene tipo cajon,
colapsada de tierra
colapsada totalmente
muro de ala desprendido,
parcialmente obstruida
recoge de la l adera, colapsada
por tierra
recoge de la ladera con
obstruccion
buena descarga
colapsada totalmente
desprendimiento del muro
por deslizamiento,
socavacion en la via
mejorar canal de descarga,
semiahogada
ahogada totalmente, muro de
descarga a media via
buena descarga, con
proteccion enrocado
posee control de salida
mitad colapsada de tierra
colapsada totalmente, y
desprendimiento del muro de
ala
recoge de la ladera con
obstruccion vejetal
alcantarilla en diagonal al eje de
via, recoge de la ladera
recoge de la ladera
colapsada totalmente
encauzamiento de un estero sin muro de ala solo relleno y
alcantarill a, parte baja del puebito Chial
mitad colapsada de tierra
semi colapsada
salida enterrada
buena descarga, mejorar
salida
ahogada totalmente
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b ue no r eg ular m aloh
(m)ALA
(m)
ESPESOR
(m)
ANCHO
(m)
131 7+734 ALC. # 27 10,00 560211,00 9860443,29 x0,25
132 7+821,50 ALC. # 28 10,00 1,20 560164,56 9860348,73 x 0,60 2,20 1,20 0,25 5,20
133 8+191 ALC. # 29 10,00 1,20 559914,51 9859969,33 x0,80 2,20 1,20 0,25
5,20
134 8+392 ALC. # 30 10,00 1,20 559790,89 9859818,13 x0,80 2,20 1,20 0,25
5,20
135 8+836 ALC. # 31 10,00 1,50 559461,46 9859519,15 x1,20 2,00 1,20 0,25
5,20
136 9+154 ALC. # 32 10,00 1,00 559306,26 9859251,05 x1,00 1,70 1,20 0,25
5,20
137 9+327,50 ALC. # 33 10,00 1,00 559142,65 9858727,83 x1,00 2,20 1,20 0,25
5,20
138 9+706 ALC. # 34 10,00 1,00 559135,60 9858460,21 x1,00 3,90 2,20 0,25
5,20
139 10+367,50 ALC. # 35 10,00 1,00 558893,15 9858147,83 x1,00 2,20 3,00 0,25
5,20
140 10+494 ALC. # 36 10,00 1,00 558840,99 9858034,36 x1,00 2,20 2,60 0,25
5,20
141 10+640 PUENTE 558743,42 9857952,87 x1,00 0,25
142 10+046,20 ALC. # 37 10,00 1,00 558481,40 9857665,64 x 1,00 1,00 0,25 5,20
143 11+531 ALC. # 38 10,00 1,00 558347,13 9857212,57 x1,00 1,00 0,25
5,20
144 11+736 ALC. # 39 10,00 1,00 558282,56 9857021,01 x1,00 1,00 0,25
5,20
PU NT O AB SCI SA ALCANTARILLALONGITUD
(m)
Ø
(m)ESTE NORTE
ENTRADA SALIDAESTADO ALTURA DE
RELLENO
MURO
DETALLE DETALLE
recoge agua de las cunetas buena descarga
buen encausamiento pero con
obstruccion vegetal
descarga de un pequeño
estero semi colapsada
buena descarga, socavacion
en invert del tubo
recoge agua de un pequeño estero
y de la ladera
c ol a ps ad a to ta lmen te c ol a ps ad a to ta lmen te
recoge agua de ladera, ahogada,
margen derecho col apsada totalmente
alcantarilla doble colapsada,
recoge gran agua de ladera colapsada totalmente
c ol a ps ad a to ta lmen te c ol a ps ad a to ta lmen te
c ol a ps ad a to ta lmen te d es ca rga d es pej ad a
c ol a ps ad a to ta lmen te c ol a ps ad a to ta lmen te
recoge agua de las cunetas, tiene
muro de cajon
buena descarga y con muro
de ala de proteccion
ahogada si n pendientedescarga
recoge agua de ladera
colapsada y mucha
vegetacion
colapsada totalmente
en el puente el rio cruza con un estero
recoge agua de la via y ahogada
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5.2.2. Determinación de caudales de drenaje y de diámetros de alcantarillas
Los caudales que escurren a los tramos de la vía del estudio se determinan con la
fórmula racional puesto que la áreas de drenaje son inferiores a 5.00 Km21
. Lafórmula racional es la siguiente:
Donde:
Q, Caudal escurrido, m3/s
C, Coeficiente de escorrentía
I, Intensidad de lluvia, mm/h
A, Área de drenaje, ha
Los períodos de retorno escogidos son 3 y 5 años, para el trabajo normal y
chequeo respectivamente.
Para el escogimiento del coeficiente de escorrentía se tomó en cuenta la
naturaleza de la superficie de drenaje de la zona, la cual fue categorizada comopastos y bosques1. Bajo esta consideración se ponderaron los valores y se obtuvo
un valor de C=0.30.
Para la definición de las áreas de drenaje se empleo la cartografía del IGM a
escala 1:25000.
Los caudales de descarga al sistema de drenaje construido con los respectivos
caudales de descarga y diámetros calculados, requeridos e instalados, se indicaen el siguiente cuadro:
1Chereque W., HIDROLOGÍA, PUCP
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19
CUADRO COMPARATIVO
Diámetros calculados, requeridos e instalados
ALC. ABSCISA AREA OBSERV.DRENAJE Calculado Requerido Existente
(ha) (m3/s) (mm) (mm) (mm)
1 0+278.00 6.78 0.16 434 1000 1200 OK
2 0+354.00 52.19 1.20 924 1000 1200 OK
3 0+856.00 66.88 1.54 1014 1200 1200 OK
4 1+088.00 59.09 1.36 968 1000 1200 OK
5 1+490.00 54.49 1.26 941 1000 1200 OK
6 1+851.00 36.82 0.85 811 1000 1200 OK
7 2+051.00 34.06 0.79 789 1000 1200 OK
8 2+210.00 11.09 0.26 521 1000 1200 OK
9 2+454.00 11.04 0.25 513 1000 1200 OK
10 2+791.00 13.54 0.31 556 1000 1200 OK11 3+195.00 7.75 0.18 454 1000 1200 OK
12 3+391.00 12.91 0.30 549 1000 1200 OK
13 3+668.00 14.00 0.32 563 1000 1200 OK
14 3+906.00 21.30 0.49 660 1000 1200 OK
15 4+452.00 23.15 0.53 680 1000 1200 OK
16 4+755.00 18.01 0.42 623 1000 1200 OK
17 5+105.00 13.82 0.32 563 1000 1200 OK
18 5+382.00 114.68 2.64 1242 1500 1200 CAMBIO
19 5+575.00 10.19 0.23 497 1000 1200 OK
20 5+737.00 9.28 0.21 481 1000 1200 OK
21 5+986.50 12.89 0.30 549 1000 1200 OK
22 6+075.00 128.70 2.97 1298 1500 1500 OK
23 6+692.00 35.45 0.82 801 1000 1000 OK
24 7+046.00 23.83 0.55 689 1000 1200 OK
25 7+250.50 54.38 1.25 938 1000 1200 OK
26 7+363.00 36.68 0.85 812 1000 1200 OK
27 7+734.00 34.49 0.80 794 1000 1200 OK
28 7+821.50 41.04 0.95 846 1000 1200 OK
29 8+191.00 83.23 1.92 1102 1200 1200 OK
30 8+392.00 39.22 0.90 829 1000 1200 OK
31 8+836.00 57.51 1.33 960 1000 1500 OK
32 9+154.00 60.86 1.40 979 1000 1000 OK
33 9+327.50 59.99 1.38 974 1000 1000 OK34 9+706.00 43.55 1.00 863 1000 1000 OK
35 10+367.50 53.58 1.23 932 1000 1000 OK
36 10+494.00 33.17 0.76 778 1000 1000 OK
37 10+046.20 36.51 0.84 808 1000 1000 OK
38 11+531.00 28.70 0.66 738 1000 1000 OK
39 11+736.00 16.80 0.39 606 1000 1000 OK
Caudal DIÁMETROS
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20
Del cuadro se desprende que los diámetros instalados si satisfacen las
solicitaciones de descarga del escurrimiento, exceptuando la alcantarilla 18,
mismos que deberá ser cambiado de 1200 a 1500 mm, una vez que se inicie la
implementación de los presentes estudios de rehabilitación.
Fueron identificados 4 sitios para la ubicación de nuevas alcantarillas, las cuales
son necesarias para descargar volúmenes de agua que actualmente se empozan
y provocan inundaciones debido a que no existen las respectivas descargas.
A continuación se indican los detalles de las nuevas alcantarillas.
DETALLES DE LAS NUEVAS ALCANTARILLAS
Si bien las escorrentías estimadas requieren para las 4 alcantarillas diámetros de1000mm, se adopta 1200, como seguridad para el mantenimiento.
5.2.3. Diseño de cunetas
Las cunetas son sistemas de drenaje superficial que sirven fundamentalmente
para recoger la escorrentía de la vía, garantizando de esta manera su integridad
durante la vida útil prevista.
Su funcionamiento es similar al de los canales abiertos y para su diseño hidráulico
se empleará la fórmula de Manning, esto es:
ALC. ABSCISA AREA
DRENAJE Calculado Requerido Adoptado
(ha) (m3/s) (mm) (mm) (mm)
NUEVA 1 1+656.00 34.45 0.79 789 1000 1200
NUEVA 2 2+590.00 9.34 0.22 489 1000 1200
NUEVA 3 3+105.52 11.10 0.26 521 1000 1200
NUEVA 4 7+151.00 18.32 0.42 623 1000 1200
CaudalDIÁMETROS
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21
Donde:
A, Área mojada
n, Coeficiente de forma (coeficiente de rugosidad)
R, Radio hidráulico
S, Pendiente hidráulica
Siendo estás obras de hormigón, el coeficiente de forma se lo adopta igual a
n=0.013. La sección considerada es de tipo triangular con un talud de m=1.00.
Las pendientes adoptadas son similares a las pendientes de diseño vertical de la
vía.
Para lograr un rápido drenaje dela escorrentía de la vía, las cunetas tendrán una
longitud máxima aproximada de 150.00 m. Las descargas se efectuarán a los
cauces naturales de la zona o a cunetones construidos paralelos a la vía, mismos
que finalmente descargarán a las alcantarillas. En los cuadros siguientes se
presenta los resultados de los cálculos hidráulicos:
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TRAMOS Longitud Pendiente
PENDIENTE
(ABS)
AREA
DRENAJE
Pendiente
Inicial RT Final RT
(m) (%) (%) (m2) (l/s) (m3/S) (m/m) (m) (m) (m/m) (m)
1 1+630.00 A 1+780.00 B 150.00 2.84 2.84 1,080.00 9.55 0.010 0.0284 0.11 0.14 1.00 0.28
1+780.00 1+880.00 100.00 2.84 2.84 720.00 6.37 0.006 0.0284 0.07 0.09 1.00 0.192 1+880.00 B 2+030.00 C 150.00 0.41 0.41 1,080.00 9.55 0.010 0.0041 0.19 0.25 1.00 0.49
2+030.00 2+180.00 150.00 0.41 0.41 1,080.00 9.55 0.010 0.0041 0.13 0.16 1.00 0.33
2+180.00 2+320.00 140.00 0.41 0.41 1,008.00 8.92 0.009 0.0041 0.12 0.16 1.00 0.32
3 2+320.00 C 2+470.00 C 150.00 1.10 1.10 1,080.00 9.55 0.010 0.0110 0.13 0.17 1.00 0.34
2+470.00 2+560.00 90.00 1.10 1.10 648.00 5.73 0.006 0.0110 0.09 0.11 1.00 0.23
4 2+560.00 C 2+640.00 C 80.00 4.51 4.51 576.00 5.09 0.005 0.0451 0.07 0.09 1.00 0.18
5 2+640.00 C 2+790.00 C 150.00 0.66 0.66 1,080.00 9.55 0.010 0.0066 0.15 0.20 1.00 0.39
2+790.00 2+940.00 150.00 0.66 0.66 1,080.00 9.55 0.010 0.0066 0.15 0.20 1.00 0.39
6 2+940.00 C 3+060.00 A 120.00 4.23 4.23 864.00 7.64 0.008 0.0423 0.08 0.10 1.00 0.21
7 3+060.00 B 3+210.00 A 150.00 2.10 2.10 1,080.00 9.55 0.010 0.0210 0.09 0.12 1.00 0.24
3+210.00 3+360.00 150.00 2.10 2.10 1,080.00 9.55 0.010 0.0210 0.09 0.12 1.00 0.24
3+360.00 3+480.00 120.00 2.10 2.10 864.00 7.64 0.008 0.0210 0.09 0.12 1.00 0.24
8 3+480.00 A 3+630.00 C 150.00 -0.28 0.28 1,080.00 9.55 0.010 0.0028 0.14 0.18 1.00 0.35
9 3+630.00 C 3+700.00 A 70.00 1.79 1.79 504.00 4.46 0.004 0.0179 0.07 0.09 1.00 0.18
10 3+700.00 A 3+860.00 C 160.00 -0.62 0.62 1,152.00 10.19 0.010 0.0062 0.12 0.15 1.00 0.31
3+860.00 4+020.00 160.00 -0.62 0.62 1,152.00 10.19 0.010 0.0062 0.12 0.15 1.00 0.31
11 4+020.00 C 4+170.00 C 150.00 2.10 2.10 1,080.00 9.55 0.010 0.0210 0.09 0.12 1.00 0.244+170.00 4+300.00 130.00 2.10 2.10 936.00 8.28 0.008 0.0210 0.09 0.12 1.00 0.24
12 4+300.00 C 4+450.00 C 150.00 1.09 1.09 1,080.00 9.55 0.010 0.0109 0.11 0.14 1.00 0.27
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13 4+580.00 C 4+660.00 C 80.00 4.54 4.54 576.00 5.09 0.005 0.0454 0.06 0.08 1.00 0.16
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15 4+780.00 B 4+930.00 A 150.00 3.41 3.41 1,080.00 9.55 0.010 0.0341 0.09 0.11 1.00 0.22
4+930.00 5+080.00 150.00 3.41 3.41 1,080.00 9.55 0.010 0.0341 0.09 0.11 1.00 0.22
5+080.00 5+200.00 120.00 3.41 3.41 864.00 7.64 0.008 0.0341 0.08 0.10 1.00 0.20
16 5+200.00 A 5+340.00 C 140.00 -1.62 1.62 1,008.00 8.92 0.009 0.0162 0.08 0.11 1.00 0.21
17 5+340.00 C 5+460.00 C 120.00 -0.45 0.45 864.00 7.64 0.008 0.0045 0.11 0.15 1.00 0.30
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19 5+560.00 A 5+680.00 A 120.00 0.56 0.56 864.00 7.64 0.008 0.0056 0.11 0.14 1.00 0.29
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21 5+720.00 B 5+780.00 C 60.00 0.49 0.49 432.00 3.82 0.004 0.0049 0.09 0.11 1.00 0.23
22 5+780.00 C 5+840.00 A 60.00 0.49 0.49 432.00 3.82 0.004 0.0049 0.09 0.11 1.00 0.23
23 5+840.00 A 5+920.00 B 80.00 -2.52 2.52 576.00 5.09 0.005 0.0252 0.07 0.09 1.00 0.18
24 5+920.00 B 6+070.00 C 150.00 0.65 0.65 1,080.00 9.55 0.010 0.0065 0.12 0.15 1.00 0.30
6+070.00 6+140.00 70.00 0.65 0.65 504.00 4.46 0.004 0.0065 0.08 0.11 1.00 0.21
25 6+140.00 C 6+290.00 A 150.00 3.36 3.36 1,080.00 9.55 0.010 0.0336 0.09 0.11 1.00 0.22
6+290.00 6+400.00 110.00 3.36 3.36 792.00 7.00 0.007 0.0336 0.07 0.10 1.00 0.19
26 6+400.00 A 6+500.00 C 100.00 0.04 0.04 720.00 6.37 0.006 0.0004 0.16 0.21 1.00 0.42
27 6+500.00 C 6+540.00 A 40.00 3.10 3.10 288.00 2.55 0.003 0.0310 0.06 0.07 1.00 0.14
28 6+540.00 A 6+620.00 B 80.00 -2.30 2.30 576.00 5.09 0.005 0.0230 0.07 0.09 1.00 0.18
29 6+620.00 B 6+740.00 A 120.00 2.36 2.36 864.00 7.64 0.008 0.0236 0.08 0.10 1.00 0.21
30 6+740.00 A 6+780.00 B 40.00 2.63 2.63 288.00 2.55 0.003 0.0263 0.06 0.07 1.00 0.15
TABSCISA
Q
h H m
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TRAMOS Longitud Pendiente
PENDIENTE
(ABS)
AREA
DRENAJE
Pendiente
Inicial RT Final RT
(m) (%) (%) (m2) (l/s) (m3/S) (m/m) (m) (m) (m/m) (m)
31 6+780.00 B 6+800.00 A 20.00 -2.21 2.21 144.00 1.27 0.001 0.0221 0.04 0.05 1.00 0.10
32 6+800.00 A 6+900.00 C 100.00 0.47 0.47 720.00 6.37 0.006 0.0047 0.10 0.13 1.00 0.2733 6+900.00 C 7+050.00 A 150.00 3.14 3.14 1,080.00 9.55 0.010 0.0314 0.09 0.11 1.00 0.23
7+050.00 7+200.00 150.00 3.14 3.14 1,080.00 9.55 0.010 0.0314 0.09 0.11 1.00 0.23
7+200.00 7+280.00 80.00 3.14 3.14 576.00 5.09 0.005 0.0314 0.07 0.09 1.00 0.17
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7+380.00 7+480.00 100.00 -0.78 0.78 720.00 6 .37 0.006 0.0078 0.09 0.12 1.00 0.24
35 7+480.00 C 7+580.00 A 100.00 3.18 3.18 720.00 6.37 0.006 0.0318 0.07 0.09 1.00 0.19
7+580.00 7+680.00 100.00 3.18 3.18 720.00 6.37 0.006 0.0318 0.07 0.09 1.00 0.19
36 7+680.00 A 7+830.00 C 150.00 1.21 1.21 1,080.00 9.55 0.010 0.0121 0.10 0.13 1.00 0.27
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37 7+920.00 C 8+080.00 A 160.00 3.45 3.45 1,152.00 10.19 0.010 0.0345 0.09 0.11 1.00 0.22
38 8+080.00 A 8+260.00 B 180.00 -6.12 6.12 1,296.00 11.46 0.011 0.0612 0.08 0.10 1.00 0.21
39 8+260.00 B 8+410.00 C 150.00 1.69 1.69 1,080.00 9.55 0.010 0.0169 0.10 0.13 1.00 0.25
8+410.00 8+500.00 90.00 1.69 1.69 648.00 5.73 0.006 0.0169 0.08 0.10 1.00 0.21
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8+760.00 8+860.00 100.00 -0.77 0.77 720.00 6 .37 0.006 0.0077 0.09 0.12 1.00 0.2443 8+860.00 C 8+920.00 B 60.00 -2.23 2.23 432.00 3.82 0.004 0.0223 0.07 0.09 1.00 0.17
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9+600.00 9+680.00 80.00 3.28 3.28 576.00 5.09 0.005 0.0328 0.07 0.09 1.00 0.17
48 9+680.00 A 9+780.00 C 100.00 -0.36 0.36 720.00 6.37 0.006 0.0036 0.11 0.14 1.00 0.28
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10+320.00 10+470.00 150.00 0.29 0.29 1,080.00 9.55 0.010 0.0029 0.14 0.18 1.00 0.35
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51 10+620.00 C 10+700.00 A 80.00 3.35 3.35 576.00 5.09 0.005 0.0335 0.07 0.09 1.00 0.17
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53 10+820.00 C 10+900.00 C 80.00 -2.60 2.60 576.00 5.09 0.005 0.0260 0.08 0.11 1.00 0.21
54 10+900.00 C 11+030.00 A 130.00 3.48 3.48 936.00 8.28 0.008 0.0348 0.08 0.10 1.00 0.20
55 11+030.00 A 11+160.00 C 130.00 1.60 1.60 936.00 8.28 0.008 0.0160 0.09 0.12 1.00 0.24
56 11+160.00 C 11+320.00 A 160.00 2.71 2.71 1,152.00 10.19 0.010 0.0271 0.09 0.12 1.00 0.23
11+320.00 11+480.00 160.00 2.71 2.71 1,152.00 10.19 0.010 0.0271 0.09 0.12 1.00 0.23
57 11+480.00 A 11+600.00 B 120.00 -4.22 4.22 864.00 7.64 0.008 0.0422 0.08 0.10 1.00 0.20
58 11+600.00 B 11+750.00 C 150.00 1.05 1.05 1,080.00 9.55 0.010 0.0105 0.11 0.14 1.00 0.28
11+750.00 11+840.00 90.00 1.05 1.05 648.00 5.73 0.006 0.0105 0.09 0.11 1.00 0.23
59 11+840.00 C 12+020.00 A 180.00 8.62 8.62 1,296.00 11.46 0.011 0.0862 0.07 0.10 1.00 0.19
60 12+020.00 A 12+100.00 B 80.00 -2.47 2.47 576.00 5.09 0.005 0.0247 0.07 0.09 1.00 0.18
61 12+100.00 B 1 2+160.00 A 60.00 0.45 0.45 432.00 3.82 0.004 0.0045 0.09 0.11 1.00 0.23
TABSCISA
Q
h H m
RT REFERENCIA TOPOGRÁFICA
A PUNTO ALTO
B PUNTO BAJO
C CAMBIO DE PENDIENTE
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La sección de cuneta adoptada es de sección triangular, en concordancia con el
gráfico que a continuación se expone:
De los cálculos realizados se obtuvo valores de H (altura de cuneta) que van
desde los 5 hasta los 25 cm, con boca de cuneta (T) comprendidos entre 10 a 50
cm, respectivamente. Se adopta de manera general, para todas las cunetas de la
vía la siguiente sección:
Con dicha sección se tiene una seguridad, que incrementa la capacidad de
conducción en 1.65 a 61.41 veces respecto a la solicitación de escorrentía
requerida.
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5.3. ESTUDIO HIDROGEOLÓGICO
5.3.1. Generalidades.-
A pesar de tener adecuados materiales a nivel de la capa de rodadura, base y
sub-base, la mayor parte de las vías en nuestro medio tienden a deteriorarse con
el consecuente colapso debido a la falta de adecuados sistemas de drenaje en los
que se contemple la inclusión del llamado drenaje interno o subterráneo, que es
aquel que se encarga de recoger el agua de infiltración y de manera organizada
descargarla a cauces naturales.
En función de la agilidad con la se capte y se drene el agua infiltrada en losestratos de las vías, se garantiza una mayor durabilidad de éstas. De lo contrario,
el exceso de agua en los suelos afecta sus propiedades geomecánicas,
incrementa la carga hidrostática y la presión intersticial, entre otros, produciendo
cambios volumétricos que contribuyen al deterioro y colapso de las vías.
El empleo de subdrenes, es una excelente alternativa para el manejo de los
fluidos en lechos porosos puesto que éstos permiten captar y conducir al agua deuna manera rápida y eficiente, protegiendo a la obra de la sobresaturación que
conlleva a la aparición de problemas ya mencionados.
5.3.2. Sistema de drenaje
Un sistema de drenaje eficiente y estable debe estar compuesto por un medio
filtrante y otro drenante. Para el caso de sistemas de drenaje con geodren, lafunción de filtración – retener el suelo permitiendo el paso del agua – la
desempeña el geotextil no tejido. El medio drenante es el encargado de captar
conducir el agua que pasa a través del filtro, función realizada por un elemento
sintético que se conoce con el nombre de geo-red.
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Para logar un buen diseño de un sistema de drenaje usando geodren, se
deben tener en cuenta los siguientes aspectos fundamentales:
1. Establecer el sitio o los sitios más convenientes en donde se requieran
captar los fluidos.
2. Estimar el caudal crítico para un tramo de diseño, el cual es la sumatoria de
los caudales de aporte que provienen del agua subterránea e infiltrada
superficialmente.
3. Establecer el geotextil a usar en el sistema de filtración. El uso de los
geotextiles ha venido desplazando los sistemas tradicionales de filtración,
debido principalmente al aumento de la vida útil del sistema de drenaje,
facilidad de instalación y reducción de los costos totales de la construcción.
Adicionalmente los geotextiles son materiales de alta calidad que se
fabrican siguiendo unos procesos normalizados, con el fin de lograr unas
resistencias mecánicas y propiedades hidráulicas establecidas según
normas internacionales.
5.3.3. Metodología para la estimación de caudal de diseño
La metodología para estimar el caudal de diseño en el caso de sistemas de
subdrenajes en vía, se indica a continuación:
El caudal generado por la infiltración de agua lluvia: el agua lluvia cae
directamente en la carpeta del pavimento. Una parte de ésta inevitablemente se
infiltra en la estructura del pavimento debido a que las carpetas de pavimento,
tanto rígido como flexible, no son impermeables.
El caudal generado por el abatimiento del nivel de agua subterránea. En sitios
donde se encuentre nivel freático a una altura tal, que afecte la estructura del
pavimento, es necesario abatir este nivel de manera que no genere
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inconvenientes por excesos de agua.
El caudal proveniente de escorrentía superficial. Este caudal puede ser controladocon métodos de captación, de manera tal, que se minimice la entrada a la
estructura del pavimento. En tramos en donde se considere el caudal de agua
infiltrada proveniente de escorrentía como un caudal de aporte, se debe estimar
teniendo en cuentas los métodos hidrológicos.
Para estimar los dos primeros caudales, que son los que van a estar presentes en
el diseño de los subdrenes para vías, se tiene las siguientes fórmulas:
5.3.3.1. Caudal por infiltración
qinf=IR*B*L*Fi*FR
Donde:
IR Intensidad de lluvia, registrada en la zona del proyecto.
B Para subdrenes longitudinales, B es la semibanca de la vía (ancho de la
vía/2). Para el caso de subdrenes transversales, B es la distancia entresubdrenes.
L Longitud del tramo de drenaje.
Fi Factor de filtración. Tabla 1.
FR Factor de retención de la capa granular, refleja el hecho que la capa
granular, dada su permeabilidad, entrega lentamente el agua al
subdren. Tabla 2.
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TABLA 1Valores Fi
TIPO DE CARPETA Fi Carpetas asfálticas muy bien conservadas 0.30
Carpetas asfálticas normalmente 0.40Carpetas asfálticas pobrementeconservadas 0.50
Carpetas de concreto de cemento Portland 0.67
TABLA 2Valores FR
TIPO DE BASE FR
Bases bien graduadas, en servicio 5 años o más 1/4
Bases normalmente graduadas, en servicio 5 años omás 1/3
Bases bien pobremente graduadas, en servicio 5 añoso más 1/2
5.3.3.2. Caudal de abatimiento por nivel freático
qNF=K*i*A
i=(Nd-Nf) / (B)A =(Nd-Nf)*L
Donde:
K Coeficiente de permeabilidad de suelo adyacente.
I Gradiente hidráulico.
Nd Cota inferior del subdrén.
Nf Cota superior del nivel freático.
A Área efectiva para el caso de abatimiento del nivel freático.
B Para subdrenes longitudinales, B es la semibanca de la vía. Para el caso desubdrenes transversales, B es la distancia entre subdrenes.
L Longituddeltramodedrenaje.
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Esquema de los elementos de los subdrenes
El caudal del diseño se determina como la suma de los dos caudales anteriores:
qd=qinf +qNF
5.3.4. Determinación del tipo de geotextiles a usar en el filtro.
El filtro evita una excesiva migración de partículas de suelo y simultáneamente
permite el paso del agua, lo anterior implica que el geotextil debe tener una
abertura aparente máxima adecuada para retener el suelo, cumpliendo
simultáneamente con un valor mínimo admisible de permeabilidad que permita el
paso del flujo de una manera eficiente. Para llegar a la selección del geotextil no
sólo hay que tener en cuenta lo anterior, sino además, la resistencia a la
colmatación, supervivencia y durabilidad, todos estos criterios se explican
brevemente a continuación:
Retención.-
Asegura que las aberturas sean lo suficientemente pequeñas para evitar la
migración del suelo hacia el medio drenante o hacia donde se dirige el flujo.
Permeabilidad.-
Debe permitir un adecuado flujo del agua a través del geotextil considerado su
habilidad para esto.
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Colmatación.-
Es el resultado del taponamiento de algunos de sus vacíos por la penetración de
partículas de suelo fino, con una incidencia en la reducción de la permeabilidad,por lo tanto el geotextil deberá que tener un número mínimo de vacíos o una alta
porosidad.
Supervivencia.-
El geotextil debe tener unos valores mínimos de resistencia mecánica con el
objetivo que soporte las actividades de instalación y manipulación. Estas
propiedades son: resistencia a la tensión, resistencia al punzonamiento,
resistencia al estallido y resistencia al rasgado.
Durabilidad.-
Es la resistencia que debe tener un geotextil en el tiempo, bien sea por ataque
químico, biológico o por intemperismo.
La metodología de diseño consiste en revisar, cual de los geotextiles satisface las
características hidráulicas y mecánicas que resulten de la revisión de los criteriosde diseño que se presentan a continuación.
Criterio de retención
De acuerdo con los establecido en “GeoexilesEngineering Manual” de la Federal
HighwayAdministration (FHWA) y basados en los criterio de retención de
Chistopher y Holz (1989), Carroll (1983), un geotextil debe cumplir con lasiguiente condición:
TAA<D85 *B Donde:
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TAA Tamaño de abertura, dato suministrado por el fabricante. Corresponde a
la abertura de los espacios libres (en milímetros) Se obtiene tamizando
unas esferas de vidrío de diámetros conocidos, cuando el 5% de untamaño determinado de esferas pasa a través del geotextil, se define el
D85 o el TAA.Ensayo ASTM D4751.
D85 Tamaño de partículas (en milímetros). Cuando al tamizar un suelo pasa
el 85% de éste. Este dato se obtiene de la curva granulométrica del suelo
en consideración.
B Coeficiente que varía entre 1 y 3. depende del tipo de suelo a filtrar, de
las condiciones de flujo y del tipo de geotextil.
Para arenas, arenas gravosas, arenas limosas y arenas arcillosas (Con menos de
50% que pasa el tamiz No 200) B es función del coeficiente de uniformidad Cu, de
la siguiente manera:
Cu<2ó>8:UseB=1
2<Cu<4:UseB=0.5*Cu
4<Cu<8:UseB=8/Cu
Donde:
Cu=D60 /D10
En suelos arenosos mal graduados usar B entre 1.5 y 2. Para suelos finos, (más
de 50% psa el tamiz No 200) B es función del tipo de geotextil.
Para geotextiles no tejidos punzonados por agujas use B = 3 La AASHTO
TaskForce No 25 (1986), recomienda que los geotextiles mínimo debe cumplir:
TAA<0.3mm
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Criteriode permeabilidad
El coeficiente de permeabilidad es la propiedad hidráulica por medio de la cual, elgeotextil permite un adecuado paso de flujo perpendicular al plano del mismo;
para revisar la permeabilidad del geotextil se debe tener en cuenta lo siguiente:
Para condiciones de flujo estable o flujo laminar y suelos no dispersivos, con
porcentajes de finos no mayores al 50%, y de acuerdo con el criterio de Schober
y Teindl (1979); Water (1980); Carroll (1983); Christopher y Holtz (1985) y otros:
Kg>Ks
Kg: Permeabilidad delgeotextilKs: Permeabilidad delsuelo
Para condiciones de flujo crítico, altos gradientes hidráulicos y buscando un
correcto desempeño a largo plazo reduciendo los riesgos de colmatación se
recomienda usar el criterio de Carroll (1983); Chistopher y Holtz (1985):
En estas condiciones también se recomienda colocar una capa de arena media
a gruesa.
Criterio de Colmatación
En aplicaciones críticas o en proyectos que involucren suelos muy finos se
recomienda realizar ensayos de colmatación con los suelos del sitio; la norma
que describe este ensayo es la ASTM 5101 – 90.
Este criterio considera la posibilidad de taparse algunos de sus vacios debido a
incrustaciones de partículas de suelo. Por lo tanto el geotextil debe tener un
porcentaje mínimo de espacios vacíos.
Los geotextiles con una mayor resistencia a la colmatación, son los geotextiles no
tejidos punzonados por agujas, en los cuales el riesgo a que se taponen gran
parte de sus orificios es muy bajo debido al espesor que poseen y a los altos
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valores de porosidad que presentan. Los geotextiles no tejidos unidos por
temperaturas o calandrados, son mucho mas delgados y rígidos, razón por la
cual se parecen en su comportamiento a los geotextiles tejidos, Leuttich (1993).
Los geotextiles tejidos tiene baja porosidad y el riesgo de colmatación muy alto,
con la consecuencia de una pérdida súbita en la permeabilidad. Razón por la
cual no se recomienda usar como filtros en sistemas de drenaje. De acuerdo
con el criterio de Chistopher y Holtz, 1985; R. Koemer, 1990, los geotextiles
usados como medios filtrantes deben tener una porosidad: > 50%
Criterio de supervivencia
El geotextil en el proceso de instalación y a los largo de su vida útil puede estar
sometido a unos esfuerzos, los cuales deben ser soportados por el mismo, de tal
manera que no afecte drásticamente sus propiedades hidráulicas y físicas.
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5.3.6. Diseño de subdrenaje
Caudales de diseño
Tomando como base el estudio de permeabilidad, los resultados obtenidos bajolas condiciones metodológicas antes descritas se resumen en el siguiente cuadro:
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Los caudales de infiltración fluctúan entre 3.08 y 3.13 l/s. Para el diseño del los subdrenes, dando el 50% de seguridad, elcaudal adoptado es de 4.70 l/s.
VARIABLE 00+000.00 01+000.00 02+000.00 03+000.00 04+000.00 05+000.00 06+000.00 07+000.00 08+000.00 09+000.00 10+000.00 11+000.00 12+000.00
IR (mm/h) 33.25 33.25 33.25 33.25 33.25 33.25 33.25 33.25 33.25 33.25 33.25 33.25 33.25
IR (cm/s) 0.0009 0.0009 0.0009 0.0009 0.0009 0.0009 0.0009 0.0009 0.0009 0.0009 0.0009 0.0009 0.0009
B (m) 7.20 7.20 7.20 7.20 7.20 7.20 7.20 7.20 7.20 7.20 7.20 7.20 7.20
B/2 (cm) 360.00 360.00 360.00 360.00 360.00 360.00 360.00 360.00 360.00 360.00 360.00 360.00 360.00
L (cm) 37,000.00 37,000.00 37,000.00 37,000.00 37,000.00 37,000.00 37,000.00 37,000.00 37,000.00 37,000.00 37,000.00 37,000.00 37,000.00
Fi= 0.50 0.50 0.50 0.50 0.50 0.50 0.50 0.50 0.50 0.50 0.50 0.50 0.50
FR= 0.50 0.50 0.50 0.50 0.50 0.50 0.50 0.50 0.50 0.50 0.50 0.50 0.50
Qinf (cm2/s) 0.0831 0.0831 0.0831 0.0831 0.0831 0.0831 0.0831 0.0831 0.0831 0.0831 0.0831 0.0831 0.0831
Nd (m) 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00
Nf (m) 0.20 0.20 0.20 0.20 0.20 0.20 0.20 0.20 0.20 0.20 0.20 0.20 0.20
I (m/m) 0.2563 0.2635 0.2469 0.2263 0.3526 0.4652 0.3852 0.3512 0.2882 0.2756 0.3126 0.3326 0.1956
K (cm/s) 4.15E-06 3.69E-06 9.15E-06 5.40E-06 1.15E-06 9.90E-06 1.00E-05 2.60E-05 4.63E-06 7.46E-06 8.23E-06 5.56E-06 4.52E-06
A (cm2/cm) 0.80 0.80 0.80 0.80 0.80 0.80 0.80 0.80 0.80 0.80 0.80 0.80 0.80
qinf (cm2/s) 0.00017 0.00016 0.00036 0.00020 0.00006 0.00074 0.00062 0.00146 0.00021 0.00033 0.00041 0.00030 0.00014
Qt (cm2/s) 0.08330 0.08328 0.08349 0.08332 0.08319 0.08386 0.08374 0.08459 0.08334 0.08345 0.08354 0.08342 0.08327
Q (cm3/s) 3,081.92 3,081.38 3,089.00 3,082.86 3,078.03 3,102.89 3,098.43 3,129.68 3,083.52 3,087.80 3,090.86 3,086.57 3,080.86
Qml (cm3/s) 8.33 8.33 8.35 8.33 8.32 8.39 8.37 8.46 8.33 8.35 8.35 8.34 8.33
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Determinación de los diámetros de la tubería de drenaje
Teniendo en cuenta que el flujo a darse los tubos de los subdrenes es a gravedad,para la determinación del diámetros de aplicó la fórmula de Manning.
En el mercado se encuentra disponible la tubería perforada de policloruro de vinilo
(PVC) rígido de pared corrugada para instalarse en sistemas de drenaje de suelos
y vías. Los diámetros comerciales son 110, 160 y 200 mm.
La tubería de 160 mm para todos los tramos analizados, permite descargar los
caudales filtrantes.
Los cálculos para estimación de los diámetros se los realizó con la ayuda del
programa HCANALES Ver. 3.0.
Para el análisis se escogió los casos extremos de funcionamiento hidráulico, esto
es para las pendientes mínima y máxima.
Los datos hidráulicos obtenidos para cada tramo se indican a continuación:
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Pendiente Mínima
Pendiente Máxima
Criterios para la selección de geotextil.
• Criterio de retención:
El tamaño de la abertura del geotextil debe escogerse menor que los valores de TAAestimado para cada uno de los sitios en concordancia con los valores del siguiente cuadro.
ABSCISA D85 (mm) TAA (mm)
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• Criterio de permeabilidad:
Como es un suelo fino, se debe cumplir, que el coeficiente de permeabilidad del geotextil a
emplearse sea mayor a 10 veces el coefiente de permeabilidad del suelo, esto es:
Kg>= 10 * Ks
ABSCISA Ks (cm/s) 10*Ks
Todos los elementos que componen al subdren se indican en el siguiente esquema:
DETALLE DE SUBDREN LATERALES
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6. ANÁLISIS DEL BALANCE HIDROLÓGICO DE LAS ZONAS DE
ESTUDIOEl análisis del balance hidrológico de las zonas de estudio se lo realizó tomandocomo base los registros de lluvias de las estaciones hidrometeorológicas dePortoviejo, Olmedo y Joa-Jipijapa. Se efectuó la triangulación respectiva yfinalmente se determinó el patrón de lluvias para períodos de retorno de 2, 3, 5 y10 años.
El detalle del análisis se encuentra contenido en el numeral 5.2 del presenteestudio.
7. ANÁLISIS DE RESULTADOS
En el numeral 5 se presenta en detalle los resultados de los estudios Hidrológico eHidráulico en concordancia con los términos de referencia contractuales.Adicionalmente, sin contar este requerimiento en los pliegos, el Consultor llevó acabo el estudio hidrogeológico para el diseño del drenaje subterráneo.
En el estudio Hidrológico, sobre la base de registros de las estaciones hidrológicas
de Portoviejo, Olmedo y Joa-Jipijapa, se obtuvo la ecuación de lluvias de la zona.En lo relacionado con el estudio Hidráulico se realizó la evaluación del sistema dedrenaje superficial existente con la finalidad de establecer el adecuadodimensionamiento de dichas obras a nivel de alcantarillas y cunetas.
Por último, en el estudio Hidrogeológico, sobre la base de los estudios declasificación de los suelos y de permeabilidad de campo, se determinó loscaudales de infiltración, mismos que son la base para el dimensionamiento deldrenaje subterráneo.
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8. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
8.1. Conclusiones
Del estudio Hidráulico realizado para la rehabilitación de la vía Tropezón - Las
Anonas se desprende que actualmente dicha vía cuenta con un sistema de
drenaje compuesto por 39 alcantarillas, las mismas que en su mayoría tienen
secciones transversales que si son capaces de conducir los caudales de drenaje,
pero éstas han colapsado debido a varias razones entre las que resaltan: a)Falta
de mantenimiento rutinario, b)Niveles de solera bajo la cota natural del cauce,c)Acumulación de sedimentos provenientes de la cuenca alta debido al alto grado
de deforestación existente.
Por otro lado, la vía como tal en toda su extensión presenta deterioro debido a que
carece de drenaje subterráneo y de cunetas para el drenaje de la escorrentía de la
vía propiamente dicha.
8.2. Recomendaciones
Sobre la base de la evaluación realizada del estado de la vía, se proponen, para
su rehabilitación la implementación de las siguientes medidas.
Dar mantenimiento a las alcantarillas existentes que tienen un diámetro
apropiado para la descarga de la escorrentía superficial proveniente de las
laderas.
Reubicar el invert de las alcantarillas construidas para que se tenga una
descarga libre que evite las actuales inundaciones y encharcamientos.
Reconstruir los muros de ala en las alcantarillas donde se encuentran
colapsados.
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Construir alcantarillas nuevas en sitio donde se ha detectado la necesidad.
Incorporar un sistema de cunetas longitudinales con sus respectivas
descargas a cauces naturales. Adicionar a lo largo de toda la vía un sistema de drenaje subterráneo que
permita descargar los caudales de infiltración.
Proponer un plan de reforestación de la cuenca de drenaje.
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9. CANTIDADES DE OBRA
A continuación se presenta la estimación de la cantidad de obra de los rubros más
representativos en los que se refiere al sistema de drenaje superficial y subterráneo.
DRENAJE SUPERFICIAL
El drenaje superficial está compuesto de alcantarillas y cunetas, estructuras hidráulicas que
conducirán la escorrentía tanto de la propia vía como de las laderas aledañas a los cauces
naturales, protegiendo de esta forma la integridad vial.
Alcantarillas
Existen 39 alcantarillas construidas, las cuales ameritan para su rehabilitación de limpieza y
de readecuaciones en la parte estructural de los muros de ala así como también de mejorar
los accesos y descargas. Se precisa construir 4 alcantarillas nuevas en las abscisas 1+656,
2+590, 3+106 y 7+151.
En el cuadro siguiente se dan las características generales de las alcantarillas construidas y
por construir.
ALCANTARILLA ABSCISALONGITUD
(m)
Ø COORDENADAS UTM
(m) ESTE NORTE
1 0+278 10,00 1,20 563940,38 9862490,11
2 0+354 10,00 1,20 563924,43 9862560,46
3 0+856 10,00 1,20 563947,88 9863036,90
4 1+088 10,00 1,20 563930,87 9863254,79
5 1+490 10,00 1,20 563721,11 9863593,00
ALC. NUEVA 1 1+656 10,00 1,20 563602,14 9863720,27
6 1+851 10,00 1,20 563496,93 9863870,73
7 2+051 10,00 1,20 563383,10 9864036,74
8 2+210 10,00 1,20 563245,65 9864104,45
9 2+454 10,00 1,20 563019,67 9864200,68
ALC. NUEVA 2 2+590 10,00 1,20 563139,00 9864638,00
10 2+791 10,00 1,20 562704,07 9864237,21
ALC. NUEVA 3 3+105,52 10,00 1,20 562437,22 9864068,36
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11 3+195 10,00 1,20 562366,35 9864022,43
12 3+391 10,00 1,20 562210,29 9863904,60
13 3+668 10,00 1,20 561973,74 9863762,28
14 3+906 10,00 1,20 561796,81 9863607,02
15 4+452 10,00 1,20 561517,17 9863149,80
16 4+755 10,00 1,20 561421,26 9862860,20
17 5+105 10,00 1,20 561258,56 9862544,63
18 5+382 10,00 1,20 561091,74 9862329,56
19 5+575 10,00 1,20 560927,30 9862029,05
20 5+737 10,00 1,20 560771,30 9861832,46
21 5+986,50 10,00 1,20 560685,09 9861810,16
22 6+075 10,00 1,50 560568,19 9861287,77
23 6+692 10,00 1,00 560407,09 9860989,89
24 7+046 10,00 1,20 560352,25 9860785,32
ALC. NUEVA 4 7+151 10,00 1,20 560558,07 9861068,08
25 7+250,50 10,00 560558,71 9861068,08
26 7+363 10,00 1,20 560301,07 9860693,08
27 7+734 10,00 560211,00 9860443,29
28 7+821,50 10,00 1,20 560164,56 9860348,73
29 8+191 10,00 1,20 559914,51 9859969,33
30 8+392 10,00 1,20 559790,89 9859818,13
31 8+836 10,00 1,50 559461,46 9859519,15
32 9+154 10,00 1,00 559306,26 9859251,05
33 9+327,50 10,00 1,00 559142,65 9858727,83
34 9+706 10,00 1,00 559135,60 9858460,21
35 10+367,50 10,00 1,00 558893,15 9858147,83
36 10+494 10,00 1,00 558840,99 9858034,36
37 10+046,20 10,00 1,00 558481,40 9857665,64
38 11+531 10,00 1,00 558347,13 9857212,57
39 11+736 10,00 1,00 558282,56 9857021,01
El proyecto contempla mejoras para las 39 alcantarillas construidas como son: limpieza,fortalecimiento de su sistema estructural y readecuación de las entradas y descargas. Por
otro lado se ha considerado la construcción de 4 alcantarillas nuevas D=1200mm de 10.00
ml de longitud cada una, es decir 40.00 ml en total.
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Cunetas
El volumen total se lo obtiene multiplicando el área de la sección transversal de la cuneta
por la longitud de la vía. Como las cunetas van de lado y lado, el total de hormigón
requerido es igual a:
Donde:
A, Sección transversal del hormigón de la cuneta (A=0.09 m2)
L, Longitud de la vía (L=11,736.00m)
V=2(0.09)(11,736.00)=2,112.48 m3
Para un mejor desempeño hidráulico se ha considerado en el sistema de cunetas dos tipos
de descarga: las del tipo "B" y las del tipo "C". Las primeras se ubican en los puntos bajos y
las segundas, en los tramos largos que llevan pendientes similares (ver planos). Se ha
ALCANTARILLAS - HORMIGÓN CICLOPEO EN ENTRADA Y SALIDA
RUBRO Área Espesor Volumen Cantidad Volumen
(m2) (m) (m3) (u) (m3)
Hormigón ciclópeo en entrada de alcantarilla 10,86 0,15 1,63 43 70,05
Hormigón ciclópeo en descarga de alcantarilla 10,86 0,15 1,63 43 70,05
Total 140,09
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estimado un total de 180 descargas de cunetas, de las cuales 136 son de tipo "C"; y, 44 de
tipo "B". Estas estructuras son de hormigón armado, con el siguiente estimado de
cantidades de obra:
Sección de la obra de descarga de cuneta
DESCARGA TIPO “C”
PAREDES
LONGITUD(m)
E(m)
H(m)
VOLUMEN (m³)VOLUMEN
PARCIAL (m³)
3.00 0.10 0.35 0.11 0.21
LOSA INFERIOR
LONGITUD(m)
E(m)
B -2E(m)
VOLUMENPARCIAL (m³)
3.00 0.10 0.50 0.15
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PAREDES = 0.21 m³
LOSA INFERIOR = 0.15 m³
VOLUMEN TOTAL = 0.36 m³
DESCARGA TIPO “B”
PAREDES
LONGITUD(m) E(m) H(m) VOLUMEN (m³) VOLUMENPARCIAL (m³)
1.50 0.10 0.35 0.053 0.105
LOSA INFERIOR
LONGITUD(m)
E(m)
B -2E(m)
VOLUMENPARCIAL (m³)
1.50 0.10 0.50 0.075
PAREDES = 0.105 m³LOSA INFERIOR = 0.075 m³
VOLUMEN TOTAL = 0.18 m³
RESUMEN
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CANTIDAD VOLUMENUNITARIO
VOLUMEN(m³)
DESCARGAS TIPO
"C" 136 0.36 48.96DESCARGAS TIPO
"B" 44 0.18 7.92
TOTAL 56,88
DRENAJE SUBTERRÁNEO
Geotextil
CUNETAS - HORMIGÓN CICLOPEO EN DESCARGAS DE CUNETAS
RUBRO Área Espesor Volumen Cantidad Volumen
(m2) (m) (m3) (u) (m3)
Hormigón ciclópeo en descargas tipo "B" 1,00 0,15 0,15 44 6,60
Hormigón ciclópeo en descargas tipo "C" 1,00 0,15 0,15 136 20,40
Total 27,00
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El geotextil es una protección perimetral del subdren, mismo que se utiliza para evitar el
ingreso de partículas finas del suelo adyacente al filtro de graba y al tubo de PVC
perforado. El área del geotextil se lo determina multiplicando el perímetro del subdren por
la longitud de toda la vía, esto es:
()
Donde:
b, Ancho del subdren
h, Altura del subdren
t, Traslape de geotextil
L, Longitud de la vía
Si para el caso del diseño se tiene b=0.50m, h=1.00m, t=0.10m; y, L=11,736.00m, entonces
para un subdren, el área del geotextil requerido será:
A=(2*0.50+2*1.00+2*0.10)11,736.00=37,555.20 m2
Como se tienen 2 subdrenes en la vía, uno de cada lado, el total del geotextil necesario es
de 75,110.40 m2.
Otros materiales para subdrenes y transporte
En concordancia con el diseño, para los subdrenes se requieren materiales pétreos para el
filtro y tubería de PVC perforada de drenaje, cuya estimación de cantidades se indican en la
tabla siguiente:
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RUBRO Ancho Alto Area Longitud Volumen Volumen
total
(m) (m) (m2) (m) (m3) (m3)
Excavación 0,50 1,00 0,50 11.736,00 5.868,00 11.736,00
Transporte de material excavado 0,50 1,00 0,50 11.736,00 5.868,00 11.736,00
Filtro grava 3/4 - 2" 0,50 0,90 0,45 11.736,00 5.281,20 10.562,40
Encamado grava 0,50 0,10 0,05 11.736,00 586,80 1.173,60
RUBRO Longitud Longitud
total
(ml) (ml)
Tubo PVC perforado 160mm 11.736,00 23.472,00
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