Ecuaciones del tiempo para drenar III

Material predominante	Cantidad de finos
	<2.5 %			5%			10%
	Tipo de finos			Tipo de finos			Tipo de finos
	Filler	Limo	Arcilla	Filler	Limo	Arcilla	Filler	Limo	Arcilla
grava	70	60	40	60	40	20	40	30	10
arena	57	50	35	50	35	15	25	18	8

1.     Calcular la porosidad efectiva: N_e = N_emáx C/ 100                                                                   (7.17)

La porosidad efectiva es un concepto muy importante, es la relación entre el volumen de agua que drena de un material bajo la acción de la gravedad y el volumen total de ese material. Es una medida de la cantidad de agua que puede ser drenada de un suelo.

2.     Calcular m:  m = N_e L_R² /H k                                                                                               (7.18)

La permeabilidad k se puede determinar con el ábaco de la Figura 7.10. El tiempo de drenaje y los niveles de saturación se determinan de esta manera:

3.     De la Figura 7.11 se selecciona un factor de tiempo T, función de S, y de los grados de drenaje U.

4.     Se calcula el tiempo de drenaje t en horas:

t = T m 24                                                                                                                        (7.19)

5.     Se computa el agua drenada durante cada período de tiempo multiplicando la porosidad efectiva N_e por U.

Ecuaciones del tiempo para drenar II

En lo que respecta a las propiedades del material a usar en la base drenante se debe conocer el porcentaje y tipo de finos.

Si son inertes, el IP debe ser menor del 1 %

Si son limosos, el IP es mayor del 1%, pero por debajo de la línea "A" del gráfico de plasticidades.

Si son arcillosos, el IP es alto, y se encuentran sobre la línea "A".

·                D₁₀

·                Densidad seca

·                Gravedad específica de los sólidos G_s=W_s/V_s                                                                          (7.16)

Los cálculos a realizar para cuantificar las propiedades drenantes del pavimento son:

1.     Suponer V_t (volumen total) = 1

2.     Calcular V_s = W_s/G_s

3.     Calcular V_v (volumen de vacíos) = V_t - V_s = N_emáx  (volumen de agua que llena complemente los vacíos del material).

4.     Con la tabla 7.4 se selecciona la pérdida de agua C:

Ecuaciones del tiempo para drenar I

Se considera que el agua proveniente de una lluvia se infiltra a través de la superficie del pavimento hasta que la base se satura completamente. A partir de este momento no entra más agua dentro de la estructura del pavimento y la que cae simplemente escurre sobre su superficie. El proyectista debe diseñar la capa de base teniendo en cuenta que una vez que cesa la lluvia, la base permeable drenará rápidamente para evitar daños.

El tiempo considerado adecuado para remover el agua depende del daño admisible y de las condiciones climáticas del lugar. Por ejemplo, en zonas de congelamiento, los pavimentos deben ser drenados en media o en una hora para minimizar el efecto a largo plazo de la presencia de humedad. Como comparación, una estructura de pavimento sin un drenaje efectivo requiere para drenar de 20 a 50 horas.

Los datos de entrada (Figura 7.9) para este análisis en lo que respecta a la geometría de la base permeable son: Pendiente longitudinal S; Pendiente transversal S_x; Espesor de capa drenante H y Ancho de base permeable W.

Tiempo de drenaje

Hay dos maneras para determinar el tiempo de drenaje para una capa de un pavimento. Estas son: el método del tiempo para drenar (time to drain) y el del estado de flujo constante (steady state flow). En esta última se consideran las fuentes de ingreso y egreso, las mismas son cuantificadas y la base permeable se dimensiona para conducir los caudales de diseño. En el método del tiempo para drenar se considera solamente el agua que infiltra.

Consideraciones de drenaje en el diseño de pavimentos según AASHTO II

Para el diseño de pavimentos rígidos se usan los coeficientes de drenaje C_d que ajustan la ecuación de diseño que considera la resistencia de la losa, las tensiones y condiciones de soporte (Tabla 7.3).

Tabla 7.3. Coeficiente de drenaje para pavimentos rígidos

Para elegir alguno de los coeficientes presentes en estas tablas se deben seguir estos pasos:

1.     Calcular el tiempo de drenaje de cada capa no ligada para pavimentos flexibles o de la base combinada con subrasante para los rígidos.

2.     Seleccionar una calidad de drenaje en función del tiempo de drenaje calculado.

3.     Estimar el tiempo en que la estructura del pavimento está expuesta a niveles de humedad próximos a la saturación.

4.     Con la calidad de drenaje y el porcentaje de tiempo en que el pavimento está expuesto a niveles de humedad próximos a la saturación, se elige el coeficiente de drenaje m_i o C_d según el caso.

Consideraciones de drenaje en el diseño de pavimentos según AASHTO I

Un buen drenaje aumenta la capacidad portante de la subrasante (el módulo resiliente aumenta cuando baja el contenido de humedad), mejorando la calidad del camino y permitiendo el uso de capas más delgadas.

En la tabla 7.1 se indican los tiempos de drenaje recomendados por AASHTO. Estas recomendaciones están basadas en el tiempo requerido para drenar la capa de base hasta un grado de saturación del 50%. Sin embargo, el criterio del 85% de saturación reduce en forma significativa el tiempo real usado para seleccionar la calidad del drenaje.

Esta calidad de drenaje se expresa en la fórmula del dimensionamiento (Número estructural) a través de unos coeficientes de drenaje mi que afectan a las capas no ligadas (Tabla 7.2)

 Tabla 7.2. Coeficientes de drenaje para pavimentos flexibles

Filtros de textiles

Se usan cuando es difícil conseguir materiales de granulometría adecuada para construir las capas de transición. En este caso se emplean membranas artificiales que tienen aberturas que cumplen las mismas propiedades hidráulicas que las capas de transición. Las más comunes son los geotextiles formados por fibras no tejidas, que últimamente están tomando mucho auge. En este caso se habla del AOS (apparent opening size o tamaño de apertura aparente) que es el tamaño de poros que supera al 95% del tamaño de los poros del geotextil. Este tamaño se lo llama también P₉₅. Las condiciones granulométricas a cumplir son: