INTRODUCCIÓN En carreteras drenaje, es todo medio por el cual fluye el agua que está contenida en una zona, por medio de la superficie o de infiltraciones en el terreno. Se emplea en la ingeniería para designar al sistema de tuberías, sumideros o trampas y todas sus conexiones, que se utilizan para el desalojo de líquidos, por lo general pluviales, para la cual es indispensable considerar los procesos de captación, conducción y evacuación de los mismos. El exceso de agua u otros fluidos en los suelos o en la estructura de una carretera, afecta sus propiedades geo mecánicas, los mecanismos de transferencia de carga, presiones de poros, subpresiones de flujos, presiones hidrostáticas, e incrementa la susceptibilidad a los cambios volumétricos. Por tal motivo, y aun cuando el agua es un elemento fundamental para la vida, es una de las causas más relevantes del deterioro prematuro de la infraestructura vial. El objetivo principal del drenaje de caminos es el de reducir o eliminar la energía generada por una corriente de agua y evitar la presencia de agua o humedad excesiva en la calzada, ya que ésta puede repercutir negativamente en las propiedades mecánicas de los materiales con que fue constituida; esto hace que la previsión de un drenaje adecuado sea un aspecto vital para el diseño de caminos. Muchos de los problemas asociados al drenaje pueden ser evitados a la hora de trazar y diseñar el camino, por lo que resulta necesario incluir el sistema de drenaje durante la alineación y planeamiento del mismo. Para que éste sea eficaz, durante su periodo de vida se deberán satisfacer dos criterios fundamentales:
Se debe alterar lo menos posible la red de drenaje natural. Se debe drenar el agua superficial y sub-superficial del camino y esparcirla de tal forma que se impida la acumulación excesiva en zonas inestables y la erosión ulterior aguas abajo.
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.
3.1 DRENAJE NATURAL DEFINICIÓN En ingeniería y urbanismo, es el sistema de tuberías, sumideros o trampas, con sus conexiones, permite el desalojo de líquidos, generalmente pluviales, de una población. (En este caso de un camino o carretera).
PRIMEROS DRENAJES Antiguos sistemas de drenaje, fueron construidos en las civilizaciones antiguas, pero se diferencían de las actuales porque las mismas eran superficiales y no subterráneas. Un ejemplo de ello esta en el imperio romano, donde se creó un sistema eficiente pero pestilente, llamado la cloaca máxima.
e j a n e r d e d a r b o a l e d s o v i t e j b O
Dar salida al agua que se acumula en el camino.
Reducir o eliminar la cantidad de agua que se dirija hacia el camino.
Evitar que el agua provoque daños estructurales. Dependerá en gran parte la vida útil, facilidad de acceso y la vida útil del camino.
FACTORES QUE INFLUYEN EN LA FORMACIÓN DE LOS CAUDALES. FACTORES DE LA LLUVIA DURACI N La Duración (t) es el período de análisis. Las lluvias de corta duración, conocidas también como tormentas, son eventos que por lo general tienen duraciones entre 5 minutos y 24 horas, y se utilizan para el cálculo
FACTORES DE LA CUENCA MORFOMETRIA La Morfometría se refiere a las características físicas de la cuenca vertiente. Las principales son el Área, la Longitud del cauce principal, la Forma, la Pendiente del cauce, y la Pendiente de la ladera.
INTENSIDAD La Intensidad (i) se define como el volumen de precipitación por unidad de tiempo. Se expresa en milímetros por hora (mm/h)
USO DEL SUELO El Suelo y su uso tienen importancia en lo que hace relación con la capacidad de infiltración y con los estimativos de evapotranspiración.
FRECUENCIA La Frecuencia (f) es una medida de la probabilidad de ocurrencia de eventos mayores o iguales que el que se analiza.
ALMACENAMIENTO La Capacidad de regulación por almacenamiento tiene que ver con los tipos de almacenamiento que predominan en la cuenca; por ejemplo, concentrados e embalses, o repartidos en las corrientes de drenaje o en los depósitos subterráneos.
PATR N La Variación temporal, o patrón, está representada por el hietograma de la lluvia. La duración del aguacero se _______________________________ divide en "n" intervalos iguales, y a cada intervalo le corresponde una parte de la precipitación total.
CRITERIOS DE DISEÑO A la hora de proyectar el drenaje de una carretera deben tenerse presentes una serie de factores que influyen directamente en el tipo de sistema más adecuado. Los más destacables son:
Factores topográficos:
Factores hidrológicos:
• Dentro de este grupo
• Hacen referencia al
se engloban circunstancias de tipo físico, tales como la ubicación de la carretera respecto del terreno natural contiguoen desmonte, terraplén o a media ladera, la tipología del relieve existentellano, ondulado, accidentado- o a la disposición de sus pendientes en referencia a la vía.
área de la cuenca de recepción y aporte de aguas superficiales que afectan directamente a la carretera, así como la presencia, nivel y caudal de las aguas subterráneas que puedan infiltrarse en las capas inferiores del firme.
Factores geotécnicos:: • La
naturaleza y características de los suelos existentes en la zona condicionada la facilidad con la que el agua puede llegar a la via desde su punto de origen, así como la posibilidad de que ocasione corrimientos o una erosión excesiva del terreno. Las propiedades a considerar son aquellas que afectan a su permeabilidad, homogeneidad, estratificación o compacidad, influyendo también la existencia de vegetación.
POTAMOLOGÍA Potamología es el estudio de las aguas fluviales (del griego potamos (Ποταμός) =
río), que abarca conceptos como los de su caudal, cauce, cuenca, curso o corriente, régimen fluvial, dinámica fluvial, perfiles (longitudinal y transversal), afluentes y su importancia, ecología, flora, fauna, recursos hídricos e hidroeléctricos, navegación fluvial, etc. Vendría a ser una parte de la hidrografía.
TIPOS DE RÍOS CLASIFICACIÓN SEGÚN PERIODO DE ACTIVIDAD
Perenes
Estos ríos están formados por cursos de agua localizados en regiones de lluvias abundantes con escasas fluctuaciones a lo largo del año. Sin embargo, incluso en las áreas donde llueve muy poco pueden existir ríos con caudal permanente si existe una alimentación freática (es decir, de aguas subterráneas) suficiente.
Estos ríos y ramblas son de zonas con clima tipo mediterráneo, en donde hay estaciones muy diferenciadas, con inviernos húmedos Estacionales y veranos secos o viceversa. Suelen darse más en zonas de montaña que en las zonas de llanura. Son los ríos de zonas con clima desértico o seco, de caudal que a veces, en los cuales se puede estar sin precipitaciones durante años. Cuando existen descargas de tormenta, que muchas veces Transitorios son torrenciales, los ríos surgen rápidamente y a gran velocidad. Reciben el nombre de wadis o uadis. Son ríos, generalmente de zonas áridas, cuyas aguas proceden de otras regiones más lluviosas. El Nilo en Egipto siempre se ha tomado como ejemplo de este tipo de ríos. También el Okavango, Alóctonos otro río africano que termina en un amplio delta interior en una cuenca endorreica de clima relativamente seco.
CLASIFICACIÓN SEGÚN SE GEOMORFOLOGÍA Según la geometría en planta que adopta la corriente, se pueden clasificar los ríos en tres tipos básicos: rectilíneo, meándrico, y anastomosado (braided en inglés). Los parámetros utilizados para esta clasificación son la sinuosidad (Sinuosidad de un río) y multiplicidad. Esta última depende del número de barras que divide la corriente en varios brazos.
Rectilíneo
Estas corrientes se caracterizan por una sinuosidad baja (menor a 1,5) y multiplicidad 1, es decir, un único canal. Son muy inestables, tendiendo a evolucionar a otros tipos de río. Tienen caudal de alta energía y gran capacidad erosiva.
Anastomosado Estas corrientes presentan canales múltiples. Tienen gran capacidad de transporte y sedimentación, menor energía que las corrientes rectilíneas, tienden a modificar su trayectoria adecuándose al relieve y a los sedimentos en el fondo del cauce, siendo la deposición en el fondo de sedimentos de granulometría heterogénea durante la época de aguas bajas, la principal responsable de la división del cauce en los canales anastomosados, es decir, divididos dentro del propio cauce. Meándrico
Tiene sinuosidad alta (mayor a 1,5) y canal único. Su característica principal es el meandro, curva completa sobre la canal, compuesta por dos arcos sucesivos.
PROCEDIMIENTOS PARA PROYECTAR HIDRÁULICAMENTE UNA ALCANTARILLA. •
Por comparación.
• empírico. •
De sección y pendiente.
•
De la precipitación pluvial.
• Racional
Procedimiento por comparación •
Se aplica en casos donde se trata de construir una nueva alcantarilla en un lugar donde ya había otra, o cerca de una ya existente.
•
Procedimiento aplicable cuando las huellas de las altas agua encontradas en la alcantarilla existente sean claras o cuando se puedan obtener datos verídicos de los vecinos del lugar relativos al nivel más alto alcanzado por el agua durante un periodo no menor de 10 años en ambos casos.
Procedimiento empírico •
Utilizado cuando no ha existido una alcantarilla en el lugar y cuando no hay datos respecto al gasto máximo del arroyo, ni datos de la precipitación pluvial.
•
Empleo de fórmulas para calcular área hidráulica en función al área drenada y de las características topográficas de la cuenca a drenar.(talbot,peck,meyer)
Fórmula de talbot •
= 0.183 ∗ ∗ 4√
a=área hidráulica, en metros cuadrados que deberá tener la alcantarilla.
A=Superficie a drenar, en hectáreas.
C=coeficiente que vale: Valores de área hidráulica de una alcantarilla(talbot)
Procedimiento de sección y pendiente
Consiste en determinar el gasto del cauce por medio de secciones hidráulicas definidas y de la pendiente de arroyo.
Para ello es necesario valerse de las huellas de las huellas de las aguas máximas en el sitio en el que se colocará la alcantarilla y determinar la sección y la pendiente del cauce en el cruce y en dos secciones definidas en las cuales los márgenes sean altas y sobrepasen el nivel de las aguas máximas.
Procedimiento de la precipitación pluvial
Consiste en proyectar la alcantarilla para dar paso a una cantidad de agua determinada por el escurrimiento potable del agua de la lluvia.
Q= Gasto de la alcantarilla en
= 27.524 ⁄
A= número de hectáreas tributarias.
J= precipitación pluvial, en cm por hora correspondiente al aguacero más intenso(10 min).
•
S= pendiente del terreno, en metros por kilómetro.
•
El coeficiente c depende de la clase de terreno que forma la cuenca o área tributaria de la alcantarilla y tiene los valores:
C=0.75 para calles pavimentadas y distritos comerciales. C=0.30 para poblaciones con parques y calles con pavimentos asfalticos. C=0.25 para terrenos de cultivo. Método racional
Consiste en emplear una fórmula que indica que el gasto es igual a un porcentaje de la precipitación pluvial multiplicada por el área tributaria.
Q=27.52 CIA Q=gasto en litros por segundo. C= coeficiente de escorrentía. I=intensidad de la precipitación, correspondiente al tiempo de concentración en cm por hora. A= Área a drenar en hectáreas. El método racional no toma en cuenta ni la variaciones de la intensidad de la lluvia en el área durante todo el tiempo de concentración, ni tampoco el efecto de almacenamiento en la cuenca, ya que se supone que la descarga es igual a la precipitación pluvial menos toda la retención de la cuenca. Este método solo es confiable para cuencas pequeñas o sea de menos de mil acres, o sean 404.69 hectáreas.
Los valores de C •
Pavimentos asfalticos(0.75 a 0.95)
•
Pavimentos de concreto hidráulico(0.70 a 0.90
•
Suelos impermeables(0.40 a 0.65)
•
Suelos ligeramente permeables(0.15ª 0.40)
•
Suelos moderadamente permeables(0.05 a 0.20)
CONCLUSIÓN Para finalizar con este trabajo, podemos tomar de referencia que el drenaje natural en las carreteras es de suma importancia tomando en cuenta los criterios a la hora de proyectar el drenaje debe tenerse presentes una serie de factores que influyen directamente en el tipo de sistemas más adecuado, así como en su posterior funcional. Ya que hay riesgos para la circulación de vehículos, dentro de los drenajes tenemos los dentriticos, y paralelos. Como se mencionó anteriormente unos de los objetivos principales del drenaje de caminos es el de reducir o eliminar la energía generada por una corriente de agua y evitar la presencia de agua o humedad excesiva en la calzada, ya que ésta puede repercutir negativamente en las propiedades mecánicas de los materiales con que fue constituida; esto hace que la previsión de un drenaje adecuado sea un aspecto vital para el diseño de caminos. En donde los ingenieros civiles aplican los conocimientos obtenidos para la construcción de drenajes en proyectos a realizar, ya que muchos de los problemas asociados al drenaje pueden ser evitados a la hora de trazar y diseñar el camino, por lo que resulta necesaria la alineación y planeamiento del mismo. Para que éste sea eficaz, durante su periodo de vida se deberán satisfacer dos criterios fundamentales. Ya que en la actualidad, no se está obteniendo, actualizando, y menos aun utilizando, información sobre la vulnerabilidad y capacidades de la infraestructura económica y social, y de las instalaciones y equipos. Tampoco se ha considerado ni orientado a la población local sobre la elección de alternativas de desarrollo y de ejecución de planes, seguimiento. El drenaje natural también entra en ríos, arroyos, acantilados o cualquier cuerpo de agua en que la topografía del terreno se lo permita. Dentro de la investigación tenemos el Factor topográfico en donde se engloban circunstancia de tipo físico, tales como la ubicación de la carretera respecto del terreno natural existente, llano, ondulado, accidentado, o la disposición de sus pendientes en referencia a la vía. Esto permite que el estudiante de la carrera de ingeniería civil tenga conocimientos acerca de los drenajes naturales, objetivos, planteamientos y como resolver una problemática en las carreteras.
FUENTES DE INFORMACIÓN http://www.uamenlinea.uam.mx/materiales/licenciatura/hidrologia/libro2hidrologia/HU4-03.pdf http://www.arqhys.com/construccion/drenajes-construccion.html https://www.mtc.gob.pe/transportes/caminos/normas_carreteras/documentos/man uales/Manual%20de%20Hidrolog%C3%ADa,%20Hidr%C3%A1ulica%20y%20Dre naje.pdf http://www.wikivia.org/wikivia/index.php/Tipos_drenajes_subterr%C3%A1neos http://www.cosanher.com/single-post/2015/05/27/DRENAJE-EN-CARRETERAS http://www.mapama.gob.es/es/desarrollo-rural/temas/caminosnaturales/6.4._sistema_de_drenaje_tcm7-213288.pdf https://es.slideshare.net/jordyncordovaalvarado/manual-de-drenaje-paracarreteras-57154101 https://www.clubensayos.com/Informes-de-Libros/Unidad-3-DrenajesCarreteras/1226581.html https://es.slideshare.net/roflova/drenajes-9048340?qid=465e71b8-abdc-409f-a36cacafc9901d06&v=&b=&from_search=7
Villalaz, C. (2011 ). Vías de comunicación. Mexico, D.F, : Limusa .
