Unidad II. Procedimientos constructivos de Obras de tierra.

Definición de Términos

Explanada de la vía Derecho de vía C.B.R. Operaciones Preliminares Actividades Preparatorias Presupuesto por partida Programa de trabajo actualizado Reclutamiento de personal Plan de inversiones\Adquisición de Equipos y materiales Replanteo preliminar Ubicación de const provisionales Replanteo definitivo

Preparación del sitio

Humedad Optima Proctor Patrón de compactación

Procedimientos constructivos en obras de tierra.

Operaciones preliminares: Actividades preparatorias, presupuesto de partida, programa de trabajo actualizado, reclutamiento del personal, plan de inversión, adquisición de equipos y materiales, replanteo preliminar, ubicación de construcción provisionales, replanteo definitivo.

Preparación del sitio: Deforestación y limpieza, demolición con o sin recuperación, remoción ordinaria y extraordinaria.

Es la actividad mediante la cual se eliminan los arbustos y/o gramíneas existentes en la explanada; esta actividad se define como la superficie nivelada de la carretera, cuya área está limitada lateralmente por su intersección con los bordes que pueden ser de corte o rellenos; y preparado para servir de fundación a la base del pavimento y hombrillo.

Según la Gaceta Oficial 2198 de 22 de marzo 1997, queda definido el derecho de vía en los siguientes rangos: -Principal o Troncales = 30 mt

-Secundaria, locales o Ramales = 15 mt

-Autopista = 50mt Trazado de la vía:

**Estudio preliminar o actividad de avanzada: Es una exploración o sondeo donde se ubican: centros de curvatura, B.M. de algunos puntos, ubicación de posibles préstamos y pasos de agua con el fin de estudiar algunas rutas.

**Rutas: Es la franja de terreno de ancho variable que se extiende éntrelos puntos terminales o intermedios por donde la calzada debe pasar obligatoriamente y dentro del la cual debe realizarse el trazado de la vía.

**Se utilizan fotografías: Aéreas, planos, fotografías, procesamiento de imágenes satelitales.

Fases del proyecto vial: Estudios de posibles rutas, evaluación de las rutas, estudio del trazado de la vía: establece los alineamientos correspondientes a los posibles trazados atreves de una poligonal de apoyo.

Preparación:

**Deforestación y limpieza: Es la actividad mediante el cual se eliminan los arbustos existentes dentro de la explanada, la cual se defina como la superficie nivelada de la carretera cuya área está limitada por los taludes.

**Rasante: Es la elevación definitiva del pavimento en el eje de la carretera en el perfil longitudinal es la línea acotada que determina las elevaciones definitivas de la superficie del pavimento en el eje de la carretera.

**Sub rasante: Superficie de la explanación sobre la cual se construye el pavimento y los hombrillos. En el perfil longitudinal es la línea que determina las elevaciones en el eje de la carretera de la explanada preparada para servir de fundación de la base del pavimento.

Actividades fundamentales del movimiento de tierras

1. Remoción de tierras desechables en la base de los terraplenes (Quitar la tierra de mala calidad o capa vegetal)

Es la actividad que se realiza para eliminar todo el material orgánico y capa vegetal de mala calidad de la explanación de la vía, es decir, del área donde va asentado el terraplén.

Generalmente estas son ejecutadas por un Bulldozer (tractor) o moto traílla. La utilidad del material que se elimina, es la rellenar ciertas depresiones en el terreno natural a los

lados de la carretera. Esto es ventajoso ya que no aplica el pago de sobre acarreo (unidad de medida m3)

Se clasifica en:

-Ordinaria: cuando el rendimiento es interrumpido y los equipos son convencionales.-Extraordinaria: cuando el trabajo no es continuo y se tienen que utilizar equipos y métodos no convencionales, tales como voladura, etc.

2. Cortes o banqueos (Cantidad de tierra a eliminar para llegar a la cota de la SubRasante)

Son todos los trabajos que se realizan para eliminar volúmenes de tierra y de esa manera llegar a la cota de Subrasante especificada en el proyecto. Se puede realizar mediante el Bulldozer o moto traílla (Su volumen se mide en m3)Corte: *Cuando es a cielo abiertoBanqueo: *Cuando la excavación se hace del terreno natural o profundo

3. Terraplenes

Son volúmenes de tierra que deben adicionarse para llegar a la cota de SR del proyecto (Adición de volumen de tierra a cielo abierto) (Relleno: Adición de volumen del terreno natural hacia abajo)

a.- Control de Calidad:Durante el proceso deben controlarse las siguientes operaciones:

*Preparación de la superficie de asiento.*Replanteos con [Estaca|estaquillado]*Prever los drenajes para desagotar el agua.*Comprobar las condiciones climáticas antes de comenzar.*Comprobar la humedad que contienen las tierras.*Comprobar el extendido por tongadas.*Verificar la compactación lograda en capas de cimientos y núcleo.*Verificar el grado alcanzado de compactación en las capas de coronación.*Efectuar el replanteo del borde de la capa de coronación.*Verificar la nivelación y planeidad de la coronación.*Verificar el acabado y refino de taludes.

b.- Especificaciones de Control#Pendiente transversal mayor al 4% para evacuar las aguas sin que erosione la

superficie.#Extensión de tongadas, la máxima de 30 cm., y siempre se toma mayor a los

3/2 del máximo tamaño del árido empleado.#El borde de la tongada no puede sobrepasar 1 metro de ancho.#Humectación en suelos normales: con tolerancias respecto al Próctor de

referencia, menos 2% y más 1%.#Humectación en suelos expansivos o colapsables: con tolerancias respecto al

Próctor de referencia menos 1% y más 3%.#Compactación:

*En suelo expansivo se considera el Próctor normal como referencia.*En suelos tolerables, adecuados y seleccionados, deberá indicar si es el Próctor normal o modificado. Por lo general se opta por el Próctor modificado como referencia.

* En cimiento, espaldones y núcleo, el 95% del Próctor de referencia.* En coronación, el 10% del Próctor de referencia.

Terraplén: son los trabajos que se realizan para la construcción y compactación de tierra con el fin de lograr la cota de subrasante y las secciones especificadas en el proyecto. Su medición se hace por volumen compactado y su unidad de medida en m3. Equipo utilizado. Bulldozer, Moto traílla, cargadores frontales, vibro compactadores y pata de cabra.

4. Excavación en prestamos

Es la actividad de excavación que se realiza con el objeto de proveer el material de buena calidad al terreno de fundación. Se mide por m3 de volumen de material excavado, puede ser de tres maneras:

Medición del Volumen extraído en el préstamo

1. Por Topografía2. Por Camiones3. Por Densidades: Pnatur = Pcom. -----> DnVn = DcVc

D=P/V ------> P=D/V

DcVc = DnVn donde: Vn=DcVc

Dn

5. Transporte (Unidad de medición m3)

Es la actividad que se realiza con el objeto de movilizar el material desde el sitio de préstamo hasta el sitio de disposición final. Se mide por la distancia recorrida desde el centro de gravedad del préstamo hasta el centro de gravedad del sitio de disposición final. (A esta movilización se le llama Acarreo)

Es de hacer notar que esta distancia se divide en 2:

Acarreo Libre: Distancia que no se toma en cuenta para el pago y equivale a 200mts.

Sobre acarreo: Es la distancia que realmente paga el contratista por la actividad de transporte y se mide a partir de los 200 mts de acarreo libre.

Acarreo= Acarreo libre + Sobre acarreo

Formas de pago:

a) M3-50: se paga por cada estación de 50 metros hasta una distancia de 1000 metros. Generalmente se usa cando el material se transporta con moto traílla en esa distancia.

Ejemplo:

Volumen a mover: 30000 m3

Dt: 900 metros

200mt

# Estaciones = Dt−200

50 =14 estaciones

M3-50= (14)(30000) = 540000 M3-50

b) M3 x Kms: se utiliza para distancias mayores a un kilometro. Se paga el volumen transportado para cada kilometro (en camiones)

c) Debe aplicarse el volumen de esponjamiento al volumen de la base granular compactada Psuelt = Pcompact ------> VsDs = DcVc

Ejemplo 1: 10.8

Dt= 5 -0.2 +1.5 = 6.3Km

Vt= 14.8+10.8

2 x 1 x 3000 = 38400 m3 1

14.8

M3-Kms= Vt Dt = 38400 m3 x FE x 6.3 Km

M3-Kms= Vt Dt = 38400 m3 x 1.3 x 6.3 Km = 314.496,00 M3-Kms

Ejemplo 2:

M3- 50 = (#Est / 50 ) (Vt) donde: Vy= (V)(FE)

#Est / 50 = Dt / 50 = 550/50 = 11 Est

M3-50 = 11Est 14.80+10.80

2 (1)(500) (1.3) = 91520 m3-50

Cuando se usa el pata de cabra, no se escarifica.Escarificar es mover o remover el material superior

Procedimientos constructivos para el cuerpo de una carretera

1.- Ejecución de Terraplenes:

Los terraplenes deben construirse escalonadamente cuando existan laderas cuya inclinación sea > 15% o más. También cuando se pase de una sección de corte a una sección de terraplén o se adosen a una ya existente. se cortaran longitudinalmente formando una base mínima de 1.5m de ancho.

1.5m

Procedimientos:

Se escarifica desde la base de los terraplenes hasta 20 cms. Mezclar el material e incorporar la humedad óptima a compactar. Colocación de las capas sueltas que al compactarla queden con un espesor de

20-30cms. La compactación se hace por capa, por ello se debe escarificar la capa inmediata inferior a 5 cms, para lograr un buen adosamiento entre la capa superior e inferior, evitando así planos de falla.

Cuando se tengan materiales de distintas calidad, se colocaran los mejores en la capa superior.

En el adosamiento debe escarificarse 5 cms, si se utiliza para una compactación un compactador tipo pata de cabra, la escarificación no es necesaria

No se utilizaran materiales cuya dimensión sea mayor que la mitad del espesor de la capa

En la última capa debemos darle a la sección transversal una pendiente del 2% , este con el fin de garantizar que el espesor de la capa de pavimento sea igual en toda la sección transversal de la carretera. Esto se hace con la moto niveladora, la cual hace el perfilado y el acabado o conformación final se realiza con el compactador de rodillo liso.

Tolerancias Admisibles:o En subrasante la diferencia aceptable es de más o menos 3cms. Con respecto

a la cota de proyecto.o En taludes la diferencia de nivel permisible es de más o menos 20 cms con

respecto a la de proyecto.

Las pendientes en taludes dependerán de:

La altura del terraplén y del ángulo de reposo del material Tipo de terraplén: Altos y Bajos

Altos: Cuyo talud se determina mediante un análisis de estabilidad, Ejemplo: presas, embalses, etc.

Bajos: El talud se construye basándose en la experiencia. Generalmente se hacen 2:1 seleccionando los materiales y utilizando buenos métodos de compactación, para evitar los asentamientos.

Requisitos de los materiales:

PARTES DEL TERRAPLENCONDICION BASE CUERPO CORONA

Tamaño máximo 150 mm 100 mm 75mm% Max. de Piedra 30% 30% -Indice plasticidad Menor 11% Menor 11% Menor 10%Desgaste de Angeles Hasta 60% Hasta 60% -

2.- Construcción de bases y Sub-bases:

El procedimiento constructivo es igual al del terraplén, pero deben realizarse con mas cuidado con los ensayos para seleccionar los mejores materiales (generalmente cuando se comienza a trabajar, se comienza por rehabilitación, donde lo primero que se debe hacer si se fuera a colocar una base, hay que hacer una actividad que nunca falla en las partidas que se llama acondicionamiento de la superficie de apoyo que tiene tres fases que son escarificación, conformación y compactación, luego sobre ese material si se coloca la ase y la subbase)

Realizar un acondicionamiento de la base de apoyo:

Escarificación Compactación Conformación

La tolerancia admisible: 94% - 106%

Imprimación

Es un riego de material asfaltico diluido de curado medio con la finalidad de impermeabilizar el material granular de la base y darle cohesión a la parte superior de la misma. La unidad de medida es por m2, y debe tener al menos 25 horas antes de colocar la carpeta de rodamiento. Para su colocación se realiza atraves de un camión Roscoe o manualmente atraves de una manguera y una flauta.

Material asfaltico RC-250 (20%) + Seal Oil (80%)

Propósitos:

Previene que se produzca un plano de deslizamiento entre la capa base y la capa superficial

Evita que el material de base se desplace bajo cargas de tránsitos durante la construcción

Protege la capa base de la intemperie

Riego de Adherencia

Son aplicaciones de asfalto (Usualmente emulsiones) rociadas sobre la superficie de un pavimento existente. El propósito es mejorar la ligazón entre las capas viejas y las nuevas de pavimento (T=75 °C)

Mezclas Asfálticas

Mezclas asfálticas en frio: Suelo asfalto, arena asfalto en frio y emulsiones asfálticas.

Mezclas asfálticas en Caliente

Son mezclas de muy buena calidad -> Uso en Vías principales pero más costosas

Constituidas:

Material asfaltico= Cemento asfalto 60-70 (AC-60-70)

20-30 (AC-20-30)

+

Agregados (Áridos): Producidos artificialmente por trituración y tamizado

Piedra picada:1”,3/4”,3/8” Arena Lavada: AA min 35% Polvillo o Filler (Como material llenante)

Diseño:

a) Agregados (Por método grafico):

Determinar el % de cada uno d los agregados, asi como su granulometría

Tipo III o Tupo IV

a) Determinar el % de C.A. en Mezcla -> Método Marshall

Análisis:

1. Estabilidad- Flujo2. Densidad- Vacios

2. Controles en Campo

a) Actividad Planificada

b) Tomar Temperatura de mezcla en camión > 110oC

2 Controles:

1. En Laboratorio de PlantaPrepara una mezcla según diseño:

% C.A. % de Agregados -> c/u -> con Granulometría

Se calientan Se mezclan en la tolva de mezclado Determinar la densidad teórica de la mezcla Se deben tomar 2 muestras /día

Mañana Tarde

Muestreo aleatorio en los camiones

Muestra de la mezcla asfáltica se realiza:

Ensayo de extracción

Determinar:

% Cemento Asfalto +o- 0.5 (%CA)op Determinar los % de c/u de los agregados y sus granulometrías

Temperatura: Rango 135 C – 165 C

Solicitar cantidad del tipo de asfalto a clocar

Tener el equipo adecuado

Finisher Compactadores Los camiones

El personal: rastrilleros y paleros “juntas”

2 muestras

Densímetro NuclearExtracción de núcleos o Core-

drilDensidadEspesorVol de mezcla asf. Colocado

c) Densidad de Campo: Obtener % Comp. o D real??? > 97% DT

d) Volumen colocado a través de medición de espesores.

Rendimiento de Maquinarias (Muy Importante)

Es muy importante porque resuelve el problema de:

Producción – Costo

Productividad

Mover el Mayor volumen de metros cúbicos al menor costo posible.

Factores que influyen en dicho rendimiento:

Equipos Material Tiempo

Producción de maquinas:

Los contratistas del movimiento de tierras buscan: Como mover mas tierra en un tiempo determinado y al mínimo costo posible por m3.

El éxito depende de la eficiencia de resolver el problema producción costo.

Factores básicos que influyen en el rendimiento de los equipos son:

Equipos, tiempo, material, eficacia (experiencia del personal y del método del trabajo adoptado)

1. Equipos:

Este factor es estudiado atravez de la características dadas por el fabricante en cuanto a lo siguiente:

Fuerza Motriz Requerida: es la fuerza necesaria para mover una maquina en una superficie (Kg/m3). Los factores que determina la FMR son la resistencia a la rodadura y la resistencia a la pendiente.

FMR= Rr +- Rp, ambos términos medidos en Kg. de empuje

Resistencia a la rodadura: Es la fuerza que opone el suelo al giro de l rueda de un vehículo, para que el mismo pueda moverse tiene que contrarrestar esta fuerza. Depende de 4 factores:

Fricción Interna Flexión de los neumáticos Penetración de los neumáticos El peso sobre las ruedas

Hay un número Ilimitado de factores de Rr, sin embargo tomaremos los aceptados por la industria

FRr (Kg/Ton) Condiciones del camino30 Estabilizado, duro y liso35 Firme, liso y ondulado 100-200 Blando, Fangoso y con surcos

FMR=Rr +- Rp (Todos en Kgs)

Pc= Rr +- Rp (Todos en %)

Rt = Rr +- Rp (Tdos en % o Kgs)

De los factores anteriores, el que más influye en la resistencia a la rodadura es el camino de acarreo. Entonces si están conservados, las maquinas utilizan un mayor porcentaje de su capacidad de velocidad y pueden mover el material con mayor eficacia y rapidez, con ello se obtienen ciclos mas rápidos y mayor producción.

Resistencia a la pendiente: Es la fuerza de gravedad que debe vencer un vehículo cuando asciende sobre un a pendiente.

Se ha determinado que por cada 1% de pendiente hay una fuerza de ayuda equivalente a 10Kg/Ton del peso bruto de la maquina.

Rp= PBM x I

Ej: PBM= 150Ton i=4%

Rp=PBM x I -> 150 x 4 x 10 = 6000Kgs

Resistencia Total = Rr +- Rp (Puede ser expresado en % o Kgs)

Pendiente Compensada: es lo mismo que la fuerza motriz requerida o la resistencia total solo que debe ser expresada en %, se determina convirtiendo a Rr en %, basándose en la relación de que 1% de pendiente equivale a 10 km/ton y luego se le suma a la pendiente existente.

FMR= Resistencia Total = Pendiente compensada

Kgs Kgs o % %

Ciclo: operaciones que realiza la maquina

Ciclo = Carga+ Acarreo + Descarga

+ Regreso (Vacia) + Maniobras

Tciclo= T fijo + T variable

Tciclo= Tacraga+T Descaga + T acarreo + t regreso

2. El Tiempo: El contratista sabe cuántos m3 hay que mover en la ejecución de un trabajo.

Además tiene un periodo de tiempo para llevarlo a cabo. Con esto debe calcular cuantos m3/hora debe mover para terminar el trabajo a tiempo.

En cualquier tipo de trabajo una maquina debe cumplir tres funciones básicas: Carga, Acarreo, descarga y regreso.

Tiempo de ciclo: es el periodo que invierte una maquina para ejecutar las operaciones de carga, acarreo, descarga y regreso.

La razón mas importante de calcular el tiempo de ciclo es el de determinar la producción. Así mismo el de reducir el Tc mediante el mejoramiento del plan de operaciones.

Tiempo de ciclo: Tiempo Fijo: Carga, descarga y maniobras necesarias. En general

dependen del equipo y son dados por el fabricante (deben ser ajustada). Son independientes de la longitud de acarreo y regreso.

Tiempo variable: Tiempo de viaje. Varía según la distancia y las condiciones del camino entre la carga y la descarga.

El tiempo de ciclo determina el numero de viajes/hora -> como meta debe hacerse el mayor numero de viajes/hora manteniendo el mínimo de Tiempo de ciclo.

Sugerencias para reducir el Tiempo Fijo Siempre que sea posible los fosos de préstamos deben estar situados de

forma que la carga se realice cuesta abajo. Elimine el tiempo de espera en el corte equiparando las traíllas y los

empujadores en relación correcta para la obra Los tractores empujadores pueden estar provistos de escarificadores

Sugerencias para reducir el tiempo variable Trace con cuidado el camino de acarreo, manteniendo el principio

geométrico que la distancia mas corta entre dos puntos es la línea recta. Conserve los caminos de acarreo continuamente mediante una moto

niveladora mientras dure el trabajo.

3. Material:

Al mover la tierra cambian las características de los materiales que la componen. Lo importante es que se deben conocer las características físicas del material con el cual se esta trabajando para determinar “la facilidad de carga”

3.1. Densidad: conocer peso x m3 del material para poder evaluar el rendimiento de un equipo IMPORTANTE.

Ejemplo: Capacidad Colmada (Cc) = 34 m3Limite de peso de carga = 47200 Kgs.

Ceniza -> Alcanza el volumen pero faltaría mucho para alcanzar la capacidad de peso.

Grava mojada-> Se daría el caso contrario.

La densidad afecta el movimiento del equipo en toda operación que se mueve:

Viraje, maniobras y acarreo. A mayor densidad se requiere mayor fuerza para moverlo.

M3banco= m3 de tierra como se encuentra en estado natural (1m x 1m x 1m)

M3Suelto= Volumen de tierra después de expandirse como resultado de haberse excavado y mide (1m x 1m x 1m)

3.2. Expansión: Es el aumento de volumen de material cuando se excava del banco, se expresa como % del volumen del banco.Ejemplo: Expansión 30%, significa que un metro cubico de tierra vegetal en estado natural tendrá un volumen de 1.3 m3 Factor de esponjamiento

M3 suelto= m3banco (1+% expansión)M3banco= Cc / (1 + Expansión)

3.3. Compresibilidad: La disminución de volumen que se produce en un m3 al compactarlo y se expresa mediante la relación que tiene con un m3 en bancoM3c = m3b x (1 - %Compactación)

Fases típicas en movimiento de tierras

BANCO SUELTO (30% DE EXP) COMPACTADO (25% DE COM)1M3 1,3 M3 0.75 M31000KGS 1000KGS 1000 KGS

4. Factor de eficiencia:

Considera el factor humano, tiempo atmosférico y metodología de trabajo.

4.1. Factor de eficiencia en el trabajo: Considera habilidad del operador, reparaciones pequeñas y ajustes, demoras en el plan de trabajo.

FE = Tiempo Promedio Efectivo de trabajo (min) / 60

4.2. Factores de corrección: Ajustan la producción al as características de un trabajo en particular y a las condiciones de la localidad. Varían según el tipo de maquina utilizada en la obra afectan básicamente la producción basándose en la experiencia y en condiciones similares (Método de producción)

Procedimiento para determinar la producción de una maquinaria

1. Determinar la capacidad de la maquina (Carga/ ciclo)2. Determinar el tiempo de ciclo (Numero de ciclos por hora)3. Determinar la producción estimada (Prod Est= Carga/Ciclo x n de ciclos/ hora)4. Determinar la producción definitiva (Prod Def= Prod Estimada x FE x FC) Cargadores Frontales

Neumáticos (Pay Loaders)

Retro excavadoras

Orugas (Showell)

Producción de cargadores

Se tiene que elegir un cucharon que no sea tan grande que la maquina pierda su estabilidad, en las operaciones. Para elegir maquinas, deben tenerse en cuenta las 3 evaluaciones siguientes:

1. Capacidad a Ras: Volumen de material que permanece en el cucharon después de pasar un rasero, para evitar derrames.

2. Capacidad Colmada o indicada: Se obtiene situando al cucharon de modo que la línea a ras sea paralela al suelo, y luego se coloca el material adicional sobre la carga a ras a un ángulo de reposo 2:1

3. Carga limite de equilibrio con la maquina estacionada: Es el peso mínimo en el centro de gravedad del cucharon que haga girar la maquina a tal punto que las ruedas posteriores se levanten del suelo y en las siguientes condiciones:

a) El cargador esta sobre una superficie dura y a nivelb) El cargador tiene peso estándarc) El cucharon esta inclinado hacia atrásd) La carga se encuentra en su posición máxima hacia delante, durante el

ciclo de ascenso.

Las operaciones de los cargadores están reguladas por las normas SAE

Cargas de Operación = 50% Carga Limite de Equilibrio. Cargadores de Neumático.

Carga de operación = 35% Carga limite de equilibrio de cargadores de oruga con la maquina estacionada.

Otro factor adicional a considerar es que debido a las características físicas del material que se carga la cantidad de material en el cucharon no siempre constituye la capacidad indicada que retienes el cucharón. Varía con cada clase de material y se denomina factor de acarreo o factor de derrame o de carga.

Procedimiento:

1. Chequear si la carga de operación real del cucharon es menor de la carga de operación máxima.

1.a. Determinar si la maquina es de neumáticos o de oruga:

C.O.M. Por lo tanto el Vol del Camión y Densidad del material = Peso real

2. Carga/Ciclo: hay que tener en cuenta si la maquina (cargador) esta movilizando material en estado natural o suelto.

Estado Natural; m3b = m3 s

(1+E) x F.A. (Cc)

Neumático = 50% CLE

Oruga = 35% CLE

Estado suelto: Capacidad = Volumen suelto x F.A.

Tiempo de Ciclo:

Tiempo de carga: Depende del material en cuestión. Tiempo de descarga: falta

Tiempo de acarreo y regreso para cargadores de oruga se obtiene de la tabla 14.Caso contrario recoge el material gira y descarga en un punto cercano de modo que no hay acarreo: maniobras 0.22 minutos. En cargadores de neumáticos se utiliza la tabla 17.

Drenajes Y Subdrenajes

Tanto el drenaje como el sub-drenaje son imprescindibles para el buen

funcionamiento de una carretera, pues sirven para proteger el camino

canalizando los escurrimientos superficiales del agua y evitando situaciones

que pueden resultar riesgosas tanto para la estructura del pavimento como

para los usuarios (derrumbes por saturación de suelos, por ejemplo); por ello,

el presente documento tiene por objetivo dar a conocer los principales impactos

ambientales que se generan durante la construcción y operación del drenaje y

sub-drenaje, incluyendo los procedimientos constructivos.

La construcción de cortes y terraplenes en proyectos carreteros incluye un

aspecto muy importante que se refiere a la construcción de los drenajes y sub-

drenajes.

El diseño y construcción de un sistema de drenaje requiere la realización

de estudios del clima, suelo e hidrología. Los objetivos básicos para el drenaje

de los caminos son la preservación de la carretera, debido a la función social y

económica que representa y el elevado costo de construcción; la prevención

del impacto negativo 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 diseño y construcción de sub-drenajes requiere estudios geológicos

especializados. Los sub-drenajes son métodos para remover el agua

subterránea y se denominan también drenajes franceses. El concepto básico

para el diseño del drenaje subterráneo consiste en remover el agua del terreno

para interceptarla con un material más poroso que el suelo nativo.

Los tipos de drenajes incluyen estructuras transversales, naturales,

travesías, superficie y sub-drenajes. Estas estructuras sirven para dispersar,

para disminuir la velocidad o transportar el agua y para evitar la acumulación y

reducir la fuerza erosiva del agua.

DESCRIPCION DE DRENAJE Y SUBDRENAJE

El drenaje es un sistema de control de las aguas que llegan a las

carreteras y pueden ocasionar problemas de funcionamiento e interrupciones

de servicio.

La localización y el diseño de las obras de drenaje tienen una gran

importancia en el proyecto de vías terrestres, una mala localización o un mal

diseño ocasionan graves problemas en el buen funcionamiento de una

carretera, pues la falla de una obra trae como consecuencia la interrupción del

servicio de la vía en operación, así como las molestias causadas a los usuarios

por la pérdida de tiempo, además de las pérdidas económicas que pueden ser

considerables.

Los puntos importantes que deben considerarse en el diseño y

construcción de una obra de drenaje, son los siguientes:

1) Localización del eje de la obra.- Deberá hacerse de preferencia siguiendo el

cauce de los escurrideros, tomando en cuenta la pendiente, ya que de ésta

dependerá el tipo de obra.

2) Área por drenar.- Es la superficie que limitada por dos o más líneas del

Parteaguas y el eje del camino, da el área tributaria del escurridero para el cual

se pretende proyectar la obra.

3) Área hidráulica necesaria.- Es aquella capaz de dejar pasar un gasto, igual a

una lámina de agua de 10 cm de altura durante una hora, producto de la

precipitación del lugar.

4) Selección del tipo de obra.- El tipo de obra se selecciona una vez calculada

el área hidráulica necesaria, de tal manera que la satisfaga adecuadamente y

dentro de condiciones de máxima seguridad.

Para una buena elección de tipo de obra, debe tomarse en cuenta:

a) Área hidráulica necesaria

b) Pendiente de la obra (las pendientes deberán ser >2% y <1.5% en la superficie del camino)

c) Altura mínima y máxima de terraplenes o rellenos

d) Materiales de construcción

e) Capacidad de carga del terreno

f) No deben trabajar a presión

Se conocen como obras de drenaje y sub-drenaje las siguientes:

a) Puentes y alcantarillas

b) Cunetas

c) Vados

d) Tubos y tubos perforados

e) Bombeo

f) Contracunetas

g) Lavaderos

h) Bajadas

i) Bermas

j) Bordillos

k) Vegetación

Las obras complementarias de drenaje no son de uso universal. Son

obras que deben hacerse sólo en el lugar en que se requieran, pues de otra

manera se pierden recursos económicos y se producirán, inclusive, resultados

que pueden ser contrarios.

Dado que desde el punto de vista del análisis de Impacto Ambiental, se

requiere el conocimiento de las obras, a continuación se describen los tipos de

drenajes y sub-drenajes, así como los criterios para su ubicación y

construcción.

TIPOS DE DRENAJE Y SUBDRENAJE

1. Puentes o Alcantarillas

Las estructuras de drenaje más espectaculares en una vía terrestre son los

puentes y las alcantarillas, responsables principales del drenaje transversal; es

decir, del paso de grandes volúmenes de agua, arroyos, ríos, entre otros, a

través de la obra, en una dirección perpendicular a ella. Suele llamarse a los

puentes obras de drenaje mayor y a las alcantarillas de drenaje menor.

2. Cunetas

Las cunetas son canales que se adosan a los lados de la corona de la vía

terrestre, en el lado del corte en secciones de esta naturaleza; en cortes en

balcón hay cuneta en un solo lado y en cortes en cajón, en ambos lados.

La cuneta se dispone en el extremo del acotamiento, en contacto inmediato

con el corte. Su situación le permite recibir los escurrimientos de origen pluvial

propios del talud y los del área comprendida entre el coronamiento del corte y

la contra-cuneta, si la hubiere o el terreno natural aguas arriba del corte, si no

hay contra-cunetas. También la cuneta puede recibir agua que haya caído

sobre la corona de la vía, cuando la pendiente transversal de ésta tenga la

inclinación apropiada para ello.

La capacidad hidráulica de la cuneta como canal define principalmente la

posibilidad de cumplir su función de canalizar y eliminar con rapidez el agua

que recolecte. La pendiente longitudinal mínima que debe existir en una cuneta

es de 0.5%. La velocidad con la que el agua circule sobre ella, debe quedar

comprendida entre los límites de depósito y erosión, ambos indeseables.

Tipos de Cunetas.

Contra-cuneta

Las contra-cunetas son zanjas, generalmente paralelas al eje de la

carretera, construidas a una distancia mínima de 1.50 metros de la parte

superior de un talud en corte. Su sección transversal es variable, siendo

comunes las de forma triangular o cuadrada. Su ubicación, longitud y

dimensiones deben ser indicadas por personal con experiencia en el campo de

las carreteras. Se acostumbra a construir las contra-cunetas cuando el agua

que llega al talud es mucha, y para taludes que sobrepasan los 4 metros de

alto.

0.600.

60

Triangular

0.40

0.50

Trapezoidal

0.35

0.45

Rectangular

0.40

0.25

Semicircular(1/2 tubo de 20")

0.50

S= 2 - 6 %

Cunetarasante

CL

Contracuneta

Material producto dela excavación de lacontracuneta

Terreno natural

sub-base

3.

Este tipo de solución como obra de drenaje es poco común, es una obra de

paso para el agua, dejando que ésta continúe su curso de manera natural sin

afectar su nivel de escurrimiento, es decir, la carretera pasará a nivel del agua

respetando su condición actual.

El vado se proyecta para cruces que normalmente requieren obras mayores

de 6.00 m; pero cuyos cauces son muy extendidos, porque los espesores del

terraplén deban ser bajos y no es conveniente elevar la rasante por economía

de las terracerías, como en el caso de un puente, además de que el

escurrimiento en estos cauces es muy esporádico.

4. Tubos y Tubos Perforados

Esta obra complementaria es muy parecida a una alcantarilla, son

elementos de solución para el drenaje que van implementados bajo las

terracerías de la carretera que se va construir.

Existen varios tipos de tubo como el de lámina corrugada, tubos de sección

circular con doble capa de cemento asfáltico, tubos de concreto y tubos

desarmables intercambiables. El tubo va colocado transversalmente al camino

y permite la continuidad del caudal existente, si está correctamente calculado.

El diámetro del tubo depende del gasto que se genere por el escurrimiento

natural, el que puede variar entre 0.45 cm y 1.50 cm de diámetro regularmente.

5. Contra-cunetas

Se denominan contra-cunetas, a los canales excavados en el terreno natural o

formados con pequeños bordos, que se localizan aguas arriba de los taludes

de los cortes, con la finalidad de interceptar el agua superficial que escurre

ladera abajo desde mayores alturas, para evitar la erosión del talud y el

congestionamiento de las cunetas y la corona de la vía terrestre por el agua y

su material de arrastre.

La contra-cuneta se construye a una distancia variable del coronamiento

del corte y depende de la altura de éste; su función es que entre la contra-

cuneta y el propio corte no quede un área susceptible de generar

escurrimientos de importancia no controlados, asimismo no debe ser colocada

demasiado cerca del corte, a fin de facilitar su trazo y permitir que se desarrolle

sobre terreno que no se vea afectado por derrumbes leves, pequeños

abatimientos o trabajos de amachine que eventualmente se realicen.

En cortes de altura normal es frecuente que las contra-cunetas se

encuentren a una distancia del coronamiento del corte comprendida entre la

altura del mismo y la mitad de ese valor; en cortes altos, el punto más próximo

de la contra-cuneta puede estar a unos 8 ó 10 m del coronamiento del corte.

6. Lavaderos

Son canales que se conectan con los bordillos y bajan transversalmente por

los taludes, con la misión de conducir el agua de lluvia que escurre por los

acotamientos hasta lugares alejados de los terraplenes, en donde no cause

problemas a la carretera. En general son estructuras de muy fuerte pendiente,

característica principal de éstos.

Cuando se disponen en los caminos están sobre los terraplenes, sobre los

lados en terraplén, de cortes en balcón o en los lados interiores de curvas,

cuando corresponden a secciones también en terraplén. En tramos en

tangentes suelen disponerse cada 60 ó 100 m, pero esta separación es

variable, dependiendo de la pendiente longitudinal de la vía terrestre y del

régimen de precipitación pluvial en la zona.

7. Bajadas

Este tipo de estructura tiene una función análoga a los lavaderos, pero

constituidas por un tubo apoyado en la superficie inclinada del terreno o

enterrado en él. En rigor la distinción respecto a los lavaderos es simple

nomenclatura y muchos ingenieros consideran a las bajadas como lavaderos

entubados.

8. BermaEl efecto de la berma es disminuir la fuerza erosiva del agua que escurre

por los taludes de un terraplén o un corte o por el terreno natural

superficialmente.

Estos elementos encauzan convenientemente al agua colectada si se les da

una pendiente apropiada hacia lavaderos, bajadas o estructuras análogas; de

no ser así, el agua provoca erosión o infiltración en los taludes por arrastres,

generando problemas en las cunetas y efectos adversos sobre la estabilidad

general.

9. Bordillos

Son estructuras que se colocan en el lado exterior del acotamiento en las

secciones en tangente, en el borde opuesto al corte en las secciones en balcón

o en la parte interior de las secciones de terraplén en curva. Son pequeños

bordos que forman una barrera para conducir el agua hacia los lavaderos y

bajadas, evitando erosiones en los taludes y saturación de éstos por el agua

que cae sobre la corona del camino.

10.Vegetación

Una de las más efectivas protecciones de los taludes de un corte o un

terraplén o del terreno natural contra la acción erosiva del agua superficial es la

plantación de especies vegetales; éstas retardan el escurrimiento,

disminuyendo la velocidad del agua y contribuyen a fomentar una condición de

equilibrio en los suelos en cuanto al contenido de agua. Siempre que la

vegetación exista, el ingeniero deberá respetarla. La deforestación sistemática,

el deshierbe o el desenraice excesivos en la zona de derecho de vía o en la

zona de influencia de una vía terrestre deben verse como mala práctica de

ingeniería.

ESTABILIZACIÓN DE TALUDES EN CORTES Y CON FILTRACIONES DE AGUA

El agua subterránea ocasiona serios problemas en los caminos; debilita los

suelos, especialmente si son de formación geológica en donde predomina la

matriz arcillosa, además crea una condición difícil o imposible para su

compactación y por ende, debido a la carga repetida por el tránsito pesado, se

ocasionará hundimiento, por la saturación del suelo, hasta el colapso completo

de la base del camino.

Por lo siguiente, la mejor manera de resolver el problema, es drenar el agua

subterránea por medio de sub-drenajes longitudinales, que consisten en la

apertura de zanjas al pie de los taludes de cortes, con profundidad mínima de

1.5 metros, hasta profundidades mayores, según el caso específico.

Las perforaciones de la tubería se harán en la parte inferior a lo largo de la

misma.

Cuando existen fuertes filtraciones en un talud de corte, para evitar el

colapso del talud y derrumbes, es conveniente la utilización de sub-drenajes

transversales de penetración del talud, los cuales consisten en la introducción a

través de los taludes, de tubos de acero o plástico (PVC) de 5 ó 7 cm de

diámetro, perforados lateralmente, con pendiente hacia arriba de 5 a 20 %. La

longitud de los drenajes debe ser tal, que cruce la probable zona de falla.

Ejemplo de instalación típica de sub-drenaje

Zona deescurrimiento

Zona impermeable

15 cms

15 c

ms

Materialpermeable(filtrante,apisonado)

Sub-rasante

Profu

ndid

ad v

aria

ble

(1.

00 m

Mín

imo)

Tierra compactada

Grava o piedrín

Tubo perforado

10 cmsPerforaciones de +/- 1 cm (o 3/8")de diámetro

22°22°

22°22°

Disposición de las perforaciones en tubería para sub drenaje

Las perforaciones se hacen con equipo especializado. La gráfica muestra la

condición de flujo en la ladera y la necesidad de colocar sub-drenajes

horizontales.

Después de efectuar el corte se observa una variante en la dirección del flujo.

Superficie del terreno natural

Sentido de las fuerzas defiltración (dirección del flujo)

Línea inicial de corriente superior(nivel freático)

Condición de flujo en la ladera antes de efectuar el corte

Superficie del terreno natural

Sentido nuevo de las fuerzas defiltración (dirección del flujo)

Condición de flujo en la ladera después de efectuar el corte

Línea de corriente superior(nivel freático)

Superficie del terreno natural

Sentido final de las fuerzas defiltración (dirección del flujo)

Condición de flujo en la ladera después de efectuar el corte y colocar el sub-drenaje horizontal de penetración transversal

Línea final de corriente superior

Remoción de aguasubterránea con subdrenes horizontales

Area drenada

Finalmente se procede a la colocación del sub-drenaje horizontal que

contribuirá a remover el agua subterránea.

EXCAVACIÓN ESTRUCTURAL Y SISTEMAS DE MEZCLADO

Excavación en tierraCuando la cimentación tenga que asentarse sobre una superficie

excavada que no sea roca, debe tenerse especial cuidado en no disturbar el

fondo de la excavación, y la remoción final del material de la excavación hasta

la cota indicada, debe hacerse hasta que esté por colocarse el cimiento.

Excavación en rocaCuando se encuentra un fondo rocoso, la excavación se debe efectuar

en tal forma: que la roca sólida quede expuesta y preparada en lechos

horizontales o dentados para recibir el concreto. Deben ser removidas todas

las rocas sueltas o fracturadas, así como los estratos delgados. Las grietas o

cavidades que queden expuestas, deben ser limpiadas y rellenadas con

concreto de los cimientos.

Cuando se encuentre roca en las excavaciones para cimientos de muros

o cabezales de concreto o mampostería para alcantarillas y la roca sea de tal

calidad que evite la erosión, podrá eliminarse la parte del muro debajo de la

superficie del estrato rocoso, con la autorización escrita del supervisor.

Excavación estructural para alcantarillasCuando se vaya a colocar una alcantarilla debajo de la línea de terreno

original, se debe excavar una zanja a la profundidad requerida, conformándose

el fondo de la misma, de manera que se asegure un lecho firme en toda la

longitud de la alcantarilla.

El ancho de la zanja debe ser el mismo que permita trabajar con libertad

a los lados de la alcantarilla y para la compactación completa del relleno con

material selecto, debajo y alrededor de la misma. Las paredes de la zanja

deben quedar lo más verticales que sea posible, desde la orientación, hasta por

lo menos la corona de la alcantarilla.

Relleno estructural para alcantarillasEn general, las zanjas y las excavaciones deben rellenarse

inmediatamente después que el mortero de las juntas haya endurecido lo

suficiente para no ocasionarle ningún daño y hasta una altura no menor de 60

cm. sobre la corona de la alcantarilla.

El material de relleno, hasta el nivel de la corona, debe ser fino, de

preferencia arenoso poco plástico, libre de piedras, de terrones de arcilla u

otros materiales inapropiados.

El material de relleno debe compactarse en capas que no excedan de 15

ó 20 cm de espesor, debiendo ser colocados simultáneamente a ambos lados

de la alcantarilla para que no se produzcan presiones excéntricas a lo largo de

la tubería, la compactación puede realizarse por medio de apisonadores

mecánicos o de mano.

No se permitirá que se opere equipo pesado sobre una alcantarilla, si no

hasta que haya sido hecho correctamente el relleno y esta se haya cubierto, a

partir de la corona con material de por lo menos 60 centímetros de altura.

Relleno estructuralTodo el material para el relleno, debe ser de calidad aceptable y no

contener terrones grandes, madera u otras materias extrañas. Se pueden

utilizar piedras para los rellenos, siempre que los vacíos entre ellas, sean

rellenados con material apropiado, el que debe ser debidamente compactado.

El relleno debe ser depositado en capas horizontales, cuyo espesor no

debe exceder de 20 cm. Y las capas deben ser compactadas como mínimo al

90% de la densidad máxima determinada con el método “Proctor modificado”

(prueba AASHTO T 180).

INTERACCIONES DE LAS OBRAS DE DRENAJE Y SUBDRENAJE

CON EL MEDIO

Las interacciones de las obras de drenaje y sub-drenaje con el medio se

clasifican de la siguiente manera:

Impactos por ocupación: Impactos originados por la simple localización

de una actividad (industria, urbanización, vía de comunicación). Suelen ser de

carácter irreversible y se manifiestan por la destrucción del suelo, de su

potencialidad productiva, del recubrimiento vegetal y de las poblaciones

animales localizadas en un entorno más o menos inmediato. También se

modifican las pautas de drenaje interno y externo que tanto condicionan la

estabilidad y evolución de los ecosistemas y por ende el equilibrio natural. Por

otra parte, la introducción de elementos artificiales en el medio supone, en el

mejor de los casos, una alteración de sus valores naturales y, con frecuencia,

una modificación manifiestamente negativa.

En el caso de las obras de drenaje y sub-drenaje, la simple ocupación

del terreno, modifica el uso del suelo y destruye la capa vegetal en el espacio

que éstas ocupan, a excepción por supuesto de la opción de la vegetación

como controlador de erosión y drenaje.

Impactos producidos por la emisión de agentes contaminantes: Si la

cantidad de agentes contaminantes que se incorpora al medio supera su

capacidad de asimilación, se producen efectos en cadena sobre los

ecosistemas existentes, efectos que pueden manifestarse a gran distancia del

origen. Estos agentes (sólidos, líquidos y gaseosos) actúan a través del aire,

agua de superficie, suelo y subsuelo (deposición de residuos sólidos o

contaminación de los acuíferos subterráneos).

Impactos significativos: Los criterios para establecer si un impacto es

significativo, son fundamentalmente espacio - temporales.

Los impactos en este tipo de obras tienen generalmente carácter puntual

o lineal, y afectan en términos relativos a poca superficie. Sin embargo, ello no

implica en modo alguno que el fenómeno tenga escasa importancia, pues:

• Afecta a gran cantidad de población.

• Aunque las causas sean locales, los efectos pueden extenderse a grandes

superficies, manifestarse en lugares muy alejados del origen o iniciar procesos

en cadena difíciles de prever.

• Ciertas causas o usos productores de impacto se localizan selectivamente

sobre los espacios más valiosos.

BENEFICIOS DE USAR SUB- DRENAJES.

Usar sub-drenajes prolonga la vida útil de los pavimentos.

La base es la estructura que se requiere proteger y por lo tanto drenar.

Usar un mal sistema de sub-drenajes es peor que no tenerlo (efecto de

presa).

El daño más común en un sistema de sub-drenaje es el daño por

compresión de su estructura.

Entre mejor estructura tenga el producto ya instalado, mejor será su

desempeño al drenar.

Ejemplos de Sub-Drenaje:

Debe eliminarse la Capa Vegetal y construir un banqueo para evitar la

formación de un plano de falla.

Es recomendable colocar una alcantarilla y las protecciones que requiere un

relleno.

A veces es necesario construir un muro de contención y los respectivos sub-

drenajes propios de un relleno.

CONCLUSION

Las obras de drenaje y sub-drenajes, son necesarias para la

preservación en primera instancia de las carreteras, sirviendo para controlar la

erosión, estabilización de taludes y como protección de la estructura del

pavimento.

Sin embargo, al mismo tiempo que han sido obras complementarias a la

construcción de carreteras, han servido como medidas de mitigación de los

impactos generados por la misma, puesto que al realizarse cortes al terreno y

al destruir la capa vegetal, el suelo queda expuesto a la erosión lo que es a la

vez un impacto negativo al medio ambiente, el cual es controlado con las obras

de drenaje.

Partiendo del principio elemental de la evaluación de impacto ambiental

el cual indica que hay que considerar todas las opciones, incluso la opción de

no hacer nada, se puede deducir que las obras de drenaje tienen un impacto

positivo al medio ambiente puesto que de no realizarse, no sólo la

infraestructura carretera se ve amenazada, sino también el medio ambiente, en

gran medida debido a la erosión, sedimentación de cuerpos de agua, así como

modificaciones al drenaje natural, ocasionando en consecuencia que las

carreteras tuvieran un impacto mucho mayor que el que comúnmente

representan.

Las estructuras de sub-drenaje son de suma importancia pues los

caminos se construyen en el terreno interceptando el sistema de drenaje. Un

correcto diseño de éstas, buscará permitir el libre escurrimiento aún en caso de

tormentas de gran intensidad: si embargo, pueden presentarse casos en que el

sistema de obras de drenaje no reúna las características ni la ubicación

requeridas para drenar con la eficiencia necesaria el agua que llega al derecho

de vía, produciéndose modificaciones sustanciales en los escurrimientos que

alteran no sólo al sistema hidrológico sino de manera directa altera la

vegetación, cambiando el hábitat de la fauna, especialmente para aves y

anfibios.

La consideración en conjunto de los 2 aspectos, protección a la carretera y protección al medio ambiente en la etapa de proyecto de carreteras, debe arrojar como producto obras de drenaje y sub-drenajes bien diseñadas que protegerán de manera óptima la infraestructura y a su vez, son excelentes medidas de mitigación que minimizan el impacto