UNIVERSIDAD AUTNOMA TOMAS FRAS

FACULTAD DE INGENIERA

CARRERA DE CONSTRUCCIONES CIVILES

CONSTRUCCION DE CARRETERAS

COC - 114

CLCULO y diseo de carreteras

1.- INTRODUCCIN

En la actualidad el Diseo Geomtrico de Carreteras, es muy requerida de manera constante, puesto que la apertura de nuevas vas de comunicacin, es el desafo latente ante el desarrollo de nuestros pueblos, antiguamente se tena un concepto de que los caminos eran solo una va de comunicacin hoy en nuestros das, donde la ciencia tiene un avance a pasos agigantados, este concepto paso a ser insuficiente ante tantas demandas de varias naturalezas que son de prioridad la apertura de caminos, la cual muy al margen de comunicarla lo abren las puertas ante el desarrollo de una determinada regin

CRITERIOS DETERMINANTES PARA EL DISEO DE LAS CARRETERAS

CONSIDERACIONES GENERALES

Es importante un buen diseo de una carretera, que brinda condiciones de seguridad y eficiencia en los costos de operacin de los vehculos.El tema de la seguridad vial, en particular, no ha merecido en Centroamrica la atencin debida, razn por la cual en este manual se ha optado por plantear algunas recomendaciones al respecto en un captulo al final. En adelanto de ese tema y para relevar su significacin, puede mencionarse que se ha estimado que ms de 300,000 personas mueren en el mundo y entre 10 y 15 millones resultan lesionados en un ao, como producto de accidentes de trnsito. Una de las principales causas de muertes prematuras de personas entre 5 y 44 aos de edad, son los accidentes de trnsito, de tal forma que para los pases en vas de desarrollo, stos se han transformado en un problema real de salud, que produce elevado gastos en medicinas, uso de equipo especializado, instalaciones y personal. Se reconoce que estos gastos bien pueden disminuirse por medio de diseos de obras viales orientados hacia la seguridad del trnsito.

LOS VOLMENES DE TRNSITO

El buen diseo de una carretera solamente puede lograrse si se dispone de la adecuada informacin sobre la intensidad del movimiento vehicular que la utiliza y la utilizar hasta el trmino del perodo seleccionado de diseo, sea que se trate de una nueva carretera o

de una carretera existente que se propone reconstruir o ampliar. Esta visin cuantificada del lado de la demanda del trnsito, es comparada con la oferta de capacidad que promete la solucin del diseador, para establecer su necesaria compatibilidad y consistencia.

La medicin de los volmenes del flujo vehicular se obtiene normalmente y a veces de manera sistemtica, por medios mecnicos y/o manuales, a travs de conteos o aforos volumtricos del trnsito en las propias carreteras, lo mismo que mediante investigaciones de Origen y Destino (O/D) que, dependiendo de la metodologa utilizada, arrojarn datos sobre la estructura, distribucin, naturaleza y modalidad de los viajes. En las intersecciones, los estudios volumtricos de trnsito clasificados por direccin de los movimientos en los accesos a las mismas, durante perodos de tiempo determinados, proporcionan a su vez los datos bsicos necesarios para enfrentar las particulares caractersticas de su diseo.

VELOCIDAD DE DISEO

La velocidad de diseo, tambin conocida como velocidad directriz, es la mxima velocidad que, en condiciones de seguridad, puede ser mantenida en una determinada seccin de una carretera, cuando las condiciones son tan favorables como para hacer prevalecer las caractersticas del diseo utilizado.

En principio, las carreteras deben disearse para las mayores velocidades que sean compatibles con los niveles deseados de seguridad vial, movilidad y eficiencia, tomando a la vez debida cuenta de las restricciones ambientales, econmicas, estticas y los impactos sociales y polticos de tales decisiones.

Para la AASHTO, una velocidad de diseo de 110 kilmetros por hora en autopistas, vas expresas y otras carreteras troncales, resulta apropiada para aplicar en la categora superior de los sistemas de carreteras.

En la seleccin de una adecuada velocidad de diseo para una carretera particular, debe darse especial consideracin a los siguientes aspectos:

a. Distribuciones de las velocidades

b. Tendencias de las velocidades

c. Tipo de rea

Rural

Urbana

d. Condiciones del terreno

Plano

Ondulado

Montaoso

e. Volmenes de trnsito

f. Consistencias en el diseo de carreteras similares o complementarias

g. Condiciones ambientales

CAPACIDADES Y NIVELES DE SERVICIO DE LAS CARRETERAS REGIONALES:

La prctica vial norteamericana, insina que los volmenes de diseo deben guardar correspondencia con soluciones viales que selecciona el diseador, las cuales presentan ofertas con volmenes de trnsito que varan desde los niveles de servicio B, para las autopistas y las carreteras de mayor categora, hasta los niveles ms restringidos de servicio D, que son aceptables para las vas colectoras con menores volmenes de movimiento vehicular proyectado al ao de diseo. En el rango intermedio se encuentran algunas categoras de carreteras para las que son aplicables las condiciones del nivel de servicio C.

Dada la considerable necesidad de recursos de inversin para infraestructura, el creciente rezago en la atencin de las demandas de inversin en obras de reconstruccin y mejoramiento de la infraestructura vial existente, adems de la aparente conformidad de los usuarios de aceptar condiciones con cierto grado de restricciones en la circulacin del trnsito diario, se propone que las carreteras de la red sean diseadas para el nivel de servicio D, con la excepcin de las autopistas especiales, que deben limitarse al nivel deservicio C. Al nivel de servicio C el flujo es estable, en tanto que al nivel de servicio D se hacen presentes ciertas evidencias de inestabilidad en la circulacin.

Condiciones de operacin del trnsito, que aparentan ser satisfactorias a los niveles de servicio mencionados:

- AUTOPISTAS ESPECIALES (NIVEL DE SERVICIO C)

Operacin estable, pero crecientemente ms crtica. Velocidad promedio de viaje de 110 kilmetros por hora. Flujo de servicio a 75 por ciento de la capacidad, o no ms de 1,640 automviles o vehculos livianos por hora carril.

- CARRETERAS RURALES DE CUATRO O MS CARRILES, SIN CONTROL EN LOS ACCESOS

(NIVEL D)

Se aproxima la situacin de flujo inestable, con tasas de 89 por ciento de la capacidad o sea 1,940 automviles por hora carril, a una velocidad de viaje de 92 kilmetros por hora bajo condiciones ideales.

- ARTERIAS URBANAS Y SUBURBANAS (NIVEL D)

Se aproxima la situacin de flujo inestable. La velocidad se reduce a 40 por ciento de la velocidad de flujo libre. Se amplan los retrasos en las intersecciones.

- CARRETERAS DE DOS CARRILES (NIVEL D)

Se aproximan condiciones para flujo inestable. La velocidad promedio de viaje es de alrededor de 80 kilmetros por hora. El flujo vehicular en ambas direcciones alcanza el 64 por ciento de la capacidad, con oportunidades continuas para adelantar. 1,800 automviles por hora en ambos sentidos es el tope lmite, bajo condiciones ideales.

ELEMENTOS DE DISEO GEOMTRICO

DISEO GEOMTRICO DEL PERFIL LONGITUDINAL

El perfil longitudinal est controlado principalmente por:

Categora del Camino

Velocidad de Diseo

Topografa

Alineamiento Horizontal

Distancias de Visibilidad

Seguridad

Drenaje

Costos de Construccin

Valores Estticos.

CONSIDERACIONES DE DISEO

Una rasante en que se alternan pendientes de diverso sentido y/o magnitud en cortas longitudes genera numerosos quiebres, tipificando la situacin opuesta a la descrita como deseable.

Puntos bajos sin visibilidad, seguidos por tramos que son visibles, crean desconcierto en el usuario y son causa de aumento de los accidentes asociados a maniobras de adelantamiento.

En pendientes de bajada, largas y pronunciadas, es conveniente disponer, cuando sea posible, carriles de emergencia que permitan maniobras de frenado en caso de falla de frenos.

No se debe colocar la parte inferior de una curva vertical cncava en un tramo en corte, debido a las dificultades de drenaje. Asimismo, se deber evitar colocar una curva vertical convexa entre dos tangentes planas en una zona en corte, ya que el drenaje ser muy pobre.

En reas sujetas a inundaciones, se colocar la rasante por lo menos 500 mm por encima del nivel ordinario de aguas altas, protegiendo convenientemente los taludes.

PENDIENTES RECOMENDABLES

Con terminales apropiadas, pendientes cortas de ascenso de 7 y 8 por ciento, permiten las operaciones de los vehculos livianos sin afectar su velocidad ni su seguridad. Por otra parte, las pendiente de 5 por ciento, en tanto sean aplicadas en cortas distancias de ascenso, no interfieren con las operaciones de los camiones y otros vehculos pesados. En las rampas de descenso, las pendientes hasta de 8 por ciento no afectan las operaciones de los vehculos livianos, sin embargo para no afectar a los camiones y otros vehculos pesados usuales en la corriente del trnsito, se recomienda que las rampas de descenso sean limitadas a 3 y 4 por ciento de pendiente.

Puesto que la pendiente longitudinal est relacionada con la velocidad de diseo y que velocidades mayores exigen pendientes ms suaves, se ha establecido como criterio general que las rampas de ascenso con una velocidad de diseo de 70 a 80 kilmetros por hora sean limitadas a pendientes comprendidas entre 3 y 5 por ciento; que para velocidades de 60 kilmetros por hora la pendiente se ubique entre 4 y 6 por ciento; que para velocidades dentro del rango de 40 a 50 kilmetros por hora, la pendiente pueda ser de 5 a 7 por ciento y de 6 a 8 por ciento para la velocidades menores de 40 kilmetros por hora. Para rampas con circulacin en un solo sentido se admite que los valores anteriores puedan ser incrementados, por lo que se refiere a pendientes, en un dos por ciento ms.

El perfil tpico de una rampa asume la forma de la letra S, con una curva vertical en columpio en la parte inferior, una curva en cresta en la parte superior y una tangente intermedia, aunque dependiendo del diseo y de la longitud de dicha rampa, se pueden incorporar otras curvas verticales segn sea necesario para mejorar la solucin.

TIPOS DE CURVAS CIRCULARES

a) CURVA CIRCULAR SIMPLE

ELEMENTOS DE LA CURVA CIRCULAR.

En la figurase ilustran los diversos elementos asociados a una curva circular.

La simbologa normalizada que se define a continuacin deber ser respetada por el proyectista.

RADIOS MNIMOS ABSOLUTOS

Los radios mnimos que se usarn en las diferentes carreteras sern funcin de la velocidad directriz y del peralte, de acuerdo a los valores que se indican en la tabla.

B) CURVAS HORIZONTALES DE TRANSICIN

Para dar seguridad al recorrido de los vehculos desde una seccin en recta tangente de una carretera a una determinada curva horizontal circular, los conductores desarrollan a su manera y en ocasiones invadiendo el carril vecino, una curva que podra denominarse de transicin. En los nuevos diseos se ha vuelto prctica comn intercalar una curva de transicin, que facilite a los conductores el recorrido seguro y cmodo de la curva, manteniendo el vehculo inscrito dentro de su carril y sin experimentar la violencia de la fuerza centrfuga que es propia de la circulacin por dicha curva. El requerimiento especial de una curva de transicin consiste en que su radio de curvatura pueda decrecer gradualmente desde el infinito en la tangente que se conecta con la espiral (TE), hasta el final de la espiral en su enlace con la curva circular (EC).

En la situacin de salida de la curva circular hacia la espiral (CE), se produce el desarrollo inverso hasta el contacto de la espiral con la tangente (ET). Esta condicin produce un incremento y decremento gradual de la aceleracin radial, que es bastante deseable en diseo. No cabe lugar a dudas de que la utilizacin de curvas en espiral mejora la apariencia y la circulacin en una carretera.

Se han utilizado la parbola cbica, la lemniscata y la clotoide13 en el diseo de curvas de transicin, siendo esta ltima, tambin conocida como espiral de Euler, la ms aceptada en el diseo de carreteras. Por definicin, el radio en cualquier punto de la espiral vara en relacin inversa con la distancia medida a lo largo de la espiral.

C) CURVAS COMPUESTAS

CASO GENERAL:En general, se evitar el empleo de curvas compuestas, tratando de reemplazarlas por una sola curva.

CASO EXCEPCIONAL:En caso excepcional se podr usar curvas compuestas, aclarando las razones, tcnico-econmicas u otras, que justifican el empleo de dos curvas continuas de radio diverso.

En tal caso y en el caso de usar la policntrica de tres centros, debern respetarse las siguientes condiciones:

- El radio de una de las curvas no ser mayor de 1.5 veces el radio de la otra.

- Para armonizar los valores del peralte y sobreancho de cada una de las con la condicin

La variacin del peralte se efectuar dentro de la curva de radio mayor, a partir del P.C.C.

D) CURVA Y CONTRA CURVA (CURVA "S"):

(a) Curva "S" con Curva de Transicin

Entre dos curvas de sentido opuesto deber existir siempre un tramo en tangente lo suficientemente largo como para permitir las longitudes de transicin

(b) Curva "S" sin Curva de Transicin

La longitud mnima de tangente entre dos curvas de sentidos inversos ser aquella necesaria para permitir la transicin del peralte con los lmites de incremento

CURVAS VERTICALES

NECESIDAD DE CURVAS VERTICALES

La funcin de las curvas verticales consiste en reconciliar las tangentes verticales de las gradientes. Las curvas parablicas se usan casi exclusivamente para conectar tangentes verticales por la forma conveniente en que pueden calcularse las ordenadas verticales.

Esas parbolas, de 2 grado, son definidas por su parmetro de curvatura K, que equivale a la longitud de la

curva en el plano horizontal, en metros, para cada 1% de variacin en la pendiente, as:

K = L/A

Donde,

L = Longitud de la curva vertical

A = Valor Absoluto de la diferencia algebraica de las pendientes

Adems podran emplearse curvas circulares de radio grande, segn la relacin R=100 K.

PROYECTO DE LAS CURVAS VERTICALES

Las curvas verticales se proyectan, para que en su longitud se efecte el paso gradual de la pendiente de la tangente de entrada a la de la tangente de salida. Deben dar por resultado una va de operacin segura y confortable, apariencia agradable y con caractersticas de drenaje adecuadas.

Para una operacin segura de los vehculos al circular sobre curvas verticales, especialmente si son convexas, deben obtenerse distancias de visibilidad adecuadas, como mnimo iguales a la de parada.

Debido a los efectos dinmicos, para que exista comodidad es necesario que la variacin de pendiente sea gradual, situacin que resulta ms crtica en las curvas cncavas, por actuar las fuerzas de gravedad y centrfuga en la misma direccin.

Generalmente se proyectan curvas verticales simtricas, es decir, aquellas en las que las tangentes son de igual longitud. Las tangentes desiguales o las curvas verticales no simtricas son curvas parablicas compuestas. Por lo general, su uso se garantiza slo donde no puede introducirse una curva simtrica por las condiciones impuestas del alineamiento.

El proyecto de curvas verticales, puede resumirse en cuatro criterios para determinar la longitud de las curvas:

CRITERIOS DE COMODIDAD.Se aplica al diseo de curvas verticales cncavas en donde la fuerza centrfuga que aparece en el vehculo al cambiar de direccin se suma al peso propio del vehculo. Generalmente queda englobado siempre por el criterio de seguridad.

CRITERIOS DE OPERACIN.Se aplica al diseo de curvas verticales con visibilidad completa, para evitar al usuario la impresin de un cambio sbito de pendiente.

CRITERIOS DE DRENAJE.Se aplica al diseo de curvas verticales convexas cncavas cuando estn alojadas en corte. Para advertir al diseador la necesidad de modificar las pendientes longitudinales de las cunetas.

CRITERIOS DE SEGURIDAD.Se aplica a curvas cncavas y convexas. La longitud de la curva debe ser tal, que en todo su desarrollo la distancia de visibilidad sea mayor o igual a la de parada. En algunos casos el nivel de servicio deseado puede obligar a disear curvas verticales con la distancia de visibilidad de paso.

TIPOS DE CURVAS VERTICALES:

A) DISEO DE CURVAS VERTICALES EN CRESTA CONVEXA

Existen dos condiciones para disear este tipo de curvas:

La primera considera que la longitud de la curva (L) es mayor que la distancia de visibilidad (S) y la segunda se presenta cuando L es menor que S. En el primer caso se aplica la siguiente expresin para calcular la longitud mnima (L) de curva vertical:

Donde: G = Diferencia algebraica de pendientes (%)

S = Distancia de visibilidad

h1 = Altura del ojo del conductor

h2 = Altura del objeto

B) DISEO DE CURVAS EN COLUMPIOS O CNCAVAS

Se han identificado los siguientes cuatro criterios para usarse en el clculo de las longitudes de curvas en columpios.

El primero se basa en la distancia iluminada por los faros delanteros del vehculo.

El siguiente toma en cuenta bsicamente una sensacin subjetiva de comodidad en la conduccin, cuando el vehculo cambia de direccin en el alineamiento vertical.

El tercero considera requerimientos de drenaje.

El ltimo se basa en consideraciones estticas.

PENDIENTES MNIMAS

En los tramos en corte generalmente se evitar el empleo de pendientes menores de 0,5%.

Podr hacerse uso de rasantes horizontales en los casos en que las cunetas adyacentes puedan ser dotadas de la pendiente necesaria para garantizar el drenaje y la calzada cuente con un bombeo superior a 2%.

PENDIENTES MXIMAS

El proyectista tendr, en general, que considerar deseable los lmites mximos de pendiente.

En zonas superiores a los 3000 msnm, los valores mximos reducirn en 1% para terrenos montaosos o escarpados.

En carreteras con calzadas independientes las pendientes de bajada podrn superar hasta en un 2% los mximos establecidos

PENDIENTES MXIMAS ABSOLUTAS

Los lmites mximos de pendiente se establecern teniendo en cuenta la seguridad de la circulacin de los vehculos ms pesados, en las condiciones ms desfavorables de pavimento.

El Proyectista tendr, excepcionalmente, como mximo absoluto, el valor de la pendiente mxima incrementada hasta en 1%, para todos los casos. Deber justificar tcnica y econmicamente la necesidad del uso de dicho valor.

SECCIONES TRANSVERSALES

COMPONENTES BSICOS DE LA SECCIN TRANSVERSAL

En las etapas inciales del diseo de las carreteras, siempre es conveniente dar la debida consideracin al uso de componentes de dimensiones normales o mejoradas en la seccin transversal, por estar comprobado que con un bajo costo relativo, reducen sustancialmente los riesgos de accidentes o, inversamente, contribuyen al mejoramiento de los niveles de seguridad vial. Cualesquiera que sean estos elementos de la seccin transversal, deben mantenerse a lo largo de todo el proceso de diseo de una carretera o de un segmento dado de dicha carretera.

Adems de la seguridad, se deben considerar las caractersticas operativas del trnsito, la esttica, los patrones de velocidad, la capacidad y sus niveles de servicio, tomando en cuenta adems las dimensiones de los vehculos de diseo, sus caractersticas operativas y la conducta muy particular de los conductores centroamericanos. En el diseo de la seccin transversal debe preverse la construccin por etapas o la incorporacin de ampliaciones que puedan, con posterioridad, ser ejecutadas econmica y prcticamente.

LOS CARRILES DE CIRCULACIN

Divididas o no, las carreteras estn provistas de uno, dos o ms carriles de circulacin por sentido y, excepcionalmente, de un solo carril habilitado para la circulacin en ambos sentidos, con bahas o refugios estratgicamente ubicados a lo largo de la va, para permitir las operaciones de adelantamiento o el encuentro seguro de dos vehculos en sentidos opuestos. Se debe tomar nota que el carril es la unidad de medida transversal, para la circulacin de una sola fila de vehculos, siendo el ancho de la calzada o superficie de rodamiento, la sumatoria de los carriles, a la que tambin se hace referencia en la clasificacin de las carreteras. Para ofrecer las mejores condiciones de seguridad y comodidad para los usuarios, la superficie de rodamiento de las carreteras debe ser plana y sin irregularidades, resistente al deslizamiento y habilitada para la circulacin del trnsito bajo todas las condiciones climticas previsibles.

Existe una clara y comprobada relacin entre el ancho del carril, el ancho utilizable de los hombros o la ubicacin de las obstrucciones laterales y la capacidad de las carreteras, segn los resultados que muestra el cuadro 4.2 adjunto. Los datos mostrados en el cuadro son calculados para flujos ininterrumpidos del trnsito, con un nivel de servicio B y pavimentos con estructuras de alta calidad.

EL ANCHO DE LOS CARRILES.El mismo cuadro demuestra tambin que la escogencia del ancho de los carriles es una decisin que tiene incidencia determinante en la capacidad de las carreteras. Como parmetro de referencia durante el diseo, se debe tener a la vista la estructura del trnsito proyectado, que a su vez y en la medida de la importancia relativa del trnsito pesado dentro del mismo, har necesario que la dimensin de cada carril sea habilitada para que los camiones y las combinaciones de vehculos de diseo, con 2.6 metros de ancho, se puedan inscribir cmodamente y a las velocidades permisibles, dentro de la franja de circulacin que les ha sido habilitada.

En el ambiente vial centroamericano, un ancho de carril de 3.6 metros se considera como el ideal para las condiciones fsicas ms exigentes de la va y el trnsito, en coincidencia con las normas norteamericanas vigentes, variando segn el tipo de carretera hasta un mnimo tolerable de 2.7 metros en caminos rurales de poco trnsito.

El ancho de carril de 3.6 metros es deseable para las carreteras de la red regional, de manera que una calzada de dos carriles con 7.2 metros ofrecer ptimas condiciones para la circulacin vehicular. Cuando haya restricciones en el derecho de va, el carril de 3.3 metros se considerar recomendable; en tanto que el carril de 3.0 metros de ancho es aceptable nicamente en el caso de vas diseadas para baja velocidad. Se admite el uso de carriles de 3.3 metros en la parte interior de autopistas y hasta 3.9 metros en los carriles exteriores, para permitir ms comodidad y seguridad a los vehculos lentos y a las bicicletas. En el diseo de

carriles contiguos y de doble sentido de circulacin, en el centro de la seccin transversal parafacilitar los giros a izquierda, los anchos recomendables varan entre 3.0 y 4.8 metros.

Los carriles de aceleracin y deceleracin, al igual que los carriles adicionales para ascensos y descensos, determinados por el alineamiento vertical de las carreteras con porcentajes significativos de vehculos pesados en la corriente del trnsito y bajas velocidades, debern disponer de un ancho mnimo de 3.3 metros.

En lo que corresponde a la superficie del pavimento de la calzada, sta estar determinada por el volumen y la composicin del trnsito, las caractersticas del suelo y del clima, la disponibilidad de materiales y el costo durante todo el ciclo de vida del proyecto. Los pavimentos con superficie de rodamiento de alta calidad, ofrecen una superficie tersa, buenas cualidades antiderrapantes y bajo costo de mantenimiento, por la perfeccin del diseo y el estricto control de calidad de los productos utilizados. Los de calidad intermedia varan desde los tratamientos superficiales bituminosos hasta pavimentos asflticos de alta calidad, pero sometidos a menores controles para reducir costos. Las superficies de baja calidad se presentan en carreteras con superficies de grava, suelos estabilizados o tratados qumicamente y simple material selecto compactado.

PENDIENTE TRANSVERSAL DE LOS CARRILES.La pendiente transversal de una carretera de primera clase con dos carriles en tangente, debe ser del 2.0 por ciento del centro de la seccin hacia fuera. Cuando existan ms de dos carriles por sentido, cada carril adicional ir incrementando su pendiente transversal entre 0.5 y 1.0 por ciento. En reas de intensa precipitacin pluvial, la pendiente de los carriles centrales puede incrementarse a 2.5 por ciento, con un medio por ciento incremental en los carriles contiguos hacia fuera, pero sin superar un 4.0 por ciento.

Para carreteras con superficie de calidad intermedia, la pendiente transversal desde la cresta de la seccin puede variarse entre 1.5 y 3.0 por ciento, en tanto que las carreteras con superficie de rodamiento de baja calidad, el rango de pendiente transversal puede fijarse entre 2.0 y 4.0 por ciento.

No se estimula el uso de secciones parablicas para conformar la pendiente transversal de una carretera de cuatro carriles, debido a que la cada del borde exterior del pavimento es muy acentuada y, aunque conveniente para efectos del drenaje, puede ser incmoda para la conduccin vehicular.

OBRAS DE DRENAJE Y SUBDRENAJE EN CARRETERAS

En toda carretera se debe proporcionar un drenaje adecuado y econmico para proteger la estructura de una carretera y la vida de las personas, el flujo del agua superficial es que resulta del agua de la precipitacin ya sea en forma de lluvia de nieve o de hielo, sin embargo una parte del agua superficial se infiltra en el suelo y el resto permanece sobre la superficie, la cual se debe eliminar de alguna manera lejos del camino.

Existe tambin otro tipo de agua que se puede encontrar y se llama el nivel fretico que tambin debe ser eliminado por drenes subterrneos para que no sea daada la estructura de la carretera.

OBRAS DE DRENAJE

Las estructuras de drenaje tienen como objetivo controlar el agua que llega a Ia va y afecta por escurrimiento superficial, independientemente que las aguas hayan cado sobre o fuera de la va, las obras de drenaje ms comunes son:

EL BOMBEO:Se entiende por bombeo a la pendiente transversal que se da en las carreteras y en las aeropistas, la cual permite que el agua que cae directamente sobre ellas escurra hacia sus dos hombros. En una va de dos carriles de circulacin y en secciones en tangente el bombeo debe tener un 2o/o de pendiente desde el eje del camino hasta el hombro correspondiente, en las secciones en cuya la pendiente transversal ocurre sin discontinuidad, desde el hombro ms elevado al ms bajo, en las carreteras con pavimento rgido el bombeo puede ser un poco menor, ms o menos en el orden de 1.5%.

En las aeropistas se dispone tambin el bombeo desde el eje hacia los hombros, con pendiente de 1.s% en su generalidad.

LOS BORDILLOS:Los bordillos son estructuras que se colocan en el borde exterior del acotamiento, en las secciones en tangente, en el borde opuesto al corte en las secciones en balcn o en la parte interior de las secciones de terrapln en curva. Son pequeos bordos que forman una barrera para conducir el agua hacia los lavaderos bajantes, evitando erosiones en los taludes y saturamiento de estos por el agua que cae sobre la corona de la va.

LOS LAVADEROS.-Los lavaderos son canales que se conectan con los bordillos y bajan transversalmente por los taludes, con et objeto de conducir et agua de lluvia que escurre por los acotamientos hasta lugares alejados de los terraplenes, en donde ya sea inofensiva.

LAS CUNETAS.-Las cunetas son canales que se adosan a los lados de la corona de la va y paralelamente al eje longitudinal de la misma. El objetivo de esta estructura es la de recibir el agua superficial proveniente del talud y de la superficie de rodamiento.

LA VEGETACIN.- La ms efectiva proteccin de los taludes de un corte o terrapln .contra la accin del agua superficial es la plantacin de especies vegetales; stas retardan el escurrimiento disminuyendo la energa del agua contribuyendo de paso al equilibrio de la humedad de los suelos que conforman los taludes del corte a terrapln

ZANJAS DE CORONACIN.-Son zanjas excavadas en el terreno natural, que Se localizan en la parte superior de los taludes de los cortes, con la finalidad de interceptar el agua superficial que escurre ladera abajo desde mayores alturas, para evitar la erosin el talud y el congestionamiento de la cuneta y la corona de la carretera por el agua y su material de arrastre.

CRITERIOS HIDROLGICOS

Los parmetros que deben utilizarse para obtener una estimacin razonable y la cantidad de agua son:

1.-La intensidad de la precipitacin fluvial, para calcular la tormenta de diseo.

2.- Escurrimiento superficial

3'-El tiempo de concentracin para los puntos crticos en el sistema de drenaje.

1. INTENSIDAD DE LA PRECIPITACIN FLUVIAL.-Para disear apropiadamente un drenaje se debe considerar las tormentas ms fuertes que se presenten a determinados intervalos y durante los cuales, la intensidad de la precipitacin y del escurrimiento del agua superficial sea mayor que en otros aos, la intensidad de precipitacin durante la tormenta de diseo est en funcin de la ocurrencia, la duracin y la intensidad.

- Ocurrencia.- La seleccin de la frecuencia de la ocurrencia de la tormenta de diseo es ms de experiencia que de criterio, porque, la frecuencia es un tema estadstico. Por su parte, si el sistema se disea para una frecuencia de la ocurrencia para 25 aos, se debe manejar como dato la tormenta ms fuerte, la tormenta ms severa que se present una sola vez en 25 aos, si tomamos una ocurrencia de 100 aos con seguridad nos hade presentar un mayor costo o a la inversa, si tomamos una frecuencia de 10 aos el costo ser muy bajo.

2.- ESCURRIMIENTO SUPERFICIAL.-Cuando la lluvia cae sobre una superficie permeable, parte penetra al suelo y el resto desaparece en un tiempo determinado, ya sea por evaporacin, por escurrimiento o por ambos casos, en carreteras se considera que la cantidad de agua perdida por evaporacin es despreciable, por lo que el drenaje deber tener la suficiente capacidad de captar todo el agua de lluvia y que no se infiltre en el suelo.

3.- TIEMPO DE CONCENTRACIN.-despus de seleccionar la frecuencia de la tormenta de diseo se hacen los clculos para determinar la duracin de la lluvia que produce la razn mxima de escurrimiento y se la conoce como tiempo de concentracin.

MTODO RACIONAL.-Uno de los mtodos ms comunes para calcular el escurrimiento en un rea de drenaje, la cual, se puede realizar mediante el mtodo racional.

Q=CIA

Donde:

Q, es el escurrimiento

C, coeficiente que representa la relacin del escurrimiento a la lluvia.

I, intensidad de la lluvia.

A, rea de drenaje

OBRAS DE SUB-DRENAIE.

El subdrenaje en las carreteras permite reducir los efectos desfavorables del agua interna sobre la estabilidad de las calzadas y de las explanaciones. El agua interna tiene normalmente dos orgenes, interior y exterior.

El agua puede manifestarse por ascensin capilar a partir del nivel fretico (ms precisamente por fenmenos de succin en fase lquida, o an en fase vapor). Adems, pueden aparecer, en los taludes o en la banca, fuentes de aguas aisladas o repartidas que, no solamente dificultan la realizacin de las obras nuevas, Sino que tambin comprometen la estabilidad de las carreteras posteriormente a Su construccin.

Los objetivos del drenaje interno de las carreteras son:

- Facilitar la ejecucin de las explanaciones durante la fase de construccin de la carretera.

- Aumentar la capacidad portante de la subrasante y reducir as el espesor del pavimento.

- Contribuir en la estabilidad de los taludes mediante la orientacin ms favorable de los flujos de agua interna, la reduccin de las presiones intersticiales y en consecuencia el mejoramiento de las propiedades geotcnicas.

Los principales dispositivos de drenaje interno son los siguientes:

SUBDRENES LONGITUDINALES.-En la fase de modernizacin de una carretera existente, como en la fase de construccin inicial, los subdrenes longitudinales son los dispositivos bsicos de drenaje interno en zonas de corte y sus principales funciones son:

Abatimiento de un nivel fretico.

Eliminacin de aguas de filtracin.

Derivacin de fuentes de agua situadas debajo de la subrasante

CAPAS DRENANTES.-Las capas drenantes pueden preverse en zonas de cortes o de terraplenes. En las zonas de corte una capa drenante se construye encima de la subrasante como primera capa del pavimento; permite recoger el agua de filtracin o el agua de origen interior; se conecta imperativamente con subdrenes longitudinales localizados a ambos lados de la banca. Cuando la subrasante atraviesa una formacin con fuentes de agua, es conveniente asociar la capa drenante con una red de subdrenes oblicuos dispuestos en forma de espina de pescado. En zona de terrapln, puede preverse la interposicin de una capa drenante entre el terreno natural y el cuerpo del terrapln, especialmente en el caso de construccin de un terrapln sobre suelos comprensibles; en algunos casos se completa este sistema de aceleracin de consolidacin con pozos verticales, llenados con arena y unidos con su parte superior con la capa drenante.

El material de la capa drenante, as como el material colocado al rededor de los eventuales subdrenes complementarios, deben cumplir las condiciones de filtro siguiente.

Se denomina "S" el suelo natural en el cual se excava la trinchera y "f'el material de filtro cuya gradacin se determina para que satisfaga las condiciones de filtro, que se refieren a la permeabilidad relativa y la no contaminacin.

- condicin de no arrastre del materia l de filtro a travs de las perforaciones o de las juntas de la tubera.

Habitualmente esta condicin se expresa por la relacin experimental:

F85 > 2d

Donde, "f85" designa la malla del tamiz en el cual pasa el 85% en peso del material del filtro y "d" es el tamao de los orificios de la tubera.

- Condiciones de no contaminacin del material de filtro por los elementos del suelo S, y condiciones de permeabilidad del filtro notablemente superior a la del suelo S.

Estas condiciones se expresan experimentalmente por la doble desigualdad:

5S15 < f15 < 5S85

Como condiciones suplementarias se exige que la curva granulomtrica del filtro sea aproximadamente paralela a la del suelo s, a veces se aade una condicin de uniformidad relativa del material de filtro:

f60