Drenaje - Copia.docx

UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS FACULTAD DE INGENIERÍAS Y ARQUITECTURA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL

“DRENAJE EN CARRETERAS” ASIGNATURA

: DRENAJE

DOCENTE

: ING. JAIME SANCHEZ ISLA

INTEGRANTES

: BAUTISTA CASTILLO, LIZ ALISANDRA CHUCHÓN ORE, MARKO CURI OCHOA, JORGE LUIS HUAMANI HUAYANAY, LUIS NUÑEZ YANCE, FREDY

CICLO

: VII

AYACUCHO – PERÚ 2018

DEDICATORIA Primero

que

todo

dedicamos

este

trabajo

principalmente a nuestro Dios y nuestros padres, por el deseo de superación y amor que nos brindan cada día.

i

AGRADECIMIENTO Nuestros Agradecimientos especiales a la Universidad Alas Peruanas, la cual nos abrió sus puertas para formarnos profesionalmente. A nuestros profesores por sus diversas formas de enseñar, quienes nos incentivan en muchos sentidos a seguir adelante con nuestra carrera, y aportan con su enseñanza.

ii

ÍNDICE GENERAL Pág. DEDICATORIA ..................................................................................................................... i AGRADECIMIENTO ........................................................................................................... ii ÍNDICE GENERAL ............................................................................................................. iii ÍNDICE DE FIGURAS ......................................................................................................... v ÍNDICE DE TABLAS ......................................................................................................... vii RESUMEN .......................................................................... Error! Bookmark not defined. INTRODUCCIÓN .............................................................................................................. viii CAPÍTULO I ......................................................................................................................... 1 OBJETIVOS .......................................................................................................................... 1 1.1

OBJETIVO GENERAL ............................................................................................. 1

1.2

OBJETIVO ESPECÍFICO.......................................................................................... 1

CAPÍTULO II ........................................................................................................................ 2 MARCO TEÓRICO .............................................................................................................. 2 2.1

DRENAJE SUPERFICIAL ........................................................................................ 2

2.1.1 CRITERIOS DE DISEÑO........................................................................................ 4 2.1.2. OBRAS PROVISIONALES DE DRENAJE. ......................................................... 5 2.1.3. DRENAJE LONGITUDINAL. ............................................................................... 5 2.1.4 DRENAJE TRANSVERSAL ................................................................................. 16 2.2. DRENAJE SUBTERRÁNEO. ..................................................................................... 26 2.2.1. CONDICIONES GENERALES. ........................................................................... 26 2.2.1. DRENES SUBTERRÁNEOS. .............................................................................. 27 2.2.2 TIPOS DE SUBDRENAJES. ................................................................................. 29 2.3. CARACTERÍSTICAS DE LOS SUELOS QUE INFLUYEN EN EL DRENAJE...... 35 2.3.1 Resistencia a la deformación. ................................................................................. 35

iii

MÉTODOS

DE

SUBDRENAJE

PARA

LA

ESTABILIZACIÓN

DE

DESLIZAMIENTOS. ...................................................................................................... 39 2.4 GEOTEXTILES. ........................................................................................................... 43 2.4.1. USO DE GEOTEXTILES EN EL SUBDRENAJE. ............................................. 44 2.4.2 Ventajas en el uso de los geotextiles. ..................................................................... 46 2.4.3. Aplicaciones de geotextiles no tejidos en caminos. .............................................. 46 2.4.4 Aplicaciones de geotextiles no tejidos en los suelos base de caminos. .................. 47 2.4.5 Uso de geotextil no tejido para estabilización y separación de caminos sobre suelos blandos. ............................................................................................................................ 48 CAPÍTULO III .................................................................................................................... 53 CONCLUCIONES Y RECOMENDACIONES .................................................................. 53 3.1

CONCLUSIONES .................................................................................................... 53

3.2

RECOMENDACIONES .......................................................................................... 54

iv

ÍNDICE DE FIGURAS Figura N° 01:Terreno con problemas de exceso de agua superficial.

2

Figura N° 02: Drenaje longitudinal

3

Figura N° 03: Drenaje transversal

3

Figura N° 04: Drenaje subterráneo.

4

Figura N° 05: Ubicación de los distintos sistemas de recogida de aguas pluviales (Blázquez, Luis Bañón, 2000).

7

Figura N° 06: Tipología general de cunetas (Blázquez, Luis Bañón, 2000).

8

Figura N° 07: Cuneta tipo

10

Figura N° 08: Tipología de caces (Blázquez, Luis Bañón, 2000).

12

Figura N° 09: Tipos de sumideros horizontales empleados en carreteras

15

Figura N° 10: Diseño de un badén en carreteras (Manual para el diseño de carreteras pavimentadas, 2008).

26

Figura N° 11: Constitución de un dren subterráneo

27

Figura N° 12: Dren subterráneo (Manual para el diseño de carreteras pavimentadas, proyeccion de dren subterráneo, 2014).

29

Figura N° 13: Capa permeable

30

Figura N° 14: Subdrén longitudinal

31

Figura N° 15: Disposición general que deben tener los drenes subterráneos

31

Figura N° 16: Encauce del agua por filtración en el pavimento (Manual para el diseño de carreteras pavimentadas, subdrenes longitudinales, 2014).

32

Figura N° 17: Nivel freático (Manual para el diseño de carretera pavimentadas, dren subterráneo, 2014).

32

Figura N° 18: Orificios de tuberías perforadas en la mitad inferior de la superficie del tubo 33 Figura N° 19: Drenaje en espina de pez (Manual para eldiseño de carreteras, 2014).

34

Figura N° 20; Cohesión en suelos (Estructura y cohesión del suelo, 2014).

35

Figura N° 21: Muestra la fricción interna en suelos (Ángulo de rozamiento interno, 2014). 36 Figura N° 22: se muestra la compresibilidad en el suelo.

37

Figura N° 23: se puede mostrar la permeabilidad en el suelo (Propiedades de los Materiales / Principios del Movimiento de Tierras, permeabilidad, 2014).

37

v

Figura N° 24.- se observa la capilaridad en los suelos (Propiedades de los Materiales / Principios del Movimiento de Tierras, capilaridad, 2014).

38

Figura N° 25.- se muestra el uso de una cortina impermeable para evitar un deslizamiento (Obras de drenaje y subdrenaje, cortina impermeable, 2014).

39

Figura N° 26.- Cortina impermeable para estabilizar un deslizamiento (Obras de drenaje y subdrenaje, cortina impermeable, 2014).

40

Figura N° 27.- Construcción de pantallas Slurry (Obras de drenaje y subdrenje, zanja Slurry, 2014).

41

Figura N° 28.- Traslape de inyección (Obras de drenaje y subdrenaje, cortina de inyeccion, 2014).

42

Figura N° 29.- Geotextil (Catálogo funciones aplicaciones de geotextiles).

43

Figura N° 30.- Sistema de subdrenaje tradicional (Catálogo funciones aplicaciones geotextiles).

44

Figura N° 31.- . Geotextiles no tejido en carreteras (Uso de geotextiles en el drenaje subsuperficial o subdrenaje, aplicación de geotextiles no tejidos en caminos).

47

Figura N° 32.- Sección transversal de una estructura sin y con geotextil de separación (Catálogo funciones aplicaciones de geotextiles).

47

Figura N° 33.- Geotextil como elemento estructural (Catálogo funciones aplicaciones de geotextil).

48

Figura N° 34.- Geotextil no tejido para estabilización y separación de caminos.

49

Figura N° 35.- Lineamientos de instalación del geotextil no tejido (Uso de geotextiles en el drenaje subsuperficial o subdrenaje, lineamiento de instalacion de geotextil no tejido).

51

Figura N° 36 Sustitución de filtro granular por Geotextil no tejido (Uso de geotextiles en el drenaje subsuperficial o subdrenaje, filtración).

52

Figura N° 37.- Sistema de filtros

52

Figura N° 38.-Filtros geotextiles (Uso de geotextiles en el drenaje subsuperficial o subdrenaje, ejemplo de usos de filtros geotextiles no tejidos en caminos,).

53

vi

ÍNDICE DE TABLAS Tabla 1: Distribución superficial de la cuenca por municipio. .............................................. 9 Tabla 2: Gastos y velocidades en las cunetas tipo para tirantes de agua de 30 cm con diferentes pendientes. .......................................................................................................... 11 Tabla 3: Velocidades del agua con que se erosionan diferentes materiales. ....................... 11 Tabla 4: Las zonas adecuadas para el desagüe superficial .................................................. 13 Tabla 5: Valores del coeficiente de rugosidad de Manning (n). Fuente: (Ven Te Chow , 1983). ................................................................................................................................... 19 Tabla 6: Velocidades máximas admisibles (m/s) en conductos revestidos. ........................ 20 Tabla 7: Velocidades máximas admisibles (m/s) en canales no revestidos. ....................... 20

vii

INTRODUCCIÓN Desde el principio de la existencia del ser humano ha tenido la necesidad por comunicarse, por lo cual fue desarrollando diversos métodos para la construcción de caminos. La tecnología del drenaje y subdrenaje ha progresado mucho desde los subdrenes franceses de inicio del siglo XX. Por lo tanto, el ingeniero posee varias alternativas y combinaciones para el control, tanto del agua superficial como el agua subterránea. Es por ello que el diseño y construcción de un sistema de drenaje requiere la realización de estudios del clima, suelo e hidrología. El drenaje tiene como propósito la preservación de la carretera, debido a la función social y económica que presenta y el elevado precio de construcción; la prevención del impacto negativo que presenta al ambiente con la reducción al mínimo de los cambios al patrón de drenaje natural y disminución de la acción erosiva producida por el cambio de cauce de su transporte. El trabajo presente se refiere al conjunto de obras destinadas a la recogida de aguas pluviales, su canalización y evacuación a los cauces naturales, sistema de alcantarillado o a la capa freática del terreno, se divide en dos grupos que es el drenaje longitudinal y el drenaje transversal. Los tipos de subdrenaje que se instalan dentro de la estructura del pavimento para drenar el agua así mismo como características del suelo que influyen en el subdrenaje. También se refiere a la implementación de geotextiles en el drenaje o subdrenaje, además de su diversidad y las ventajas que se obtienen al usarlos en las carreteras.

viii

DRENAJE

CAPÍTULO I OBJETIVOS 1.1 OBJETIVO GENERAL Comprender los diferentes tipos y diseños de drenaje y subdrenaje en carreteras. 1.2 OBJETIVO ESPECÍFICO a.

Investigar los tipos de drenaje según el tipo de necesidad.

b.

Adecuar los tipos de drenaje de acuerdo a los estudios que se debe hacer en una carretera.

c.

Conocer los criterios de diseño para un drenaje en carretera.

1

DRENAJE

CAPÍTULO II MARCO TEÓRICO 2.1 DRENAJE SUPERFICIAL El drenaje superficial, tiene como finalidad la remoción de exceso de agua sobre la superficie del terreno (figura N° 01) y consiste en una serie de canales poco profundas que recogen la escorrentía superficial y la descargan a drenes colectores. Normalmente se trata de aprovechar cauces naturales o depresiones para los colectores y algunos secundarios. Dentro de esta amplia definición se distinguen diversos tipos de instalaciones encaminadas a cumplir tales fines, agrupadas en función del tipo de aguas que pretenden alejar o evacuar, o de la disposición geométrica con respecto al eje de la vía: Drenaje Superficial: Conjunto de obras destinadas a la recogida de las aguas pluviales o de deshielo, su canalización y evacuación a los cauces naturales, sistemas de alcantarillado o a la capa freática del terreno. Se divide en dos grupos:

Figura N° 01:Terreno con problemas de exceso de agua superficial.



Drenaje longitudinal: Canaliza las aguas caídas sobre la plataforma y taludes de la explanación de forma paralela a la calzada, restituyéndolas a sus cauces naturales. Para ello se emplean elementos como las cunetas, caces, colectores, sumideros, arquetas y bajantes.

2

DRENAJE

Figura N° 02: Drenaje longitudinal



Drenaje transversal: Permite el paso del agua a través de los cauces naturales bloqueados por la infraestructura vial, de forma que no se produzcan destrozos en esta última. Comprende pequeñas y grandes obras de paso, como puentes o viaductos.

Figura N° 03: Drenaje transversal



Drenaje Subterráneo: Su misión es impedir el acceso del agua a capas superiores de la carretera específicamente al firme, por lo que debe controlar el nivel freático del terreno y los posibles acuíferos y corrientes subterráneas existentes. Emplea diversos tipos de drenes subterráneos, arquetas y tuberías de desagüe.

3

DRENAJE

Figura N° 04: Drenaje subterráneo.

2.1.1 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, así como en su posterior funcionalidad. Las más destacables son: 

Factores Topográficos: Dentro de este grupo se engloban circunstancias de tipo físico, tales como la ubicación de la carretera respecto del terreno natural contiguo en desmonte, terraplén o a media ladera, la tipología del relieve existente llano, ondulado, accidentado o la disposición de sus pendientes en referencia a la vía.



Factores hidrológicos: Hacen referencia al área de la cuenca de recepción y aporte de aguas superficiales que afecta directamente a la carretera, así como a la presencia, nivel y caudal de las aguas subterráneas que pueden infiltrarse en las capas inferiores del firme.



Factores geotécnicos: La naturaleza y características de los suelos existentes en la zona condiciona la facilidad con la que el agua puede llegar a la vía 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.

Una vez considerados estos factores se procede al diseño de la red de drenaje, que deberá cumplir los siguientes objetivos:

4

DRENAJE 

Evacuar de manera eficaz y lo más importante posible el agua caída sobre la superficie de rodadura y los taludes de la explanación contiguos a ella. Por supuesto, deberán evitar la inundación de los tramos más deprimidos de la vía.



Alejar del firme el agua freática, así como los posibles acuíferos existentes, empleando para ello sistemas de drenaje profundo.



Prestar especial atención a los cauces naturales, tales como barrancos o ramblas, disponiendo obras de fábrica que no disminuyan su sección crítica para periodos de retorno razonables. Debe recordarse que las avenidas son la principal causa mundial de destrucción de puentes.



No suponer un peligro añadido para la seguridad del conductor, empleando para ello taludes suaves y redondeando las aristas mediante acuerdos curvos, evitando así posibles accidentes adicionales.



También debe cuidarse el aspecto ambiental, procurando que produzca el menor daño posible al entorno.

2.1.2. OBRAS PROVISIONALES DE DRENAJE. Algunas veces, es importante la construcción de medidas temporales de drenaje superficial después de ocurrido un deslizamiento, para evitar su ampliación o aceleración. Estas obras pueden consistir en diques o canales de tierra, mampostería, concreto o bolsas de polipropileno o fibras vegetales rellenas de suelo, sellado de grietas con arcilla, mortero o asfalto para reducir la infiltración y cubrir el terreno (temporalmente) con plásticos. 2.1.3. DRENAJE LONGITUDINAL. El drenaje longitudinal deberá proyectarse como una red o conjunto de redes que recoja el agua de escorrentía superficial procedente de la plataforma de la carretera y de los márgenes que viertan hacia ella y la conduzca hasta un punto de desagüe, restituyéndolas a su cauce natural. Es decir actúa como by- pass, ofreciendo al agua un camino alternativo para que no interfiera con la carretera. Para evitar el impacto negativo de la presencia del agua, en la estabilidad, durabilidad y transitabilidad, en esta sección se considerará los distintos tipos de obras necesarios para captar y eliminar las aguas que se acumulan en la plataforma de la carretera, las que pueden provenir de las precipitaciones pluviales y/o de los terrenos adyacentes. El sistema de drenaje longitudinal lo integran 3 tipos de dispositivos funcionales:

5

DRENAJE 2.1.3.1. Elemento de canalización Recogen las aguas pluviales, en este apartado se describe la tipología y dimensionamiento de los diferentes elementos que se encargan de la canalización de las aguas en un drenaje longitudinal. Cunetas Las cunetas son zanjas longitudinales revestidas o sin revestir abiertas en el terreno, ubicadas a ambos lados o a un solo lado de la carretera, con el objeto de captar, conducir y evacuar adecuadamente los flujos del agua superficial. Las cunetas pueden construirse de diferentes materiales en función de la velocidad de circulación del agua en su seno, magnitud que depende directamente de la inclinación longitudinal de la cuneta, que suele coincidir con la adoptada para la vía. Una velocidad superior a la tolerable por el material causaría arrastres y erosiones del mismo, reduciendo la funcionalidad de la cuneta. Así, para bajas velocidades no es necesario efectuar ningún revestimiento, mientras que si ésta supera los 4.5 m/s. es necesario revestir las paredes de hormigón. Otras disposiciones propias de las cunetas son: Cuneta de coronación de desmonte. Se coloca en la parte más alta del desmonte para evitar la erosión y arrastre de materiales que conforman el talud, así como para aliviar parte del caudal que debería recoger la cuneta principal, interceptando la escorrentía de las laderas circundantes. Cuneta de coronación del terraplén. Al igual que las anteriores, evitan que el agua recogida por la calzada penetre en el talud, lo que podría ocasionar arrastres e incluso el desmoronamiento parcial del terraplén. Son de menor tamaño, ya que únicamente deben evacuar el agua recogida en el firme. Cuneta de pie del terraplén. Su misión es recoger las aguas que caen sobre el talud del terraplén y sobre el terreno circundante, sobre todo si su pendiente vierte hacia el propio relleno, ya que podría llegar a

6

DRENAJE erosionar gravemente la base del mismo (figura 1.1), ubicación de los distintos sistemas de recogida de aguas pluviales.

Figura N° 05: Ubicación de los distintos sistemas de recogida de aguas pluviales (Blázquez, Luis Bañón, 2000).

Existen diversos tipos de secciones empleadas en la construcción de cunetas. Si bien es cierto que existen algunas secciones hidráulicamente mejores que otras, no es éste el único cometido que debe procurar la geometría de una cuneta. Sus parámetros de diseño son los siguientes: 

Sección hidráulica apropiada para la evacuación del caudal máximo previsto para el correspondiente período de retorno, que normalmente se toma entre 5 y 20 años.



Garantizar la seguridad de los vehículos que accidentalmente abandonen la vía y penetren en la cuneta. A este efecto, deben evitarse secciones con pendientes abruptas y puntos angulosos, ya que pueden provocar el vuelco del vehículo. Si no puede garantizarse este aspecto, deben protegerse mediante barreras de contención, generalmente biondas.



Durabilidad de la infraestructura, empleando materiales adecuados y procurando una cuidada ejecución, de forma que se mantenga operativa con los mínimos costos de mantenimiento y reparación.



Simplicidad geométrica, de forma que su ejecución sea rápida, barata y eficaz.

Actualmente, se emplean dos tipos de secciones: las triangulares denominadas en V y las trapeciales, representadas simbólicamente con la letra T. Las aristas vivas de dichas

7

DRENAJE secciones deberán suavizarse con acuerdos de al menos 1.50m, de radio (figura N° 06), tipología general de cunetas (Blázquez, Luis Bañón, 2000).

Figura N° 06: Tipología general de cunetas (Blázquez, Luis Bañón, 2000).

Área hidráulica necesaria. El área por drenar de las cunetas, generalmente se proyectan para que den capacidad a fuertes lluvias de 10 a 20 minutos de duración. Se considera proyectar las cunetas para que tomen del 70 al 80% de la precipitación pluvial de la mitad del ancho total del derecho de vía, sin embargo, en algunos casos puedan llegarse al 100%. Las características de la cuneta como son; la pendiente, las dimensiones, los taludes y otras, dependen del flujo de agua que conduzcan; dicho flujo se puede determinar con la fórmula para canales abiertos, con flujo uniforme (Manning): 𝑉=

1 1/2 2/3 𝑆 𝑅 𝑛

8

DRENAJE Dónde: V= Velocidad promedio m/s. n= Coeficiente de rugosidad, adimensional (Tabla 1). R= Radio Hidráulico, en m. S= Pendiente. Además: 𝑄 = 𝑉𝐴 Dónde: Q= Gasto en m³/s. A= Área de la sección transversal del flujo en m². La tabla 1 presenta los valores representativos del coeficiente de rugosidad (n), para varios revestimientos de canales (Cruz Perez Jorge, Serrano Catañon Eric, 2006). Tipo de revestimiento

Valor de n

Tierra ordinaria, nivelada y alisada

0.02

Roca partida o piedra tosca

0.04

Concreto áspero

0.02

Revestimiento bituminoso, tendiente a ondularse

0.02

Piedra lisa

0.02

Pasto bien mantenido-profundidad de flujo mayor a 15.24 cm

0.04

Pasto bien mantenido-profundidad de flujo menor a 15.24 cm

0.06

Pasto pesado

0.10

Tabla 1: Distribución superficial de la cuenca por municipio.

Sección, pendiente y elevación del fondo. La tendencia es hacer cunetas tan pequeñas y poco profundas como sea posible, tanto para mayor seguridad como para mayor economía en la construcción y conservación. La práctica actual de nuestro país es hacer cunetas en forma de V, suponiendo un tirante de agua de 30 cm y teniendo un talud 1:3 por el lado del camino y por el lado de afuera el talud natural (figura N° 07), cuneta tipo.

9

DRENAJE

Figura N° 07: Cuneta tipo

Longitud de la estructura Una cuneta de las dimensiones indicadas, pueden servir satisfactoriamente en longitudes hasta de 600 ó 700 m., en terreno plano y de 300 ó 400 m. en terrenos de cierta pendiente. Estas longitudes se contarán desde una cresta hasta un desfogue, o bien desde una alcantarilla de alivio a otra. Proyecto constructivo Para que se conserven con facilidad las secciones dadas a las cunetas, es necesario que la velocidad no pase de ciertos valores. La tabla 2 presenta los gastos y velocidades en las cunetas tipo para tirantes de agua de 30 cm con diferentes pendientes (Cruz Perez Jorge, Serrano Catañon Eric, 2006). Pendiente de la cuneta

Velocidad

Gasto en

en %

m/seg.

m³/seg.

1

0.60

0.110

2

0.90

0.117

3

1.10

0.200

4

1.30

0.240

5

1.50

0.270

10

DRENAJE

6

1.60

0.300

7

1.70

0.320

8

1.80

0.340

9

2.00

0.370

10

2.10

0.400

Tabla 2: Gastos y velocidades en las cunetas tipo para tirantes de agua de 30 cm con diferentes pendientes.

La tabla 3 presenta las velocidades del agua con que se erosionan diferentes materiales (Cruz Perez Jorge, Serrano Catañon Eric, 2006).

Material

Velocidad en m/seg.

Arena fina

0.45

Arcilla arenosa

0.50

Arcilla ordinaria

0.85

Arcilla firme

1.25

Grava fina

2.00

Pizarra suave

2.00

Tepetate

2.00

Grava gruesa

3.5

Zampeado

3.4 a 4.5

Concreto

4.5 a 7.5

Tabla 3: Velocidades del agua con que se erosionan diferentes materiales.

Con la ayuda de estas tablas se puede saber, para distintas pendientes de las cunetas, cuando es necesario protegerlas contra la erosión. Ordinariamente no se necesita zampear cuando la velocidad no pasa de 1.20 m/seg. Cuando hay peligro de que la velocidad crezca demasiado se pueden poner muros interceptores a intervalos adecuados, pero este procedimiento suele ser más costoso, por eso se recomienda recubrir la cuneta con concreto o zampeados, o bien entubar el agua en los tramos especiales difíciles. 2.1.3.2. Elementos de desagüe: Alivian el caudal de los anteriores, facilitando la salida de las aguas, al fin de disminuir en la medida de lo posible caudales a evacuar, se disponen una serie de puntos de desagüe a lo

11

DRENAJE largo del elemento de drenaje longitudinal normalmente cunetas de forma que las aguas se reintegren paulatinamente al medio natural causando el menor daño posible. Caces y sumideros. Los caces es una franja estrecha situada longitudinalmente en los bordes de la calzada y cuyo cometido es recoger conducir las aguas superficiales y de escorrentía hasta un elemento de desagüe. Dado su reducido tamaño, se emplean únicamente para evacuar pequeños caudales, como los recogidos únicamente en la superficie de la calzada, o en zonas donde el espacio es limitado, como travesías y núcleos urbanos. Dada su reducida sección hidráulica, desaguan con cierta frecuencia a un colector mediante unos elementos de conexión denominados sumideros ó bajantes. Éstos suelen disponerse en general cada 25 ó 50 m. (figuraN° 08), tipos de caces.

Figura N° 08: Tipología de caces (Blázquez, Luis Bañón, 2000).

Las zonas idóneas para efectuar el proceso de evacuación son, en función de la zona donde esté emplazada la vía, las detalladas en el siguiente esquema. La tabla 4 presenta las zonas adecuadas para el desagüe superficial (Luis Bañón Blázquez, 2000).

12

DRENAJE Entorno ZONA URBANA

Elementos -

Núcleos de Población

Empleo de sumideros e imbornales en los márgenes de las aceras, conectados con el alcantarillado de la propia calle.

-

En grandes ciudades, colectores que desagüen a la red local de alcantarillado.

-

Sistemas separativos de aguas blancas y negras.

ZONA SEMIURBANA

-

Empleo del alcantarillado, si éste existe.

Accesos a Ciudades

-

Caso de no existir, puede desaguarse en cauces naturales cercanos, comprobando previamente su capacidad.

-

Cauces naturales acondicionados artificialmente con colectores de gran diámetro.

ZONA RURAL

-

Vías Interurbanas Fuera de poblado

Empleo de los cauces naturales por los que iría el agua si no existiera la carretera.

-

Cauces acondicionados para evitar fenómenos de erosión excesiva o soterramientos, disponiendo dispositivos disipadores de energía.

-

También suelen emplearse las obras de fábrica que cruzan la carretera: caños, pontones, tajeas, etc.

-

Si existen, pueden desaguarse en corrientes cercanas de agua: ríos, lagos, acuíferos, etc.

Tabla 4: Las zonas adecuadas para el desagüe superficial

La distancia a la que deben situarse estos puntos de desagüe depende de varios factores, entre ellos el caudal transportando o en la sección del elemento de canalización longitud empleado. Los principales elementos de desagüe superficial empleados en carreteras son los sumideros e imbornales. Estos elementos permiten el desagüe de los dispositivos superficiales de drenaje cauces o cunetas, bien directamente al exterior (imbornales) o por medio de un colector (sumideros). De esta forma, las aguas vuelven a reintegrarse al cauce natural, o son desviadas a sistemas subterráneos de recogida, como la red de alcantarillado en los núcleos de población. En la elección del tipo y diseño de estos elementos deberán tenerse en cuenta, aun por encima de las consideraciones hidráulicas, factores de seguridad en la circulación y el posible peligro

13

DRENAJE de su obstrucción por acumulación de sedimentos térreos o escombros procedentes de la plataforma y márgenes, lo que haría totalmente inútil su presencia. Los sumideros presentan diferentes tipologías, a saber: 

Continuos: El desagüe se realiza de forma interrumpida a lo largo de toda la longitud de la vía.



Aislados: La evacuación de las aguas se localizan en determinados puntos, distinguiéndose tres clases de sumideros, en función de su orientación.



Horizontales: El desagüe se realiza por su fondo.



Laterales: El desagüe se realiza por su pared lateral vertical o cajero.



Mixtos: Combina los dos tipos anteriores.

Los sumideros aislados situados en puntos bajos serán generalmente de tipo horizontal, a que poseen mayor capacidad de desagüe que los laterales, aunque pueden obstruirse más fácilmente. Por ello, para evitar la formación de balsas debe disponerse otro sumidero a 5 cm. de altura de aquél o reemplazarse el conjunto por un sumidero mixto. Asimismo, los emplazados en rasante inclinadas también suelen ser de tipo horizontal, interceptando en el fondo a la cuneta o caz, y con sus barras preferentemente orientadas en la dirección de la corriente. Su capacidad de desagüe aumenta con su longitud y con el calado de la corriente, aunque disminuye con la velocidad de la misma, que depende directamente de la pendiente longitudinal. Cada sumidero aislado deberá estar conectado a una arqueta, para así enlazar con el sistema de evacuación formado por los colectores (figura N° 09), tipos de sumideros horizontales empleados en carreteras.

14

DRENAJE

Figura N° 09: Tipos de sumideros horizontales empleados en carreteras

2.1.3.3 Elementos de evacuación: Conducen las aguas hasta su evacuación en un cauce natural. Este grupo lo componen aquellos elementos destinados a conducir las aguas desde el punto de desagüe hasta la zona donde serán definitivamente evacuados, bien sea reintegrándose en cauce natural o penetrando en un cauce artificial o en una red de alcantarillado. Básicamente se diferencian tres tipos de elementos, cuyas funciones son consecutivas y complementarias: bajantes, arquetas y colectores. Las bajantes: son elementos encargados de canalizar las aguas desde el correspondiente elemento de desagüe, sumidero o imbornal hasta el sistema de canalización definitivo. Suelen construirse con piezas prefabricadas cerámicas o de hormigón en forma de artesa, solapándose unas con otras. También se emplean tubos de pequeños diámetros o, si el terreno lo permite, se excavan en él pequeños canales. Las arquetas: por su parte, son obras de fábrica que se encargan de recibir a las bajantes y enlazarlas con el colector general. Además, facilitan la inspección y conservación de los dispositivos enterrados de desagüe, permitiendo su fácil limpieza y mantenimiento. Suelen colocarse regularmente a distancias no superiores a 50 m., así como en puntos críticos tales como confluencias de tubos, sumideros, drenes y subterráneos, etc. No se permitirá el uso de arquetas ciegas o no registrables. Los colectores: suelen ser grandes tubos a donde van a parar las aguas recogidas por todos los sumideros y canalizadas por las bajantes. Suelen estar hechos de materiales resistentes y

15

DRENAJE durables hormigón, fibrocemento o acero y se les exigen ciertas características que aseguren su resistencia a las presiones de trabajo y a las cargas exteriores, así como una relativa estanqueidad. Su cálculo se efectuará aplicando las expresiones para tubería en carga, fácilmente encontrables en cualquier manual de hidráulica. 2.1.4 DRENAJE TRANSVERSAL La presencia de una carretera interrumpe la continuidad de la red de drenaje natural del terreno laderas, vaguadas, cauces, arroyos, ríos, por lo que debe procurarse un sistema que restituya dicha continuidad, permitiendo su paso bajo la carretera en condiciones tales que perturben lo menos posible la circulación de agua a través de la citada red. Además, las obras de drenaje transversal también se aprovechan para desaguar el caudal recogido por la plataforma y sus márgenes, y canalizado a través de las cunetas. El drenaje transversal de la carretera tiene como objetivo evacuar adecuadamente el agua superficial que intercepta su infraestructura, la cual discurre por cauces naturales o artificiales, en forma permanente o transitoria, a fin de garantizar su estabilidad y permanencia. El elemento básico del drenaje transversal se denomina alcantarilla, considerada como una estructura menor, su densidad a lo largo de la carretera resulta importante e incide en los costos, por ello, se debe dar especial atención a su diseño. Las otras estructuras que forman parte del drenaje transversal son el badén y el puente. El objetivo principal en el diseño hidráulico de una obra de drenaje transversal es determinar la sección hidráulica más adecuada que permita el paso libre del flujo líquido y flujo sólido que eventualmente transportan los cursos naturales y conducirlos adecuadamente, sin causar daño a la carretera y a la propiedad adyacente. 2.1.4.1 Premisas para el estudio. Características topográficas. - Para el caso de obras de cruce menores (alcantarillas), el levantamiento topográfico realizado para la carretera, deberá cubrir aquellos sectores donde se emplazarán dichas obras, de tal manera que permita definir el perfil longitudinal del cauce tantas aguas arriba y aguas abajo de la sección de cruce.

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DRENAJE Estudio de cuencas hidrográficas.- Se refiere a la identificación de las cuencas hidrográficas que interceptan el alineamiento de la carretera, con el objetivo de establecer los caudales de diseño y efectos de las crecidas. Se deberá indicar la superficie, pendiente y longitud del cauce principal, forma, relieve, tipo de cobertura vegetal, calidad y uso de suelos, asimismo; los cambios que han sido realizados por el hombre, tales como embalses u otras obras de cruce que pueden alterar significativamente las características del flujo. Características del cauce. - Se refiere a las características del lecho, tales como forma, tipo de suelo, tipo de cobertura vegetal, tipo de material de arrastre, sólidos flotantes, fenómenos de geodinámica externa y otros factores que inciden en el tamaño y durabilidad de la obra de cruce. Evaluación de obras de drenaje existentes. - Antes de efectuar la evaluación de las obras de drenaje existentes, el proyectista debe conocer o tomar en cuenta lo siguiente: 

Nivel de intervención sobre la vía en estudio, tomar en cuenta las conclusiones de los estudios de pre-inversión, para la coherencia del ciclo del proyecto de inversión.



Contar con las progresivas del proyecto en campo.



La evaluación hidráulica de las estructuras existentes, deberá ser complementada con las evaluaciones de un Especialista en Estructuras y Obras de arte, para las evaluaciones del estado estructural de los elementos de una obra de drenaje existente.



El resultado de la evaluación de las obras de drenaje será presentado en fichas técnicas de campo.

2.1.4.2 Alcantarillas. Se define como alcantarilla a la estructura cuya luz sea menor a 6.0 m y su función es evacuar el flujo superficial proveniente de cursos naturales o artificiales que interceptan la carretera. La densidad de alcantarillas en un proyecto vial influye directamente en los costos de construcción y de mantenimiento, por ello, es muy importante tener en cuenta la adecuada elección de su ubicación, alineamiento y pendiente, a fin de garantizar el paso libre del flujo que intercepta la carretera, sin que afecte su estabilidad. La ubicación óptima de las alcantarillas depende de su alineamiento y pendiente, la cual se logra proyectando dicha estructura siguiendo la alineación y pendiente del cauce natural.

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DRENAJE Sin embargo, se debe tomar en cuenta que el incremento y disminución de la pendiente influye en la variación de la velocidad de flujo, que a su vez incide en la capacidad de transporte de materiales en suspensión y arrastre de fondo. En la proyección e instalación de alcantarillas el aspecto técnico debe prevalecer sobre el aspecto económico, es decir que no pueden sacrificarse ciertas características hidráulicas sólo con el objetivo de reducir los costos. Sin embargo, es recomendable que la ubicación, alineamiento y pendiente que se elija para cada caso, estará sujeta al buen juicio del especialista, quien deberá estudiar los aspectos hidrológicos, hidráulicos, estructurales y fenómenos de geodinámica externa de origen hídrico, para obtener finalmente la solución más adecuada compatible con los costos, operatividad, servicialidad y seguridad de la carretera. Diseño hidráulico. El cálculo hidráulico considerado para establecer las dimensiones mínimas de la sección para las alcantarillas a proyectarse, es lo establecido por la fórmula de Robert Manning* para canales abiertos y tuberías, por ser el procedimiento más utilizado y de fácil aplicación, la cual permite obtener la velocidad del flujo y caudal para una condición de régimen uniforme mediante la siguiente relación. 𝑉=

𝑅 2/3 ∗𝑠1/2

𝑅=

𝑛 𝐴 𝑃

𝑄 = 𝑉𝐴 Dónde: Q: Caudal (m³/s). V: Velocidad media de flujo (m/s). A: Área de la sección hidráulica (m²). P: Perímetro mojado (m). R: Radio hidráulico (m).

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DRENAJE S: Pendiente de fondo (m/m). n: Coeficiente de Manning.

Tabla 5: Valores del coeficiente de rugosidad de Manning (n). Fuente: (Ven Te Chow , 1983).

Se debe tener en cuenta la velocidad, parámetro que es necesario verificar de tal manera que se encuentre dentro de un rango, cuyos límites se describen a continuación. La tabla N° 06 presenta las velocidades máximas admisibles (m/s) en conductos revestidos.

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DRENAJE TIPO DE REVESTIMIENTO

VELOCIDAD (m/s)

Concreto

3.0-6.0

Ladrillo con concreto

2.5-3.5

Mampostería de piedra y concreto

2.0

Tabla 6: Velocidades máximas admisibles (m/s) en conductos revestidos.

Se deberá verificar que la velocidad mínima del flujo dentro del conducto no produzca sedimentación que pueda incidir en una reducción de su capacidad hidráulica, recomendándose que la velocidad mínima sea igual a 0.25 m/s. Asimismo, se debe tener muy en cuenta la velocidad de flujo a la salida de la alcantarilla, generalmente esta velocidad es mayor que la velocidad de escurrimiento en el cauce natural y debe limitarse a fin de evitar procesos de socavación del cauce aguas abajo de la estructura y no afecte su estabilidad. TIPO DE TERRENO Arena fina (no coloidal) Arcilla arenosa (no coloidal) Arcilla limosa (no coloidal) Arcilla fina Ceniza volcánica Grava fina Arcilla dura (coloidal) Material graduado (no coloidal) Desde arcilla o grava Desde limo a grava Grava Grava gruesa Desde grava a piedras (<15cm) Desde grava a piedras (>20cm)

FLUJO INTERMITENTE (m/s) 0.75 0.75 0.90 1.00 1.20 1.50 1.80

FLUJO PERMANENTE (m/s) 0.75 0.75 0.90 1.00 1.00 1.20 1.40

2.00 2.10 2.30 2.40 2.70 3.00

1.50 1.70 1.80 2.00 2.10 2.40

Tabla 7: Velocidades máximas admisibles (m/s) en canales no revestidos.

Consideraciones para el diseño. Material sólido de arrastre La palizada, material sólido y hasta desperdicios arrojados a los cauces naturales y que son arrastrados por la corriente, son elementos muy perjudiciales si se acumulan en la alcantarilla e inciden en su comportamiento hidráulico. No solamente afecta a la alcantarilla, también afecta las zonas aledañas de la carretera. Consecuentemente, es importante que las carreteras cuenten con un programa de mantenimiento rutinario, a fin de identificar los sectores vulnerables, propensos de ser afectados por este fenómeno. Durante el diseño de la alcantarilla, se pueden adoptar todo tipo de medidas para evitar estos problemas, en primer lugar se puede evitar la acumulación de palizada y material sólido mediante la construcción de obras adicionales, como disipadores o cámaras especiales que

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DRENAJE permitan retener sólidos, desperdicios y ramas, para luego efectuar su limpieza. Otra alternativa es dejar pasar los sólidos, desperdicios y ramas mediante la construcción de alcantarillas de mayor sección hidráulica acorde al estudio puntualizado de la cuenca de aporte. Se recomienda en lo posible, no modificar la pendiente natural del curso de agua a lo largo de la alcantarilla. Las recomendaciones mencionadas anteriormente deben ser analizadas desde el punto de vista económico, ya que pueden: -Incrementar el costo de construcción, costo de obras adicionales, así como los costos por trabajos de limpieza y mantenimiento. En zonas de selva alta en donde las características físicas y geomorfológicas (típicas) sean: -Cauces encajonados, en V, inactivos o con flujo permanente de agua. -Pendientes entre 5% y 60%, es decir de medianas a fuertes. -Tipo de suelo: taludes y lecho de material granular, aluviales, coluviales, con matriz fina de arena y limos, gravas y gravillas; es decir vulnerables a erosión pluvial. -Tipo de vegetación, arbustica, en taludes. Estas características, indican que el flujo en los cauces, son flujos de barros, con posibles huaycos menores, debido a que el agua de la lluvia satura el material de los taludes incrementando la masa y reduciendo la cohesión de las partículas, y que son arrastrados con el agua. Así mismo, el caudal sólido es por lo menos 2 veces mayor que el caudal líquido, la velocidad, varía entre 2 y 10 m/s (Prochaska, Santi, 2008). Se puede considerar en forma práctica, para calcular el orden de magnitud de este caudal sólido, la siguiente fórmula: 𝑄𝑠 = 𝜌 ∗ 𝐴 ∗ 𝑉 Dónde: Q = Caudal sólido. 𝜌 = 2,650 kg/m³ (densidad promedio del material sólido).

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DRENAJE A = Área transversal del material sólido retenido. V = Velocidad aproximada del flujo sólido (2 m/s, conservador) (J. Casa franca). Borde libre. El borde libre en alcantarillas es un parámetro muy importante a tomar en cuenta durante su diseño hidráulico, por ello, las alcantarillas no deben ser diseñadas para trabajar a sección llena, ya que esto incrementa su riesgo de obstrucción, afectando su capacidad hidráulica. Se recomienda que el diseño hidráulico considere como mínimo el 25 % de la altura, diámetro o flecha de la estructura. Socavación local a la salida de la alcantarilla. Si la velocidad del flujo a la entrada y particularmente a la salida de la alcantarilla es alta, puede producir procesos de socavación local que afecte su estabilidad, por ello, se recomienda la protección del cauce natural mediante la construcción de emboquillados de piedra, enchapado de rocas acomodadas u otros tipos de revestimientos, los cuales deberán extenderse hasta zonas donde la socavación local no tenga incidencia sobre la protección. Una medida para reducir la velocidad del flujo, es la construcción de aliviaderos de entrada y salida de la alcantarilla en forma escalonada con el objetivo de disipar la energía hidráulica. A continuación, se presenta la fórmula de Laushey que permite calcular el diámetro medio de los elementos de protección a la salida de alcantarillas en función de la velocidad del flujo. 𝑑50 =

𝑉2 3.1 𝑔

Dónde: 𝑑50: Diámetro medio de los elementos de protección (m). V: Velocidad media del flujo a la salida de la alcantarilla (m/s). g: Aceleración de la gravedad (m/s²). Seguridad y vida útil.

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DRENAJE El diseño de alcantarillas debe garantizar la adecuada y correcta evacuación del flujo que discurre hacia a la carretera mediante la obtención de diseños hidráulicos adecuados. Existen medidas para prolongar la vida útil de las alcantarillas y mejorar sus condiciones de servicio. Las medidas que se utilizan con mayor frecuencia se mencionan a continuación: -Con la finalidad de proteger las alcantarillas constituidas por tubos metálicos corrugados de la presencia de agentes exteriores que puedan afectarlas, se recomienda el uso de recubrimiento asfáltico, de esta manera se logra incrementar su vida útil. -Cuando las condiciones de exposición son muy agresivas, tales como velocidades excesivas con presencia de elementos abrasivos en el flujo, presencia de aguas salinas o ácidas provenientes de establecimientos mineros, suelos alcalinos y suelos con presencia de turba, el recubrimiento asfáltico no ofrece una protección suficiente, bajo estas condiciones no es recomendable el uso de alcantarillas metálicas, por ello, se recomienda el uso de otros materiales para la construcción de alcantarillas, como concreto de alta resistencia o tubos de alta densidad. 2.1.4.3 Badenes. Las estructuras tipo badén son soluciones efectivas cuando el nivel de la rasante de la carretera coincide con el nivel de fondo del cauce del curso natural que intercepta su alineamiento, porque permite dejar pasar flujo de sólidos esporádicamente que se presentan con mayor intensidad durante períodos lluviosos y donde no ha sido posible la proyección de una alcantarilla o puente. Los materiales comúnmente usados en la construcción de badenes son la piedra y el concreto, pueden construirse badenes de piedra acomodada y concreto que forman parte de la superficie de rodadura de la carretera y también con paños de losas de concreto armado. Los badenes con superficie de rodadura de paños de concreto se recomiendan en carreteras de primer orden, sin embargo, queda a criterio del especialista el tipo de material a usar para cada caso en particular, lo cual está directamente relacionado con el tipo de material que transporta el curso natural. Se recomienda evitar la colocación de badenes sobre depósitos de suelos finos susceptibles de ser afectados por procesos de socavación y asentamientos. El diseño de badenes debe contemplar necesariamente la construcción de obras de protección

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DRENAJE contra la socavación y uñas de cimentación en la entrada y salida, así como también losas de aproximación en la entrada y salida del badén. Consideraciones para el diseño. Material sólido de arrastre. El material de arrastre es un factor importante en el diseño del badén, recomendándose que no sobrepase el perímetro mojado contemplado y no afecte los lados adyacentes de la carretera. Debido a que el material sólido de arrastre constituido por lodo, palizada u otros objetos flotantes, no es posible cuantificarlo, se debe recurrir a la experiencia del especialista, a la recopilación de antecedentes y al estudio integral de la cuenca, para lograr un diseño adecuado y eficaz. Protección contra la socavación. Es importante que el badén proyectado cuente con obras de protección contra la socavación, a fin de evitar su colapso. Según se requiera, la protección debe realizarse tanto aguas arriba como aguas abajo de la estructura, mediante la colocación de enrocados, gaviones, pantallas de concreto u otro tipo de protección contra la socavación, en función al tipo de material que transporta el curso natural. Asimismo, si el estudio lo amerita, con la finalidad de reducir la energía hidráulica del flujo a la entrada y salida del badén, se recomienda construir disipadores de energía, siempre y cuando estas estructuras no constituyan riesgos de represamientos u obstrucciones. El diseño del badén también deberá contemplar uñas de cimentación tanto a la entrada como a la salida de la estructura, dichas uñas deberán desplantarse preferentemente sobre material resistente a procesos erosivos. Pendiente longitudinal del badén. El diseño hidráulico del badén debe adoptar pendientes longitudinales de ingreso y salida de la estructura de tal manera que el paso de vehículos a través de él, sea de manera confortable y no implique dificultades para los conductores y daño a los vehículos. Pendiente transversal del badén.

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DRENAJE Con la finalidad de reducir el riesgo de obstrucción del badén con el material de arrastre que transporta curso natural, se recomienda dotar al badén de una pendiente transversal que permita una adecuada evacuación del flujo. Se recomienda pendientes transversales para el badén entre 2 y 3%. Borde libre. El diseño hidráulico del badén también debe contemplar mantener un borde libre mínimo entre el nivel del flujo máximo esperado y el nivel de la superficie de rodadura, a fin de evitar probables desbordes que afecten los lados adyacentes de la plataforma vial. Generalmente, el borde libre se asume igual a la altura de agua entre el nivel de flujo máximo esperado y el nivel de la línea de energía, sin embargo, se recomienda adoptar valores entre 0.30 y 0.50m. Diseño hidráulico. Para el diseño hidráulico se idealizará el badén como un canal trapezoidal con régimen uniforme. Este tipo de flujo tiene las siguientes propiedades: -La profundidad, área de la sección transversal, velocidad media y gasto son constantes en la sección del canal. -La línea de energía, el eje hidráulico y el fondo del canal son paralelos, es decir, las pendientes de la línea de energía, de fondo y de la superficie del agua son iguales. El flujo uniforme que se considera es permanente en el tiempo. Aun cuando este tipo de flujo es muy raro en las corrientes naturales, en general, constituye una manera fácil de idealizar el flujo en el badén, y los resultados tienen una aproximación práctica adecuada.

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DRENAJE

Figura N° 10: Diseño de un badén en carreteras (Manual para el diseño de carreteras pavimentadas, 2008).

2.2. DRENAJE SUBTERRÁNEO. 2.2.1. CONDICIONES GENERALES. El drenaje subsuperficial o subdrenaje pretende eliminar el agua subterránea, o bien abatir su nivel hasta donde no sea perjudicial a la carretera. El agua que está situada bajo la superficie de la tierra se presenta en corrientes o estancadas. Una vez que se detecta su presencia, habrá que darle el tratamiento necesario para su evacuación. El nivel del agua subterránea generalmente es paralelo a la superficie del terreno. En terrenos planos o de lomerío suave es necesario averiguar su profundidad, mediante la investigación de campo para definir las zonas que en realidad necesitan subdrenaje. El subdrenaje es de suma importancia, pues el exceso de agua o humedad es altamente perjudicial, ya que ocasiona baches, grietas y deslaves, así como la inestabilidad en el material de los taludes. Los objetivos de subdrenaje de las carreteras son: •Facilitar la ejecución de las explanaciones durante la fase de construcción de la carretera. •Aumentar la capacidad portante de la subrasante y reducir el espesor del pavimento.

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DRENAJE •Contribuir en la estabilidad de los taludes mediante la orientación favorable de los flujos de aguas internas. 2.2.1. DRENES SUBTERRÁNEOS. El dren subterráneo estará constituido por una zanja en la que se colocará un tubo con orificios perforados, juntas abiertas, o de material poroso. Se rodeará de un material permeable, material filtro, compactado adecuadamente, y se aislará de las aguas superficiales por una capa impermeable que ocupe y cierre la parte superior de la zanja. Figura (N° 11) se muestra como está constituido un dren subterráneo. (Manual para el diseño de carretera pavimentadas, dren subterráneo, 2014).

Figura N° 11: Constitución de un dren subterráneo (Manual para el diseño de carreteras pavimentadas, proyeccion de dren subterráneo, 2014).

Las paredes de la zanja serán verticales o ligeramente inclinadas, salvo en drenes transversales o en espina de pez en que serán admisibles, incluso convenientes, pendientes más fuertes. En casos normales, el talud máximo no superará el valor 1/5. Relleno de zanjas. Cuando el fondo de la zanja se encuentre en terreno impermeable, para evitar la acumulación de agua bajo la tubería se preverá la colocación de una capa de material, perfectamente apisonado, y que puede ser del mismo terreno, alrededor del tubo, sin que alcance el nivel de las perforaciones, o se asentará sobre un solado. En caso de tuberías con juntas abiertas,

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DRENAJE estas pueden cerrarse en su tercio inferior y dar a la capa impermeable el espesor correspondiente. Si el fondo de la zanja se encuentra en terreno permeable, no son necesarias las anteriores precauciones. La composición granulométrica del material permeable, material filtro, con el que se rellene, la zanja del dren requiere una atención especial, pues de ella depende su buen funcionamiento. Si dn es el diámetro del elemento de suelo o filtro tal que n % de sus elementos en peso son menores que dn deben cumplirse las siguientes condiciones: a) Para impedir el movimiento de las partículas del suelo hacia el material filtrante. • d15 del filtro / d85 del suelo < 5. • d50 del filtro / d50 del suelo < 25. En el caso de terreno natural de granulometría uniforme, se sustituirá la primera relación por: d15 del filtro / d85 del suelo < 4. b) Para que el agua alcance fácilmente el dren: d15 del filtro / d15 del suelo > 5. c) Para evitar el peligro de colmatación de los tubos por el material filtro. •En los tubos con perforaciones circulares: d85 del filtro / diámetro del orificio del tubo > 1.0 •En los tubos con juntas abiertas: d85 del material filtro / ancho de la junta > 1.2 •En los tubos de concreto poroso, se debe respetar la siguiente condición: d85 del árido del dren poroso / d85 del filtro < 5. En caso de terrenos cohesivos, el límite superior para d15 del filtro se establecerá en 0.1 mm. Cuando sea preciso, deberán utilizarse en el proyecto dos o más materiales de filtros. Ordenados estos desde el terreno natural a la tubería, deben satisfacer, cada uno con respecto al contiguo, las condiciones exigidas anteriormente entre el material filtro y el suelo a drenar.

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DRENAJE El último, que será el que rodea el tubo, deberá satisfacer, además, las condiciones que se han indicado en relación con el ancho de las juntas o diámetro de los orificios de dichos tubos. Para impedir cambios en la composición granulométrica o segregaciones del material filtro por movimiento de sus finos, debe utilizarse material de coeficiente de uniformidad (d60/d10) inferior a 20, cuidadosamente compactado. Figura (N° 12) se proyecta el dren subterráneo (Manual para el diseño de carreteras pavimentadas, proyección de dren subterráneo, 2014).

Figura N° 12: Dren subterráneo (Manual para el diseño de carreteras pavimentadas, proyeccion de dren subterráneo, 2014).

2.2.2 TIPOS DE SUBDRENAJES. El subdrenaje es indispensable cuando al efectuar los cortes en los taludes o en la terracería brota agua. Por lo tanto, hay necesidad de proyectar un drenaje parecido al superficial estableciendo conductos para que el agua escurra y salga o para que se abata el nivel subterráneo. Se acostumbra clasificar a los sistemas de drenaje subsuperficial en tres categorías generales: •

Drenes longitudinales.

•

Drenes transversales.

•

Capa permeable.

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DRENAJE Capa permeable. La capa permeable se coloca bajo la superficie pavimentada, constituida por un material filtrante de manera que, con ayuda de una pendiente transversal adecuadas y unas correctas instalaciones de salida, pueda drenar el agua: 

Que se infiltre desde la superficie.



Que provengan de las bermas.



Que ascienda por supresión desde los niveles inferiores.

Esta capa, que puede ser granular o tratada con ligantes hidrocarbonados o con cemento, se puede integrar a la estructura del pavimento. Figura (N° 13 ) se muestra la capa permeable (Manual para el diseño de carreteras pavimentadas, subdrenes longitudinales, 2014).

Figura N° 13: Capa permeable (Manual para el diseño de carreteras pavimentadas, subdrenes longitudinales, 2014).

Subdrenes longitudinales. Son zanjas paralelas a la dirección de la vía, en la cual se colocan materiales permeables (agregados pétreos, geotextiles, geodrenes) y, eventualmente, una tubería. Figura () se muestra como se construye un subdrén longitudinal.

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DRENAJE

Figura N° 14: Subdrén longitudinal

Los subdrenes longitudinales se emplean para: 1. Cortar el agua subterránea, impidiendo que alcancen las inmediaciones del pavimento. La figura (15) muestra la disposición general que deben tener los drenes subterráneos (Manual para el diseño de carreteras pavimentadas, subdrenes longitudinales, 2014).

Figura N° 15: Disposición general que deben tener los drenes subterráneos (Manual para el diseño de carreteras pavimentadas, subdrenes longitudinales, 2014).

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DRENAJE 2. Encauzar el agua que ingrese al pavimento por filtraciones a través de su superficie. La figura (N° 16) muestra el encauce del agua por filtración en el pavimento (Manual para el diseño de carreteras pavimentadas, subdrenes longitudinales, 2014).

Figura N° 16: Encauce del agua por filtración en el pavimento (Manual para el diseño de carreteras pavimentadas, subdrenes longitudinales, 2014).

3. Rebajar el nivel freático, manteniéndolo a una profundidad conveniente del nivel superior de la explanación. Figura (2.10) se observa el nivel freático en un pavimento (Manual para el diseño de carretera pavimentadas, dren subterráneo, 2014) .

Figura N° 17: Nivel freático (Manual para el diseño de carretera pavimentadas, dren subterráneo, 2014).

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DRENAJE Tubería de los subdrenes longitudinales. 

Puede ser de concreto, arcilla, metal, fibra bituminosa o plástico.



Los tubos de concreto y arcilla se podrán proyectar con juntas abiertas o perforaciones que permitan la entrada del agua en su interior.



Los tubos de hormigón poroso permiten la entrada del agua a través de sus paredes.



Los tubos de plástico, metal y fibra bituminosa tienen orificios circulares o ranuras para el mismo fin.



Los orificios circulares o ranuras de la tubería perforadas se disponen de preferencia a la mitad inferior de los tubos.

Se deben cumplir los siguientes requisitos para evitar que se introduzca el material granular del subdrén dentro de los tubos perforados. Figura (N° ), se indica la disposición que deben satisfacer los orificios de tuberías perforadas en la mitad inferior de la superficie del tubo (Consideraciones sobre el drenaje de los pavimentos, disposición de orificios en una tubería perforada, 2014). En los Estados Unidos los subdrenes horizontales generalmente se construyen con tubería PVC de calibre 80 de acuerdo con la norma ASTM D 1785. La tubería es de 1.5 pulgadas de diámetro interno y 1.9 pulgadas de diámetro externo, con uniones soldadas con solventes de 10 o 20 pies de longitud.

Figura N° 18: Orificios de tuberías perforadas en la mitad inferior de la superficie del tubo (Consideraciones sobre el drenaje de los pavimentos, disposición de orificios en una tubería perforada, 2014).

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DRENAJE Subdrén transversal. En carreteras de montaña, los drenes longitudinales pueden no ser suficientes para interceptar toda el agua de filtración. En estos casos, deberá instalarse drenes interceptores transversales normales al eje de la carretera o un drenaje en espina de pez. La distancia entre drenes interceptores transversales será, por término medio, de 20 m a 25m. La figura (N° 19) El drenaje en espina de pez se proyectará de acuerdo con las siguientes condiciones: (Manual para eldiseño de carreteras, 2014).

Figura N° 19: Drenaje en espina de pez (Manual para eldiseño de carreteras, 2014).



El eje de las espinas formará con el eje de la carretera un ángulo de 60º.



Las espinas estarán constituidas por una zanja situada bajo el nivel del plano superior de la explanada.



Sus paredes serán inclinadas, con talud aproximado de 1/2, para repartir, al máximo, el posible asiento diferencial.



Las zanjas se rellenarán de material filtro.



Las espinas llevarán una cuna de concreto de baja resistencia o arcilla unida al solado del dren longitudinal.

34

DRENAJE 

Las espinas consecutivas se situarán a distancias variables que dependerán de la naturaleza del suelo que compone la explanada. Dichas distancias estarán comprendidas entre 6 m, para suelos muy arcillosos, y 28 m para suelos arenosos.

2.3. CARACTERÍSTICAS DE LOS SUELOS QUE INFLUYEN EN EL DRENAJE. Para el buen diseño del subdrenaje es necesario conocer el tipo de suelo, sus propiedades y su comportamiento. Esto se consigue con una adecuada clasificación de suelo. 2.3.1 Resistencia a la deformación. Es la oposición que presenta los suelos a la penetración y el desplazamiento al ser sometido a cargas. Esta resistencia depende del esfuerzo cortante en el que influyen dos propiedades mecánicas: la cohesión y fricción interna. La cohesión es la cualidad por la cual las partículas del terreno se mantienen unidas en virtud de fuerzas internas, que dependen, entre otras cosas del número de puntos de contacto que cada partícula tiene con sus vecinas. En consecuencia, la cohesión es mayor cuanto más finas son las partículas del terreno. Figura (N° 20) muestra la cohesión en suelos (Estructura y cohesión del suelo, 2014).

Figura N° 20; Cohesión en suelos (Estructura y cohesión del suelo, 2014).

La fricción interna es la resistencia presentada por las partículas del suelo al deslizarse unas sobre otras; se debe a la presencia de partículas de arenas gruesas y de partículas de rocas trituradas. Es importante en el verano, cuando la cohesión proporcionada por la arcilla y por la humedad, decrece considerablemente. Por eso se requiere la presencia de partículas

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DRENAJE angulosas en los materiales para carreteras. Figura (N° 21) muestra la fricción interna en suelos (Ángulo de rozamiento interno, 2014).

Figura N° 21: Muestra la fricción interna en suelos (Ángulo de rozamiento interno, 2014).

Compresibilidad. La compresibilidad se refiere a la reducción de volumen de un suelo motivada por la aplicación de una presión exterior. Todos los materiales experimentan deformaciones cuando se someten a condiciones de carga. El análisis de deformaciones de suelos es bastante complejo ya que los esfuerzos que se inducen dentro de él es un problema sin solución exacta a la fecha; así mismo los parámetros de compresibilidad de los depósitos del suelo son difíciles de determinar o medir experimentalmente además de la no homogeneidad y anisotropía del medio, complica el análisis y cálculo del asentamiento.

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DRENAJE Figura N° 22: se muestra la compresibilidad en el suelo.

Elasticidad. La elasticidad de los suelos, puede definirse como la propiedad de volver a recuperar su posición original, cuando han sido comprimidos y se ha removido la carga que causa la deformación. Los suelos no son completamente elásticos, pudiendo variar apreciablemente esta propiedad según el suelo de que se trate. Permeabilidad. La permeabilidad de un suelo se refiere a su capacidad para permitir el paso de una corriente de agua a través de su masa. Cuando el ingeniero geotecnista prevea que se presentara un flujo de agua dentro de la masa del suelo de su obra, es conveniente que garantice que el agua fluya bajo el régimen laminar a velocidades realmente pequeñas, de lo contrario se presentara el fenómeno conocido como régimen turbulento caracterizado por la generación de vórtices que se presentan por la fricción entre las moléculas del agua cuando estás rebasan cierta velocidad de desplazamiento; este comportamiento puede generar, entre otros riesgos, el arrastre de granos de suelo que tiene como consecuencia la formación de tubos dentro de la masa de suelo efecto conocido como tubificación.

Figura N° 23: se puede mostrar la permeabilidad en el suelo (Propiedades de los Materiales / Principios del Movimiento de Tierras, permeabilidad, 2014).

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DRENAJE a)

Permeámetro de carga constante.

b)

Permeámetro de carga variable.

c)

Prueba in situ

Capilaridad. La capilaridad es la propiedad de los suelos de absorber agua por contacto con una fuente adyacente de este líquido y transmitirla en todas direcciones sin importar la intensidad y la dirección de la fuerza de gravedad. La fuerza que ocasiona este escurrimiento de agua, es la tensión superficial o atracción molecular de láminas delgadas de agua se definen como tensión capilar. Si un suelo tiene una gran capilaridad, presenta una dificultad enorme para ser drenado y si se acumula un exceso de agua, se producirán cambios volumétricos perjudiciales. En general los suelos constituidos por material muy fino tienen una gran capilaridad y solo se comportarán satisfactoriamente, si pueden ser protegidos convenientemente contra grandes cantidades de humedad. En cuanto al comportamiento de suelos, el grado de consolidación, es una propiedad que ejerce influencia importante en sus resistencias a las deformaciones y a la penetración del agua. El peso volumétrico del material o su porcentaje de vacíos, dan idea del grado de consolidación.

Figura N° 24.- se observa la capilaridad en los suelos (Propiedades de los Materiales / Principios del Movimiento de Tierras, capilaridad, 2014).

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DRENAJE La clasificación del suelo es básica para los fines del subdrenaje, pues el comportamiento es distinto si es suelo arcilloso, arenoso, mezcla de dos, si está constituido por grava o canto rodado, si es limo, o bien pantanoso. Los suelos arcillosos son malos y de difícil drenaje por que conservan y al mejorarse se hacen plásticos e inestables. En cambio, cuando estos suelos están mezclados con arena son excelentes. Los suelos arenosos son inestables por su falta de cohesión y por lo tanto solo se pueden usar en terraplenes cuando se les protege y aísla de la corriente de agua. MÉTODOS

DE

SUBDRENAJE

PARA

LA

ESTABILIZACIÓN

DE

DESLIZAMIENTOS. Cortinas impermeables. Las cortinas impermeables profundas tienen por objeto impedir que el agua subterránea alcance la zona de inestabilidad potencial. Figura (N° 25) se muestra cómo se constituye una cortina impermeable (Obras de drenaje y subdrenaje, cortina impermeable, 2014).

Figura N° 25.- se muestra el uso de una cortina impermeable para evitar un deslizamiento (Obras de drenaje y subdrenaje, cortina impermeable, 2014).

Las barreras impermeables se han utilizado con frecuencia para impedir el paso de contaminantes, y en los últimos años su uso se ha extendido a la estabilización de deslizamientos.

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DRENAJE

Figura N° 26.- Cortina impermeable para estabilizar un deslizamiento (Obras de drenaje y subdrenaje, cortina impermeable, 2014).

Deslizamientos: Técnicas de remediación – Jaime Suárez. Las pantallas subterráneas pueden consistir en zanjas profundas rellenas de arcilla, asfalto o concreto, tablestacados, cortinas de inyecciones o líneas de bombeo de agua que emplean hileras de pozos verticales. En el diseño de las cortinas se deben considerar los efectos que tiene el cambio del régimen de aguas subterráneas sobre las áreas adyacentes. Este sistema produce un aumento del nivel freático y el represamiento del agua subterránea arriba de la pantalla y su utilización debe complementarse con la construcción de subdrenes para controlar los efectos negativos. Construcción de cortinas impermeables. Para la construcción de las cortinas impermeables se han empleado los siguientes sistemas: Zanjas de “Slurry”. La técnica de las cortinas construidas que usan zanjas de “Slurry”, consiste en muros de concreto construidos como una serie de paneles, con el empleo de excavadoras verticales Figura ( 2.25) se observa la construcción de las pantallas Slurry (Obras de drenaje y subdrenaje, zanja Slurry, 2014). En el proceso de excavación se utiliza “Slurry” de Bentonita para impedir el derrumbe de las excavaciones. Una vez terminada la excavación de cada panel, se coloca el refuerzo y se

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DRENAJE funde el concreto. Estos paneles generalmente tienen un ancho de 2 a 5 metros y un espesor de 60 centímetros a un metro. La profundidad depende de las necesidades del proyecto, del tipo de equipo y la calidad de los materiales y se conoce de pantallas construidas en zanjas de “Slurry” con profundidades hasta de 30 metros (Cornforth, 2005). Otra alternativa es la construcción de cortinas compuestas por una mezcla de suelo y Bentonita en reemplazo del concreto. También se han utilizado mezclas de cemento y Bentonita o de concreto con Bentonita.

Figura N° 27.- Construcción de pantallas Slurry (Obras de drenaje y subdrenje, zanja Slurry, 2014).

Cortinas de geomembrana. Con relativa frecuencia, se han construido pantallas impermeabilizantes utilizando geomembranas, las cuales son telas impermeables elaboradas con geosintéticos. La mayoría de estas telas son elaboradas con polietileno de alta densidad (HDPE). También se han utilizado geomembranas de PVC, polipropileno y de asfalto. El método constructivo, generalmente consiste en excavar zanjas con retroexcavadora, colocar la geomembrana y rellenar nuevamente con el material excavado. El espesor de la tela varía de 30 a 100 “mils”. Un “mil” equivale a una milésima de pulgada. Por lo general, si se utiliza tela de 30 “mils” ésta se coloca doble. Si se emplea tela de mayor espesor, puede colocarse en una capa sencilla.

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DRENAJE Se debe tener cuidado de que no se rompa la geomembrana durante la colocación y que los traslapos sean completamente impermeables. Es común que se presenten fugas de agua en las pantallas de geomembrana y que la mayoría de esas pantallas no sean 100% impermeables. Cortinas de inyecciones. Las cortinas de inyecciones se construyen perforando líneas de huecos poco espaciados, en los cuales se inyectan a presión, productos impermeabilizantes. Éstos se traslapan formando una cortina figura (N° 28) (Obras de drenaje y subdrenaje, cortina de inyeccion, 2014). Como productos de inyección se usan lechada de cemento, polímeros u otros productos químicos de baja plasticidad que penetran dentro de los poros del suelo.

Figura N° 28.- Traslape de inyección (Obras de drenaje y subdrenaje, cortina de inyeccion, 2014).

En los deslizamientos se emplean inyecciones para impedir el paso del agua en los depósitos de materiales aluviales de grava y arena gruesa e igualmente, en los depósitos de bloque de roca. El objetivo, generalmente, es impedir el paso del agua a través de los mantos permeables hacia el deslizamiento. Cortinas mezcla de suelo con cemento. Estas pantallas consisten en columnas perforadas, en las cuales se mezcla el suelo del sitio con cemento para formar una pared enterrada impermeable. El proceso incluye la perforación de un hueco inicial de aproximadamente 6 pulgadas de diámetro y la iniciación de un proceso de mezcla de suelo con cemento que va de abajo hacia arriba figura (N° 28)

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DRENAJE (Obras de drenaje y sub-drenaje, 2014). Existen varias técnicas para la construcción de pantallas de mezcla de suelo con cemento, con Bentonita y con otros aditivos. Los suelos ideales para mezclas profundas son las gravas, las arenas y los limos, aunque también, se pueden realizar mezclas con arcilla. Generalmente, se debe tener en cuenta que no es viable este tipo de mezclas cuando hay bloques de roca o cuando los suelos son demasiado duros. 2.4 GEOTEXTILES. Los Geotextiles son, como su nombre lo indica, textiles permeables sintéticos, en su gran mayoría resistentes a la tensión, al punzonamiento y con excelentes propiedades hidráulicas. Existen dos tipos de geotextiles: no tejidos y tejidos, cada uno especialmente fabricado con propiedades específicas que se ajustan a las diferentes aplicaciones dentro de cada proyecto. Los principales usos de los geotextiles tejidos son la conformación de estructuras en suelo reforzado, la separación y estabilización de subrasante en vías y cimentaciones; por su parte, los geotextiles no tejidos se utilizan en separación, drenaje y filtración, protección de geomembranas y repavimentación. Figura (N°29) se muestra el uso de geotextil en carreteras (Catálogo funciones aplicaciones de geotextiles, 2014).

Figura N° 29.- Geotextil (Catálogo funciones aplicaciones de geotextiles).

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DRENAJE 2.4.1. USO DE GEOTEXTILES EN EL SUBDRENAJE. El geotextil es un material textil permeable de estructura plana usado como parte integral de los suelos y cimentaciones en aplicaciones relacionadas a proyectos de ingeniería. Los geotextiles se han convertido en las capas filtrantes más adecuadas porque superan las desventajas de los filtros de arena y los de agregados pétreos. Para empezar, se fabrican ya con propiedades hidráulicas específicas y de retención de tierra, las cuales pueden seleccionarse fácilmente para complementar el suelo que necesite protección. Segundo, pueden instalarse con facilidad sobre taludes – aún bajo el agua. Figura (3.2) se observa la colocación de un sistema de subdrenaje tradicional (Catálogo funciones aplicaciones geotextiles, 2014).

Figura N° 30.- Sistema de subdrenaje tradicional (Catálogo funciones aplicaciones geotextiles).

Polímeros para geotextiles. La mayoría de los geotextiles disponibles y más comunes en el mercado se fabrican ya sea con poliéster o con polipropileno. El polipropileno es más ligero que el agua (gravedad especifica de 0.9), resistente y muy durable. Los filamentos de polipropileno y las fibras del mismo material se usan en la manufactura de fibras geotextiles tejidas y no tejidas.

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DRENAJE Las fibras y tejidos de poliéster de alta resistencia también se usan en la manufactura de geotextiles. El poliéster es más pesado que el agua, tiene excelente resistencia y propiedades de deslizamiento, además es compatible con los materiales naturales más comunes. Estructuras de geotextiles. Hay dos tipos o estructuras principales de geotextiles: tejidos y no tejidos. Otras técnicas de manufactura, por ejemplo, la unión por medio de costuras, ocasionalmente se emplean en la fabricación de productos especiales. No tejidos. Los geotextiles no tejidos se fabrican ya sea con fibras cortas (generalmente de 1 a 4 pulgadas de longitud) o con filamentos continuos distribuidos al azar en capas sobre una banda en movimiento para formar una especie de “panal “, el cual se pasa a través de un telar de agujas y/o por otro tipo de máquina para entrelazar o unir las fibras/filamentos. Los geotextiles no tejidos son altamente recomendables para el drenaje de subsuelo y para el control de la erosión, así como para la estabilización de caminos sobre suelos húmedos o saturados. Tejidos. El tejido es un proceso de entrelazados de hilos para fabricar una tela. Los geotextiles tejidos se hacen tejiendo monofilamentos, multifilamentos o fibras de películas cortas. Las fibras de películas cortas posteriormente pueden subdividirse en cintas planas y tejidos fibrilados (o tejidos como tela de araña). Hay dos pasos en este proceso de fabricación de un geotextil tejido: primero, la manufactura de los filamentos o el corte de la película para obtener tejidos; y segundo tejer los hilos para obtener el geotextil. Las telas de películas cortas se usan generalmente para control de sedimentos, por ejemplo cortinas de retención, y para estabilizar caminos, pero es una alternativa poco recomendable para usarse en drenaje de subsuelo y en control de erosión. Aunque los tejidos de cinta plana de películas cortas son bastante resistentes, forman una tela que tiene una permeabilidad relativamente baja (pobre). Por otra parte, las telas hechas con cintas fibriladas tienen una menor permeabilidad y aberturas más uniformes que los productos hechos con cintas planas.

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DRENAJE 2.4.2 Ventajas en el uso de los geotextiles. -Presentan una alternativa más económica comparada con métodos constructivos tradicionales. -Son versátiles, flexibles, resistentes y se adaptan a las irregularidades de las superficies y condiciones donde se colocan. -Son de fácil, rápido manejo, aplicación y no requieren equipo especializado. -Tienen una amplia variedad de aplicaciones en la construcción y aumentan la vida útil de las instalaciones. 2.4.3. Aplicaciones de geotextiles no tejidos en caminos. Superficies Pavimentadas: -Entre el subsuelo y capas de estructura del pavimento de carreteras, estacionamientos y aeropuertos. -Sobre superficies deterioradas de concreto hidráulico ó carpetas asfálticas en colocación de sobre carpetas de asfalto. Superficies no Pavimentadas: -Entre el subsuelo y base de caminos no pavimentados. General -Filtro envolvente en subdrenes (dren ciego ó dren francés) para eliminación de presencia de agua en las capas de caminos. -Capa de rompimiento de capilaridad entre el terreno y capas de caminos para evitar humedecimiento de la estructura del pavimento. -Protección de socavación en puentes.

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DRENAJE

Figura N° 31.- . Geotextiles no tejido en carreteras (Uso de geotextiles en el drenaje subsuperficial o subdrenaje, aplicación de geotextiles no tejidos en caminos).

2.4.4 Aplicaciones de geotextiles no tejidos en los suelos base de caminos. Separación. Evita la migración indeseable de los finos del terreno hacia la base, y también evita la incrustación de los agregados de la base en la subrasante. Mantiene integra la base con lo cual se asegura su buen funcionamiento prolongando la vida útil del camino. Figura (3.4) se observa cómo actúa un pavimento sin y con geotextil ante una carga (Catálogo funciones aplicaciones de geotextiles, 2014).

Figura N° 32.- Sección transversal de una estructura sin y con geotextil de separación (Catálogo funciones aplicaciones de geotextiles).

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DRENAJE Refuerzo (Suelos blandos). Los geotextiles proveen refuerzo por medio de posibles mecanismos como: Restricción al desplazamiento lateral y confinamiento del material de la base y subrasante a través de fricción y amarre entre el agregado, el suelo y el geotextil, proporcionando rigidez y distribuyendo mejor las cargas. Aumento en la capacidad portante del sistema al causar que la superficie de falla por capacidad carga se extienda más y se desarrolle en un plano mayor resistencia al cortante.

Figura N° 33.- Geotextil como elemento estructural (Catálogo funciones aplicaciones de geotextil).

Filtración. El geotextil previene que los finos migren hacia el agregado debido a las altas presiones de poro inducidas por las cargas dinámicas de las ruedas y al mismo tiempo permite el paso del agua para disipar presiones hidrostáticas. 2.4.5 Uso de geotextil no tejido para estabilización y separación de caminos sobre suelos blandos. -Separación y filtración de suelos. -Refuerzo (V.R.S < 3%). -Restricción desplazamiento lateral.

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DRENAJE -Aumento capacidad portante, disminución de deformaciones. Beneficios. -Reducir la sustitución de suelos blandos que se consideran inadecuados para la construcción tradicional de un camino. -Reducir el espesor y mantener la integridad de la base necesaria para el camino. -Reducir el asentamiento diferencial del camino, lo cual permite mantener la integridad, uniformidad y servicio del pavimento. -Prolongar el costo de mantenimiento y prolongar la vida útil del pavimento. Uso de geotextil no tejido para estabilización y separación de caminos.

Figura N° 34.- Geotextil no tejido para estabilización y separación de caminos. (Uso de geotextiles en el drenaje subsuperficial o subdrenaje, separación de camino).

Pasos de diseño de caminos no pavimentados y pavimentados usando geotextil. -Determinar la capacidad de carga del suelo. -Estimar la intensidad de tránsito y cargas por rueda esperadas en la vida útil del camino. -Establecer profundidad de deformación aceptable para diseño de caminos no pavimentados.

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DRENAJE -Diseñar espesor de pavimento. Para método AASHTO aplicar factor apropiado para tipo y calidad de capas de pavimento, y factor de contribución del geotextil. -Checar criterio de filtración del geotextil. -Determinar requerimientos de sobrevivencia del geotextil: o Tabla de valores mínimos establecidos por AASHTO M288. -Especificar lineamientos y requerimientos de construcción. Lineamientos de instalación del geotextil no tejido. 1. Aplicar el Geotextil no tejido sobre superficies lisas, libres de objetos que puedan dañar al geotextil. 2.El Geotextil puede desenrollarse a mano o utilizando algún equipo adaptado para esta función, evitando en lo posible las arrugas. 3.La unión o traslape no debe ser menos de 30 cms. o la indicada por especificaciones de diseño, también pueden usar uniones cosidas o grapadas. 4.El Geotextil no se puede fijar al suelo por medio de anclas o broches, ó piedras lisas. 5.El material no debe ser pisado directamente por equipos de construcción. Debe existir una capa de 20 ó 30 cm. de relleno para proteger el material de estos equipos y proporcionar confinamiento. 6.Es recomendable no tener expuesto el material geotextil al sol por más de quince días.

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DRENAJE Figura N° 35.- Lineamientos de instalación del geotextil no tejido (Uso de geotextiles en el drenaje subsuperficial o subdrenaje, lineamiento de instalacion de geotextil no tejido).

Geotextiles no tejidos usados en sobrecarpetas asfálticas. Los Geotextiles no tejidos pueden aplicarse sobre pavimentos deteriorados de concreto asfáltico o hidráulico en colocación sobre la carpetas asfálticas. Funciones del geotextil. Impermeabilización: Al ser impregnado con asfalto forma una barrera impermeable que protege de la humedad a la estructura del pavimento subyacente evitando así el ablandamiento de la base portante y posterior degradación del pavimento. Capa disipadora de esfuerzos: Con lo que se retarda la reflexión de grietas existentes en el pavimento deteriorado hacia la sobrecarpeta. Ventajas. Aumenta la vida útil del pavimento. Disminuye los costos de mantenimiento. Incrementa el tiempo con condiciones satisfactorias de servicio del pavimento. FILTRACIÓN. El funcionamiento equilibrado del sistema geotextil-suelo que permita el flujo del líquido a través del plano del geotextil y que a la vez retenga las partículas de grano fino del suelo de acuerdo a los requerimientos del diseño. Figura (3.8) se muestra la situación de filtros por los geotextiles no tejidos (Uso de geotextiles en el drenaje subsuperficial o subdrenaje, filtración, 2014) y en la figura (N° 36) se muestra la conformación del sistema convencional de filtros de agregado y sistema con filtro geotextil (Uso de geotextiles en el drenaje subsuperficial o subdrenaje, separación de camino, 2014).

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DRENAJE

Figura N° 36 Sustitución de filtro granular por Geotextil no tejido (Uso de geotextiles en el drenaje subsuperficial o subdrenaje, filtración).

Figura N° 37.- Sistema de filtros (Uso de geotextiles en el drenaje subsuperficial o subdrenaje, separación de camino).

Factores a considerar para aplicaciones de filtración. 

Definir tipo de obra, identificar si la naturaleza del proyecto es crítica o severa.



Analizar condiciones de flujo. Determinar propiedades del suelo con el que se interactúa.



Aplicar criterio de diseño adecuado para la filtración: retención, taponamiento y permeabilidad.

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DRENAJE 

Considerar para condiciones extremas llevar a cabo pruebas que simulen condiciones reales de filtración.



Resistencia adecuada a la sobrevivencia al procedimiento de construcción (Tabla AASHTO M288).



Definir procedimiento de construcción apropiado.

Ejemplos de usos de filtros geotextiles no tejidos en caminos.

Figura N° 38.-Filtros geotextiles (Uso de geotextiles en el drenaje subsuperficial o subdrenaje, ejemplo de usos de filtros geotextiles no tejidos en caminos,).

CAPÍTULO III CONCLUCIONES Y RECOMENDACIONES 3.1 CONCLUSIONES Las obras de drenaje y subdrenaje en proyectos carreteros son necesarias, ya que los objetivos básicos de estas obras son la preservación de la carretera, debido a la función social y económica que representa y el costo elevado de construcción de estos proyectos.

Por su importancia, el diseño y construcción de un sistema de drenaje requiere la realización de estudios del clima, suelo, hidrología y geología, ecológicos, a fin de prevenir o mitigar el impacto negativo al ambiente con la reducción al mínimo de los cambios al patrón de drenaje

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DRENAJE natural y disminución de la acción erosiva producida por el cambio de cauce de su transporte y su relación con los ecosistemas presentes. 3.2 RECOMENDACIONES La recomendación que se da es que el drenaje en una carretera sea casi natural para evitar una obra muy costosa en cuanto a la construcción y mantenimiento. Geotécnicamente se debe escoger suelos permeables y naturalmente drenados. Para que el drenaje tenga un buen funcionamiento es recomendable: 1. Evitar que el agua subterránea ascienda hasta la subrasante, ocasionando el deterioro del camino. 2.Evitar que el agua de arroyos sea remansada por los terraplenes, existiendo peligro de deslaves. 3.Evitar que los cortes de suelo se saturen y exista el peligro de derrumbes, deslizamiento y fallas. 4.Evitar que el agua de las cunetas reblandezca las terracerías disminuyendo y originando asentamientos que lleven a la destrucción del camino.

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DRENAJE BIBLIOGRAFÍA 1.

Nicholas J. Garber, Lester A. Hoel. Ingeniería de tránsito y carreteras. Editorial Thomson

2. Manual para el diseño de carreteras pavimentadas de bajo volumen de tránsito (2008) 3. Obras de drenaje y subdrenaje en carreteras.

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