Capitulo III. Obras de drenaje Una obra de drenaje es un dispositivo utilizado para dar paso al agua, restituyendo la continuidad de la trayectoria de los cauces interceptados principalmente por las obras lineales: line ales: carreteras, ferrocarriles, etc.
Drenaje natural Al caer sobre la supercie terrestre, el agua de lluvia tiene varios destinos: escurre supercialmente, se inltra al subsuelo o se evapora. El agua que escurre de manera supercial se va uniendo y forma pequeños escurrideros que se convierten en arroyos y despus en r!os, los cuales llegan al mar o a una depresi"n continental como los lagos y las lagunas. #odo #odo esto conforma el llamado drenaje natural. $uando se construye un camino, casi siempre se corta el drenaje natural, permitindose el paso del agua s"lo en los sitios elegidos por quienes proyectaron dic%o camino, esto con el n de evitar afectaciones a este por el estancamiento del agua. El estudio de drenaje es de suma importancia para la elecci"n de la ruta de una carretera ya que si se realiza adecuadamente pueden evitarse prdidas econ"micas no previstas durante la ejecuci"n del proyecto. En este estudio se busca una zona que tenga menos problemas de escurrimiento y, de ser posible, se utilizan las pendientes m&'imas permisibles para minimizar el costo de obras de drenaje.
Drenaje artifcial El drenaje articial es el conjunto de obras que sirve para captar, conducir y alejar del camino el agua que puede causar problemas. El drenaje articial se clasica en supercial y subterr&neo, dependiendo de si el agua escurre o no por las capas de la corteza terrestre. terrestre. El drenaje drenaje superc supercial ial se consid considera era longit longitudi udinal nal o transv transversa ersal, l, seg(n seg(n la posici"n que las obras guarden con respecto al eje e je del camino. El drenaje longitudinal tiene por objeto captar los escurrimientos para evitar que lleguen al camino o permanezcan en l, causando desperfectos. )e este tipo de drenaje son las cunetas, contra cunetas, bordillos y canales de encauzamiento. *e llaman de drenaje longitudinal porque se sit(an m&s o menos paralelos al eje del camino. El drenaje transversal da paso e'pedito al agua que cruza de un lado a otro del camino, o bien la retira lo m&s pronto posible de la corona, como tubos, losas los as,, ca cajo jone nes, s, b"ved b"vedas as,, lava lavader deros os,, vados vados,, puen puente tess y el bomb bombeo eo de la corona. )e acuerdo con la dimensi"n del claro de las obras de drenaje transversal, se %a convenido dividir al drenaje en mayor y menor. El drenaje mayor requiere obras con un claro superior a + m. A las obras del drenaje mayor se les denomina puentes y a las del drenaje menor, alcantarilla.
El drenaje subterr&neo consiste en proporcionar suelos de drenaje adecuados para controlar el escurrimiento de esa agua r&pidamente tales como zanjas, drenes ciegos, drenes de tubos. $ada lugar que requiera drenaje subterr&neo, o subdrenaje como tambin se le llama, es un problema individual y diferente, y por lo tanto deben aplicarse los principios de ingenier!a en su soluci"n adecuada. Al drenaje subterr&neo debe d&rsele toda la atenci"n que se merece ya que de l depende gran parte de la seguridad y estabilidad del camino. Aunque en trminos generales el drenaje supercial es m&s importante que el drenaje subterr&neo %ay que reconocer que %ay lugares en los cuales no se puede prescindir del drenaje subterr&neo. os lugares inestables deben de ser drenados inmediatamente y de una vez por todas durante la construcci"n.
Sistemas de drenaje en carreteras a construcci"n de cortes y terraplenes en proyectos carreteros incluye un aspecto muy importante que se reere a la construcci"n de los drenajes y subdrenajes. El diseño y construcci"n de un sistema de drenaje requiere la realizaci"n de estudios del clima, suelo e %idrolog!a. os objetivos b&sicos para el drenaje de los caminos son la preservaci"n de la carretera, debido a la funci"n social y econ"mica que representa y el elevado costo de construcci"n- la prevenci"n del impacto negativo al ambiente, con la reducci"n al m!nimo de los cambios al patr"n de drenaje natural y disminuci"n de la acci"n erosiva producida por el cambio de cauce de su transporte. El diseño y construcci"n de subdrenajes requiere estudios geol"gicos especializados. os subdrenajes son mtodos para remover el agua subterr&nea y se denominan tambin drenajes franceses. El concepto b&sico para el diseño del drenaje subterr&neo consiste en remover el agua del terreno para interceptarla con un material m&s poroso que el suelo nativo. os tipos de drenajes incluyen estructuras transversales, naturales, traves!as, supercie y subdrenajes. Estas estructuras sirven para dispersar, para disminuir la velocidad o transportar el agua y para evitar la acumulaci"n y reducir la fuerza erosiva del agua. *e conocen como obras de drenaje y subdrenaje las siguientes: • • • • • • • • • •
uentes y alcantarillas $unetas /ados #ubos y tubos perforados 0ombeo $ontra cunetas avaderos 0ajadas 0ermas 0ordillos
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/egetaci"n
as obras complementarias de drenaje no son de uso universal. *on obras que deben %acerse s"lo en el lugar en que se requieran, pues de otra manera se pierden recursos econ"micos y se producir&n, inclusive, resultados que pueden ser contrarios.
uentes y alcantarillas as estructuras de drenaje m&s espectaculares en una v!a terrestre son los puentes y las alcantarillas, responsables principales del drenaje transversales decir, del paso de grandes vol(menes de agua, arroyos, r!os, entre otros, a travs de la obra, en una direcci"n perpendicular a ella. *uele llamarse a los puentes obras de drenaje mayor y a las alcantarillas de drenaje menor.
Estas obras se presentan regularmente en un terrapln y tambin en un corte. *on obras necesarias por el claro que se tiene que librar, que en muc%os casos son arroyos o r!os que tienen un caudal importante, normalmente un puente tiene una longitud mayor a +.1 m y se construye de concreto en la mayor!a de los casos, aunque tambin los construyen de estructura de acero. as alcantarillas e'isten normalmente en la construcci"n de un camino entre 2 o 3 por 4m signicando en la inversi"n total de un 56 a 718 del costo total de obra, sus dimensiones son menores a +.1 m y la construcci"n var!a en forma y materiales.
Perfl de una alcantarilla. Colocación en terraplén.
$unetas as cunetas son canales que se adosan a los lados de la corona de la v!a terrestre, en el lado del corte en secciones de esta naturaleza- en cortes en balc"n %ay cuneta en un solo lado y en cortes en caj"n, en ambos lados. a cuneta se dispone en el e'tremo del acotamiento, en contacto inmediato con el corte. *u situaci"n le permite recibir los escurrimientos de origen pluvial propios del talud y los del &rea comprendida entre el coronamiento del corte y la contra cuneta, si la %ubiere o el terreno natural aguas arriba del corte, si no %ay contra cunetas. #ambin la cuneta puede recibir agua que %aya ca!do sobre la corona de la v!a, cuando la pendiente transversal de sta tenga la inclinaci"n apropiada para ello.
Cuneta. Sección en cajón
a capacidad %idr&ulica de la cuneta como canal dene principalmente la posibilidad de cumplir su funci"n de canalizar y eliminar con rapidez el agua que recolecte. a pendiente longitudinal m!nima que debe e'istir en una cuneta es de 1.68. a velocidad con la que el agua circule sobre ella, debe
quedar comprendida entre los l!mites de dep"sito y erosi"n, ambos indeseables. as cunetas se construyen generalmente de secci"n trapecial o triangular. En la pr&ctica me'icana, la secci"n triangular es con muc%o la m&s frecuente. El talud %acia la v!a es como m!nimo 2:5, preferentemente 3:5 y el del lado del corte sigue sensiblemente la inclinaci"n de ste. *e prev una l&mina de agua de no m&s de 21 cm. a secci"n triangular es la m&s conveniente y f&cil de construir- se conforma al terminar la capa subrasante y el trabajo puede %acerse con motoconformadora. *u conservaci"n es tambin la m&s sencilla.
Sección triangular típica de una cuneta
/ado Este tipo de soluci"n como obra de drenaje es poco com(n, es una obra de paso para el agua, dejando que sta contin(e su curso de manera natural sin afectar su nivel de escurrimiento, es decir, la carretera pasar& a nivel del agua respetando su condici"n actual. El vado se proyecta para cruces que normalmente requieren obras mayores de +.11 m- pero cuyos cauces son muy e'tendidos, porque los espesores del terrapln deban ser bajos y no es conveniente elevar la rasante por econom!a de las terracer!as, como en el caso de un puente, adem&s de que el escurrimiento en estos cauces es muy espor&dico. #ubos y tubos perforados Esta obra complementaria es muy parecida a una alcantarilla, son elementos de soluci"n para el drenaje que van implementados bajo las terracer!as de la carretera que se va a construir. E'isten varios tipos de tubo como el de l&mina corrugada, tubos de secci"n circular con doble capa de cemento asf<ico, tubos de concreto y tubos desarmables intercambiables. El tubo va colocado transversalmente al camino y permite la continuidad del caudal e'istente, si est& correctamente calculado. El di&metro del tubo depende del gasto que se genere por el escurrimiento natural, el que puede variar entre 1.36 cm y 5.61 cm de di&metro regularmente.
Tubo
Una pr&ctica com(n son los sistemas de subdrenaje de tuber!a perforada, inmersa en un material ltrante 9 las perforaciones son con el n de captar el agua %acia el interior del tubo 9, estos sistemas se aplican con el objeto de inducir el agua r&pida y f&cilmente.
Criterios generales para el diseño de obras de drenaje a localizaci"n y el diseño de las obras de drenaje tienen una gran importancia en el proyecto de v!as terrestres, una mala localizaci"n o un mal diseño ocasionan graves problemas en el buen funcionamiento de una carretera, pues la falla de una obra trae como consecuencia la interrupci"n del servicio de la v!a en operaci"n, as! como las molestias causadas a los usuarios por la prdida de tiempo, adem&s de las prdidas econ"micas que pueden ser considerables. os puntos importantes que deben considerarse en el diseño y construcci"n de una obra de drenaje, son los siguientes: 5. ocalizaci"n del eje de la obra.9 )eber& %acerse de preferencia siguiendo el cauce de los escurrideros, tomando en cuenta la pendiente, ya que de sta depender& el tipo de obra.
7. rea por drenar.9 Es la supercie que limitada por dos o m&s l!neas del parteaguas y el eje del camino, da el &rea tributaria del escurridero para el cual se pretende proyectar la obra. 2. rea %idr&ulica necesaria.9 Es aquella capaz de dejar pasar un gasto igual a una l&mina de agua de 51 cm de altura durante una %ora, producto de la precipitaci"n del lugar. 3. *elecci"n del tipo de obra.9 El tipo de obra se selecciona una vez calculada el &rea %idr&ulica necesaria, de tal manera que la satisfaga adecuadamente y dentro de condiciones de m&'ima seguridad. ara una buena elecci"n de tipo de obra, debe tomarse en cuenta: •
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rea %idr&ulica necesaria endiente de la obra ;las pendientes deber&n ser no mayor de 78 y no menor de <5.68 en la supercie del camino=
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Altura m!nima y m&'ima de terraplenes o rellenos
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>ateriales de construcci"n
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$apacidad de carga del terreno
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?o deben trabajar a presi"n
Sistema de drenaje seleccionado El sistema de drenaje que consideramos ideal para emplearse en nuestro proyecto es el de cunetas. Esto debido a las condiciones que observamos al recorrer la zona por donde pasara nuestra ruta. )urante el recorrido nos percatamos de que, para poder construir la carretera, el terreno no ocupa que se le realicen cortes, (nicamente necesita un terrapln que nivele la carretera, reduciendo la pendiente natural de la ruta. or lo tanto, el uso de cunetas permitir!a el correcto @ujo del agua encamin&ndola a la red de drenaje natural ;arroyos=.
Cunetas en secciones de terraplén
