E.- ESTRUCTURAS DE DRENAJE 5.1.- Introduccin. Por estructuras de drenaje, se entienden todas las obras fsicas que se colocan o construyen en una carretera, cuya finalidad es conducir las aguas, permitiendo que corran sin causar daos, o desviarlas para evitar que arremetan contra la va. "Obras de Arte. Con este trmino se conoce, a aquellas estructuras que se proyectan y construyen en funcin del drenaje o de cualquier mejora de la va que repercuta en la seguridad de los usuarios y en la durabilidad de la obra. Las estructuras de drenaje pueden clasificarse dentro de los siguientes grupos: Drenaje transversal Drenaje longitudinal. Estructuras de proteccin de la va contra la arremetida directa de las aguas. Estructuras de conduccin. Estructuras de proteccin, drenaje y conduccin no convencionales.

5.2.- Estructuras de drenaje transversal Consisten en las obras requeridas para conducir adecuadamente las aguas que cruzan la carretera, o las aguas que la carretera intercepta en una forma aproximadamente perpendicular. En este caso, se consideran los diferentes cursos de agua, que pueden variar desde pequeas acequias hasta ros caudalosos.

Quebrada

Carretera

Estructura de paso ( drenaje transversal )

Una vez estimado el caudal mximo que puede producir el curso de agua durante una crecida con un perodo de retorno cnsono con la importancia de la va, se colocar la estructura de paso que el proyectista considere ms adecuada, considerando el caudal, el arrastre de sedimentos, los costos y la disponibilidad de materiales.

Las

estructuras utilizadas para el drenaje transversal,

que

se utilizan con mayor

frecuencia son las siguientes: Bateas. Alcantarillas de concreto o metlicas. Cajones de concreto o metlicos. Bveda triarticulada prefabricada. Puentes.

5.2.1.- Criterios de seleccin en estructuras de drenaje transversal Si bien no existe un criterio rgido para seleccionar la estructura de drenaje transversal a colocar, en la tabla N 5.2.1. se presenta una gua a manera de referencia. Es necesario tomar en cuenta como se dijo anteriormente, la disponibilidad presupuestaria, disponibilidad de materiales, transporte, riesgos, etc. Tabla N 5.2.1. Estructura Batea Alcantarilla ** Tipo de va Secundaria Todo tipo Caudal mximo 3 m3/s frecuente 10 m3/s y Arrastre De Sedimentos poco Sedimentos finos y fcilmente removibles Finos de de de

Cajn de paso

Todo tipo

Bveda triarticulada prefabricada Todo tipo Puentes Todo tipo

Sedimento grueso mas de 30 cm dimetro Sin lmite , pero la Sin arrastre velocidad del agua sedimentos menor a 2 m/s Sin lmite Sin restriccin Hasta 20 m3/s

** Las alcantarillas deben tener un dimetro que permita la remocin interna de sedimentos.

5.2.2.- Bateas: Son canales transversales generalmente de concreto armado, de gran anchura y poca profundidad construidos en la calzada, que permiten el paso del agua por encima de la va. La batea puede utilizarse cuando el curso de agua a cruzar tiene un bajo caudal durante todo el ao y la va tiene poco trfico y es secundaria. En el Esquema N 5.2.2.1. se indica un croquis general de una batea.

La utilizacin de bateas tiene las siguientes ventajas:

Es un sistema econmico de fcil mantenimiento. Permite el paso y la remocin de sedimentos. Tiene una gran permanencia en el tiempo.

Sin embargo, el uso de bateas presenta algunos inconvenientes: Durante las crecientes, el nivel de agua sobre la va puede impedir la circulacin de vehculos durante varias horas. Constituye un riesgo para la vida de las personas imprudentes que intenten cruzarla durante las crecidas. Puede depositar grandes cantidades de sedimentos sobre la va impidiendo la circulacin de vehculos.

Clculo: Se considera la calzada como un canal triangular de poca profundidad y gran anchura y se calcula la altura de la lmina de agua en el punto mas bajo en funcin de la crecida de diseo. Se aplica la ecuacin de Manning y se considera flujo uniforme. El piso de la batea debe ser construido en concreto armado con una resistencia recomendada mayor de 300 Kg/cm2. El recubrimiento del acero debe ser igual o mayor a 7 cm. Esquema N 5.2.2.1. Croquis general de una batea.

Esquema longitudinal

6,00 m 0,16 m.

6,00 m

0,50 0,20 m

Pendiente transversal: Las bateas deben tener una pendiente transversal, a fin de permitir que el agua fluya. Se recomienda una pendiente entre el 2 y el 4 %. Descarga: La batea debe tener un escaln o disipador de energa, de forma que el agua llegue de nuevo al cauce interrumpido por la va, con la velocidad natural y de esta manera no cause socavacin, tal como se indica en el Esquema N 5.2.2.2. Esquema N 5.2.2.2.

Batea Escalones Cauce natural

Las bateas funcionan adecuadamente cuando se colocan en puntos bajos, sin embargo, en algunas ocasiones se colocan en puntos de la va, la cual tiene una pendiente continua, tal como se indica en el Esquema N 5.2.2.3.. Esta colocacin no es recomendada, ya que parte del agua, corre por la calzada de una batea a otra, causando daos en el pavimento. Esquema N 5.2.2.3

Las bateas siguen siendo una alternativa de solucin para drenajes transversales y a pesar de los problemas que puede generar en el momento del paso de la crecida, hay que tener en cuenta que si se coloca una estructura que pudiera taparse por falta de mantenimiento, las consecuencias finales para la va pudieran ser la destruccin total o parcial de un tramo de calzada y la formacin de fallas de borde.

5.2.3.- Alcantarillas Se denomina alcantarilla a un conducto generalmente de forma circular, que se coloca por debajo de la calzada para permitir el paso de una corriente de agua. Estas estructuras se colocan cuando el caudal esperado es de poca a mediana magnitud y el arrastre de sedimentos no es significativo. Los dimetros de las alcantarillas varan en funcin del caudal a drenar y la facilidad de limpieza de la estructura. Las alcantarillas han sido ampliamente utilizadas como elementos de drenaje, sin embargo su uso debe estar sujeto a algunas consideraciones, entre ellas se tiene: La capacidad desde el punto de vista hidrulico debe ser superior a la creciente de diseo, ms un 30% por arrastre de sedimentos. La velocidad del agua en la alcantarilla no debe ser mayor a 6 m/s, ya que de lo contrario se producir erosin en las paredes, por tanto, la pendiente longitudinal no debe exceder del 4%. En el caso de que el curso de agua arrastre sedimentos que pueden depositarse dentro de la alcantarilla, se recomienda la utilizacin de dimetros que permitan la entrada de una persona dentro de ella, para poder removerlos. Esto implica la utilizacin de dimetros de 900 mm en adelante. Una de las causas del colapso en las vas, se debe al taponamiento de alcantarillas debido a la imposibilidad de limpiarlas y el curso de agua se ve obligado a correr sobre la calzada produciendo grandes daos y en algunos casos fallas de borde. Ubicacin Las alcantarillas deben colocarse sobre el cauce natural. Si por alguna razn, no es posible hacerlo, entonces se debern colocar sobre terreno firme a un lado del cauce natural. Es importante que la alcantarilla est colocada en zanjas excavadas o en terrapln, tal como se indica en el Esquema N 5.2.3.1. sobre las condiciones de instalacin, a fin de evitar el esfuerzo cortante que sobre la alcantarilla ejercer el terrapln. La cota de entrada de la alcantarilla deber estar a la misma elevacin que el cauce natural o un poco mas abajo. Cuando el cauce cruza la carretera en esviaje, es conveniente analizar econmicamente la posibilidad de colocar la alcantarilla perpendicular a la va y descargar posteriormente sobre el cauce natural. En relacin con la subrasante de l va, se recomienda colocar por encima de la alcantarilla un relleno mnimo de 0,50 m (Ver tabla N 5.2.3.5)

Esquema N 5.2.3.1. Funcionamiento hidrulico Para el estudio del comportamiento hidrulico de las alcantarillas, es necesario determinar si el control est en la entrada o en la salida de la misma. Control en la entrada: La capacidad de la alcantarilla esta regulada por la geometra y la altura del agua a la entrada. Control en la salida: La capacidad de la alcantarilla esta regulada por la geometra de la seccin de entrada, por las alturas de agua a la entrada y a la salida y por la longitud, rea de la seccin, la pendiente y la rugosidad del material. En el esquema N 5.2.3.2. se indican las diferentes formas de funcionamiento hidrulico de las alcantarillas. ( 3 ) Por cuanto el dimetro de la alcantarilla, se disea para el caso de ocurrir la creciente de diseo, la mayora del tiempo los caudales que por ella circulan son menores y por tanto se presenta el caso CS-4 del esquema 5.2.3.2. En general la alcantarilla se disea como un canal circular, considerando flujo uniforme. Clasificacin: En base al material utilizado en la construccin de la alcantarilla se tiene: Alcantarillas de concreto. Alcantarillas metlicas.

Esquema N 5.2.3.2.

5.2.3.1. - Alcantarillas de Concreto Consisten en colectores de concreto armado o sin armar (depende del dimetro), que funcionan como canales circulares y eventualmente como conductos a presin. La utilizacin de estos colectores, tipo McCracken, segn la Norma INOS CL-C-65 (14) presenta las siguientes ventajas: Relativamente fcil de conseguir en el mercado. Colocacin rpida y no se necesita mano de obra especializada para ello. Son resistentes a la accin del agua y los sedimentos. Vida til mayor de los 20 aos.

Una vez tomada la decisin de utilizar el colector de concreto, es necesario considerar los siguientes aspectos: Dimetro Clase Apoyo

Colectores de concreto 5.2.3.1.1. - Dimetro. El dimetro de la alcantarilla es funcin del caudal de diseo, por tanto una vez determinado dicho valor, se calcular la alcantarilla como un canal a seccin llena. La capacidad de la alcantarilla a seccin llena debe ser superior al caudal de diseo, ms un 30 % por arrastre de sedimentos. La ecuacin de Manning, puede ser utilizada para calcular la capacidad a seccin llena:1 2/3 1/2

Q = ------ x A x R xS n En la tabla N 5.2.3.1. se presentan los dimetros comerciales de colectores de concreto

utilizados en Venezuela. El dimetro mnimo por norma es de 10 Tabla N 5.2.3.1. Dimetros comerciales en colectores de concreto 10 12 15 18 21 24 27 30 mm 250 300 380 450 500 600 700 750 33 36 42 48 54 60 66 72 mm 800 900 1050 1200 1350 1500 1650 1800

Las alcantarillas con dimetros escritos en color rojo, no es conveniente utilizarlas ya que al llenarse de sedimentos no es posible limpiarlas. En la tabla N 5.2.3.2. se indica la capacidad aproximada de alcantarillas de concreto de diferentes dimetros para varias pendientes longitudinales, funcionando como canal a seccin llena. Se ha considerado un n = 0,018 Tabla N 5.2.3.2. mm 900 900 900 1200 1200 1200 Pendiente Capacidad a Seccin llena % M3/seg 2 1,85 3 2,26 4 2,61 2 3 4 4,00 4,90 5,60 Velocidad m/seg 2,90 3,50 4,10 3,54 4,33 5,00

mm 1500 1500 1500 1800 1800 1800

Pendiente Capacidad a Seccin llena % m3/seg 2 7,22 3 8,84 4 10,21 2 3 4 11,7414,38 16,60

Velocidad m/seg 4,10 5,00 5,78 4,61 5,65 6,52

Velocidad permisible: mxima de 7 m/s cuando la corriente no arrastre sedimentos abrasivos. 5 m/s cuando arrastre material abrasivo. Por lo tanto se recomienda que la pendiente longitudinal de la alcantarilla no sea mayor del 4%. 5.2.3.1.2.-Clase. Los colectores de concreto, son fabricados, segn el dimetro y la carga externa que deben soportar, de diferentes espesores de pared, concreto de mayor o menor resistencia y con refuerzo o sin refuerzo metlico. Todo ello, se realiza de acuerdo a la Norma INOS Cl - C 65, la cual los clasifica en 7 clases diferentes, donde la resistencia aumenta directamente con la Clase. Clase 1, 2 y 3: Colectores de concreto sin armadura metlica. Clase 4, 5 ,6 y 7: Colectores de concreto con armadura metlica.

En las tablas N 5.2.3.3. y N 5.2.3.4. se indican las caractersticas de los colectores para diferentes clases, de acuerdo con la Norma INOS CL- C-65. 5.2.3.1.3.-Apoyo. Se denomina apoyo, la forma como el colector establece el contacto con el suelo. De acuerdo con la Norma, existen tres tipos de apoyo los cuales se indican a continuacin:

En la mayora de los casos, los colectores se colocan en una zanja, con el apoyo denominado tipo C, el cual consiste en una capa de arena con un espesor entre 5 y 10 cm, para garantizar que se apoye en el suelo en toda su longitud y evitar falta de apoyo que eventualmente pudiera fracturarlo. En la tabla N 5.2.3.5.. se indica la clase del colector, requerida de acuerdo a la profundidad del relleno, considerando un apoyo tipo C.

Relleno Compactado

relleno compactado

. . . . . . . . . . . . arena .. e = 5 @ 10 cms

5.2.3.1.4.-Ubicacin: En la mayora de los casos, el colector se colocar por debajo de la calzada a una profundidad que depender de la altura del terrapln de la va, el dimetro, la resistencia o clase y el tipo de apoyo del colector. La profundidad mnima medida desde el lomo (parte superior del colector) deber ser mayor de 0,50 m.

Tabla N 5.2.3.3

Tabla N 5.2.3.4

5.2.3.1.5.-Estructura de entrada y salida: El colector debe tener una estructura de entrada consistente en un cabezal, una losa de acceso y aletas protectoras, elementos que deben repetirse a la salida, donde adicionalmente en dicho lugar, se colocar una estructura de disipacin de energa, por ejemplo un enrocado, una torrentera, etc. Cabezales: Se denomina cabezal a la estructura de concreto armado colocada al inicio y al final de la alcantarilla, donde queda embutida la alcantarilla. Su forma es cuadrada o rectangular. Terrapln Cabezal Cabezal

Vista frontal

Perfil

Aletas: Son paredes de concreto de altura variable que contienen el terrapln y conducen las aguas tanto de entrada como de salida de la alcantarilla, formando con el cabezal un ngulo que puede variar entre los 30 y casi los 90.

h1 Aleta Losa Aleta h2 h2

Estructura de salida de una alcantarilla

5.2.3.1.6.- Enrocado de proteccin a la salida Al pasar el flujo a travs de la alcantarilla y losas de entrada y salida, la velocidad aumenta, por cuanto el valor de n disminuye, y la capacidad de erosin aumenta, ya que el flujo ha sido desestabilizado. Por lo antes expuesto, es necesario crear a la salida una estructura de disipacin de energa a fin de evitar daos, agua abajo de la misma. Una de las soluciones, consiste en la colocacin de un enrocado en el canal de salida, a fin de disminuir la energa. Para determinar el dimetro del enrocado, se puede aplicar la ecuacin: V Pc = --------------------(Aguirre y Fuentes, 1995 ) g . . d 50 donde: V = velocidad del agua a la salida. g = aceleracin de la gravedad. = ( ys y ) / y = 1,65 d 50 = dimetro medio del enrocado de proteccin asumido. Grfico N 5.2.3.1.6.

El valor de Pc obtenido en la ecuacin debe ser menor al obtenido en el grfico N 5.2.3.1.6. Donde d es la altura de agua ( puede asumirse un % del dimetro de la alcantarilla, en funcin de las dimensiones de la estructura de salida)

5.2.3.1.7.- Normativas

a.- Los colectores de concreto debern objetarse si no tienen escrito: Nombre de la fbrica. Dimetro y especificacin. Fecha de fabricacin. La palabra arriba en toda tubera de dimetro mayor a 33 salvo que se especifique que la armadura es circular. Sello de aceptacin de la empresa encargada de los servicios sanitarios (Hidroven o similar) en los dimetros mayores a 8.

b.- Los colectores estarn sujetos a una nueva inspeccin por parte del personal, ( siempre que la importancia de la obra lo amerite ) si presentan: Daos tpicos generalizados. Ms de una grieta en una junta que atraviese todo su espesor. Grietas longitudinales superiores a 0,003 de ancho. Este ancho podr llegar hasta 0,006 si el tubo tiene la posibilidad de colocarse en forma tal que la grieta quede en la zona de compresin. ( En el colector de armadura elptica, se debe respetar la posicin del tope. Ampollas, desconchados, cangrejeras, roturas y en general defectos que ofrezcan dudas respecto a su influencia sobre la resistencia, durabilidad o servicio del colector. c.- Los colectores estarn sujetos a rechazo en obra si presentan: Roturas en las juntas mayores que las partes de su profundidad y longitud perimetral superior a 4 + 0,1 D. Grietas que atraviesen la pared del colector cualquiera sea su longitud. Grietas longitudinales de ms de 0,008 de ancho, pudiendo elevarse este lmite a 0,010 si se pudiese colocar el colector en forma tal que la grieta quede en la zona de compresin. Armadura visible o marcas de xido que indiquen que la misma no tiene el recubrimiento mnimo de . Se exceptan las marcas de xido producidas en los extremos por los terminales de los alambres longitudinales, en el cuerpo del colector por los espaciadores de la malla y en las juntas por la malla misma. Ovalizacin de las juntas o incorrectas medidas de stas que no permitan el correcto acoplado de los colectores. Ampollas, desconchados, cangrejeras, roturas o defectos en general que sin duda afectan la resistencia, durabilidad o servicio del colector.

5.2.3.2.- Alcantarillas metlicas Las alcantarillas metlicas, consisten de lminas de acero corrugado, de diferentes

dimetros y espesores (calibre), las cuales se arman en el sitio para formar un tubo circular o abovedado. De acuerdo con el fabricante, se producen pequeas variaciones en cuanto a la forma de armar las lminas, calidad del galvanizado, tamaos, etc. Las alcantarillas metlicas, son mas fciles y rpidas de colocar que las de concreto y por tanto ms econmicas, sin embargo, la durabilidad es menor, debido a que son atacadas por el agua, que de acuerdo con su composicin qumica, puede oxidarlas y destruirlas en un breve tiempo. El espesor de la pared de la alcantarilla metlica se expresa como calibre. En la tabla 5.2.3.2.1. se indica para algunos casos la relacin entre calibre y mm. Tabla 5.2.3.2.1. Calibre Milmetros 10 3,572 5 5,556

Calibre 12 7

Milmetros 2,778 4,763

Calibre 8 3

Milmetros 4,366 6,35

De acuerdo con la forma de la alcantarilla y la manera de colocar los pernos de unin, las alcantarillas pueden catalogarse en: Tubos anidables. Planchas seccionales (Multiplate).

5.2.3.2.1.- Tubos anidables Estas estructuras tienen diferentes formas, pero las ms utilizadas son la circular y la abovedada tal como se indica en el grfico N 5.2.3.2.1.: Forma circular Forma abovedada

Grfico N 5.2.3.2.1. Formas de alcantarillas Consisten en tuberas elaboradas a partir de lminas de acero corrugadas fabricadas en acero laminado en caliente, especificacin ASTM 1010 clasificacin Standard y recubiertas por ambos lados por una capa de zinc con un contenido no menor de dos onzas por pie cuadrado de doble superficie expuesta. Esta capa galvnica de proteccin contra la

corrosin es proporcionada por un proceso de inmersin en caliente especificacin AASHO M -36.

de acuerdo a la

La seccin transversal del tubo se logra ensamblando dos lminas solamente, tal como se indica en el grfico N 5.2.5.1. La longitud de la estructura es ilimitada. Tubos anidables circulares: Son ideales para ser colocados en lugares donde no existe limitacin de altura de relleno sobre la alcantarilla. En la tabla N 5.2.3.2.2. se presenta la altura mxima de relleno para estos tubos. Tabla N 5.2.3.2.2. Altura mxima de relleno para tubos anidables circulares en m. Dimetro Calibre 16 Calibre 14 Calibre 12 Calibre 10 Calibre 8 en pulgadas 12 75,6 15 60,7 75,6 18 50,6 63,1 21 43,3 54,3 24 37,8 47,2 66,4 30 30,2 37,8 53,0 68,0 36 25,3 31,4 44,2 56,7 42 21,6 26,8 37,8 48,8 59,4 48 18,9 23,5 33,2 42,7 52,1 54 20,1 28,3 36,6 44,8 60 24,1 31,1 38,1 66 26,5 32,6 72 22,3 27,1 78 22,6 Tubos anidables abovedados: Estos tubos se colocan cuando existen limitaciones de altura, ya que se comportan como un canal bajo y ancho, que permite circular un caudal apreciable de agua. Al igual que los circulares la seccin transversal del tubo se logra ensamblando dos lminas solamente. La seccin se logra mediante el ensamblaje de una lmina circular y una achatada. Los tubos abovedados se fabrican en 10 tipos diferentes, cuyas dimensiones varan desde 18 pulgadas de luz y 13 pulgadas de flecha hasta 72 pulgadas de luz y 44 pulgadas de flecha. Se distinguen segn una denominacin que va desde el 1N hasta 10 N. En la tabla N 5.2.3.2.3. se presentan las caractersticas de altura y flecha de las diferentes alcantarillas abovedadas. En la tabla N 5.2.3.2.4 se presenta la altura mxima de relleno para estos tubos. Tabla N 5.2.3.2.3. TIPO LUZ FLECHA

1N 2N 3N 4N 5N 6N 7N 8N 9N 10N

En pulgadas 18 24 30 36 42 48 54 60 66 72

En pulgadas 13,00 16,00 19,50 22,50 26,00 29,50 33,00 36,50 40,00 44,00

Tabla 5.2.3.2.4. Altura lmite de relleno en metros Presin mxima en las esquinas = 1,95 kg/cm2 TIPO 1N 2N 3N 4N 5N 6N 7N 8N 9N 10N CALIBRE 16 4,87 3,96 3,65 3,65 3,05 CALIBRE 14 4,87 3,96 3,65 3,65 3,05 CALIBRE 12 CALIBRE 10 CALIBRE 8

3,05 3,05 3,05 3,05

3,05 3,05 3,05 3,05 3,05

3,05 3,05 3,05 3,05 3,05

5.2.3.2.2.- Planchas seccionales (Multiplate) Las planchas seccionales, son lminas que se fabrican de diferentes calibres, anchos y longitudes, lo que permite colocar una gran variedad de alcantarillas. Las planchas se fabrican en cuatro anchos designados N7, N6, N5 y N3. El nmero N representa el nmero de espacios de 24,4 cms entre los agujeros circunferenciales de los pernos en cada extremo. El total N equivale al dimetro en pulgadas dividido por 3. En el Esquema N 5.2.3.2.2. se indican las caractersticas de las planchas seccionales Esquema N 5.2.3.2.2. Detalles de las planchas seccionales

Cada ancho de plancha se fabrica en las siguientes longitudes: 6, 10 y 12 . Las planchas se punzonan para 4 pernos por pie de junta longitudinal. Los tubos circulares de planchas para alcantarillas, se suministran en dimetros normales desde 1,52 m (60) hasta 6,40 m (252) con intervalos de 15,24 cm. Preparacin del sitio: El material del sitio, no debe ser agresivo desde el punto de vista qumico, por tanto, se deben evitar arcillas u otros materiales con poder corrosivo, as como cercana a ambientes salinos. La base de la zanja debe ser compactada y cubierta con granzn y arena. Se debe apuntalar internamente la alcantarilla con cercos de madera, a fin de que durante la compactacin del relleno lateral y superior, no sufra deformaciones. Las secciones se empernan para formar una bveda, un tubo de seccin circular o un tubo abovedado. El alargamiento vertical del 5 % aumenta la capacidad de carga de la estructura con relacin a la seccin circular. Para el relleno de la zanja, se deber utilizar un material granular bien drenado, colocndose en capas regulares y compactndolo manteniendo el siguiente cuidado: Usar pisones manuales para compactar en los costados de la estructura y compactadores vibratorios hasta una distancia de 30 cms del tubo. Se recomienda lograr una densidad de 90 a 95%. En los Esquemas 5.2.3.2.1. y 5.2.3.2.2. se indica la forma de ensamblar las alcantarillas En la tabla N 5.2.3.2.5. se muestran las alturas de terrapln permitidas para tubera encajable de acero. Tabla N 5.2.3.2.5.

ESQUEMA N 5.2.3.2.1. ENSAMBLAJE DE TUBOS CIRCULARES

DE PLANCHAS SECCIONALES

ESQUEMA N 5.2.3.2.2. ENSAMBLAJE DE TUBOS ABOVEDADOS DE PLANCHAS SECCIONALES

En la tabla N 5.2.3.2.6. se indica la altura del terrapln en metros, para tubos abovedados y bvedas multiplate de Armco. Para carga viva de carretera H-20

Tabla N 5.2.3.2.6.

5.2.3.3.- Rehabilitacin de alcantarillas metlicas Las alcantarillas metlicas, con el paso del tiempo se van deteriorando y pudriendo, esto ocurre debido a la accin agresiva de las aguas, las cuales la mayora de los casos son una mezcla de descargas cloacales (aguas residuales) y escorrenta superficial cuando llueve. (Fot. N 5.2.3.2.1.) Al deteriorarse la alcantarilla se produce el hundimiento de la va y la interrupcin del trnsito.

Fot. N 5.2.3.2.1.Alcantarilla metlica colapsada La reposicin de una alcantarilla en forma tradicional, implica tener que abrir una zanja perpendicular a la va, remover los restos de la estructura vieja, acondicionar de nuevo el terreno, colocar la nueva alcantarilla, compactar la zanja y reponer el pavimento. Todo esto implica restringir o desviar el trfico, durante un tiempo mayor de un mes, con los problemas que esto conlleva. Una metodologa utilizada para la rehabilitacin de la alcantarilla, sin tener que paralizar o restringir el trfico, consiste en trabajar dentro de la misma, con lo cual se evitan los problemas antes descritos. La tecnologa utilizada para llevar a cabo dicha rehabilitacin es la siguiente (15): Limpieza y remocin de sedimentos de la alcantarilla a rehabilitar. Se puede utilizar un tubo de menor dimetro que se va introduciendo en la alcantarilla a manera de proteccin, para evitar que un derrumbe afecte al personal o se estabilizan y aseguran las lminas que estn sueltas. Una vez limpia la alcantarilla y reparadas las lminas, se reconstruyen las secciones deterioradas mediante soldadura.

Una vez realizados los pasos anteriores, se inicia el proceso de revestimiento. Mediante una maquina especial se aplica una mezcla de mortero de alta resistencia a las paredes del tubo de forma centrifugal, en capas con un grosor no superior a los 18 mm por capa. A mayor nmero de capas, mayor resistencia. Mediante la utilizacin de toberas se rellena con concreto los espacios vacos existentes entre el terreno natural y las lminas. N 5.2.3.3.1 y 5.2.3.3.2. se indican los pasos a seguir en una

En los Grficos rehabilitacin.

Es importante sealar que en Venezuela, esta tcnica ha logrado muy buenos resultados, recuperndose alcantarillas totalmente colapsadas, sin tener que interrumpir el trfico. Tambin es necesario resaltar que a algunos gobernantes no les agrada realizar este tipo de trabajo, porque mucha gente no se entera. Grfico N 5.2.3.3.1 Grfico N 5.2.3.3.2.

Limpieza y preparacin de alcantarilla a rehabilitar

Revestimiento de la alcantarilla e inyeccin por toberas

5.2.3.4.- Alcantarillas de polietileno. Estn conformadas ( 17) por colectores de polietileno, ( Fot. N 5.2.3.4.1.) y presentan las siguientes ventajas en relacin con los colectores de concreto o metlicos: Resistentes a la corrosin Material no-toxico Larga vida til del colector. Livianos. Flexibles. Resistentes a impactos. Se pueden soldar. Resistentes a la abrasin.

Los colectores de polietileno se fabrican en los dimetros indicados en la tabla N 5.2.3.4. y con los espesores de pared. La longitud vara desde 3 hasta 50 pies.Dimetro Interno en Pulgadas 15 18 19,5 21 24 27 30 36 40 42 120 Dimetro Externo mximo 16,9 20,2 21,7 23,7 27,1 30,4 33,8 40,7 45,2 47,5 134,4 Tabla N 5.2.3.4 Dimetro Externo mnimo 16,5 19,9 21,7 22,9 26,2 30,0 32,7 39,1 43,4 45,4 128,6 Dimetro Interno en pulgadas 48 54 60 66 72 78 84 90 96 108 ---------Dimetro Externo Mximo 53,8 60,5 67,2 73,9 80,6 87,4 94,1 100,8 107,5 121,0 --------Dimetro Externo mnimo 51,8 58,7 65,2 70,7 77,8 84,5 90,5 97,2 103,2 115,9 ---------

Fot. N 5.2.3.4.1. Vista de un colector de polietileno Tipos de uniones

a.- Los colectores de dimetros entre 15 y 36 pueden unirse por el sistema de espiga campana. , (Fot. N 5.2.3.4.2.) b.- Los colectores de dimetros entre 30 y 120 pueden unirse por el sistema de soldadura la cual puede ejecutarse por dentro del colector o por fuera o por ambos lados. La soldadura se realiza con aplicacin de calor. (Fot. N 5.2.3.4.3.)

Fot. N 5.2.3.4.2. Sistema espiga-campana

Fot. N 5.2.3.4.3. Soldadura por calor

b.- Los colectores de dimetros entre 15 y 120 pueden unirse por el sistema de aros flexibles. Primero se coloca una banda elastomrica fabricada con Ethileno propileno DiMethil o con caucho y por encima de ella se coloca una banda metlica para ajustar y apretar la unin. La banda tiene un ancho que vara entre 12 y 16. (Fot. N 5.2.3.4.4.)

Fot. N 5.2.3.4.4. Unin con banda Caractersticas del apoyo

Cuando se utilizan los colectores de polietileno, el material a utilizar para el relleno de la zanja no debe contener piedras. Se debe colocar una capa de entre 10 y 15 cm. de arena por debajo del colector a manera de cama. No se debe compactar el material colocado por encima del colector, hasta que el relleno seleccionado, tenga una capa mnima de 40 cm. La compactacin del material en la zanja se realizar en capas de 20 cm. A partir de los 40 cm se podr utilizar el material excavado de la zanja, siempre y cuando no contenga piedras y permita una buena compactacin. Profundidad del colector La profundidad del colector puede variar entre 30 cm. como mnimo hasta 10 m. Sin embargo se recomienda consultar con el fabricante, cuando el dimetro es mayor de 48.

5.2.3.5.- Consideraciones generales para la colocacin de alcantarillas metlicas o de polietileno. Preparacin del terreno. El fondo de la zanja debe estar conformado, de forma que este liso y libre de piedras u otros objetos cortantes. En caso se ser relleno, el terreno deber compactarse adecuadamente. Deber estar seco y libre de raices que pudieran producir desplazamientos futuros. Siempre se deber colocar una capa de arena o piedra picada entre el fondo de la zanja y la alcantarilla a fin de asegurar un buen apoyo en toda la longitud. La alcantarilla se instalar de acuerdo a lo enunciado anteriormente y preferiblemente la construccin se ejecutar desde la parte de aguas abajo hacia aguas arriba. Compactacin de la zanja Una vez colocada la alcantarilla en la zanja y verificada la pendiente se proceder a rellenar y compactar dicha zanja, para ello se debe proceder por capas no mayores a 20 cms de altura y procediendo a ambos lados de la alcantarilla para evitar deformaciones. Generalmente no hay mucho espacio entre las paredes de la zanja y la estructura, por lo que se recomienda utilizar la denominada bailarina. Una vez compactada hasta la parte superior de la alcantarilla se puede continuar con la denominada rana. Si se requiere, se deber apuntalar con puntales la parte interna de la alcantarilla para evitar que en el proceso de compactacin del relleno de la zanja, se produzcan deformaciones.

5.2.4.- Cajones de paso: Cuando el curso de agua durante las crecidas tiene un caudal considerable (hasta unos 20 m3/seg.) y arrastra sedimentos de dimetro mayor a 30 cm, es necesario colocar un cajn de paso, el cual consiste en una seccin cuadrada o rectangular

de concreto armado o metlica y tiene la caracterstica de permitir con mayor facilidad que las alcantarillas, el paso de los sedimentos, as como la limpieza y remocin de los mismos. (Ver Fot. N 5.2.4.1.) En algunos casos de drenaje vial, cuando se va a sustituir una antigua estructura de drenaje, como por ejemplo una batea o una alcantarilla colapsada, es necesario considerar la rasante de la va, cuya modificacin pudiera implicar costos muy elevados. En estas circunstancias el cajn presenta grandes ventajas ya que se puede modificar la altura y el ancho, para lograr un conducto con el rea transversal requerida para drenar el caudal de diseo. Los cajones de paso de acuerdo con el caudal de diseo, pueden ser de una o de varias celdas y de diferentes alturas y anchos, de acuerdo con la disponibilidad de espacio en el sitio, tal como se indica en el esquema:

Cajn de una celda

Cajn de dos celdas

El clculo de la capacidad de un cajn de paso, se realiza considerndolo como un canal abierto y puede aplicarse la ecuacin de Manning, estimando que deber pasar a travs de l un caudal igual al de la creciente de diseo, mas un volumen adicional de un 30 % que ser ocupado por los sedimentos en trnsito. Se deber dejar una luz libre entre el nivel mximo de las aguas y la parte superior interna del cajn, del orden de 20 a 30 cms, es decir, el cajn no debe trabajar a seccin llena. La parte superior de los cajones de paso debe ir colocada a una cota mnima de 30 cms por debajo de la rasante de la va con el fin de disminuir el efecto de impacto de la carga viva. Al igual que las alcantarillas, los cajones de paso deben tener una estructura de entrada y otra de salida, consistente en aletas, estructuras de disipacin de energa, etc.

Fot. N 5.2.4.1.Cajn de paso de dos celdas sobre El Chorrern. Va Jaj

5.2.4.1.- Cajones de paso de concreto armado. Los cajones de paso construidos en concreto armado son los ms comunes en nuestro medio, debido a nuestra familiaridad con estos materiales y al costo. En el siguiente esquema se muestra la seccin de un cajn de concreto armado: t b b t

H B

Concreto pobre para mejorar la base Relaciones geomtricas recomendadas en un cajn de concreto armado. b = B / 25

>

H/25

> 10 cm

Recubrimiento mnimo = 4 cm.

t mayor de 15 cm, en funcin del tamao del cajn.2

Volumen de concreto = 2 ( B + 2 t ) t + 2 H x t + 2 b

Esquema N 5.2.4.1.

Vista frontal de un cajn

Corte longitudinal de un cajn

Esquema N 5.2.4.1. (Cont.) Cajn en planta

5.2.4.2.- Cajones de paso metlicos. Los cajones metlicos constituyen una variacin de los de concreto armado y tienen la ventaja de ser ms rpidos y fciles de construir, ya que no se necesita personal ni equipo especializado. En general consisten en lminas de aluminio corrugadas que se unen mediante pernos. Para colocar este tipo de estructuras se debe tener en consideracin los efectos que tanto la corrosin como la abrasin pueden tener sobre el metal. El peso de este tipo de estructura es aproximadamente 1/50 veces el de un cajn de concreto armado equivalente. Esto permite colocarlos con la ayuda de una pequea gra y en pocas horas. Cuando el curso de agua, arrastra muchos sedimentos y a gran velocidad no es conveniente utilizar este tipo de estructura. En las fotografas N 5.2.4.2. a 5.2.4.4. se muestran diferentes vistas un cajn metlico

Fot. N 5.2.4.2. Vista general de un cajn metlico

Fot. N 5.2.4.3. Estructura central de un cajn metlico

Fot. N 5.2.4.4. Montaje de estructura central de un cajn metlico

5.2.5.-Bveda triarticulada:

Son estructuras curvas de concreto armado, poco

convencionales, producidas por la empresa Prefabricados Tierra Armada, S.A. que pueden ser utilizadas a manera de puentes en sitios planos, donde se produce la inundacin con velocidad del agua muy baja, pero con caudales considerables. Por ejemplo, inundaciones en los llanos venezolanos, en el que el agua ocupa grandes extensiones de terreno y la carretera acta como un dique de contencin siendo necesario drenar las aguas hacia los ros existentes lo cuales pueden estar al otro lado de la va. El mtodo de diseo de este tipo de estructuras, busca la forma ptima del arco que cumpla con los requerimientos del proyecto en la forma ms econmica posible. La optimizacin de la bveda implica por una parte minimizar la estructura usando una curva funicular en la cual los momentos flectores en cada punto son nulos y considerar nicamente fuerza de compresin en el arco, la cual viene determinada por la flecha y la luz total. La bveda triarticulada prefabricada, (Ver Fot N 5.2.5.) presenta las siguientes ventajas: Funciona como un arco. Por ser prefabricada, la elaboracin tiene un buen control de calidad. Se adapta a diferentes luces, arcos y alturas. Se monta en campo rpidamente y es econmica. Se le puede adaptar, en caso de requerirse, tanto un cabezal de entrada y salida como aletas. Se puede fundar sobre una losa corrida o sobre dos zapatas independientes, segn sea la capacidad de carga del terreno.

Fot N 5.2.5. Arco Articulado

5.2.6.-Puentes Cuando los caudales de diseo sobrepasan los 20 m3/s y durante las crecientes se generan altas velocidades con arrastre de sedimentos, es conveniente colocar un puente. Antes de tomar la decisin de colocar un puente, en necesario realizar un estudio hidrolgico - hidrulico del curso de agua el cual debe contener los siguientes elementos: Memoria descriptiva del estudio hidrolgico hidrulico y los clculos correspondientes. Plano de la cuenca a escala entre 1:10.000 y 1:100.000 de acuerdo al caso estudiado. Planos de planta del sitio de puente en escala indicada. ( 1 : 1000 o 1 : 500) Perfil longitudinal del tramo del ro en estudio. Secciones transversales separadas entre 50 a 100 m ( dos aguas arriba, dos aguas abajo y uno en el sitio de puente, como mnimo ).

Estudio Hidrolgico: Debe contener: Consideraciones generales para el clculo del gasto de diseo. rea de la cuenca hasta el sitio de puente. Tiempo de concentracin. Coeficiente de escorrenta. Anlisis de frecuencias para la obtencin de lluvias efectivas. Estimacin del gasto del proyecto.

Estudio Hidrulico: Debe contener: Curva de gastos donde se determinar el nivel de aguas normales a esperarse en la seccin del sitio de puente, considerando el caudal del proyecto. Clculo del tipo de flujo (subcrtico o supercrtico). Calculo del remanso, verificando si para la luz seleccionada el remanso es aceptable, lo que determinar el nivel de aguas mximas en el sitio de puente. Socavacin general del cauce en pilas y estribos, indicndose las cotas de fundacin de pilas y estribos. El clculo se fundamentar en un estudio de suelos debidamente revisado y aprobado por la autoridad competente. Tirante de aire. Se establecer de acuerdo a las condiciones de la vegetacin, pendientes y caractersticas particulares del sitio.

Protecciones hidrulicas Se disearn en caso de requerirse y se indicarn mtodos, materiales, cotas de fundacin, especificaciones de construccin y detalles. Cuadro resumen conteniendo: Luz seleccionada desde el punto de vista hidrulico, nivel de aguas mximas, caudal de diseo, socavacin, nivel de aguas normales y tirante de aire.

5.2.6.1.- Elementos de un puente luz Terrapln de acceso Tablero Vigas apoyo Tirante de aire Nivel de aguas mximas Estribo Estribo apoyo Espaldn

Zapata

Zapata

El apoyo de la viga sobre el estribo puede ser fijo en un lado (apoyado sobre una lmina de neoprene) y mvil (rodillos) en el otro. O puede ser con neoprene en ambos lados, todo depende del tipo de viga a utilizar. El nivel de fundacin de las zapatas debe estar por debajo de la socavacin (general del cauce ms local por el estribo). El tirante de aire es el espacio libre comprendido entre el nivel de aguas mximas y la parte inferior de las vigas del puente y debe estimarse de acuerdo con el tipo de material que pueda arrastrar el curso de agua durante una crecida. En el caso de que exista la posibilidad de que arrastre elementos flotantes tales como ramas de rboles, debe dejarse un espacio adecuado. Un nmero conservador es dejar un mnimo de 2,00 metros. 5.2.6.2.- Criterios para la ubicacin de puentes Rara vez es econmicamente factible, o necesario, disear un puente cuya longitud sea capaz de dejar pasar sin perturbar en lo ms mnimo la creciente de diseo, sobre todo cuando se trata de ros muy caudalosos. Es decir, se permite que la longitud de la estructura sea menor al ancho de la inundacin o superficie del ro, reconociendo que esto reduce o estrecha al ro, generando otros efectos. Es conveniente que el ro tenga un tramo recto tanto aguas arriba como aguas abajo del sitio de puente. Lo ideal es colocar el puente en un sitio donde el ro tenga el cauce angosto, sin embargo, hoy en da, priva el trazado de la va sobre el denominado sitio de ponteadero. Se debe evitar construir un puente cerca de la confluencia de dos ros, ya que en funcin

del caudal de cada uno de ellos, el cauce puede desplazarse. Las riveras donde se colocarn los estribos, deben estar conformadas preferiblemente por material rocoso o al menos duro de manera que sea difcil la socavacin de dichas riveras. La presencia de meandros y cauces abandonados (madre viejas) obliga a realizar un estudio muy cuidadoso sobre la estabilidad del cauce, ya que se corre el riesgo de que el ro abandone el puente. 5.2.6.3.- Curva de remanso Al reducirse la seccin del ro no se alteran las lneas de flujo cerca del centro del canal, pero si en las extremos. Al dejar la obstruccin, el flujo gradualmente se expande con unos 5 o 6 grados por cada lado hasta que las condiciones del canal bajo la creciente se normalizan. Ver Esquema N 5.2.6.1. La restriccin del flujo causa prdida de energa, sobre todo a la salida, cuando ocurre la reexpansin. Esto se refleja en una subida de nivel del agua y en la lnea de energa aguas arriba del puente, tal como se indica en el grfico N 5.2.6.2. Esquema N 5.2.6.1.

Estribo derecho

Estribo izquierdo

Esquema N 5.2.6.2.

5.2.6.4.- Fallas ms comunes en puentes debido a la accin del agua. En general se puede decir que el agua nunca destruye un puente en el primer ataque, los daos son progresivos y si no se toman medidas a tiempo el puente fallar despus de producirse daos sucesivos. Los daos ms comunes ocurren por:

Socavacin de pilas y/o estribos Colapso por socavacin aguas abajo del puente debido a la pavimentacin del cauce bajo el mismo. Ataque al terrapln de acceso debido a que el ro tiene cauces secundarios o primario que no coincide con la alineacin del puente

Socavacin de pilas y estribos Esta situacin se presenta en puentes viejos, con estribos o pilas fundadas directamente sobre el cauce, el cual a lo largo del tiempo desciende disminuyendo la profundidad real de dichas fundaciones. ( Ver Fot. N 5.2.6.4.1 a 5.2.6.4.3.) La mejor manera de prevenir que el puente falle es la realizacin de una revisin anual de las bases, preferiblemente antes de la entrada de las lluvias. En el caso de existir socavacin, ser necesario actuar con rapidez y recalzar las fundaciones mediante la inyeccin de concreto o la construccin de muros frente a las zonas afectadas.Fundacin del Estribo

Fot. N 5.2.6.4.1. Vista de una cueva por debajo del terrapln de acceso

Fot. N 5.2.6.4.2.Vista de fundacin totalmente socavada y cueva por debajo del terrapln.

Fot. N 5.2.6.4.3. Puente colapsado por socavacin de pila central

Esquema de solucin

Inyeccin final de mortero de cemento encofrado

Zona socavada ciclpeo

Colapso por socavacin aguas abajo del puente debido a la pavimentacin del cauce bajo el mismo. En algunos puentes, con la idea de proteger de la socavacin los estribos de los puentes, se ha construido una losa de concreto que cubre totalmente el cauce del ro bajo la estructura. Esta pavimentacin, asla a las fundaciones del efecto de socavacin pero acelera el flujo, al disminuir la friccin (disminuye el factor de n de Manning), por tanto cuando el flujo regresa al cauce natural lo hace a mayor velocidad y rompe las condiciones de equilibrio aumentando la socavacin, la cual crea un escaln que compromete la estabilidad de la estructura, tal como se indica en le Esquema N 5.2.6.3. Esquema N 5.2.6.3 PuenteEstribo

PuenteEstribo

Cauce natural Socavacin

cauce pavimentado

Fot. N 5.2.6.4.4. Puente Vich. T-001. Escaln producido aguas abajo de la pavimentacin Solucin recomendada Debido a la existencia del escaln, se recomienda colocar un empedrado a manera de rampa a fin de realizar una transicin suave entre el cauce bajo el puente y el cauce natural aguas abajo y de esta manera evitar y evitar la cada brusca y la socavacin correspondiente. La pendiente de dicha rampa debe ser muy suave y la rugosidad alta, de manera de lograra al final de dicha rampa las condiciones hidrulicas existente aguas arriba del puente. Se debe tener presente que la socavacin avanza hacia aguas arriba y por tanto afectar

la fundacin de los estribos.

Estribo

Rampa Enrocado Empedrado Avance de la socavacin. Dentelln

Ataque al terrapln de acceso debido a que el ro tiene cauces secundarios o primario que no coinciden con la alineacin del puente Esta situacin es muy frecuente en Venezuela, en los puentes ubicados en el pie de monte andino ( T-001 y T-005 ). Los ros cambian ligeramente su curso como producto de sedimentos depositados aguas arriba del puente y se produce un cambio brusco en la pendiente longitudinal, desviando el curso de agua y socavando el terrapln de acceso, tal como se indica en el Esquema N 5.2.6.4.

Cauce Actual

Cauce original

Terrapln Socavado Puente

Esquema N 5.2.6.4.

Fot. N 5.2.6.4.5. Puente Guachizn. T-001. Terrapln derecho de acceso socavado por agua. Se observa el puente a unos 20 m. de distancia.

Puente sobra la quebrada La Pedregosa. Lavado del terrapln de acceso. Durante una crecida Alternativas de solucin: Tratar de obligar al ro a regresar a su cauce original, mediante el uso de espigones, o muros que impidan el desplazamiento del eje del ro. Esta solucin no siempre es factible, bien sea por las condiciones del sitio o por el alto costo que significa. Ver Esquema N 5.2.6.5. Proteger localmente el terrapln contra el ataque del agua, mediante la construccin de muros o colocacin de bolsacreto. Ver Esquema N 5.2.6.6.

Ampliacin del puente o colocacin de una alcantarilla de gran dimetro para que el

caudal fluya a travs de esa estructura y no cause daos al terrapln de acceso. Puente muro a reparar

Espigones

60 Ro

Esquema N 5.2.6.5.

Puente

Muro o terrapln de proteccin

Esquema N 5.2.6.6. 5.3.- Estructuras de drenaje longitudinal

5.3.1.- Cunetas: Son canales triangulares de concreto ( sin armar ), que drenan la escorrenta producida por el agua de lluvia en la calzada.

2%

2%

Ubicacin: En general las cunetas se colocan a ambos lados de la va, cuando esta tiene bombeo hacia ambos lados. Cuando el peralte obliga a la calzada a tener bombeo hacia un solo lado la cuneta se colocar solamente en ese lado, salvo que se requiera por continuidad del caudal.

2%

En carreteras secundarias de montaa, es preferible darle a la calzada bombeo hacia un solo lado y colocar una cuneta. De acuerdo con el Manual de Drenaje del Ministerio de Obras Pblicas ( 2 ), se tienen los siguientes tipos de cunetas:

Q=K x S

x

y

donde:

La capacidad de transporte de la cuneta, en el caso de alineamientos rectos, viene dada por la expresin: 8/3 Cuneta K A 0,312

S = pendiente longitudinal de la va. Y = Altura de agua en la cuneta. K = factor dependiendo del tipo de cuneta.

B C D

0,484 0,242 0,239

Fot. N 5.3.1.Cuneta tpica 5.3.1.1.- Estimacin del caudal

Fot. N 5.3.2.Cuneta y descarga a rejilla

El caudal drenado por la cuneta se estima de acuerdo con el mtodo racional: Q=CxIxA donde:

C = Coeficiente de escorrenta del pavimento (alrededor de 0,90) I = Intensidad de la precipitacin de diseo en l/s/Ha. A = rea drenada por la cuneta (Desde su inicio hasta la descarga) Cuneta A

A

Generalmente el proceso de clculo es el siguiente: Se ubican los sitios de descarga del agua de la cuneta y se calcula el rea desde el inicio hasta dicha descarga.

Por el mtodo racional se calcula el caudal generado, utilizando una precipitacin de diseo con un perodo de retorno de 10 a 20 aos y una duracin de la lluvia de 15 minutos. Se selecciona un tipo de cuneta y de acuerdo con la pendiente de la va se calcula la capacidad a seccin llena en el punto mas bajo ( en la descarga). La capacidad a seccin llena de la cuneta debe ser mayor al caudal calculado por el mtodo racional. En caso de que la capacidad de la cuneta sea menor al caudal calculado se puede cambiar el tipo (mayor capacidad) o descargar a una distancia menor a fin de disminuir el rea tributaria.

5.3.1.2.- Descarga La descarga del agua de la cuneta, se debe hacer sobre un drenaje natural o punto bajo, de manera que el agua fluya hacia una quebrada o ro. En algunas oportunidades, cuando se tiene un tramo muy largo y la cuneta alcanza su capacidad a seccin llena, se hace necesario bien sea descargar sobre un canal, ampliar dicha cuneta o buscar un curso natural a travs de una alcantarilla. En algunos casos existe una distancia apreciable entre la descarga de la alcantarilla y el curso natural, por lo que se genera una zona pantanosa en dicho tramo, que debe ser drenada cuando se desea desarrollar el mismo. La cuneta se descarga al curso natural o a la entrada de una alcantarilla, mediante una torrentera o un canal de gran pendiente. Generalmente se construye una tanquilla abierta para mejorar dicha descarga. 5.3.2.- Cunetas de coronamiento Se colocan en la parte alta del talud, para evitar que el agua lo destruya, causando daos a la calzada. Cuneta de coronamiento

Calzada

En algunos casos y dependiendo del caudal, las cunetas de coronamiento pueden sustituirse por canales revestidos o excavados en tierra. La descarga de las cunetas de coronamiento puede realizarse mediante el uso de torrenteras de concreto, que permitan el drenaje sin producir daos al talud natural. 5.3.3.- Canales laterales

Cuando existe un caudal mayor al que puede ser transportado por la cuneta y no es posible descargarlo transversalmente, se hace necesario construir un canal paralelo la va, hasta un punto donde pueda ser descargado. En estos casos se recomienda la utilizacin de canales rectangulares de concreto. La seccin del canal, se calcular con el caudal mximo y considerando flujo uniforme (ecuacin de manning). En algunos casos, cuando la pendiente es fuerte, se disearn escalones (torrenteras) a fin de disminuir la velocidad del flujo.

Fot. N 5.3.3. Canal cuneta

Por razones de seguridad, en vas principales (carreteras locales y/o troncales) se recomienda construir el canal separado al menos 2 m de la calzada. En caso de no poder hacerlo, se deber cerrar mediante la colocacin de losas de concreto armado que sirvan como tapas.

5.4.- Estructuras de proteccin de la va contra la arremetida directa de las aguas. En muchas oportunidades la carretera sigue el curso de un ro, por facilidad de trazado. Cuando esto ocurre puede suceder que el ro socave el terrapln de la va y produzca una falla de borde que eventualmente puede destruir totalmente la calzada.

Va

Ro

Cuando la posibilidad de destruccin de la va por parte del agua, es alta, se hace necesario colocar una proteccin en el terrapln, a fin de protegerlo. Las protecciones mas utilizadas son las siguientes: Bloques Dolosse. Bolsacreto. Gaviones. Muros de concreto armado. Muros de concreto ciclpeo. Espigones impermeables. Espigones permeables construidos con pilotes consistentes en tubos de acero hincados en trebolillo y unidos mediante una malla metlica. Siembra de vegetacin en taludes. 5.4.1.-Bloques Dolosse Los bloques Dolosse o Dolos, fueron utilizados por primera vez hace unos 40 aos, como elementos para conformar rompeolas. Ofrecen la ventaja de necesitar entre un quinto y un sexto del peso de una roca, para resistir el impacto de olas de la misma altura. Las ventajas que producen su rpida colocacin, reutilizacin y su efecto de rompeolas , durante una crecida, desviando las aguas y disipando su energa, lo convierten en una solucin muy til para el control de una crecida, despus que sta se ha producido. Los dolos, tienen entre otras las siguientes ventajas: Se pueden colocar en forma rpida y econmica, ya que con un pay-loader o una retroexcavadora se pueden movilizar. Son autoajustables al terreno. Si el material se socava, ellos se mueven y siguen protegiendo. Son econmicos. Pueden ser reutilizados. b

Los bloques son elementos prefabricados de concreto armado Rcc28 = 210 Kg/cm2, reforzado con acero Fy = 4200 Kg/cm2. En Venezuela la empresa Heicoven los fabrica en dos tamaos con los siguientes pesos y dimensiones: Grande. Peso = 2000 Kg. Pequeo. Peso = 750 Kg. h: 2,30 m h: 1,30 m b = 1,70 m b = 1,15 m

Los bloques pueden ser utilizados en: Enrocados artificiales para proteccin de pilas y estribos de puentes. Construccin de espigones permeables no rgidos. Proteccin de riberas de ros. Proteccin de taludes. Cualquier obra que requiera disipacin de energa, donde el tiempo de ejecucin es crtico.

Colocacin de bloques dolosse para evitar la entrada de una quebrada a una calle. 5.4.1.1.- Funcionamiento

La forma de los Dolos, con sus tres brazos perpendiculares entre si, permite la traba entre los elementos, haciendo que su efecto sea el de una roca con 5 o 6 veces su peso. Si los bloques se destraban, solamente el peso propio sumergido y la friccin actuarn contra la fuerza del agua, por ello cuando las velocidades del flujo son altas (mayores de 6 m/s) es conveniente amarrar los Dolos con una guaya de acero, utilizando como pasador el gancho de sujecin. Cuando la velocidad del flujo puede alcanzar los 8 m/s, no se recomienda la utilizacin de los dolos. La ecuacin de Hudson's, se utiliza para describir el comportamiento de un bloque de material actuando como defensa contra el agua:3

Wr H W = -------------------------3

Ko Donde:

cot

W = peso del bloque en ton. wr = peso especfico del bloque en ton/m3 H = Altura de la ola de agua Ko = Coeficiente de estabilidad = ngulo horizontal = densidad relativa del material El nmero de bloques requeridos para cubrir un rea unitaria se determina por la relacin: P 2/3 N = n C ( 1 - ------ ) V 100 donde n = numero de capas ( generalmente 2 ) C = factor de forma P = porcentaje de porosidad ( 60 % ) V = volumen del bloque En el Esquema N 5.4.1. se indica la relacin del peso del dolo, con otros parmetros. Esquema N 5.4.1.

5.4.1.2.- Colocacin Los bloques pueden ser colocados directamente sobre el cauce, tal como se indica en las fot. N 5.4.1.2. o sobre una cajuela abierta previamente, ya que la socavacin a medida que ocurra los ir hundiendo, sin embargo, este fenmeno tiende inmediatamente a disminuir debido a la reduccin de la velocidad del flujo por efecto del bloque. Con el tiempo, el material sedimentado aguas arriba del dolo, permitir el crecimiento de la vegetacin y por tanto un fortalecimiento del terreno.

Fot. N 5.4.1.2.Proteccin aguas arriba del estribo.

5.4.2.- Bolsacreto Consiste en sacos de material plstico, (polipropileno laminado densidad 4 x 4 y Denier 820) rellenos de mortero de cemento. Los sacos tienen diferentes tamaos para lograr unidades de diferente peso. La funcin del bolsacreto es la de un enrocado, aunque su resistencia al impacto es menor que dichas estructuras. Dimensiones de los sacos Bolsacreto de 1 tonelada Bolsacreto de 2 toneladas Bolsacreto de 4 toneladas Bolsacreto de 5 toneladas Bolsacreto de 6 toneladas Bolsacreto de 7 toneladas Bolsacreto de 8 toneladas 1,00 x 1,00 x 0,50 2,00 x 1,00 x 0,50 3,30 x 1,10 x 0,50 3,30 x 1,40 x 0,50 3,30 x 1,70 x 0,50 3,30 x 2,00 x 0,50 3,30 x 2,20 x 0,50 = 0,50 m3 = 1,00 m3 = 1,82 m3 = 2,31 m3 = 2,81 m3 = 3,30 m3 = 3,63 m3

Los sacos tienen una boca (para 1 hasta 6 Ton. ) o dos bocas ( para 7 y 8 Ton.) por donde se le inyecta el cemento bombeado desde un lugar cercano. Al llenarse se cierran las bocas y se espera que el cemento frage. Para poder colocar los sacos, es necesario previamente acondicionar el terreno de manera de asegurar un soporte adecuado a los mismos. Los sacos se colocan a lo largo y a lo alto (unos encima de otros), buscando que queden trabados y as lograr un mejor funcionamiento. En el Esquema N 5.4.2. se presentan algunas formas de colocacin. El bolsacreto se utiliza en lugares donde no es posible conseguir rocas de gran tamao o que por razones logsticas no es posible colocarlas. Ventajas: Construccin relativamente rpida de una pared o muro que evite que el agua socave el terrapln. Desventajas: Costos elevados, dificultad de colocacin bajo el agua y posibilidad de fallas por asentamientos diferenciales. Resistencia del mortero Aunque en el pas no existen normas en relacin con la resistencia del mortero utilizado para llenar los sacos, se recomienda utilizar como mnimo un Rcc = 180 Kg/cm2 , ya que el efecto del desgaste por el agua y por la accin del arrastre los sedimentos, puede, producir la ruptura de los elementos, si estos no tienen una resistencia adecuada.

Fot. N 5.4.2.1. Carretera Mrida Panamericana. Colocacin de bolsacreto Con respecto a los rayos ultravioleta y gamma, los fabricantes de la fibra mencionan una perdida del 20 % despus de 15 aos de exposicin continua al sol. La experiencia indica que en muy pocos meses, la fibra es destruida por la accin del agua y el concreto queda expuesto directamente a la accin de la corriente. Debido a la impermeabilidad de la tela, la mezcla fresca en ningn momento entra en contacto con el medio externo. En el Esquema N 5.4.2.se indica la manera de colocacin de bolsacreto. Esquema N 5.4.2

5.4.3. Gaviones Los gaviones son elementos paraleleppedos modulares, consistentes en una cesta de malla hexagonal, de alambre que tiene diferentes especificaciones, la cual se llena de piedras, preferiblemente angulares. Uso: Los gaviones se utilizan como muros que funcionan por el peso propio y en forma monoltica. La malla asegura que las piedras permanezcan en su lugar manteniendo la solidez de la estructura. Con el tiempo los espacios vacos entre las piedras pueden llenarse de sedimentos o por races, dependiendo del lugar donde estn colocados. Los gaviones son fciles de construir y econmicos ya que no requieren de mano de obra especializada para su armado y relleno y su ejecucin es muy rpida. Su aplicacin cubre infinidad de campos tales como: Proteccin de riveras de ros contra la socavacin, construccin de pequeas obras de control de inundaciones tales como espigones, diques, obras de toma, etc. Canalizaciones de cursos de agua, Protecciones hidrulicas en puentes, cajones y alcantarillas, Muros de contencin de diversa ndole. Las cestas tienen en su mayora las dimensiones indicadas a continuacin:

0,50 - 1,00 m Tirante terreno 2,00 m

0,50 - 1,00 m Conformacin del terreno: el terreno donde se va a colocar el gavin deber ser conformado a mano o a mquina antes de colocar la cesta. Se debe procurar que este seco, es decir, que no este sujeto a inundacin o encharcamiento. Deber ser firme ya que soportar una presin entre los 0,5 Kg/cm2 y mas de 2 Kg/cm2 segn la altura de gaviones a colocar. Preferiblemente se deber colocar una capa de piedra picada con un espesor de 2 cms. Es conveniente darle al terreno una pequea pendiente hacia atrs, es decir, contra el talud, tal como se indica en el esquema.

Relleno de las cestas: se debe utilizar piedra no redondeada, con un tamao superior al del ojo de la malla y preferiblemente igual o inferior al doble de dicho tamao. Se debe

colocar la piedra de manera manual que se logre un mnimo de espacios vacos y de esta forma el mayor peso posible En algunos casos, con la finalidad de aumentar la resistencia del gavin, se coloca a lo largo una capa de mortero de unos 4 cms de espesor. Esta capa se coloca cada 25 cms. Se recomienda atirantar la cesta a medida que se va llenando de piedras, por tanto es conveniente unir con alambre las paredes opuestas cada 25 cms y cada metro de longitud. Cierre: Una vez terminado el relleno, se coloca la tapa de las cestas a fin de confinar las piedras dentro de las seis caras del paraleleppedo. Colocacin: Los gaviones se colocan de manera escalonada unos encima de otros y trabados a manera de pared de bloques, tal como se indica en el esquema. La cesta superior debe unirse con alambre a la cesta inferior, a fin de mejorar el contacto y asegurar la monoliticidad de la estructura. Vista frontal Corte

terreno

Piedras para gaviones

Gavin

Fot. N 5.4.3.1. 5.4.4. Muros de concreto armado Cuando la altura del muro es superior a los 4,00 m, en general resulta ms econmico utilizar el concreto armado.

Existen tres tipos de muros clsicos: Muro tipo el cual se utiliza cuando la posicin de la zapata no tiene ninguna restriccin. Este tipo de muro es el ms econmico. Muro tipo , con toda la zapata bajo el relleno. Los coeficientes de seguridad de vuelco y deslizamiento son muy altos, pero las elevadas tensiones que transmite al terreno, limita sus dimensiones. Muro tipo con la zapata al otro lado del relleno. Este tipo de muro no es recomendable por cuanto los coeficientes de seguridad al vuelco y al deslizamiento dependen del peso del muro, lo que aumenta considerablemente su costo. No se recomiendan muros de este tipo con alturas mayores a los 5,00 m. A continuacin se presenta como ejemplo un muro de 5,00 m de altura en :

.30

4,40

3/8 a 20

5/8 a 20 5/8 a 20

a 10 .60 1,87 .65 1.08 Repart. 3/8 a 20

A continuacin se presenta como ejemplo un muro de 5,00 m de altura en

:

.30

4,40 1/2 a 20 5/8 a 20 7/8 a 20

3/4 a 10 .60 .30 3.30

7/8 a 10

1/2 a 10 Repart. 3/8 a 20

Drenaje El drenaje de los muros es de vital importancia y su ausencia puede ser la causa de la falla en este tipo de estructuras.

Filtro de piedra picada Geotextil

Se debe colocar un filtro de piedra picada envuelto en geotextil. En la parte inferior una tubera de PVC perforada que drene el agua y la descargue en un lugar mas bajo.

Tubera perforada de 4 a 6

5.4.5. Muros de concreto ciclpeo Se denomina concreto ciclpeo, a la combinacin de piedra bruta y concreto en una relacin 40 % a 60 %. En obras de proteccin hidrulica, el concreto debe tener una resistencia mnima de 210

Kg/cm2. Los muros de concreto ciclpeo son econmicos, cuando cerca del sitio donde se quieren construir o en el propio sitio se consigue la piedra adecuada y la altura total no supera los cuatro metros (incluyendo la profundidad de fundacin., la cual debe ser mayor que la socavacin). El ancho de la base, debe estar en el orden del 60% de la altura total.

h

0,60 h

5.4.6. Espigones Son estructuras que se introducen en el cauce a manera de obstculos, a partir del terreno estable de la orilla, formando un ngulo con la corriente.

Los espigones se construyen fcilmente y casi nunca requieren de mantenimiento. En caso de fallar uno de ellos, no se afecta la estabilidad de los otros. Los espigones pueden ser utilizados como proteccin de la margen de un ro cuando: El cauce es ancho y la otra orilla puede ser erosionada sin producir daos. Fsicamente es posible construir los espigones, ya que es necesario trabajar dentro del ro. Otra solucin es muy costosa. Para proteger una estructura en particular.

Los puntos ms importantes a considerar en el diseo de espigones son: Localizacin en planta. Longitud del espign Separacin entre espigones Pendiente de la superficie (corona). Angulo de orientacin con respecto a la orilla Material de construccin. Socavacin del cauce y en el extremo del espign.

Nivel variable Orilla A Espign A p Corte A - A

Definicin de trminos La longitud total de un espign es la suma de la denominada longitud de anclaje ( Tramo dentro de la orilla ) y la longitud de trabajo ( dentro del cauce activo ). A A a = longitud de anclaje a b b = longitud de trabajo

La parte superior de los espigones recibe el nombre de corona y generalmente tiene un leve pendiente hacia la punta, tal como se indica en el corte A-A Corona

A-A Thalweg: Lnea que sigue la mxima profundidad del canal

Thalweg

Localizacin de los espigones en planta

Para poder localizar en planta los espigones, se debe disponer de un plano topogrfico de la planta del ro a una escala cnsona con el trabajo a realizar. Lo primero que se requiere es trazar en dicho plano el nuevo eje del ro, es decir, la nueva posicin que se desea obtener una vez que ste sea rectificado o el eje existente si solo se van a proteger las orillas existentes. Una vez que esto ha sido realizado se conocer el radio o radios de curvatura y la longitud de los tramos rectos. Los espigones se iniciarn en las mrgenes y llegarn hasta el eje En ros de planicie, que corren sobre material aluvional, la longitud de tramos rectos entre espigones ar debe estar comprendida entre 0 < ar < 3 B, donde B es el ancho de la superficie libre del cauce estable. Longitud de los espigones Como se indic anteriormente la longitud total de un espign es la suma de la longitud de trabajo y la longitud de empotramiento. La longitud de trabajo es recomendable que sea mayor que el tirante de agua en el caso de la creciente de diseo y menor que 0,25 x B, siendo B el ancho del cauce estable. La longitud de empotramiento se recomienda que no sobrepase un cuarto de la longitud de trabajo, por tanto la mxima longitud del espign ser L = 1,25 x L trabajo Algunos autores, (Maza et al ) proponen que la longitud sea menor o igual a 0,15 B y para ros muy amplios, una longitud mnima de 15 m. Queda a criterio del proyectista el eliminar la longitud de anclaje, sin embargo, esto podra traer como consecuencia la socavacin de la margen y el fracaso de la obra. Separacin entre espigones La separacin se mide en la orilla entre los puntos de arranque de cada uno y depende de la longitud del espign de aguas arriba.

: 9 @ 11

Sp Sp Separacin en tramos rectos: La separacin en tramos rectos esta dada por la relacin:

sen Sp = LT cos + LT ---------tag

sen ( + ) Sp = LT -----------------sen

Con los valores anteriores se encuentra la relacin: 4,0 LT Sp 6,3 LT Desde el punto de vista econmico, conviene que la separacin inicial sea de Sp = 6 LT Separacin en curvas. Se recomienda mantener la relacin 2,5 LT < Sp < 4 LT

Separacin entre espigones cuando la margen es irregular: El procedimiento a seguir es el siguiente: Trazar en la punta del espign una tangente a la lnea extrema de defensa. Con respecto a esa lnea y hacia aguas abajo medir el ngulo que se haya escogido. Con el ngulo trazar una lnea hasta interceptar la margen. Colocar en el punto de interseccin el siguiente espign con el ngulo de orientacin que se establezca y prolongarlo hasta la lnea de defensa. Desde ese punto trazar una tangente a la lnea de defensa y medir nuevamente el ngulo . Repetir el procedimiento. Se recomienda construir un pequeo espign aguas arriba del primero. 2 1

L L Lnea de defensa Thalweg L

= 60 y =10

Si el tramo a proteger corresponde a una curva, el primer espign debe interceptar la lnea de flujo mas crtica en la curva (siguiendo el thalweg) y debe tener un ngulo de 60 a 70 con la orilla. Los espigones siguientes pueden tener un ngulo entre 60 y 90 El tercer espign se traza al unir las narices del 1 y 2 espign y se intercepta la orilla. Al proteger una curva o tramo, los primeros tres espigones aguas arriba, deben tener longitud variable. El primero de longitud similar al tirante de agua para el caso de la creciente de diseo, los otros dos de mayor longitud, de manera que el cuarto tenga la longitud determinada por el proyecto.

Cuando los espigones se colocan en la parte cncava para propsitos de estabilizacin, un espaciamiento entre 4 y 6 veces la longitud de trabajo es suficiente para deflectar el ataque de la corriente principal. Pendiente de la superficie superior ( corona ). La corona o parte superior de los espigones puede ser construida con pendiente horizontal o con una pendiente dirigida hacia el centro del ro, la cual puede llegar hasta 0,25. Cuando el propsito del espign es proteger una margen, se recomienda que la corona tenga una pendiente hacia el centro del ro. La pendiente de la corona debe ser uniforme en todos los espigones. La pendiente debe ser proyectada de manera que la cota superior del extremo del espign debe quedar por encima del nivel de estiaje y que sea viable su construccin. Socavacin local al pi del espign La socavacin mayor en un espign se produce en el extremo que est dentro del ro, ya que en ese punto la velocidad del agua es mayor que en el resto de la estructura. Maza propone la siguiente ecuacin, la cual se basa en los criterios de Latuischenkov Q1 4,17 + Ln -------Q ( 0,0028 - 0,24 K ) e

He = 0,85 Ho Donde:

He = profundidad de socavacin en el pi del espign, medida desde la superficie del agua. Ho = profundidad del agua cercana al pi del espign para caudal de diseo = ngulo en radianes entre el eje longitudinal del espign y la direccin del flujo. K = pendiente de la cara de aguas arriba del espign. Q1 = Gasto terico que intercepta el espign Q = caudal de diseo. Material de construccin. El material de construccin depende de: Permeabilidad del espign a construir Disponibilidad de materiales. Los espigones pueden ser: Impermeables, semipermeables y permeables. 5.4.6.1.- Espigones Impermeables: Se recomienda colocarlos para proteger zonas muy localizadas, donde eventualmente y durante crecidas extraordinarias, el agua puede causar daos.

Para construir este tipo de espign, la corriente de agua si est en el sitio, debe ser desviada y la fundacin se debe excavar hasta llegar a profundidades mayores que las de socavacin del cauce. En principio es conveniente por razones econmicas, construir los espigones con el material ms accesible. En los ros andinos, lo mas econmico consiste en utilizar concreto ciclpeo ya que la arena y las piedras se encuentran en el sitio, tal como se muestra en la fotografas.

Fot. N 5.4.6.1 Espign impermeable de concreto ciclpeo

5.4.6.2.- Espigones semipermeables: Estos espigones producen buenos resultados cuando se requiere proteger la orilla en un tramo de ro y se tiene un caudal permanente. La construccin se facilita por cuanto no es necesario desviar las aguas, ya que se puede trabajar con los caudales normales del ro. Cuando se utiliza este tipo de espign, se puede abrir en el lecho del cauce, una cajuela no muy profunda donde coloca el material, el cual por efecto de socavacin y por empuje del agua, se ir acomodando hasta formar una barrera y un depsito de sedimentos hacia aguas arriba.

Estos espigones, permiten el paso del agua a travs de los espacios libres existentes. La reduccin del rea, va reteniendo los sedimentos y material en suspensin, que paulatinamente se van acomodando, cerrando el paso hasta formar un espign impermeable. Simultneamente al producirse una reduccin de la velocidad del agua,

detrs del espign se produce una sedimentacin de material y un crecimiento posterior de vegetacin que ayuda a consolidar la orilla. Uno de los materiales mas utilizados para este tipo de espign es el bloque Dolosse, sin embargo pueden construirse a manera de enrocados o con gaviones, todo dependiendo de las caractersticas del ro y la disponibilidad de material.

Fot. N 5.4.6.2. Espigones semipermeables construidos con bloques Dolosse. Puede observarse la disminucin de la velocidad aguas arriba de las estructuras. Antes de colocar este tipo de estructuras, es necesario tomar en cuenta la velocidad del agua durante las crecidas y la posibilidad de que los bloques o las rocas sean arrastradas por la corriente. La experiencia indica que los bloques dolosse se pueden colocar sueltos en tramos del ro con pendientes hasta del 4%. Para pendientes mayores, los bloques deben ser amarrados unos con otros por medio de una guaya a fin de lograr una estructura ms difcil de mover y colocarlos lo ms trabados posible, aprovechando la forma de ellos. Para colocarlos dentro del ro, se puede utilizar una gra o una retroexcavadora o cualquier otra mquina que pueda levantarlos y desplazarlos En el caso de construir el espign con rocas, el proceso constructivo se complica ya que es necesario utilizar camiones volteo de gran tamao y las rocas deben ser volcadas directamente en el sitio.

5.4.6.3.- Espigones permeables: Pueden ser construidos con pilotes consistentes en tubos de acero hincados en trebolillo y unidos mediante una malla metlica. Cuando los ros muy caudalosos, en zonas de poca pendiente y por tanto con baja velocidad del flujo, tienden a formar meandros y socavan las orillas. Una solucin para

protegerlas, que produce muy buenos resultados, consiste en hincar en el cauce en forma perpendicular al flujo, tubos o cualquier elemento a manera de columna y unir los elementos con una malla de acero, la cual permite el paso del agua pero retiene los elementos que lleve el ro flotando ( Ver Esquema N 5.4.7. ). Estos elementos van de manera progresiva y lenta, creando un dique que produce la disminucin de la velocidad aguas arriba y por ende facilita la sedimentacin de las partculas y por tanto la creacin de un banco de material, que al cubrirse de vegetacin, va a proteger las orillas.

Se recomienda la colocacin de los tubos en forma de Trebolillo tal como se indica en el Esquema N 5.4.6.3. Esquema N 5.4.6.3.

Vista en planta

Malla

Vista Frontal 5.4.7.- Efectos de la vegetacin en la estabilidad de taludes. La utilizacin de plantas, sembradas en las mrgenes de los ros, muchas veces constituye una solucin econmica y duradera, ya que una vez desarrollada la planta, genera una especie de barrera que dificulta la accin erosiva del agua.

La vegetacin, en la estabilidad de los taludes acta de dos maneras: Cambios en la humedad del suelo. Mejoramiento de la estabilidad del suelo debido ala presencia de races 5.4.7.1.-Cambios en la humedad del suelo La ecuacin que refleja el flujo a travs de un medio poroso dh K h = C ---dt2

es:

donde: h = altura piezomtrica K = Coeficiente de permeabilidad C = pendiente de la curva de humedad-succin En la superficie del terreno, la infiltracin (q) deber ser incorporada en la ecuacin: dh K h + q = C ---dt2

La infiltracin puede expresarse como: q = p r -- i p =precipitacin r = escorrenta i = intercepcin.

5.4.7.2.- Mejoramiento de la estabilidad del suelo debido ala presencia de raices La resistencia de un suelo que contiene races puede ser considerada como un caso especial de tierra reforzada. Considerando un modelo simple en el cual el refuerzo es igual en todas las direcciones (refuerzo isotrpico) se tiene:

r = Ar tr /ADonde: Ar = rea de refuerzo Tr = esfuerzo de tensin A = rea de suelo El resultado es que el refuerzo es equivalente a una cohesin Cr

5.5.- Estructuras de conduccin 5.5.1. Canalizacin del cauce. Las obras de canalizacin, donde se altera el cauce o se desva el ro, utilizando el material del lecho para la construccin de bermas, deben ser realizadas solo como medidas provisionales de emergencia, ya sea para quitar el impacto del agua sobre una estructura o talud, bien sea para ejecutar obras dentro del cauce, pero de ninguna manera se recomienda la canalizacin como obra definitiva de conduccin, ya que este trabajo, produce la desestabilizacin del rgimen fluvial del ro y por ende este volver a rehacer su cauce estable y destruir la canalizacin. Como regla general se recomienda NO canalizar el ro ya que esto es trabajo perdido. En los ros andinos de gran pendiente, se deben retirar del cauce las rocas de gran tamao que despus de un crecida queden en el centro del cauce, ya que posteriormente pueden actuar como deflector daando los terraplenes laterales

Roca

5.5.2. Canales En drenaje se utilizan canales rectangulares o trapezoidales y en algunos casos cuando el caudal a drenar es muy grande, se puede utilizar una combinacin de ambos. En ambos casos los canales se calculan considerando flujo uniforme y generalmente revestidos en concreto. El caudal de diseo corresponde a la creciente estimada y la altura total deber considerar un margen de seguridad para el oleaje. Los canales rectangulares son en general de pequeas dimensiones, ya que su costo es proporcionalmente mucho mayor que en los canales trapezoidales. La seccin tpica de un canal trapezoidal se indica en el Esquema N 5.5.2.1 La estructura del canal es de concreto armado y ha sido diseado segn las normas Covenin, A.C.I., C.E.B. , y A.A.S.H.O. Cargas: Se considera una carga de 0,5 Ton/m2, para paredes del canal. considerar empujes sobre las

Deber hacerse un estudio de suelos y verificar el peso especfico del material natural as como el ngulo de reposo y la capacidad portante del suelo. A falta de informacin y en forma muy general puede considerarse que el terreno tiene: Peso especfico = 1,8 ton/m3 Angulo de friccin interno = 30 Capacidad del suelo = 1,00 Kg/cm2 Para el concreto se establece: Rcc 28 = 250 Kg/cm2 Acero = 4.200 Kg/cm2b2 d1 h d

b d b1

5.5.2.1.- Clculo del acero para el canal En general los canales de concreto llevan acero mnimo, repartido como se indica en el siguiente esquema:

5.5.2.2.- Junta de dilatacin La junta de dilatacin se puede colocar en un canal cada 24 m, de acuerdo con el esquema que se presenta. Planta del canal 24 m Manguera

Junta

1 @ 2 cms Direccin del agua Cabilla 3/8

Junta

Detalle de la junta. Junta 1 @ 2 cms de separacin Manguera

Cabilla embutida en concreto Pintura 4 cms 10 cms

Rellenar con anime y asfalto

La manguera debe permitir la entrada de la cabilla con holgura. 5.5.3. Torrenteras

Son estructuras construidas en concreto armado a manera de escaleras, que permiten descender un caudal de agua en una distancia horizontal corta, sin producir erosin. Las torrenteras se utilizan como descargas de alcantarillas o cajones, cuando existe un desnivel apreciable entre la salida y el punto de descarga.

El tamao de la huella (b) y la contrahuella (h) son funcin del nivel a salvar y del caudal de diseo. Baranda (continua o escalonada)

b

h

Fot. N 5.5.3.1.Vista de una torrentera desde agua arriba y desde aguas abajo

Fot. N 5.5.3.2 Vista general de torrentera Disipacin por cada en rgimen subcrtico.

yc

h yp y1

y2

1/6 y2

Lc LT1,275

LR

y1 yc ------ = 0,54 -------h h0,81

y2 yc ------ = 1,66 -------h h0,66

yp ------ = h

yc -------h

0,81

Lc yc ------ = 4,30 -------h h

LR = 6,9 ( y2 y1) Se recomienda que la huella tenga una longitud de 1,1 Lc Regimen supercrtico N de Froude = 2 Lc/yo LR/yo 2,80 9,40 3,20 9,00 3,50 8,50 N de Froude = 3 Lc/yo LR/yo 3,4 18,4 4,0 17,2 4,4 15,8

h/yc 1,00 1,50 2,00

Y2/y1 1.90 1,70 1,40

h/yc 1,00 1,50 2,00

y2/y1 3,40 3,00 2,60

5.6.- Estructuras de proteccin, drenaje y conduccin no convencionales. Son estructuras que no se utilizan en forma sistemtica, por ejemplo cadas verticales, utilizando alcantarillas como bajantes, o construyndolas en pantallas de concreto proyectado como parte de ellas. 5.6.1. Cadas. En algunas oportunidades, como en el caso de una pantalla anclada, ubicada en un punto bajo de la va y que drena un curso de agua, puede utilizarse la estructura indicada en la figura:

La tanquilla recoge el agua y la conduce a una alcantarilla convencional, la cual atraviesa la pantalla anclada y se conecta a una alcantarilla metlica colocada verticalmente la cual acta como un bajante y que se ancla al muro mediante abrazaderas que pueden ser cabillas. En la parte baja se construye una tanquilla abierta que disipa la energa del agua y mediante una ventana ubicada en la parte inferior se descarga el agua al terreno. Cuando se trata de la descarga de un canal puede utilizarse la estructura indicada. 5.6.2.- Descarga inferior de un canal Cuando un canal se consigue con un talud muy vertical, que no permite la construccin de una torrentera o un tobogn, una alternativa de descarga es continuar dicho canal en volado unos metros sobre el terreno y drenar mediante una alcantarilla ubicada en el piso tal como se indica en el esquema. Canal

Descarga inferior

Alcantarilla a punto de colapsar, sin ninguna estructura de proteccin a la salida

Puente peatonal sobre el ro Chama en el sector Nube de Agua Vista durante una pequea crecida

Puente en el sector La Mucuy. Mrida

Falla de terrapln de acceso en puente la Pedregosa

Va abandonada y destruida por el agua

Puente San Pedro. T-001

Puente Bailey sobre ro San Pedro

Tabla N 5.2.3.5. Profundidad Mnima y Mxima en metros, de la rasante de tubos de concreto en zanja sin entibado mm 250 300 380 450 500 600 700 750 800 900 1050 1200 1350 1500 1650 1800 1950 2100 2250 2400 2550 2700 CLASE 1 De Hasta CLASE 2 De Hasta CLASE 3 De Hasta CLASE 4 De Hasta CLASE 5 De Hasta CLASE 6 De Hasta CLASE 7 De Hasta Ancho de zanja en cms 80 80 100 100 110 120 130 140 150 170 190 210 230 250 260 280 300 320 330 350 360 380

1,45 N.P. N.P. N.P. N.P. N.P.

1,75 N.P. N.P. N.P. N.P. N.P.

1,00 1,10 1,30 1,40 1,55 1,65

3,05 3,60 2,50 3,00 2,80 2,85

0,95 1,05 1,15 1,25 1,40

5,60 3,50 4,15 3,70 3,55

0,95 1,00 1,05 1,20 1,35 1,40 1,50 1,75 2,05 2,00 2,10 2,10 2,30 2,45 2,60 2,75 2,90 3,05 3,25

S.L. S.L. 7,20 5,95 5,00 4,60 4,15 3,40 3,25 3,50 3,80 4,15 4,30 4,45 4,80 5,00 5,17 5,40 5,60

1,00 1,10 1,15 1,20 1,30 1,45 1,65 1,80 1,95 2,10 2,30 2,45 2,60 2,75 2,90 3,05 3,25

7,70 7,30 6,35 5,80 4,90 4,65 4,65 4,95 5,10 5,55 5,70 5,85 5,95 6,05 6,50 6,75 6,95

1,00 1,10 1,15 1,20 1,30 1,45 1,65 1,80 1,95 2,10 2,30 2,45 2,60

8,70 8,30 7,80 8,40 7,10 7,15 7,35 7,65 7,65 8,30 8,50 8,40 8,55

0,85 1,00 1,10 1,15 1,20 1,30 1,45 1,65 1,80 1,95 2,10 2,30

S.L. S.L. S.L. S.L. S.L. S.L. S.L. S.L. S.L. S.L. S.L. S.L.