Drenaje Californiano 6u5b5c

DRENAJE SUBTERRÁNEO

INTRODUCCION:

El drenaje subterráneo se proyecta con el objetivo de interceptar, conducir y/o desviar los flujos subsuperficiales (subterráneos) que se encuentran en el suelo de fundación de la carretera y/o provenientes de los taludes adyacentes.

CONSIDERACIONES GENERALES: El agua libre es el medio erosionador del material entre los pavimentos y las bases, tanto estabilizadas como granulares y al favorecer la expulsión del material por bombeo a través de juntas y grietas, puede conducir gradualmente a un agrietamiento y posterior falta del aglomerado asfáltico. Por tanto y, como conclusión puede decirse que las acciones dinámicas provocada por las cargas de tráfico producen en las capas saturadas -Descohesión brusca si no hay movimiento del agua entre los poros. -Erosión con arrastre de finos cuando hay posibilidad de movimiento intersticial del agua.

Los efectos perjudiciales del agua en los firmes y en la infraestructura de la carretera pueden evitarse combinando la mayor impermeabilidad posible del pavimento con un adecuado sistema de drenaje subterráneo. La vulnerabilidad de los firmes está referida a las siguientes formas de o con agua: Filtración hacia abajo a través de superficies porosas, grietas, juntas. 

Filtración lateral a través de arcenes, cunetas y desmontes.



Aumento de la humedad por elevación de la capa freática.





Acumulación de agua por capilaridad a partir de las capas inferiores. Condensación de agua en determinadas condiciones atmosféricas.

ELEMENTOS DE DRENAJE SUBTERRÁNEO Se definen a continuación una serie de criterios básicos relativos a los elementos de drenaje subterráneo de más frecuente utilización en obras de carretera. Algunos de ellos son específicos en este tipo de trabajos, mientras que otros son de uso más general; en este último caso se han reflejado los principales aspectos de aplicación dentro del ámbito de este documento.

1. ZANJAS DRENANTES: Son zanjas rellenas de material drenante y aisladas de las aguas superficiales, en el fondo de las cuales generalmente se dispone tubería drenante. El agua afluirá a las zanjas a través de sus paredes laterales, se filtrará por el material de relleno hasta el fondo y escurrirá por este, o por la tubería drenante. También podrá acceder por su parte superior, si el sistema de drenaje subterráneo estuviera concebido para funcionar de esta manera. En caso de que no estuviera bien aislada superficialmente podría penetrar agua de escorrentía, lo que deberá evitarse en todo caso.

UBICACIÓN:

El proyecto deberá definir el trazado y las características geométricas de las zanjas drenantes, que podrán ubicarse bajo cunetas revestidas siempre que se adopten medidas para que no se produzcan filtraciones bajo las mismas. Cuando el trazado en planta de una zanja drenante y de un colector coincidan, este último se situará en general en la parte inferior de la zanja, bajo la tubería drenante. El colector se dejará embebido en una sección de hormigón que sirva a la vez de solera a la tubería drenante. La distancia entre arquetas o pozos de registro no será superior a cincuenta metros (50 m), salvo justificación expresa en contra del proyecto, efectuada teniendo en cuenta las necesidades de limpieza y conservación del sistema.

PRESCRIPCIONES ESPECÍFICAS SOBRE LA ZANJA DRENANTE: a). La colocación de filtros minerales conduce a soluciones muy elaboradas, por lo que en general será preferible el empleo de geotextiles como elementos de separación y filtro. b). Si el fondo de la zanja no estuviera situado en terreno impermeable, se deberá considerar la conveniencia de impermeabilizarlo. Su pendiente longitudinal mínima se determinará en función del material que lo conforme, si bien en todo caso habrá de ser superior a cinco décimas porcentuales (0,5%). c). Cuando se lleve a cabo la impermeabilización artificial del fondo, se recomienda disponer una solera de hormigón con sección transversal en forma de «V» o artesa con pendientes iguales o superiores al cinco por ciento (5%). d). La impermeabilización del fondo también se puede conseguir mediante una capa de espesor suficiente de material tolerable, cuyo cernido por el tamiz 0,080 UNE sea mayor que el treinta y cinco por ciento (# 0,080 mm > 35%) y cuyo contenido de yeso, según NLT 115, sea menor del dos por ciento (2%), o mediante la colocación de lámina impermeable, previo rasanteo y compactación del fondo de la zanja.

DESAGÜE DE LA ZANJA DRENANTE:

Las zanjas drenantes no deberán recibir más caudales que los captados por ellas mismas en los tramos situados entre arquetas o pozos de registro. Una vez en el pozo de registro o arqueta, las aguas se evacuarán a cauce natural, al sistema de drenaje superficial cuando estuviera previsto, o a colectores. Asimismo deberá tenerse en cuenta que las zanjas drenantes constituyen recintos subterráneos de elevada porosidad y permeabilidad, que en caso de fallo del sistema de desagüe, podrían saturarse produciendo Acumulaciones de agua indeseables.

2. PANTALLAS DRENANTES: Las pantallas drenantes, o pantallas drenantes de borde, son zanjas bastante más profundas que anchas —su anchura no suele superar los veinticinco centímetros (25 cm)— , que se disponen normalmente en el borde de capas de firme o explanada, en cuyo interior se dispone un filtro geotextil, un alma drenante y generalmente, un dispositivo colector en la parte inferior. Se distinguen dos tipos de pantallas, dependiendo de cuál sea el alma drenante proyectada: — In situ, en las que suele ser material granular. — Prefabricadas, en las que el alma drenante se elabora en un proceso industrial. Aunque las pantallas drenantes requieren una ocupación de espacio en planta comparativamente menor que otras soluciones que procuran objetivos similares, presentan condicionantes de limpieza y conservación más estrictos. En el proyecto se deberá justificar de manera expresa la adecuación de esta solución a la problemática planteada, así como las características y ubicación de las pantallas drenantes, contemplando de modo expreso sus necesidades de limpieza y conservación, y prescribiendo, salvo justificación en contra, que su parte superior sea impermeable.

PANTALLA DRENANTE

3. FILTROS Y MATERIALES DRENANTES: Los filtros utilizados más frecuentemente son los rellenos localizados de material drenante y los geotextiles. — Rellenos localizados de material drenante. — Geotextiles: Prestando especial atención a las propiedades relacionadas con los fenómenos de punzonamiento y colmatación.

4. TUBERÍA DRENANTE:

La tubería drenante es una tubería perforada, ranurada, etc., que normalmente estará rodeada de un relleno de material drenante o un geotextil, y que colocada convenientemente permite la captación de aguas freáticas o de infiltración. El diámetro interior mínimo de los tubos será de ciento cincuenta milímetros (150mm), salvo justificación en contra del proyecto

5. COLECTORES:

Los colectores son tuberías enterradas conectadas a arquetas o pozos de registro, de los que recogen las aguas provenientes de los elementos de drenaje. No son elementos específicos del drenaje subterráneo de las carreteras, ya que aunque pueden conducir caudales provenientes del mismo, suelen recibir otros provenientes del drenaje superficial que normalmente serán muy superiores En ningún caso se proyectarán colectores perforados, con juntas abiertas, etc., para captar directamente aguas del terreno. Cuando las posibles filtraciones desde el colector, pudieran afectar a materiales susceptibles al agua (suelos tolerables con un contenido de yesos, mayor del dos por ciento (2%), suelos marginales o inadecuados, o rocas que no puedan considerarse estables frente al agua, el proyecto establecerá prescripciones complementarias para garantizar su estanqueidad de manera especial, tales como sellado de juntas, encamisado de tubos, etc.

6. ARQUETAS Y POZOS DE REGISTRO:

El fondo de la arqueta o pozo de registro estará constituido por una solera que garantice su impermeabilidad. Cuando las posibles filtraciones desde los pozos o arquetas puedan afectar a materiales susceptibles al agua (suelos tolerables con un contenido de yesos, mayor del dos por ciento (2%), suelos marginales o inadecuados, o rocas que no pueden considerarse estables frente al agua, la condición de impermeabilidad deberá extenderse a paredes y juntas. Los detalles necesarios para dar pendientes a la solera, construir conexiones hidráulicas, garantizar la visitabilidad, etc., se proyectarán en general mediante elementos específicos de hormigón (hormigones de forma). Las zanjas drenantes normalmente desaguarán su caudal a través de la tubería drenante alojada en su fondo, que se prolongará hasta el paramento interior de arquetas y pozos de registro.

7. LÁMINAS IMPERMEABLES: Para aislar de las aguas ciertas zonas de los rellenos o terrenos naturales, podrán emplearse en general, láminas sintéticas impermeables. En el proyecto se definirán las características físicas, químicas y mecánicas de dichas láminas, las prescripciones que deban observarse durante su transporte, las condiciones de durabilidad, exposición, recepción y almacenamiento, y su modo de colocación, especificando los requisitos que han de cumplir las uniones, solapes y resguardos en sus bordes. Las superficies de apoyo de las láminas impermeables deberán ser regulares, con pendiente hacia los puntos bajos de desagüe, colocándose las zonas de solape de la lámina ubicada aguas arriba, sobre la que se encuentra inmediatamente aguas abajo

8. MANTOS DRENANTES: Son capas drenantes formadas por bloques, bolos, material granular o elementos drenantes prefabricados (generalmente geocompuestos), que se disponen entre un relleno y el terreno natural sobre el que éste se cimenta. Deben recoger y conducir al sistema general de drenaje de las obras, surgencias de agua procedentes del terreno natural y aportes provenientes del propio relleno en su caso. Asimismo tienen por función la interrupción de los procesos de ascensión capilar, al estar constituidos por materiales con huecos de mayor tamaño que los que permiten dicha elevación. El área del manto depende de la de la zona a drenar.

9. DRENES EN ESPINA DE PEZ:

Para la captación de un conjunto localizado de manantiales o surgencias, los mantos drenantes pueden sustituirse por una red, generalmente arborescente o con forma de espina de pez, constituida por zanjas drenantes que confluyen a una principal que funciona como emisario y que, normalmente, alojará tubería drenante y colector en su interior. Los entronques deberán definirse en el proyecto, mediante piezas especiales entre tuberías, transiciones entre zanjas, arquetas, etc.

10. TACONES DRENANTES: En rellenos cuyos espaldones pudieran plantear problemas de estabilidad, puede adosarse al pie un tacón generalmente de escollera, con el doble propósito de actuar como elemento resistente — proporcionándole contención lateral—, y de constituir un elemento de drenaje para recoger el agua procedente del terreno de cimentación, del manto drenante si existiera, e incluso del propio relleno en su caso. Para la construcción de este elemento deberá proyectarse una capa de filtro.En secciones en terraplén cimentadas sobre una ladera natural, o secciones a media ladera, en las que el tacón drenante se disponga en el pie de menor cota, el proyecto deberá analizar específicamente la estabilidad local y global de las obras antes, durante y después de la construcción del tacón.

11. DRENES DE INTERCEPTACIÓN: Al proyectar estos drenes, debe tenerse en cuenta que la construcción del relleno puede alterar la distribución de las zonas de afloramiento de las aguas en el terreno natural bajo el mismo, por la eliminación de zonas permeables superficiales, obstrucción de capas permeables profundas, etc. •Drenes longitudinales de interceptación: Son zanjas drenantes que se disponen longitudinalmente a la carretera o elemento a proteger, aguas arriba de los mismos, con el fin de interceptar flujos de agua hacia éstos. Su profundidad deberá determinarse en el proyecto, en función de las condiciones hidrogeológicas existentes (véase figura 8). Cuando el flujo a captar se encuentre a mayor profundidad que la alcanzable por una zanja drenante convencional, pueden llegar a construirse con maquinaria similar a la empleada para la ejecución de muros pantalla de hormigón, rellenándose generalmente con material granular.

12. CONTRAFUERTES DRENANTES: Los contrafuertes drenantes son un sistema mixto de drenaje y refuerzo de aplicación en taludes de desmonte o espaldones de rellenos, que consta de zanjas drenantes orientadas según líneas de máxima pendiente de los mismos, que además actúan como contrafuertes. Entre dichas zanjas y a diferentes alturas, pueden proyectarse, transversalmente a las primeras, otras de menor o igual profundidad (contrafuertes secundarios) que desagüen a las anteriores, contribuyendo además al refuerzo del paramento en cuestión. Los contrafuertes se proyectarán con profundidad sensiblemente constante, o variable, en función de las características del terreno y de la importancia relativa de las funciones, de drenaje y refuerzo respectivamente, buscadas en cada aplicación particular

EJEMPLOS DE CONTRAFUERTES DRENANTES DE PROFUNDIDAD APROXIMADAMENTE CONSTANTE O VARIABLE

Aspectos relativos a la función drenante:  El fondo del contrafuerte debe tener una pendiente uniforme  Para evitar la colmatación de los elementos drenantes, si el refuerzo y el terreno natural no cumplen las condiciones granulométricas habrá de disponerse un filtro granular o geotextil  El proyecto incluirá medidas para evitar, en lo posible, la afluencia de aguas de escorrentía hacia los contrafuertes drenantes, disponiendo los elementos de drenaje superficial que sean necesarios, como cunetas de pie, de guarda, bajantes, etc.

13. DRENES CALIFORNIANOS: 



Los drenes californianos son perforaciones de pequeño diámetro y gran longitud ,efectuadas en el interior del terreno natural o de rellenos, dentro de las cuáles se colocan generalmente tubos, que en la mayoría de los casos, serán ranurados o perforados. El objetivo principal de un tratamiento mediante drenes californianos es el de reducir las presiones intersticiales de una zona determinada, agotar una bolsa de agua o rebajar el nivel freático.

Ubicación: 



se determinará en función de la naturaleza de los terrenos atravesados, para lo que deberán tenerse en cuenta sus condiciones hidrogeológicas. La posición y longitud del dren se definirá de forma que se atraviesen las posibles superficies de inestabilidad, discontinuidades, zonas diaclasadas, planos de fractura, mantos o capas permeables o bolsas de agua —en suma, superficies o volúmenes que contengan el agua a drenar

Perforación: 



La inclinación de la perforación, descendente hacia el talud, será como mínimo del tres por ciento (3%). No deberán emplearse lodos tixotrópicos durante la perforación. Cuando sea necesario contener las paredes por atravesar tramos de falla, terrenos inestables, etc., se deberá emplear entubación provisional para estabilizar las paredes del taladro hasta la instalación del tubo definitivo.

Tubos:  los drenes californianos se proyectarán con tubos en su interior, metálicos o de materiales plásticos, perforados o ranurados, con diámetro interior mínimo de cinco centímetros (5 cm).  En cuanto a la elección del material de los tubos para drenes californianos, se tendrán en cuenta los movimientos esperables en el terreno, medidos transversalmente a su eje.

Aguas captadas: 

El agua procedente de los drenes californianos deberá canalizarse adecuadamente, de manera que no afecte a los taludes o superficies por las que escurran las aguas captadas, proyectando en caso necesario tubos o bajantes conectadas a cunetas u otros elementos del drenaje superficial.

14. POZOS: 



Los pozos son perforaciones verticales, revestidas o no, proyectadas para rebajar el nivel freático en sus inmediaciones, bien mediante desagüe por gravedad, bien mediante bombeo. Los pozos de drenaje deben disponerse de forma que se interpongan en el flujo de agua hacia el elemento a proteger. La profundidad, separación, diámetro y caudal en los mismos dependerá de las características hidrogeológicas de la zona a drenar, debiendo efectuarse siempre que sea posible, ensayos de campo previos.

Revestimiento: 

En el caso más general, los pozos se revestirán con tubos perforados o ranurados, rellenando el espacio anular exterior con material granular drenante.

Desagüe: 



Los pozos pueden comunicarse entre sí mediante perforaciones o galerías ejecutadas desde la superficie del terreno o desde otros pozos, con el fin de que dispongan de drenaje por gravedad o de centralizar el sistema de bombeo. En las inmediaciones de los pozos equipados con sistemas de bombeo o auscultación que lo requieran, se dispondrán armarios o casetas para albergar los equipos y sistemas auxiliares.

GALERÍAS DE DRENAJE: 



Son galerías generalmente subhorizontales, excavadas en el terreno natural y dotado de dispositivos de captación y evacuación de aguas subterráneas Las galerías se proyectarán para favorecer la estabilización de desmontes y laderas naturales, procurando la interceptación de las aguas subterráneas, el rebajamiento de los niveles freáticos .

16. TRABAJOS GEOTÉCNICOS ESPECÍFICOS: Entre estos trabajos pueden citarse:  Pantallas verticales de impermeabilización de bentonita‐cemento, hormigón u otros materiales, que aislan una zona de los flujos de agua subterránea.  Técnicas de mejora del terreno, que habitualmente procuran el aumento de la capacidad de soporte, la consolidación de los suelos, la corrección de asientos

 Técnicas de rebajamiento de niveles freáticos, tales como achiques, lanzas de drenaje con vacío interior  Otras técnicas de mejora del terreno que en su aplicación suponen un cambio de los flujos de agua o de las condiciones de permeabilidad, como la electroósmosis, la congelación artificial de suelos

OTROS ELEMENTOS O SISTEMAS DE DRENAJE SUBTERRÁNEO: En todo caso el proyecto deberá analizar los siguientes aspectos:  Justificación expresa de la necesidad y adecuación del elemento o sistema propuesto a la problemática planteada.  Cálculos hidráulicos, mecánicos y cuantos otros pudieran ser necesarios, para garantizar el correcto funcionamiento del elemento o sistema.  Situación, trazado y puntos de conexión, entronque, desagüe y cambio de dirección en su caso.





Características de permeabilidad o estanqueidad en su caso, tanto de los elementos como de sus puntos de conexión, entronque, desagüe y cambio de dirección. Estabilidad y durabilidad de los materiales, elementos o sistemas de drenaje.

CRITERIOS DE DISEÑO: Factores topográficos: Dentro de este grupo se engloban circunstancias de tipo físico, tales como la ubicación de la carretera respecto del terreno natural contiguo, en desmonte, terraplén o media ladera, la tipología del relieve existente,

Factores hidrológicos: Hacen referencia al área de la cuenca de recepción y aporte de aguas superficiales que afecta directamente a la carretera, así como a la presencia, nivel y caudal de las aguas subterráneas que puedan infiltrarse en las capas inferiores del firme.

Factores geotécnicos: La naturaleza y características de los suelos existentes en la zona condicionada la facilidad con la que el agua puede llegar a la vía desde su punto de origen,

a) Caudal de diseño:  Se debe considerar en primer lugar la distancia de inicio y descarga de los subdrenes.  Los posibles caudales de aporte, que conforman el caudal total son:  - El caudal generado por la infiltración de las aguas provenientes de precipitaciones pluviales y de sectores con régimen de riego permanente que discurren sobre el talud superior adyacente a la carretera.  - El caudal generado por el abatimiento del nivel de agua subterránea, en lugares donde el nivel freático alcance una altura tal, que supere el nivel de subrasante afectando la estructura del pavimento.

La traducción de la expresión enunciada a los casos prácticos es la siguiente: (QA + Q D ) ³ (QS + Q T )  Si las capas de terraplén no son muy permeables y no hay grandes filtraciones laterales: Q D ³ C · QS 

  

 

• •

siendo C un coeficiente de seguridad. Cumpliendo la ecuación anterior de manera que los caudales de entrada sean siempre inferiores a los de salida en un 20%, Es necesario también, limitar el tiempo que el agua permanece en el firme. El caudal de filtración que puede entrar en una sección estructural viene determinada por el menor de estos dos factores: Máxima aportación posible por lluvia o causa análoga. Máxima filtración compatible con la permeabilidad efectiva del pavimento.



   

     

Es necesario fijar la permeabilidad requerida para la capa drenante subhorizontal (con pendiente baja) a partir de los siguientes condicionantes: *Caudal de filtración *Sección transversal *Gradiente hidráulico El valor de la permeabilidad requerida es el parámetro a considerar para la elección del material drenante, siendo los condicionantes: *Características mineralógicas *Granulometría *Forma *Grado de compactación Las capas drenantes deben protegerse frente a la colmatación mediante el empleo de geotextiles. Las zanjas laterales se dimensionarán por medio de la Ley de Darcy, de manera análoga a la de las capas subhorizontales, siendo el gradiente hidráulico igual a la unidad.

 



• 

c) Determinación del tipo de geotextil filtrante: El filtro evita una excesiva migración de partículas de suelo, cumpliendo simultáneamente con un valor mínimo isible de permeabilidad que permita el paso del flujo de una manera eficiente. Para llegar a la selección del geotextil no sólo hay que tener en cuenta lo anterior, sino además, la resistencia a la colmatación, supervivencia y durabilidad, todos estos criterios se explican brevemente a continuación: Criterio de retención: De acuerdo con lo establecido en “Geotexiles Engineering Manual” de la Federal Highway istration (FHWA) y basados en el criterio de retención de Chistopher y Holz (1989), Carroll (1983), un geotextil debe cumplir con la siguiente condición:

 

TAA < D85 * B

• Para arenas, arenas gravosas, arenas limosas y arenas arcillosas (con menos de 50% que pasa el tamiz Nº 200) B es función del coeficiente de uniformidad Cu, de la siguiente manera.:  Cu ≤ 2 ó ≥8: Usar B=1  2 ≤ Cu ≤ 4: Usar B=0.5*Cu  4 < Cu < 8: Usar B=8/Cu  Donde Cu = D60 / D10 

    

• En suelos arenosos mal graduados usar B entre 1.5 y 2 • Para suelos finos, (más de 50% pasa el tamiz Nº 200) B es función del tipo de geotextil. Para geotextiles no tejidos punzonados por agujas use B = 3. La AASHTO Task Force No 25 (1986), recomienda que

•

Criterio de permeabilidad  El coeficiente de permeabilidad es la propiedad hidráulica por medio de la cual, el geotextil permite un adecuado paso de flujo perpendicular al plano del mismo; para revisar la permeabilidad del geotextil se debe tener en cuenta lo siguiente: 

  

Para condiciones de flujo crítico, altos gradientes hidráulicos y buscando un correcto desempeño a largo plazo reduciendo los riesgos de colmatación se recomienda usar el criterio de Carroll (1983); Chistopher y Holtz (1985): Kg ≥ 10 * Ks Para aplicaciones no críticas: Kg ≥ Ks

•

Criterio de colmatación:  Este criterio considera la posibilidad de obstrucción de sus vacíos debido a incrustaciones de partículas del suelo. Por lo tanto, el geotextil debe tener un porcentaje mínimo de espacios vacíos.  Los geotextiles con una mayor resistencia a la colmatación, son los geotextiles no tejidos punzonados por agujas, debido al espesor que poseen y a los altos valores de porosidad que presentan. De acuerdo con el criterio de Chistopher y Holtz, 1985; R. Koemer, 1990, los geotextiles usados como medios filtrantes deben tener una porosidad > 50%.

•

Criterio de supervivencia:  El geotextil en el proceso de instalación y a lo largo de su vida útil puede estar sometido a esfuerzos, los cuales deben ser soportados por el mismo, de tal manera que no afecte drásticamente sus propiedades hidráulicas y físicas. Los requerimientos de supervivencia se establecerán según las Especificaciones Técnicas  Generales para construcción de Carreteras (EG-2000); los cuales se muestran a continuación:

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Criterio de durabilidad:  Los geotextiles por ser un material fabricado de polipropileno, no son biodegradables, son altamente resistentes al ataque químico.  No se recomienda el uso de los geotextiles como filtros en lugares donde queden expuestos a rayos ultravioleta por un tiempo prolongado. Donde por razones de instalación y funcionamiento los geotextiles estén expuestos al ataque de los rayos ultravioleta, estos deberán estar fabricados por compuestos, que les proporcionen una alta resistencia a la degradación UV.



METODOLOGÍA DE CÁLCULO:

La ley de Darcy se aplica para movimientos no turbulentos.

Q = k · i · A = Vd · A Donde:  Q: Caudal (m3 / sg)  k: Permeabilidad del medio poroso (m / sg)  i: Gradiente hidráulico  A: Área de la sección de drenaje (m2)  Vd : Velocidad de descarga (m/sg)

La ausencia de saturación en las capas de la carretera es equivalente a la siguiente inecuación:

Donde: QE : Caudal de evaporación Q L: Caudal de salidas laterales . QA : Caudal de salida por filtración hacia abajo Q G: Caudal de salida por grietas y juntas

Q D : Caudal eliminado por drenaje  QS: Caudal de entrada por filtración superficial  Q C: Caudal aportado por capilaridad  Q T: Caudal transferido por las zonas laterales o profundas  Q H: Caudal aportado por hidrogénesis La traducción de la expresión enunciada a los casos prácticos es la siguiente: (QA + Q D ) ³ (QS + Q T ) Si las capas de terraplén no son muy permeables y no hay grandes filtraciones laterales: Q D ³ C · QS 

DIMENSIONAMIENTO DEL DRENAJE SUBTERRÁNEO. • Caudal de filtración: Las posibles aportaciones al drenaje subterráneo son los sumandos para el cálculo del caudal de filtración (QS en la expresión definida anteriormente). • Caudal a desaguar: Se define a partir de los siguientes parámetros:  * Espesor de la capa drenante: 30 cm.  * Gradiente hidráulico  * Permeabilidad

de Calculo: Q D ³ Q = kc • i • A  Se define la transmisibilidad como (QD / i). A partir del gráfico adjunto, se define, en función de este último parámetro, la permeabilidad necesaria para que sea posible el desagüe del caudal de filtración que se haya obtenido.

Las características del material granular  No contendrá finos o la proporción de éstos será escasa  (D2 > 2,5 mm)  Cierta homogeneidad  Máxima uniformidad, esto es: D85 < 4 · D15

la elección del tipo de material a la consideración de los siguientes valores:

D15 (mm)

Coeficiente de permeabilidad (cm/sg) Con árido redondeado

Con árido machacado

2,5

1,1

0,9

3,7

2,4

1,7

5,0

3,5

2,8

7,5

7,0

5,2



La permeabilidad del material drenante presentará valores aceptables si se verifican las siguientes limitaciones:

% Cernido ponderal acumulado Tamiz UNE Tipo I

Tipo II

Tipo III

50

100

100

100

25

100 a 90

100 a 90

100 a 85

10

80 a 50

90 a 80

95 a 80

5

30 a 10

70 a 30

70 a 40

2

10 a 5

25 a 10

40 a 10

0,40

10 a 5

10 a 5

10 a 5

0,080

5a0

5a0

5a0

siendo:

Material drenante

D15 (mm)

D85 (mm)

Tipo I

4,0

15,0

Tipo II

2,5

9,0

Tipo III

1,5

6,0

El tiempo necesario para drenar el 50% del agua que colmata los poros de la capa filtrante, está dado por la siguiente fórmula: t = (Ne · D2) / (2 · K · Ho) t

: tiempo necesario para drenar el 50 % del agua

Ne : porosidad efectiva D : ancho del firme K : permeabilidad de la capa drenante Ho = H + S · D H : espesor de la capa drenante S : pendiente transversal

d) Dimensionamiento del drenaje subterráneo: • Caudal de filtración: Las posibles aportaciones al drenaje subterráneo son los sumandos para el cálculo del caudal de filtración. • Caudal a desaguar: Se define a partir de los siguientes parámetros:  - El espesor de la capa drenante: 30 cm.  - Gradiente hidraulico.  - Permeabilidad  En este caso, el valor a determinar es la permeabilidad requerida. Por tanto, y conforme a los criterios establecidos en la Metodologia de Calculo:  Q D ³ Q = kc · i · A  Se define la transmisibilidad como (QD / i). 

•Capa drenante bajo el firme:  La permeabilidad requerida corresponderá a capas cuya granulometríavendrá dada por el siguiente gráfico (ver gráfico)  Por otra parte, las características exigibles a la granulometría del material empleado son las siguientes:  -

Las características del material granular No contendrá finos o la proporción de estos será escasa (D2 > 2,5mm) Cierta homogeneidad Máxima uniformidad, esto es: D85 < 4. D15 Si bien es necesario realizar ensayos complementarios de permeabilidad del material, una vez colocado este en obra( por ser este parámetro función de los granos), respondiendo finalmente la elección del tipo de material a la consideración de los sgts. Valores:

Coeficiente de permeabilidad (cm/sg)

D15 (mm)

Con árido redondeado

Con árido machacado

2,5

1,1

0,9

3,7

2,4

1,7

5,0

3,5

2,8

7,5

7,0

5,2

10,0

10,5

7,7

15,0

20,0

14,0

20,0

31,5

21,0

25,0

42,0

28,0

30,0

62,5

35,0

La permeabilidad del material drenante presentará valores aceptables si se verifican las siguientes limitaciones: Tamiz UNE

% Cernido ponderal acumulado Tipo I

Tipo II

Tipo III

50

100

100

100

25

100 a 90

100 a 90

100 a 85

10

80 a 50

90 a 80

95 a 80

5

30 a 10

70 a 30

70 a 40

2

10 a 5

25 a 10

40 a 10

0,40

10 a 5

10 a 5

10 a 5

0,080

5a0

5a0

5a0

siendo: Material drenante

D15 (mm)

D85 (mm)

Tipo I

4,0

15,0

Tipo II

2,5

9,0

Tipo III

1,5

6,0

El tiempo necesario para drenar el 50% del agua que colmata los poros de la capa filtrante, está dado por la siguiente fórmula: t = (Ne · D2) / (2 · K · Ho) El caudal de cálculo para la zanja drenante se obtiene por medio de la expresión: Q =Q · 1,20 zanja

filtración

La permeabilidad necesaria para el material de la zanja se obtiene a partir de la Fórmula de Darcy: Qzanja = knecesaria · i · A Siendo i: Pendiente longitudinal de la zanja en % A: Area drenante de la zanja

 



d) Tasa de Flujo: Se debe revisar la cantidad de flujo volumétrico que puede pasar por unidad de área (tasa de flujo) en el plano normal al geotextil (permitividad K/t, donde K es la permeabilidad y t es el espesor del geotextil), frente a la cantidad de flujo volumétrico a evacuar por metro cuadrado. Para lo cual se realiza el siguiente procedimiento. Teniendo el caudal que se requiere pasar por el filtro por cada metro cuadrado, se calcula la permitividad requerida del geotextil. Haciendo uso de la ecuación de Darcy.

q=K*i*A  q = K * (∆h / t) * A  K / t = q /(∆h * A) 

 

e) Drenes de penetración: Un dren horizontal o subdren de penetración consiste en una tubería perforada colocada a través de una masa de suelo, mediante una perforación profunda subhorizontal (ligeramente inclinada), con la cual se busca abatir el nivel freático hasta un nivel que incremente la estabilidad del talud

  

La principal ventaja de los drenes horizontales es que son rápidos y simples de instalar logrando incrementar el factor de seguridad del talud en muy poco tiempo. El diámetro de las perforaciones es de aproximadamente 3 a 4pulgadas dentro de las cuales se colocan tuberías perforadas. Los tubos utilizados son metálicos, de polietileno o PVC, generalmente en diámetros 2” ó 3”, aunque en ocasiones se emplea otro tipo de diámetro. La tubería se puede perforar con agujeros circulares en sentido transversal. Los orificios de la tubería se hacen generalmente, en diámetros de 5 a 1.5 milímetros con una densidad de 15 a 30 agujeros por metro de tubería.

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Criterios de diseño de subdrenes de penetración:  Para la ubicación de los drenes se recomienda hacer previamente un estudio geotécnico para determinar las características del régimen de aguas subterráneas.  Es importante la ubicación de piezómetros abiertos de control que permitan medir el abatimiento del nivel de agua y dar información al especialista sobre la necesidad o no de colocar más subdrenes. Debe estudiarse minuciosamente el efecto de construir pocos drenes profundos, a la alternativa generalmente, menos costosa y en ocasiones más efectiva desde el punto de vista de estabilidad del talud, de colocar una densidad mayor de drenes poco profundos.

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