Drenaje de Vias

E X P O S I T O R:

ING. ALFREDO ALARCON ATAHUACHI

DRENAJE DE VIAS

DRENEJE DE VIAS

INGENIERIA DE TRANSPORTE

Reseña Histórica

-Los Romanos en 50.000 millas de carreteras lo primero que seconstruía era es sistema de subdrenaje consistía en una capa de arena y luego una de piedra. 312 A.C.

-En 1820 John L. McAdamn fue el primero en escribir los siguiente: La estructura de un pavimento No puede tener un adecuado comportamiento frente a las cargas si estos No tienen un sistema de drenaje adecuado.

-En 1910, Los grandes méritos del sistema de drenaje y su importancia fueron sacados al aire en un libro llamado “ El arte de hacer vías” H. Frost, había tres cosas necesarias para mantener en perfecto estado las vías, las cuales eran: drenaje, drenaje y mas drenaje.


• - En 1938, Porter explica la necesidad de poner en condiciones de

alta humedad los especímenes a ensayar en el CBR el cual fue

originado en California por O.J.

• -“La vida útil de un pavimento con un adecuado sistema de drenaje se aumenta hasta en un 40% gracias a su eficiencia, si este está correctamente diseñado, en comparación con uno pobremente drenado o nulo”. Harry R. Cedergren

• - En Latinoamérica en todos los simposios de pavimentos se habla de la importancia de los sistemas de subdrenaje.

• - Los sistemas de subdrenaje han sido tratados, aclamados a lo largo de los siglos pero frecuentemente ignorados por los diseñadores de vías.

Introducción

Uno de los factores más importantes en la construcción de un camino es el drenaje. El drenaje puede ser la causa de muchas fallas aún cuando el diseño geométrico y estructural del pavimento haya sido bien efectuado.

1.1 Drenaje Superficial

Uno de los primeros aspectos que debe ser tomados en cuenta es el drenaje superficial de la carretera, para evitar que el agua proveniente de las precipitaciones pluviales ingrese a la estructura o se quede en esta.


1.2 Drenaje Subterráneo

Otro elemento importante es el subdreneje que debe ser considerado en zonas donde existen presencia del nivel freático o cuando el corte efectuado para la plataforma de la carretera interrumpe algún cauce subterráneo.

Problemas asociados al drenaje

El tipo más más común de problemas asociados con la presencia de las aguas subterráneas son la inestabilidad de taludes y el deterioro acelerado del pavimento. Mientras que la inestabilidad de la plataforma o del talud de corte se debe a la reducción de la resistencia al esfuerzo cortante del material por la presencia del agua.

El deterioro del pavimento está relacionado con la saturación y perdida de capacidad de soporte de la base, sub base o subrasante en el caso de los pavimentos flexibles

La falta de soporte en las juntas por bombeo de finos en el caso de pavimentos rígidos conformado por losas.

La presencia de agua en la superficie de rodadura puede ocasionar hidroplaneo, con la siguientes pérdida de control del vehículo por lo cual es importante la rápida evacuación del agua producto de las precipitaciones pluviales.


Elementos del sistema

Las carreteras constituyen la principal vía de transporte de personas y mercadería a través de lastres regiones naturales del Perú. Por este motivo es necesario mantenerlas en buen estado para garantizar la seguridad de los usuarios y permitir el abastecimiento de los productos que se consumen en cada región. El sistema de drenaje de una carretera permite el paso ordenado del agua de origen pluvial o subterráneo a través de las vías. Se considera que este sistema está compuesto por los siguientes tipos de elementos:

a) Drenaje longitudinal.

b) Drenaje transversal.

c) Subdrenaje.

d) Elementos auxiliares.

Se debe entender que no existen soluciones parciales al manejo de aguas que afectan una vía.


Sistemas de drenaje

El sistema de drenaje en una carretera está compuesto por varios elementos que varían de acuerdo a las condiciones topográficas, el nivel de precipitación pluvial y la existencia de aguas subterránea.

En general el sistema de drenaje está compuesto por zanjas de coronación, cunetas, alcantarillas, bordillos, y sub drenes.

La superficie de rodadura y las bermas forman parte del sistema de drenaje por lo que requiere una pendiente transversal y longitudinal que facilite la evacuación del agua.


Criterios Generales para la selección del diseño de un sistema de drenaje

Para seleccionar un sistema adecuado se debe tener en cuenta la relación que existe entre la carretera, los usuarios, los vehículos, los afectados, el medio ambiente en general, las actividades humanas aguas arriba. Los "afectados" son aquellas personas o poblaciones que viven prácticamente al borde del camino. En el medio ambiente se incluyen tanto las características naturales del área(topografía, geología, hidrografía, vegetación, recursos disponibles. etc) .

Es importante conocer las actividades que se desarrollan en la cuenca de aporte y medir la calidad del agua en el punto de intersección con la vía. Por ejemplo, aguas arriba de un punto de control pueden existir minas antiguas o clandestinas que aumenten de manera descontrolada la acidez del agua (disminuyendo el PH). Esto podría ocasionar el rápido desgaste de alcantarillas metálicas y un desgaste más pronunciado en alcantarillas de concreto.


Efectos de la presenicia del agua

-Reducción de la resistencia de los materiales granulares no estabilizados y de la subrasante.

-Bombeo (pérdida) de los finos en las juntas de concreto con la consecuencia de fisuras, escalonamiento y deterioro de berma.

-Posible bombeo de los finos en bases granulares en pavimentos flexibles.

-En zonas frías posible congelamiento y expansión con la consiguiente reducción de la capacidad de soporte del pavimento.

-Se pueden ocasionar hundimientos o expansión.-Ocasiona desprendimientos en la mezcla asfáltica y problemas de

durabilidad en el concreto.


Métodos para controlar la presencia del agua


a) Prevención

Evitar el ingreso de agua a los elementos estructurales del pavimento.

b) Remoción

Retirar el agua del pavimento en el plazo más breve a través del bombeo adecuado en la sección transversal y de las pendientes longitudinales necesarias.

c) Reforzamiento

Mediante la utilización de materiales que son relativamente insensibles a los efectos de la humedad incluyen los materiales granulares con pocas finos, estabilizados con cemento y bases estabilizadas con cemento o asfalto.

•En el siguiente cuadro se aprecia la pendiente recomendada para cada

componente del pavimento.•Pendiente transversal recomendada para cada tipo de

superficie (FHWA 1984).

Tipo de superficieSección transversal (%)

recomendadaSuperficie de alta calidad 1.5- 2.02 carriles en cada dirección Mínimo 1.5

3 carriles o más en cada dirección Incrmentar al 4%Superficie de calidad intermedia 1.5-3.00Superficie de baja calidad 2.0-6.0Bermas de concreto o asfalto 2.0-6.0Bermas de sardinel > 4.0

AGUAS SUPERFICIALES


a) Introducción

El agua superficial es uno de los elementos que causa mayores problemas a las vías terrestres, pues en general disminuye la resistencia de los suelos, generando fallas en terraplenes, cortes y superficies de rodamiento. Todo esto condiciona a proyectar y construir obras de drenaje óptimas, de tal forma que garanticen alejar el agua a la mayor brevedad posible de la vías. En consecuencia, se puede concluir que un buen drenaje es el alma de los caminos..

b) Drenaje artificial

El drenaje artificial es el conjunto de obras que sirve para captar, conducir y alejar del camino el agua que puede causar problemas. En general para construir una vía terrestre se requiere estudios cuidadosos del drenaje, los cuales implica necesariamente con ciertos datos y conocimientos fundamentales, a fin de que estas obras cumplan con sus objetivos.


c) Destino de aguas superficiales

Al caer sobre la superficie de rodamiento, el agua de lluvia tiene varios destinos: escurre superficialmente, se infiltra al sub suelo o se evapora. El agua que escurre de manera superficial se va uniendo y forma pequeños escurrideros que se convierten en arroyos y después en riachuelos, los cuales llegan a una depresión continental como los lagos o lagunas. Cuando se construye una vía terrestre, casi siempre se corta el escurrimiento natural, permitiéndose el paso del agua en sitios dispuestos técnicamente y alejar el agua de la vía rápidamente ó se canaliza mediante obras de captación y conducción apropiadas para tal fin como son las cunetas en este tipo de obras, de manera que al final del curso puedan concentrarse en los lugares mencionados. En resumen, al construirse una vía se modifican las condiciones del escurrimiento en las zonas que la vía atravesará, lo cual puede causar problemas como erosiones e inundaciones y ser causa de falla en la estructura del pavimento


Planificación de diseño

El estudio de drenaje implica en su proceso, el seguimiento de una serie de etapas, que se inicia desde una adecuada elección de ruta de conducción, seleccionando preferentemente aquellas zonas que ofrezca menos problemas de escurrimiento. De ser posible, se utiliza las pendientes máximas permisibles y se trata de llegar y aprovechar los parteaguas, en donde el drenaje es mínimo.

Consideraciones hidrológicas

Los factores que afectan el escurrimiento del agua son:- Tipo y cantidad de precipitación- Tamaño de la micro-cuenca- Pendiente superficial - Permeabilidad de suelos y rocas- Condiciones de saturación


DRENAJE TRANSVERSAL

Los sistemas de drenaje transversal son aquellos elementos que transportan agua cruzando el eje de la carretera. Por lo general, el cruce se realiza de manera perpendicular al eje y transportan el aporte de la cuenca que se encuentra aguas arriba de la vía en dirección aguas abajo. El caudal se calcula usando un método como el racional si la cuenca es pequeña, algún método que se base en el hidrograma unitario de la misma.

Las alternativas de drenaje transversal son fundamentalmente tres:a) Alcantarillasb) Badenesc) Puentes o Pontones


Alcantarillas

La verificación hidráulica en una alcantarilla se realiza de la siguiente manera:a) Control de entrada. Se verifica la capacidad de pase a través del

orificio de entrada. Sólo depende del tamaño y la forma del conducto.

b) Control de salida. Se verifica el nivel producido aguas arriba de la alcantarilla por el remanso de las condiciones aguas abajo de la salida de la alcantarilla.Existen varios criterios de diseño, siendo el más común el usado por el Departamento de Transporte de California. Para una vía principal, se verifica que la avenida cuyo periodo de retorno es 10 años pase libre (es decir sin producir un remanso que eleve el nivel por encima del tope de la alcantarilla en la entrada) y que la avenida de 100 años no llegue el nivel permisible en el terraplén.


Programas de simulación

Existen varios programas que permiten la simulación de flujo a través de una alcantarillas tales como CulverMaster® de Haestad Methods y CULVERT del Departamento de Transporte de Texas (Estados Unidos).El HEC-RAS también permite simular el flujo a través de una alcantarilla.

El tipo de material de arrastre debe considerarse en el dimensionamiento de la alcantarilla. En lugares donde se espera que el curso de agua transporte árboles y arbustos es recomendable dimensionar las alcantarillas de manera tal que permitan el paso del material de arrastre.


Tipos de Materiales

Se pueden emplear materiales diversos para la construcción de alcantarillas tales como acero corrugado, concreto, PVC, etc. La elección del material debe hacerse en base a criterios técnicos y económicos. Dentro de los criterios técnicos la calidad del agua juega un rol importante. Una alcantarilla de acero corrugado por ejemplo no resiste el paso de aguas ácidas. Además se debe tener en cuenta la altura del material relleno que soportará la alcantarilla, la eficiencia hidráulica y por supuesto el costo y la disponibilidad local.


Obras en aguas abajo

Aguas abajo de la alcantarilla debe construirse una protección para impedir la erosión regresiva del cauce o la superficie del terreno. Una alternativa es el diseño de una poza de disipación con enrocado tales como la poza Saint Anthony Falls (SAF).

Debajo de la poza se coloca un filtro para evitar el efecto de "bombeo" (paso de finos del material natural a través del enrocado. La poza puede construirse con gaviones, si fuera económico hacerlo. Por lo general, simplemente se protege la salida con concreto o rocas embebidas en concreto ("roca acomodada y emboquillada"). Es necesario asegurarse que la protección cubre una extensión suficiente para evitar la erosión regresiva.


BADENES

Existen situaciones en las que el uso de una alcantarilla tradicional es impráctico. Por ejemplo, si existe una quebrada que arrastra material de gran tamaño que puede bloquear la entrada de la alcantarilla, se prefiere el uso de un badén.

Son estructuras superficiales del camino, ubicadas en el cruce con un escurrimiento de agua efímero o permanente. Su uso es frecuente cuando hay corrientes de régimen torrencial que permiten el paso de vehículos la mayor parte del tiempo. En caminos de baja intensidad de tránsito, sustituye a la alcantarilla.

Los badenes son depresiones en el perfil de una carretera que permiten el paso de vehículos y además del flujo de la quebrada que atraviesa la vía. La superficie de rodadura actúa tanto como una porción del canal como el tramo corto de una carretera.


Una desventaja del badenes que por lo general implica una reducción en la velocidad de los vehículos que pasan por dicha estructura. La mayor ventaja es que permite el paso de material de arrastre que trae el curso de agua, particularmente si este es de gran tamaño. El badén debe tener una longitud aproximadamente igual al ancho del cauce, de manera que la topografía natural se altere mínimamente.

Asimismo el perfil de la vía debe mantener una transición suave y se debe instalar señales que prevengan al conductor de la existencia de un badén para evitar el tránsito durante lluvias muy intensas y cuando la vía se encuentre seca, los vehículos no "salten" debido al cambio brusco de pendiente en los extremos del badén. Es importante proteger el cauce aguas abajo de los mismos debido a que se puede producir erosión regresiva que termina destruyendo el camino.


PUENTES

Los puentes son estructuras autoportantes de gran tamaño que permiten el paso de vehículos a través de cursos de agua de gran tamaño. Por lo general se denominan pontones cuando la longitud es menor a 10m.

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SISTEMA DE DRENAJE LONGITUDINAL

El sistema de drenaje longitudinal está constituido por aquellos elementos que se desarrollan en forma aproximadamente paralela al eje de la carretera. El más notorio es la cuneta, canal que atrapa el caudal que discurre por la vía y lo canaliza. Por lo general la entrega se realiza aguas arriba o aguas abajo de una alcantarilla en una zona preparada para resistir el paso del agua.

Cunetas

Las cunetas son conductos abiertos que actúan como canales en los cuales el agua circula debido a la acción de la gravedad y sin ninguna presión, pues la superficie libre del líquido está en contacto con la atmósfera.


La cuneta externa Recoge la escorrentía que discurre por la mitad de la superficie de la carretera y por lo general la cuneta interna recoge la mitad de la escorrentía que discurre por la vía y parte del flujo que proviene del talud de corte.

La carretera tiene una inclinación (llamada bombeo) que permite el escurrimiento del eje hacia las cunetas.

Por lo general las cunetas tienen una forma triangular. La inclinación del lado próximo a la vía es menor para facilitar la salida de vehículos que puedan haberse quedados atrapados en la cuneta. El cálculo del tirante se efectúa usando la ecuación de Manning, considerando que el caudal en un punto dado corresponde a la acumulación de los aportes de lluvia.

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Cuando se requiere diseñar una cuneta para conducir un determinado caudal de agua, se requiere determinar una sección geométrica de máxima eficiencia hidráulica, es decir que conduzca el mayor gasto permitido. El cual se realiza a partir de la ecuación planteada por Manning y la ecuación de continuidad:

Donde:Q = Caudal, m3/sn = Coeficiente de rugosidad ( Tabla N° 7.1 )A = Área hidráulica de la sección transversal, m2R = Radio hidráulico, mS = Pendiente de la línea de energía, m/m

Diseño Hidráulico de cunetas

2/13/2SR

n

AAvQ


Los bordillos sirven para impedir la erosión del talud externo de la vía. Consisten en muretes de 10 a 15 cm de alto que impiden la erosión en el talud externo de la vía como se ha esquematizado. Los bordillos conducen el flujo hacia la salida de la alcantarilla que por lo general, se encuentra protegida contra la erosión.

El bordillo es un muro que impide el flujo descontrolado de la lluvias obre el talud exterior de la carretera

Bordillos


Las zanjas de drenaje tienen como función minimizar o impedir el flujo de agua por el talud interno de la carretera, lo que podría ocasionar una erosión descontrolada que puede poner en peligro a los usuarios de la vía o bloquear el tráfico. Cuando se considera el trazo de una zanja de drenaje se debe tener cuidado en no ocasionar una falla en el talud del lado interno de la vía, particularmente si el suelo tiende a reaccionar desfavorablemente con el agua (tales como los suelos dispersivos). Se recomienda verificar si existen suelos cohesivos, dispersivos o kársticos. La forma de las zanjas de drenaje por lo general es trapezoidal, llegando a ser prácticamente rectangular si el terreno es muy cohesivo. En todo caso, se recomienda que la inclinación de los taludes sea menor al ángulo de reposo, si el material es friccionante. .

Zanjas o cuneta de coronación


La construcción de elementos de drenaje modifica tanto la vía como las obras preexistentes. Esto puede perjudicar a las personas que viven al pie de la vía. Por ejemplo, la construcción de una cuneta puede impedir el acceso a una propiedad, sobre todo si se necesita el ingreso de vehículos. En ese caso es necesario construir un pase vehicular. Esta partida a veces es obviada y por este motivo los afectados rellenan las cunetas con tierra, alterando de esta manera el diseño original. Esto ocasiona el desborde del agua durante la temporada de lluvias, afectando el tránsito y puede ocasionar la degradación del terraplén de la carretera.

Obras complementarias


Los principales sistemas de subdrenaje son los siguientes:

- Subdrenes longitudinales de borde- Sub drenes transversales y sub drenes horizontales- Capas drenantes- Pozos de alivio

- Cada uno de estos sistemas de sub drenaje puede interceptar el agua por encima de una capa impermeable, reducir el nivel freático, o transferir el agua proveniente de otro sistema de drenaje.

SISTEMAS DE SUBDRENAJE EN CARRETERAS


Los subdrenes son elementos que permiten captar los flujos que discurren por el subsuelo para evitar la acumulación de agua en la base y sub-base de una carretera. Un tipo de subdren consiste en una tubería perforada que capta el flujo subsuperficial y que está rodeada de un material grueso, por lo general grava o cantos pequeños para facilitar el flujo hacia la tubería. El subdren atrapa flujos pequeños y los elimina de la sub-base de la vía. La importancia radica en que impide la acumulación de grandes volúmenes de agua que mantengan saturada la base y la sub-base del pavimento. Por lo general se considera la intensidad de precipitación de 1 hora cuyo periodo de retorno es 1 año. Se asume que si pista se encuentra en mal estado, puede filtrarse hasta 2/3 de la intensidad de lluvia. Los subdrenes deben funcionar como canales abiertos, es decir el tirante debe ser menor al diámetro de la tubería en todo momento. Se debe utilizar una protección a la salida, si existe material que pueda erosionarse fácilmente.

Sub drenes longitudinales de borde


El drenaje transversal es similar en la construcción de un drenaje lateral, pero por lo general se ubica perpendicular al eje de la calzada o ligeramente sesgado. El uso más común de un drenaje transversal es eliminar el agua que puede filtrarse en la capa drenante o en las juntas de las losas en un pavimento rígido.Los drenes horizontales se utilizan en taludes de corte o de relleno y evacuan directamente a las cunetas o a cajas para evitar la erosión de la cuneta.

Sub drenes transversales y horizontales


Esta compuesta por una capa de material con un alto coeficiente de permeabilidad. En general las capas de base y sub base no están diseñadas para actuar como capas drenantes, por ese motivo se puede incluir como una capa adicional o en su defecto modificar la composición granulométrica de la base y sub base para aumentar su permeabilidad, cumpliendo con husos granulométricos de las normas.Las capas drenantes cuando son colocados adecuadamente eliminarán la mayoría de los problemas causados por la infiltración y las aguas subterráneas que proviene de las fuentes de gravedad y nivel freático.

Capas drenantes


Se trata de un conjunto de pozos verticales perforados con el fin de aliviar las presiones de poros. Los pozos de alivio se pueden utilizar como sistema de drenaje de corto plazo o permanentes. A menudo se utilizan en combinación con sistemas de bombas para aplicaciones de corta duración, y con otro sistema de drenaje para aplicaciones permanentes.

Pozos de alivio


Los materiales para drenaje incluyen agregados, geotextiles y tuberías. Los agregados pueden ser usados como capas de drenaje y subdrenaje o como materiales de filtro para su protección. Los geotextiles son usados principalmente para reemplazar a los agregados como filtros. Las tuberías pueden ser perforadas, ranuradas o de tipo de juntas abiertas para ser colocadas dentro de un drenaje francés para colocar el agua, o del tipo convencional para llevar el agua lateralmente hacia las alcantarillas.

Los agregados a ser usados para capas de drenaje y subdrenje deben consistir de materiales limpios y de gradación abierta, tiene que tener una gran permeabilidad para facilitar el paso del agua a manera de filtro.

Materiales para subdrenaje


Una gradación y densidad apropiada son vitales para la estabilidad de materiales granulares. La gradación requerida para la estabilidad usualmente está en un rango uniforme de gruesos a finos. Para obtener la permeabilidad deseada las porciones de finos necesitan ser eliminadas.

PERMEABILIDAD

Efecto de finos

TAMAÑO DE PERMEABILIDAD (CM/S)AGREGADO NO TRATADO TRATADO CON ASFALTO 2%1 1/2 a 1 plg 49 423/4 a 3/8 plg 13.3 12.2Nº 4 a Nº 8 2.8 2.1


RECOPILACION DE DATOS- Geometría de la carretera- Propiedades del suelos- Los datos climatológicos

DETERMINACION DE LA RED DE FLUJO- Cálculo de la Infiltración en un pavimento flexible- Cálculo del caudal de flujo de aguas subterráneas en un pavimento

rígido.- Agua del deshielo- Flujo vertical- Flujo total o neto

PROCEDIEMIENTO DE DISEÑO DEL SUBDRENAJE


DISEÑO ESPESOR Y PERMEABILIDAD- Cálculo del flujo estable- Cálculo del flujo variable

DISEÑO DEL FILTRO- Criterio de colmatación- Filtro con suelo de fundación- Filtro con base granular

DISEÑO DE LA TUBERIA COLECTORA-Ubicación de la tubería colectora-Dimensiones de la tubería colectora-Material de filtro para la tubería colectora


El concreto permeabley su aplicaciónal drenaje vial


Los proyectos viales en áreas de topografía accidentada demandan la ejecución de excavaciones que desestabilizan los taludes naturales con la finalidad de alcanzar el ancho de plataforma establecido en el manual de Diseño geométrico del Ministerio de Transportes y Comunicaciones. La consecuencia directa de estas alteraciones, a pesar de los intentos de estabilización,producen deslizamientos o derrumbes por periodos que pueden durar muchos años. Los sectores afectados por estos deslizamientos o derrumbes los denominamos sectores críticos.

Introducción


El objetivo es brindar una alternativa de solución para esta práctica común de los ingenieros viales en relación con la problemática descrita, mediante el desarrollo de una nueva concepción sobre drenaje vial: una disminución del ancho de plataforma sin afectar las necesidades establecidas por el diseño geométrico. Este y otros aportes que puedan sugerirse disminuirán la intervención de los taludes superiores, los costos de inversión y mantenimiento de una carretera.

En la actualidad ha adquirido vigencia el denominado concreto permeable, que tiene como antecedente el conocido concreto poroso, que tiene como virtud principal el adecuado manejo del agua de lluvia. Este concreto se usa principalmente en aplicaciones viales, pavimentos, bermas, áreas de estacionamiento, etc.

Objetivos


De acuerdo con el ACI-522R, el concreto permeable es un material de estructura abierta con revenimiento cero, compuesto por cemento Portland, agregado grueso, poco o nada de finos, aditivos y agua. La combinación de estos ingredientes produce un material endurecido con poros interconectados, cuyo tamaño varía de 2 a 8 mm lo que permite el paso de agua. El contenido de vacíos puede variar de un 18 a un 35 por ciento, con resistencias a compresión típicas de 2.8 a 28 MPa.

El concreto permeable optimiza las bermas por su propia naturaleza y capacidad de almacenamiento. Actitud que se potencializa en el drenaje vial permitiendo la reducción de su perfil.

Definición


La capacidad de drenaje estará en función de la precipitación sobre el área del proyecto. La falta de registros sobre precipitaciones, y en el caso que existieran, no son del todo confiables; dificulta una adecuada estimación del parámetro principal para el diseño de un drenaje vial.El Manual de hidrología del Ministerio de Transportes facilita los lineamientos que permiten establecer la intensidad de precipitación, a partir de la precipitación máxima en 24 horas. Esta información puede ser adquirida en el Senamhi. Sin embargo, si se comparan estos resultados con los registros horarios se notará que difieren los resultados.

Aspectos Hidrológicos


Solo como referencia se toma la estación Limacpunko, cuya tormenta del 4 a 5 de marzo de 2010, muestra una precipitación de 149.9 mm en 24 horas.


Según el gráfico, la precipitación es 58 mm/hora. Según la ecuación de Dick & Peascke sugerida en el Manual del MTC es 68 mm/hora.


Drenaje Vial

Los diseños de proyectos viales se tiene drenaje longitudinal (cunetas y subdrenes), por lo general adoptan la siguiente disposición: cuneta triangular revestida de concreto, calidad f’c = 175 kg/cm2 y 0.10 m de espesor.

• Cuneta normal con berma.

• En casos excepcionales donde las condiciones no permiten la excavación del talud superior, se aceptará la eliminación de la berma y se recurrirá a la construcción de cunetas de sección rectangular con tapa.


Subdren

El subdren se ubica debajo de la cuneta, tiene 0.40 m de ancho y alcanza una profundidad no menor a 1.50 m. El subdren está compuesto por una tubería perforada de PVC de 0.20m de diámetro, colocada en la parte inferior de un relleno permeable empacado en un geotextil.


El Drenaje Vial con Concreto Permeable

La aplicación de concreto permeable permite una alternativa para los diseños de drenaje actuales. La permeabilidad de este concreto varía entre 120 a 200 l/minuto/m2 o 7 a 12 mm/hora/m. La capacidad de almacenamiento está en función del porcentaje de vacíos, el que varía entre el 15% y el 30%.


Cuneta de pie de talud

Contempla el diseño y construcción de las cunetas de pie de talud de una carretera utilizando concreto permeable en lugar de concreto hidráulico normal. Para la sección triangular generalmente utilizada, el ancho superficial se reduciría en un 26%, utilizando la capacidad de almacenamiento del concreto permeable.

PARAMETROS Cuneta triangular Cº hidráulico Cº permeableDistancia a la salida (m) 250 250Intensidad de precipitacion (mm/h) 156 156Ingreso (m3) 11.92 11.92Almacenamiento (m3) 0 4.4Caudal (m3/s) 0.199 0.13pendiente (%) 0.5 0.5Titante de flujo (m) 0.35 0.3Altura de cuneta (m) 0.53 0.45Ancho superficial (m) 0.88 0.75

• Alternativamente considerando el concreto permeable y manteniendo las dimensiones de la cuneta, se puede incrementar la distancia entre las salidas de descarga de las cunetas, con la consecuente disminución de las alcantarillas de cruce.

PARAMETROS Cuneta triangular

Cº hidráulico Cº permeableDistancia a la salida (m) 500 500Intensidad de precipitacion (mm/h) 156 156Ingreso (m3) 23.85 23.85Almacenamiento (m3) 0 11.32Caudal (m3/s) 0.397 0.209pendiente (%) 0.5 0.5Titante de flujo (m) 0.45 0.36Altura de cuneta (m) 0.68 0.54Ancho superficial (m) 1.13 0.89


Berma – cuneta - subdren:

Contempla el diseño y construcción de berma - cuneta - subdren como parte de la sección transversal de la carretera. En este caso, la aplicación de concreto permeable se daría en los tres elementos constituyentes antes señalados, lo que permitiría una reducción del ancho de la plataforma.


Ventajas:

La principal ventaja es la reducción de los volúmenes de excavación o corte en las carreteras, particularmente en aquellas de topografía accidentada.

La segunda ventaja, y tal vez la más importante, es disminuir el número de sectores críticos que se originan en la construcción de carreteras por la desestabilización del talud superior natural cuando se realizan las excavaciones para alcanzar el ancho de plataforma de carretera y así cumplir con las características geométricas de la misma.


Costo de Estructuras de Drenaje Vial en US$ en Diciembre 2010.

Desde el punto de vista de los costos de inversión, la aplicación de concreto permeable tiene los siguientes indicadores por metro lineal aproximadamente, de acuerdo a los cálculos efectuados.

Cuneta Tipo I de Concreto Hidráulico = $ 76.58• Cuneta Tipo I de Concreto Permeable = $ 60.50• Cuneta Tipo I de Concreto Hidráulico + Subdren = $ 149.70• Berma – Cuneta – Subdren de Concreto Permeable = $ 89.20

Desventajas

Una desventaja relativa es el mantenimiento del conjunto berma – cuneta – subdren requerido después de cada periodo de precipitaciones, mediante una limpieza con agua a baja presión.


Conclusiones

- El uso del concreto permeable por su capacidad de almacenamiento permite disminuir las dimensiones de las cunetas y cuando se diseña la alternativa de berma – subdren, esta permite eliminar la cuneta.

- El mantenimiento en este tipo de solución asegura el buen funcionamiento del sistema de drenaje.

- Se obtiene una alternativa técnica de diseño y construcción de bermas, cunetas y subdrenes utilizando como principal material de construcción el concreto permeable.

- Representa una apreciable ventaja desde el punto de vista económico.

Sistema de Subdrenaje en vías con geocompuestos de

drenaje


OBJETIVOS

- Importancia de los sistemas de subdrenaje en vías.

- Aprender los conceptos de diseñar sistemas de subdrenaje enCarreteras.

-Cuantificar la relación beneficio costo entre los sistemasestudiados.


Sistemas de Drenaje

Sistemas Drenaje superficial Sistemas de subdrenaje

Son aquellas estructuras que Son aquellas estructuras

permiten dar un manejo que permiten remover el

adecuado de las aguas agua infiltrada

superficiales con un

determinado grado de

seguridad o de riesgo

permitido


Efectos de la saturación en pavimentos

Efectos a la Subrasante:

- Incrementa las presiones de poros, disminuye losesfuerzos efectivos.- Incremento presiones hidrostáticas, subpresionesde flujo,- Disminuye los parámetros de resistencia al corte.Ablandamiento.- Afecta la susceptibilidad a los cambiosvolumétricos.


Efectos de la saturación en pavimentos

Efectos en los materiales granulares:

-Disminuye los parámetros Geomecánicos deresistencia.-Aumenta el bombeo y lavado de finos. Procesos deerosión. -Incremento presión de poros y presiones de aire-Afecta los mecanísmos de transferencia de carga


SISTEMAS DE SUBDRENAJE

Metodología de Diseño1. Establecer el sitio o los sitios más convenientes en donde se requiera captar los fluidos.2. Estimar el caudal crítico para un tramo de diseño o lacapacidad del sistema para un tramo.3. Establecer el geotextil a usar en el sistema de filtración.4. Establecer la sección transversal adecuada según el caudal estimado5. Establecer el sistema de evacuación de los líquidos quecapta el geodren. Diámetro de la tubería

1. Establecer el sitio o los sitios más convenientes en donde se requiera captar los fluidos.

- Interceptar lo mas perpendicularmente posible las líneas de drenaje

- Reducir la distancia de recorrido de las líneas de flujo.

- Estimar el caudal crítico para un tramo de diseño o la capacidad del sistema para obtener un tramo.

- Caudal por infiltración

- Caudal por nivel freático

Qf = Qinf + QNf

3. Determinación del tipo de geotextil a usar como filtro.

• Criterio de Retención

• Criterio de Permeabilidad

• Criterio de Colmatación

• Criterio de Supervivencia

• Criterio de Durabilidad

4. Establecer el sistema de evacuación de líquidos que capta el geodren.

• Que el tubo tenga la capacidad de absorber o recibir el caudal de diseño por cada metro lineal.

• Capacidad de conducción del tubo.

• RECOMENDACIONES DE ENSAMBLAJE

• RECOMERECOMENDACIONES DE INSTALACION

CORRECTO

INCORRECTO

Condicionesóptimas de

drenaje

CondicionesDeficientes del

Drenaje (AASHTO)

CALCULO DE LA EFICIENCIA

3.853.900 = 40%1.513.000

La “vida útil de un pavimento es diferente a la “vida efectiva” de mismo, este tiempo depende básicamente de los tipos de daños que presente la vía y la variación de su índice de serviciabilidad.

CONCLUSIONES

- Los sistemas de subdrenaje en vías son de vital importancia para garantizar la durabilidad de las estructuras de pavimento.

- Los sistemas de subdrenaje deben tener un procedimiento de diseño.

- El buen manejo del agua en los proyectos viales reduce notablemente los costos por mantenimiento (estructuras de pavimento y taludes).

GRACIAS POR SU ATENCION

Drenaje de Vias

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