CAMPO TECNICO

El presente invento es aplicable en el sector infraestructura vial, transporte y construcción y su aplicación está destinada básicamente a mejorar el actual desarrollo de vías pavimentadas de asfalto o concreto, así como sus cunetas de drenaje superficial, canales o zanjas revestidas de concreto, u otros materiales impermeables; que al generar una mayor concentración de los flujos que se producen por las precipitaciones, generan también que al final de su trayecto se produzca erosión, sedimentos, colmataciones de cunetas, canales, alcantarillas y cauces; y; en otros casos, cuando los fujos se llegan a mezclar con elementos de deshecho que los flujos se contaminen y trasladen efectos nocivos a poblaciones o ecosistemas aguas abajo.

ESTADO DE LA TECNICA - ANTECEDENTES DE LA INVENCION

En la actualidad, muchas carreteras y vías urbanas no cuentan con sistemas de drenaje pluvial y/o de sub drenaje. Algunas de ellas tienen el drenaje pluvial a nivel superficial, otras además tienen sub drenaje; pero ambos funcionan de manera independiente; generándose presencia y almacenamiento de agua o humedad en las vías, sedimentación y colmatación de las alcantarillas transversales de las carreteras y/o vías urbanas; y peor aún descargas de estos drenajes superficiales y/o subdrenes al sistema de alcantarillado de las ciudades.

En la actualidad existen:

- Cunetas laterales, que básicamente consisten en cortes de terreno natural de forma trapezoidal o rectangular, las mismas que luego de un corto tiempo pierden su configuración, o son erosionadas. - Cunetas laterales revestidas con concreto, el mismo que impermeabiliza en un gran porcentaje el perímetro de la cuneta concentrando los flujos, que al disponerlos finalmente ocasionan mayor erosión. En este supuesto es importante mencionar que al ser el concreto un elemento rígido, no pueden soportar asentamientos diferenciales longitudinales o transversales; por lo que los revestimientos llegan a fisurarse o fracturarse ocasionando mayores erosiones.

- Sub dren francés, que es un acomodo de piedras rodeado de un geotextil de filtro; el mismo que en muchos casos no tiene la capacidad suficiente de drenar porque por lo menos un 30% de su volumen está ocupado por las piedras.

- Sub dren de Tubería perforada, cuya área hidráulica perforada para la colección de agua es muy baja, inclusive comparada con su área hidráulica transversal para el drenaje longitudinal del fluido colectado.

- Cajas drenantes conformadas por paralelepípedos reticulados, que pese a tener un alto porcentaje de área permeable para la colección del agua, así como un alto porcentaje de vacíos para el drenaje longitudinal; los diafragmas, reticulados también, limitan el flujo longitudinal del dren. Algunas de estas cajas cuentan con un área circular libre al centro de las mismas, para permitir una mayor fluidez; sin embargo, tanto aquellas como estas, dada sus secciones transversales cuadradas, concentran los esfuerzos de carga que soportan, lo que las llevan a fracturarse y claudicar como sistema drenante.

- Una mezcla de las soluciones superficiales antes indicadas con alguna de los sub drenes que generan el conjunto de problemas antes descritos.

- El Modelo de Utilidad CN20152093, que mezcla la cuneta de drenaje superficial con un tanque, igualmente superficial; pero no considera el tema de sub drenaje.

La técnica habitual es el drenaje superficial descrito en el último párrafo de la página anterior, con el sub dren de tubería perforada.

Sin embargo estas soluciones pese a que puedan estar mezcladas tratando de solucionar el drenaje superficial, por un lado, más el sub drenaje por el otro; funcionan de una manera independiente generando poca fluidez y su eficiencia transitoria en el tiempo si no se le da un mantenimiento periódico adecuado que en algunos casos implica su reconstrucción, cuyo costo es, como mínimo, similar a las labores realizadas en la instalación inicial.

DESCRIPCION DE LA INVENCION

El Sistema Drenaje Vial Sostenible está compuesto por un conjunto de elementos geosintéticos y diferentes combinaciones de áridos (tipos específicos de suelos) que permiten un drenaje pluvial integrado, es decir drenar tanto los flujos superficiales, como aquellos que se encuentren en el subsuelo.

El Sistema de Drenaje Vial Sostenible, incluye una novedad técnica al tratarse de un sistema de drenaje que al ser usado en sustitución de las cunetas laterales de drenaje superficial, y de los diferentes sub drenes que actualmente se usan como drenaje de las carreteras y vías urbanas; conlleva menores costos de mantenimiento, ampliando la vida útil, y la eficiencia el drenaje integral de las carreteras o vías urbanas.

El Sistema de Drenaje Vial Sostenible, realiza las funciones de (i) Drenaje Superficial, (ii) Sub Drenaje, (iii) Infiltración de un determinado porcentaje del flujo, ampliando los tiempos de concentración para la disposición final del sistema, y; (iv) Fluidez de las cunetas permitiendo que el drenaje superficial de las vías pueda ser filtrado al Dren; manteniendo el sistema su funcionalidad, aun cuando las cunetas pudieran haberse colmatado con sedimentos o derrumbes.

El Sistema comprende: Una cuneta permeable (1 ), perforada, ranurada, permeable o porosa; un Dren (2), que a su vez está constituido por un Geotextil Externo (a), un suelo árido granular grueso (b), un suelo granular fino (c); y un Sub - Dren (3) reticulado con un orificio circular (d) que permite un escurrimiento apropiado de los flujos captados, envuelto en un Geotextil Interno (e).

La cuneta permeable (1) es un pequeño canal que se construye al costado de las vías, su espesor es de 0.05 a 0.15 m.; y son fabricadas de concreto simple con una serie de perforaciones, concreto poroso, grava, o, arena gruesa confinados dentro de geo sintéticos como geotextiles (6) o geoceldas (7). También se usarán rejillas (8) metálicas o sintéticas capaces de soportar las cargas de los vehículos que esporádicamente puedan posicionarse encima de las mismas. Las rejillas (8) metálicas pueden ser hechas de metal fundido, o platinas soldadas, los metales base que se usarán serán, hierro, acero o aluminio; o aleaciones. Su característica más importante es admitir desplazamientos o asentamientos diferenciales sin llegar a fracturarse o que claudiquen.

Las rejillas (8) sintéticas pueden ser fabricadas de polímeros, vírgenes o reciclados, mezclas o aleaciones de ellos.

El Dren (2) estará conformado por áridos que se acomodarán dentro de la zanja que se ejecutará al costado de las vías, para este propósito. Las paredes de la zanja serán cubiertas por un geotextil de filtro, que denominaremos Geotextil Externo (a). Los geotextiles son, manufacturados de fibras sintéticas, polímeros, vírgenes o reciclados; conformando una tela permeable, con abertura de poros determinadas, para retener los suelos de cierto tamaño, y con resistencias adecuadas para su correcta instalación y desempeño. El geotextil externo (4) rodea a los áridos gruesos (b), finos (c) y el geotextil interno (e) envuelve al Sub - Dren reticulado (3). Pueden ser iguales o distintos.

Los agregados gruesos (b) permiten llenar toda la sección excavada para el Dren (2) dejando un 30% de vacíos libres para captar las escorrentías sub-superficiales, permitir el paso de los flujos superficiales que percolen, y dirigir ambos al Sub - Dren (3).

Los agregados finos (c) sirven para posicionar adecuadamente el Sub - Dren (3), y distribuir adecuadamente las presiones que se generen sobre éste.

El Sub - Dren (3) es una estructura cilindrica reticular modular, que se forma de unir las paredes (f) con los diafragmas circulares reticulares con orificios circulares de gran diámetro (d). Las paredes (f) son "medias cañas" reticuladas que se armarán modularmente, traslapándose unas con otras, para formar un tubo continuo, al tener la posibilidad de engramparse alternativamente tanto en el sentido circular, como longitudinal. La característica de ser "medias cañas" reticulares, le permiten tener un alto porcentaje de área libre para permitir el paso del agua superficial percolada, y el agua su superficial drenante, hacia el interior de este cilindro que es el Sub - Dren (3). Los diafragmas circulares reticulares con orificios circulares de gran diámetro, permitirán un flujo adecuada del agua colectada, para disponerla en su entrega final. Los orificios circulares de gran diámetro puede ser concéntricos, o excéntricos en la parte inferior del diafragma, para evitar la posible acumulación de sedimentos.

La densidad de la cantidad de diafragmas por unidad de longitud del Sub - Dren (3) dependerá del tipo de cargas que va a soportar el Sistema.

La novedad de este Sub - Dren (3) es su sección transversal circular, ya que esta generará el efecto de arco en los materiales que lo circunden, que como bien se conoce es el que mejor absorbe los esfuerzos de carga que existirán sobre el Sub - Dren.

El Sub - Dren (3) modular reticulado con diafragmas, con un espacio circular libre (d), concéntrico o excéntrico se caracteriza por drenar continuamente el flujo superficial infiltrado y captado del flujo superficial, y, el flujo del sub suelo; pero que además, entrega en su disposición final flujos con bajos contenido de sedimentos; reduciendo notablemente la colmatación de las alcantarillas transversales que recepcionan dichos flujos, prologando por tanto la vida útil de dichas estructuras y reduciendo a su vez los costos de mantenimiento de las mismas.

En caso el proyectista necesitara más de un Sub - Dren (3), puede considerar 2 o más unidades de estos; pudiendo acomodarlos verticalmente, repitiendo el esquema de acomodo propuesto; u horizontalmente, colocando uno al lado del otro, mediando una separación equivalente a mitad del diámetro externo del Sub - Dren.

DESCRIPCION DE FIGURAS

Fig. 1.- Sección transversal del Sistema de Drenaje Vial Sostenible. Fig. 2.- Dren y sus componentes.

Fig. 3.- Secciones del Sub - Dren reticulado concéntrico, y, excéntrico.

Fig.4. -Vista Isométrica del Sub - Dren, sus diafragmas y paredes (medias cañas) laterales. Fig. 5.- Vista de la cuneta permeable, de geotextil y la de geoceldas. Fig. 6.- Rejillas

REALIZACION PREFERENTE DE LA INVENCION.

Para plasmar la invención se excavará al costado de la vía, que se quiere proteger, una zanja de dimensiones de acuerdo a los diseños específicos.

La zanja es revestida con Geotextil externo (a) de separación y filtro; luego, se coloca una carnada de arena gruesa o material granular árido fino (c) (grava de ¼", arena gruesa o similar); donde se apoya el Sub - Dren (3). Este es ensamblado y forrado de geotextil interno (e) para permitir que conserve su 95% de porcentaje de vacíos, y permita un adecuado flujo de drenaje.

Una vez emplazado adecuadamente el Sub - Dren (3) revestido del geotextil interno (e), se coloca a su alrededor el material árido grueso (b) de manera adecuada para garantizar una adecuada distribución de esfuerzos y cargas en todo su circunferencia. Culminada esta etapa, se termina de envolver o cerrar todo el Dren (2) con el geotextil externo (a).

En la parte superior, se conforma una cuneta o canal que puede ser hecho de:

I. - Geotextil (6) confeccionado tipo bolsa rellena de arena, o concreto poroso, o suelo orgánico para ser vegetado.

II. - Geoceldas (7) rellenadas de grava de ¾" o similar, arena, o concreto poroso, o concreto simple con perforaciones, o suelo-cemento con perforaciones, o suelo orgánico para ser vegetado o concreto asfáltico poroso.

III.- Rejillas (8) o estructuras sintéticas reticuladas planas, capaces de soportar altas cargas de compresión, y desplazamientos diferenciales. IV.- Rejillas (8) metálicas, de acero negro, o galvanizado.

Las características de los rellenos, cavidades o perforaciones, o las estructuras mismas detalladas en los 4 puntos anteriores, son tales que permiten percolar el flujo hacia la parte inferior, es decir al Dren (2). La presente invención también incluye la novedad de poder rellenar las cunetas con concreto asfáltico poroso, ésto es mezclas de áridos (arena, gravas o piedras) unidos con bitúmenes, ligas, asfaltos o polímeros derivados del petróleo; que son preparados en caliente o en frió, dejando un alto porcentaje de porosidad, para permitir el flujo del agua.

Por otro lado, con el objeto de lograr una estructura ambientalmente amigable, esta invención incluye un factor biológico, sobre todo en aquellos ecosistemas donde las cunetas puedan ser revegetadas. Dentro del material de relleno del geotextil o las geoceldas se incluirán semillas, plantones o una gran variedad de microorganismos como bacterias, protozoos y hongos, que habiten el espacio que circundará las raíces, y dado que la rizósfera recibe un aporte continuo de oxígeno que proviene del sistema vascular de los tallos y las hojas de las plantas semiacuáticas, existe el oxígeno necesario para que los microorganismos descompongan la materia orgánica presente en el flujo residual.

El resultado es que el Sistema en su conjunto, sumada a la cuneta superficial revegetada, conforme al párrafo antes descrito, más el sub dren reticulado tal cual se ha descrito anteriormente, permiten un tratamiento bioquímico del agua en su trayecto hacia la disposición final.