Drenaje Bordillos Barranquilla

7/25/2019 Drenaje Bordillos Barranquilla

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DISEÑO DE DRENAJE VIAL

1.1. DRENAJE DE LA CORONA

La corona, también llamada plataforma, es la superficie visible de una carretera, formadapor su(s) calzada(s), bermas y sobreanchos, así como el separador central o mediana, encaso de que este último forme parte de la sección transversal típica.

En la figura 5, se muestra el concepto de corona en una sección típica de una víapavimentada con calzada única.

Figura1. Sección transversal típica de una carreta pavimentada de calzada únicaFuente: Manual de Diseño Geométrico de Carreteras – INVIAS 2008

1.1.1. EFECTO DEL AGUA QUE FLUYE SOBRE LA CORONAAparte del efecto adverso que puede tener el agua sobre el comportamiento de unpavimento, su presencia en la superficie genera problemas de seguridad a los usuarios,consistentes en la disminución de la visibilidad y en la posibilidad de que se produzcahidroplaneo.



La lluvia altera sustancialmente el ambiente visual de los conductores, en especial en horasde la noche, ya que disminuye la visibilidad debido a sus efectos adversos sobre los farolesde los vehículos, los parabrisas, el pavimento y la señalización horizontal. La lluvia

desmejora la eficiencia de los faroles delanteros y de las demás fuentes de iluminaciónexterna de los vehículos, por cuanto filtra parte de su poder luminoso reduciendo lailuminancia sobre la carretera enfrente de ellos. Así mismo, limita la capacidad delconductor para ver a través del parabrisas y disminuye la cantidad de luz retrorreflejadahacia el vehículo por la superficie de la carretera. Además, la película de agua que se formasobre el pavimento propicia salpicaduras por los neumáticos de los vehículos encirculación, vuelve casi invisibles los dispositivos de señalización horizontal y hace que elpavimento parezca más oscuro que bajo condición seca.

El hidroplaneo, por su parte, es un fenómeno que ocurre cuando una lámina continua deagua queda involucrada en la interacción entre los neumáticos y el pavimento, a causa de la

cual se reduce la cantidad de fricción disponible, causando el deslizamiento incontroladodel vehículo sobre la superficie húmeda.

1.1.2. OBJETIVO DEL DRENAJE DE LA CORONA

El objetivo del drenaje de la corona es retirar el agua que cae sobre ella, de la manera másrápida y eficiente, con el fin de brindar seguridad y comodidad al tránsito automotor.

1.1.3. FACTORES A CONSIDERAR EN EL DRENAJE DE LA CORONA

Los siguientes factores se deben considerar para reducir la cantidad de agua sobre la

superficie de un pavimento y, consecuentemente, el potencial de hidroplaneo y, en parte, lamala visibilidad:

• Realizar el diseño geométrico de la carretera de manera de reducir al mínimo lastrayectorias del agua que fluye sobre la calzada, con el fin de impedir que la películade agua alcance un espesor inconveniente. Se deberá tener en cuenta que lapendiente transversal tiene mayor influencia que la longitudinal en el control delpotencial de hidroplaneo.

• Incrementar la profundidad de la textura superficial del pavimento por métodoscomo el estriado transversal que se realiza a los pavimentos rígidos, con lo que seaumenta la capacidad de drenaje en la interfaz neumático-pavimento. Estaoperación se encuentra contemplada en el numeral 500.4.15 del Artículo 500 de las

Especificaciones Generales de Construcción de Carreteras del INVÍAS. El estriadoen sentido longitudinal no es recomendable, por cuanto retarda el desplazamiento dela película de agua.

• Emplear mezclas discontinuas o drenantes como capas de rodadura de lospavimentos asfálticos, cuya presencia fuerza el agua a través del pavimento bajo losneumáticos, lo que libera las presiones hidrodinámicas que se crean, mejorando lavisibilidad en instantes de lluvia y reduciendo la propensión al hidroplaneo. LasEspecificaciones Generales de Construcción de Carreteras del INVÍAS consideranestas mezclas en los Artículos 452 y 453, respectivamente. Si se emplean mezclas



de tipo denso, se debe tener presente que la existencia de ahuellamientos superioresa 5 milímetros genera condiciones que favorecen el hidroplaneo.

• Construir estructuras de drenaje superficial longitudinal a lo largo de la carretera,generalmente cunetas y canales y, eventualmente, drenes perforados (slotted drains),para capturar el flujo de agua proveniente del pavimento.

1.1.4. ASPECTOS A CONSIDERAR EN EL DRENAJE DE LA CORONA

En el drenaje de la corona intervienen diferentes aspectos como son:

• Diseño geométrico de la carretera: Las pendientes de la carretera, longitudinal ytransversal, determinan los sentidos y las velocidades del flujo, por lo que serequiere que tengan unos valores mínimos para evitar concentraciones oempozamientos de agua en la superficie. Un valor de 0.3% es el mínimo aceptablepara la pendiente longitudinal, aunque es deseable uno de 0.5%. En cuanto a lapendiente transversal (bombeo), la tabla 1 presenta los valores recomendados paralas entretangencias horizontales de las calzadas de las carreteras nacionales. Segúnel manual de diseño geométrico del INVÍAS, tanto en entretangencia como encurva, las bermas deberán tener la misma pendiente transversal que el carril decirculación adyacente y no podrán presentar desnivel en relación con éste.

Tipo de superficie de rodaduraPendiente transversal

(%)Concreto asfáltico o hidráulico 2Tratamiento superficial 2 – 3Tierra o grava 2 - 4Tabla 1. Pendientes transversales recomendadasFuente: Manual de Diseño Geométrico de Carreteras – INVIAS 2008

Sin perjuicio de las anteriores recomendaciones, se deberán efectuar todos losajustes que se consideren necesarios siempre que se prevean problemas asociadoscon el hidroplaneo.

En todas las carreteras existen algunos puntos donde la geometría entra en conflictocon el drenaje superficial. Es el caso de las curvas verticales cóncavas que unentangentes de pendiente con diferente signo, en las cuales la pendiente longitudinal

decrece hasta alcanzar un valor igual a cero en el punto más bajo de ellas. En lascurvas horizontales, la pendiente transversal se hace igual a cero en las zonas detransición del peralte (ver Figura 2). Una combinación de componentes de pendienteigual a cero puede originar problemas para el escurrimiento de las aguassuperficiales. En consecuencia, es necesario verificar siempre los requisitos dealineamiento y de sección transversal que coadyuvan en la optimización de lageometría de la vía, desde el punto de vista del drenaje superficial.



Figura 2. Transición de curva horizontal 1Fuente: Manual de Diseño Geométrico de Carreteras – INVIAS 2008

Se debe tener en cuenta que en todas las carreteras la pendiente longitudinal y la transversalvarían frecuentemente a lo largo del abscisado, por lo que la trayectoria real de flujo nosuele resultar tan lineal como lo dan a entender los cálculos, sino que presentará ciertacurvatura (ver Figura 3).

Figura 3. Trayectoria del flujo de agua durante una lluvia 1Fuente: Manual de drenaje INVIAS - 2009

• Aspectos hidráulicos con su evaluación de caudales: El caudal que cae sobre lacorona corresponde a la precipitación caída directamente sobre la proyecciónhorizontal de ella, pues los flujos de agua provenientes de los taludes de corte deben

ser interceptados mediante cunetas o canales antes de llegar a la vía. En lascarreteras de calzada única, el agua que fluye sobre la calzada deberá ser evacuadapor las estructuras de drenaje superficial aledañas a la corona.Para el cálculo del caudal es fundamental la intensidad de la precipitación, la cual escaracterística del clima en cada zona geográfica.

• El movimiento y la captación de la escorrentía generada: El fenómeno dehidroplaneo involucra una gran cantidad de factores. El único de ellos que puede sercontrolado a través del diseño y de la construcción del pavimento, es el espesor dela película de agua. Otros factores, como el comportamiento del conductor, lapresión de inflado, el labrado de los neumáticos y la intensidad de las lluvias sonclaramente ajenos a la gobernabilidad del diseñador.



Una condición indispensable para obtener una buena adherencia y mantenerla,consiste en eliminar lo más rápidamente posible el agua que pueda existir en lasuperficie de contacto entre el neumático y el pavimento.

En esa eliminación intervienen diferentes elementos: el labrado del neumático, latextura de la superficie y la geometría de la vía en lo que se refiere a sus pendientesy a la longitud en la que el agua se puede acumular sobre la superficie.

• Textura superficial en los pavimentos: Los dos principales factores generadoresde fricción en la superficie del pavimento son la microtextura y la macrotextura.La microtextura es proporcionada por las pequeñas asperezas superficiales y afectael nivel de fricción en el área de contacto entre el neumático y el pavimento. Lamacrotextura es suministrada por las asperezas mayores y la elevación relativa delas partículas con respecto al plano base del pavimento, y proporciona canales deescape para el agua superficial en el área de contacto entre el neumático y elpavimento (ver figura 4).

Figura 4. Microtextura y macrotextura en los pavimentos 1 Fuente: Apuntes especialización ingeniería de pavimentos. Universidad Católica

1.2. DRENAJE SUPERFICIAL

El procedimiento del estudio hidráulico consistirá en calcular y chequear que el caudal deavenida o lo que es lo mismo la precipitación que comprometa el área aferente y/oadyacente a cada calle a pavimentar no sea mayor que el caudal que deba evacuar la calle apavimentar teniendo en cuenta la sección transversal de la calle, para lo cual se calculará laaltura de la lámina de agua que produciría el caudal de avenida en el área transversal de lacalle, dicha lámina de agua no debe ser mayor que la altura del bordillo proyectado, el cuales de 20 cms.

El área urbana del Distrito de Barrranquilla no dispone de un sistema de alcantarilladopluvial instalado y en consecuencia las aguas de escorrentía generadas por lluvias,discurren libremente en superficie sobre las vías, siguiendo los cauces naturales de acuerdoa su pendiente longitudinal.

Esta vía una vez se realice la pavimentación en pavimento tipo rígido, actuara como unavía- canal a cielo abierto.

Consideramos como drenaje superficial para el diseño propuesto el sistema de bordillos enconcreto.



Los bordillos son estructuras que se colocan en el lado exterior del acotamiento en lassecciones en tangente, en el borde opuesto al corte en secciones en balcón o en la parteinterior de las secciones de terraplén en curva.

Los bordillos son elementos que interceptan y conducen el agua que por efecto del bombeocorre sobre la corona de la vía descargándola en los lavaderos o disipadores, para evitarerosión a los taludes de los terraplenes que estén conformados por material erosionable. Losbordillos se deben considerar en lo posible como obras provisionales en tanto el talud sevegete y se proteja por sí mismo o sea protegido mediante otro procedimiento, momentoen que deben ser removidos y retirados.

Es recomendable tener en cuenta que en tramos con pendientes longitudinales menores del1% no es recomendable su construcción, con el fin de evitar inundaciones en la banca.

Hay que tener en cuenta que la protección con vegetación de los taludes de los terrapleneses una alternativa a la construcción de los bordillos, pues materiales bien protegidos porespecies vegetales ya no se erosionan. Otra protección que puede hacer innecesarios a losbordillos es la que se obtiene en forma natural en terraplenes muy bajos (menos de 1.50 mtde altura), es lo que el agua no puede alcanzar velocidades erosivas.

1.2.1. DISEÑO DE LOS BORDILLOS

1.2.1.7. Datos técnicos para diseño del bordillo

Periodo de retorno (TR): 15 años

Duración del aguacero: 10 min.Tipo de terreno: PlanoTipo de bordillo: Bordillo construido en sitio en hormigón reforzado.Ubicación: Casco urbano del Distrito de Barranquilla, Departamento del Atlántico. (Figura7)Nota: En caso de no contar con los datos para conformar las curvas I-D-F quepermitan calcular el valor de la INTENSIDAD, podemos trabajar con la tabla 4,donde se puede apreciar las precipitaciones anuales, número de días con lluvia,temperatura media anual y clasificación del clima de cada de los municipios queconforman el Departamento Atlántico.



Figura 7. Ubicación proyecto – casco urbano Distrito de BarranquillaFuente: Google Earth



TABLA DE CLIMATOLOGIA DEL IDEAM - MUNICIPIOS DELATLANTICO

MunicipioPrecipitaciónAnual Total

(mm)

Número deDías con

Lluvia

Temperatura Media

Anual (oC)

ClasificaciónClimática

Barranquilla 500 - 1000 0 - 50Cálido

Mayor a 240C

Cálido Seco

Baranoa 1000 - 1500 50 - 100Cálido Mayor

a 24 0CCálido Seco

Campo de laCruz 1000 - 1500 50 - 100 Cálido Mayora 24 0C Cálido Seco

Candelaria 1000 - 1500 50 - 100Cálido Mayor

a 24 0CCálido Seco

Galapa 1000 - 1500 50 - 100Cálido Mayor

a 24 0CCálido Seco

Juan de Acosta 1000 - 1500 50 - 100Cálido Mayor

a 24 0CCálido Seco

Luruaco 1000 - 1500 50 - 100Cálido Mayor

a 24 0CCálido Seco

Malambo 500 - 1000 0 - 50Cálido Mayor

a 24 0C

Cálido Seco

Manatí 1000 - 1500 50 - 100Cálido Mayor

a 24 0CCálido Seco

Palmar deVarela

1000 - 1500 50 - 100Cálido Mayor

a 24 0CCálido Seco

Piojó 1000 - 1500 50 - 100Cálido Mayor

a 24 0CCálido Seco

Polonuevo 1000 - 1500 50 - 100Cálido Mayor

a 24 0CCálido Seco

Ponedera 1000 - 1500 50 - 100Cálido Mayor

a 24 0CCálido Seco

PuertoColombia

500 - 1000 0 - 50Cálido Mayor

a 24 0CCálido Seco

Repelón 1000 - 1500 50 - 100Cálido Mayor

a 24 0CCálido Seco

Sabanagrande 500 - 1000 50 - 100Cálido Mayor

a 24 0CCálido Seco

Sabanalarga 1000 - 1500 50 - 100Cálido Mayor

a 24 0CCálido Seco

Santa Lucía 1000 - 1500 50 - 100Cálido Mayor

a 24 0CCálido Seco



Santo Tomás 500 - 1000 50 - 100Cálido Mayor

a 24 0CCálido Seco

Soledad 500 - 1000 0 - 50

Cálido Mayor

a 24 0C Cálido Seco

Suan 1000 - 1500 50 - 100Cálido Mayor

a 24 0CCálido Seco

Tubará 1000 - 1500 50 - 100Cálido Mayor

a 24 0CCálido Seco

Usiacurí 1000 - 1500 50 - 100Cálido Mayor

a 24 0CCálido Seco

Tabla 4. Climatología en los municipios que conforman el Departamento del AtlánticoFuente: IDEAM

I = 1.500 mm / 100 días (tomado de la tabla 4: condiciones climáticas del Departamento delAtlántico)I = 15 mm / día = 0,625 mm/hora

Calculamos el caudal en base a la ecuación racional: Q = CIA/3.6Q = Caudal pico (m³ / seg)C = Coeficiente de escorrentíaI = Intensidad (mm/hora)A = área de la cuenca (km²)

Para el cálculo del coeficiente de escorrentía hay que tener en cuenta la descripción del área

a drenar en cuanto a sus características, que en este caso será un pavimento rígido.Tomaremos un valor de C= 0.95

Calcularemos el área de la cuenca en base a los siguientes parámetros:Área cuenca = ancho del impluvium x Longitud de la calleAncho del impluvium = El ancho aferente de la cuenca será asumido en 100 mAncho del impluvium = 100 m

Longitud de la cuenca = Longitud de la calle. Los sectores a intervenir en el distrito deBarranquilla lo conforman nueve (9) barrios del cual tomaremos para el diseño aquel sectorque presente la mayor medida en su vía, en este caso tomaremos la de mayor medida que

sería la calle 85B entre las carreras 12ª y 15ª-1- barrio Ciudad Modesto, la que tiene unalongitud de 675 m

Área cuenca = 100 m x 675 m = 67.6500m² = 0,0675 km²

Q = 0.95 x 0,625 x 0.0675/ 3.6Q = 0,011 m³ / seg

Ahora el caudal en la sección transversal de la calle es:



Q = v x A

De donde:

v = Velocidad de circulación del agua (m/seg) = 4.5 m/seg (Tomado de la tabla 1.4 deltexto Drenaje vial superficial y subterraneo de Rodrigo Lemos.)

A = Sección transversal de la calle (m2)Pero también A = ancho transversal de la calle x altura del bordilloDe donde:a = ancho transversal de la calle y h = altura del bordillo

Q = v . (a.h)h = Q / (v . a)

Entonces:h = (0,011 m3/seg) / (4.5 m/seg x 6 mts)h = 4,12 x 10-4 mts < 0.20 mts (altura proyectada del bordillo de la calle)

El resultado del calculo de la altura del bordillo indica que la lamina de agua causada por laintensidad de la precipitacion esperada no sobrepasara la altura proyectada del bordillo.

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