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El objeto del drenaje transversal es restituir la continuidad de la red de drenaje natural del terreno (vaguadas, cauces, etc.) una vez ejecutadas las obras, permitiendo el paso del caudal de proyecto a su través, cumpliendo los requisitos que se especifican en este capítulo. Los caudales de proyecto QP a considerar son los correspondientes a las cuencas principales definidas en el apartado 1.4, con el período de retorno indicado en el epígrafe 1.3.2.
A los efectos de esta norma, las obras empleadas para procurar el drenaje transversal de las carreteras pueden ser:
Los puentes y ODT deben perturbar lo menos posible la circulación del agua por el terreno natural, cumpliendo al paso del caudal de proyecto las condiciones de desagüe que se refieren en los apartados 4.3 y 4.4 y las condiciones que establezca la Administración Hidráulica.
FIGURA 4.1. EJEMPLOS DE PUENTES Y ODT
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En ningún caso pueden proyectarse con fines de drenaje transversal: zanjas, mantos drenantes, rellenos, tacones, drenes, ni cualquier tipo de tratamiento del terreno, independientemente de sus características de permeabilidad.
En el proyecto se puede contemplar la utilización de obras empleadas con fines de drenaje transversal para usos adicionales, tales como reposiciones de servicios, de caminos o pasos de fauna. En tales circunstancias las instalaciones relacionadas con dichos fines no pueden suponer una merma en su funcionamiento hidráulico.
El proyecto del drenaje transversal se debe abordar conforme a la sistemática que a continuación se refiere:
Los criterios para el proyecto del drenaje transversal de obras de ampliación de plataforma en carreteras existentes se refieren en el epígrafe 5.3.1.
Se deberán cumplir las siguientes condiciones:
Adicionalmente, se comprobará que el régimen hidráulico no se altera sustancialmente para el caudal correspondiente al periodo de retorno de diez años (T = 10 años).
En casos excepcionales, con la conformidad de la Administración Hidráulica, se podrá justificar la utilización de criterios distintos a los anteriores.
Los cálculos se realizarán mediante un modelo hidráulico adecuado a las características hidrodinámicas de la zona, y se contrastarán con los resultados obtenidos por procedimientos simplificados.
FIGURA 4.2. SOBREELEVACIÓN DEL NIVEL DE LA CORRIENTE EN PUENTES
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El resguardo del tablero correspondiente a un determinado período de retorno rt(T) se define como la mínima diferencia de cotas entre el intradós del tablero del puente y la lámina de agua bajo él, correspondiente al período de retorno T.
Este resguardo se debe mantener en una anchura mayor o igual que doce metros (12 m) medida en dirección perpendicular a la corriente desde los estribos, o a partir de una distancia de dos metros (2 m) desde las pilas, según se indica en la figura 4.3.
Los puentes se deben proyectar manteniendo los resguardos mínimos que se indican:
Las pilas deben estar orientadas en la dirección de la corriente. En caso de que no lo estuvieran, el mantenimiento del resguardo mínimo puede suponer que sean necesarias luces mayores (véase figura 4.3). Cuando se considere que la corriente pueda variar de dirección se debe comprobar el cumplimiento de la condición de resguardo según dicha dirección.
FIGURA 4.3. RESGUARDO DEL TABLERO
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En el proyecto se debe estimar la profundidad de erosión en pilas y estribos para la avenida de período de retorno de quinientos años (T = 500 años), lo que se tendrá en cuenta para la definición de las cimentaciones, disposición de protecciones y otras medidas.
La profundidad de erosión eT (x,y) en un punto P de coordenadas (x,y) para un período de retorno T, es la diferencia entre la cota del terreno considerada en el proyecto y la cota en el mismo punto durante la avenida de período de retorno T (véase figura 4.4).
eT (x,y) = zP - z(Qt)
donde:
FIGURA 4.4. PROFUNDIDAD DE EROSIÓN
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Cuando las dimensiones de las pilas y los estribos son pequeñas en relación con la anchura del cauce, la profundidad de erosión, eT se puede estimar, de un modo simplificado, como la suma de tres componentes (véase figura 4.5):
eT (x,y) = eE+eG+eL
donde:
FIGURA 4.5. COMPONENTES DE LA EROSIÓN CUANDO LAS DIMENSIONES DE LOS OBSTÁCULOS AL PASO DE LA CORRIENTE SON PEQUEÑAS EN RELACIÓN CON EL CAUCE
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Cuando las dimensiones de las pilas y los estribos no se pueden considerar pequeñas en relación con la anchura del cauce, se debe justificar el cálculo de la profundidad de erosión con un método que considere el efecto del estrechamiento del cauce (figura 4.6).
FIGURA 4.6. EJEMPLOS DE DIMENSIONES RELATIVAS DE OBSTÁCULOS QUE PRESENTA EL PUENTE Y EL CAUCE.
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Las cimentaciones se deben disponer por debajo de la cota de erosión z(QT) correspondiente a la avenida de periodo de retorno de quinientos años (T = 500 años). En las cimentaciones profundas solo se podrá considerar la contribución resistente del terreno situado por debajo de la cota de erosión. Cuando se proyecten protecciones sobre elementos de cimentación, estas se deben disponer por debajo de la cota de erosión general zP - eE - eG.
Una ODT se compone de embocadura de entrada, uno o varios tramos enterrados, una embocadura de salida y conexiones entre ellos (véase figura 4.7). Los tramos enterrados se proyectarán con planta recta sin cambios de sección.
FIGURA 4.7. EJEMPLO DE ODT COMPUESTA DE VARIOS TRAMOS.
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La disposición más favorable para el funcionamiento hidráulico de la ODT es la coincidente con el cauce natural. Cuando no sea posible una coincidencia total se puede proyectar una rectificación del cauce evitando cambios bruscos en el trazado, en especial en la entrada de la ODT (véase figura 4.8).
En los tramos de cauce preexistentes que se sustituyan por una ODT y sus correspondientes encauzamientos, se deben proyectar los saneos, acondicionamientos y demás trabajos necesarios para permitir la ejecución de los rellenos sobre ellos.
Los cambios de alineación se proyectarán en las conexiones o en las embocaduras de entrada y salida, disponiendo protecciones para evitar desbordamientos y erosiones, teniendo en cuenta las sobreelevaciones y velocidades que se produzcan al paso del caudal de proyecto.
FIGURA 4.8. EJEMPLOS DE PLANTA DE OBRAS DE DRENAJE TRANSVERSAL
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El perfil longitudinal de las ODT se ajustará lo más posible al del cauce o a su rectificación en planta. Cada uno de los tramos enterrados se proyectará con pendiente uniforme.
Cuando sean previsibles asientos importantes en el cimiento del relleno, la pendiente longitudinal de la ODT debe ser tal que añadiendo a su perfil longitudinal inicial la curva teórica de asientos, la capacidad de desagüe de la ODT sea suficiente para el caudal de proyecto (véase la figura 4.9). En ODT construidas in situ se deben tener en cuenta estos asientos en el cálculo estructural, mientras que en las constituidas por elementos prefabricados, las juntas deben de ser capaces de absorber estos movimientos.
FIGURA 4.9. CONSIDERACIÓN DE LOS ASIENTOS DEL CIMIENTO DEL RELLENO
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Los cambios de pendiente se situarán en las conexiones y en las embocaduras de entrada y salida, disponiendo protecciones para evitar desbordamientos y erosiones, teniendo en cuenta las sobreelevaciones y velocidades que se producen al paso del caudal de proyecto. Cuando se den velocidades muy altas puede ser necesario disponer disipadores de energía.
El perfil longitudinal está relacionado con la capacidad hidráulica de los conductos y puede dar lugar a problemas de aterramiento por insuficiencia de pendiente y de erosión por exceso de ella (epígrafe 4.4.5). Cuando la pendiente que resulte del cálculo hidráulico no se pueda encajar con las cotas de entrada y salida del cauce será necesario recurrir a diseños más complejos como rebajar la entrada, elevar la salida, o una combinación de ambas (véase figura 4.10 b, c y d). Estos casos requieren disponer elementos específicos (epígrafe 4.4.1.3).
FIGURA 4.10. TIPOS DE PERFIL LONGITUDINAL DE OBRAS DE DRENAJE TRANSVERSAL
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Excepcionalmente se podrán proyectar ODT con salida deprimida (véase figura 4.11), lo que puede requerir labores de conservación más intensas de lo habitual para mantener el perfil longitudinal y la sección desde la salida de la ODT hasta el cauce. Para ello se deben proyectar los accesos necesarios.
FIGURA 4.11. ODT CON SALIDA DEPRIMIDA
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Las embocaduras permiten acoplar el conducto al cauce y a los taludes de los rellenos. Tienen funciones de transición geométrica e hidráulica y deben ser resistentes a la erosión y socavación. Su disposición influye en las condiciones de desagüe.
La altura de las embocaduras de la ODT debe ser al menos uno coma dos veces la altura libre del conducto (Hemb ≥ 1,2H) medida desde el plano de la solera (véanse las figuras 4.12 y 4.13).
Las embocaduras deben disponer de solera terminada en un rastrillo. Cuando sea necesario disponer protección de escollera ésta se colocará a continuación del rastrillo.
Donde la embocadura se sitúe en terraplén podrá ser:
FIGURA 4.12 EJEMPLO DE EMBOCADURA CON ALETAS
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FIGURA 4.13 EJEMPLOS DE EMBOCADURAS ATALUZADAS
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FIGURA 4.14 EJEMPLO DE EMBOCADURA EXENTA
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FIGURA 4.15 EJEMPLO DE EMBOCADURAS DE SOLERA DE ENTRADA DEPRIMIDA
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Cuando la embocadura de salida esté elevada en el terraplén (figura 4.10 c y d), en el proyecto se deberá disponer una bajante con capacidad hidráulica suficiente y, cuando sea necesario, elementos de disipación de energía. En la figura 4.16 se representa un ejemplo de bajante escalonada a la salida de una ODT.
FIGURA 4.16 EJEMPLO DE EMBOCADURA CON BAJANTE ESCALONADA
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Las embocaduras de entrada correspondientes a una sección en desmonte (figuras 4.10 b y 4.17) suelen consistir en:
Excepcionalmente pueden proyectarse embocaduras de salida en desmonte que suelen implicar cambios bruscos de dirección en la corriente y grandes sobrelevaciones localizadas. El desagüe se produce generalmente a encauzamientos o bajantes escalonadas (figura 4.18).
FIGURA 4.17 EJEMPLO DE EMBOCADURA DE ENTRADA EN UNA SECCIÓN EN DESMONTE
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FIGURA 4.18 EJEMPLO DE EMBOCADURA DE SALIDA EN UNA SECCIÓN EN DESMONTE
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Atendiendo al encaje del perfil longitudinal de la ODT en el relleno, se deben considerar los siguientes casos:
FIGURA 4.19 ENCAJE DE LA ODT EN EL RELLENO
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En el cálculo estructural (epígrafe 4.4.7) se debe tener en cuenta el caso de que se trate y definir el tipo de rellenos a efectuar alrededor de la ODT. Estos rellenos se deben definir también considerando la diferencia de cotas entre la ODT y la rasante para conseguir una transición de rigidez adecuada, tanto verticalmente como en dirección longitudinal a la carretera.
La dimensión libre mínima de la sección transversal de una ODT de un solo tramo, DL, se debe medir entre sus caras interiores y se define en función de la longitud de la obra entre las embocaduras de entrada y de salida. Su valor se debe determinar a partir de la tabla 4.1, salvo que la Administración Hidráulica prescriba un valor superior.
TABLA 4.1. DIMENSIÓN MÍNIMA RECOMENDADA DE UNA ODT EN FUNCIÓN DE SU LONGITUD
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La dimensión DL de la tabla 4.1 hace referencia a (figura 4.20):
FIGURA 4.20 DIMENSIÓN LIBRE MÍNIMA
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En las ODT que presenten varios tramos subterráneos separados por encauzamientos al aire libre, la dimensión libre mínima DL en cada tramo será la mayor entre:
En el proyecto se puede justificar la adopción de valores inferiores, que deben establecerse caso por caso.
Las obstrucciones por arrastre de cuerpos deben evitarse mediante dispositivos u obras específicas de protección aguas arriba de las ODT, que se deben definir en el proyecto.
Las dimensiones mínimas de los elementos de drenaje transversal de vías de servicio, reposiciones de caminos y otros viales ubicados inmediatamente aguas arriba o abajo de la carretera principal, se deben definir de conformidad con lo especificado en el capítulo 5.
Cuando en el proyecto se determine que es necesario facilitar el paso de fauna por una ODT se pueden proyectar secciones o dispositivos especiales que requieren un cálculo hidráulico específico, tales como:
FIGURA 4.21 EJEMPLO DE SECCIÓN TRANSVERSAL ADAPTADA PARA PASO DE FAUNA
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Los tramos enterrados de las ODT (epígrafe 4.4.1.1) son conductos rectos de sección constante entre su entrada y su salida. Cada conducto presenta una curva característica que relaciona el caudal que desagua a través de él, Q, con la cota que alcanza la lámina de agua inmediatamente aguas arriba del conducto, medida a partir de la cota de la solera a su entrada, HE (véase figura 4.22). Dicha curva es función de su sección transversal, pendiente, rugosidad y tipos de entrada y salida.
FIGURA 4.22. ESQUEMA DE UNA ODT
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En la definición de la curva característica (véase figura 4.23) se diferencian distintos tramos dependiendo de las secciones de control que se produzcan:
FIGURA 4.23. CURVA CARACTERÍSTICA DE UNA ODT
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Las ODT se deben proyectar para cumplir las siguientes condiciones relativas al caudal de proyecto QP:
En el proyecto se debe incluir la curva característica de cada ODT, que relaciona el caudal desaguado con la altura de lámina de agua a la entrada (Q, HE).
En un cauce con una ODT se debe distinguir entre:
FIGURA 4.24. TIPOS DE EROSIÓN A LA SALIDA DE UNA ODT
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La corrección de la erosión evolutiva requiere actuaciones en el cauce que, en general, exceden del alcance de esta norma. En cualquier caso, durante la explotación de la carretera se debe observar el comportamiento de los cauces en este sentido (apartado 6.2).
Las protecciones frente a la erosión localizada pueden proyectarse en función de la velocidad a la salida de la ODT para el caudal de proyecto, o estimarse mediante procedimientos simplificados a partir de las características del flujo en la ODT.
En general las ODT que respetan la cota, pendiente del cauce y orden de magnitud de su anchura para avenidas cuyo período de retorno no supere los diez años (T ≤ 10 años), no suelen presentar problemas de aterramiento. Debe tenerse en cuenta que cuando el conducto tenga la solera deprimida el cauce tenderá a restituir la rasante original de su lecho.
En perfiles de escasa pendiente podrá estimarse el riesgo de aterramiento por medio del parámetro
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donde:
Si i < 0,1 se puede considerar que el riesgo de aterramiento es bajo. En caso contrario deben analizarse las soluciones siguientes:
Salvo justificación en contra en el proyecto, las ODT serán obras de hormigón in situ o prefabricado y deberán cumplir la vigente Instrucción de Hormigón Estructural.
El hormigón debe estar dosificado de forma que se consiga una durabilidad adecuada, teniendo en cuenta las singularidades de las ODT por estar en contacto con agua que puede tener sales disueltas y producir erosión. En particular en cuencas con presencia de yesos se debe analizar la conveniencia de utilizar cementos sulforresistentes.
Cuando se utilicen elementos prefabricados deberán tener el correspondiente marcado CE, su declaración de prestaciones y las instrucciones, información de seguridad y normas de producto que les sean de aplicación, las cuales deberán ser especificadas en el proyecto.
El cálculo estructural de los marcos, aletas, frontales, muros, así como de cualquier otro elemento estructural debe abordarse de acuerdo con la normativa sobre acciones y cálculo de aplicación a los proyectos de carretera. Cuando sean de hormigón deberán cumplir la vigente Instrucción de Hormigón Estructural.
El cálculo de elementos prefabricados que tengan norma de producto que incluya métodos de cálculo y categorías resistentes asociadas, se debe realizar de acuerdo con lo dispuesto en sus correspondientes normas, las cuales deberán ser especificadas en el proyecto.
Se debe tener en cuenta la posibilidad de que los rellenos sean alcanzados por láminas de agua, así como la velocidad y altura de la corriente. Esta situación puede provocar la erosión de los espaldones y percolación de agua en el interior del relleno.
Para evitar la erosión del relleno, en el proyecto se debe estudiar la posibilidad de:
La percolación de agua en el relleno por la lámina de agua puede incidir sobre la estabilidad del relleno, por lo que en el proyecto se debe analizar:
FIGURA 4.25. EJEMPLO DE SITUACIONES DE INESTABILIDAD DE RELLENOS CON LÁMINAS DE AGUA
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FIGURA 4.26. EJEMPLO DE SITUACIÓN EN LA QUE SE PODRÍA PRODUCIR TUBIFICACIÓN
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Con objeto de hacer frente a los problemas citados anteriormente, los materiales a utilizar en el relleno deben cumplir determinadas características en función de la cota de la lámina de agua considerada (véase figura 4.27):
FIGURA 4.27. ZONIFICACIÓN DE RELLENOS ALCANZADOS POR LÁMINAS DE AGUA
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Cuando sea necesario disponer protecciones de escollera u otro tipo sobre los espaldones de los rellenos, deben alcanzar al menos la cota de la lámina de agua correspondiente al caudal de período de retorno de cien años (T = 100 años). Se debe proyectar un filtro entre la protección y el relleno.
Para tratar de evitar fenómenos de erosión interna, tanto en las ODT como en cualquier otro conducto que discurra por el relleno, las juntas de construcción in situ o entre elementos prefabricados deben ser impermeables.
La ejecución de ODT que discurran por materiales sensibles al agua, o bien en rellenos en que se prevea la existencia de asientos postconstructivos importantes, requiere proyectar medidas especiales, adicionales a las anteriores, tales como encamisado de tubos o sellado de juntas.
En zonas alcanzadas por láminas de agua ajenas a los elementos de drenaje de plataforma y márgenes, las aristas superiores de los rellenos (cabezas de taludes de terraplén) deben presentar una diferencia de cota con respecto a la lámina de agua de la avenida de periodo de retorno quinientos años superior a medio metro rr(T = 500 años) > 0,50 m (véase figura 4.28)
FIGURA 4.28. RESGUARDO DE LOS RELLENOS
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Donde la carretera discurra en terraplén por zonas llanas amplias en las que no existan cauces claramente definidos y, en general, en las llanuras de inundación, se debe efectuar un estudio del esquema de flujo al paso del caudal de proyecto. Este análisis debe efectuarse con carácter general mediante modelos hidráulicos de tipo bidimensional que permitan definir la ubicación de las obras, el reparto de caudales entre ellas y obtener las sobreelevaciones, velocidades y tiempo de duración de la inundación que resulte.
Normalmente se proyectarán puentes u ODT en los puntos más bajos del terreno y en otros elegidos adecuadamente para colaborar al paso del caudal, al control de las sobreelevaciones y a la disminución del tiempo de inundación, que no debe incrementarse significativamente.
Para tratar de asegurar en las zonas planas sin cauces bien definidos el funcionamiento del drenaje transversal, se debe comprobar que se cumplen las condiciones de los apartados 4.3 y 4.4, añadiendo las siguientes consideraciones:
Cuando no exista cauce definido en el punto de desembocadura de una ODT se debe estudiar la posibilidad de proyectar a su salida un cunetón u otro tipo de obra, que permita el reparto del caudal longitudinalmente a la carretera (véase figura 4.29).
FIGURA 4.29. EJEMPLO DE CUNETÓN DE REPARTO DE CAUDALES
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