La nueva norma 5.2 – IC de drenaje superficial de la Instrucción de Carreteras

En el Boletín Oficial del Estado del 10 de marzo de 2016 se publicó la Orden FOM/298/2016, de 15 de febrero, por la que se aprueba la norma 5.2 – IC drenaje superficial de la Instrucción de Carreteras. Adicionalmente, se detalla en la “Disposición transitoria única. Aplicación a proyectos y obras” que “Los proyectos que se encuentren en fase de redacción, a la entrada en vigor de esta Orden, se desarrollarán conforme a lo establecido en ella”.

La Norma rige el cálculo de los caudales de avenida y el diseño de las obras de drenaje, tanto longitudinal como transversal, que deben dar continuidad al flujo de agua en las carreteras.

La nueva Norma contempla novedades en relación a la determinación de caudales punta, revisándose las expresiones y metodologías de la obtención de las intensidades de precipitación y de los coeficientes de escorrentía.

En lo referente a la precipitación, en la nueva Norma 5.2-IC se indica en el apartado de cálculo de intensidades la necesidad de contar con curvas IDF.

En la nueva versión de la Norma se establece una metodología de evaluación de las intensidades de precipitación a partir del factor “Fint” y los valores del umbral de escorrentía se han modificado significativamente al introducir una regionalización peninsular que tiende a reducir los valores del coeficiente corrector, respecto a los valores de la Norma anterior.

En este artículo se tratan algunas consideraciones y conceptos de interés que introduce la nueva normativa en relación a la hidrología, al drenaje de la plataforma y márgenes incluyendo un software que permite el dimensionamiento de los elementos de drenaje, a las obras de drenaje transversal y a las llanuras de inundación.

ÍNDICE DE TORRENCIALIDAD, USOS DEL SUELO Y COEFICIENTE CORRECTOR DEL UMBRAL DE ESCORRENTÍA

La relación de intensidades (I₁/I_d) o índice de torrencialidad se determina con una nueva versión de mapa de distribución territorial, tal y como se muestra en la Figura 1.

El valor inicial de umbral de escorrentía se puede obtener a partir de su relación entre el uso del suelo y el grupo hidrológico de suelo (Figura 1).

Figura 1. Mapas del índice de torrencialidad, del coeficiente corrector del umbral de escorrentía y de los grupos hidrológicos de suelo. Fuente: Norma 5.2 – IC drenaje superficial de la Instrucción de Carreteras (2016)

Cuando no se dispone de datos de precipitaciones y caudales para realizar una calibración en las cuencas objeto de estudio, se propone una metodología para el cálculo del coeficiente corrector del umbral de escorrentía.

Para drenajes transversales de plataforma y márgenes:

β(PM) = βm * Ft

Para puentes y obras de drenaje transversal:

β(DT) = (βm – Δ₅₀₎ * Ft

Se ha dividido el territorio peninsular en 34 regiones según se aprecia en la Figura 1. Para cada una de esas regiones se recogen los valores medios del coeficiente corrector del umbral de escorrentía (βm), del factor dependiente del periodo de retorno (Ft) y de la desviación respecto al valor medio (Δ₅₀).

Una novedad que incluye la nueva Norma 5.2-IC es el planteamiento de una metodología específica para el cálculo de caudales en las cuencas del Levante y Sureste peninsular para superficies inferiores a 50km², salvo que se disponga de datos de caudales por parte de la Administración Hidráulica competente.

Y se distinguen dos casos, es decir, que el caudal de proyecto para el diseño de los elementos de drenaje sea menor o igual a 25 años de periodo de retorno, o que el caudal de proyecto sea superior a 25 años de periodo de retorno. En cada caso se contempla una metodología de cálculo diferente.

DRENAJE DE PLATAFORMA Y MÁRGENES

El drenaje de la plataforma y márgenes de una carretera comprende la recogida, conducción y desagüe de los caudales de escorrentía procedentes de las cuencas secundarias definidas en la figura siguiente, a modo de ejemplo, para el período de retorno correspondiente.

Figura 2. Cuencas naturales y cuencas secundarias. Fuente: Norma 5.2 – IC drenaje superficial de la Instrucción de Carreteras (2016)

Abordar el drenaje de la plataforma y de las márgenes de una carretera incluye el diseño de los siguientes elementos de drenaje:

– Cuneta de mediana.

– Obras transversales del drenaje longitudinal (OTDL). Desembocaduras y bajantes.

– Cunetas de desmonte.

– Cunetas de pie de terraplén.

– Cunetas de guarda o de coronación de desmonte.

Figura 3. Tipología de cunetas. Fuente: Norma 5.2 – IC drenaje superficial de la Instrucción de Carreteras (2016)

Para el dimensionamiento de la cuneta de mediana, de las obras transversales del drenaje longitudinal (OTDL), de las cunetas de desmonte, de las cunetas de pie de terraplén y de las cunetas de guarda o de coronación de desmonte el ingeniero Enrique Márquez Pérez especialista en ingeniería ambiental (http://www.emarquezia.com/index.html) ha desarrollado un software de cálculo hidráulico denominado COLECTORES que dimensiona hidráulicamente colectores, cunetas y caces de carreteras aplicando la Norma 5.2-IC Drenaje Superficial, de la Instrucción Carreteras del Ministerio de Fomento de España. Este programa se puede descargar de forma gratuita de la página web referenciada.

El dimensionamiento hidráulico se realiza en régimen permanente y lámina libre, se utilizan las ecuaciones de Manning para el cálculo de la pérdida de energía y velocidad.

A continuación se muestran algunas imágenes del programa informático comentado:

Figura 4. Imágenes del programa informático COLECTORES. Fuente: página web E. Márquez Ingeniería Ambiental

OBRAS DE DRENAJE TRANSVERSAL (ODT)

Los tramos enterrados de las obras de drenaje transversal (ODT) suelen ser conductos rectos de sección constante entre su entrada y su salida. De tal forma que 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 (H_E). Dicha curva es función de su sección transversal, pendiente, rugosidad y tipos de entrada y salida.

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, H_E).

En la definición de la curva característica se diferencian distintos tramos dependiendo de las secciones de control que se produzcan:

– Control de entrada, cuando la capacidad de desagüe de la ODT viene dada por la capacidad de la entrada.

– Control de salida, cuando la capacidad de desagüe de la ODT viene dada por la capacidad del conducto o los niveles de agua en el cauce a la salida.

– Desbordamiento a otras cuencas primarias o por encima de la calzada.

Figura 5. Obras de drenaje transversal. Funcionamiento hidráulico y curva característica. Fuente: Norma 5.2 – IC drenaje superficial de la Instrucción de Carreteras (2016)

Las ODT se deben proyectar para cumplir las siguientes condiciones relativas al caudal de proyecto (Q_P):

– Con carácter general deben funcionar con control de entrada. No obstante en el proyecto se puede justificar la adopción de un criterio diferente.

– La sobreelevación del nivel de la corriente provocada por la presencia de la ODT será el menor valor de entre los dos siguientes: cincuenta centímetros (50 cm) o la correspondiente a una altura de lámina de agua a la entrada del conducto inferior a uno coma dos veces la altura libre del conducto (H_E < 1,2*H). En casos excepcionales, con la conformidad de la Administración Hidráulica, se podrá justificar la utilización de criterios distintos a los anteriores.

– Con carácter general, el resguardo libre existente hasta la plataforma debe ser superior a cero coma cinco metros (r_ODT > 0,5 m). No obstante en el proyecto se puede justificar la adopción de un criterio diferente.

– Cuando a la entrada o a la salida de una ODT la lámina de agua entre en contacto con el relleno se tendrán en cuenta la velocidad de la corriente y las características del material que lo constituye para disponer las protecciones necesarias.

– La velocidad debe ser inferior a la máxima admisible en función del material de la ODT.

– A la salida se debe producir la continuidad o expansión del flujo al incorporarse al cauce natural sin generar erosiones ni aterramientos, proyectando las medidas necesarias en su caso.

En el caso de obras transversales del drenaje longitudinal (OTDL) cuando la embocadura de salida esté elevada en el terraplén, tal y como muestra la Figura 6, se deberá disponer una bajante con capacidad hidráulica suficiente y, cuando sea necesario, elementos de disipación de energía.

Las bajantes se ubicarán en los taludes de los terraplenes para conducir los caudales procedentes de las OTDL, en régimen rápido o con resaltos y cambios de régimen. Y en el pie de estas bajantes es preciso disponer un elemento amortiguador o disipador de energía.

En la bajante se distinguen tres partes:

1) La cabeza o conexión con el elemento que desagua a la bajante: Se debe disponer por encima de la arista de coronación del talud. Debe tener forma abocinada para recoger el caudal que cambia de dirección y altura de cajeros suficiente para evitar desbordamientos. Debe evitarse la disposición de obstáculos en esta zona.

2) El cuerpo o canal de descarga: Debe estar situado en una línea de máxima pendiente y estar provisto de cajeros con resguardo suficiente para evitar desbordamientos. Puede requerir la disposición de elementos de disipación de energía.

3) Pie o conexión con el elemento al que desagua la bajante: Se debe disponer por debajo de la arista de pie del talud. Debe tener forma abocinada para favorecer una expansión del caudal que reduzca la altura de lámina de agua. Puede requerir elementos de disipación de energía y altura de cajeros suficiente para evitar desbordamientos.

Cuando los caudales son pequeños las bajantes pueden ser de pendiente uniforme o con pequeños resaltos como las formadas por elementos prefabricados superpuestos. Pero cuando los caudales son importantes se debe ir a bajantes de tipo escalonado o proyectar un cuenco de amortiguación siguiendo los criterios habituales en el proyecto de aliviaderos.

Para tratar de limitar la energía del caudal que circula por la bajante se puede considerar la disposición de elementos de disipación de energía, que pueden ser irregularidades en el fondo, escalones u otros elementos.

Además, según la nueva norma 5.2 – IC de drenaje superficial de la Instrucción de Carreteras (2016), en aquellos casos en que esté próxima la desembocadura de la OTDL a la desembocadura de la ODT, es necesario prolongar la escollera de la salida de la ODT hasta la salida de la OTDL anexa, tal y como se muestra a continuación:

Figura 6. Desembocaduras de obras transversales del drenaje longitudinal (OTDL) a bajantes escalonadas y de obras de drenaje transversal (ODT). Fuente: Norma 5.2 – IC drenaje superficial de la Instrucción de Carreteras (2016)

LLANURAS DE INUNDACIÓN

La nueva norma 5.2 – IC de drenaje superficial de la Instrucción de Carreteras introduce la modelación hidráulica bidimensional en el caso de llanuras de inundación o planas inundables. La norma cita textualmente:

“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.”

Figura 7. Flujos desbordados del barranco del Pozalet saltando por encima de la autovía A-3, antes de llegar a la ciudad de Valencia. Periodo de retorno 500 años. Fuente: Sistema Nacional de Cartografía de Zonas Inundables (SNCZI) del MAPAMA

Además, para tratar de asegurar en las zonas planas, sin cauces bien definidos, el funcionamiento del drenaje transversal, se debe comprobar, además, que se tienen en cuenta las siguientes consideraciones:

– Obras de drenaje transversal (ODT) con dimensión libre mínima de la sección transversal inferior a un metro y ochenta centímetros (D_L < 1,80 m): dimensionar con la hipótesis de reducción de la sección de desagüe en un cincuenta por ciento (50%). En el proyecto se puede modificar justificadamente este valor en función de las características particulares de cada obra y su emplazamiento.

– Consideración de la capacidad de drenaje de los pasos inferiores.

– Posibilidad de proyectar obras de alivio cuya dimensión libre mínima sea superior a un metro y ochenta centímetros (D_L > 1,80 m)