SUBDRENAJESTIPOS DE SUBDRENAS Y SUS CARACTERISTICAS

Existen varias formas de drenaje, superficial y profundo. El objetivo principal de estos métodos es el de disminuir la presión de poros y en esa forma aumentar la resistencia al corte y eliminar las fuerzas hidrostáticas desestabilizantes. El factor de seguridad de cualquier superficie de falla que pasa por debajo del nivel de agua puede ser mejorado por medio de subdrenaje. Entre estos tenemos:

ZANJAS DRENANTES. RELLENOS LOCALIZADOS DE MATERIAL DRENANTE. GEOTEXTILES COMO ELEMENTOS DE SEPARACION Y FILTRO. COLCHONES DE DRENAJE SUBDRÉN INTERCEPTOR. DRENES HORIZONTALES O SUBDREN DE PENETRACIÓN. CORTINAS SUBTERRÁNEAS. DRENES INTERCEPTORES. GALERÍAS Y TÚNELES DE DRENAJE. TRINCHERAS ESTABILIZADORAS. PANTALLAS DE DRENAJE. POZOS DE DRENAJE.

ZANJAS DRENANTES:Consisten en zanjas rellenas de material drenante adecuadamente compactado, en el fondo de las

cuales generalmente se disponen tubos drenantes y que normalmente tras su relleno localizado de tierras se aíslan de las aguas superficiales por medio de una capa impermeable que sella su parte superior.

A veces se omiten los tubos de drenaje, en cuyo caso la parte inferior de la zanja queda completamente rellena de material drenante, constituyendo un dren ciego o francés. En estos drenes el material que ocupa el centro de la zanja es de piedra gruesa.Cuando exista peligro de migración del suelo, que rodea la zanja hacia el interior de la misma, se deberá de disponer de un filtro normalmente geotextil, protegiendo el material drenante.Su ejecución incluye normalmente las operaciones siguientes: Excavación. Ejecución del lecho del asiento de la tubería y, en su caso, disposición del filtro de geotextil. Colocación de la tubería. Colocación y compactación del material drenante. Relleno de tierras de la parte superior de la zanja, en su caso. Impermeabilización de la parte superior de la zanja.

MaterialesTodos los materiales que se utilicen para la ejecución de la zanja drenante deberán cumplir lo establecido en la legislación vigente en materia medioambiental, de seguridad y salud y de almacenamiento y transporte de los productos de construcción. En este artículos se concretarán las condiciones a cumplir por los tubos y material drenante, mientras que para el resto de materiales auxiliares como: filtro geoextil, relleno de tierras de la parte superior de la zanja e impermeabilización de la misma se atenderá a lo dispuesto en el Proyecto.TubosCondiciones generalesLos tubos a emplear en las zanjas drenantes podrán ser de hormigón en masa o armado, polietileno de alta densidad o cualquier otro material sancionado por la experiencia.En el caso de que se utilicen tubos de hormigón en masa poroso, tendrán la capacidad de filtración mínima de ochenta y cinco litros por segundo por cada metro cuadrado de superficie exterior y cada bar de carga hidrostática. El resto de las condiciones vendrán fijadas en el Proyecto o las especificará el Director de Obra.En todo caso los tubos utilizados serán fuertes, duraderos y libres de defectos, grietas y deformaciones.Forma y dimensionesLa forma y dimensiones de los tubos a emplear en zanjas drenantes, así como sus correspondientes juntas y perforaciones, serán las indicadas en el Proyecto, en el caso de que no se especifiquen se atenderá a lo que señale el Director de Obra.Se utilizarán tubos bien calibrados con generatrices rectas o con cierta curvatura en el caso de codos o de piezas especiales. Su superficie interior será razonablemente lisa y no se admitirán más defectos que los de carácter local o accidental, siempre que no supongan merma de la calidad de los tubos ni de su capacidad de desagüe.Material drenanteEl material drenante deberá cumplir, en la zona de contacto con el terreno o con el material de relleno de la parte superior de la zanja, las condiciones de filtro para evitar su contaminación. En el caso de que no fuese posible cumplir esta condición se deberá envolver el material drenante con un filtro de geotextil.

Imágenes de zanjas drenantes

RELLENOS LOCALIZADOS DE MATERIAL DRENANTEConsisten en la extensión y compactación de materiales drenantes en zanjas, trasdoses de obras de fábrica, o cualquier otra zona, cuyas dimensiones no permitan la utilización de los equipos de maquinaria pesada.MaterialesSe estará, en todo caso, a lo dispuesto en la legislación vigente en materia medioambiental, de seguridad y salud, y de almacenamiento y transporte de productos de construcción.Condiciones generalesLos materiales drenantes a emplear en rellenos localizados serán áridos naturales, o bien áridos procedentes del machaqueo y trituración de piedra de cantera o grava natural, o áridos artificiales. En todo caso estarán exentos de arcilla, margas y otros materiales extraños.Plasticidad.El material drenante será no plástico, y su equivalente de arena determinado según UNE EN 933-8 será superior a treinta (EA>30).

CalidadEl coeficiente de desgaste de los materiales de origen pétreo, medido por el ensayo de Los Ángeles, según UNE EN 1097-2, será inferior a cuarenta (40). Los materiales procedentes de escorias deberán ser aptos para su empleo en obras de hormigón. Los materiales de otra naturaleza deberán poseer una estabilidad química y mecánica suficiente, de acuerdo con los criterios establecidos en el Proyecto y en este pliego.Ejecución de las obrasSe estará, en todo caso, a lo dispuesto en la legislación vigente en materia medioambiental, de seguridad y salud, y de almacenamiento y transporte de productos de construcción.Preparación de la superficie de asientoCuando el relleno haya de asentarse sobre un terreno en el que existan corrientes de agua superficial o subálvea, se desviarán las primeras y captarán y conducirán las últimas, fuera del área donde vaya a construirse el relleno, antes de comenzar su ejecución. Estas obras, que tendrán el carácter de accesorias, se ejecutarán con arreglo a lo indicado en el Proyecto o, en su defecto, por el Director de las Obras.

GEOTEXTILES COMO ELEMENTOS DE SEPARACION Y FILTROUn geotextil es una tela permeable y flexible de fibras sintéticas, principalmente polipropileno y poliéster, las cuales se pueden fabricar de forma no tejida (non woven) o tejida (woven) dependiendo de su uso o función a desempeñar. Son objeto de este artículo las aplicaciones de geotextiles, materiales definidos en el artículo 290, "Geotextiles" de este pliego, utilizados en obras de carretera con las Funciónes de separadora entre capas de diferente granulometría y Función de filtro en sistemas de drenaje. DrenajeEl drenaje es el proceso mediante el cual se realiza el pasaje de un lugar a otro de un fluido (líquido o gas), evacuándolo. De esta manera se efectúa la eliminación por evacuación en el espesor del geotextil sin producir el lavado de finos.En esta función de drenaje deben tenerse en cuenta los siguientes parámetros:-Permeabilidad en el plano del geotextil-Espesor del geotextilFiltraciónLa filtración es la propiedad de retención de un material de ciertas partículas sometidas a fuerzas hidrodinámicas al tiempo que permite el paso de fluidos. La función de filtro debe garantizar su estabilidad hidráulica.En esta función de filtración deben tenerse en cuenta los siguientes parámetros:-Permeabilidad.-Abertura eficaz de los poros.-Espesor del geotextil.

SeparaciónLa separación impide el contacto entre dos superficies de distintas propiedades físicas, lo cual evita su mezcla y contaminación aunque permite el flujo libre de líquidos filtrándolos a través del geotextil, puede ser entre dos capas diferentes de suelo aportado o entre suelo natural y de aporte.Para evitar la mezcla de materiales debe soportar las cargas estáticas y dinámicas del material de aporte y del tráfico durante su colocación, así como también la retención de finos. El polipropileno lo mantiene estable ante la alcalinidad del cemento e inerte frente a los diversos elementos químicos presentes en el terreno.En la función de separación deben tenerse en cuenta los siguientes aspectos:-Resistencia a la tracción.-Resistencia al punzonamiento.-Elongación a la rotura.-Perforación dinámica por caída libre de cono.-Abertura de poros eficaz.-Espesor del geotextil.DurabilidadEn caso de utilización del geotextil en ambientes que puedan cons cripciones Técnicas Particulares del Proyecto o, en su defecto el Director de las Obras, definirán el tipo de ensayo iderarse agresivos, el Pliego de Pres de durabilidad a realizar de entre los indicados en el apartado 290.2.1.3 de este Pliego, así como el porcentaje de resistencia remanente respecto a la nominal que el geotextil debe mantener después de ser sometido al ensayo de durabilidad correspondiente.

Imágen de geotextiles

COLCHONES DE DRENAJESon las capas de material drenante que se colocan debajo de terraplenes, generalmente después de remover los suelos sueltos. Consisten en una capa de material grueso impermeable de veinte a cincuenta centímetros de espesor envueltos por dos mantos de geotextil. En ocasiones se colocan mangueras o tuberías perforadas para la recolección del agua captada por el colchón de drenaje.

SUBDRÉN INTERCEPTORSon zanjas excavadas a mano o a máquina, rellenas de material filtrante y elementos de captación y transporte de agua. La profundidad máxima de esta zanja es de aproximadamente 6 metros, los hay de diversas formas que pueden ser:1- Material de filtro y tubo colector (Dren francés). 2- Material grueso permeable sin tubo colector. 3- Con geotextil como filtro, material drenante y tubo colector. 4- Con geotextil, material drenante y sin tubo.5- Tubo colector con capa de geotextil alrededor.

El tipo de dren interceptor a emplear dependerá de: Disponibilidad de material en la región y costos. Necesidad de captación y caudal del dren.

Imagnes de subdrén interceptor

DRENES HORIZONTALES O SUBDREN DE PENETRACIÓNConsiste en una tubería perforada colocada a través de una masa de suelo, mediante una perforación profunda subhorizontal o ligeramente inclinada, con el cual se busca abatir el nivel freático, hasta que se incremente la estabilidad del talud. Son rápidos y simples de instalar, cuya longitud depende de las necesidades, comúnmente varían entre los diez y los cuarenta metros. El diámetro de las perforaciones es de aproximadamente 3 a 4 pulgadas dentro de las cuales se colocan tuberías perforadas generalmente de polietileno o PVC. Deben instalarse de tal manera que se elimine el nivel de agua o la saturación por encima de la superficie potencial de falla, las perforaciones se realizan a inclinaciones de 5% al 20% de pendiente de inicio. El rendimiento de las perforaciones de la masa de suelo depende del equipo que se esté empleando y del tipo de material; entre los equipos más utilizados se pueden mencionar Equipo a Rotopercusión, Equipo a Rotación Hidráulica, Equipo a Rotación Simple y Equipo a Percusión.Para el diseño de y ubicación de los drenes se debe hacer previamente un estudio geotécnico para determinar las características del régimen de aguas subterráneas, así como también de la superficie potencial de falla. Es necesario realizar mantenimiento de los drenes cada 5 a 8 años, donde existan materiales finos que se puedan sedimentar o raíces que puedan crecer dentro del dren.

IMÁGENES DE DRENES HORIZONTALES O SUBDREN DE PENETRACIÓN

CORTINAS SUBTERRÁNEAS

Puede impedirse que el agua subterránea alcance la zona de inestabilidad potencial mediante la construcción de pantallas impermeables profundas. Las pantallas subterráneas pueden consistir en zanjas profundas rellenas de asfalto o concreto, tablestacados, cortinas de inyecciones, o líneas de bombeo de agua consistentes en hileras de pozos verticales. El diseño de estas cortinas debe tener en cuenta los efectos que sobre las áreas adyacentes tiene el cambio del régimen de aguas subterráneas. Este sistema produce un aumento del nivel freático y represamiento del agua subterránea arriba del deslizamiento y su utilización debe complementarse con la construcción de subdrenes para controlar los efectos negativos.

Subdrenes Interceptores Los subdrenes interceptores son zanjas excavadas a mano o con retroexcavadora, rellenas de material filtrante y elementos de captación y transporte del agua. La profundidad máxima de estas zanjas es de aproximadamente seis metros. Los hay de diversas formas así:

1. Con material de filtro y tubo colector . 2. Con material grueso permeable sin tubo (filtro francés) 3. Con geotextil como filtro, material grueso y tubo colector. 4. Con geotextil, material grueso y sin tubo. 5. Tubo colector con capa gruesa de geotextil a su derredor. 6. Dren sintético con geomalla, geotextil y tubo colector

El tipo de dren interceptor a emplear dependerá de: -Disponibilidad de materiales en la región y costos. -Necesidad de captación y caudal del dren.

GALERÍAS Y TÚNELES DE DRENAJELa galería de drenaje es un túnel cuyo objetivo específico es el de disminuir las presiones de poros y controlar las corrientes profundas de agua subterránea en un talud Las galerías de drenaje deben tener una sección adecuada para facilitar su construcción y se colocan generalmente, por debajo de la posible zona de falla y en la parte inferior del acuífero que se desea controlar. El uso de galerías de drenaje para mejorar las condiciones de estabilidad de taludes, para el caso de presiones muy altas de poros es común para la estabilización de grandes deslizamientos. Las galerías de drenaje son empleadas especialmente, en los grandes proyectos hidroeléctricos. Para fijar su ubicación se requiere un estudio geotécnico detallado. Cuando la permeabilidad de los materiales en sentido vertical, es mayor debido a la orientación de las discontinuidades, el agua fluye fácilmente hacia la galería pero cuando la orientación de los estratos es horizontal el agua puede pasar por sobre la galería sin fluir hacia ella.En estos casos se requiere construir pozos verticales o subdrenes inclinados desde la galería para interceptar las zonas de flujo; Entre más alto el pozo vertical, su efecto es mayor. Generalmente, se recomiendan diámetros de 1/20 de altura del talud. Si se requieren teóricamente diámetros muy grandes, este efecto se puede suplir colocando pozos verticales y drenes de penetración dentro de la galería. Comúnmente, la galería drena por gravedad pero en algunos casos se requiere colocar un sistema de bombeo para su desagüe. Cuando una galería es construida en materiales meteorizados se requiere colocar un soporte permanente en forma de concreto lanzado reforzado. En este caso la pantalla de concreto debe estar colocada sobre un sistema de drenaje diseñado con sus respectivos lloraderos para facilitar el proceso de salida del agua a drenar.

TRINCHERAS ESTABILIZADORASLas trincheras estabilizadoras son zanjas profundas y anchas construidas generalmente, con maquinaria pesada de movimiento de tierras que en su fondo y/o paredes laterales lleva un colchón de filtro, un dren interceptor o un sistema de drenes tipo espina de pescado. La zanja posteriormente se rellena con enrocado o con material común de acuerdo a las necesidades específicas del caso. Generalmente, la trinchera se excava a profundidades superiores a las de la superficie de falla. Este tipo de subdrenes en ocasiones, no ha tenido éxito porque al excavar se activan deslizamientos de tierra de gran magnitud. El sistema de trinchera trabaja como un dren interceptor profundo y en su diseño deben tenerse en cuenta los requisitos de este tipo de drenes.

PANTALLAS DE DRENAJELas pantallas drenantes, o pantallas drenantes de borde, son zanjas bastante más profundas que anchas —su anchura no suele superar los veinticinco centímetros (25 cm)— , que se disponen normalmente en el borde de capas de firme o explanada, en cuyo interior se dispone un filtro geotextil, un alma drenante y generalmente, un dispositivo colector en la parte inferior. Se distinguen dos tipos de pantallas, dependiendo de cuál sea el alma drenante proyectada: — In situ, en las que suele ser material granular. — Prefabricadas, en las que el alma drenante se elabora en un proceso industrial. Aunque las pantallas drenantes requieren una ocupación de espacio en planta comparativamente    menor que otras soluciones que procuran objetivos similares, presentan condicionantes de limpieza y conservación más estrictos. En el proyecto se deberá justificar de manera expresa la adecuación   de esta solución a la problemática planteada, así como las características y ubicación de las pantallas drenantes, contemplando de modo expreso sus necesidades de limpieza y conservación, y prescribiendo, salvo justificación en contra, que su parte superior sea impermeable. Las pantallas drenantes pueden disponerse en contacto con las capas de firme o muy próximas a ellas. En este caso debe prestarse especial atención a sus condiciones de impermeabilización. El diámetro interior mínimo del dispositivo colector deberá ser de cien milímetros (100 mm). Cuando la sección no fuera circular, ésta deberá permitir la inscripción de un círculo de dicho diámetro.

POZOS DE DRENAJELos pozos verticales de drenaje son perforaciones verticales abiertas que tratan de aliviar las presiones de poros, cuando los acuíferos están confinados por materiales impermeables como puede ocurrir en las intercalaciones de Lutitas y areniscas. Los pozos verticales, tienen generalmente un diámetro externo de 16 a 24 pulgadas, con un tubo perforado de 4 a 8 pulgadas de diámetro en el interior de la perforación. En ocasiones se utilizan drenes de diámetro hasta de dos metros (Collota, 1988). El espacio anular entre la perforación y el tubo se llena con material de filtro. Su sistema de drenaje puede ser por bombeo, interconectando los pozos por drenes de penetración o por medio de una galería de drenaje o empleando un sistema de sifón. El espaciamiento de los pozos depende de la estructura de las formaciones. Si aparecen juntas verticales es posible que los pozos no intercepten las presiones de agua, como sí ocurre cuando el drenaje natural de la formación es horizontal. Debe tenerse en cuenta que es más efectivo incrementar el número de pozos que aumentar el diámetro. Los espaciamientos más comunes varían de 3 a 15 metros. La profundidad depende del espesor de la zona inestable y la estabilidad requerida. Se conoce de drenes hasta de 50 metros de profundidad ( Abramson 1996 )La utilización de grupos de pozos verticales que drenan por gravedad ha aumentado en los últimos años debido a que adicionalmente al efecto de drenaje, ayudan al control de asentamientos de consolidación en los casos de terraplenes sobre suelos blandos (Holtz, 1991). El sistema consiste en la construcción de drenes horizontales que interceptan el sector inferior de los pozos verticales. Esta tecnología ha sido utilizada con éxito en Italia (Bruce, 1992). La tecnología Rodren aplicada en Italia, consiste en pozos verticales de diámetros entre 1.5 y 2.0 metros espaciados 5 a 8 metros e interconectados en su base por un tubo colector. Los drenes colectores se instalan mediante la perforación de drenes horizontales dentro del diámetro del pozo vertical. Este sistema de drenaje permite drenar a grandes profundidades sin la necesidad de perforar zanjas continuas y es accesible para inspección y mantenimiento. Generalmente, en el sistema de drenaje algunos pozos son utilizados para drenaje, los cuales se llenan con material filtrante y otros para inspección y mantenimiento. Beer (1992), reporta un caso en el cual se instalaron sistemas de Drenaje Rodren a profundidades de 52 metros con espaciamientos entre pozos de 15 metros.