CARRERA: CARRERA: INGENIERIA CIVIL MATERIA: CARRETERAS MATERIA: CARRETERAS TRABAJO: CLASIFICACION TRABAJO: CLASIFICACION DE DRENAJE CATEDRATICO: CATEDRATICO: ELEAZAR FELIPE VALENCIA DIAZ ALUMNO: ALUMNO: MARTINEZ ASTUDILLO MANUEL ALFREDO GRUPO: GRUPO: A
A 26 DE NOVIEMBRE DEL 2013
INTRODUCCION
Debido a los modernos medios de transporte, el desarrollo del mundo ha evolucionado por lo cual a diario se presentan nuevos retos para el ingeniero de este siglo. El ingeniero civil actual se ve en la necesidad de dar una solución que este a la par de todo este fenómeno de la modernización. Es muy importante ponerse a pensar en lo indispensable que son para el ser humano los medios de transporte y como éstos han evolucionado con el paso del tiempo. Uno de esos medios es el automóvil. Como bien es sabido, los caminos o carreteras sirven para unir una comunidad con otra y de esta manera mantener comunicación entre ellas. Los caminos son considerados vitales en el crecimiento y avance de un país, es precisamente aquí, en estos aspectos, donde se refleja este avance indispensable y necesario para el comercio y turismo de un país, con excelentes vías de comunicación.
Se observa que con el paso del tiempo factores tales como el viento, la temperatura, los sismos y el agua, por mencionar algunos, son causantes de desgaste, el cual termina por afectar la eficiencia del camino. El problema se inicia a consecuencia de las lluvias que trae como resultado el mal funcionamiento del drenaje y sub-drenaje, generando problemas como azolves en la obras de captación, canales deteriorados, vegetación en las laderas y cortes, etc., que a lo largo ocasionan daños muy costosos e importantes de tomarse en cuenta en cuestión económica ya que un camino mal proyectado genera mayores costos de mantenimiento y conservación. Es por esta razón que el diseño y construcción de un sistema de drenaje superficial requiere la realización de estudios del clima, suelo e hidrología. Los objetivos principales del drenaje son la preservación de la carretera, ya que ésta juega un papel social y económico. La prevención del impacto negativo al ambiente es de igual manera una de las metas del sistema de drenaje. Unos de los elementos que causan mayores problemas a los caminos es el agua pues en general disminuye la resistencia de los suelos, presentándose así fallas en terraplenes, cortes y superficies de rodamiento. Lo anterior obliga a construir el drenaje de tal forma que el agua se aleje con la mayor rapidez posible de la obra. El drenaje es vital en una carretera, pero el comportamiento de las corrientes de agua sobre ella no son iguales en todas partes, es por ello que existe lo que se conoce como drenaje artificial que no son más que formas no naturales de expulsar el agua de la carretera.
CLASIFICACION DE DRENAJE
El drenaje artificial se clasifica en superficial y subterráneo, dependiendo de si el agua escurre o no por las capas de la corteza terrestre. El drenaje superficial se considera longitudinal o transversal, según la posición que las obras guarden con respecto al eje del camino. Las obras de drenaje superficial se construyen sobre la superficie del camino o terreno, con funciones de captación, salida, protección, y cruce. a- El drenaje longitudinal tiene por objeto captar los escurrimientos para evitar que lleguen al camino o permanezcan en el causando desperfectos. De este tipo de drenaje son: 1- Cunetas: Las cunetas son zanjas que se hacen en uno o ambos lados del camino, con el propósito de conducir las aguas provenientes de la corona y lugares adyacentes hacia un lugar determinado, donde no provoque daños, su diseño se basa en los principios de los canales abiertos. Estas obras de drenaje se pueden presentar en dos tipos: en cortes en balcón donde hay cuneta en un solo lado y en cortes en cajón, donde hay cuneta en ambos lados. La cuneta se dispone en el extremo del acotamiento, en contacto inmediato con el corte. Su situación le permite recibir los escurrimientos de origen pluvial propios del talud y los del área comprendida entre el coronamiento del corte y la contracuneta, si la hubiere o el terreno natural aguas arriba del corte, si no hay contracunetas. También la cuneta puede recibir agua que haya caído sobre la corona de la vía, cuando la pendiente transversal de ésta tenga la inclinación apropiada para ello. (Figuras 1 y 2).
CONTRACUNETAS: Las contracunetas son zanjas que se construyen agua arriba de los
ceros de los cortes y su finalidad es interceptar el agua que escurre por las laderas y conducirlas hacia alguna cañada inmediata o a una parte baja del terreno, evitando asi que al escurrir el agua por los taludes los erosione y aumente el caudal de las cunetas. Se denominan contracunetas, a los canales excavados en el terreno natural o formados con pequeños bordos, que se localizan aguas arriba de los taludes de los cortes, con la finalidad de interceptar el agua superficial que escurre ladera abajo desde mayores alturas, para evitar la erosión del talud y el congestionamiento de las cunetas y la corona de la vía terrestre por el agua y su material de arrastre (Figuras 5 y 6).
BERNAS: Las bermas o escalonamientos pueden cumplir también funciones de drenaje
superficial, de control de aguas broncas y de conducción y eliminación; es en este sentido como se tratan en este tema. El efecto de la berma es disminuir la fuerza erosiva del agua que escurre por los taludes de un terraplén o un corte o por el terreno natural superficialmente. Estos elementos encauzan convenientemente al agua colectada si se les da una pendiente apropiada hacia lavaderos, bajadas o estructuras análogas; de no ser así, el agua provoca erosión o infiltración en los taludes por arrastres, generando problemas en las cunetas y efectos adversos sobre la estabilidad general. (Figuras 20 y 21).
BORDILLOS Y VEGETACION: Una de las más efectivas protecciones de lo s taludes de un corte o
un terraplén o del terreno natural contra la acción erosiva del agua superficial es la plantación de especies vegetales; éstas retardan el escurrimiento, disminuyendo la velocidad del agua y contribuyen a fomentar una condición de equilibrio en los suelos en cuanto contenido de agua. Son estructuras que se colocan en el lado exterior del acotamiento en las secciones en tangente, en el borde opuesto al corte en las secciones en balcón o en la parte interior de las secciones de terraplén en curva. Son pequeños bordos que forman una barrera para conducir el agua hacia los lavaderos y bajadas, evitando erosiones en los taludes y saturación de éstos por el agua que cae sobre la corona del camino. Generalmente los bordillos son de sección trapecial, de concreto asfáltico o hidráulico (Figuras 22 y 23).
CANALES DE ENCAUZAMIENTO:
En terrenos sensiblemente planos en los cuales el escurrimiento es de tipo torrencial y no existen causes definidos es necesario construir canales que intercepten al agua antes de que esta llegue al camino y la conduzcan a sitios elegidos con anticipación, en los que se pueda construir una obra transversal y efectuar el cruzamiento.
b) El drenaje transversal da paso expedito al agua que cruza de un lado a otro del camino, o bien la retira lo más pronto posible de la corona. Corresponden a este tipo de drenaje:
Tubos
Lozas
Cajones
Bóvedas
Lavaderos
Vados
Sifones invertidos
Puentes
Bombeo de la corona
TUBOS:
Esta obra complementaria es muy parecida a una alcantarilla, son elementos de solución para el drenaje que van implementados bajo las terracerías de la carretera que se va construir. Existen varios tipos de tubo como el de lámina corrugada, tubos de 33 sección circular con doble capa de cemento asfáltico, tubos de concreto y tubos desarmables intercambiables. El tubo va colocado transversalmente al camino y permite la continuidad del caudal existente, si está correctamente calculado. El diámetro del tubo depende del gasto que se genere por el escurrimiento natural, el que puede variar entre 0.45 cm y 1.50 cm de diámetro regularmente. (Figura 12).
BOMBEO:
Se denomina Bombeo a la pendiente transversal que se da en las carreteras para permitir que el agua que directamente cae sobre ellas escurra hacia sus dos hombros. (Figuras 7 y 8). Consiste en proporcionar a la corona del camino, ubicada en las tangentes del trazo horizontal, una pendiente transversal desde el centro del camino hasta los hombros. Su función es dar salida expedita al agua que caiga sobre el pavimento y evitar en lo posible que el líquido penetre en las terracerías. En las curvas horizontales, el camino se sobreeleva en el hombro exterior con respecto al interior para contrarrestar la fuerza centrífuga. Dicha sobreelevación sirve también para dar salida al agua que cae en estas partes del camino, hacia el interior del hombro.
VADO:
Los vados son estructuras superficiales del camino, ubicadas en el cruce con un escurrimiento de agua efímero o permanente de tirante pequeño. Su uso es frecuente cuando hay corrientes de régimen torrencial que permiten el paso de vehículos la mayor parte del año y donde el transito se interrumpa de dos a cuatro horas promedio. Su configuración debe acercarse lo más posible a la del terreno natural para no alterar el régimen hidráulico. Este tipo de solución como obra de drenaje es poco común, es una obra de paso para el agua, dejando que ésta continúe su curso de manera natural sin afectar su nivel de escurrimiento, es decir, la carretera pasará a nivel del agua respetando su condición actual. (Figura 11). El vado se proyecta para cruces que normalmente requieren obras mayores de 6.00 m; pero cuyos cauces son muy extendidos, porque los espesores del terraplén deban ser bajos y no es conveniente elevar la rasante por economía de las terracerías, como en el caso de un puente, además de que el escurrimiento en estos cauces es muy esporádico.
PUENTES Y ALCANTARILLAS:
Las estructuras de drenaje más espectaculares en una v ía terrestre son los puentes y las alcantarillas, responsables principales del drenaje transversal; es decir, del paso de grandes volúmenes de agua, arroyos, ríos, entre otros, a través de la obra, en una dirección perpendicular a ella. Suele llamarse a los puentes obras de drenaje mayor y a las alcantarillas de drenaje menor (Figuras 14, 15, 16y 17). Estas obras se presentan regularmente en un terraplén y también en un corte. Son obras necesarias por el claro que se tiene que librar, que en muchos casos son arroyos o ríos que tienen un caudal importante, normalmente un puente tiene una longitud mayor a 6.0 m y se construye de concreto en la mayoría de los casos, aunque también los construyen de estructura de acero. Un puente es una construcción que permite salvar un accidente geográfico como un río. Las alcantarillas son estructuras transversales de forma diversa cuya función e s conducir y desalojar, con mayor rapidez posible el agua de las hondonadas y las partes bajas del terreno que atraviesan el camino. Las alcantarillas existen normalmente en la construcción de un camino entre 3 o 4 por Km significando en la inversión total de un 15 a 20% del costo total de obra, sus dimensiones son menores a 6.0 m y la construcción varía en forma y materiales.
LAVADEROS: Son canales que se conectan con los bordillos y bajan transversalmente por los taludes, con la misión de conducir el agua de lluvia que escurre por los acotamientos hasta lugares alejados de los terraplenes, en donde no cause problemas a la carretera. En general son estructuras de muy fuerte pendiente, característica principal de éstos. Cuando se disponen en los caminos están sobre los terraplenes, sobre los lados en terraplén, de cortes en balcón o en los lados interiores de curvas, cuando corresponden a secciones también en terraplén. En tramos en tangentes suelen disponerse cada 60 ó 100 m, pero esta separación es variable, dependiendo de la pendiente longitudinal de la vía terrestre y del régimen de precipitación pluvial en la zona. La Figura 18 muestra la planta típica de un lavadero construido en mampostería, un corte según su eje longitudinal y una perspectiva de su d isposición en una carretera.
Bajadas: Este tipo de estructura tiene una función análoga a los lavaderos, pero
constituidas por un tubo apoyado en la superficie inclinada del terreno o enterrado en él. En rigor la distinción respecto a los lavaderos es simple nomenclatura y muchos ingenieros consideran a las bajadas como lavaderos entubados. La tubería que se ha empleado con más éxito es la de lámina, provista de alguna junta capaz de absorber pequeños movimientos por temperatura o por asentamiento del terraplén o del terreno en que se coloque el tubo. En lugares de precipitación escasa o en donde la velocidad del escurrimiento no es alta, podrá utilizarse también el concreto hidráulico para hacer los tubos.
BOVEDAS: Las bóvedas son elementos en arco utilizados desde la antigüedad que
soportan rellenos y cagas amplias. Son estructuras cuya sección transversal interior está formada por tres partes principales: el piso, dos paredes verticales que son las caras interiores de los estribos y sobre estas, un arco circular de medio punto o rebajado que es el intradós e arco estructural de sección variable con mínimo espesor en la clave. En general se construye con mampostería de tercera y mortero de 1:5.
Losas sobre estribos: Son estructuras formadas por dos muros de mampostería de tercera con mortero de cemento 1:5, sobre los que se apoya una losa de concreto reforzado.
Cajones: Son estructuras de sección rectangular con paredes, techos y piso de concreto reforzado cuya construcción requiere de cuidados especiales. Trabajan en conjunto como un marco rígido que absorbe el peso y el empuje del terraplén, la carga viva y la reacción del terreno.
SIFONES INVERTIDOS: El sifón invertido surge como solución a la necesidad de burlar un obstáculo topográfico y conducir un fluido mediante una tubería a presión, diseñándose como una tubería simple. Es notable la utilidad que tiene este tipo de estructuras no solo porque resuelve el problema de realizar grandes tramos de canal cuya construcción demandaría mayores costos elevando el monto del proyecto. Los sifones invertidos son usados para transportar agua proveniente de canales por debajo de carreteras y vías de tren debajo de ríos y quebradas, etc. Cuando existen quebradas poco anchas profundas conviene cruzadas con acueductos, pero cuando el cruce es ancho arriba y profundo en el centro muchas veces conviene proyectar un sifón invertido .Los estudios económicos y las consideraciones topográficas, geológicas e hidrológicas, determina la factibilidad de usar uno u otro tipo de estructura1 Un sifón está formado por un tubo en forma de “U” invertida, con uno de sus extremos sumergidos en un líquido, que asciende por el tubo a mayor altura que su superficie, desaguando por el otro extremo.
En el proyecto de los sistemas de la evacuación de las aguas residuales, la topografía local puede exigir la ejecución de obras especiales denominadas Sifones Invertidos con el fin de evitar obstáculos tales como quebradas, ríos, canalizaciones de aguas pluviales, carreteras, etc. Tales alcantarillas fluirán llenas y estaran bajo alguna presión, de modo que deben ser disefadas para resistir presiones internas bajas, así como también cargas externas. Así mismo es importante que la velocidad sea mantenida relativamente alta (al menos 0.9 m/s) para evitar la deposición de sólidos en lugares que serán muy difíciles o imposibles de limpiar.
