Autopista: Obra hidráulica en autopista

Pues este ensayo nos habla de la importancia de los desagües, alcantarillas y las guarniciones. El desagüe "debe evitar que el agua circule sobre el camino o la carretera en cantidades excesivas", ya que puede ser peligroso para el conductor por el motivo de que no pueda ver un bache y termine pasándolo arriesgándose a una ruptura en su vehículo. Las alcantarillas "tienen la tarea de establecer y garantizar el funcionamiento del sistema de drenaje" son una pieza importante en las carreteras casi por el mismo motivo de los desagües, de no retener agua en las carreteras por el peligro que puede ocasionar en el vehículo y a terceras personas. Las guarniciones son fundamentales para la delimitación del pavimento con el acotamiento de las carreteras, pueden ser de gran ayuda para evitar que los carros se salgan de la carretera e irse a un acantilado, aunque hay guarniciones que se pueden saltar pero solamente en un caso de emergencia y está prohibido quedarse estacionado en ellos.

Introducción

Hoy en día los caminos, carreteras o autopistas son indispensables para el desarrollo de nuestra sociedad. En estas siempre se realizan obras hidráulicas. Ya que los materiales se van actualizando día con día por lo que tenemos que estar a la vanguardia de ellos. Una buena solución para las dudas e inquietudes es la práctica ya que esta información solo es un complemento. En este tema veremos la importancia de tener unas alcantarillas para el desagüe del agua en los lugares ya mencionados, debido a que con los líquidos el material de la construcción se puede dañar y tener una duración de menor tiempo como el previsto al iniciar el proyecto. Aun así el agua teniendo alcantarillas, desagües y demás, no es suficiente para evitar en algunos casos el encharcamiento de las aguas, los deslaves de algún cerro o monte dependiendo de donde este la construcción. Por eso abarcaremos estos temas para tener un mejor conocimiento y poder mejorar aún más las construcciones futuras para evitar que esto pase y aprovechar al máximo los conocimientos que nos brinda.

Desagüe

Es un dispositivo utilizado para dar paso al agua, restituyendo la continuidad de la trayectoria de los cauces interceptados principalmente por las obras lineales: carreteras, ferrocarriles, etc. Un desagüe funcional debe evitar que el agua circule sobre el camino o la carretera en cantidades excesivas, provocando la formación de charcos, baches y la destrucción del pavimento, evitar que el agua de las cunetas remoje y reblandezca las terracerías, disminuyendo al esfuerzo cortante y originando asentamientos que puedan hacer que falle el camino, evitar que los cortes en suelos no muy grandes se saturen y causen fallas, evitar que el agua de arroyos provoquen algún tipo de deslave.

El objetivo principal es evitar total o parcialmente que el agua llegue al camino o a la carretera, o en su defecto el agua que llegue tenga una salida fácil.

• El sistema de Desagüe longitudinal

A si denominado porque el flujo de agua es el sistema es paralelo al eje trazado teniendo como principales elementos las caces y las cunetas, aparte de estos dos elementos también posee otros componentes: las arquetas, los colectores, los desagües (imbornales o sumideros) y las bajantes.

Sus principales objetivos del desagüe longitudinal son recoger la escorrentía procedente de la plataforma, así como la procedente de los márgenes de la carretera que desagüen hacia ésta en los desmontes.

• Caces

Un caz es un elemento de desagüe longitudinal constituida por una estrecha franja revestida y de poca profundidad su uso es típicamente urbano junto al bordillo de aceras, pero también es usado fuera de poblado. Normalmente su selección está formada por dos planos inclinados, los que el contiguo a la calzada tiene una pendiente no mucho mayor que la trasversal de ésta.

• Cunetas

Las cunetas son el elemento más habitual del desagüe longitudinal del agua procedente de la plataforma y de los márgenes, allí donde la carretera discurre a nivel o en un desmonte. En realidad son unas pequeñas zanjas o acequias que se disponen cerca del borde de la plataforma y dado que los vehículos que circulan por ella pueden alcanzarla fácilmente en caso de una salida de la misma y volcar o detenerse bruscamente, la seguridad de la circulación exige que los cajones de una cuneta no tengan una inclinación superior de 1:5 (11°) y que sus aristas se redondeen a razón de al menos 1 m. de anchura cada 10 por 100 de variación de la inclinación trasversal.

Tipos de cunetas

• Cuneta de seguridad.

• Cuneta triangular.

• Cuneta trapecial.

• Cuneta reducida.

• Cuneta triangular revestida.

• Cuneta triangular con vegetación.

• Sumideros e imbornales

Si la capacidad hidráulica de un caz o de una cuenta se ve rebasada, hay que desaguarlo. En el caso de las cunetas situadas junto a la plataforma en un desmonte, este desagüe frecuentemente se puede realizar directamente (en el sentido descendente de la rasante) a su vaguada transformándolas en cuentas de pie. En otros casos se puede desaguar a una obra trasversal de desagüe por intermedio de una arqueta. Donde esta opción resulta imposible hay que desaguar aun colector por medio de un sumidero situado en una arqueta, en raras ocasiones se puede desaguar directamente al exterior del medio de un imbornal.

También se usan imbornales para desaguar un caz de coronación de un relleno o bajante.

En los sumideros horizontales se disponen siempre rejillas para evitar que los vehículos metan una rueda en ellos, mientras que en los verticales no siempre ocurre esto. Las rejillas deben ser fácilmente movibles para dificultar su hurto y deben de resistir el peso de una llanta. Las barras pueden ser paralelas o perpendiculares al a corriente: las primeras tienen una mayor capacidad de desagüe, pero pueden ser peligrosas para los vehículos de dos ruedas. Si las esbeltez de las barras paralelas a la corriente resultara elevada y se pudieran deformar por las cargas del tráfico, conviene más emplear barras perpendiculares a la corriente aunque su eficacia hidráulica sea reducida.

• Arquetas

Un caz o una cuneta suele desaguar a una obra trasversal o a un sumidero aislado a través de una arqueta que esta provista de un arenero, especialmente en las zonas urbanas donde se desagua al alcantarillado. En las zonas rusticas, la presencia de la arqueta y sobre todo la del arenero son cuestionable: las operaciones para su conservación encárese su mantenimiento y puede resultar peligrosa para la circulación.

• Colectores

Los colectores se disponen para recoger el agua captada por los sumideros, normalmente, son prefabricados de hormigón y suelen colocarse bajo las cunetas para facilitar su conservación y limpieza debe disponerse unos pozos de acceso.

• Bajantes

Se dispone bajantes en los taludes de los desmontes y rellenos donde la capacidad de las cunetas de guarda en los desmontes o de los caces de coronación en los rellenos, resulta insuficiente para el caudal aportado. Además es habitual colocarlos en los desmontes cuando se cruza una bajada de cierta

importancia y que a quedada, ya que en este punto existe una aportación concentrada de agua que no es posible llevar por la cuneta de guarda.

Las bajantes pueden ser de pendiente continua o discontinua. La primera conviene si los caudales son reducidos y es sencillo conseguir que pierdan parte de su energía al pie de la bajante sin provocar erosiones. Las bajantes prefabricadas suelen tener una capacidad reducida, por lo que debe estudiarse cuidosamente su colocación donde haya vaguada colgada en un desmonte entre las cunetas de guardia o el caz coronación y la propia bajante.

• Desagüe Longitudinal

• Elementos de obra de desagüe trasversal

Además del propio conducto, una obra transversal de desagüe conviene colocar, en general, los siguientes elementos:

• Aletas de embocadura y desembocadura

• Impostas

• Solares antes o después del conducto donde produzcan velocidades elevadas

• Vegetación

• Rejillas

• Areneros

• Elementos que provoquen una pérdida de agua

• Control del flujo

El diseño de las obras transversales tiene evidentemente, muchos aspectos relacionados con la hidráulica de canales o ríos. En las obras transversales de desagüe se denomina sección de control a aquellas donde hay una relación unica entre el caudal y el calado y que condicionan los calados de aguas arriba o aguas debajo de ellas. Según sea la formación de la sección, los materiales y las

pendientes se pueden establecer el control de entrada o salida. Dadas las necesidades de limitar los daños por inundación de zonas colindantes e impedir, en su caso, de que sea rebasada la plataforma, es importante relacionar el calado a la entrada de cada obra trasversal de desagüe con el caudal desaguado por ella.

• Dimensiones, pendientes y alineaciones

El diseño del desagüe transversal debe de estar coordinado con el trazado en cuanto a su posición en la planta y alzado, una obra transversal de desagüe debe alinearse de forma que difiera lo menos posible del cauce original además:

• El conducto debe de tener una traza tan recta como sea posible evitando todo caso los quiebros, que son puntos de difícil o imposible acceso en los que se pueden depositar materiales. En algunas ocasiones esto no es posible por las formas del cauce natural: entonces ha de garantizar que el encauzamiento es efectivo y que el agua no daña a la propia obra.

• Conviene que el conducto tenga continuidad en los cambios de sección con unas transiciones suaves.

Deben de cogerse datos de cada una de las bajadas en las que se van a construir obras transversales de desagüe a fin de conocer la pendiente natural y las características de las secciones aguas arriba y debajo de la obra. En las que respeta a las pendientes del conducto, debe estudiarse de forma que dentro de lo posible:

No se supere una velocidad capaz de causar erosión o daño en la superficie del propio conducto o del cauce.

Se cuidan los cambios de pendiente en las proximidades de la obra y no solo en esta. Deben estudiarse con cuidado los cambios de pendiente menor hacia aguas arriba ya que puede dar lugar a sedimentaciones y aterramientos y a una pendiente mayor hacia aguas abajo dado que puede originar un remonte de las erosiones.

• Subterránea

El drenaje subterráneo tiene por objetivo evacuar lo antes posible el agua no superficial existente en las carreteras y sus proximidades, particularmente en las explanaciones y en el firme, con objeto de evitar daños de diversa índole.

El drenaje de la infraestructura viaria, es fundamental para asegurar su durabilidad. Los materiales granulares empleados en los fines desde el principio del siglo XIX no transmiten bien a las explanadas las cargas del trafico si está bien saturado que las precisiones efectivas difieren mucho de las totales. Por otro lado, la definición de la capacidad estructural de la explanada sobre lo que se apoya el firme se refiere a unas condiciones concretas de humedad que dependen del tipo de clima y de la distancia de un eventual nivel friático; una alteración importante de esas condiciones por las presencias del agua puede producir drásticamente la capacidad de soporte de la explanada.

En efecto la saturación de los materiales del firme o de la explanada, así como la presencia del agua en el terreno afectado por la taza de la carretera, puede dar lugar a efecto no deseables:

• Un problema de inestabilidad en los taludes de las explanaciones.

• Una reducción de la capacidad de soporte de los terrenos en los que se apoyan los rellenos o unos asientos excesivos de aquellos debajo del peso de estos.

• La disolución de algunos materiales, especialmente de las formas salinas.

• Una disminución considerable de la vida útil del firme bajo la acción de las cargas de trafico ya que pueden aparecer:

• Unos cambios de volumen si en el cimiento del firme hay materiales expansivos.

• Una reducción de la capacidad de soporte de las capas granulares, en particular del módulo de resiliencia.

• Un despegue de las capas del firme por la circulación de agua entre ellas, la cual también puede causar un arrastre de los finos y un roción interna en los materiales del firme.

• Una reducción de la cohesión. En particular.

Alcantarillado

• Tipo de alcantarillado.

El tipo de alcantarilla deberá de ser elegido en cada caso teniendo en cuenta el caudal a eliminarse, la naturaleza y la pendiente del cauce y el costo en relación con la disponibilidad de los materiales.

La cantidad y la ubicación deberán establecerse a fin de garantizar el funcionamiento del sistema de drenaje. En los puntos bajos del perfil longitudinal, debe proyectarse una alcantarilla de alivio.

• Dimensiones mínimas

La dimensión mínima interna de las alcantarillas deberá ser la que permite su limpieza y conservación, adoptándose una sección circular mínima de 0.90 m (36") de diámetro o su equivalente de otra sección.

• Desagüe sobre los taludes en relleno o terraplén

Si la plataforma de la carretera está en un terraplén o relleno y el talud es erosionable, las aguas que escurren sobre la calzada deberán ser encausadas por los dos lados, de la misma forma que el desagüe en sitios preparados especialmente protegidas para evitar la erosión de los taludes. Para encausar las aguas, cuando el talud es erosionable, se podrá prever la construcción de un bordillo al costado de la berma el mismo que deberá ser cortado con frecuencia impuesta por la intensidad de las lluvias, encausando el agua mediante aliviaderos con descarga al pie del talud.

2.2. Cunetas

Las cunetas preferentemente serán de sección triangular y se proyectarán para todos los tramos al pie de los taludes de corte. Sus dimensiones serán fijadas de acuerdo a las condiciones pluviales, siendo las dimensiones mínimas aquellas indicadas en el cuadro.

El ancho es medido desde el borde de la subrasante hasta la vertical que pasa por el vértice inferior. La profundidad es medida verticalmente desde el nivel del borde de la subrasante al fondo o vértice de la cuneta.

Cuando existan limitaciones de ancho de la plataforma se podrá proyectar cunetas con doble función:

• Drenaje

• Área de emergencia (berma)

Para los cuales se buscará la solución más adecuada tales como: cunetas cubiertas, berma-cuneta, etc.

Dimensiones mínimas de las cunetas

* 1.Sección trapezoidal con un ancho mínimo de fondo de 0.30m.

Para evitar el deterioro del pavimento, las cunetas deberán ser revestidas. Dicho revestimiento será a base de mampostería de piedra, concreto u otro material adecuado.

2.2.1. Desagüe de las cunetas

La descarga de agua de las cunetas se efectuará por medio de alcantarillas de alivio. En región seca o poco lluviosa la longitud de las cunetas será de 250 m. como máximo. Las longitudes de recorridos mayores deberán justificarse técnicamente. En región muy lluviosa se recomienda reducir esta longitud máxima a 200 m.

• Zanjas de coronación

• Ubicación de las zanjas de coronación

Cuando se prevea que el talud de corte está expuesto a efecto erosivo del agua de escorrentía, se deberá diseñar zanjas de coronación. Se deberá revestir las zanjas en el caso que estén previstas filtraciones que pueden poner en peligro la estabilidad del talud de corte.

• Zanjas de recolección

La zanja de recolección será necesaria para llevar las aguas de las alcantarillas de alivio hacia los cursos de agua existente. Las dimensiones se fijarán de acuerdo a las condiciones pluviométricas de la zona y características del terreno.

• Desagüe de las zanjas

La ubicación de los puntos de desagüe deberá ser fijada por el proyectista teniendo en cuenta la ubicación de las alcantarillas y la longitud máxima que puede alcanzar la zanja con relación a sus dimensiones y a la lluvia de la zona.

• Canal de bajada

Cuando la carretera en media ladera o en corte cerrado cruza un curso de agua que no es posible desviar, es necesario encauzar las aguas en un canal de bajada revestida con el fin también de preservar la estabilidad del talud.

Guarnición

Las guarniciones que se adaptan a las necesidades de las carreteras conducen a tres tipos fundamentales: las guarniciones verticales, las inclinadas y las redondeadas.

3.1. Vertical

El tipo de guarniciones verticales debe de usarse cuando se desee construir una guarnición que da una protección efectiva a los vehículos que salen de la calzada, es el adecuado para utilizarlo en las rampas, o como medio de reforzar la separación de caminos fronteros que están cerca y que son paralelos a autopista

3.2. Inclinados

El tipo inclinado tiene mayor campo de aplicación que el vertical; este tipo deberá usarse para delimitar la mayor parte de las isletas de tránsito y separadores centrales, como también para disminuir la confusión al cruzar estos detalles y también se puede usar para delimitar las rampas de las autopistas o terraplenes que no son muy altos. La inclinada se puede considerar como una guarnición que se puede atravesar en emergencias.

3.3. Redondeadas

Las guarniciones de cuneta redondeada encuentran alguna aplicación para señalar el borde de los pavimentos, pero de la mayor importancia es su aplicación en los carriles laterales únicos de las rampas, para indicar la separación de la entre el pavimento y el acotamiento, en este caso la guarnición sirve para los conductores a utilizar el acotamiento excepto para paradas de emergencia.

Conclusiones

Nuestra conclusión es que los alcantarillados y desagües son muy importantes para las construcciones de carreteras, autopistas, etc… por otro lado debemos tomar en cuenta el lugar de donde estará colocada cada alcantarilla que se necesita para hacer una salida rápida y así evitar que el agua ya sea de lluvia o de algún lugar que provenga no se estanque en las carreteras y no se pueda maltratar el material ya que eso tendría un costo más elevado al hacer reparaciones y también tienen que durar el tiempo requerido.

Los desagües son muy importantes porque "evitan que el agua circule sobre el camino o la carretera en cantidades excesivas, provocando la formación de charcos, baches y la destrucción del pavimento" esto quiere decir que ayudan al agua a fluir más rápido y no interferir en la carretera, no provocar el arruinamiento de las carreteras y ayuda a que no se desgasten. Su ubicación también es un factor importante porque si la carretera está en una montaña el desagüe su trabajo seria aventar el agua hacia el precipicio y evitar el encharcamiento en la carretera. En el último tema encontramos las guarniciones que como ya sabemos son muy importantes para las autopistas y no solo para ellas, sino también para las demás carreteras ya que ellas nos indican hasta donde llega la carretera y el acotamiento de ellas, las guarniciones las veremos en tres tipos: la primera dice que es muy efectiva para los vehículos que salen de la calzada, este tipo de guarnición es de gran ayuda en las rampas y para reforzar la separación de caminos. La segunda nos habla de que es un poco más aplicada que la anterior ya que nos sirve para delimitar separadores centrales y disminuye la confusión de estos, es considerada como guarnición que se puede atravesar en casos de emergencia. Y por último la tercera que dice que es muy importante para los carriles de las rampas de un solo sentido, separa el pavimento y el acotamiento que a este lo ocupan los conductores excepto para paradas de emergencia.

Referencias

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Vázquez, V. (1998). Apuntes para el diseño de alcantarillas en caminos y carreteras. Puebla, México.

Rivera, S. (1999). Hidrología pluvial urbana. Puebla, México.

CITAS TEXTUALES

• 1. Ministerio de transportes y comunicaciones. "manual para el diseño de carreteras pavimentadas de bajo volumen de tránsito. 04 de Abril de 2008 "cuadro Dimensiones mínimas de las cunetas"

• 2. Kramer, C., Pardillo, J. M., Rocci, S., Romina, M. G., Sánchez, V. & Ángel, M. (2004). Menciona el objetivo principal es evitar total o parcialmente que el agua llegue al camino o a la carretera, o en su defecto el agua que llegue tenga una salida fácil.

• 3. Hugh, J. (1976). Dice que las guarniciones que se adaptan a las necesidades de las carreteras conducen a tres tipos fundamentales: las guarniciones verticales, las inclinadas y las redondeadas.

• 4. Secretaria de comunicaciones y transportes. Recuperado en 2011. SCT.30 de septiembre de 2011 menciona la cantidad y la ubicación deberán establecerse a fin de garantizar el funcionamiento del sistema de drenaje.

Autor:

Alejandro Ortiz

Benito Brayam

Axel Carreón Anaya

Guillermo Paredes Barrientos

Daniel Rojas Monterrosas

BENEMÉRITA UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE PUEBLA

FACULTAD DE INGENIERÍA

COLEGIO DE INGENIERÍA CIVIL DHTIC

TAREA: ENSAYO FINAL EQUIPO: AUTOPISTAS