El gradiente de drenaje (DG) es un término utilizado en el diseño de carreteras y se define como la pendiente combinada debida a la pendiente transversal (CS) y la pendiente longitudinal (declives) de la superficie de la carretera. Aunque el término puede no utilizarse, el concepto también se utiliza en el diseño de tejados y en la arquitectura paisajística .
Si el gradiente de drenaje es demasiado bajo, el drenaje del agua de lluvia y de deshielo será insuficiente, lo que provoca la acumulación de agua en la superficie de la carretera, lo que aumenta el riesgo de aquaplaning y de accidentes de vehículos sobre pavimento mojado.
La mayoría de los manuales de diseño de carreteras requieren que la pendiente de drenaje supere el 0,5%, para drenar el agua y evitar accidentes por derrape excesivo. [1]
Una excepción al límite mínimo de DG del 0,5 % se puede encontrar en el manual de diseño de carreteras noruego, donde el gradiente mínimo de drenaje es del 2 % en lugar del 0,5 %. [2]
Normalmente, en tramos de carreteras rectas, la pendiente de drenaje es de al menos 1–3% debido a la pendiente transversal normal de 1–3%.
En los tramos curvos el gradiente de drenaje es mayor, pudiendo llegar a menudo al 5-12% debido al CS peraltado que puede llegar al 5-8% en zonas con carreteras heladas y hasta al 12% en zonas sin carreteras heladas.
La pendiente longitudinal de la carretera contribuye a un alto gradiente de drenaje. Sin embargo, las pendientes longitudinales de la carretera con una inclinación superior al 0,5 % son sorprendentemente poco frecuentes fuera de las zonas montañosas o con colinas.
Debido a la pendiente transversal normal y a la interacción con la rasante, los tramos de carretera con una pendiente de drenaje insuficiente son pocos y cortos. Aun así, son responsables de un número inaceptable de accidentes por derrape . Estos puntos calientes se encuentran en las entradas y salidas de las curvas peraltadas, donde la pendiente transversal cambia de dirección para crear peralte. A medida que el borde exterior de la curva se eleva (o se peralta) para crear el peralte, pasa por un punto donde la pendiente transversal es absolutamente plana. Si no hay suficiente pendiente longitudinal, el agua se acumulará en estos puntos. Esto ocurre al principio y al final de las curvas a la izquierda en los países con circulación por la derecha, y en las curvas a la derecha en los países con circulación por la izquierda.
Un estudio a gran escala realizado en Suecia ha demostrado que los carriles situados en el exterior de la curva (curvas exteriores) registran, en promedio, cinco veces más accidentes que los carriles situados en el interior (curvas interiores). [3] Este hallazgo puede explicarse en parte por las entradas y salidas de las curvas exteriores peraltadas que tienen una generación de gases insuficiente. [4]
Las carreteras deben diseñarse de manera que los tramos en los que la pendiente transversal cambia de dirección (y de señal) se ubiquen en los puntos en los que la carretera sube o baja. De lo contrario, habrá una longitud de pavimento con una pendiente de drenaje inferior al 0,5%, lo que generará un riesgo inaceptable de accidentes por derrape.
Al diseñar curvas en una carretera en un paisaje llano, puede ser necesario diseñar ondulaciones de onda larga a propósito. Estos gradientes longitudinales "sintéticos" pueden utilizarse para alcanzar un gradiente de drenaje suficiente en secciones donde la pendiente transversal es cercana a cero.
Otra opción para minimizar el riesgo de colisión debido a la baja densidad de gases de escape en la entrada o salida de las curvas exteriores peraltadas es mover el peralte más lejos de la curva y hacia una sección de carretera recta. Esto da como resultado un carril recto peraltado. Este diseño puede generar otro riesgo, ya que la película de agua (cuando llueve) en un carril adyacente puede volverse más gruesa. Sin embargo, esto se da en una sección recta donde la falta de curvatura de la carretera minimiza las fuerzas laterales y, por lo tanto, mantiene bajo el riesgo de derrape.
Otra opción dentro de la sección de transición de peralte es aumentar la "tasa de inclinación" de la pendiente transversal dentro de la zona donde la pendiente transversal está entre −0,5 y +0,5 %. [ cita requerida ]
A medida que las carreteras se desgastan por el uso de los neumáticos, la formación de surcos en las huellas de las ruedas suele interrumpir la DG y el agua se acumula en ellas. Esto es más frecuente en el pavimento de asfalto , pero los pavimentos de hormigón no son inmunes. Antes de que los accidentes en el pavimento mojado alcancen niveles inaceptables, se deben tomar medidas de mantenimiento como repavimentar o pulir con diamante , incluso si otros problemas del pavimento, como el agrietamiento, aún son bajos.