1. INTRODUCCION Las características geográficas, hidrológicas, geológicas y geotécnicas de nuestro país dan lugar a la existencia de problemas complejos en materia de drenaje superficial y subterráneo aplicado a carreteras; debido al carácter muy aleatorio de las múltiples variables (hidrológico-hidráulico, geológicogeotécnico) de análisis que entran en juego, aspectos hidráulicos que aún no están totalmente investigados en nuestro país; el planteamiento de las soluciones respectivas, obviamente estarán afectados por niveles de incertidumbres y riesgos inherentes a cada proyecto. El Reglamento Nacional de Gestión de Infraestructura Vial aprobado mediante Decreto Supremo Nº 034 – 2008 – MTC dispone entre otros la implementación del Manual de Hidrología, Hidráulica y Drenaje, el cual es un documento que resume lo más sustancial de la materia, que servirá de guía y procedimiento para el diseño de las obras de drenaje superficial y subterránea de la infraestructura vial, adecuados al lugar de ubicación de cada proyecto.
2. ESTUDIOS HIDROLOGICOS Permiten estimar los caudales de diseño de las obras que constituyen el sistema de drenaje proyectado de la carretera (drenaje superficial y subterráneo), Partiendo del análisis de la información hidrológica y meteorológica disponible en el área de estudio, se presentan criterios de diseño y límites de aplicación de los métodos considerados, a fin de que el especialista seleccione la alternativa más apropiada para cada caso en particular. Uno de los estudios más importantes es las máximas avenidas anuales que permite determinar, bajo cierto supuestos, la probabilidad de ocurrencia de avenidas de una cierta magnitud.
3. ESTUDIOS HIDROLÓGICOS HIDROLÓGICOS PARA EL DISEÑO DE PAVIMENTOS PAVIMENTOS El efecto del agua en el pavimento es perjudicial, por lo que debe ser evacuada a través de los sistemas de drenaje superficial y subterráneo. Debe conocerse tanto su procedencia como su caudal, así como el marco geográfico en que se encuentra. Los efectos desfavorables son múltiples: erosión interna de finos, sifonamiento, tubificación, arrastre y expulsión de finos, acelerando el fallo estructural de la calzada y acortando su vida útil. Para el buen funcionamiento del sistema de subdrenaje se requiere una pendiente adecuada y una buena red de evacuación del agua. Por último, de ser compatible y funcional con el tipo de suelo a drenar (tipo de suelo,
permeabilidad, gradación, etc.), se contempla el uso de materiales geotextiles debido a su durabilidad, evitando que las capas drenantes se colmaten y pierdan su funcionalidad. 3.1. Subdrenaje El estudio de subdrenaje, es una actividad que demanda mucha experiencia y certeza en los estudios; dado que las condiciones freáticas son dinámicas, es decir tanto el nivel freático como los flujos subsuperficiales, varían según la estación del año, comportamiento hidrológico de la zona, tipo de suelo, pendiente, alteración del medio poroso, etc. En la etapa de campo, se debe evaluar la necesidad de obras de subdrenaje para las condiciones proyectadas de la carretera, y adoptar las precauciones cuando la vía se encuentre cerca o este influenciado por: Existencia de lagunas, puquiales, canales sin revestir en la parte alta de la vía. Deformaciones, hundimientos y/o asentamientos de la plataforma vial, atribuibles a la presencia del agua en el subsuelo. Existencia de cultivos con grandes demandas de agua, como el arroz. Presencia de terrenos de cultivos con riegos por gravedad permanentes o riegos en secano. Filtraciones en taludes, presencia de vegetación propio de suelos saturados como el junco, totora, etc. Presencia de niveles freáticos en excavaciones a cielo abierto. Excavaciones de la plataforma vial, en taludes saturados, etc. 3.2. Drenaje del pavimento Salvo en el caso de carreteras en terrenos permeables, el drenaje de la capa permeable constituida por la sub-base y/o base, puede proyectarse tanto mediante drenes enterrados como prolongando la capa permeable hasta los taludes de los terraplenes con descarga hacia cunetas o zanjas. Además, deben darse pendientes transversales mínimas a la subrasante. En los sectores de la carretera en los que el pavimento se asienta sobre una subrasante impermeable, debe evitarse que el agua de lluvia que se presenta por capilaridad o se filtra a través del pavimento, se acumule bajo éste y forme una bolsa de agua que origine su ruptura por el paso del tránsito.
Este problema es mayor cuando la cuneta se coloca a la altura del pavimento y naturalmente tiene que ser revestida. Las soluciones más recomendadas para evitar la acumulación del agua son: a) Colocación en el sector, bajo el pavimento, una capa drenante que siga la pendiente lateral de la carretera, que se prolonga hasta un lugar con drenaje natural. b) Colocación de un subdrén, bajo la berma adyacente a la cuneta, con una tubería perforada de plástico pesada a una profundidad adecuada y que esté de acuerdo al diseño, que recoja el agua que filtra y la lleve al lugar de drenaje natural.
Protección del suelo de la explanación contra el agua libre en terreno de elevado nivel freático, llano y sin desagüe.
Cuando haya que construir una carretera en terreno llano y con elevado nivel freático, se estudiará el abatimiento de la napa freática, pudiéndose utilizar alternativamente métodos como zanjas laterales, drenes enterrados, etc. Si no existiera posibilidad de evacuar el sistema de drenaje, se elevará el nivel de la rasante. Protección del suelo de explanación situado bajo la calzada contra los movimientos capilares del agua.
Las diferencias de humedad en el suelo bajo la calzada y bajo las bermas facilitan los movimientos capilares y, al aumentar el contenido de humedad del suelo de la subrasante bajo la calzada, disminuyen su capacidad resistente.
Para evitar esta disminución, las figuraciones del suelo y los asientos diferenciales que con dicho aumento de humedad pueden producirse, deben utilizarse alguna de las siguientes técnicas: Colocación de capas drenantes sobre la subrasante para romper el ascenso capilar. Impermeabilizar las calzadas y las bermas. Establecer una membrana impermeable que impida el movimiento del agua capilar, situándola en un plano más o menos vertical bajo los bordes de la calzada. Construir zanjas anticapilares bajo los bordes de la calzada. Tanto la membrana impermeable como las zanjas anticapilares deberán ejecutarse hasta una profundidad de 1,20 m. bajo la superficie de las bermas. Pueden utilizarse como zanjas anticapilares las que se proyecten para el drenaje del pavimento, cuidando de que el material filtro rompa la continuidad en fase liquida entre el agua situada a un lado y otro de la misma. 4. Capa drenante Cuando se eleva el terraplén de la carretera sobre un terreno saturado con agua para evitar que por capilaridad el agua pueda subir a través del terraplén hasta la superficie de rodadura, debe colocarse una capa de material drenante, constituida por gravas y/o arenas. La capa deberá estar sobre el nivel de referencia más alto de la napa freática del terreno y servirá de anticontaminante a los efectos de romper la capilaridad y drenar la plataforma lateralmente. Se recomienda un espesor mínimo de 0.30 m.
5. CASO DE ESTUDIO ESTUDIO DEFINITIVO PARA LA REHABILITACION Y MEJORAMIENTO DE LA CARRETERA: DV IMPERIAL – PAMPAS INFORME DE HIDROLOGÍA E HIDRAULICA
Objetivos del informe: Evaluar las características hidrológicas y geomorfológicas de las quebradas y/o subcuencas que interceptan la vía proyectada. Realizar el análisis estadístico con la información de precipitaciones disponibles, determinar los caudales de diseño y secciones hidráulicas para las obras de drenaje requeridos. Proponer las diversas obras de drenaje que requieran ser proyectadas de acuerdo a la evaluación de estructuras existentes y a la exigencia hidrológica e hidrodinámica del área del proyecto vial a fin de garantizar su estabilidad y permanencia. Datos hidrológicos obtenidos PRECIPITACION MAXIMA Para el estudio se elIgio trabajar con la distribucion Log Gumbel perteneciente a la estacion de Pampas:
Periodos de retorno y vida útil de las estructuras
CAUDALES DE DISEÑO Por el método racional se obtuvo:
de drenaje
OBRAS DE SUBDRENAJE A lo largo del tramo en estudio del proyecto fueron identificado sectores con presencia de flujos subsuperficiales que se manifiestan con filtraciones sobre el pie del talud de corte y también presencia de niveles freáticos altos que se manifiestan en la existencia de bofedales, esto último al emplazamiento de áreas agrícolas a lo largo del desarrollo de la carretera y a la escorrentía superficial que discurre libremente sobre los taludes superiores proveniente de precipitaciones pluviales, provocando la saturación de loa materiales que conforman dichos sectores adyacentes a la carretera. Debido a lo mencionado, con el objetivo de mitigar tales fenómenos, interceptar, conducir y/o desviar los flujos sub superficiales (subterráneos) que se encuentran en el suelo de fundación de la vía, se decidió la construcción de obras de drenaje longitudinal que esta constituido por material granular, geotextil más tubería, que estará ubicado debajo de la cuneta lateral. La descarga se realizará por medio de una tubería hacia el talud inferior.
Modificación de subrasante: Se levantó la subrasante para hacerla menos vulnerable en zonas con ten dencia a inundarse, adoptado por parte del especialista en trazo y diseño vial, han requerido el cambio de zonas donde se adecuaban a badenes, por alcantarillas TMC. Bajo el mismo criterio se elevó la subrasante de la vía, por parte del especialista en trazo y diseño vial, las secciones de vía predominantes serán de secciones en relleno, con escasas secciones en corte, por lo que no es necesario considerar cunetas laterales en el proyecto.
