Drenaje: Una Perspectiva General
El agua representa una de las mayores amenazas para las infraestructuras viales. Los sistemas de drenaje tienen como objetivo principal desviar el agua que cae sobre la carretera y evitar que el agua de los terrenos circundantes llegue a la vía.
Es importante tener en cuenta que el agua puede causar una serie de daños significativos, incluyendo:
- Riesgos para la seguridad vial debido a deslizamientos, mala visibilidad y cierre de carreteras.
- Daños en la estructura de la carretera, como asentamientos en rellenos (blandones) e inestabilidad y erosión de taludes.
Por lo tanto, es evidente la importancia de un diseño y construcción adecuados de sistemas de drenaje, especialmente en áreas con climas húmedos como el noroeste de España.
Existen dos tipos principales de drenaje: superficial y profundo. El drenaje superficial se encarga de captar el agua de la superficie e incluye elementos como cunetas, arquetas, sumideros, imbornales y pozos de registro. Los tubos de acero corrugado y galvanizado también se utilizan en el drenaje superficial.
Por otro lado, el drenaje profundo se encarga de eliminar el agua que se encuentra en las capas internas de la carretera y del suelo circundante.
Los principales documentos normativos que rigen el diseño y construcción de sistemas de drenaje son el Pliego de Prescripciones Técnicas Generales para Obras de Carreteras y Puentes (PG-3), la Instrucción 5.1-IC “Drenaje” y la Instrucción 5.2-IC “Drenaje Superficial”.
Cunetas: Una Descripción General
Una cuneta se define como una zanja longitudinal abierta a lo largo de la plataforma de la carretera, diseñada para recoger y dirigir el agua de lluvia. Normalmente, la cuneta sigue la misma pendiente longitudinal que la carretera, aunque en ocasiones se puede ajustar para adaptarse mejor al terreno y mejorar la capacidad de drenaje.
Existen varios tipos principales de cunetas:
- Cunetas adyacentes a la plataforma de la carretera: Estas cunetas recogen el agua de lluvia que cae en la carretera o en los taludes cercanos a la misma. Pueden tener diferentes formas y secciones transversales, como triangular o trapezoidal, dependiendo de la configuración y las necesidades específicas.
Cunetas de guarda: Ubicadas en la parte superior de los desmontes, estas cunetas se encargan de captar el agua de lluvia que proviene de las laderas situadas por encima de ellos. Su función es crucial para evitar que toda el agua de una pendiente llegue a las cunetas adyacentes a la plataforma, lo que podría causar su desbordamiento.
Tipos de cunetas:
Otros Drenajes Superficiales
A continuación, se describen los materiales y la ejecución de otros elementos de drenaje superficial que a menudo complementan las cunetas.
Arquetas y Pozos de Registro
Una arqueta es un contenedor prismático diseñado para recoger agua de las cunetas o de las tuberías de drenaje y dirigirla hacia un desagüe. Estas estructuras están hechas de hormigón, ladrillos, bloques de hormigón u otros prefabricados de hormigón, como paneles. Las arquetas suelen estar cubiertas por una tapa o rejilla de fundición.
Un pozo de registro es una variante de arqueta que tiene una profundidad superior a 1,5 metros y es accesible para inspección.
Las dimensiones interiores mínimas para arquetas y pozos son de 80 cm x 40 cm para profundidades menores a 1,5 metros. Para profundidades mayores, deben ser accesibles, con dimensiones interiores mínimas de 1 metro y una tapa o rejilla de al menos 60 cm. Dimensiones menores impedirían el acceso de personas para labores de inspección.
Las tapas o rejillas deben ajustarse perfectamente al cuerpo de la obra, colocándose de manera que su superficie exterior quede al mismo nivel que las áreas circundantes. Deben ser capaces de soportar el tráfico y se deben tomar medidas para prevenir su robo.
Tanto las arquetas como los pozos de registro deben ser fáciles de limpiar.
Estos elementos reciben agua de las cunetas o directamente de los desagües de taludes, como se muestra en la imagen.
Las bajantes, como se muestra en la imagen anterior, son canalizaciones con fondo revestido y delimitadas por bordillos, que se construyen sobre los taludes.
Ejecución de Arquetas y Pozos
Para la construcción de arquetas y pozos de registro, se deben considerar las siguientes indicaciones:
- Las tolerancias en las dimensiones del cuerpo de las arquetas y pozos de registro no deben exceder los 10 mm con respecto a lo especificado en los planos del proyecto.
- Las conexiones de tubos y cunetas deben realizarse a las cotas indicadas en los planos del proyecto, de manera que los extremos de los conductos queden al ras con las caras interiores de los muros.
- La parte superior de la estructura debe diseñarse y colocarse de tal forma que se evite el derrame del terreno circundante sobre ella o en su interior.
Imbornales y Sumideros
Un imbornal es un dispositivo de drenaje utilizado para evacuar el agua de lluvia de las calzadas de una carretera.
Un sumidero es un dispositivo de drenaje, generalmente protegido por una rejilla, que desempeña una función similar a la del imbornal, pero está diseñado de manera que la entrada del agua sea prácticamente vertical.
Ambos elementos, en general, consisten en un orificio de desagüe, una rejilla, una arqueta y un conducto de salida.
Los imbornales y sumideros se construyen con los mismos materiales que las arquetas, siendo los elementos prefabricados de hormigón los más utilizados.
Elementos de Drenaje Transversal
Frecuentemente, el flujo de aguas superficiales necesita cruzar por debajo de la carretera para continuar su descenso hacia ríos, ramblas, barrancos, etc. Este problema se resuelve mediante la construcción de conducciones de agua, las cuales se denominan según su tamaño de la siguiente manera:
- Caños: Tienen una sección circular y un diámetro inferior a 1 metro.
- Tajeas: Poseen una sección no circular y una luz menor de 1 metro.
- Alcantarillas: Tienen una luz entre 1 y 3 metros.
- Pontones: Tienen una luz entre 3 y 10 metros.
- Puentes: La luz es mayor de 10 metros.
- Viaductos: Se caracterizan por tener más de 4 vanos.
Estas estructuras se construyen generalmente con hormigón, tubos de hormigón y elementos prefabricados.
Independientemente del tipo de conducción necesario, es importante recordar que las obras deben ser autolimpiables. En este sentido, la sección circular es la más eficiente.
En la imagen, se puede observar la salida de una de estas tuberías. Se destaca la pequeña estructura construida en la salida del tubo para prevenir la erosión que el agua podría causar en el suelo junto a la plataforma de la carretera. Los muros inclinados visibles a ambos lados del tubo se llaman aletas. El suelo junto a la salida está protegido con una pequeña losa de hormigón o con encachado de piedras.
Tubos de Acero Corrugado y Galvanizado en Obras de Drenaje Transversal
En las obras de drenaje transversal, destacan los tubos de acero corrugado y galvanizado. Estos conductos están fabricados con chapas de acero corrugadas y galvanizadas, generalmente curvadas, que se ensamblan mediante pernos y tuercas para formar secciones cerradas. Las chapas de acero corrugadas tienen una superficie ondulada que les confiere resistencia a esfuerzos de flexión. La galvanización, que consiste en aplicar una capa de zinc a la superficie de las chapas, protege el acero de la corrosión. Esta capa de zinc debe ser de primera calidad, sin defectos como burbujas, rayas o áreas sin galvanizar.
Dado que el acero es muy susceptible a la corrosión, los tubos de acero corrugado y galvanizado no deben utilizarse en suelos o aguas agresivos, es decir, aquellos con altas concentraciones de sulfatos, cloruros y sulfuros. Sin embargo, si se dota a los tubos de una capa protectora, como mortero de cemento, materiales bituminosos, poliméricos o pinturas tipo epoxi, pueden emplearse en cualquier tipo de suelo.
Tubos de Acero Corrugado y Galvanizado: Consideraciones y Proceso de Ejecución
Los tubos de acero corrugado y galvanizado no son recomendables para condiciones en las que estarán expuestos a corrientes de agua con velocidades superiores a 3 m/s o que transporten sedimentos gruesos, ya que estas circunstancias pueden desgastar el tubo por abrasión. Para su uso en tales situaciones, es necesario aplicar revestimientos resistentes a la abrasión, generalmente de hormigón. En la imagen, se pueden ver dos de estos tubos que conducen el agua de un barranco atravesando por debajo de una carretera.
Proceso de Ejecución de Tuberías
- Transporte y Descarga de las Chapas Curvas de Acero:
- Las chapas curvas de acero se transportan a la obra y se descargan con cuidado para evitar deformaciones o daños en el galvanizado.
- Preparación del Lecho de Apoyo:
- Se prepara un lecho de apoyo con suelo seleccionado, que debe ser estable y resistente pero no rígido, y libre de piedras o puntos duros que puedan dañar los tubos. La anchura del lecho suele ser entre 1.5 y 2 veces la luz del conducto, con un espesor mínimo de 30 cm.
- Montaje y Anclaje de la Tubería:
- La tubería se monta sobre el lecho por personal especializado. Las chapas curvas se ensamblan para formar los tubos, que luego se unen entre sí para formar la tubería completa.
- Enterramiento y Relleno:
- Una vez montada, la tubería se entierra utilizando suelos de buena calidad, adecuadamente compactados para evitar daños en los tubos. El relleno se realiza en capas horizontales de 15 a 20 cm de espesor y se compacta cuidadosamente, especialmente en los primeros 2 metros a ambos lados del tubo, donde se utilizan compactadores ligeros. Más allá de los 2 metros, se pueden usar capas de 20 a 30 cm de espesor y compactadores más pesados. El relleno se lleva a cabo de forma alternada en ambos lados del conducto, manteniendo el mismo nivel en ambos lados.
- Ancho de la Zanja:
- Si la tubería se instala en una zanja, el ancho debe permitir una fácil compactación del relleno, con una separación mínima de 30 cm entre el conducto y las paredes de la zanja.
- Compactación del Lecho de Apoyo y Relleno:
- La compactación del lecho de apoyo y del relleno no debe ser inferior al 95 % del máximo obtenido en el ensayo Proctor normal.
Caces
Un caz es un tipo de drenaje que consiste en una franja estrecha y longitudinal con forma de canal revestido, de muy poca profundidad, generalmente ubicada al borde de la plataforma. Cuando se encuentra junto a aceras o medianas elevadas, el caz está delimitado por un bordillo o barrera. Este tipo de drenaje se utiliza principalmente en vías urbanas, aunque también se emplea en vías interurbanas. En la figura siguiente se pueden observar diferentes tipos de caces.
Drenajes Profundos
Los sistemas de drenaje profundo no funcionan de manera tan evidente como los drenajes superficiales. Para entender esto, consideremos dos datos: el agua superficial fluye por la carretera y sus alrededores a velocidades de aproximadamente 1 m/s (tomado como un orden de magnitud), mientras que las aguas que circulan por el interior del firme lo hacen a velocidades de 1 metro al día. Es importante tener en cuenta que esta agua se mueve lentamente a través de los poros de las capas del suelo o del firme, de manera similar a las aguas subterráneas.
Zanjas Drenantes
Una zanja drenante es una trinchera rellenada con material drenante, adecuadamente compactado. En el fondo de esta zanja se suelen colocar tubos drenantes (perforados, de material poroso o con juntas abiertas). Tras un relleno localizado de tierras, se aísla de las aguas superficiales con una capa impermeable que sella su parte superior.
En ocasiones, no se utiliza el tubo drenante. En estos casos, la parte inferior de la zanja se rellena completamente con material drenante, conocido como dren ciego o dren francés. En este tipo de dren, el centro de la zanja se llena con piedra gruesa.
Esta zanja recoge las aguas que han penetrado en las capas del firme y las conduce fuera de la carretera. Las aguas llegan a la zanja por gravedad, ya que las capas del firme siempre tienen una ligera pendiente lateral (bombeo o peralte). La idea de que una simple cuneta junto a la carretera sería suficiente para recoger estas aguas es errónea por dos razones: la cuneta tendría que ser muy profunda para quedar por debajo de todas las capas del firme y, además, las aguas superficiales arrastran arcillas que impermeabilizarían las paredes de la cuneta, dificultando la salida del agua desde la carretera hacia la cuneta.
La zanja drenante, por tanto, es un sistema de drenaje cubierto en su parte superior que recoge las aguas del firme. Una vez que el agua penetra en el material drenante, se filtra por gravedad hasta el tubo drenante en el fondo de la zanja, que la conduce fuera de la carretera.
Si existe riesgo de migración del suelo que rodea la zanja hacia el interior de la misma, se debe colocar un filtro, normalmente geotextil, para proteger el material drenante.
Materiales Empleados
Los dos materiales básicos utilizados en las zanjas drenantes son el tubo drenante (que, como se mencionó anteriormente, no siempre está presente) y el material drenante. A continuación, se describen sus características:
Tubo Drenante
Los tubos drenantes suelen estar hechos de policloruro de vinilo (PVC), polietileno de alta densidad o de hormigón en masa o armado. Independientemente del material elegido, los tubos deben ser robustos, duraderos y estar libres de defectos, grietas y deformaciones. Para cumplir su función drenante, estos tubos tienen agujeros en su mitad superior o bien tienen juntas abiertas entre ellos, lo que permite la entrada de agua a la tubería.
Materiales Drenantes y Geotextiles
El material drenante utilizado consiste en áridos naturales o provenientes de la trituración de rocas, que tienen una granulometría que permite el paso del agua. Su apariencia es similar a la de una grava gruesa. Este material no es plástico, lo que significa que contiene pocas partículas finas arcillosas. Además, su equivalente de arena debe ser superior a 30, lo que indica la ausencia de partículas arcillosas, las cuales son problemáticas para el flujo de agua. Es importante destacar que estos materiales son susceptibles a la contaminación, lo que significa que las aguas que fluyen a través de ellos pueden depositar partículas arcillosas que reducen su porosidad. Para prevenir esto, se utiliza geotextil.
El geotextil es un material textil plano y permeable, fabricado con polímeros sintéticos o naturales, que se utiliza en zanjas drenantes y otros sistemas de drenaje debido a su capacidad de filtración. Este material permite el paso del agua pero retiene las partículas finas arcillosas que podría arrastrar. Por lo tanto, se coloca alrededor del tubo drenante y del material drenante para evitar que se obstruyan con los materiales finos llevados por el agua. Los geotextiles suelen suministrarse en rollos protegidos por un embalaje opaco para evitar daños por la exposición al sol. Es importante manejar los rollos con cuidado para evitar daños en el geotextil, por lo que deben almacenarse en lugares limpios, secos y libres de objetos afilados o punzantes.
Ejecución de Zanjas Drenantes
Para la construcción de zanjas drenantes, generalmente se siguen estos pasos:
a) Excavación:
La zanja se excava normalmente usando una retroexcavadora. Si el suelo es muy duro, se puede usar un martillo hidráulico acoplado a la retroexcavadora primero. El material excavado no debe ser depositado cerca de cursos de agua ni a menos de 60 cm del borde de la zanja.
b) Preparación del Lecho de Asiento de la Tubería:
Una vez excavada la zanja, si el fondo resulta ser impermeable (como en suelos arcillosos), el lecho de asiento para los tubos también debe ser impermeable. Este lecho se compacta para lograr una base firme a lo largo de toda la zanja y debe tener una pendiente superior al 0,5% para facilitar el flujo del agua a través del tubo drenante.
c) Colocación del Geotextil:
Después de compactar el lecho de asiento, se coloca el geotextil. Las láminas de geotextil se solapan por al menos 50 cm o se unen mediante costura, soldadura o grapado. La colocación de los materiales granulares drenantes y de los tubos drenantes debe hacerse sin dañar el geotextil. No se debe colocar el geotextil en condiciones de lluvia o cuando la temperatura sea inferior a 2 °C. La superficie sobre la cual se extiende el geotextil debe estar limpia y libre de elementos cortantes o punzantes.
d) Colocación de la Tubería:
Sobre el lecho de asiento y el geotextil (si está presente), se colocan los tubos siguiendo la pendiente y alineación especificadas en el proyecto. Los tubos se conectan entre sí de acuerdo con el tipo de material, por ejemplo, los tubos de plástico se pueden unir mediante soldadura aplicando calor en las uniones.
e) Colocación del Material Drenante:
Si la tubería se ha colocado sobre un lecho impermeable, la zanja se rellena a ambos lados de los tubos con el mismo material impermeable utilizado en el lecho, hasta 5 cm por debajo del nivel más bajo de las perforaciones en los tubos perforados, o hasta la altura especificada en el proyecto para tubos con juntas abiertas. En el caso de tubos porosos, el material impermeable se limita estrictamente al lecho de asiento. A partir de estas alturas, se continúa rellenando con material drenante hasta alcanzar la cota fijada en el proyecto.
Limpieza de las Obras de Drenaje
Para llevar a cabo la limpieza de las obras de drenaje, se siguen estos pasos:
Las obras de drenaje son esenciales para recoger y evacuar el agua que puede llegar a la carretera y sus áreas adyacentes. La conservación de estas estructuras se centra principalmente en su limpieza. La falta de atención en estas labores puede causar daños significativos en la carretera y en las estructuras, ya que el agua es el principal enemigo de estas obras. Por lo tanto, es fundamental enfatizar la importancia de estas tareas.
La limpieza de diversas obras de drenaje (como arquetas, rejillas, tuberías, marcos, etc.) debe realizarse de forma periódica para evitar obstrucciones. Frecuentemente, los arbustos arrastrados por el agua bloquean los canales de drenaje. Una limpieza inadecuada de los márgenes de la carretera facilita la llegada de residuos (especialmente plásticos) a las rejillas y arquetas, lo que dificulta el flujo del agua.
En la salida de una obra de drenaje, es común que se produzca erosión del suelo. Esta erosión se previene mediante el uso de piedras o la colocación de escollera sobre un lecho de hormigón. Por lo tanto, una tarea de conservación importante es revisar el estado de esta escollera o construir una si la obra no la tiene.
Pasos para la limpieza de las obras de drenaje:
- Delimitación del área de trabajo: Usar elementos de seguridad y control de tráfico, como conos y señales.
- Retirada de basura: Eliminar los residuos que obstruyen las conducciones y depositarlos en lugares donde no puedan volver a obstruir las obras de drenaje.
- Retirada de elementos de seguridad: Quitar los elementos de seguridad y control de tráfico una vez finalizada la limpieza.
