Dren A Jede Pavi Mentos
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PAVIMENTOS
DRENAJE DE PAVIMENTOS
CICLO: 2023 I
Los pavimentos son obras que presentan una gran área de superficie y un espesor
relativamente muy reducido. En efecto, observar la sección transversal de lotes de parqueo,
pistas y plataformas de aeropuertos, calles y carreteras, cualquiera puede verificar que
presentan un ancho muy superior al espesor total de la estructura.
La ecuación de Darcy, aplicada para determinar el caudal total que pasa a través de un
medio poroso, se formula así:
Q = k.i.A.
Donde:
k = permeabilidad del medio poroso,
i = gradiente hidráulico (pérdida de cabeza hidráulica/unidad de distancia recorrida por el
agua) y
A = área de la sección del medio poroso, normal a la dirección del flujo.
Aplicando esta ecuación a la infiltración vertical que se presenta a través de una carpeta,
tenemos que aun cuando su permeabilidad sea muy baja, el caudal resulta alto porque el
valor de i corresponde al máximo posible (flujo vertical, i = 1) y A es muy grande, de hecho
tan grande como la superficie total del pavimento.
Cerdergren estableció, para los pavimentos asfálticos de los Estados Unidos, que la
infiltración a través de la carpeta oscila entre el 40 y el 60 por ciento de la precipitación
máxima horaria de frecuencia anual.
Para los pavimentos rígidos, el mismo autor concluye que a pesar de los sofisticados
sistemas de sellado de juntas que hoy en día se implementan, el agua consigue penetrar a
través de ellas en una cantidad que se ha establecido, para los Estados Unidos, en el 75 por
ciento de la precipitación máxima horaria de frecuencia anual.
Una vez que el agua atraviesa la carpeta e ingresa en la estructura, tiene dos caminos
posibles: infiltrarse en el suelo de subrasante o drenar lateralmente a través de la estructura
La mayoría de las subrasantes están constituidas por suelos de grano fino, sometidos a
compactación durante la construcción y durante la vida de servicio de la vía. En
consecuencia, la mayoría de las subrasantes presentan permeabilidades muy bajas, que
permiten la infiltración de ínfimas cantidades de agua. Además, durante la temporada de
lluvias, la mayoría de subrasantes permanecen saturadas, motivo por el que no pueden
admitir el agua proveniente de la estructura de la vía.
El caudal del flujo lateral en la estructura de una vía es muy bajo debido a que los tres
parámetros de Darcy son reducidos:
• La permeabilidad, porque los materiales presentan gradación cerrada y alta
compactación;
• El gradiente hidráulico, porque el bombeo –o pendiente lateral de las vías- es reducido y
el espesor de las capas es muy inferior a su ancho, y
• El área disponible para el flujo, porque el espesor de las capas es reducido.
Como resultado de los hechos descritos, el caudal de ingreso por infiltración a través de la
carpeta es muy superior al de salida lateral, y por lo tanto el agua se acumula.
Como consecuencia de este tiempo de respuesta tan elevado durante la etapa de lluvias la
estructura permanece inundada, porque el tiempo transcurrido entre un aguacero y el
siguiente es muy inferior al de respuesta del drenaje.
Otro aspecto que por lo general se obvia en los análisis de los sistemas de drenaje en las vías
es la dirección del flujo. El agua fluye siguiendo la resultante vectorial de las pendientes que
en carreteras corresponden al bombeo lateral y a la pendiente longitudinal del trazado.
Cuando la pendiente longitudinal es superior al bombeo lateral, como sucede en todas las
vías montañosas, el agua contenida en la estructura fluye en dirección diagonal, con una
componente paralela al eje significativamente superior a la componente transversal, de
manera que el agua debe recorrer una larga distancia antes de encontrar las líneas de
drenaje lateral. Cuando esto sucede, el agua infiltrada se acumula a lo largo de la estructura
adquiriendo una cabeza hidráulica tal que, en ocasiones, la carpeta es incapaz de soportar la
subpresión generada y se presentan agrietamientos severos a través de los cuales brota agua
durante largos períodos después de la temporada de lluvias.
Como consecuencia de la dirección del flujo, en vías de alta pendiente solo una ínfima
cantidad del agua infiltrada llega a los drenajes laterales y la estructura permanece inundada,
presentando daños severos del pavimento, especialmente en las zonas más bajas de los
tramos donde las pendientes se prolongan.
Para este tipo de vías resulta mucho más adecuado el uso de drenajes transversales capaces
de captar y retirar más eficientemente el agua que viaja a lo largo de la vía, aunque es
evidente que su eficacia se ve disminuida por el tiempo de respuesta que, en todo caso,
puede resultar excesivo con motivo de la baja permeabilidad y el reducido espesor de la
estructura.
Mantos de drenaje
Dado que las líneas de drenaje – sean laterales o transversales al eje- no garantizan un
eficiente y rápido retiro del agua infiltrada, resulta necesario el uso de mantos de drenaje
que garanticen la rápida captación y retiro eficaz del agua que penetra en la estructura.
Estos mantos están conformados por una capa de gradación abierta – material granular de
tamaño uniforme - o por un geocompuesto de una geo-red en medio de dos geotextiles de
filtro, que se extiende sobre la subrasante y que cubre la totalidad del ancho y el largo de la
estructura.
El manto de drenaje – sea granular o sintético - debe contar con una gran permeabilidad en
su propio plano para así compensar las bajas magnitudes del área disponible para el flujo y
del gradiente hidráulico, de manera que esté en capacidad de retirar la totalidad del agua
que ingresa en la estructura.
En todo sistema de drenaje interno se debe garantizar el flujo continuo del agua desde su fuente
hasta la entrega final a la atmósfera. Cuando se usan mantos de drenaje el sistema se complementa
con tuberías perforadas que corren longitudinal o transversalmente - normales a la dirección del agua
en el manto - y con salidas o entregas espaciadas de manera que se garantice el flujo continuo y
eficiente del agua.
En un pavimento equipado con mantos de drenaje, el agua infiltrada fluye verticalmente a través de
la estructura hasta el manto. Bajo estas condiciones el agua debe recorrer un corto espacio
equivalente al espesor de la estructura con el máximo gradiente hidráulico posible - flujo vertical
descendente - y con la máxima área transversal al flujo - igual al producto del ancho por el largo de la
vía-. Gracias a estos hechos, el caudal que transita a través de la estructura es suficiente para evacuar
la totalidad de las infiltraciones en muy corto tiempo.
Una vez el agua ingresa en el manto, encuentra grandes espacios entre las partículas lo que
le permite fluir eficientemente hacia los tubos perforados y a través de éstos hacia la
atmósfera, a pesar de contar con bajo gradiente hidráulico y con una reducida área
transversal al flujo.
Funciones
• Abatir el nivel freático.
• Eliminar aguas de filtración lateral o a través del pavimento.
• Derivar fuentes de agua situadas debajo de la subrasante.
Estas acciones se traducen en los siguientes beneficios
• Facilitan la ejecución de las explanaciones.
• Aumentan la capacidad portante de la subrasante.
• Previenen fenómenos de erosión interna y bombeo.
• Contribuyen en la estabilidad de la estructura y de los taludes.
CAPA PERMEABLE
Constituida por un material filtrante de manera que, con ayuda de una pendiente
transversal adecuada y unas correctas instalaciones de salida, pueda drenar el agua.
• que se infiltre desde la superficie del pavimento.
• que provenga de las bermas, o
• que ascienda por sub presión desde los niveles inferiores.
1. Esta capa, que puede ser granular o tratada con ligantes hidrocarbonados o con
cemento, se puede integrar a la estructura del pavimento.
El remate de la capa permeable (manto drenante) puede ocurrir:
• Contra un subdrén longitudinal.
• Contra el talud lateral hacia el exterior (no es recomendable porque se pueden producir
contaminaciones en el talud durante las operaciones de construcción y mantenimiento).
La capa permeable puede ser:
• La base, la cual pudiera cumplir a la vez funciones drenantes y estructurales. Se emplea
para drenar el agua proveniente de la superficie y se aplica preferentemente en la
construcción de pavimentos rígidos.
• Una capa adicional sobre la subrasante, sin función estructural o como parte de la
subbase, para control de agua ascendiente por subpresión. Si se desea que en este caso
la capa ayude a drenar el agua que se infiltre desde la superficie, la permeabilidad de las
capas superiores debe ser mayor que la tasa de infiltración, para que el agua pueda fluir
BASE PERMEABLE
CARACTERÍSTICAS REQUERIDAS
Siendo
k = coeficiente de permeabilidad (pies/día).
Pb = porcentaje de cemento asfáltico en peso.
Va = % de volumen de vacíos con aire.
P8 = porcentaje en peso de material que pasa el tamiz No 8.
BASE ESTABILIZADA CON CEMENTO PORTLAND
GRANULOMETRÍAS USUALES
La calidad del drenaje es expresado en la fórmula del número estructural, por medio
del coeficiente de drenaje (mx), que toma en cuenta las capas no ligadas.
Tabla 2
Coeficientes de drenaje para pavimentos flexibles (mx)
b) Coeficientes de drenaje para pavimentos rígidos (Cd)
En el diseño de pavimentos rígidos se utilizan los coeficientes de drenaje (Cd), según tabla 3,
los cuales ajustan la ecuación de diseño que considera la resistencia de la losa, las tensiones
y las condiciones de soporte.
Tabla 3
Coeficientes de drenaje para pavimentos rígidos (Cd)