¿Qué es un dren subterráneo?

Un dren subterráneo es una tubería perforada en una zanja de relleno poroso que recoge el agua de debajo de un pavimento y la lleva a una salida. La guía de la FAA también lo llama subdrén o dren subsuperficial.

Dren subterráneo, dren de borde y capa drenante

Tres términos aparecen juntos en los documentos de la FAA.

• Dren subterráneo o drenaje subsuperficial. La AC 150/5380-6C de la FAA describe los drenes subsuperficiales como tuberías perforadas en una zanja permeable de arena o grava. El geotextil envuelve la zanja, y las tuberías de salida evacuan el agua.
• Dren de borde. Es un dren subterráneo junto al borde del pavimento. La AC 150/5320-5D sitúa los drenes colectores normalmente junto al arcén. Los drenes bajo el pavimento pueden causar asentamientos o levantamientos, así que la AC dice que se eviten cuando sea posible. Los pavimentos grandes pueden necesitarlos. En ese caso, el proyectista los coloca lejos de las zonas de mayor tránsito.
• Capa drenante. Es una capa de la estructura del pavimento que deja que el agua salga rápidamente hacia el lado. También es una capa estructural y puede formar parte de la base o de la subbase. La AC 150/5320-5D dice que la capa drenante alimenta un sistema colector de zanjas con tubo de drenaje, relleno y filtro. Un pavimento sin sistema colector necesita una base y una subbase que afloren en los arcenes. Las capas llegan entonces a la superficie del arcén, y el agua sale por allí.

La AC 150/5320-6G dice que los sistemas de drenes de borde funcionan mejor junto con una capa de drenaje subsuperficial. La AC 150/5320-5D indica que un dren de borde de geocompuesto fabricado es una opción en lugar de una zanja con tubería. Requiere una modificación de las normas de la FAA. La AC dice que se considere solo en pavimentos sin capa drenante.

Qué contiene un dren subterráneo

La especificación de construcción de la FAA para aeropuertos, el Item D-705 Pipe Underdrains for Airports, establece sus partes:

• Tubería. El Item enumera varios tipos de tubería. Incluyen aluminio corrugado, polietileno corrugado, PVC, polietileno reforzado con acero, acero corrugado, hormigón perforado o poroso y fibra de vidrio. El ingeniero elige una. La AC 150/5320-5D indica que la mayoría de las agencias estatales de carreteras usan polietileno corrugado o PVC.
• Relleno poroso. Debe estar libre de arcilla, humus y otras materias inadecuadas. Debe cumplir una de las dos granulometrías de la tabla. Cuando los planos piden dos capas, el material más fino sigue al n.º 1 y el más grueso al n.º 2.

• Geotextil filtrante. Debe cumplir la norma AASHTO M288, Clase 2, o un equivalente. La AC 150/5320-5D describe un geotextil no tejido punzonado. Reviste la zanja y evita que los finos entren en el relleno sin bloquear el flujo hacia la tubería.
• Zanja, lecho y cubierta. La zanja tiene al menos el ancho de la tubería más 6 pulgadas (150 mm) a cada lado. La tubería perforada descansa sobre un lecho de relleno granular de 4 pulgadas (100 mm). Quedan al menos 12 pulgadas (300 mm) de relleno granular sobre el dren subterráneo. En las tuberías de hormigón, los orificios de la tubería perforada miran hacia abajo.
• Salidas. La tubería descarga en las salidas construidas donde indican los planos. No se necesita relleno poroso alrededor ni encima de las tuberías de salida.

En un dren colector, la AC 150/5320-5D recomienda un diámetro mínimo de tubería de 150 mm (6 in) y una pendiente mínima del 0,15 %. El diámetro de la tubería sigue al caudal punta procedente de debajo del pavimento. La AC pide al menos 80 mm (3 in) de árido bajo la tubería. El Item D-705 especifica un lecho de 4 pulgadas (100 mm) salvo que los planos indiquen otra cosa.

Una nota de orientación del Item D-705 trata las tuberías en las zonas de seguridad de pistas y calles de rodaje. Deben soportar la mayor de tres cargas: la carga de una rueda sencilla del avión más grande, la carga del mayor equipo de mantenimiento o la carga del terreno.

Por qué los pavimentos aeroportuarios los tienen

El agua debilita la base y la subrasante de un pavimento flexible. La AC 150/5380-6C de la FAA señala este debilitamiento como una de las causas principales de fallo en un pavimento flexible. En un pavimento rígido, el tránsito fuerza el agua libre que queda bajo la losa a salir por las juntas y las grietas. Es el bombeo. Erosiona el material bajo la losa y deja huecos. En zonas de heladas, el agua del subsuelo también provoca levantamiento al congelarse y pérdida de apoyo al descongelarse. Un drenaje subsuperficial deficiente también puede contribuir al agrietamiento por durabilidad (D-cracking) y al hinchamiento de los materiales del subsuelo.

La AC 150/5320-5D señala dos fuentes de agua. La infiltración es agua superficial que entra por grietas, juntas, la unión entre el pavimento y el arcén, y los poros del pavimento. La AC la llama la fuente más importante. El agua subterránea procede de un nivel freático alto, de fuerzas capilares, de presión artesiana y de la acción de hielo y deshielo. Es lo más importante en zonas de heladas.

Los criterios bajo pistas y calles de rodaje son más estrictos que los de las plataformas. En un pavimento rígido, el bombeo crece con el volumen y la velocidad del tránsito. En un pavimento flexible, el tránsito de gran volumen y alta velocidad acumula presión de poros y debilita la estructura.

Cuándo un pavimento necesita un sistema de drenaje subsuperficial

La AC 150/5320-5D, apéndice G, fija la regla para un pavimento que el agua puede evacuar por gravedad. No se exige un sistema en estos dos casos:

• El pavimento está en una zona sin heladas y la subrasante tiene una permeabilidad superior a 6 m/día (20 ft/día).
• El pavimento es flexible, está en una zona sin heladas y tiene un espesor total sobre la subrasante de 200 mm (8 in) o menos.

Todos los demás pavimentos necesitan un sistema de drenaje subsuperficial según el apéndice. Incluso cuando un pavimento reúne los requisitos de la exención, el proyectista debe analizar el posible beneficio. Un pavimento rígido necesita un cuidado especial para que el agua salga rápidamente de la parte inferior de la losa.

La AC 150/5320-6G tiene una recomendación relacionada. Recomienda una capa drenante para los pavimentos que sirven a aeronaves de más de 60 000 libras. La zona debe tener humedad excesiva en el subsuelo, y los suelos una permeabilidad inferior a 20 ft/día (6 m/día). El informe geotécnico debe respaldar la necesidad.

Criterios de diseño

La base de diseño de la AC 150/5320-5D, apéndice G, es la siguiente.

• Tormenta de diseño. El sistema maneja la infiltración de una tormenta de 1 hora de duración y un periodo de retorno de 2 años. El caudal de entrada es el índice de tormenta por un coeficiente de infiltración. La AC admite un coeficiente de 0,5 cuando es difícil encontrar un valor preciso.
• Tiempo de drenaje. Una capa drenante saturada debe alcanzar un 85 % de drenaje en 24 horas bajo pistas y calles de rodaje. Para plataformas y otras zonas de baja velocidad y bajo volumen, el plazo es de 10 días. La AC 150/5320-6G da los mismos dos plazos.
• Materiales de la capa drenante. La AC define un material de granulometría abierta como un material granular con una permeabilidad superior a 1 500 m/día (5 000 ft/día). Una base permeable tiene una permeabilidad de 305 m/día (1 000 ft/día) o más. Un material de drenaje rápido tiene de 300 a 1 500 m/día (de 1 000 a 5 000 ft/día) y es lo bastante estable para servir de base o subbase. La AC 150/5320-6G admite una capa drenante con una permeabilidad de 500 a 1 500 ft/día sin cálculos.
• Capa de separación. Una capa bajo la capa drenante impide que los finos entren en ella y da una plataforma de trabajo. Un geotextil filtrante puede sustituirla cuando la cimentación ya es firme.
• Colocación. Bajo un pavimento rígido, la capa drenante va directamente bajo la losa. Bajo un pavimento flexible, la AC 150/5320-6G la sitúa directamente sobre la subrasante, salvo que el ingeniero geotécnico recomiende otra cosa. Si toda la estructura tiene menos de 300 mm (12 in) de espesor, puede ir directamente bajo la capa de rodadura.

Un material más abierto drena más deprisa, pero es menos estable y más propenso a la formación de roderas. Por eso la AC dice que el material drenante se mantenga lo más denso posible.

Salidas y acceso

Las salidas permiten salir al agua y que el personal limpie e inspeccione el sistema. La AC 150/5320-5D recomienda estos detalles:

• Tuberías de salida laterales cada 90 a 150 m (300 a 500 ft) a lo largo del dren de borde. Añada una en el punto bajo de cada curva vertical.
• Tuberías de salida de metal o de pared sólida rígida. Se colocan a unos 45 grados del flujo del colector y tienen una pendiente del 3 % hacia la estructura de salida.
• Un extremo de descarga al menos 150 mm (6 in) por encima del caudal de diseño de 2 años en la cuneta.
• Salidas dobles, para que el personal pueda limpiar con agua un tramo del colector desde ambos extremos.
• Un muro cabecero enrasado con el talud, para que no se dificulte la siega, y una rejilla antirroedores desmontable en la salida de la tubería.
• Marcadores de referencia para cada salida. La AC los recomienda, pero no los exige.
• Pozos de registro, arquetas de observación o tubos de cota, a intervalos de 300 m (1 000 ft) o menos, con un tubo de cota de lavado entre pozos y en los extremos ciegos.

En zonas de heladas, la AC dice que se coloque el colector por debajo de la profundidad de penetración de la helada cuando sea posible. También dice que se coloquen las tuberías de salida de forma que el hielo y la nieve no las obstruyan.

Inspección y mantenimiento

Un dren que no se mantiene puede dañar más el pavimento que la ausencia de dren. La AC 150/5380-6C de la FAA enumera los fallos: salidas y tuberías de drenes de borde obstruidas o colmatadas, falta de rejillas antirroedores, vegetación que bloquea las salidas y vegetación en las cunetas laterales. Hacen que el agua retroceda dentro del pavimento.

La AC 150/5380-6C pide inspeccionar periódicamente los drenes de borde de pistas y calles de rodaje, por ejemplo cada estación, y después de lluvias inusualmente intensas. Las señales que hay que buscar incluyen:

• encharcamiento de agua
• tierra acumulada en el borde del pavimento
• cunetas erosionadas
• salidas de drenaje subsuperficial obstruidas
• tuberías rotas o deformadas
• relleno que se ha asentado sobre las tuberías
• decoloración del pavimento en juntas o grietas

La AC 150/5320-5D divide la inspección en dos partes.

• Inspección visual. El inspector mide la profundidad de las cunetas. Busca salidas aplastadas, exceso de vegetación, restos en las aberturas que afloran al talud, el estado del muro cabecero, la erosión y la falta de rejillas antirroedores. La AC lo pide al menos una vez al año. También pide una evaluación de la condición del pavimento para los deterioros relacionados con la humedad. Son ejemplos el bombeo, el escalonamiento y el D-cracking en hormigón, y la fisuración por fatiga en asfalto. Recomienda hacerlo cada 2 años, como un estudio PCI completo o una visión general breve.
• Inspección en vídeo. Una cabeza de cámara montada en una sonda flexible entra en la tubería. Detecta la colmatación, la entrada de tierra, las tuberías rotas y las conexiones rotas. La AC la pide cuando hay indicios de un problema de drenaje. También detecta defectos de construcción antes de que el propietario acepte el proyecto.

Para el mantenimiento, la AC 150/5320-5D dice que se limpien con chorros de agua a alta presión los drenes colectores y las salidas, para retirar los sedimentos. Las salidas dobles lo hacen posible. Mantenga segada la zona alrededor de las salidas y despeje las cunetas y las aberturas que afloran al talud. Sustituya las rejillas antirroedores y los marcadores que falten, y las tuberías y muros cabeceros dañados.

La guía de EASA pide al operador del aeródromo inspeccionar los sistemas de drenaje y de recogida de aguas pluviales al menos una vez por semana (AMC1 ADR.OPS.B.015). La AC 150/5380-6C de la FAA también indica a los aeropuertos que diseñen y mantengan los elementos de drenaje de forma que no atraigan fauna peligrosa. Para el detalle del diseño, ambas circulares de pavimentos de la FAA remiten a la AC 150/5320-5, Airport Drainage Design.

Qué provoca un dren subterráneo fallido

La AC 150/5320-6G advierte de que un recrecido sobre un pavimento con mal drenaje subsuperficial suele funcionar mal. Corregir el drenaje puede exigir reconstruir toda la estructura del pavimento.

El bombeo es la señal visible en un pavimento rígido. La AC 150/5380-6C y el manual PAVER lo describen como la expulsión de agua y material por las juntas o grietas. Deja manchas en la superficie y material de la base o de la subrasante junto a las juntas o grietas. El bombeo por sí solo no demuestra que haya fallado un dren subterráneo. La AC 150/5380-6C dice que el bombeo junto a las juntas indica una mala transmisión de cargas, un mal sellado de juntas o la presencia de agua subterránea. PAVER solo califica el bombeo cuando el sellado de la junta es defectuoso.

Encuestas con dron

Varias señales de la lista de inspección se ven en la superficie: encharcamiento, tierra acumulada en el borde del pavimento y decoloración en juntas y grietas. Un levantamiento con dron puede registrarlas. No puede ver la tubería, el relleno ni el geotextil bajo el pavimento. Para eso hace falta una cámara dentro de la tubería o una excavación.