Pavement Drainage

Rational Method Formula

CIAQZ

Q = discharge (ft3/s or m3/s)C = runoff coefficientI = rainfall intensity (in/hr or mm/hr)A = drainage area (acres or hectares)Z = conversion factor (1 for English, 360 for metric)

2

Runoff Coefficients

Source: AASHTO Model Drainage Manual (2005)

Selected Hydrologic Soil Groupings and Slope Ranges

(for Pervious Surfaces)

Figure 6.2

3

Soil Groups

4

Runoff Coefficients

Source: AASHTO Model Drainage Manual (2005)

Figure 6.2

(for Selected Land Uses)

5

Runoff Coefficients

Source: AASHTO Model Drainage Manual (2005)

Figure 6.2

(for Impervious Surfaces)

6

Rainfall Intensity

I = rainfall intensity (in/hr or mm/hr)Pd = depth of rainfall (in or mm)Tc = time of concentration (hr)

d

c

PIT

7

Time of Concentration

Source: AASHTO Model Drainage Manual (2005) 8

Figure 6.31

2

314

9

Figure 6.3

Figure 6.4

10

Figure 6.4

Suggested Return Periods

11

1

2

12

Figure 6.5

Surface Drainage

Ponding

14

Sheet Flow

15

Rolling Profile

Source: TDOT Drainage Manual (2010) 16

Pavement Cross Slope

1.5%2.0%2.5% 1.5% 2.0% 2.5%

CL

17

Porous Friction Course

18

Porous Friction Course

Source: http://bradeck.net/research 19

Porous Friction Course

Source: http://www.rubberpavements.org/Videos.html 20

Manning’s Equation

2132KQ S R A

n

Q = flow capacity (ft3/s or m3/s)K = conversion factor (1.4859 for English or 1 for metric)n = Manning’s roughness coefficientS = channel slope (ft/ft or m/m)R = hydraulic radius (ft or m)A = cross‐sectional area of flow (ft2 or m2)

21

Design Spread

22

Gutter Design (Uniform Slope)

Source: FHWA Drainage Manual (2010) 23

Manning’s Equation

5 813 32

xzQ S S Tn

z = conversion factor (0.56 for English or 0.377 for metric)Sx = transverse slope (ft/ft or m/m)T = spread (ft or m)

24

Figure 6.6

1

2 3

25

Figure 6.6

Manning’s Equation

5 813 32

n xQ zS S T

nQQn

(depends only on geometry)

(incorporates roughness)

26

Roughness Coefficients

27

V‐Shaped Gutter Cross‐Sections

x1 x2x

x1 x2

S SSS S

Sx1 Sx2

T

29

Compound Cross‐Sections

Sw

Sx

TTsW

QwQs

Shoulder / Parking LaneGutter Driving Lane

30

Compound Cross‐Sections

Sw

Sx

TTsW

QwQs

Gutter 5 813 32

s x szQ S S Tn

31

Frontal Flow and Side Flow

Source: TDOT Drainage Manual (2010)

Pavement  

(Qw)

(Qs)

32

Gutter Efficiency

1w x

8w 3

w xo

S S1Q S SE 1Q 1T 1W

33

Frontal Flow and Side Flow

s

o

QQ1 E

5 813 32

s x szQ S S Tn

(Manning’s equation for side flow alone)

(Total flow as a function of gutter efficiency)

34

Gutter Efficiency

1

2

35

Figure 6.7

Figure 6.8

36

Sw/Sx

1

2

3

5

4

Figure 6.8

Inlet Design

Grate Inlet

38

Curb Inlet

39

Inlet Spacing

Source: TDOT Drainage Manual (2010) 40

Combination Inlet

41

Slotted Drain Inlet

Source: TDOT Drainage Manual (2010) 42

Inlet Spacing

Source: TDOT Drainage Manual (2010)

L L2 L2

43

Inlet Spacing Formula

10,000QL0.0028Ci W

L = distance of first inlet from crest (m)Q = maximum allowable gutter flow (m3/s)C = composite runoff coefficient for drainage areai = rainfall intensity (mm/hr)

W = width of contributing drainage area (m)

44

Inlet Spacing Formula

43,560QLCi W

L = distance of first inlet from crest (ft)Q = maximum allowable gutter flow (ft3/s)C = composite runoff coefficient for drainage areai = rainfall intensity (in/hr)

W = width of contributing drainage area (ft)

45

Example

46

1

47

Figure 6.5

Compound Cross‐Sections

Sw

Sx

TTsW

QwQs

Shoulder / Parking LaneGutter Driving Lane

48

Frontal Flow and Side Flow

s

o

QQ1 E

5 813 32

s x szQ S S Tn

(Manning’s equation for side flow alone)

(Total flow as a function of gutter efficiency)

49

Gutter Efficiency

1w x

8w 3

w xo

S S1Q S SE 1Q 1T 1W

50

Frontal Flow and Side Flow

s

o

QQ1 E

5 813 32

s x szQ S S Tn

(Manning’s equation for side flow alone)

(Total flow as a function of gutter efficiency)

51

Inlet Spacing Formula

10,000QL0.0028Ci W

L = distance of first inlet from crest (m)Q = maximum allowable gutter flow (m3/s)C = composite runoff coefficient for drainage areai = rainfall intensity (mm/hr)

W = width of contributing drainage area (m)

52

Frontal Flow and Side Flow

Source: TDOT Drainage Manual (2010)

Pavement  

(Qw)

(Qs)

53

Inlet Spacing Formula

o2

10,000QEL0.0028Ci W

L2 = distance to subsequent inlets (m)Q = maximum allowable flow (m3/s)Eo = capture efficiencyC = composite runoff coefficient for drainage areai = rainfall intensity (mm/hr)

W = width of contributing drainage area (m)54