Trabajo de Drenaje

DRENAJE

DRENAJEINTRODUCCIÓN. El objeto del drenaje en las carreteras, es en primer término, el reducir al máximo posible la cantidad de agua que de una y otra forma llega a la misma, y en segundo término dar salida rápida al agua que llegue a la carretera. Para que una carretera tenga buen drenaje debe evitarse que el agua circule en cantidades excesivas por la misma destruyendo el pavimento y originando la formación de baches, así como también que el agua que debe escurrir por las cunetas se estanque originando pérdidas de estabilidad y asentamientos perjudiciales. El prever un buen drenaje es uno de los factores más importantes en el proyecto de una carretera.

PRECIPITACIÓN

Se llama precipitación a aquellos procesos mediante los cuales el agua cae de la atmósfera a la superficie de la tierra, en forma de lluvia (precipitación pluvial), nieve o granizo. La precipitación es la componente principal en la generación del escurrimiento superficial y subterráneo.

La magnitud de los escurrimientos superficiales está ligada proporcionalmente a la magnitud de la precipitación pluvial. Por este motivo, los estudios de drenaje parten del estudio de la precipitación para estimar los gastos de diseño que permiten dimensionar las obras de drenaje.

La medición de la precipitación se ha llevado a cabo principalmente con aparatos climatológicos conocidos como pluviómetros y pluviógrafos. Ambos se basan en la medición de una lámina de lluvia (mm), la cual se interpreta como la altura del nivel

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del agua que se acumularía sobre el terreno sin infiltrarse o evaporarse sobre un área unitaria.

La diferencia entre los dispositivos de medición consiste en que el primero mide la precipitación acumulada entre un cierto intervalo de tiempo de lectura (usualmente 24 hrs) y el segundo registra en una gráfica (pluviograma) la altura de la lluvia acumulada de acuerdo al tiempo, lo que es más útil para el diseño de obras de drenaje. La ventaja de usar los registros de los pluviógrafos con respecto a los pluviómetros radica en que se pueden calcular intensidades máximas de lluvia para duraciones predeterminadas, que posteriormente pueden ser transformadas a gastos de diseño para estructuras de drenaje.

La intensidad de lluvia y la duración son dos conceptos asociados entre sí.

Intensidad. Se define como la lámina o altura de lluvia acumulada por unidad de tiempo usualmente se especifica en mm/h.

Duración. Es el intervalo de tiempo que dura la lluvia, definiéndose en minutos.


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Pluviómetro

El pluviómetro es un instrumento que se emplea en las estaciones meteorológicas para la recogida y medición de la precipitación. Se usa para medir la cantidad de precipitaciones caídas en un lugar durante un tiempo determinado.

La cantidad de agua caída se expresa en milímetros de altura. El diseño básico de un pluviómetro consiste en una abertura superior (deárea conocida) de entrada de agua al recipiente, que luego es dirigida a través de un embudo hacia un colector donde se recoge y puede medirse visualmente con una regla graduada o mediante el peso del agua depositada. Normalmente la lectura se realiza cada 12 horas. Un litro caído en un metro cuadrado alcanzaría una altura de 1 milímetro. Para la medida de nieve se considera que el espesor de nieve equivale aproximadamente a diez veces el equivalente de agua.

El cálculo de las precipitaciones y la calidad de las mediciones por parte de los pluviómetros contribuyen al correcto funcionamiento de la red de alcantarillado, las depuradoras, los cultivos de regadío y la detección temprana de un posible riesgo de inundación. Entre otras cosas porque las precipitaciones intensas son capaces de desbordar los sistemas de alcantarillado urbano y anegar ciudades en poco tiempo. Además, el uso innecesario de agua de riego en las plantaciones genera un aumento de costes considerable.


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ESCURRIMIENTO

La cuenca es la entidad que transforma la lluvia en escurrimiento. El escurrimiento se define como el agua proveniente de la precipitación que circula sobre o bajo la superficie terrestre y que llega a una corriente para finalmente ser drenada hasta la salida de la cuenca, ya sea a un cuerpo de agua o al mar.

Antes de que ocurra el escurrimiento superficial, la lluvia debe satisfacer las demandas inmediatas de infiltración, evaporación, intercepción y almacenamientos superficiales (vasos o cauces). Algunas de esas “pérdidas” son “menores”, por ejemplo en un cultivo


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de maíz, la intercepción es de 0.5 mm (1mm de lámina de precipitación distribuido en 1m2 equivale a un litro), pero en un bosque puede llegar a ser hasta del 25% de la lluvia.

Despreciando la intercepción por vegetación, el escurrimiento superficial es aquella parte de la lluvia que no es absorbida por el suelo mediante infiltración. Si el suelo tiene una capacidad de infiltración f que se expresa en centímetros absorbidos por hora, entonces cuando la intensidad de la lluvia i < f la lluvia es absorbida completamente y no existe escurrimiento superficial. Se puede decir como una primera aproximación que sí i > f, el escurrimiento superficial ocurrirá con un valor de (i - f). A la diferencia (i – f) se le denomina “exceso de lluvia” y es la que forma el escurrimiento superficial. Se denomina “lluvia efectiva” la que incluye el escurrimiento subsuperficial más el escurrimiento superficial. Se considera que el escurrimiento superficial toma la forma de escurrimiento laminar que se puede medir en cm.

A medida que el flujo se mueve por una pendiente y se va acumulando, su profundidad aumenta y deberá descargar en un canal natural o artificial. Con el escurrimiento superficial se forman almacenamientos en las depresiones y almacenamiento por detención superficial proporcional a la profundidad del mismo flujo superficial.

El suelo almacena el agua infiltrada y luego la libera lentamente como flujo subsuperficial en los periodos de sequía. El flujo subsuperficial puede ser la porción de mayor escurrimiento total para lluvias moderadas o ligeras en zonas áridas, porque el flujo superficial en estas condiciones se reduce por la evaporación e infiltración sumamente elevadas.

La escorrentía es una fase del ciclo hidrológico. Recuérdese que el agua pasa de ser el vapor de agua contenido dentro de las masas de aire de la atmósfera, para luego convertirse en precipitación o lluvia. A su vez, el agua se evapora directamente desde el suelo, o es liberada en forma de vapor a través de las plantas (evapotranspiración). Las aguas que logran mantenerse en movimiento sobre la superficie se convierten entonces en aguas de escorrentía.

El agua de escorrentía crea sistemas de drenaje; éstos poseen la forma de la hoja de una planta, cuyas nervaduras se asemejan a la red de ríos y el pecíolo (palito que sostiene la hoja) al canal de drenaje. Dichos sistemas son un mecanismo de convergencia, donde los ríos más pequeños desembocan en ríos cada vez más grandes. De tal manera que los cuerpos de agua pueden clasificarse ordenadamente desde las nacientes; así, los ríos de las cabeceras serán los de primer orden, los cuales desembocarán en los de segundo orden, y así sucesivamente.

Un sistema o una cuenca de drenaje puede delimitarse en un plano trazando una línea a lo largo de la divisoria de aguas. Una divisoria de aguas es un límite natural desde donde el agua de escorrentía fluye en direcciones opuestas. Desde tiempos remotos, estas líneas imaginarias han servido de límites políticos entre estados, así como de línderos entre propiedades privadas. Es importante el trazado de las divisorias de aguas de una región para el caso de estudios de climatología o de hidrología aplicada.


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División de las aguas de escorrentía

Se pueden dividir en dos tipos: en aguas de arroyada y encauzadas.

Aguas de arroyada: Se desplazan sobre las vertientes a manera de redes de hilillos diseminados o en delgadas películas o mantos. En una vertiente determinada, en caso de que llueva en forma persistente, llega el momento en que la capa superficial del suelo queda completamente empapada, lo cual limitará la infiltración, y hará que el exceso de agua tienda a acumularse en la superficie. Posteriormente, los charquitos rebasarán sus límites y se producirá el escurrimiento. En superficies ásperas, donde el micro-relieve es irregular o que presente obstáculos como yerbas u otras plantas, la arroyada se desdobla formando redes de riachuelos, donde unos charquitos se conectan con los otros. Durante un aguacero, la circulación de la arroyada es difícil de contemplarse, debido a las yerbas o al mantillo de hojarasca que se forma por debajo del bosque. Sobre superficies más o menos lisas, como es el caso de afloramientos rocosos de perfil rectilíneo, la arroyada se produce a modo de películas de agua. La arroyada en surcos es una situación intermedia entre la arroyada en mantos y las aguas encauzadas, y como consecuencia la excavación originará una serie de canales paralelos que en muchos casos se harán cada vez más amplios y profundos. En casos especiales, la escorrentía se produce por la surgencia de aguas subterráneas a modo de manantiales.

Aguas encauzadas: Como su nombre lo dice, a diferencia de las anteriores, éstas discurren a lo largo de cauces bien definidos, para formar desde pequeñas quebradas hasta ríos de mayor tamaño. Las aguas encauzadas son abastecidas tanto por las aguas subterráneas como por las aguas de arroyada; estas últimas discurren por las vertientes y desembocan en los cauces ubicados aguas abajo. Los espacios por donde se mueven las aguas de arroyada reciben el nombre de interfluvios.


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DRENAJE DE INUNDACION

Regulando y controlando los escurrimientos pluviales, se evitarán inundaciones aguas abajo, que afectan a la población poniendo en riesgo su salud, integridad física y patrimonio.

El desarrollo urbano y la desforestación, están modificando de forma dramática la respuesta hidrológica natural, rompiendo con el ciclo de lluvia y filtración de la tierra. La principal consecuencia de estas modificaciones son las inundaciones que se ven agravadas por el cambio climático.

1) El incremento de las zonas impermeables:

Techos, pavimentos y suelos, evitan que el agua pueda ser absorbida por la tierra de forma natural, esto significa que menos agua se infiltra para recargar los acuíferos, mientras que más agua escurre por la superficie y a mayor velocidad, provocando inundaciones y contaminando las reservas de agua debido a la basura que arrastra.


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2) Aumento de la deforestación:

Por lo tanto disminución de la capacidad de respuesta natural. Antes la vegetación interceptaba directamente la lluvia y ayudaba a la evapotranspiración y absorción del líquido que se infiltraba en el suelo. Además, la modificación de la topografía originaria está alterando las depresiones naturales en donde antes se almacenaba el agua pluvial.A esta problemática se le suma que las ciudades están creciendo más rápido de lo que se tenía previsto, la expansión urbana ha rebasado por mucho la ejecución y el mantenimiento de una infraestructura pluvial que resulta insuficiente ante las necesidades actuales. Esta situación lleva a la saturación de los sistemas de alcantarillado generando demasías y provocando que aguas negras y pluviales se mezclen, colapsen las instalaciones y dejen como resultado las inundaciones que se repiten año tras año en las temporadas de lluvia.

En la actualidad el agua de lluvia escurre por las calles, satura el sistema de alcantarillado insuficiente y en muchos casos lleno de basura, contaminándose y ocasionando inundaciones. Esto provoca que los escurrimientos pluviales sean vistos como un problema en las grandes ciudades, cuando se podría aprovechar de una forma integral y sustentable, por medio de un control adecuado, de un proceso de limpieza eficaz y de un almacenamiento seguro, garantizando su reutilización como solución ante los problemas de abasto cada vez más marcados en las grandes urbes. Ya que en las temporadas de lluvia el agua nos llega hasta el cuello, pero año tras año, las reservas se agotan.


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LA EROSIÓN DEL SUELO

El suelo es la capa superficial de la superficie terrestre constituida por materiales orgánicos e inorgánicos. Los suelos residuales, es decir, aquellos que se desarrollan sobre plena roca madre, poseen un corte que muestra de arriba hacia abajo cuatro horizontes esenciales: a) hojarasca, b) capa mineral con humus, c) capa mineral sin humus y d) roca madre en proceso de meteorización. Los edafólogos (especialistas en el estudio de los suelos) afirman que un suelo es profundo cuando supera los 100 centímetros. El término suelo, según la edafología, se aplica entonces a la capa superficial donde se sustentan las plantas, puesto que las raíces de los árboles tienden a extenderse más lateralmente que en profundidad.

Una de las particularidades de los suelos es que están conformados por materiales no consolidados, bien sea arcillas, limos, arenas, gravas, etc. Y es precisamente esta característica la que los hace susceptibles a la erosión, especialmente a la erosión hídrica. En la naturaleza se tienen dos modelos de erosión, a saber:

1. Modelo de erosión geológica:

Ocurre en vertientes en estado de equilibrio ambiental, donde debe haber una capa de vegetación efectiva, como es el caso del bosque. Las gotas de lluvia se estrellarán primero contra las ramas de los árboles, antes de alcanzar la superficie; de esa manera podrán disminuir la velocidad y la fuerza del impacto. Sin embargo, a los pocos instantes de comenzar a llover, el goteo sobre el piso del bosque será inevitable, pero ya el impacto de las gotas no tendrá la misma fuerza, de no ser por la previa amortiguación ejercida por las ramas y troncos de las plantas. El impacto de dichas gotas se hará casi nulo, a causa de la existencia de una especie de alfombra representada por el mantillo de hojarasca. Aunado a ésto, el poder de arrastre o socavación de las aguas de arroyada se reduce notablemente a causa de los innumerables obstáculos representados por las raíces, los tallos de los árboles y el mismo mantillo de hojarasca. Bajo estas condiciones, la pérdida de suelo se hace mínima, aunque muchas sustancias minerales serán evacuadas en solución hacia los cauces ubicados al pie de las vertientes. Es de recalcar que en los suelos ricos en arcilla la escorrentía es mayor que la infiltración y, por lo tanto, se estima que el desgaste o la pérdida de materiales es superior que en aquellos suelos de texturas arenosas, sobre los cuales la infiltración supera a la escorrentía. De la misma manera, el grado de inclinación de las vertientes influye en la mayor o menor velocidad del agua de arroyada; por lo tanto, el desgaste de los suelos será superior en los lugares más empinados.

2. Modelo de erosión acelerada: Supóngase que el hombre interviene una zona boscosa, ya sea porque necesita madera o porque desea explotar los minerales existentes. En caso de que el suelo quede enteramente desnudo y expuesto ante los agentes erosivos, uno de los primeros procesos encargados de remover los materiales es la salpicadura; es decir, el efecto de remoción del suelo ante el impacto de las gotas de lluvia sobre un suelo empapado.


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En vertientes inclinadas, la mayor parte de los materiales arrojados alrededor del pequeño cráter formado por una gota de agua, se dirigirán ladera abajo. En consecuencia, el impacto de millares de gotas de lluvia se encargará de remover toneladas de suelo. Los ambientes así afectados tenderán a desarrollar surcos; dichos surcos al pasar el tiempo se convertirán en cárcavas.

Estas condiciones favorecen también la formación de pirámides de tierra (para los geomorfólogos franceses: "señoritas ensombreradas"), las que consisten de una elevación más o menos cónica, constituida por materiales sueltos y en cuya cúspide debe haber un bloque, el cual hace las veces de un escudo protector ante el impacto de las gotas de lluvia. Estas formas pueden medir desde unos pocos centímetros hasta varios metros de altura. La erosión acelerada no sólo es producida por el hombre, también puede ser generada a partir de eventos naturales catastróficos, como, por ejemplo, durante poderosas tormentas y huracanes.

Las cárcavas son canales o zanjas producidas por la erosión hídrica. En la terminología universal, las áreas con cárcavas reciben el nombre de "bad lands". Una de las condiciones para que se formen las cárcavas o barrancos es que los materiales deben ser blandos o no consolidados. Los climas más propicios para la formación de barrancos son los áridos o semiáridos. Las cárcavas evolucionan creciendo longitudinal, vertical y lateralmente. En planta, poseen una forma digitada, es decir, que poseen entrantes en forma de dedos, los cuales le ganarán espacio al terreno durante las épocas de lluvias fuertes. Es en esas circunstancias cuando se habla del retroceso de las cárcavas. Dicho retroceso es el responsable muchas veces de arruinar terrenos agrícolas, carreteras y el de hacer colapsar viviendas y otras infraestructuras. El crecimiento de las cárcavas se puede combatir mediante la puesta en práctica de medidas no necesariamente tan costosas, tales como la concientización de las comunidades, el corte escalonado de taludes y su reforestación. Las medidas más caras incluyen la construcción de muros, alcantarillas y canales disipadores de energía.

Medición de la erosión del suelo

Existen muchos métodos para medir la erosión del suelo, parte de ellos sofisticados y asociados particularmente a los cálculos matemáticos; sin embargo, hay métodos sencillos como es el caso de las chapas. Este método sólo es aplicable en zonas de escasa vegetación, como en áreas de suelos desnudos empleados en actividades agrícolas. La idea es colocar tapas de refresco al revés, enterrándolas a ras del terreno. Se deben colocar siguiendo una cuadrícula con distancias no muy amplias como para obtener valores más exactos, por ejemplo, cada 5 metros. Después de ocurrido un aguacero se acudirá a la zona y se medirá la altura del pedestal formado por debajo de cada chapa (ocurre lo mismo que en las pirámides de tierra). Se determina el promedio de la altura de los pedestales y, por último, se multiplica por el área de la zona en estudio. El resultado será la pérdida de suelo estimada en metros cúbicos. Si se conoce el peso promedio del suelo, el resultado podrá expresarse también en kilogramos o en toneladas. Veamos un ejemplo:


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Sea una zona de una hectárea, es decir de 10.000 metros cuadrados, donde obtuvimos un espesor promedio de 3 centímetros, es decir de 0,03 m. Aplicando la fórmula:Pérdida de suelo = Area x EspesorP.S. = 10.000 m² x 0,03 m = 300 m³Cuando se trate de una zona muy lluviosa los pedestales bajo las chapas se vendrán abajo, y entonces será necesario emplear estacas graduadas.En áreas cubiertas de vegetación se pueden utilizar bandejas o recipientes colocándolas al pie de las vertientes en estudio, justo donde desemboquen las aguas de arroyada. Al cesar el flujo, se procede a determinar la cantidad de materiales atrapados en dichos recipientes.

El caudal de los ríos

El caudal o el gasto es la cantidad de agua que pasa por una sección determinada de un río y se expresa en metros cúbicos por segundo. La medición del caudal de un río se hace a través de un instrumento llamado correntímetro, el cual sirve para determinar la velocidad de la corriente en una sección determinada. Luego, esa velocidad se multiplica por el área de la sección en estudio y se obtendrá el caudal correspondiente. El caudal varía de acuerdo a la época del año: en períodos de lluvias el caudal de los ríos es alto, mientras que durante la sequía el caudal se hace bajo o incluso se hace nulo. El caudal de los ríos de primer orden es siempre más bajo que el caudal de los ríos subsiguientes (segundo orden). Las mediciones del caudal de los ríos pueden ser acompañadas por mediciones de sedimentos en suspensión (arcillas y limos), lo cual puede ser útil en la estimación de los grados de erosión de las cuencas de drenaje. Esto es de suma importancia en los estudios comparativos a la hora de elegir sitios para la construcción de represas, puesto que es de sumo interés que la vida útil del embalse sea lo más prolongada posible.

El control de la erosión y la defensa de los márgenes de los ríos y canales frente a la fuerza erosiva del agua cuenta con una nueva solución más económica y mejor para el medioambiente: la malla volumétrica.

Los flujos de agua ejercen fuerzas en los fondos y en los taludes de los canales., en las orillas de los ríos y encauzamientos. Asimismo la lluvia, el viento y la nieve ejercen fuerzas erosivas en los canales. La sedimentación asociada a la erosión produce una reducción de la sección del canal por lo que se incrementan los costes de mantenimiento.


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DRENAJE SUBTERRÁNEO

El drenaje subterráneo tiene como principal misión controlar y limitar la humedad de la explanada, así como de las diversas capas que integran el firme de una carretera. Para ello deberá cumplir las siguientes funciones:

Interceptar y desviar corrientes subterráneas antes de que lleguen al lecho de la carretera.

En caso de que el nivel freático sea alto, debe mantenerlo a una distancia considerable del firme.

Sanear las capas de firme, evacuando el agua que pudiera infiltrarse en ellas.

ELEMENTOS DE DRENAJE SUBTERRÁNEO

Las recomendaciones para el proyecto y construcción del drenaje subterráneo en obras de carretera establece que el proyecto deberá definir con el nivel de detalle que en cada caso proceda, los sistemas de drenaje subterráneo a disponer, justificando convenientemente su elección y adecuación a cada caso.

Se definen a continuación una serie de criterios básicos relativos a los elementos de drenaje subterráneo de más frecuente utilización en obras de carretera. Algunos de ellos son específicos en este tipo de trabajos, mientras que otros son de uso más general; en este último caso se han reflejado los principales aspectos de aplicación dentro del ámbito de este documento.

1. ZANJAS DRENANTES

Son zanjas rellenas de material drenante y aisladas de las aguas superficiales, en el fondo de las cuales generalmente se dispone tubería drenante. Las zanjas drenantes se proyectarán para proteger las capas de firme y la explanada de la infiltración horizontal, para evacuar parte del agua que pudiera haber penetrado por infiltración vertical, así como para rebajar niveles freáticos y drenar localmente taludes de desmonte o cimientos de rellenos.

Cuando las zanjas drenantes pretendan el rebajamiento del nivel freático, el proyecto deberá determinar la necesidad de efectuar ensayos in situ para conocer el valor de los coeficientes de permeabilidad de los terrenos.

El agua afluirá a las zanjas a través de sus paredes laterales, se filtrará por el material de relleno hasta el fondo y escurrirá por este, o por la tubería drenante. También podrá acceder por su parte superior, si el sistema de drenaje subterráneo estuviera concebido para funcionar de esta manera.

En caso de que no estuviera bien aislada superficialmente podría penetrar agua de escorrentía, lo que deberá evitarse en todo caso.


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FIGURA 3.1 .DESAGÜE DIRECTO DE UNA ZANJA DRENANTE

2. PANTALLAS DRENANTES

Las pantallas drenantes, o pantallas drenantes de borde, son zanjas bastante más profundas que anchas —su anchura no suele superar los veinticinco centímetros (25 cm)— , que se disponen normalmente en el borde de capas de firme o explanada, en cuyo interior se dispone un filtro geotextil, un alma drenante y generalmente, un dispositivo colector en la parte inferior.

Se distinguen dos tipos de pantallas, dependiendo de cuál sea el alma drenante proyectada:

— In situ, en las que suele ser material granular.

— Prefabricadas, en las que el alma drenante se elabora en un proceso industrial. Aunque las pantallas drenantes requieren una ocupación de espacio en planta comparativamente menor que otras soluciones que procuran objetivos similares, presentan condicionantes de limpieza y conservación más estrictos. En el proyecto se deberá justificar de manera expresa la adecuación de esta solución a la problemática planteada, así como las características y ubicación de las pantallas drenantes, contemplando de modo expreso sus necesidades de limpieza y conservación, y prescribiendo, salvo justificación en contra, que su parte superior sea impermeable. Las pantallas drenantes pueden disponerse en contacto con las capas de firme o muy próximas a ellas. En este caso debe prestarse especial atención a sus condiciones de impermeabilización. El diámetro interior mínimo del dispositivo colector deberá ser de cien milímetros (100 mm). Cuando la sección no fuera circular, ésta deberá permitir la inscripción de un círculo de dicho diámetro.

En caso de que se justifique de manera expresa en el proyecto, será posible la reducción del diámetro, o incluso la eliminación del dispositivo colector del fondo, atendiendo a circunstancias excepcionales.


http://www.wikivia.org/wikivia/index.php/Archivo:FIGURA_3_1_DRENAJE.jpg

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La distancia entre arquetas no será superior a cincuenta metros (50 m) salvo justificación expresa en contra del proyecto, efectuada teniendo en cuenta las necesidades de limpieza y conservación del sistema.

La construcción de las pantallas drenantes requiere maquinaria específica, en ocasiones con un tren completo de ejecución de las distintas operaciones. En el proyecto deberá definirse el proceso constructivo a emplear, en coordinación con el de las capas que constituyen la sección transversal de la carretera, detallando al menos los aspectos relacionados en el apartado 3.1.17 de este documento. El proyecto deberá estudiar la estabilidad local de la zanja para el alojamiento de la pantalla y global de las obras, antes, durante y después de la ejecución de las mismas.

3. FILTROS Y MATERIALES DRENANTES

Los filtros utilizados más frecuentemente son los rellenos localizados de material drenante y los geotextiles.

— Geotextiles: el Pliego de Prescripciones Técnicas Particulares del proyecto determinará las características que deben cumplir los geotextiles de acuerdo con las prescripciones de los artículos 290 y 422 del PG 3, prestando especial atención a las‐ propiedades relacionadas con los fenómenos de punzonamiento y colmatación. Para ciertas aplicaciones específicamente definidas en el proyecto, podría estar indicado el empleo de materiales drenantes, no contemplados en el artículo 421 del PG 3, cuyas características deberán definirse en el Pliego de Prescripciones Técnicas‐ Particulares. En determinados casos, para tratar de evitar la colmatación de dichos materiales, puede resultar conveniente disponer además geotextiles u otros elementos de filtro adicionales o intermedios.

4. TUBERÍA DRENANTE

. La tubería drenante es una tubería perforada, ranurada, etc., que normalmente estará rodeada de un relleno de material drenante o un geotextil, y que colocada convenientemente permite la captación de aguas freáticas o de infiltración.

El diámetro interior mínimo de los tubos será de ciento cincuenta milímetros (150mm), salvo justificación en contra del proyecto efectuada teniendo en cuenta las necesidades de limpieza y conservación del sistema.

Cuando la sección no fuera circular, esta deberá permitir la inscripción de un círculo de dicho diámetro.

Cuando estas tuberías se instalen en zanjas drenantes se estará además a lo especificado en el apartado 3.1.1.


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5. COLECTORES

. Los colectores son tuberías enterradas conectadas a arquetas o pozos de registro, de los que recogen las aguas provenientes de los elementos de drenaje. No son elementos específicos del drenaje subterráneo de las carreteras, ya que aunque pueden conducir caudales provenientes del mismo, suelen recibir otros provenientes del drenaje superficial que normalmente serán muy superiores. En consecuencia, se estará con carácter general a lo especificado para estos elementos en la norma 5.2 IC Drenaje superficial o aquella que la sustituya.

En ningún caso se proyectarán colectores perforados, ranurados, con juntas abiertas, etc., para captar directamente aguas del terreno.

Cuando las posibles filtraciones desde el colector, pudieran afectar a materiales susceptibles al agua (suelos tolerables con un contenido de yesos, según NLT 115, mayor del dos por ciento (2%), suelos marginales o inadecuados, o rocas que no puedan considerarse estables frente al agua, el proyecto establecerá prescripciones complementarias para garantizar su estanqueidad de manera especial, tales como sellado de juntas, encamisado de tubos, etc.

Cuando el trazado en planta de un colector coincida con el de una zanja drenante, se estará a lo especificado al respecto en el apartado

6. . ARQUETAS Y POZOS DE REGISTRO

. Se estará con carácter general a lo especificado en el artículo 410 del PG 3 y en la‐ norma 5.2 IC Drenaje superficial o aquella que la sustituya.

El fondo de la arqueta o pozo de registro estará constituido por una solera que garantice su impermeabilidad. Cuando las posibles filtraciones desde los pozos o arquetas puedan afectar a materiales susceptibles al agua (suelos tolerables con un contenido de yesos, según NLT 115, mayor del dos por ciento (2%), suelos marginales o inadecuados, o rocas que no pueden considerarse estables frente al agua, la condición de impermeabilidad deberá extenderse a paredes y juntas.

Los detalles necesarios para dar pendientes a la solera, construir conexiones hidráulicas, garantizar la visitabilidad, etc., se proyectarán en general mediante elementos específicos de hormigón (hormigones de forma).

Las zanjas drenantes normalmente desaguarán su caudal a través de la tubería drenante alojada en su fondo, que se prolongará hasta el paramento interior de arquetas y pozos de registro.

Para evitar acumulaciones de agua en el contacto entre la zanja y la arqueta o pozo, se proyectará en el fondo de la zanja, al menos en los cinco metros (5 m) más próximos a la arqueta o pozo, una solera de hormigón en la que la tubería drenante se encuentre embebida al menos cinco centímetros (5 cm) al llegar a la sección de inserción (véase figura).


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FIGURA 3.2. DETALLE DE LA ZONA DE INSERCIÓN

Cuando entre el pozo o arqueta y los tubos que en ella se inserten puedan existir asientos diferenciales, con objeto de evitar agrietamientos, se usarán juntas elásticas estancas en la sección de inserción, capaces de absorber el asiento previsto. Asimismo el proyecto deberá prescribir la comprobación de la estanqueidad de los tubos de salida. Las arquetas y pozos se proyectarán de modo que, las aguas de drenaje superficial o de colectores no puedan acceder a los sistemas de drenaje profundo.

7. LÁMINAS IMPERMEABLES

. Para aislar de las aguas ciertas zonas de los rellenos o terrenos naturales, podrán emplearse en general, láminas sintéticas impermeables.

En el proyecto se definirán las características físicas, químicas y mecánicas de dichas láminas, las prescripciones que deban observarse durante su transporte, las condiciones de durabilidad, exposición, recepción y almacenamiento, y su modo de colocación, especificando los requisitos que han de cumplir las uniones, solapes y resguardos en sus bordes.

Las superficies de apoyo de las láminas impermeables deberán ser regulares, con pendiente hacia los puntos bajos de desagüe, colocándose las zonas de solape de la lámina ubicada aguas arriba, sobre la que se encuentra inmediatamente aguas abajo (véase figura 3.3).

FIGURA 3.3. COLOCACIÓN DE LÁMINAS EN ZONAS DE SOLAPE




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Las características de los materiales —rellenos, geocompuestos, etc.— a disponer directamente sobre las láminas, así como sus condiciones de puesta en obra, serán objeto de definición expresa en el proyecto, para garantizar un comportamiento satisfactorio del sistema.

8. MANTOS DRENANTES

. Son capas drenantes formadas por bloques, bolos, material granular o elementos drenantes prefabricados (generalmente geocompuestos), que se disponen entre un relleno y el terreno natural sobre el que éste se cimenta.

Deben recoger y conducir al sistema general de drenaje de las obras, surgencias de agua procedentes del terreno natural y aportes provenientes del propio relleno en su caso. Asimismo tienen por función la interrupción de los procesos de ascensión capilar, al estar constituidos por materiales con huecos de mayor tamaño que los que permiten dicha elevación.

El área del manto depende de la de la zona a drenar. Puede ser bastante reducida cuando se trate de una captación aislada, cubrir toda una vaguada cuando la obra discurra sobre la misma, construirse como elemento de captación de las aguas aportadas por las fracturas de un macizo rocoso en un fondo de desmonte, etc. Salvo cuando estuviera constituido exclusivamente por geocompuestos, en cuyo caso el proyecto podrá justificar valores menores, el manto drenante tendrá un espesor mínimo de treinta centímetros (30 cm), debiendo encontrarse la línea de saturación al menos a diez centímetros (10 cm) bajo su cota superior. Asimismo y salvo especificación en contra del proyecto, deberán disponerse filtros granulares o geotextiles (véase apartado 3.3) para la protección del manto. En general el manto drenante deberá estar provisto de tuberías drenantes, con desagüe a colectores. Normalmente, los mantos drenantes que quedan bajo las obras, no se podrán someter a trabajos de conservación sin que éstas se vean afectadas, por lo que resulta de especial importancia que su espesor sea el adecuado, que no se produzca su colmatación, y que el funcionamiento de tuberías drenantes y colectores sea correcto. En ningún caso se podrán proyectar mantos drenantes en sustitución, o con funciones propias, de las obras de drenaje transversal.

9. DRENES EN ESPINA DE PEZ

. Para la captación de un conjunto localizado de manantiales o surgencias, los mantos drenantes pueden sustituirse por una red, generalmente arborescente o con forma de espina de pez, constituida por zanjas drenantes que confluyen a una principal que funciona como emisario y que, normalmente, alojará tubería drenante y colector en su interior. Los entronques deberán definirse en el proyecto, mediante piezas especiales entre tuberías, transiciones entre zanjas, arquetas, etc.


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El trazado de esta red se determinará de acuerdo con la ubicación de los manantiales o surgencias que hubieran de captarse en cada caso, pudiendo combinarse los drenes en espina de pez con los mantos drenantes

COMBINACIÓN DE UN MANTO DRENANTE CON DRENES EN ESPINA DE PEZ

10. TACONES DRENANTES

. En rellenos cuyos espaldones pudieran plantear problemas de estabilidad, puede adosarse al pie un tacón generalmente de escollera, con el doble propósito de actuar como elemento resistente —proporcionándole contención lateral—, y de constituir un elemento de drenaje para recoger el agua procedente del terreno de cimentación, del manto drenante si existiera, e incluso del propio relleno en su caso. Para la construcción de este elemento deberá proyectarse una capa de filtro, conforme a lo especificado en los artículos 658 y 421 del PG 3.‐ En secciones en terraplén cimentadas sobre una ladera natural, o secciones a media ladera, en las que el tacón drenante se disponga en el pie de menor cota, el proyecto deberá analizar específicamente la estabilidad local y global de las obras antes, durante y después de la construcción del tacón.

TACÓN DRENANTE Y EJEMPLO DE RELLENO CON ZONA ESPECIAL DRENANTE




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11. DRENES DE INTERCEPTACIÓN

Son zanjas drenantes provistas por lo general de tubería drenante en su parte inferior, que tienen por objeto la captación de aguas subterráneas, o el rebajamiento del nivel freático, y que se disponen transversalmente al flujo a captar.

Pueden situarse en cimientos de rellenos o al pie de los mismos, al pie o en coronación de los desmontes, en bermas intermedias, etc.

EN CIMIENTO DE RELLENOS

Cuando los rellenos estén cimentados sobre laderas naturales, y se prevea la presencia de agua en la zona de contacto del terreno con el relleno, se deberán proyectar las obras necesarias para mantener drenado dicho contacto. Podrán proyectarse drenes en el borde alto de dicho contacto; cuando la cimentación sea escalonada podrán asimismo disponerse en los escalones en que se prevea flujo de agua (véase figura 3.6). La pendiente longitudinal mínima de estos drenes será del uno por ciento (1%).

EMPLEO DE DRENES DE INTERCEPTACIÓN EN EL CIMIENTO DE UN RELLENO

Al proyectar estos drenes, debe tenerse en cuenta que la construcción del relleno puede alterar la distribución de las zonas de afloramiento de las aguas en el terreno natural bajo el mismo, por la eliminación de zonas permeables superficiales, obstrucción de capas permeables profundas, etc.

Lo especificado en este apartado también será de aplicación general para el drenaje del cimiento de la transición desmonte relleno (véase figura 3.7).‐

EMPLEO DE DRENES DE INTERCEPTACIÓN EN UNA TRANSICIÓN DESMONTE RELLENO‐




DRENAJE

DRENES LONGITUDINALES DE INTERCEPTACIÓN

Son zanjas drenantes que se disponen longitudinalmente a la carretera o elemento a proteger, aguas arriba de los mismos, con el fin de interceptar flujos de agua hacia éstos. Su profundidad deberá determinarse en el proyecto, en función de las condiciones hidrogeológicas existentes (véase figura 3.8).

Cuando el flujo a captar se encuentre a mayor profundidad que la alcanzable por una zanja drenante convencional, pueden llegar a construirse con maquinaria similar a la empleada para la ejecución de muros pantalla de hormigón, rellenándose generalmente con material granular.

En estos casos, excepcionales, que el proyecto deberá justificar de manera expresa, deberá estarse a lo especificado en el apartado 3.16 de estas recomendaciones. Debe tenerse en cuenta en la definición del proceso constructivo la posible influencia del empleo de lodos tixotrópicos en la permeabilidad del elemento en cuestión (y su evolución con el tiempo). Asimismo deberán considerarse las dificultades para la disposición de filtros, tuberías drenantes, etc.

En cualquier caso, el proyecto deberá analizar la estabilidad local y global de las obras, antes, durante y después de la construcción del dren longitudinal de interceptación.

FIGURA 3.8. EJEMPLO DE DREN LONGITUDINAL DE INTERCEPTACIÓN

12. CONTRAFUERTES DRENANTES

. Los contrafuertes drenantes son un sistema mixto de drenaje y refuerzo de aplicación en taludes de desmonte o espaldones de rellenos, que consta de zanjas drenantes orientadas según líneas de máxima pendiente de los mismos, que además actúan como contrafuertes.

Entre dichas zanjas y a diferentes alturas, pueden proyectarse, transversalmente a las primeras, otras de menor o igual profundidad (contrafuertes secundarios) que desagüen a las anteriores, contribuyendo además al refuerzo del paramento en cuestión.



DRENAJE

Los contrafuertes se proyectarán con profundidad sensiblemente constante, o variable, en función de las características del terreno y de la importancia relativa de las funciones, de drenaje y refuerzo respectivamente, buscadas en cada aplicación particular. En la figura 3.9 se muestran ejemplos de contrafuertes de profundidad constante y variable.

ASPECTOS RELATIVOS A LA FUNCIÓN DE REFUERZO

El campo de aplicación preferente de los contrafuertes drenantes son los desmontes con oscilaciones de humedad tales que se puedan provocar procesos de erosión e inestabilidad, así como la corrección de inestabilidades superficiales en espaldones de rellenos. Estos elementos son adecuados, en general, en suelos fácilmente excavables y dotados de cierta cohesión. Normalmente se proyectarán con una profundidad suficiente como para penetrar en el sustrato estable, contribuyendo a una mejora resistente del talud en cuestión, según secciones transversales al eje de la carretera. En este sentido, resultan de gran importancia el espaciamiento y dimensiones de los contrafuertes y las características geotécnicas del material que los constituye. El proyecto deberá estudiar de manera específica el proceso constructivo a emplear y las condiciones de estabilidad de las obras antes, durante y después de la construcción de los contrafuertes drenantes. En ocasiones puede resultar conveniente la construcción de un pequeño murete al pie de los contrafuertes.

EJEMPLOS DE CONTRAFUERTES DRENANTES DE PROFUNDIDAD APROXIMADAMENTE CONSTANTE O VARIABLE



DRENAJE

13. DRENES CALIFORNIANOS

. Los drenes californianos son perforaciones de pequeño diámetro y gran longitud —en relación con su diámetro— efectuadas en el interior del terreno natural o de rellenos, dentro de las cuáles se colocan generalmente tubos, que en la mayoría de los casos, serán ranurados o perforados.

Cuando se ejecutan en un desmonte, ladera natural o relleno, su inclinación suele ser próxima a la horizontal, denominándose en consecuencia drenes subhorizontales. También pueden disponerse con mayor inclinación, llegando incluso hasta la vertical en galerías de drenaje.

El objetivo principal de un tratamiento mediante drenes californianos es el de reducir las presiones intersticiales de una zona determinada, agotar una bolsa de agua o rebajar el nivel freático.

UBICACIÓN

La ubicación de los drenes californianos se determinará en función de la naturaleza de los terrenos atravesados, para lo que deberán tenerse en cuenta sus condiciones hidrogeológicas. Buena parte del éxito de este tratamiento depende del acierto en su disposición, por lo que el conocimiento de la estructura geológica en la que se perforen resulta de capital importancia.

La posición y longitud del dren se definirá de forma que se atraviesen las posibles superficies de inestabilidad, discontinuidades, zonas diaclasadas, planos de fractura, mantos o capas permeables o bolsas de agua —en suma, superficies o volúmenes que contengan el agua a drenar—, prolongándose en general un mínimo de dos a tres metros (2 a 3 m) por el interior de dichas formaciones.

Los drenes subhorizontales pueden proyectarse en varios niveles, desde pies de desmonte y bermas intermedias, a media altura en taludes, etc. En ocasiones pueden perforarse durante la ejecución de las excavaciones, con el fin de actuar como elementos de estabilización por disminución de las presiones intersticiales en los taludes durante su construcción.

También pueden proyectarse retículas tipo, en función de las características de los terrenos a atravesar, que podrán ejecutarse en un proceso iterativo de densificación de una malla inicial más amplia.


Trabajo de Drenaje

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