SEMANA XIII

DRENAJE

Uno de los elementos que causa más daño a las estructuras viales sin lugar a duda es el agua, pues en general disminuyen la resistencia de los suelos, presentándose fallas en la estructura que conforma una vía de transito.

Lo anterior obliga a que en un buen proyecto de cualquier vialidad se considere un buen diseño de obras de drenaje, de tal forma que el agua se aleje a la mayor brevedad posible del mismo.

Al construirse un camino se modifican las condiciones del escurrimiento en las zonas que la vía atravesará, lo cual puede originar problemas de erosión e inundación.

En la vida del camino es fundamental el funcionamiento del drenaje, pues por naturaleza del material con que se forman los terraplenes o los taludes de los cortes, cualquier exceso de agua o humedad ocasionan deslaves y ocasiona problemas de funcionamiento del camino.

TIPOS DE DRENAJE

 El drenaje se clasifica como 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.

El drenaje longitudinal tiene por objeto captar los escurrimientos para evitar que lleguen al camino o permanezcan en él, causando desperfectos. De este tipo de drenaje son las cunetas, contracunetas, bordillos y canales de encauzamiento. Se llama drenaje longitudinal porque se sitúa más o menos paralelos al eje del camino.

El drenaje transversal da paso expedito al agua que cruza de un lado a otro del camino, o bien retira lo más pronto posible de la corona, como tubos, losas, cajones, bóvedas, lavaderos, vados, sifones invertidos, puentes y el bombeo de la corona.

De acuerdo con la dimensión del claro de las obras de drenaje transversales, se ha convenido dividir al drenaje en mayor y menor. El drenaje mayor requiere de obras con un claro superior de 6 m. A las obras de drenaje mayor se les denomina puentes y a las del drenaje menor, alcantarillas.

DRENAJE LOGITUDINAL

• LAS CUNETAS

Son zanjas que se construyen adyacentes a los hombros de la corona en uno o en ambos lados, con el objeto de interceptar el agua que escurre sobre la superficie de la corona, de los taludes de los cortes, o del terreno contiguo, conduciéndola a un sitio donde no haga daño a la carretera o a terceros. 

•  LAS CONTRACUNETAS

Son zanjas o bordos que se construyen en las laderas localizadas aguas arriba de los taludes de los cortes, con el objeto de interceptar el agua que escurre sobre la superficie del terreno natural, conduciéndola a una cañada inmediata o a una parte baja del terreno, para evitar el saturamiento hidráulico de la cuneta y el deslave o erosión del corte. Según lo indique el proyecto o la Secretaría, las zanjas pueden estar recubiertas o no y los bordos pueden ser de tierra, concreto o suelo-cemento.

•  LOS BORDILLOS 

Son elementos que interceptan y conducen el agua que por el efecto del bombeo corre sobre la corona del camino, descargándola en los lavaderos, para evitar erosión a los taludes de los terraplenes que estén conformados por material erosionable. Los bordillos pueden ser de concreto hidráulico, concreto asfáltico o de suelo-cemento. En todos los casos se considerarán obras provisionales en tanto el talud se vejete y se proteja por sí mismo o sea protegido mediante otro procedimiento, momento en que deben ser removidos y retirados.

• CANALES DE ENCAUZAMIENTO 

En terrenos sensiblemente planos, en los cuales el escurrimiento es de tipo torrencial y no existen cauces definidos, es necesario construir canales que intercepten el agua antes de que ésta llegue al camino y la conduzca a sitios elegidos con anticipación, en los que se pueda construir una obra transversal y efectuar el cruzamiento. Si el material extraído al hacer estos canales tiene la calidad adecuada, puede utilizarse en la construcción de los terraplenes. La pendiente del canal se proyecta con base en que la descarga se efectuará en el sitio preestablecido y se evitara construir canales de salida  de gran longitud, entre otros factores.

DRENAJE TRANSVERSAL

• TUBOS

Son alcantarillas de sección interior usualmente circular y que requiere un espesor de terraplen  o un colchon minimo de 0.60 m para un mejor funcionamiento estructural.

El material utilizado para este tipo de alcantarilla puede ser de concreto reforzado o lamina ondulada.

• 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 absorve el peso y el empuje del terraple, la carga viva y la reacción del terreno.

 Tanto las losas como los muros son de sección delgada y de poco peso.

• BOVEDAS

Las bóvedas son estructuras cuya sección transversal interior está formada por tres parte 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 intrados de u arco estructural de sección variable con un mínimo de espesor en la clave.

En general, las bovedas se construyen con mampostería de tercera y mortero de cemento 1:5.

• LAVADEROS

Los lavaderos son canales que conducen y descargan el agua recolectada por los bordillos, cunetas y guarniciones a lugares donde no cause daño a la estructura del pavimento. Los lavaderos pueden ser de mampostería, concreto hidráulico o metálicos. Si se construyen con mampostería o concreto hidráulico, generalmente tienen sección triangular, con el propósito de lograr una depresión en su intersección con el acotamiento, para facilitar la entrada del agua al lavadero.

 Los lavaderos se construirán sobre el talud y a ambos lados de los terraplenes en tangente, de preferencia en las partes con menor altura; solo en el talud interno de los terraplenes en curva horizontal en su parte más baja; en las partes bajas de las curvas verticales, en las secciones de corte en que se haya interceptado un escurridero natural que pase arriba de la rasante, que deba continuar drenando, y en las salidas de las obras menores de drenaje que lo requieran.

A menos que el proyecto indique otra cosa, en los tramos en tangente los lavaderos se construirán a cada cincuenta (50) metros..

En los taludes de los cortes, los lavaderos se ubicarán de tal manera que capten el escurrimiento desde el punto superior y lo conduzcan hasta la parte inferior del corte, descargándolo a una caja amortiguadora ubicada al pie del lavadero y conectada a una cuneta o a una alcantarilla que permita el paso del escurrimiento aguas abajo.

• VADOS

Los vados son las obras que se construyen en las zonas de cruce del camino con un cauce, para permitir el paso del agua sobre la superficie de rodamiento. Según el régimen de la corriente, los vados pueden ser:

Vados monolíticos

Los vados monolíticos son los que se construyen a nivel del cauce, cuando el arroyo por cruzar tiene escurrimientos sólo durante la temporada de lluvias normales, que producen tirantes de hasta cuarenta (40) centímetros.

Puentes Vado

Los puentes vado son los que se construyen mediante tubos o cajones de concreto hidráulico en cauces que presentan un gasto pequeño en forma permanente. Funcionan como alcantarillas conservando seca la superficie de rodamiento hasta el momento en que el gasto excede la capacidad de los tubos, funcionando entonces como vado.

•  PUENTES

Los puentes sirven para cruzar arroyos o ríos con claros mayores de 10 m, en general constan de apoyos extremos o estribos y de apoyos intermedios o pilas.

 Para el cálculo estructural las alcantarillas se calculan con el 100% de la carga móvil que pueda caber en la obra, tomando el modelo del camión más pesado según lo especificado o en su caso la carga de ferrocarril correspondiente. Los puentes se calculan en carreteras con el 75% de la carga uniformemente repartida correspondiente a la máxima móvil, más un camión cargado al centro; para ferrocarriles se tiene que ver el máximo de la carga rodante.

• BOMBEO DE LA CORONA

 El bombeo 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 y evitar que caiga en lo mayor posible a la superficie interna de las terracerías.

 En las curvas horizontales, el camino se sobre eleva en el hombro exterior con respecto al interior para contrarrestar la fuerza centrífuga. Dicha sobreelevación sirve para dar salida al agua que cae en estas partes del camino, hacia el hombro izquierdo.

 En caminos rurales cuya corona únicamente esta revestida, el bombeo debe ser del 4% como máximo; sin embargo, para evitar la erosión en los terraplenes en balcón y en la superficie de rodamiento cuando la pendiente longitudinal sea fuerte, se dará a la corona una pendiente transversal continua hacia el lado del corte hasta de 15%. Con objeto de desalojar con rapidez el agua hacia la cuneta, la sobreelevación máxima será del 10%.

ALCANTARILLAS

Son estructuras menores, aunque pueden llegar a ser obras de cierta importancia, de acuerdo a circunstancias específicas.

Generalmente se utilizan como pasos a través de terraplenes, por lo cual quedan muchas veces enterradas, detectándose su presencia por (cabezales que asoman en cada extremo por una cierta prolongación de la misma alcantarilla), La dimensión de sus aberturas son definidas en función del caudal de las aguas que atravesaran.

Tipos de Alcantarillas.

De acuerdo a la altura del relleno y desde el punto de vista económico, para aberturas inferiores a los 8 metros las mejores soluciones pueden ser de los siguientes cuatro tipos:

• Alcantarillas en bóveda maciza o de concreto armado.

Son estructuras que resisten grandes rellenos encima de su techo. Casi siempre formadas por secciones de espesores variables y con geometría de arcos circulares o parabólicos, en la fotografía se puede observar este tipo de alcantarillas.

Las bóvedas en si serán tratadas más adelante con un mayor detalle.

• Alcantarillas metálicas.

Especialmente utilizadas cuando el relleno es de mediana altura y de solución muy interesante cuando el terreno de fundación es malo, están formadas por tubos metálicos prefabricados o chapas acanaladas de acero galvanizado, premoldeadas para formar tubos de diámetros previsto.

Funcionan como estructuras elásticas ó flexibles, por lo cual se adaptan a las presiones del relleno que soportan.

Se recomienda que el relleno mínimo sobre las alcantarillas metálicas sea de 60 cm. y pueden soportar el paso de grandes cargas rodantes sobre la calzada

• Alcantarillas circulares o Tubos de hormigón simple y armado.

Generalmente cuando las corrientes de agua son reducidas, se les da paso mediante alcantarillas formadas por tubos. Para pequeños diámetros es suficiente fabricarlos con mezcla húmeda de cemento y arena, ver fotografía.

Son tubos enterrados, generalmente de diámetros no menores de 90 cm, para facilitar su limpieza y la economía, cuidando también que no sean tubos de diámetros grandes ya que son muy costosos.

Para terraplenes destinados a vías férreas se aceptan tubos en hormigón simple hasta 0.8 metros. de diámetro, siempre que sobre el tubo el relleno sea superior a 3 m. y si el terreno es malo se debe colocar una capa de hormigón y a veces inclusive revestir el tubo con ella.

• Alcantarillas cajón.

Cuando la altura del relleno es pequeña o nula la solución normal puede ser un sistema aporticado o el uso de secciones cajón.

Son empleadas frecuentemente para luces que no llegan a los 10 metros, pero si el terreno de fundación es de mala capacidad puede alcanzar luces hasta de 12 metros, están formadas por dos paredes laterales, una tapa y fondo, generalmente de sección constante y a veces presentan unas cartelas en las esquinas.

Algunas veces no tienen relleno encima por lo cual las cargas rodantes estarán en contacto con la losa de tapa; otras veces tienen relleno encima.