DRENAJE: Antecedentes Generales.

Parte importante de las fallas que más comúnmente suelen afectar la obra básica, están estrechamente relacionadas con la respuesta de los suelos al ser expuestos a contenidos de hume- dad que varían dentro de rangos más o menos amplios. Asimismo, el comportamiento de los pavimentos está fuertemente ligado al contenido de agua en las diversas capas de la estructura.

Las cargas que circulan por los caminos son, en última instancia, soportadas por la obra básica, nor- malmente conformada por suelos con algún grado de selección, en el caso de terraplenes, y por suelos naturales en las secciones en corte. Asimismo, las capas estructurales no ligadas (bases y subbases), que también soportan parte importante de las solicitaciones a que está sometida la ruta, son igualmente suelos.

Las propiedades de los suelos, en especial las de aquéllos con altos contenidos de finos, son extrema- damente sensibles al grado de saturación. Al variar la humedad los suelos sufren cambios de volumen, cambia la cohesión y experimentan alteraciones en la estabilidad mecánica, de manera que, en la medida que se logre mante- ner la humedad dentro de un rango más o menos estrecho, el camino mantendrá una capacidad de soporte más uniforme y estará menos expuesto a los daños que pueden originarse en condiciones ambientales extremas. Los sistemas de drenaje bien diseñados permiten controlar la cantidad de agua presente en los suelos y, en consecuen- cia, disminuir las probabilidades de fallas imprevistas.

El agua penetra de muchas formas en los suelos que integran la obra básica (subrasante) y capas estructurales del camino, siendo las principales las siguientes:

- Baches y grietas en el pavimento asfáltico.

- Juntas y grietas no selladas o con el sello en mal estado, en pavimentos de hormigón.

- Junta abierta entre el pavimento y las bermas.

- Sistemas de drenaje de la plataforma insuficientes o en mal estado.

- Bermas y carpetas de rodado sin revestir o con revestimientos en mal estado.

- Escurrimientos de aguas desde zonas laterales, cuando se carece de elementos interceptores (fosos, contrafosos, cunetas, etc.), o ellos se encuentran obstruidos.

- Alcantarillas obstruidas o que filtran.

- Ascenso de agua por capilaridad.

- Napas subterráneas.

El agua no sólo afecta la obra básica, muchas veces conformada por suelos finos, sino que también tiene un efecto adverso en las capas no ligadas que conforman la estructura del camino. A modo de ejemplo se incluyen a continuación tres casos típicos de suelos muy afectados por un alto contenido de humedad.

- Las subbases de los pavimentos de hormigón están normalmente constituidas por suelos granulares bien gra- duados y, por lo tanto, menos susceptibles a las variaciones de humedad. A pesar de ello, cuando alcanzan la saturación, se suele producir el fenómeno conocido como “surgencia de finos”, por el cual el tránsito, al inducir presiones sobre las losas, expulsa agua con finos desde la subbase hacia la superficie; el proceso provoca serias erosiones del material de la subbase, con lo que pierde parte de su capacidad resistente y la uniformidad del soporte. Donde se produce este fenómeno los pavimentos colapsan muy rápidamente.
- En presencia de agua ciertos suelos finos experimentan una significativa expansión, la que llega a originar deformaciones
importantes en la rasante. Normalmente se procura evitar que suelos de estas características queden en los estratos superiores de la obra básica; cuando ello no es posible se deben realizar diseños especiales basados en estudios que consideren esa característica.

- Existen suelos que, al variar el contenido de humedad, sufren cambios en el nivel de compactación a que se encuentran;
la menor densidad involucra menor capacidad para soportar las solicitaciones que se les imponen. El caso más extremo de este fenómeno se produce cuando esos suelos, (suelos heladizos), se encuentran en zonas donde la temperatura suele descender por debajo del punto de congelamiento; allí la pérdida de compacidad puede llegar a ser extremadamente importante y significar el colapso de extensas áreas del pavimento.

En términos generales la resistencia de los suelos está fuertemente relacionada con su contenido de humedad;
al aumentar el grado de saturación disminuye la resistencia. En consecuencia, la más alta probabilidad que se produzca una falla se encuentra en el período durante el cual los suelos presentan su mayor contenido de humedad, es decir, durante las precipitaciones y por el tiempo que se demoran en evacuar las aguas absorbidas.

Recientes estudios realizados en el exterior, y ratificados en el país, han permitido comprobar dos condiciones relacionadas con el drenaje que conviene tener presente:

- Cuando una carretera dispone de un drenaje adecuado, el contenido de humedad de los suelos que conforman la obra básica varía dentro de márgenes bastante estrechos a lo largo del año, aún en zonas donde existe una marcada diferencia estacional de precipitaciones. Esta humedad, a veces denominada humedad de equilibrio, no es igual en toda una zona de condiciones ambientales similares, pues ella depende también de las propiedades del suelo. Esto permite concluir que, disponiendo de un drenaje adecuado, las características del soporte de la subrasante son bastante constantes durante toda la vida útil de la obra.

- Existe una relación directa entre el mejor comportamiento de un pavimento y la mayor velocidad con que se logra evacuar el agua que, durante las precipitaciones, ingresa a las capas no ligadas, (bases y subbases). El método de diseño AASHTO considera en forma muy especial esta condición, para la que dispone de coeficientes adecuados (coeficientes de drenaje), que hacen variar los espesores de las capas de la estructura de acuerdo con las características del drenaje de esos elementos.

En resumen, cuando una ruta dispone de un sistema de drenaje adecuado, suficiente y que opera correctamente, disminuye substancialmente la probabilidad de fallas y de otros efectos adversos que contribuyan a acortar su vida útil.