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El sistema de drenaje se proyectará de modo que sea capaz de desaguar el caudal máximo correspondiente o un determinado periodo de retorno de acuerdo con la tabla 4.1.
TABLA 4.1
| Tipo de estructura | Carretera | Período de retorno años |
| Puentes en puntos en los que la retención de la riada puede provocar daños en el puente o su pérdida |
Todas | 50-100 |
| Puentes en otras circunstancias | Principal Secundaria |
50-100 25 |
| Caños, tajeas, alcantarillas y pontones |
Principal Secundaria |
25 10 |
| Cunetas y drenaje longitudinal | Principal Secundaria |
10 5 |
| Vías urbanas, excepto caces y sumideros |
Todas | 10 |
| Caces y sumideros (Se puede tolerar la formación de remansos de corta duración) |
Todas | 2-5 |
El cálculo de caudales a desaguar se realizará partiendo de los datos de aforos existentes, complementados con la observación de las obras de desagüe en servicio próximas a la que se estudia. Cuando no existan datos paro proceder según lo indicado en el párrafo anterior, pero si cauces naturales bien definidos, se efectuará la determinación del caudal máximo previsible mediante el análisis de estos últimos.
Si no existieran tales cauces, se recurrirá a los métodos de correlación entre las precipitaciones y las escorrentías, aplicando; preferentemente, el método racional, la fórmula de Bürkli-Ziegler y, en su defecto, la de Talbot.
Se recabarán tales datos de los Servicios Hidráulicos del Ministerio de Obras Públicas.
La observación de las obras próximas al punto de ubicación de la que se estudia permitirá conocer el nivel medio más frecuente, así como los máximas avenidas que han soportado y los daños producidos por las mismas.
Se deberán considerar las circunstancias existentes en estas estructuras, toles como las condiciones de entrada y salida del agua, si actúa o no en carga, etc. para obtener, con la máxima aproximación posible, los caudales de descarga.
El cálculo de caudales se obtendrá mediante la aplicación de la fórmula de Manning para movimiento del agua en cauces abiertos.
Q =(1/n)·S·R2/3·J1/2
en la que
La determinación de los elementos de la fórmula se realizará de la manera siguiente:
Se elegirá un tramo del cauce de una longitud mínima de unos 60 metros que cumpla, en lo posible, las siguientes condiciones: uniformidad, alineación recta, proximidad al lugar de ubicación de la obra y marcas o señales claras de los niveles máximos alcanzados por las riadas. Del perfil de los máximos niveles alcanzados por el agua, se deducirá un valor aproximado de la pendiente J de la línea de carga, dividiendo la pérdida de altura del principio al final del tramo por la longitud del mismo.
El coeficiente de rugosidad "n" se obtendrá, de acuerdo con las características del cauce, utilizando lo tabla 4.2.3.
TABLA 4.2.3
COEFICIENTE DE RUGOSIDAD n A UTILIZAR EN LA FORMULA DE MANNING
| Coeficiente de Manning |
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| Cunetas y canales sin revestir | |
| En tierra ordinaria, superficie uniforme y lisa | 0,020-0,025 |
| En tierra ordinaria, superficie irregular | 0,025-0,035 |
| En tierra con ligera vegetación | 0,035-0,045 |
| En tierra con vegetación espesa | 0,040-0,050 |
| En tierra excavada mecánicamente | 0,028-0,033 |
| En roca, superficie uniforme y lisa | 0,030-0,035 |
| En roca, superficie con aristas e irregularidades | 0,035-0,045 |
| Cunetas y Canales revestidos | |
| Hormigón | 0,013-0,017 |
| Hormigón revestido con gunita | 0,016-0,022 |
| Encachado | 0,020-0,030 |
| Paredes de hormigón, fondo de grava | 0,017-0,020 |
| Paredes encachadas, fondo de grava | 0,023-0,033 |
| Revestimiento bituminoso | 0,013-0,016 |
| Corrientes Naturales | |
| Limpias, orillas rectas, fondo uniforme, altura
de lamina de agua suficiente |
0,027-0,033 |
| Limpias, orillas rectas, fondo uniforme, altura
de lamina de agua suficiente, algo de vegetación |
0,033-0,040 |
| Limpias, meandros, embalses y remolinos de poca importancia |
0,035-0,050 |
| Lentas, con embalses profundos y canales ramifi- cados |
0,060-0,080 |
| Lentas, con embalses profundos y canales ramifi- cados, vegetación densa |
0,100-0,2001 |
| Rugosas, corrientes en terreno rocoso de montaña | 0,050-0,080 |
| Areas de inundación adyacentes al canal ordinario | 0,030-0,2001 |
(1) Se tomarán los valores más elevados para corrientes profundas que
sumerjan parte importante de la vegetación.
Tabla tomada de S.M. Woodward and C. J Posey "Hydraulics of steady flow in open
channels".
El valor obtenido de Q es una primera aproximación del verdadero caudal, ya que aparte de las limitaciones de validez que supone la aplicación de la fórmula de Manning, se ha supuesto que J era la pérdida de altura del agua en el tramo dividida por la longitud del mismo, cuando en realidad es la pendiente de la línea de cargo.
Este caudal Q dividido por las áreas medias a la entrado y a la salida del tramo dará valores aproximados de la velocidad en ambas secciones y la pérdida de carga dinámica en el tramo será:
V2/2g = [(Q/A (entrada)2/2·g]-[(Q/A(salida)2/2·g]
Restando este valor de la diferencia de niveles del agua a la entrada y salida del tramo, utilizado para el primer tanteo, y dividiendo el resultado de esta resta por la longitud del tramo, se obtendrá un valor corregido de J y, a partir de él, un nuevo valor de Q más aproximado al verdadero que el anterior.
El caudal de avenidas que deberá desaguar la obra de desagüe en estudio se relacionará con las característicos de lo cuenca o superficie aportadora y las precipitaciones por medio de la fórmula.
Q=C·I·A/360
en la que
Hasta que un método mas preciso permita determinar la escorrentía para unas condiciones dadas, se utilizarán los coeficientes de la tabla 4.2.4.2a
TABLA 4.2.4.2a
| Tipo de superficie | Coeficiente de escorrentia |
| Pavimentos de hormigón y bituminosos | 0,70 a 0,95 |
| Pavimentos de macadam | 0,25 a 0,60 |
| Adoquinados | 0,50 a 0,70 |
| Superficie de grava | 0,15 a 0,30 |
| Zonas arboladas y bosque | 0,10 a 0,20 |
| Zonas con vegetación densa: Terrenos granulares Terrenos arcillosos |
0,05 a 0,35 0,15 a 0,50 |
| Zonas con vegetación media: Terrenos granulares Terrenos arcillosos |
0,10 a 0,50 0,30 a 0,75 |
| Tierra sin vegetación | 0,20 a 0,80 |
| Zonas cultivadas | 0,20 a 0,40 |
Los valores más elevados para cada tipo de superficie corresponden a las pendientes más fuertes y a los suelos más impermeables. Cuando la cuenca se componga de zonas de distintas características, se obtendrá un coeficiente ponderado de escorrentía, teniendo en cuenta el área y coeficientes de escorrentía de las zonas que la constituyen.
En la mayor parte de los casos, se obtendrá un valor, suficientemente aproximado, del coeficiente de escorrentía, utilizando la tabla 4.2.4.2b. A cada suma de índices K, para las cuatro (4) condiciones generales señaladas en la tabla, corresponderá un valor de C, de acuerdo con los límites que en la misma se establecen.
TABLA 4.2.4.2b
COEFICIENTE DE ESCORRENTIA
| VALORES DE K | ||||
| 1. Relieve del terreno | 40 Muy accidentado pendientes superiores al 30 % |
30 Accidentado pendientes entre el 10% y el 30 % |
20 Ondulado pendientes entre el 5% y el 10 % |
10 Llano pendientes inferiores al 5 % |
| 2. Permeabilidad del suelo | 20 Muy impermeable Roca |
15 Bastante impermeable Arcilla |
10 Bastante permeable Normal |
5 Muy permeable Arena |
| 3. Vegetación | 20 Ninguna |
15 Poca Menos del 10% de la superficie |
10 Bastante Hasta el 50% de la superficie |
5 Mucha Hasta el 90% de la superficie |
| 4. Capacidad de almacenaje de agua | 20 Ninguna |
15 Poca |
10 Bastante |
5 Mucha |
| Valor de K comprendido entre | 75-100 | 50-75 | 30-50 | 25-30 |
| Valor de C | 0,65-0,80 | 0,50-0,65 | 0,35-0,50 | 0,20-0,35 |
En una primera aproximación, puede aceptarse como coeficiente de escorrentía medio el de 0,50.
El factor i de la fórmula racional representa la intensidad media de la precipitación máxima, de duración igual al tiempo de concentración y frecuencia correspondiente al periodo de retorno fijado en el proyecto
Se compone de dos sumandos: el tiempo necesario poro que el agua corra por el terreno desde el punto más alejado al sumidero del dren y el preciso para que llegue del sumidero a la sección considerada.
Para determinar el tiempo de concentración, pueden utilizarse testigos que sean fácilmente arrastrados por el agua en la cabecera de la cuenca mientras llueve, midiendo el tiempo que tardan en llegar al punto que interesa.
En su defecto, el cálculo aproximado del primero de los sumandos indicados se efectuará utilizando el ábaco de la figura 4.2.4.3.1. y la determinación del segundo sumando se hará a la vista de los características hidráulicas del colector. En el cálculo de obras de desagüe este sumando será, normalmente, despreciable.
Si, por las dimensiones de la cuenca, no se puede aplicar el ábaco, se utilizará la fórmula
T=[(0,871·L3)/H]0,385
en la que
La aplicación de esta fórmula se limitará a cuencas de extensión inferior a 5.000 Ha.
La correlación entre la intensidad media de precipitación de duración variable y la intensidad media de la precipitación horaria máxima que se refiere al mismo período de retorno viene dada por la fórmula
It=9,25Iht-0'55
en la que h
Para la aplicación de la fórmula anterior, puede utilizarse el ábaco representado en la figura 4.2.4.3.2a.
El valor de la máxima precipitación horaria que corresponde a un determinado período de retorno, Ih, se solicitará del Servicio Meteorológico Nacional.
En defecto de tales datos, se tomará como máxima precipitación horaria el 25 % de la máxima precipitación diaria correspondiente al mismo período de retorno. Las isohietas de las.figuras 4.2.4.3.2b.-c y d (FIGURAS OMITIDAS, POR AHORA, EN WWW.CARRETERAS .ORG) pueden ser de utilidad en la determinación de máximas precipitaciones.
Se medirá sobre el terreno o sobre los planos disponibles.
Su valor en lo fórmula reseñada se expresará en Ha.
Su aplicación puede ser útil en zonas de bastante extensión, por ejemplo de área superior a 200 Ha.
Q=3,90·A·Im·C·(J/A)1/4
en la que
La intensidad de lo lluvia se calculará de modo análogo al reseñado en el epígrafe 4.2.4.
La fórmula de Talbot relaciona la sección de desagüe necesaria con el área de la cuenca de la forma siguiente:
S=K·A3/4
en la que
Pueden utilizarse los valores de K recogidos en la tabla 4.2.6.
TABLA 4.2.6
| Tipo de terreno | K |
| Terreno montañoso con pendientes fuertes | 0,18 |
| Terreno ondulado con pendientes moderadas | 0,12 |
| Valles aislados muy anchos en relación con su longitud | 0,09 |
| Terreno agrícola con cuenca a desaguar de longitud tres o cuatro veces su ancho |
0,06 |
| Terreno muy llano sujeto a nevadas o inundaciones | 0,04 |
Estos valores del coeficiente K servirán de orientación y deberán ser modificados de acuerdo con la experiencia local.
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