Unidad 3 Drenajes Carreteras

III UNIDAD

OBRAS DE DRENAJES

3.1 DRENAJE NATURAL

Al caer sobre la superficie terrestre, el agua de lluvia tiene varios destinos: escurre superfi-cialmente, se infiltra al subsuelo o se evapotranspira.

El agua que escurre de ma¬nera superficial se va uniendo y forma pequeños escurrideros que se convierten en arroyos y des¬pués en ríos, los cuales llegan al mar o a una depresión continental como los lagos y las lagunas.

Cuando se construye un camino, casi siempre se corta el escurrimiento natural, permitiéndose el paso del agua sólo en los sitios que elige el proyectista, quien de esta manera aleja el agua del camino lo más pronto posible (Fig. 3-1).

Fig. 3-1 Fotografía en la que se observa la forma como un camino altera el drenaje natural.

Así, el agua que antes de la construcción del camino corría libremente debe canalizarse en forma adecuada para concentrarse en estas obras, lo que origina las obras de captación y de conducción.

En resumen, al construirse un camino se modifican las condiciones del escurri¬miento en las zonas que la vía atravesará, lo cual puede causar problemas como erosiones e inundaciones.

Por otro lado, las características de las cuencas se alteran cuando se construye un camino, pues éste ocasiona modificaciones en el uso de la tierra al propiciar el desarrollo económico en su zona de influencia. Así en un área boscosa se llevan a cabo desmontes que alteran la rapidez de concentración del agua, lo que aumenta la erosión de la cuenca y propi¬cia la acumulación de azolves aguas abajo, que al final modifican el régimen pluviométrico.

Asimismo, al construirse una vía, el agua que se infiltra al subsuelo tiende a aflorar por los taludes y la cama del camino, dañando la estabilidad; por ello es necesario cortar los fluidos o profundizar el nivel de las aguas freáticas.

El estudio del drenaje debe iniciarse desde la elección de ruta eligiéndose una zona que tenga menos problemas de escurrimiento. De ser posible, se utilizarán las pendientes máximas permisibles y se tratará de llegar y aprovechar los parteaguas, en donde el drenaje será mínimo.

Cuando los caminos se localizan en las laderas de las serranías el drenaje aumenta, aunque las cuencas y los escurrideros están generalmente bien definidos, al contrario de los terrenos planos, donde se pueden tener los mayores problemas de drenaje porque a menudo ni las cuencas ni los escurrideros están bien definidos.

Si desde la etapa de elección de ruta no se elige la zona más educada, se presen¬tarán problemas durante la vida del camino y aumentarán de manera innecesaria los cos¬tos de conservación. Por ello, aunque los caminos sean de corta longitud, es necesario efectuar reconocimientos que, en estos casos, pueden ser a pie o a lomo de bestia.

Cuando la longitud del camino por construir o rehabilitar ya es importante, los primeros re-conocimientos se realizan en avioneta o helicóptero, sin descartar el uso de fotografías aéreas, que están a la disposición de los proyectistas en diferentes organismos del gobier¬no federal (INEGI, SCT, SAGDR), de los gobiernos estatales y de particulares. Se puede decir que el éxito del proyecto depende de una buena elección de ruta.

El estudio detallado del drenaje se lleva a cabo durante las etapas del anteproyecto (si lo hay) o del proyecto definitivo. Los defectos de una mala elección de ruta se reflejan tanto en estas etapas como después, en la construcción y la operación del camino.

3.2. 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.

El drenaje artificial se clasifica en superficial y subterráneo, dependiendo de si el agua es-curre o no por las capas de la corteza terrestre.

El drenaje superficial se considera longitudi¬nal o transversal, según la posición que las obras guarden con respecto al eje del camino.

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

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

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

El drenaje subterráneo consiste en proporcionar suelos de drena¬je adecuados para controlar el escurrimiento de esa agua rápidamente tales como zanjas, drenes ciegos, drenes de tubos.

Cada lugar que requiera drenaje subterráneo, o subdrenaje como tam¬bién se le llama, es un problema individual y diferente, y por lo tanto deben aplicarse los principios de ingeniería en su solución adecuada. Al drenaje subterráneo debe dársele toda la atención que se merece ya que de él depende gran parte de la seguridad y estabilidad del camino.

Aunque en términos generales el drenaje superficial es más impor¬tante que el drenaje subterráneo hay que reconocer que hay lugares en los cuales no se puede prescindir del drenaje subterráneo. Los lugares inestables deben de ser drenados inmediatamente y de una vez por to¬das durante la construcción.

3.3. SISTEMAS DE DRENAJE EN CARRETERAS

DRENAJE SUPERFICIAL LONGITUDINAL

Cunetas

Las cunetas son zanjas que se construyen adyacentes a los hombros de la corona en uno o en ambos lados, con el objeto de interceptar el agua que escurre sobre la superficie de la corona, de los taludes de los cortes, o del terreno contiguo, conduciéndola a un sitio donde no haga daño a la carretera o a terceros (Fig. 3-2 y 3-3).

Fig. 3-2 Fotografía en la que se observan las cunetas de un camino.

Fig. 3-3 Fotografía en la que se observan las cunetas de un camino.

Para calcular el área hidráulica de las cunetas es necesario tomar en cuenta las características del área por drenar. En la mayoría de los casos se considera suficiente uti¬lizar una sección transversal triangular con una profundidad de 33 cm, un ancho de 1 m y taludes, del lado de la corona de 3:1 y, del lado del corte, el que corresponda según el ma¬terial que se encuentre (Fig. 3-4).

Fig. 3-4 Sección típica de una cuneta.

La longitud de las cunetas no debe ser mayor que 250 m; si sobrepasa esa cantidad, se debe construir una obra de alivio que permita reducir esa longitud al captar y conducir el caudal de la cuneta aguas abajo, fuera del camino.

También se han usado secciones rectan¬gulares y trapezoidales, pero, en general, cuando se localizan en caminos angostos no son muy estables y causan inseguridad y mo¬lestias a los usuarios si caen en ellas.

Por lo anterior, suele usarse la sección triangular, que es más fácil de conservar con equipo mecánico.

Con el fin de evitar que el agua salga de las cunetas cuando el camino es sinuoso o que se produzca azolve en los cambios de pendiente longitudinal, debe procurarse que no haya cambios de velocidad, lo cual se logra mediante cambios de sección y transiciones adecuadas.

Cuando el material de las cunetas es erosionable, es preciso reducir la velocidad que alcanza el agua disminuyendo la pendiente de la cuneta y provocando caídas para que el fondo de la cuneta esté siempre por debajo de la subrasante (Fig. 3-5), o bien au¬mentando la sección del canal y generalmente están revestidas (Fig. 3.6 y 3.7).

Fig. 3-5 Cuneta escalonada longitudinalmente para evitar erosión en el fondo cuando la pendiente del camino es fuerte.

Fig. 3-6 Tabla de velocidades del agua a las cuales se erosionan diferentes materiales.

Fig. 3-7 Tabla de gastos y velocidades en cuneta tipo (1 m X 33 cm) con diferentes pendientes.

En la transición de las cunetas con las obras de alivio, con frecuencia es necesario construir otras obras auxiliares, como es el caso de simples muros interceptores que se levantan dentro de la sección de las cunetas o los cajones de entrada con desarenadores, que son los más ventajosos y recomendables (Fig. 3-8).

Fig. 3-8 Sección de una obra de alivio para desalojar lateral¬mente el caudal de una cuneta muy larga.

Estas obras son de gran importancia en el funcionamien¬to de los caminos, por lo que se debe tener especial cuidado en construirlas con la sección com¬pleta y en que no se azolven con arrastres o derrumbes de los taludes adyacentes durante la operación. Es decir, requieren una conservación constante.

Contracunetas

Las contracunetas son

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