CÁLCULO DE CAUDALES DE AVENIDAS. MÉTODO DE TÉMEZ

La hipótesis de lluvia neta constante propuesta por la instrucción 5.2-IC Drenaje Superficial,  en la expresión Q=(C·I·A)/3 no es real y en la práctica existen variaciones temporales que originan la aparición de caudales punta.

La influencia de la lluvia neta dentro de la duración de su tiempo de concentración se puede reflejar globalmente refiriendo los caudales punta de estos casos al homólogo en la hipótesis de intensidad de lluvia neta constante. Para ello, se aplica el coeficiente de uniformidad K, cuyo valor en una cuenca depende fundamentalmente del valor de su tiempo de concentración.

Para cuencas de tiempo de concentración mayores a 6 horas, se aplicará la formulación propuesta por Témez (1.991), que modifica ligeramente la versión propuesta en la Instrucción 5.2-IC, para ampliar su campo de aplicación a cuencas de hasta 3.000 Km2 y tiempos de concentración comprendidos entre 0,25 y 24 horas. Este método multiplica la máxima precipitación diaria obtenida por Gumbel (Pd) por un factor de área ARF. El uso de este factor es el siguiente:

La mayor parte de los trabajos hidrológicos requieren la estimación de la lluvia sobre una determinada área, que evidentemente será igual o menor que el correspondiente valor puntual calculado, debido al efecto de no simultaneidad

P=Pd·ARF

siendo ARF=1-(LogA/15) estando el área A en KM2.

El caudal final se obtiene mediante la fórmula:

Q=(C·A·I)/3,6·K

Para la definición del coeficiente de uniformidad, se propone la siguiente expresión obtenida a partir de comprobaciones empíricas realizadas en diversas estaciones de aforo:

K=1+(Tc^1,25)/(Tc*1,25 + 14)

Resumen:

El caudal obtenido por el método de Témez es el mismo que el resultante del método racional que figura en la Instrucción 5.2-IC, multiplicado por un coeficiente resultante del producto del valor K y del valor de ARF.

ACTUACIONES PREVIAS EN LA REDACCIÓN DE UN PROYECTO DE CARRETERAS

En esta fase inicial, se realizará un estudio previo que permita su posterior desarrollo a nivel de Proyecto.

Análisis de la información existente

Se realizará una planificación de los trabajos a realizar por el Director del proyecto, que será puesto en conocimiento del resto de los equipos responsables que intervienen en la redacción del proyecto, con este análisis se determinará la incidencia en las soluciones a adoptar en el proyecto.

 Planeamiento

Se realizarán contactos con los ayuntamientos afectados para obtener información sobre los diferentes instrumentos urbanísticos.

Tráfico

Se realizará una revisión de los estudios de aforos de tráfico existentes de los organismos propietarios de la vía.

En el supuesto de que el estudio de tráfico, no se considerase adecuado, bien por antigüedad o por falta de detalle, se realizará un nuevo estudio de tráfico con el fin de proceder al análisis de las conexiones con la red viaria existente. Este estudio se limitará a en función de los datos disponibles de aforos realizados, a estimar el tráfico existente en la actualidad y su prognosis durante la vida útil de la carretera proyectada.

 Organismos afectados

Se establecerán contactos con todos los organismos afectados, tanto públicos como privados, con el fin de obtener información de la zona de estudio de los servicios detectados.

 Cartografía

La obtención de la cartografía actualizada, es la base fundamental en la que se apoya el desarrollo de todo el proyecto.

La cartografía se realizará de acuerdo con los criterios definidos en las «Prescripciones Técnicas para la obtención de cartografía a emplear en proyectos de la Dirección General de Carreteras» editada el 12 de Marzo de 1991.

 Estudio geológico

El objetivo es definir las características geológicas (litología, geomorfología, hidrogeología y tectónica) de los materiales presentes a lo largo del trazado. Igualmente, dentro del estudio geológico, será necesario conocer el tipo y disponibilidad de los materiales presentes de la zona, con el fin de utilizarlos en la obra, para ello se deberá realizar un inventario actualizado de canteras y yacimientos, analizando sus características geotécnicas más importantes.

 Climatología e hidrología

Climatología

Se obtendrán diferentes datos climatológicos para determinar los coeficientes medios anuales del número de días laborables para las diferentes unidades de Obra y los índices climáticos utilizables en el diseño de plantaciones.

Hidrología

La finalidad de este estudio  es, a partir de los datos de precipitaciones máximas diarias, la obtención de los caudales que servirán para la comprobación de las obras de drenaje transversal existentes, así como del dimensionamiento de aquellas que haya que sustituir por su mal estado o por una modificación del trazado.

 Trazado previo

Se estudiarán y valorarán distintas alternativas parciales o totales, en función de un análisis de condicionantes geotécnicos y económicos.

Se adaptarán los elementos de trazado en planta y en alzado adecuando los parámetros geométricos a la velocidad de proyecto.

COMPORTAMIENTO DEL HORMIGÓN SEGÚN LA TEMPERATURA. HORMIGONADO EN TIEMPO FRÍO

Desde el punto de visto de la construcción de obras de hormigón, se entiende por tiempo frío el periodo durante el cual la temperatura medio baja por debajo de los 5ºC durante tres días consecutivos. Como indicador también inferior a 4ºC a las nueve de la mañana hora solar, debe entonces suponerse que durante las 48 horas siguientes la temperatura puede alcanzar valores inferiores a 0ºC. En estas condiciones se suele paralizar el hormigonado.

Efectos del tiempo frío.

Entre otros factores, es preciso tener en cuenta las características del hormigón en el momento de la helada, si está expuesta o protegida y la forma y espesor de la estructura afectada.

Fraguado y resistencia del cemento según la temperatura
Temperatura (ºC) Fraguado (h) Resistencia a compresión
Comienzo Final 1 día 2 días
20º 3 6 110 230
7 15 20 70

El fraguado y el endurecimiento se detienen hacia los 2ºC pudiendo reanudarse posteriormente cuando las temperaturas aumenten.

Pueden presentarse dos situaciones diferenciadas:

1.- La temperatura permanece por encima de los 0ºC

Si la duración del tiempo frío es prolongada, el hormigón no protegido perderá una parte del agua libre por evaporación antes de su endurecimiento, siendo éste muy lento. La evaporación se acelera en presencia de viento seco y fuerte. En circunstancias extremas, puede verse incluso comprometida la hidratación del cemento.

La cara del hormigón en contacto con el medio ambiente puede quedar porosa, con una débil resistencia, existiendo el riesgo de fisuración externa e interna por gradiente térmico.

2.- La temperatura desciende por debajo de 0ºC

Parte del agua libre de amasado se congelará tendiente otra parte a desplazarse desde el interior de la pieza hacia la cara expuesta, de tal forma que la parte superficial poseerá una capa más rica en agua que puede a su vez helarse. Podemos imaginar tres situaciones diferentes:

a) La helada se produce antes del fraguado. El agua de amasado se transforma en hielo sin ninguna destrucción en una masa todavía sin cohesión interna. Como única precaución anotaremos el volver a vibrar el hormigón si queremos salvaguardar su compactación inicial.

b) La helada se produce después del comienzo de fraguado y actúa sobre un hormigón que sólo ha podido desarrollar débiles resistencias mecánicas. La expansión producida al helarse el agua, conllevará la destrucción irreversible de las primeras ligazones cristalinas y desorganizará su estructura. Cuando llegue el deshielo subsistirá en la masa una fuerte porosidad interna, una falta de adherencia entre los áridos y la pasta de cemento y una red más o menos importante de microfisuración.

A consecuencia de lo anterior, las resistencias mecánicas se verán afectadas con una fuerte bajada y el hormigón deberá ser destruido y reemplazado.

c) La helada acontece después del fraguado y actúa sobre un hormigón que presenta ya una estructura rígida. Generalmente no se producirán consecuencias nefastas a condición de que el hormigón posea:

i.      Una relación A/C en el momento de la helada inferior a un cierto valor. Es evidente que un contenido de agua elevado someterá al hormigón a fuertes solicitaciones internas.

 ii.      Una resistencia mecánica suficiente. Se suele dar la cifra de 5 Mpa o 51 Kg/cm2, como valoren comprensión. Para un cemento Portland 350 con una dosificación media de 350 Kg/m3, este valor se alcanza después de 12 a 20 horas con una temperatura exterior de 5ºC, cuando la temperatura se eleva.

iii.      Finalmente es preciso que no se produzcan grandes diferencias de temperatura entre las superficies expuestas del hormigón. Un ejemplo clásico es el gradiente térmico entre caras exteriores y el centro de la masa. Si éste es elevado se producirán retracciones diferenciales, provocando fisuras de origen térmico.

Temperatura de la masa de hormigón

La temperatura de la masa depende en principio de varios condicionantes, mencionemos los siguientes:

  • El tipo de cemento y los aditivos eventualmente utilizados.
  • La pérdida de calor entre el momento del amasado y el final de la compactación.
  • Las dimensiones de la pieza a hormigonar.
  • La intensidad del frío y la acción simultánea o no del viento.

Preparativos en tiempo frío.

a)      Empleo de cementos adecuados.

Dadas las grandes diferencias existentes en las primeras resistencias mecánicas de los diferentes tipos de cementos, sobre todo con bajas temperaturas, la elección deberá estar basada en los principios siguientes:

  • Cemento de fabricación reciente que llevan muy poco tiempo almacenados en obra.
  • Cementos con contenidos elevados de silicatos tricálcico y aluminato tricálcico, de esta forma el fraguado y primer endurecimiento serán más rápidos.
  • Cementos con mayor finura de molido, dato que prácticamente las resistencias iniciales son proporcionales a ellas.
  • Cementos de categoría superior.
  • Cementos aluminosos, ya que son menos sensibles que el Portland a bajas temperaturas.

b)      Aumento de la dosificación del cemento por m3 de hormigón.

Las dosificaciones en cemento pueden ser más ricas de forma que se obtengan mayores resistencias iniciales y desprendimientos de calores de hidratación más elevados. Se suelen utilizar porcentajes del orden del 20% por exceso sobre la dosificación de cemento en tiempo normal.

c)       Empleo de una baja relación A/C.

Dado que el peligro de que se hiele el hormigón fresco es tanto mayor cuanta más agua contiene es aconsejable, para la misma dosificación de cemento, reducir la relación A/C tanto como sea posible, es decir, emplear mezclas más secas compatibles con la puesta en obra.

d)      Utilización de aditivos.

Los empleados en tiempo frío son normalmente productos que modifican la velocidad de hidratación de los constituyentes del cemento. De esta forma aceleran el fraguado y endurecimiento y correlativamente el calor desarrollado.

e)      Calentamiento de la masa de hormigón.

Se pueden calentar:

  • Los componentes del hormigón.
  • El hormigón durante el transcurso del amasado.
  • El hormigón después del amasado en cubilotes especiales.
  • El hormigón después de su puesta en obra en los encofrados, por aportación interna o externa de calor.

Se hace hincapié en la importancia de evitar gradientes de temperatura demasiado elevados, que tendrían lugar en los casos de puesta en obra de hormigón demasiado caliente. Las diferencias de temperatura en el transcurso de su enfriamiento provocarían esfuerzos térmicos con el peligro de una aparición de fisuración.

Cuando la aportación de calor eleva la temperatura del hormigón por encima de 20ºC, se necesita una cantidad suplementaria de agua no desdeñable a fin de conservar su plasticidad inicial hasta el inicio de su puesta en obra.

f)       Preparativos previos al vertido.

  • Eliminar todo rastro de nieve y hielo en los tajos, encofrados y armadura.
  • Proteger las zanjas y soleras con materiales aislantes.
  • Si se utilizan en obra fundentes químicos contra la nieve y el hielo, como cloruro cálcico o mezclas con cloruro cálcico, evitar su contacto directo con el agua o los áridos para la fabricación del hormigón, no utilizarlos en las zanjas o solera que van a ser rellenadas posteriormente.
  • Reducir la distancia entre la central de fabricación y el lugar en obra.
  • Transportar rápidamente los máximos volúmenes posibles de hormigón.
  • No dejar demasiado tiempo el hormigón en el cubilote.
  • En el caso de hormigón bombeado, proteger mediante aislamiento térmico los tendidos de tuberías.

Fuente: Universidad de Extremadura

Fuente imagen: www.enriquealario.com