1. Electiva V. Drenajes Longitudinales y Transversales
Prof. María Eugenia Acosta
DRENAJE TRANSVERSAL
La presencia de una carretera irrumpe la continuidad de la red de drenaje
natural del terreno, por lo que debe procurarse un sistema que restituya dicha
continuidad, permitiendo a su paso bajo la carretera en condiciones tales que
perturbe lo menos posible la circulación de agua, a través de dicha red.
También se aprovecha para desaguar el caudal recogido por la plataforma y
sus márgenes, canalizado a través de cualquier sistema longitudinal. Puede
dividirse en dos grandes grupos:
PEQUEÑAS OBRAS DE DRENAJE TRANSVERSAL: Este tipo de obras
son de tamaño reducido, no superando luces de más de diez metros,
pueden ser: Bateas, alcantarillas, cajón y pontón.
GRANDES OBRAS DE DRENAJE TRANSVERSAL: Se trata de aquellas
realizadas para salvar grandes luces (mayor a diez metros) y desniveles
principalmente puentes y viaductos. Este tipo de obras está relacionada con
causes y caudales importantes por lo que su sección no resulta
determinante para el desagüe del cauce.
A continuación, se describen las características de las pequeñas obras de
drenaje transversal:
BATEA
Es el sistema más sencillo y se utiliza para un caudal muy pequeño. Son
estructuras de concreto construidas sobre la vía.
ALCANTARILLA
Son ductos que permiten el paso de agua de un lado al otro de la vía y se
localiza perpendicular al eje de la vía. Las alcantarillas pueden clasificarse
principalmente desde el punto de vista de su ubicación, capacidad o diseño
hidráulico y resistencia o diseño estructural, pueden tener forma rectangular,
circular o abovedada.
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Pueden fabricarse en sitios o colocarse prefabricadas a criterio del calculista;
por lo general, aquellas construidas en sitio tienen forma cuadrada o rectangular,
mientras que las prefabricadas son circulares.
A menudo, se construyen pasos de dos o tres ductos o celdas en forma
cuadrada o rectangular una al lado de la otra. Las alcantarillas de sección
cuadrada se fabrican de concreto armado, las de forma circular se hacen con tubo
de concreto o acero corrugado,
El material depende del tipo de agua que transportará, de la lejanía de la
obra, entre otros criterios.
RECOMENDACIONES TÉCNICAS:
1.- El diámetro mínimo debe ser noventa centímetros por razones de
mantenimiento.
2.- La pendiente de la tubería debe estar entre dos y tres por ciento (2 y 3 %),
pudiendo aumentar según la topografía del terreno, hasta un máximo seis por
ciento (6%).
3.- La excavación de la zanja debe ser lo suficientemente ancha para permitir la
compactación, se recomienda dos veces el diámetro de la tubería.
4.- Antes de instalar la tubería, colocar una cama de material granular (piedra
picada).
5.- Compactar primero los lados sin tocar el tubo, luego sobre éste, se debe hacer
una vez que tenga una capa de 20 centímetros sobre la corona.
CONDICIONES GENERALES DE DISEÑO:
La escogencia del tipo de alcantarilla a usar, depende de numerosos
factores; una vez determinada la sección hidráulica requerida, la topografía y la
resistencia son determinantes. Los factores siguientes afectan la resistencia del
conducto:
1.- Cargas: Actúan cargas vivas, muertas, presiones transversales y movimientos
de suelo.
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2.- Materiales de relleno: Tipos de suelo, grado de humedad, modo de colocación
y método de compactación.
3.- Conducto: Si el material es flexible o es rígido, el tamaño, la forma y el
apuntalamiento.
4.- Base: Se refiere a la resistencia del terreno y la preparación del lugar a donde
se va a colocar.
DISEÑO DE ALCANTARILLAS:
El comportamiento de las alcantarillas de acuerdo a las suposiciones
hechas para el diseño, dependerá en la mayoría de los casos de la calidad de los
datos establecidos y por consiguiente de la precisión, cantidad y extensión de los
trabajos en campo previamente realizados,
1. Los datos básicos requeridos son los siguientes: Caudal del proyecto,
ubicación, velocidad máxima del canal, profundidad del agua en el canal
de salida.
2. Selección del tamaño y tipo: Es conveniente resaltar la importancia de
los análisis económicos de las alternativas posibles, que incluya los
costos del material, la colocación, la construcción, la conservación y el
mantenimiento para la selección del tamaño y tipo de la alcantarilla, el
cual dependerá principalmente de las condiciones de cada sitio en
particular.
3. Calculo hidráulico de la alcantarilla: Una vez seleccionado el tamaño
tentativo, se procede a calcular la altura del agua en la entrada y en la
salida si la altura calculada resulta mayor o menor que la permisible, se
selecciona otro tamaño y se repite el cálculo.
4. Control de erosión: Generalmente se producen velocidades mayores
que la del cauce natural, las cuales alcanzan su valor máximo y por lo
tanto su máximo potencial de erosión, de allí la importancia de
considerar la necesidad de utilizar obras de protección o disposición de
energía.
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DETALLES PARA LA COLOCACION DE ALCANTARILLAS:
1.- La localización o ubicación del sistema: el sitio lógico para ubicar una
alcantarilla es tomando como referencia el cauce natural existente, esta solución
puede realizarse donde el alineamiento y la pendiente del cauce así lo permitan.
En algunos casos, colocar la alcantarilla con la pendiente existente traería
como consecuencia que la velocidad resultante es mayor a la máxima permitida,
este inconveniente puede solucionarse haciendo los quiebres necesarios en la
pendiente longitudinal con el objeto de asegurar velocidades adecuadas, siempre
y cuando tengan las dimensiones que permitan inspecciones regulares y que
faciliten en caso de obstrucción la extracción del material.
Otra limitación para ubicar la alcantarilla, es la imposibilidad de lograr un
sistema práctico para la conservación y mantenimiento en el sitio y que el
alineamiento horizontal en ningún caso debería tener quiebres bruscos, sino que
en las situaciones que así lo ameriten debe estar compuesto por curvas tan
amplias como sean posible.
2.- Base o lecho (suelo donde se va a colocar): Las condiciones de apoyo son de
gran importancia, no afecta la magnitud de las presiones, pero sí tiene influencia
en la distribución de la reacción de presión bajo la alcantarilla. La capacidad de
soporte del suelo es un factor que afecta directamente la ubicación y el trazado de
las obras de drenaje, cuando estas son de envergadura es necesario hacer los
estudios correspondientes, ya que estos podrían ayudar a cambiar un
alineamiento recto por otro curvo, con el fin de evitar una zona no conveniente o a
mejorar el material existente en los sitios que así lo requieran. Poco cuidado o
métodos impropios de construcción pueden ser causa de mal comportamiento de
la alcantarilla bajo cargas moderadas.
3.- Condiciones de entrada y de salida: En las alcantarillas las características
de las entradas afecta la capacidad de drenaje de las mismas, es conveniente que
la sección de entrada de la alcantarilla sea normal al eje de la corriente y que las
aletas y cabezales estén alineados con respecto a este, siempre que sea posible y
especialmente cuando los caudales son de consideración se debe proyectar obras
especiales, los cabezales, las aletas, las obras de canalización y las transiciones
aguas arriba de la entrada, mejoran la capacidad de las alcantarillas.
En zonas planas es factible prescindir de cabezales y aletas, ya que,
cuando las velocidades de las corrientes son bajas no existe peligro de erosión
para terraplén, en general la condiciones de salida, serán función de terrero aguas
abajo de los causes existentes de las posibilidades de producir erosión, dichas
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obras no tienen que necesariamente ser idénticas a las obras de entrada, ya que
cumplen funciones opuestas.
4.- Velocidades para evitar la erosión del terreno: La velocidades posibles
dependen de la constitución del terreno, cuando las alcantarillas se ubican fuera
del cauce natural hay que considerar el caso de aguas abajo de la salida de la
alcantarilla, la pendiente del terreno puede aumentar la velocidad del agua, hasta
producir erosiones considerables en cuyo caso hay que considerar el control de la
velocidad mediante obras específicas para tal efecto, la velocidad máxima
depende del caudal y de las características del drenaje.
Para la alcantarilla de concreto puede variar entre 5 y 7 m/s. Para las
alcantarillas metálicas entre 3,5 y 6 m/s, a fin de evitar la deposición de material
dentro de la alcantarilla, las velocidades no deben ser menores a 1 m/s.
5.- Arrastres: Al escurrir hacia los cauces naturales las aguas pluviales, arrastra
material orgánico e inorgánico. Al diseñar no basta con proporcionar suficiente
sección para el libre paso del agua, también hay que considerar el volumen
probable de arrastre que lleva cada cause en particular, para caudales menores
de este diseño, estas construcciones pueden producir inundaciones poniendo en
peligro la estabilidad del terraplén, causando daños a las propiedades vecinas y
aumentando los costos de mantenimiento, en general resulta más conveniente
agotar ciertas medidas, las cuales son las siguientes.
a) Asegurar mediante obras de canalización, aguas arriba, la no existencia de
transición que propicie la dispersión del material
b) Asegurar que las velocidades impidan el depósito de material acarreado.
c) Durante la construcción no se debe permitir aguas arriba, trabajos que
perturben los suelos, ellos serán una fuente de producción de sedimentos. En el
caso que sea imposible evitar estos trabajos debe realizarse una reforestación
para mitigar los daños.
d) En los cauces que puedan arrastrar material flotante, tales como: troncos,
ramas de árboles, entre otros de gran tamaño, se sugiere la construcción de
barreras y también de elementos como muros o pilas que dirijan dichos objetos en
dirección paralela al eje de la alcantarilla.
6.- Protección: En general estos sistemas se deterioran por la corrosión o por la
abrasión producida por los arrastres del tipo inorgánico, la corrosión puede ser
producida por elementos presentes en el agua, en el suelo o en la atmosfera, el
deterioro mecánico depende de las características y del volumen de los arrastres
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inorgánicos, también de la velocidad, duración y frecuencia del líquido, para
proteger se deberá mantener las velocidades dentro del límite razonable y será
necesario controlar la erosión y arrastre de materiales. En particular y de acuerdo
con el material y la ubicación se podrá brindar protección de acuerdo con las
siguientes situaciones:
Para Alcantarillas Metálicas: El galvanizado es suficiente en condiciones
normales, pero si es necesario puede ser complementado por recubrimiento total
de asfalto, en el caso de que se necesite mayor protección se deberá considerar
aumentar el espesor o utilizar otro tipo de material, ya que resultará más
económico.
Para Alcantarillas de Concreto: El algunas ocasiones se deberá aumentar el
espesor del tubo, en casos tales como: Cuando la abrasión pueda producir
desgastes en la misma y cuando este expuesto a altas velocidades también como
a aguas salinas. En el caso específico de velocidades grandes, se podrán
disminuir construyendo rugosidades artificiales, tales como: anillos escalones y
depresiones en las superficies, teniendo especial cuidado para evitar resaltos
incontrolables, obstrucciones, entre otros.
