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Los sistemas de drenaje superficial son de suma importancia en la ingeniería vial. Un pavimento sin instalaciones de drenaje adecuadas no funcionará durante mucho tiempo. El agua o la lluvia en el camino deben recolectarse mediante un drenaje lateral que lleve el agua de drenaje al arroyo más cercano o cualquier vía fluvial. Por lo tanto, antes de construir una calzada, el diseñador debe reservar el espacio necesario para proporcionar un drenaje adecuado y el pavimento también debe construirse con una inclinación mínima.
Diseño de sistema de drenaje superficial de carretera
Diseño de un sistema de drenaje superficial con dos tipos de análisis:
- Análisis hidrológico
- análisis hidráulico
Análisis hidrológico del drenaje de la carretera
Cada vez que llueve, parte del agua de lluvia se filtra en el suelo y se almacena como agua subterránea, y parte puede evaporarse a la atmósfera. Aparte de estas pérdidas, el agua que queda en la superficie se denomina escorrentía. El método para estimar la escorrentía se denomina análisis hidrológico. Estimar la cantidad máxima de agua que se espera llegue a un sistema de drenaje es el objetivo principal del análisis hidrológico. Para ello, necesitamos conocer los factores que inciden en la escorrentía y son:
- promedio de lluvia
- condiciones de humedad
- tipo de suelo
- Presencia de cobertura del suelo
- terreno
Además de los factores anteriores, se debe considerar la intensidad de las lluvias y la ocurrencia de tormentas en el área a partir de registros más antiguos. Por lo tanto, se puede estimar la escorrentía máxima para construir un sistema de drenaje superficial seguro.La escorrentía se puede calcular con la siguiente fórmula
Q = C yo Ad
donde Q = salida (m3/seg) C = coeficiente de escorrentía i = intensidad de lluvia (mm/seg) Ad = área de drenaje (m2)
El coeficiente de escorrentía ‘C’ es la relación entre la escorrentía y la lluvia. Por tanto, no es igual para todo tipo de superficies. Depende del tipo de superficie, los valores para cada superficie son:
| tipo de superficie | coeficiente de escorrentía |
| superficie del suelo filtrado | 0,05 a 0,30 |
| Suelo cubierto de hierba | 0,30 – 0,55 |
| suelo impermeable | 0,40 – 0,65 |
| Carretera de ripio y WBM | 0,35 – 0,70 |
| Betún y carretera CC | 0,80 – 0,90 |
Si el área de drenaje contiene diferentes superficies, el coeficiente de escorrentía se calcula de la siguiente manera:
do = (un1 C.1+A2 C.2+A3 C.3) / (A1+A2+A3)
donde C1C2, C3 son los coeficientes de escurrimiento de diferentes superficies, y A1, A2 y A3 son las regiones respectivas. El siguiente paso es calcular la intensidad de lluvia ‘i’. Para averiguarlo, primero necesitamos saber cuánto tarda el agua en llegar a la salida del área de drenaje. Esto se puede ver en el siguiente gráfico.Se llama hora de entrada.
Ahora necesitamos calcular el tiempo requerido para que el agua viaje desde la entrada hasta la salida de las aguas residuales. Esto se llama tiempo de viaje. Esta se calcula a partir de la velocidad permitida en la línea de drenaje y generalmente se mantiene entre 0,3 y 1,5 m/s. Luego se suman ambos tiempos (tiempo de entrada y tiempo de viaje) para dar el tiempo de concentración final. A partir de esta duración total, leemos la intensidad de las lluvias del siguiente gráfico, dada la frecuencia de ocurrencia de las lluvias (5 años, 10 años, etc.).
Finalmente, mirarás un mapa topográfico del área para calcular el área de la cuenca. Por lo tanto, finalmente tenemos el valor de diseño para la escorrentía ‘Q’.
Análisis hidráulico de tubería de drenaje de carretera
Luego, un análisis hidráulico de segunda etapa diseña las dimensiones de los canales de drenaje y los desagües subterráneos en función de la ‘Q’ obtenida del análisis anterior. Ahora tenemos una descarga diseñada para salir de ‘Q’. Si se conoce la velocidad admisible ‘V’ en el canal, el área del canal se puede calcular a partir de la fórmula:
Q = VA
Sin embargo, la velocidad permitida no es la misma para todos los tipos de canales. Si el canal está revestido, la velocidad permitida puede mantenerse normal. Sin embargo, si el canal no está revestido, puede causar graves daños al canal en forma de sedimentación y socavación.
| tipo de suelo | Velocidad permitida (m/seg) |
| arena o limo | 0,30 a 0,50 |
| ROHM | 0,60 – 0,90 |
| arcilla | 0,90 – 1,50 |
| grava | 1,20 – 1,50 |
| suelo con hierba | 1,50 – 1,80 |
Ahora puedes encontrar el área del canal en m2Luego, la pendiente longitudinal del Canal ‘S’ se calcula utilizando la fórmula de Manning.
donde V = Velocidad permitida (m/seg) N = Factor de rugosidad de Manning R = Radio hidráulico (m) S = Pendiente longitudinal del canal En la ecuación anterior, el valor de “V” ya se conoce. El radio hidráulico “R” es la relación entre el área de un canal y su perímetro mojado. Aquí, el coeficiente de tenacidad varía según el material de revestimiento de la siguiente manera.
| material de revestimiento | factor de rugosidad de Manning, n |
| suelo ordinario | 0.02 |
| suelo con capa de hierba | 0,05 a 0,10 |
| revestimiento de hormigón | 0.013 |
| revestimiento de escombros | 0.04 |
Finalmente, conocemos la pendiente longitudinal ‘S’ y conocemos todas las dimensiones del canal de drenaje. Así, se completa el diseño del sistema de drenaje superficial. Este método se utiliza principalmente para el diseño de cunetas de carreteras.
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