DRENAJE VIAL Franchesqui - Desconocido

No. 43-40-0000-00 Go36 FW~ACIONJUAN.JOSE AGUERREVERE FONDO EDITORIAL DEL COLEGIO ,DE' INGENIEROS DE VENEZUELA. PRESE

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No.

43-40-0000-00

Go36

FW~ACIONJUAN.JOSE AGUERREVERE

FONDO EDITORIAL DEL COLEGIO ,DE' INGENIEROS DE VENEZUELA. PRESENTE.

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Cumplo en'di.rigirme a ustedes.a f i n de participarles que.el. Minjsterio de Transporte yLComunicaciones ha resugl to, por mi intennedio, ceder a esa. Fund.a,cibn, 10s. originales del..'libro Drefiaje Yia'l,. para que hl 'Col egfo .de.J.ngenieros de Venezuela, a traves .de l a ~iindaci6nJyan .Jose Aguerrevere. :~o;ld.o Editorial del Colegio -de Ingenieros de Venezuela,. publL 'que esta':qbr$.de interes profeslonal ,y asuma, en consecoeyia, tpdos, 10s d e rechos y . - r ~ s p ~ n . q a ~ i , l i d aque d e sl e correiponddir

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Atentamente,.

El constante crecimiento que han experimentado 10s sistemas de vialidad terrestre, unido a la aparicion de nuevas metodologias y criterios para el proyecto de las obras de drenaje vial, hizo necesario revisar el Manual de Drenaje, publicado hace m i s de diez aiios por el desaparecido Ministerio de Obras Ptiblicas. Cuando el Ministerio de Tra.nsporte y Comunicaciones decidid proceder a revisar, complementar y actualizar el mencionado manual, se propuso orientarlo hacia un campo m j s didjctico, para contar con un libro que pudiese, inclusive, llegar a servir como texto para la capacitaci6n profesional especializada, y que a1 mismo tiempo, reuniese la experiencia acumulada en el pais en una especialidad, donde tanto se ha realizado. E n este libro se ha tratado de preservar lo que ha demostrado ser de utilidad en el manual que lo precedi6; se h a buscado actualizar, a la luz de la experiencia de mAs de diez aiios, ciertos criterios de proyecto de drenaje; y, se han desarrollado algunos temas que 9610 se mencionaban de paso en la publicaci6n original. Dificil tarea resultaba limitar el alcance del libro en temas tan amplios y multidisciplinarios como son 10s de proyectos de subdrenajes y de puentes; por ello, se opt6 por incluir solamente 10s aspectos hidriiulicos dominantes, asi como tambi6n 10s conceptos fundarnentales en forma resumida. No se incluyen 10s temas tan especializados, como podrian ser el diseiio de presas de tierra o diques marginales, aunque no por esto se deba concluir que no puedan formar parte de algunos sistemas muy especiales de drenaje vial. La actualizaci6n de la informaci6n pluviometrica permiti6 ampliar la base de sustentation para la divisi6n del pais en regiones que facilitan la tarea del ingeniero que se ocupa del proyecto de obras comunes de drenaje vial. La consideraci6n de temas como son 10s de producci6n de sedimentos, 10s requerimientos de las capas para el drenaje de las aguas

capacidad hidrbulica de las vias pavimentadas, cle 10s canales adyacentes a ellas y de las entradas que como sumideros son partes usuales del sistema de drenaje longitudinal. El material de apoyo que complements este capitulo se encuentra en 10s apkndices 2 y 4 relativos a 10s coeficientes de rugosidad de Manning y a1 proyecto de canales abiertos excavados en material erosionable; este material tambiCn es de utilidad para 10s cblculos de puentes, de planicies inundables y de descarga de alcantarillas. Por ser comdn a t a n diferentes aspectos se ha reunido en 10s dos aphndices citados.

ales y el control de la erosi6n en las vias riberefias, es nentaci6n necesaria no s61o por ser de actualidad, sino ;ez de material de referencia que liaya sido analizado diciones locales. e ha dividido en ocho capitulos. P a r a mayor comodidad,

le importancia que por su volumen, o por sus numerosos icultaria el uso del texto, se h a recopilado en seis ap6nrimeros capitulos contienen 10s conceptos fundamentales 1ficaci6n de 10s proyectos de drenaje vial *. Un concepto, iovedoso, es la diferenciaci61-1entre la funci6n bbsica del I es preservar la integridad fisica de la via y la funci6n ementa : garantizar el libre desenvolvimiento del trbfico 1 concepto apoya con sobradas razones la apropiada se; periodos de retorno. El Capitulo 2 precisa el alcance y i6n de las diferentes fases de planificacibn del sistema. criterios de proyecto Y establece 10s reauerimientos miormacibn, asi como las pautas para la coordinaci6n con las disciplinas profesionales que conforman el equipo r a llevar a cabo lo que ha dado en denominarse proyecto

3 s e ha dedicado a la hidrologia. Mantiene cierto espi-

I

1

La vida 6til de muchos sistemas viales depende en buena parte del sistema de subdrenajes, que si bien s e asocian mayormente con el diseiio de mezclas de pavimentos o con el dimensionamiento de terraplenes, contienen, por su misma condici6n,- el elemento hidriiulico. E n el Capitulo 6 se exponen 10s criterios de proyecto y 10s procedimientos para determinar 10s gastos de entrada y de salida, combinando lo empirico con lo tebrico y proponiendo ciertas tCcnicas cuya comprobacidn requiere de experimentaci6n y experiencia locales.

\

1

o a1 mezclar las aplicaciones eminentemente prbcticas

in conceptual entre precipitaci6n y escorrentia. Las meescritas se han adaptado a las circunstancias m6s drenaje vial. Las curvas de intensidad-frecuencia-duradas en el Apendice 1 sirven de material de apoyo o aci6n bAsica, para la aplicaci6n de la mayoria de las hidrol6gicas descritas. 4 contiene la explicaci6n de 10s procedimientos para e drenaje transversal, comenzando con una sintesis de hidrbulicos, que permiten una comprensi6n mejor del to hidrbulico de las alcantarillas; per0 10s grbficos y 1 cblculo de las mismas se presentan en el ApCndice 3. ?n este capitulo 10s procedimientos para el cblculo de !e energia, asi .como algunos ejemplos ilustrativos de

El Capitulo 7 resume algunos conceptos de hidrbulica fluvial antes de pasar a exponer 10s procedimientos para calcular el transporte de sedimentos y aquello que para la vialidad riberefia es de suma importancia : la delimitaci6n de las planicies inundables. Apoy6ndose en experiencias locales y extranjeras se emiten ciertas recomendaciones con relaci6n a la ubicaci6n de vias en 10s valles fluviales y a1 emplazamiento de 10s puentes. Los procedimientos para el cilculo hidrbulico de puentes y estructuras similares, se resumen en este capitulo, abundando en ,los detalles grhficos y ejemplos de chlculo de remanso en el ApCndice 5. Los procedimientos para el czilculo de socavaci6n general y localizada que se han incluido son 10s que para el momento s e consideran m6s apropiados a las condiciones tkcnicas y de disponibilidad de informaci6n del pais.

I

ntral del Capitulo 5 es el de la hidr6ulica del drenaje Se explican alli 10s procedimientos para determinar la y procedimientos descritos en el resto de la obra deben aplicarse

las definiciones y principios establecidos en esta parte del libro.

4

E n el Capitulo 8 se presentan, en primer lugar, algunas relaciones empiricas que son utilizadas para cuantificar el aporte de sedimentos en otros paises, donde se llevan a cabo investigaciones de esa indole. Su validez no ha sido comprobada en condiciones tropicales de precipitaci6n y escurrimiento, per0 pueden ser titiles como aproximaci6n. E n este capitulo se proponen una serie de metodos de control de erosi6n, pues la vida 6til de un sistema de drenaje depende, en gran parte, de la garantia contra obstrucciones generalmente producidas por cargas inusitadas de sedimentos.

A

El libro cuyo contenido fue descrito en 10s pbrrafos precedentes

ha sido el resultado del esfuerzo de un grupo de profesionales que

illterviilieron en su preparaci6n, redacci6n y revisi6n. JosC Ignacio Sanabria redact6 las bases de varios de 10s capitulos; colabor6 extensamente en 10s capitulos 4, 6 y 7, y es el autor de las explicaciones de 10s procedimientos propuestos para el c6lculo de puentes y para el chlculo de alcantarillas, recopiladas en 10s apendices 3 y 5. Juan Jose Bolinaga contribuy6 mayormente en la estructuraci6n global de la obra; a 61 se debe la revisi6n thcnica detallada, asi como tambien la discusi6n de las bases conceptuales clel drenaje vial y de la hidrologia. A fin de actualizar y racionalizar las curvas de intensidad-frecuencia-duraci6n de la precipitaci6n, Leopoldo Ayala U. y Francisco Mendoza se esforzaron por realizar una regionalizaci6n del pais que compatibilizara la informaci6n dispoilible con las necesidacles de 10s estudios de drenaje vial. El resultado de todo ello ha sido un trabajo todavia inhdito que sirvi6 para que prepararan el Aphndice 1; se cont6 tambien con la asesoria de Mario Mengual, Orlando Russo,, Alfredo Calzadilla y .Juan Sansnez. Su valiosa contribuci6n se refleja en las mejoras que sufrieron 10s primeros borradores a travCs de las recomendaciones surgidas despuCs de un cuidadoso estudio. Menci6n muy especial merece la tarea de revisi6n realizada por Vladimir Padilla, quien, a nombre del Ministerio de Transporte y Comunicaciones colabor6 constantemente durante la preparaci6n de la obra. E s de reconocer la colaboraci6n prestada por 10s funcionarios del Ministerio de Transporte y Comunicaciones y en especial a Elda de Duque; la del Ministerio del Ambiente y de 10s Recursos Naturales Renovables; la del Instituto Nacional de Obras Sanitarias que autoriz6 la reproducci6n de algunos grAficos y tablas originales de un trabajo anterior y la excelente labor de dibujo realizada por Gonzalo Rodriguez B. A todas las ref eridas personas e instituciones mi m6s sincero agradecimiento, en especial a1 Ministerio de Transporte y Comunicaciones que tuvo a bien encomendarme esta tarea a trav6s de 10s ingenieros Gustavo Corredor, Alfonso Angrisano y Jorge Trak. Caracas, agosto de 1981.

CONCEPT0 DE DRENAJE VIAL

La recolecci6n, encauzamiento y disposici6n de las aguas pluviales, tanto superficiales como subterrjneas, es esencial para garantizar la estabilidad e integridad cle una via de comunicaci6n. De alli que esa garantia sea el objetivo fundamental de cualquier sistema de drenaje vial. Sin embargo, a1 cumplir con ese ,objetivo, no debe descuidarse la raz6n complementaria clel sistema: facilitar el transit0 de vehiculos. Este primer capitulo contiene un conjunto de definiciones y conceptos que conforman como un marco de referencia dentro del cual debe proyectarse y construirse un sistema de drenaje vial.

Se entender6 por sistema de drenaje vial a1 conjunto de obras que, destinadas a evitar 10s daiios que las aguas pluviales, superficiales o subterrhneas puedan causar a la via de comunicaci6n, estCn tambikn orientadas a reducir 10s inconvenientes que esas aguas puedan ocasionar a la circulaci6n de vehiculos. En primer lugar, conviene establecer una clasificaci6n de las vias de comunicaci6n a las cuales hace referencia este libro. Hay muchas maneras de clasificarlas: seg6n la divisi6n de las corrientes de trjnsito, seg6n la regulaci6n de 10s accesos y seglin la designaci6n oficial. En lineas generales y teniendo en cuenta el prop6sito de este libro, se considera apropiado clasificarlas en: -Las vim expreses, tales como autopistas y otras vias con una divisoria central, o con pistas separadas por una extensa franja de terreno natural; son las de mayor importancia. -Las carreteras pavimentadas no divididas, que se agrupan en dos tipos: las de dos canales de trfrnsito y las de mas de un canal por sentido de circulaci6n. -Los caminos, son carreteras no pavimentadas, generalmente de penetracihn, para el servicio de poblados y caserios en la zona rural. -Las vim f &reas.

1.1 OBJETIVOS. LOSobjctiiro~de un sistema de drenaje vial son dos:

uno de ellos, blisico; el otro, coinplemcntario. Todas Ins actividacles relacionilclas coil el sistema deberhn estar encaminadas hacia esos dos fines. Objetivo bcisico: Preservar la unidad e integridad estructural

de la via. Objetivo complementario: Garantizar el transito de vehiculos.

Estos clos objetivos no poclrin en ningun caso ser alcanzados en detriment0 del objetivo primario de cualquier sistema de drenajes: evitar daiios a las propiedacles y a las personas. 1.2 FUNCIONES. De acuerclo con 10s objetivos seiialados, un sistema de drenaje vial debe cumplir clos funciones: una bcisica y otra complementaria.

U11 sistema de drenaje vial estb constituido, como antes se mencion6, por un conjunto de obras, uila parte de las cuales e s t i dirigida a proteger la integridad de la via, es decir, cumplir una funci6n basica; y otra parte, a garantizar el 5gil clesenvolvimiento del trhnsit0 de vehiculos, o sea, a ejercer una funci6n complementaria. E n la prictica, el que una obra especifica desempeiie una u otra funcibn, es importante en la selecci6n de su gasto de proyecto y un limite aceptable de inundaci6n, admitiendo para la determinaci6n de ambos un mayor o menor grado de riesgo, tal como se vera mbs adelante a1 tratar el tema de grados de proteccibn. 1.3 COI\tPONENl'PS. Las obras de drenaje vial que conforman el sistema de recolecci6n, conducci6n y disposici6n de las aguas superficiales y subterrhneas se clasifican en tres tipos:

Obras de drenaje transversal, Obras de drenaje longitudinal, Obras de subdrenaje. Se define como drenaje transversal el conjunto de obras que encauzan las aguas para atravesar la via de comunicaci6n y que la descargan en 10s cursos de agua que Csta cruza. Las alcantarillas y 10s puentes son las obras de drenaje transversal m i s representativas. A1 permitir que las aguas cuyo escurrimiento natural ha sido interferido por la via atraviesen Csta sin producir socavaciones ni erosionar 10s terraplenes, esthn cumpliendo fundamentalmente la funci6n basica; sin embargo, cumplen tambidn una funci6n complementaria,

a1 impedir que las aguas exceclnn anos limites de inundaci6n aceptables para garantizar el trgnsito de vehic~~los. El drenaje longitudinal, como su nombre lo inclica, comprende todas aquellas obras que en. direction paralela a la via van recogiendo el escurrimiento superficial proveniente de ella, de sus talucles y de 10s terrenos adyacentes. Las torrenteras, cunetas y canales, canales de coronamiento y zanjas interceptoras son obras tipicas de drenaje longitudinal. Como tales, cumplen primordialmente, con la funci6n complementaria a1 concentrar el escurrimiento de las aguas sin reducir excesivame~ltela capacidacl de transporte de la via. Tambikn, aunque en menor grado, cumplen con la funci6n bbsica clel sistema de drenaje vial, a1 impedir que las aguas se clesborden sobre 10s cortes y 10s terraplenes produciendo chrcavas que por erosi6n regresiva pueclen poner en peligro In via. Aclemhs, un buen drenaje longitudinal prolonga la vicla 6til cle una via bien mantenicla, si con ello se logra reducir infiltraciones, que inclucen a1 rbpido deterioro cle 10s pavimentos. El subdrenaje corresponde a las obras que recogen, conclucen y descargan fuera de la via tanto las aguas subterraneas como aquellas infiltradas a travCs de 10s poros y grietas del pavimento y de las juntas de construcci6n. Esas obrss cumplen primordialmente una furci6n bhsica y su inexistencia o incapacidad se traduce a menudo en un increment0 en labores de mantenimiento. Por otra ~ a r t e el , subdrenaje cumple tambiCn la funci6n complementaria, pues ayuda a mantener secos 10s pavimentos, garantizando mayor seguridad a1 transito vehicular. B. GRAD0 Dl3 PROTECCION 1.4 CONCEPTOS B~SICOS. El grado de protecci6n de una via esth relacionado con el riesgo de que ella sea destruida en un period0 de tiempo determinado, o de que el trdnsito de vehiculos sea seriamente perturbado. Si se pretendiera construir una via indestructible bajo cualquier circunstancia hidrometeorol6gica y que, a1 mismo tiempo, el trhnsito de vehiculos jamjs fuese seriamente obstaculizado, se necesitaria diseiiar todos 10s componentes del sistema de drenaje vial, independientemente de la funci6n que cumplan, para evacuar y disponer s i n ningiin tip0 de perjuicios- las aguas provenientes del evento de escorrentia mhximo que fisicamente pudiese ocurrir. Es 16gico pensar que ese criterio de brindar protecci6n total, es decir, no aceptar ningiin riesgo, implica construir unos drenajes de magnitudes desproporcionadas tanto fisicas como econ6micas; lo que obliga a seleccionar grados de protecci6n menores. Bisicamente, la selecci6n del grado de protecci6n adecuado depende de dos hechos fundamentales:

1. La importancia de la via que ha de protegerse (tipo de via), pues de ella depende que se causen mayores o menores daiios.

2. La funci6n que desempeiia la obra, pues esti claro que la integridacl de la via debe garantizarse en grado mayor que el libre trbnsito de vehiculos. 1.5 PERIODO DE RETORNO. La medici6n prictica del grado de proteccion o riesgo aceptable consiste, ademis de fijar un limite de inundacibn, en la selecci6n del gasto de diseiio de cada componente del sistema, gasto, que a su vez, se vincula estrechamente con el concepto de probabilidad de ocurrencia, o con el periodo de retorno, que es el inverso de la referida probabilidad, es decir:

~itil* de una via depende de muchos factores, entre 10s cuales, merecen mencionarse las caracteristicas de sus componentes, 10s plazos de amortizaci6n, su obsolescencia y 10s costos de mantenimiento y operaci6n. No vale la pena invertir en la base del pavimento cle una via para que vaya a durar tanto o m j s que las obras de arte y el cuerpo de la via y por otra parte, es 16gico que la capa de rodamiento sea renovada miis frecuentemente que la base. Basbndose en 10s tres criterios anteriores, y en la experiencia tanto venezolana, como de otros paises, (2) se han elaborado las Tab l a ~1.1 y 1.2 que corresponden a la funci6n bbsica, y la Tabla 1.3 a la complementaria. TABLA 1.1 PERIOD0 DE RETORNO DEL GASTO DE PROYECTO ( A m o s ) DE OBRAS DE DRENAJE TRANSVERSAL

donde p es la probabilidad de ocurrencia, de un evento, en este caso el gasto de diseiio, en un aiio cualquiera y T, es el periodo de retorno expresado en aiios. De la misma forma, la probabilidad (J) de que un evento cualquiera de escurrimiento ocurra durante un periodo de n aiios, que podria ser, por ejemplo, la vida litil de una obra, viene dada por o expresada en funci6n del periodo de retorno: (1.3) esta ultima formula indica, por ejemplo, que en una. obra diseiiada para el gasto correspondiente a 25 aiios de periodo de retorno que tenga una vida litil de 10 aiios, la probabilidad de que conduzca ese gasto de diseiio es de 3476, si hubiese sido diseiiada para 100 aiios, la probabilidad bajaria a s6lo 10%. 1.6 CRITERIOSPARA L A SELECCI~NDEL PERIOD0 Dl3 RETORNO. Coma antes se mencion6, la importancia de la via y la funci6n que desempeiia la obra de drenaje son las dos variables mbs significativas para elegir apropiadamente el periodo de retorno del evento. No debe, sin embargo, menospreciarse un tercer criterio que se refiere a la vida litil de la via global, determinada hasta cierto punto, tanto por su importancia, como por la vida litil de cada urio de sus componentes. La vida util de las obras de drenaje vial estb siempre condicionada a la de la via propiamente dicha cuya integridad protegen. La vida

FUNCION BASICA

Obra de Drenaje Transversal, Viaductos Puentes Pontones Alcantarillas Q > 20 m3/s. Alcantarillas Q < 20 mJ/s. Canales Interviales Bateas

Vias FQrreas 100 100 60

T I P 0 DE VIA Carreteras M i s de 2 2 Vias Expresas Canales Canales 100 60 60

100 50 50

Caminos

-

-

25 25

26 10

En la ~ a b i a1.1 se entiende por viaduct0 aquellas estructuras con amplias Iuces que salvan grandes depresiones. Los .pontones tienen menos de 10 m de luz y las alcantarillas incluyen todas las obras conexas, como son aletas y canales de aproximaci6n y descarga. El gasto de 20 m8/s. seiialado, corresponde a un periodo de retorno de 25 aiios. La Tabla 1.2 se refiere a 10s periodos de retorno para el proyecto de obras de protecci6n, que cumplen una.funci6n bjsica. Sin em* Se considera razonable que la vida 6til de una estructura vial sea del orden

de unos 60 aiios, que la base dure de 26 a 30 aiios y que la capa de rodamiento tenga una vida 6til entre 3 y 10 aiios. Los limites, tan separados en este 6ltimo caso, dependeran 16gicamente de 1as condiciones econ6micas planteadas por la operacibn y el mantenimiento.

bargo, clebe tenerse preseilte que, ,a meuudo, las coudiciones para gastos mAs frecuentes que 10s seiialados en la tabla, pueclen ser m l s esigentes, por lo cual es rccomenclable usar esos valores s610 como limite superior, comprobando para otros de menor periodo de retorno.

TABLA 1.2 PERIODO DE RETORNO DEL GASTO DE PROYECTO (AROS) DE OIlRAS D E PROTECCION FUNCION BASICA -.

E n la Tabla 1.2 10s gastos de proyecto en 10s casos de terraplenes

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--

TIPO DE VIA Vias FBrreas

Obra de Protecci6n Contra Socavaci6n Fundaciones puentes Descarga de Alcantarillas Terraplenes Diques marginales

Vias Expresas

tizan que estos nos sean sobrepasados, tomando en cuenta un borde libre apropiado.

Carreteras 2 MAS de 2 Canales Canales

Caminos

100

100

100

50

25

25 50 100

25 25 50

10 10 50

10 10 10

5

5 5

-

PERIODO D E RETORNO DEL GASTO DE PROYECTO (AROS) DEL DRENAJE LONGITUDINAL FUNCION COMPLEMENTARIA TIPO DE VIA Carreteras 4 2 Vias Vias Expresas Canales FGrreas Autopista Canales

Caminos

-

Canales revestidos adyacentes a la via Canales revestidos paralelos a la via Canales revestidos de grama o similar Zanjas no revestidas Sumideros en la isla Central Drenaje de puntos bajos Drenaje pasos inferiores en distribuidores '

25

10

10

6

10

10

10

5

-

10

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-

-

-

-

-

-

5

25 25

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25

25

10

10

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25

25

-

-

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5 ,

El drenaje longitudinal corresponde a la funci6n complementaria y la Tabla 1.3 d a 10s valores correspondientes sugeridos. Algunas obras de drenaje longitudinal, como, por ejemplo, colectores cerrados o sumideros en la periferia de via, no estbu incluidos en la Tabla 1.3, pues ellos corresponden a1 ambit0 del drenaje urbano y su proyecto debe, entonces, regirse por normas y recomendaciones especificas a1 respecto. Las tres tablas anteriores permiten seleccionar el periodo de retorno T, del gasto de proyecto, el cual debera ser calculado siguiendo indicaciones incluidas en el Capitulo 3. Sin embargo, cabe recordar que aunque alguna obra haya sido disefiada para una funci6n determinacla, no por ello deja en algunos casos cle desempeiiar un papel importante dentro de otra funci6n. Por ejemplo, el drenaje longitudinal que se proyecta para la funci6n complementaria, desempeiia, tambibn, un papel en el funcionamiento biisico, como es el caso cle un canal de coronamiento de un talud cuyos clesbordes, aunque fuesen esporldicos, puedan daiiar seriamente la integridad de la via; y de igual forma, una batea, es a1 mismo tiempo parte de la capa de rodamiento de las carreteras de penetraci6n.

TABLA 1.3

Obras de Drenaje Longitudinal

y diques marginales s e refieren logicamente a aquellos que garan-

2

E l metodo riguroso para tomar en cuenta el doble funciollamiento comentado en el p l r r a f o anterior, seria el que una vez establecidas las dimensiones de 10s diversos componentes de acuerdo con su funci6n de proyecto, se comprobase su operaciBn para la otra funci6n. Esto implicaria no solamente el uso de tBcnicas hidrbulicas de g r a n complejidad, sino posiblemente tambiBn un consumo innecesario de recursos; de alli que el ingeniero proyectista deberb juzgar cubles obras o partes de ellas deben ser realmente comprobadas a fin de cerciorarse de que cumplen a cabalidad la funci6n protectora. Cabe decir que este juicio s e fundamentar5 en la peligrosidad que para la integridad de la via tenga la falta de capacidad de la obra en cuesti6n. Las obras de subdrenaje deben proyectarse p a r a garantizar la integridad de las vias cuando Bstas se encuentran bajo condiciones muy especiales de pluviosidad y de escurrimiento de aguas subterr5neas. Su funcionamiento no estA, sin embargo, tan sujeto a con-

lizacicin mecliante la cual posteriormente se disponga de 1;~saguas concentradas. P a r a el drenaje longitudinal cle autopistas se presentan clos casos generales: el primero, cuanclo las aguas escurren hacia cunetns o canales laterales, lo que cleben hacer sin sobrepasar el borde interior del hombrillo. El segundo, cuando las aguas clrenan hacia la clivisoria central, entonces el ancho cle la lamina que escurre debera ser menor de 1 m, per0 en curvas con peralte la profunelidad de las aguas en el brocal no debe ser de mQs de 2 cm.

diciones aleatorias que impliquen la selecci6n cle periorlos de retorno cle eventos extremos, como cs el caso cte las obras cle drenaje clue se analizan en estos parrafos. De alli que para s u proyccto sea necesario considerar las condiciones meclias que prevalecen y no 1 s que se presentan en una eventualiclacl (Capitulo 6 ) . C.

LIMITES DE INUNDACION

Las alturas de agua aceptablcs a lo largo cle una via de comunicaci6n son las que se definen como limites cle inundaci6n; sus magnitudes dependerkn de la funciou que cumpla el sistema cle clrenaje vial.

P a r a curreterns de mas de 2 canales se podrQ aceptar la inundaci6n del hombrillo, si lo hubiere; per0 cuando s610 son 2 canales sin hombrillo, las aguas se deberan concentrar en la cuneta sin sobrepasar el borde superior de la misma.

1.7 F u N C I ~ N BASICA. Cuando se ql~iereproteger la via contra desbordes, socavaciones, y otros daiios irreparables ocasionaclos por las aguas, que podrian llegar hasta la misma destrucci6n cle la via, cleben garantizarse unos ciertos bordes libres minimos p a r a 10s gastos cle proyectos y a determinados p a r a el periodo cle retorno apropiaclo. No hay que olvidar que tambiC11 hay casos muy frecuentes de vias que atraviesan sabanas y llanos, sobre extensas planicies inul~clables, donde no tiene sentido determinar gastos sino que hay qne i r directamente a la estimaci6n de 10s maximos niveles clue pueclen alcanzar las aguas clentro de 10s mismos limites de probabilidad estableciclos como periodo de retorno. P a r a la determinaci6n de 10s limites cle inundacitjn en las obras de drenaje transversal, deben analizarse 10s posibles daiios a propiedades y terrenos adyacentes a la via. Las obras de protecci6n contra la erosi6n producida por las aguas sobre 10s terraplenes de la via, deben llegar hasta la altura estimada p a r a el periodo de retorno considesado. E n caso de puentes y pontones no se debe aceptar el desbordamiento cle las aguas sobre el tablero, adembs hay que dejar un borde libre de por lo menos 1 m, que permita el paso de materiales flotantes cuyo impact0 puede daiiar las estructuras. A la vez, se deberQ tambien verificar la estabilidad d e las fundaciones p a r a -este caso extremo de funcionamiento.

1.8 FUNCION COMPLEMENTARIA. Los niveles de inundaci6n se pueden expresar como profundidades de agua sobre la calzada o como anchos de lamina de escurrimiento superficial que no afecten sensiblemente el trhfico de vehiculos para 10s periodos de retorno establecidos por la funci6n complementaria. P a r a las wins firreas se recomienda que la lamina de escurrimiento no llegue a tocar el balasto, sea cual fuere el tip0 de cana-

E n 10s cnminos, las zanjas, cunetas y otras obras cle drenaje longituclinal deberkn proyectarse a secci6n plena, es decir, sin borde libre alguno. Tanto en nz~topistas como en carreterns y caminos se presentan puritos bajos dificiles de drenar, doncle se pueclen ocasionar graves inconvenientes a1 trsnsito. Alli se debe limitar a 1 0 cm la miixima profundidad de las aguas, aclem5s de proveer periodos de retoriio mayores. ! REFERENCIAS

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I

!

I

1.

Instituto Nncionnl de Obras Snnitarias. Direcci6n General de Proyectos. N o r m n s e instr.itctivos para el p r o ~ e c t o dc alcantarillados. Caracns, 1976.

2.

Bolinngn, J. J. s t al. Drenaje Urbano. Instituto Nacional de Obras San i t a r i a ~ ,Caracas, 1979.

PLANIFICACION DEL SISTEMA DE DRENAJE

El marco de referencia conceptual definido en el capitulo anterior se complernenta estableciendo 10s principios que deben regir el funcionamiento de un sistema de drenaje cuyas obras deben ser planificadas a dos niveles diferentes: el de 10s estudios preliminares y el del proyecto. En este capitulo se define la metodologia que debe seguirse en cada uno de esos niveles de planificaci6n, sin llegar a1 detalle de la aplicaci6n directa, ni a 10s procedimientos de calculo, que se explican en otros capitulos del libro. A.

PRINCIPIOS FUNDAMENTALES

2.1 PRINCIPIOs. La planificaci6n de un sistema de drenaje vial debe estar basada en ciertos criterios que gobierilen las acciones que deben realizarse y definan las diferentes etapas para concretarlas. Ellos son: Servicios vziblicos. El sistema de drenaie es ~ a r t ede un servicio p6dlico de transporte y comunicaciones; como tal, debe ser planificado en beneficio de la colectividad. Los perjuicios que pudiera ocasionar su eventual funcionamiento h e ficaz hay que considerarlos a la luz del bien comdn, antes que de intereses sectoriales, sean ellos pdblicos o privados. Planificaci6n del sistema vial. El sistema de drenaje vial es parte de un sistema mucho mAs complejo: el sistema vial. E n consecuencia, debe ser planificado en estrecha coordinaci6n con el resto de las partes que integran un sistema que, como el vial, es considerado uno de 10s instrumentos claves de ordenaci6n del territorio. Planificacidn del aprovechamiento de 10s recursos hidrciulicos. El sistema de drenaje vial tambi6n participa de la problematica de 10s recursos hidr5ulicos; por lo tanto, su planificaci6n debe encajar dentro de la del aprovechamiento de 10s mismos. Esta condici6n adquiere mayor trascendencia cuando se trata del manejo de planicies inundables; per0 se debe tener presente que las alteraciones a1 r6gimen natural de las aguas

crean a veces mayores problemas que 10s qne se pretende solucionar. ~Jfejornmiento clel ambiente. Dentro de una sana politica conservacionista, las obras de drenaje, como parte del sistema vial, deben ser instrumentos cle ordenaci6n clel territorio. Por consiguiente. su impact0 sobre el medio ambiente clebe ser beneficioso, muy especialmente en lo que se refiere a protecci611 contra la erosi6n de cauces y quebradas y a conservacidn de cuencas, pudiendo hasta darse el caso de servir como elemento paisajista. 2.2 RELACIONCON LA PLANIFICACION VIAL. De acuerdo coil 10s principios fundamentales establecidos en 10s pkrrafos auteriores, un sistema de drenaje vial deberia concebirse coma parte de algo mucho mds complejo, que es el sistema cle transporte y comunicaciones. Durante todas las etapas de la planificaci6n clel sistema de transporte y comunicaciones, se requiere del concurso de muchas especialidades profesionales, coordinadas por la ingenieria cle transporte. ( I ) El ingeniero hidrjulico interviene m5s decisivamente en etapas posteriores a aquella donde se define lq oportunidad y conveniencia ile la via, como son la del estudio cle rutas, la del anteproyecto vial, la clel proyecto vial y la de construcci6n de las obras.

Los estudios cle planificaci6n clel transporte permiten definir lo que pudiera calificarse como un corredor, donde se plantean cliversas rutas alternas, que deben analizarse desde diferentes puntos de vista. Aunque en esta etapa de estzidios cLe rutm 10s problemas de drenaje no son verdaderamente decisivos, debe seiialarse que hay ocasiones en las que con ellos se pueden definir limitaciones fisicas, como son severos riesgos de inundaci6n y problemas de erosidn de las riberas del sistema fluvial. La definici6n del trazado se realiza generalmente durante la etapa cle c~nteproyectovial. E s durante ella cuando se deben detectar 10s mayores problemas de drenaje; bien sean locales, como sitios cle puente, o sitios proclives a la socavaci6n ribereiia; o sean ellos extendidos, como tramos afectados por desbordes marginales o que cruzan sobre conos de deyecci6n activos. E s durante esta etapa cuando la intervenci6n del especialista en drenaje es indispensable, pudiendo incluso tornarse decisiva y a veces limitante, en cuanto a1 numero de opciones que pueden plantearse altimktrica o planimktricamente, para seleccionar entre ellas la de mejor trazado. El mayor grado de detalle corresponde a la realizaci6n de un proyecto y conduce a la preparaci6n de todos 10s planos, documentos v es~ecificaciones necesarios Dara construir las obras ~ l a n t e a d a s . p a r a el caso de las obras hiar5ulicas de 10s sistemas he drenaje transversal, de drenaje longitudinal y de subdrenajes, el tip0 de

proyecto variard desde las estr:icturas tipicas hasta 10s muy detallados para casos particulares y espcciIicos. Todas y cada una de esas obras tienen que estar suficientemenl-e defiilidas como para que pueclan construirse, segfii~10s planos y especificaciones, con aclecuacla supervisi6n y direcci6n. Si bien es cierto que la constrz~ccio'r.de las obras corresponde a una realidad distinta cle la que pudiera interpretarse como la de planificacibn, la cual deberia concluir cuallcla comienza la ejecucion de las obras, durante esta etapa se necesitn, frecuentemente, corregir los proyectos para adaptarlos mejor nl sitio de las obras. Incluso, se dan casos, en 10s cuales 10s proyectos no se pueden ni se cleben completar antes cle comenzar In construcciin. Las numerosas especialidades profesionales que se rzquieren clurant' esta etapa de correcci6n, ~ j u s tes y complementncitjn cle proyectos, hacen que la buena clircccitjn y supervisi6n cle obrns importantes necesite cle la asesoria cle profesionales capacitados en milltiples aspectos. 2.3 NIVELES DE PLANIFICACION. La:; obras de drenaje clentro de an sistema vial deben ser concebiclas a dos grandes niveles de planificaci6n:

Estudios preliminnres. Que corresponden a 10s que suministran elementos tle juicio para la selecci6n de ruta y para la definici6n clel trazado en el anteproyecto vial. Progectos. Que seria el nivel en el cual las obras se llevan a1 graclo de cletalle suficientc para construirlas; es clecir, 10s que se ejecutan durante el proyecto vial y la construcci6n. En el caso de proyecto, se proponen dos enfoques diferentes de 10s estudios: uilo de ellos, que se refiere 6nicamente a1 sistema primario de drenaje transversal (rios y grancles quebradas), a nivel cle anteproyecto, dejando que las obras tipicas y casi todas las de drenaje longitudinal sean resueltas detallndamente clurante la construcci6n. El otro enfoque, que se explica mLis adelante, llega hasta el grado de detalle que permita llevarlo a cabo ajustado a planos y especificaciones, bajo la necesaria supervisi6n profesional durante su construcci6n.

B.

ESTUDIOS PRELIMINARES

Tal como se h a seiialaclo, el proceso cle selecci6n de ruta y cle anteproyecto vial requiere clel concurso de mfiltiples especialidades profesionales, entre las que est5 la de ingenieria hidrftulica, que interviene en estudios preliminares cuyo alcance y contenido se exponen en 10s pjrrafos de este subtitulo.

Los estuclios preliminares cle drenaje vial corresponden, en lineas generales, a1 aniilisis hidrkulico de la situaci6n creada por la decisi6n de ejecutar una via de comunicaci6n. Dicho aniilisis sera realizado a la luz del objetivo bBsico del sistema, es decir, preservar la integridad de la via. NECESARIA. La informaci6n necesaria para 10s 2.4 INFORMACI~N estudios preliminares depencle de la complejidad y extension de 10s mismos; es por ello por lo que solo pueden darse algunas pautas relativas a 10s renglones de informaci6n mks relevantes, 10s cuales, en la mayoria de 10s casos, son tambien requeridos generalmente por otras de las disciplinas que intervienen en 10s estudios viales.

Cartas en escala 1: 100.000 y 1: 25.000 son suficientes para la definition de las caracteristicas m h importantes de las cuencas a este nivel de estudio. Fotografias aCreas y fotoplanos de las Breas bajo estudio son tambien de m a n utilidad Dara 10s estudios de delimitaci6n ~ r e l i m i n a rde 5lanicies inundables y para destacar la extensi6n y magnitud de 10s problemas de erosi6n y conos de deyecci6n activos. Topogrcifica.

Las necesidades de informaci6n hidrometeorol6rrica estarhn relacionadas con el metodo hidro16gico selecGonado (Capitulo 3) como el mhs apropiado p a r a 10s estudios preliminares. Esta selecci6n depende de la importancia del estudio y de la disponibilidad de clatos. En la mayoria de 10s casos, es suficiente recurrir a la informaci6n ~luviometrica~ r o c e s a d aen este libro (A~Bndice11, aunclue habr.5 otras oportunidades en que se necesitarb de'ios d d o s de estudios regionales o de estudios especificos para el curso de agua en cuesti6n. Geotecnia y suelos. Muchas veces las condiciones geol6gicas y de suelos son las que crean 10s problemas relacionados con drenaje vial; de alli la importancia de recabar esta informaci6n para evitar de antemano soluciones costosas de problemas creados. Drennjes existentes. Se deberia disponer de la mayor informaci6n posible sobre las obras de drenaje existentes en cuanto a su tamaiio y funcionamiento. Adembs, se deber.5 buscar informaci6n sobre marcas dejadas por crecientes, seiiales evidentes de erosi6n y otro tipo de informaci6n, como corrosi6n de estructuras metClicas y zonas resistentes a socavaci6n. Hidrometeoroldgica.

2.5 ESTUDIOPRELIMINAR A LA SFAECCIONDE RUTA. P a r a la selecci6n de r u t a debe disponerse de informaci6n completa sobre 10s mu-

chos aspectos que intervienen ~ r i n c i ~ a l m e n tbajo e la forma de cartografia, informes geol6gicos, estudios econ6micos y de transporte, aerofotografias y cartas hidrogriificas. Tal como se ha seiialado, no son muy frecuentes las oportunidades en las que 10s problemas de drenaje puedan llegar a ser tan importantes como para implicar factores decisivos en la selecci6n de una ruta entre las varias alternativas planteadas para la soluci6n vial. La asistencia tecnica del especialista en drenaje es solicitacla para definir las principales limitaciones fisicas relativas a 10s sitios de paso de vias y a la localizaci6n de vias ribereiias dentro de la planicie inundable. La definici6n de problemas cle drenaje, si 10s hubiere tan importantes como para ser consiclerados a este nivel cle 10s estudios viales, deberk hacerse mediante reconocimiento direct0 del terreno, reconocimiento aereo y anklisis de la informaci6n. Los principales problemas que pudieran resultar como decisivos y que por lo tanto tienen que ser analizados a este nivel, seriin aquellos que tengan que ver con el binomio aguas-sedimento, es decir: Erosidn extensiva sobre !as riberas y bancos de rios trenza-

dos y meandrosos, o a la orilla de mares y lagos. Erosidn regresiz:~locnlizadn en sitios notables de 10s recursos

de agua importantes. Cursos de agua divagantes sobre una planicie inundable. Conos de deyeccidn con muestras de actividad. Cie'nagas, pantanos y marismas de notable extensi6n.

Un informe que llame la atenci6n sobre este tip0 de problemas, -we, como se sabe, no son 6nicamente de drenaje, sino que deben ser resueltos con el concurso de otras disciplinas, especialmente las de la geologia y la ingenieria de suelos-, serii de gran utilidad en la fase de seleccidn de rutas, la cual se identifica como proceso de acopio de datos y de reconocimiento de 10s problemas que puedan interferir con la vida 6til y con el servicio prestado por la via bajo estudio. 2.6 ESTUDIOPRELIMINAR A TJA D E F I N I C I ~ NDEZ, TRAZADO. Una VeZ escogida una ruta, se procede a plantear varios trazados tentativos con el objeto de definir uno de ellos a nivel de anteproyecto; en esta etapa es recomendable contar con la asesoria y la colaboraci6n de especialistas en drenaje, no s610 para determinar 10s grandes problemas relacionados con las aguas, sino tambien para evaluar de una manera aproximada 10s costos involucrados en el drenaje de la via.

.. De igual manera que p a r a 10s estudios preliminares a la seleccibn cle ruta, el informe que corresponda n estos estuclios cleber6 basarse en r e c o n o c i m i e n t o s d i r e c t o s del t e r r e n o , r e c o n o c i m i e n t o s ae'reos y ancilisis d e I n i n f o r m a c i d n . Si se han realizado estudios previos, esta etapa puede ser linicamente cle comprobaci6n y localizaci6n de 10s principales problemas a lo largo cle Ins diversas alternativas de trazaclo. Sin embargo, debe complementarse mediante un e s t u d i o h i clroldgico p r e l i m i n a r que permita estimar aproximadamente 10s caudales que hay que descargar para satisfacer la necesidad de proteger la via! es decir, para cumplir con el objetivo bksico clel sistema cle drenaje vial. Cuando el sistema vial interfiere con la hidrografia, se debe recordar que 10s cursos de aguas estables son la excepci6n antes que la regla. E s cle esperar que rios efimeros cambien abrupta y sorpresivamente su curso, o que 10s sistemas de drenaje sobre conos de deyecci6n activos Sean clestrozados por la construcci6n cle la via, pucliendose generalizar aseguranclo que no es cle extraiiar quc sobrevengan cambios notables en la morfologia fluvial a1 producirse modificaci6n de gasto liquido y cle carga de sedimentos. La interferencia con el sistema hiclrogrkfico en general, y con el fluvial en particular, dependerb del grado de libertad que se tenga para escoger el trazado cle las vias. Ademas, si a la inestabiliclad iiltrinseca del sistema se agrega el efecto de la acci6n clel hombre, es cle esperar problemas cle erosion de riberas, socavaci6n local en sitios especificos, apertura de nuevos cauces, aumento cle proclucci6n cle sedimentos y otros problemas que puedan surgir tanto durante la construcci6n, o como una respuesta mbs retardada. Un informe sobre drenaje correspondiente a esta fase de la planificaciGn debe plantear todos esos problemas importantes, en caso de que ello no se hubiere ya realizado en la etapa de estudios preliminares a la selecci6n de la ruta. AdemAs, debe contener estimaciones aproximadas de caudales, que podrkn servir para estimar 10s tamaiios de las obras de arte mds importantes. E s de hacer notar que hay muchos casos en 10s que 10s estudios preliminares pueden orientar a una mejor selecciGn altimhtrica y planimktrica clel trazado de una via antes de llegar a1 nivel de anteproyecto propiamente dicho.

C. ANTEPROYECTO Un anteproyecto de drenaje vial se realiza para definir, a lo largo de todo el trazado de la via, la rnagnitud de las obras principales de d r e n a j e t r a n s v e r s a l , asi como su importancia con relaci6n a la protecci6n que se debe brindar a la via de comunicaci6n propiamente dicha contra 10s efectos del escurrimiento de las aguas. * No tiene las mismas liniitaciones una carretera de penetraci6n que una autopista, ni esta dltima exige tantas condiciones de pendiente y curvatura como un ferrocarril.

Aclemhs, con un anteproyecto se pretencle cletermiuar apro:

1,2 ancho. ranura

> dihmetro del orificio

(6.15) (6.16)

6.13 DIAMETROY ESPACIAMIENTO DE LOS TUBOS COLECTORES. L0S tubos colectores y 10s tubos de desagiie son indispensables en cualquier sistema de sub-drenaje de pavimentos; sin ellos, es imposible que el sistema pueda funcionar en forma adecuada, pues el agua drenada por las capas permeables quedaria retenida, formando las perjudiciales piscinas ya descritas. La Figura 6.4 es un nomograma tomado de la referencia (21 que f u e desarrollado para calcular ficilmente el diAmetro de 10s tubos colectores y la distancia entre descargas para un dikmetro dado.

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