Estructuras de Drenaje

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Estr uc tura s de Dre naje - slide pdf.c om

E.- ESTRUCTURAS DE DRENAJE 5.1.- Introducción.

Por estructuras de drenaje, se entienden todas las obras físicas que se colocan o construyen en una carretera, cuya finalidad es conducir las aguas, permitiendo que corran sin causar daños, o desviarlas para evitar que arremetan contra la vía. "Obras de Arte”. Con este término se conoce, a aquellas estructuras que se proyectan y construyen en función del drenaje o de cualquier mejora de la vía 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 protección de la vía contra la arremetida directa de las aguas.

• •

conducción.drenaje Estructuras de protección, y conducción 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 acequias caso, sehasta consideran los diferentes cursos de agua, que pueden variar desde pequeñas ríos caudalosos. Quebrada Carretera

Estructura de paso ( drenaje transversal )

http://slide pdf.c om/re a de r/full/e str uc tura s-de -dre naje

Una vez estimado el caudal máximo que puede producir el curso de agua durante una

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frecuencia son las siguientes: • • • • •

Bateas. Alcantarillas de concreto o metálicas. Cajones de concreto o metálicos. Bóveda triarticulada prefabricada. Puentes.

5.2.1.- Criterios de selección en estructuras de drenaje transversal

Si bien no existe un criterio rígido para seleccionar la estructura de drenaje transversal a colocar, en la tabla N° 5.2.1. se presenta una guía 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

Tipo de vía

Caudal máximo

Batea

Secundaria

Alcantarilla **

Todo tipo

3 m3/s frecuente 10 m3/s

Cajón de paso

Todo tipo

Bóveda triarticulada prefabricada Todo tipo Puentes

Todo tipo

y

Arrastre De Sedimentos

poco Sedimentos finos y fácilmente removibles Finos

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

** Las alcantarillas deben tener un diámetro que permita la remoción 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

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• •

Es un sistema económico de fácil mantenimiento. Permite el paso y la remoción 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 vía puede impedir la circulación de vehículos 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 vía impidiendo la circulación de vehículos.

Cálculo: Se considera la calzada como un canal triangular de poca profundidad y gran anchura y se calcula la altura de la lámina de agua en el punto mas bajo en función de la crecida de diseño. Se aplica la ecuación de Manning y se considera flujo uniforme. 2 El piso de lamayor bateadedebe ser construido en concreto armado con igual una oresistencia recomendada 300 Kg/cm . El recubrimiento del acero debe ser mayor a 7 cm.

Esquema N° 5.2.2.1. Croquis general de una batea.

Esquema longitudinal 6,00 m

6,00 m 0,16 m.

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 %


0,50

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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 vía, la cual tiene una pendiente continua, tal como se indica en el Esquema Nº 5.2.2.3.. Esta colocación no es recomendada, ya que parte del agua, corre por la calzada de una batea a otra, causando daños en el pavimento. Esquema Nº 5.2.2.3

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


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5.2.3.- Alcantarillas

Se denomina alcantarilla a un conducto generalmente de forma circular, queestructuras se coloca por debajo de la calzada para permitir el paso de una corriente de agua. Estas se colocan cuando el caudal esperado es de poca a mediana magnitud y el arrastre de sedimentos no es significativo. Los diámetros de las alcantarillas varían en función 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 hidráulico debe ser superior a la creciente de diseño, más 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 producirá erosión 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 utilización de diámetros que permitan la entrada de una persona dentro de ella, para poder removerlos. Esto implica la utilización de diámetros de 900 mm en adelante.

Una de las causas del colapso en las vías, 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 daños y en algunos casos fallas de borde. Ubicación

Las alcantarillas deben colocarse sobre el cauce natural. Si por alguna razón, no es posible hacerlo, entonces se deberán colocar sobre terreno firme a un lado del cauce natural. Es importante que la alcantarilla esté colocada en zanjas excavadas o en terraplén, tal como se indica en el Esquema N° 5.2.3.1. sobre las condiciones de instalación, a fin de evitar el esfuerzo cortante que sobre la alcantarilla ejercerá el terraplén. La cota de entrada de la alcantarilla deberá estar a la misma elevación que el cauce natural o un poco mas abajo. Cuando el cauce cruza la carretera en esviaje, es conveniente analizar económicamente la posibilidad de colocar la alcantarilla perpendicular a la vía y descargar posteriormente sobre el cauce natural.


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Esquema N° 5.2.3.1. Funcionamiento hidráulico

Para el estudio del comportamiento hidráulico de las alcantarillas, es necesario determinar si el control está en la entrada o en la salida de la misma. Control en la entrada: La capacidad de la alcantarilla esta regulada por la geometría y la altura del agua a la entrada. Control en la salida: La capacidad de la alcantarilla esta regulada por la geometría de la

sección de entrada, por las alturas de agua a la entrada y a la salida y por la longitud, área de la sección, la pendiente y la rugosidad del material. En el esquema Nº 5.2.3.2. se indican las diferentes formas de funcionamiento hidráulico de las alcantarillas. ( 3 ) Por cuanto el diámetro de la alcantarilla, se diseña para el caso de ocurrir la creciente de diseño, la mayoría 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 diseña como un canal circular considerando flujo uniforme


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5.2.3.1. - Alcantarillas de Concreto

Consisten en colectores de concreto armado o sin armar (depende del diámetro), que funcionan como canales circulares y eventualmente como conductos a presión. La utilización de estos colectores, tipo McCracken, según la Norma INOS CL-C-65 (14) presenta las siguientes ventajas: • •

Relativamente fácil de conseguir en el mercado. Colocación rápida y no se necesita mano de obra especializada para ello.

• •

Son resistentes a la acción del agua y los sedimentos. Vida útil mayor de los 20 años.

Una vez tomada la decisión de utilizar el colector de concreto, es necesario considerar los siguientes aspectos: • • •

Diámetro Clase Apoyo

Colectores de concreto 5.2.3.1.1. - Diámetro. El diámetro de la alcantarilla es función del caudal de diseño, por

tanto una vez determinado dicho valor, se calculará la alcantarilla como un canal a sección llena. La capacidad de la alcantarilla a sección llena debe ser superior al caudal de diseño,


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utilizados en Venezuela. El diámetro mínimo por norma es de 10” Tabla Nºen 5.2.3.1. Diámetros comerciales colectores de concreto ∅“

∅ mm

10 12 15 18 21 24 27 30

250 300 380 450 500 600 700 750

∅“

∅ mm

33 36 42 48 54 60 66 72

800 900 1050 1200 1350 1500 1650 1800

Las alcantarillas con diámetros escritos en color rojo, no es conveniente utilizarlas ya que al llenarse de sedimentos no es posible limpiarlas. En la tabla Nº 5.2.3.2. se indica la capacidad aproximada de alcantarillas de concreto de diferentes diámetros para varias pendientes longitudinales, funcionando como canal a sección llena. Se ha considerado un “n” = 0,018 Tabla Nº 5.2.3.2. ∅ mm 900 900 900 1200 1200 1200

Pendiente Capacidad a Sección llena % M3/seg 2 1,85 3 2,26 4 2,61 2 3 4

Velocidad m/seg

∅ mm

2,90 3,50 4,10

1500 1500 1500

3,54 4,33 5,00

1800 1800 1800

4,00 4,90 5,60

Pendiente Capacidad a Sección llena % m3/seg 2 7,22 3 8,84 4 10,21 2 3 4

Velocidad m/seg 4,10 5,00 5,78

11,7414,38 16,60

4,61 5,65 6,52

Velocidad permisible: máxima 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%. http://slide pdf.c om/re a de r/full/e str uc tura s-de -dre naje

5 2 3 1 2 Cl

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L

l t

d

t

f bi d

ú

l diá

t

l

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En las tablas Nº 5.2.3.3. y Nº 5.2.3.4. se indican las características 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 continuación:

En la mayoría 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 Nº 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.-Ubicación: En la mayoría de los casos, el colector se colocará por debajo de la

calzada a una profundidad que dependerá de la altura del terraplén de la vía, el diámetro, la resistencia o clase y el tipo de apoyo del colector. La profundidad mínima medida desde


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Tabla Nº 5.2.3.3


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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 en dicho lugar, se colocará una estructura de disipación de energía, poradicionalmente 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. Terraplén Cabezal Cabezal

Vista frontal

Perfil

Aletas: Son paredes de concreto de altura variable que contienen el terraplén y conducen

las aguas tanto de entrada como de salida de la alcantarilla, formando con el cabezal un ángulo que puede variar entre los 30° y casi los 90°.

h1 Aleta

Aleta Losa


h2 h2

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5.2.3.1.6.- Enrocado de protección a la salida

Al pasar el flujo a través la alcantarilla losas de entrada y salida, la velocidad aumenta, por cuanto el valor de “n”dedisminuye, y la ycapacidad de erosión aumenta, ya que el flujo ha sido desestabilizado. Por lo antes expuesto, es necesario crear a la salida una estructura de disipación de energía a fin de evitar daños, agua abajo de la misma. Una de las soluciones, consiste en la colocación de un enrocado en el canal de salida, a fin de disminuir la energía. Para determinar el diámetro del enrocado, se puede aplicar la ecuación: V Pc = --------------------g . Δ . d 50

(Aguirre y Fuentes, 1995 )

donde: V = velocidad del agua a la salida. g = aceleración de la gravedad. d 50 = diámetro medio del enrocado de protección asumido. Δ = ( ys – y ) / y = 1,65 Gráfico Nº 5.2.3.1.6.

El valor de Pc obtenido en la ecuación debe ser menor al obtenido en el gráfico N° 5.2.3.1.6. Donde “d” es la altura de agua ( puede asumirse un % del diámetro de la


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a.- Los colectores de concreto deberán objetarse si no tienen escrito: • • • • •

Nombre de la fábrica. Diámetro y especificación. Fecha de fabricación. La palabra “arriba “ en toda tubería de diámetro mayor a 33 “ salvo que se especifique que la armadura es circular. Sello de aceptación de la empresa encargada de los servicios sanitarios (Hidroven o similar) en los diámetros mayores a 8”.

b.- Los colectores estarán sujetos a una nueva inspección por parte del personal, ( siempre que la importancia de la obra lo amerite ) si presentan: • • •

Daños típicos generalizados. Más de una grieta en una junta que atraviese todo su espesor. Grietas longitudinales superiores a 0,003” de ancho. Este ancho podrá llegar hasta 0,006” si el tubo tiene la posibilidad de colocarse en forma tal que la grieta quede en la zonatope. de compresión. ( En el colector de armadura elíptica, debe respetar la posición del Ampollas, desconchados, cangrejeras, roturas se y en general defectos que ofrezcan dudas respecto a su influencia sobre la resistencia, durabilidad o servicio del colector.

c.- Los colectores estarán sujetos a rechazo en obra si presentan: •

Roturas en las juntas mayores que las ¾ 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 más de 0,008” de ancho, pudiendo elevarse este límite a 0,010” si se pudiese colocar el colector en forma tal que la grieta quede en la zona de compresión. Armadura visible o marcas de óxido que indiquen que la misma no tiene el recubrimiento mínimo de ¾”. Se exceptúan las marcas de óxido 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. Ovalización de las juntas o incorrectas medidas de éstas 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.

•

• •


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diámetros y espesores (calibre), las cuales se arman en el sitio para formar un tubo circular o abovedado. De acuerdo con el fabricante, se producen pequeñas variaciones en cuanto a la forma de armar las láminas, calidad del galvanizado, tamaños, etc. Las alcantarillas metálicas, son mas fáciles y rápidas de colocar que las de concreto y por tanto más económicas, sin embargo, la durabilidad es menor, debido a que son atacadas por el agua, que de acuerdo con su composición química, puede oxidarlas y destruirlas en un breve tiempo. El espesor de la pared de la alcantarilla metálica se expresa como calibre. En la tabla 5.2.3.2.1. se indica para algunos casos la relación entre calibre y mm. Tabla 5.2.3.2.1.

Calibre 12 7

Milímetros 2,778 4,763

Calibre 10 5


Calibre 8 3


De acuerdo con la forma de la alcantarilla y la manera de colocar los pernos de unión, las alcantarillas pueden catalogarse en: • •

Tubos anidables. Planchas seccionales (Multiplate).

5.2.3.2.1.- Tubos anidables

Estas estructuras diferentes formas,N°pero las más utilizadas son la circular y la abovedada tal comotienen se indica en el gráfico 5.2.3.2.1.: Forma circular


Forma abovedada

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corrosión es proporcionada por un proceso de inmersión en caliente de acuerdo a la especificación AASHO M -36. La sección transversal del tubo se logra ensamblando dos láminas solamente, tal como se indica en el gráfico Nº 5.2.5.1. La longitud de la estructura es ilimitada. Tubos anidables circulares: Son ideales para ser colocados en lugares donde no existe

limitación de altura de relleno sobre la alcantarilla. En la tabla N° 5.2.3.2.2. se presenta la altura máxima de relleno para estos tubos. Tabla Nº 5.2.3.2.2. Altura máxima de relleno para tubos anidables circulares en m. Diámetro 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 66 72 78

24,1

31,1 26,5 22,3

38,1 32,6 27,1 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 sección transversal del tubo se logra ensamblando dos láminas solamente.

La sección se logra mediante el ensamblaje de una lámina circular y una achatada. Los tubos abovedados se fabrican en 10 tipos diferentes, cuyas dimensiones varían desde 18 pulgadas de luz y 13 pulgadas de flecha hasta 72 pulgadas de luz y 44 pulgadas de flecha Se distinguen según una denominación que va desde el 1N hasta 10 N En la tabla


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1N

En pulgadas 18

En pulgadas 13,00

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

24 30 36 42 48 54 60 66 72

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 límite de relleno en metros Presión máxima en las esquinas = 1,95 kg/cm2 TIPO 1N 2N 3N 4N 5N 6N

CALIBRE 16 4,87 3,96 3,65 3,65 3,05

7N 8N 9N 10N

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 láminas 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 número “N” representa el número de espacios de 24,4 cms entre los agujeros circunferenciales de l d t El t t l N i l l diá t l d di idid 3


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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 diámetros normales desde 1,52 m (60“) hasta 6,40 m (252”) con intervalos de 15,24 cm. Preparación del sitio: El material del sitio, no debe ser agresivo desde el punto de vista químico, por tanto, se deben evitar arcillas u otros materiales con poder corrosivo, así como cercanía a ambientes salinos. La base de la zanja debe ser compactada y cubierta con granzón y arena. Se debe apuntalar internamente la alcantarilla con cercos de madera, a fin de que durante la compactación del relleno lateral y superior, no sufra deformaciones. Las secciones se empernan para formar una bóveda, un tubo de sección circular o un tubo abovedado. El alargamiento vertical del 5 % aumenta la capacidad de carga de la estructura con relación a la sección circular. Para el relleno de la zanja, se deberá utilizar un material granular biencuidado: drenado, en capas y en compactándolo manteniendo el siguiente Usarcolocándose pisones manuales pararegulares compactar 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 Nº 5.2.3.2.5. se muestran las alturas de terraplén permitidas para tubería encajable de acero. Tabla Nº 5.2.3.2.5.


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DE PLANCHAS SECCIONALES


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Tabla Nº 5.2.3.2.6.


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5.2.3.3.- Rehabilitación de alcantarillas metálicas

Las alcantarillas metálicas, con el paso del tiempo se van deteriorando y pudriendo, esto ocurre debido a la acción agresiva de las aguas, las cuales la mayoría de los casos son una mezcla de descargas cloacales (aguas residuales) y escorrentía superficial cuando llueve. (Fot. Nº 5.2.3.2.1.) Al deteriorarse la alcantarilla se produce el hundimiento de la vía y la interrupción del tránsito.

Fot. Nº 5.2.3.2.1.Alcantarilla metálica colapsada La reposición de una alcantarilla en forma tradicional, implica tener que abrir una zanja perpendicular a la vía, 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 tráfico, durante un tiempo mayor de un mes, con los problemas que esto conlleva. Una metodología utilizada para la rehabilitación de la alcantarilla, sin tener que paralizar o restringir el tráfico, consiste en trabajar dentro de la misma, con lo cual se evitan los problemas antes descritos. La tecnología utilizada para llevar a cabo dicha rehabilitación es la siguiente (15):


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•

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 número de capas, mayor resistencia.

•

Mediante la utilización de toberas se rellena con concreto los espacios vacíos existentes entre el terreno natural y las láminas.

En los Gráficos rehabilitación.

Nº 5.2.3.3.1

y 5.2.3.3.2. se indican los pasos a seguir en una

Es importante señalar que en Venezuela, esta técnica ha logrado muy buenos resultados, recuperándose alcantarillas totalmente colapsadas, sin tener que interrumpir el tráfico. También es necesario resaltar que a algunos gobernantes no les agrada realizar este tipo de trabajo, porque mucha gente no se entera. Gráfico Nº 5.2.3.3.1

Limpieza y preparación de alcantarilla a rehabilitar

Gráfico Nº 5.2.3.3.2.

Revestimiento de la alcantarilla e inyección por toberas


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5.2.3.4.- Alcantarillas de polietileno.

Están conformadas ( 17) por colectores de polietileno, ( Fot. N° 5.2.3.4.1.) y presentan las siguientes ventajas en relación con los colectores de concreto o metálicos: • • • • • • • •

Resistentes a la corrosión Material no-toxico Larga vida útil del colector. Livianos. Flexibles. Resistentes a impactos. Se pueden soldar. Resistentes a la abrasión.

Los colectores de polietileno se fabrican en los diámetros indicados en la tabla N° 5.2.3.4. y con los espesores de pared. La longitud varía desde 3 hasta 50 pies. Diámetro Interno en Pulgadas 15 18 19,5 21 24 27 30 36 40 42 120

Diámetro Externo máximo 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 Diámetro Externo mínimo 16,5 19,9 21,7 22,9 26,2 30,0 32,7 39,1 43,4 45,4 128,6

Diámetro Interno en pulgadas 48 54 60 66 72 78 84 90 96 108 ----------

Diámetro Externo Máximo 53,8 60,5 67,2 73,9 80,6 87,4 94,1 100,8 107,5 121,0 ---------

Diámetro Externo mínimo 51,8 58,7 65,2 70,7 77,8 84,5 90,5 97,2 103,2 115,9 ---------


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a.- Los colectores de diámetros entre 15” y 36” pueden unirse por el sistema de espiga campana. , (Fot. Nº 5.2.3.4.2.) b.- Los colectores de diámetros 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 aplicación de calor. (Fot. Nº 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 diámetros entre 15” y 120” pueden unirse por el sistema de aros flexibles. Primero se coloca una banda elastomérica fabricada con Ethileno propileno DiMethil o con caucho y por encima de ella se coloca una banda metálica para ajustar y apretar la unión. La banda tiene un ancho que varía entre 12 y 16”. (Fot. Nº 5.2.3.4.4.)


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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 mínima de 40 cm. La compactación del material en la zanja se realizará en capas de 20 cm. A partir de los 40 cm se podrá utilizar el material excavado de la zanja, siempre y cuando no contenga piedras y permita una buena compactación. Profundidad del colector

La profundidad del colector puede entre 30cuando cm. como mínimoeshasta Sin embargo se recomienda consultar convariar el fabricante, el diámetro mayor10dem.48”. 5.2.3.5.- Consideraciones generales para la colocación de alcantarillas metálicas o de polietileno. Preparación del terreno. El fondo de la zanja debe estar conformado, de forma que este

liso y libre de adecuadamente. piedras u otros objetos relleno, el terrenoproducir deberá compactarse Deberácortantes. estar secoEny caso libre se de ser raices que pudieran desplazamientos futuros. Siempre se deberá 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 instalará de acuerdo a lo enunciado anteriormente y preferiblemente la construcción se ejecutará desde la parte de aguas abajo hacia aguas arriba. Compactación de la zanja

Una vez colocada la alcantarilla en la zanja y verificada la pendiente se procederá 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 deberá apuntalar con puntales la parte interna de la alcantarilla para evitar que en el proceso de compactación del relleno de la zanja, se produzcan


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de concreto armado o metálica y tiene la característica de permitir con mayor facilidad que las alcantarillas, el paso de los sedimentos, así como la limpieza y remoción de los mismos. (Ver Fot. Nº 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 vía, cuya modificación pudiera implicar costos muy elevados. En estas circunstancias el cajón presenta grandes ventajas ya que se puede modificar la altura y el ancho, para lograr un conducto con el área transversal requerida para drenar el caudal de diseño. Los cajones de paso de acuerdo con el caudal de diseño, 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:

Cajón de una celda

Cajón de dos celdas

El cálculo de la capacidad de un cajón de paso, se realiza considerándolo como un canal abierto y puede aplicarse la ecuación de Manning, estimando que deberá pasar a través de él un caudal igual al de la creciente de diseño, mas un volumen adicional de un 30 % que será ocupado los ysedimentos en tránsito. deberá luzdelibre el nivel máximo de laspor aguas la parte superior internaSedel cajón,dejar del una orden 20 entre a 30 cms, es decir, el cajón no debe trabajar a sección llena. La parte superior de los cajones de paso debe ir colocada a una cota mínima de 30 cms por debajo de la rasante de la vía 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 disipación de energía, etc.


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Fot. N° 5.2.4.1.Cajón de paso de dos celdas sobre El Chorrerón. Vía Jají


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5.2.4.1.- Cajones de paso de concreto armado.

Los cajones de paso construidos en concreto armado son los más comunes en nuestro medio, debido a nuestra familiaridad con estos materiales y al costo. En el siguiente esquema se muestra la sección de un cajón de concreto armado: t

b

b

t

H B

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

>

H/25

> 10 cm

Recubrimiento mínimo = 4 cm.

t mayor de 15 cm, en función del tamaño del cajón. 2

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


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Esquema N° 5.2.4.1.

Vista frontal de un cajón

Corte longitudinal de un cajón


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Esquema Nº 5.2.4.1. (Cont.) Cajón en planta


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5.2.4.2.- Cajones de paso metálicos.


Los cajones metálicos constituyen una variación de los de concreto armado y tienen la ventaja de ser más rápidos y fáciles de construir, ya que no se necesita personal ni equipo especializado. En general consisten en láminas de aluminio corrugadas que se unen mediante pernos. Para colocar este tipo de estructuras se debe tener en consideración los efectos que tanto la corrosión como la abrasión pueden tener sobre el metal. El peso de este tipo de estructura es aproximadamente 1/50 veces el de un cajón de concreto armado equivalente. Esto permite colocarlos con la ayuda de una pequeña grúa 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 fotografías Nº 5.2.4.2. a 5.2.4.4. se muestran diferentes vistas un cajón metálico


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Fot. N ° 5.2.4.3. Estructura central de un cajón metálico


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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 inundación 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 actúa como un dique de contención siendo necesario drenar las aguas hacia los ríos existentes lo cuales pueden estar al otro lado de la vía. Estr uc tura s de Dre naje - slide pdf.c om

El método de diseño de este tipo de estructuras, busca la forma óptima del arco que cumpla con los requerimientos del proyecto en la forma más económica posible. La optimización de la bóveda implica por una parte minimizar la estructura usando una curva funicular en la cual los momentos flectores en cada punto son nulos y considerar únicamente fuerza de compresión en el arco, la cual viene determinada por la flecha y la luz total. La bóveda triarticulada prefabricada, (Ver Fot N° 5.2.5.) presenta las siguientes ventajas: •

Funciona como un arco.

• • • •

Por ser prefabricada, elaboración un buen control de calidad. Se adapta a diferenteslaluces, arcos ytiene alturas. Se monta en campo rápidamente y es económica. 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, según sea la capacidad de carga del terreno.

•


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5.2.6.-Puentes


Cuando los caudales de diseño 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 decisión de colocar un puente, en necesario realizar un estudio hidrológico - hidráulico del curso de agua el cual debe contener los siguientes elementos: •

Memoria descriptiva del estudio hidrológico – hidráulico y los correspondientes.

cálculos

• • • •

Plano dedelaplanta cuenca escala y 1:100.000 estudiado. Planos dela sitio de entre puente1:10.000 en escala indicada. de ( 1 acuerdo : 1000 oal1caso : 500) Perfil longitudinal del tramo del río en estudio. Secciones transversales separadas entre 50 a 100 m ( dos aguas arriba, dos aguas abajo y uno en el sitio de puente, como mínimo ).

Estudio Hidrológico: Debe contener: • • • • • •

Consideraciones generales para el cálculo del gasto de diseño. Área de la cuenca hasta el sitio de puente. Tiempo de concentración. Coeficiente de escorrentía. Análisis de frecuencias para la obtención de lluvias efectivas. Estimación del gasto del proyecto.

Estudio Hidráulico: Debe contener: • Curva de gastos donde se determinará el nivel de aguas normales a esperarse en la sección del sitio de puente, considerando el caudal del proyecto. • Cálculo del tipo de flujo (subcrítico o supercrítico). • Calculo del remanso, verificando si para la luz seleccionada el remanso es aceptable, lo que determinará el nivel de aguas máximas en el sitio de puente. • Socavación general del cauce en pilas y estribos, indicándose las cotas de fundación de pilas y estribos. El cálculo se fundamentará en un estudio de suelos debidamente revisado y aprobado por la autoridad competente. • Tirante de aire. Se establecerá de acuerdo a las condiciones de la vegetación, pendientes y características particulares del sitio.


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5.2.6.1.- Elementos de un puente

Terraplén de acceso


luz Tablero Vigas

apoyo

Tirante de aire

Espaldón apoyo

Nivel de aguas máximas Estribo

Estribo

Zapata Zapata El apoyo de la viga sobre el estribo puede ser fijo en un lado (apoyado sobre una lámina de neoprene) y móvil (rodillos) en el otro. O puede ser con neoprene en ambos lados, todo depende del tipo de viga a utilizar. El nivel de fundación de las zapatas debe estar por debajo de la socavación (general del cauce más local por el estribo). El tirante de aire es el espacio libre comprendido entre el nivel de aguas máximas 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 árboles, debe dejarse un espacio adecuado. Un número conservador es dejar un mínimo de 2,00 metros. 5.2.6.2.- Criterios para la ubicación de puentes

Rara vez es económicamente factible, o necesario, diseñar un puente cuya longitud sea capaz de dejar pasar sin perturbar en lo más mínimo la creciente de diseño, sobre todo cuando se trata de ríos muy caudalosos. Es decir, se permite que la longitud de la estructura sea menor al ancho de la inundación o superficie del río, reconociendo que esto


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del caudal de cada uno de ellos, el cauce puede desplazarse.


Las riveras donde se colocarán los estribos, deben estar conformadas preferiblemente por material rocoso o al menos duro de manera que sea difícil la socavación 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 río abandone el puente. 5.2.6.3.- Curva de remanso

Al reducirse la sección del río no se alteran las líneas de flujo cerca del centro del canal, pero si en las extremos. Al dejar la obstrucción, 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 restricción del flujo causa pérdida de energía, sobre todo a la salida, cuando ocurre la reexpansión. Esto se refleja en una subida de nivel del agua y en la línea de energía aguas arriba del puente, tal como se indica en el gráfico N° 5.2.6.2. Esquema N° 5.2.6.1.

Estribo derecho

Estribo izquierdo


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• • •


Socavación de pilas y/o estribos Colapso por socavación aguas abajo del puente debido a la pavimentación del cauce bajo el mismo. Ataque al terraplén de acceso debido a que el río tiene cauces secundarios o primario que no coincide con la alineación del puente

Socavación de pilas y estribos

Esta situación se presenta en puentes viejos, con estribos o pilas fundadas directamente sobre elfundaciones. cauce, el cual a loFot. largo tiempo adesciende dichas ( Ver N°del 5.2.6.4.1 5.2.6.4.3.)disminuyendo la profundidad real de La mejor manera de prevenir que el puente falle es la realización de una revisión anual de las bases, preferiblemente antes de la entrada de las lluvias. En el caso de existir socavación, será necesario actuar con rapidez y recalzar las fundaciones mediante la inyección de concreto o la construcción de muros frente a las zonas afectadas. Fundación del Estribo

Fot. N°del 5.2.6.4.1. Vista una “cueva” por debajo terraplén de de acceso

Fot. N° 5.2.6.4.2.Vista de fundación totalmente socavada y cueva por debajo del terraplén.


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´ Fot. N° 5.2.6.4.3. Puente colapsado por socavación de pila central

Esquema de solución

Inyección final de mortero de cemento encofrado


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Colapso por socavación aguas abajo del puente debido a la pavimentación del cauce bajo el mismo. Estr uc tura s de Dre naje - slide pdf.c om

En algunos puentes, con la idea de proteger de la socavación los estribos de los puentes, se ha construido una losa de concreto que cubre totalmente el cauce del río bajo la estructura. Esta pavimentación, aísla a las fundaciones del efecto de socavación pero acelera el flujo, al disminuir la fricción (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 socavación, la cual crea un escalón que compromete la estabilidad de la estructura, tal como se indica en le Esquema Nº 5.2.6.3. Esquema N° 5.2.6.3 Puente

Puente

Estribo

Estribo

Cauce natural

cauce pavimentado Socavación

Fot. Nº 5.2.6.4.4. Puente Vichú. T-001. Escalón producido aguas abajo de la pavimentación Solución recomendada


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la fundación de los estribos.


Estribo Rampa

Enrocado

Empedrado Avance de la socavación.

Dentellón Ataque al terraplén de acceso debido a que el río tiene cauces secundarios o primario que no coinciden con la alineación del puente

andino Esta situación ( T-001esymuy T-005 frecuente ). Losenríos Venezuela, cambian en ligeramente los puentessuubicados curso como en el pie producto de monte 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 terraplén de acceso, tal como se indica en el Esquema Nº 5.2.6.4.

Cauce Actual

Cauce original

Terraplén S


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Fot. Nº 5.2.6.4.5. Puente Guachizón. T-001. Terraplén derecho de acceso socavado por agua. Se observa el puente a unos 20 m. de distancia.

Puente sobra la quebrada La Pedregosa. Lavado del terraplén de acceso. Durante una crecida Alternativas de solución: •

Tratar de obligar al río a regresar a su cauce original, mediante el uso de espigones, o muros que impidan el desplazamiento del eje del río. Esta solución no siempre es factible, bien sea por las condiciones del sitio o por el alto costo que significa. Ver


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caudal fluya a través de esa estructura y no cause daños al terraplén de acceso. 5/13/2018


Puente

muro a reparar

Espigones

60° Río

Esquema N° 5.2.6.5. Puente

Muro o terraplén de protección


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5.3.1.- Cunetas: Son canales triangulares de concreto ( sin armar ), que drenan la 5/13/2018

escorrentía producida por el agua de lluvia en la calzada.


2%

2%

Ubicación: En general las cunetas se colocan a ambos lados de la vía, cuando esta tiene bombeo hacia ambos lados. Cuando el peralte obliga a la calzada a tener bombeo hacia un solo lado la cuneta se colocará solamente en ese lado, salvo que se requiera por continuidad del caudal. 2%

En carreteras secundarias de montaña, 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 Públicas ( 2 ), se tienen los siguientes tipos de cunetas:


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

Fot. Nº 5.3.1.Cuneta típica

B C D

0,484 0,242 0,239


Fot. Nº 5.3.2.Cuneta y descarga a rejilla

5.3.1.1.- Estimación del caudal

El caudal drenado por la cuneta se estima de acuerdo con el método racional: Q = C x I x A donde: C = Coeficiente de escorrentía del pavimento (alrededor de 0,90) I = Intensidad de la precipitación de diseño en l/s/Ha. A = Área drenada por la cuneta (Desde su inicio hasta la descarga) Cuneta A


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• 5/13/2018

Por el método racional se calcula el caudal generado, utilizando una precipitación de diseño con un período de retorno de 10 a 20 años y una duración de la lluvia de 15 minutos. Se selecciona un tipo de cuneta y de acuerdo con la pendiente de la vía se calcula la capacidad a sección llena en el punto mas bajo ( en la descarga). La capacidad a sección llena de la cuneta debe ser mayor al caudal calculado por el método 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 área tributaria. Estr uc tura s de Dre naje - slide pdf.c om

• • •

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 río. En algunas oportunidades, cuando se tiene un tramo muy largo y la cuneta alcanza su capacidad a sección llena, se hace necesario bien sea descargar sobre un canal, ampliar dicha cuneta o buscar un curso natural a través de una alcantarilla. En algunos casos existe una distancia apreciable entre la de la alcantarilla y el cursocuando natural, lo que se genera una zona pantanosa endescarga dicho tramo, que debe ser drenada sepor 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 daños a la calzada. Cuneta de coronamiento

Calzada En algunos casos y dependiendo del caudal, las cunetas de coronamiento pueden


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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 vía, hasta un punto donde pueda ser descargado. En estos casos se recomienda la utilización de Estr uc tura s de Dre naje - slide pdf.c om

canales rectangulares de concreto. La sección del canal, se calculará con el caudal máximo y considerando flujo uniforme (ecuación de manning). En algunos casos, cuando la pendiente es fuerte, se diseñarán escalones (torrenteras) a fin de disminuir la velocidad del flujo.

Fot. Nº 5.3.3. Canal cuneta Por razones de seguridad, en vías 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 deberá cerrar mediante la colocación de losas de concreto armado que sirvan como tapas.


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Vía

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Río Cuando la posibilidad de destrucción de la vía por parte del agua, es alta, se hace necesario colocar una protección en el terraplén, a fin de protegerlo. Las protecciones mas utilizadas son las siguientes: Bloques Dolosse. Bolsacreto. Gaviones. Muros de concreto armado. Muros de concreto ciclópeo. Espigones impermeables. Espigones construidos conmetálica. pilotes consistentes en tubos de acero hincados en trebolillo y permeables unidos mediante una malla Siembra de vegetación en taludes. 5.4.1.-Bloques Dolosse

Los bloques Dolosse o Dolos, fueron utilizados por primera vez hace unos 40 años, 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 rápida colocación, reutilización y su efecto de “rompeolas” , durante una crecida, desviando las aguas y disipando su energía, lo convierten en una solución muy útil para el control de una crecida, después que ésta se ha producido. Los dolos, tienen entre otras las siguientes ventajas: • • • •

Se pueden colocar en forma rápida y económica, 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 económicos. P d tili d


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Los bloques son elementos prefabricados de concreto armado Rcc28 = 210 Kg/cm2, reforzado con acero Fy = 4200 Kg/cm 2. En Venezuela la empresa Heicoven los fabrica en dos tamaños con los siguientes pesos y dimensiones: Grande. Peso = 2000 Kg. Pequeño. 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 protección de pilas y estribos de puentes. Construcción de espigones permeables no rígidos. Protección de riberas de ríos. Protección de taludes. Cualquier obra que requiera disipación de energía, donde el tiempo de ejecución es crítico.


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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. Estr uc tura s de Dre naje - slide pdf.c om

Si los bloques solamente propio sumergido la fricción actuarán contra la fuerza se deldestraban, agua, por ello cuando el laspeso velocidades del flujo sony altas (mayores de 6 m/s) es conveniente amarrar los Dolos con una guaya de acero, utilizando como pasador el gancho de sujeción. Cuando la velocidad del flujo puede alcanzar los 8 m/s, no se recomienda la utilización de los dolos. La ecuación 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 Δ cot α Donde: W = peso del bloque en ton. wr = peso específico del bloque en ton/m3 H = Altura de la ola de agua Ko = Coeficiente de estabilidad α = ángulo horizontal Δ = densidad relativa del material El número de bloques requeridos para cubrir un área unitaria se determina por la relación: 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 % )


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5.4.1.2.- Colocación

Los bloques pueden ser colocados directamente sobre el cauce, tal como se indica en las ocurra fot. Nº 5.4.1.2. los irá hundiendo, o sobre unasin cajuela embargo, abierta este previamente, fenómeno ya tiende que inmediatamente la socavación a medida a disminuir que debido a la reducción de la velocidad del flujo por efecto del bloque. Con el tiempo, el material sedimentado aguas arriba del dolo, permitirá el crecimiento de la vegetación y por tanto un fortalecimiento del terreno.


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5.4.2. Bolsacreto 5/13/2018

Consiste en sacos de material plástico, (polipropileno laminado densidad 4 x 4 y Denier Estr uc tura s de Dre naje - slide pdf.c om

820) rellenos de mortero unidades de diferente peso. de cemento. Los sacos tienen diferentes tamaños para lograr La función 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 fragüe. 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 así lograr un mejor funcionamiento. En el Esquema Nº 5.4.2. se presentan algunas formas de colocación. El bolsacreto se utiliza en lugares donde no es posible conseguir rocas de gran tamaño o que por razones logísticas no es posible colocarlas. Ventajas: Construcción relativamente rápida de una pared o muro que evite que el agua socave el terraplén. Desventajas: Costos elevados, dificultad de colocación bajo el agua y posibilidad de fallas por asentamientos diferenciales. Resistencia del mortero


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Fot. Nº 5.4.2.1. Carretera Mérida Panamericana. Colocación de bolsacreto Con respecto a los rayos ultravioleta y gamma, los fabricantes de la fibra mencionan una perdida del 20 % después de 15 años de exposición continua al sol. La experiencia indica que en muy pocos meses, la fibra es destruida por la acción del agua y el concreto queda expuesto directamente a la acción de la corriente. Debido a la impermeabilidad de la tela, la mezcla fresca en ningún momento entra en contacto con el medio externo. En el Esquema Nº 5.4.2.se indica la manera de colocación de bolsacreto. Esquema Nº 5.4.2


5.4.3. Gaviones

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Los gaviones son elementos paralelepípedos modulares, consistentes en una cesta de Estr uc tura s de Dre naje - slide pdf.c om

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 monolítica. La malla asegura que las piedras permanezcan en su lugar manteniendo la solidez de la estructura. Con el tiempo los espacios vacíos entre las piedras pueden llenarse de sedimentos o por raíces, dependiendo del lugar donde estén colocados. Los gaviones son fáciles de construir y económicos ya que no requieren de mano de obra especializada para su armado y relleno y su ejecución es muy rápida. Su aplicación cubre infinidad de campos tales como: Protección de riveras de ríos contra la socavación, construcción de pequeñas obras de control de inundaciones tales como espigones, diques, obras de toma, etc. Canalizaciones de cursos de agua, Protecciones hidráulicas en puentes, cajones y alcantarillas, Muros de contención de diversa índole. Las cestas tienen en su mayoría las dimensiones indicadas a continuación:

Tirante

0,50 - 1,00 m terreno

2,00 m 0,50 - 1,00 m Conformación del terreno : el terreno donde se la va cesta. a colocar el gavión deberá ser conformado a mano o a máquina antes de colocar Se debe procurar que este

seco, es decir, que no este sujeto a inundación o encharcamiento. Deberá ser firme ya que soportará una presión entre los 0,5 Kg/cm2 y mas de 2 Kg/cm2 según la altura de gaviones a colocar. Preferiblemente se deberá colocar una capa de piedra picada con un espesor de


colocar la piedra de manera manual que se logre un mínimo de espacios vacíos y de esta

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forma el mayor peso posible 5/13/2018


En algunos casos, con la de finalidad aumentar la resistencia se coloca a lo largo una capa de mortero unos 4de cms de espesor. Esta capadel se gavión, 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 paralelepípedo.

Colocación: 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

Gavión


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Existen tres tipos de muros clásicos: 5/13/2018


Muro tipoEste tipo de muro el cual utiliza cuando la posición de la zapata no tiene ninguna restricción. es se el más económico. 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 los coeficientes de seguridad al vuelco ysual costo. deslizamiento dependen del por peso cuanto del muro, lo que aumenta considerablemente No se recomiendan muros de este tipo con alturas mayores a los 5,00 m. A continuación se presenta como ejemplo un muro de 5,00 m de altura en

:

.30

4,40

Ø

Ø

5/8” a 20 5/8” a 20

Ø

½” a 10

Ø

3/8 a 20

.60 1,87

.65

1.08

Repart.

Ø

3/8” a 20


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4,40 Ø

1/2” a 20 Ø Ø

5/8” a 20 7/8” a 20

Ø

3/4” a 10

Ø

7/8” a 10

.60 .30

3.30

Ø 1/2” a 10 Repart. Ø 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 tubería de PVC perforada que drene el agua y la descargue en un lugar mas bajo.

Tubería perforada de 4 a 6”


Kg/cm2.

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Los muros de concreto ciclópeo son económicos, cuando cerca del sitio donde se quieren Estr uc tura s de Dre naje - slide pdf.c om

construir o en el(incluyendo propio sitiolaseprofundidad consigue lade piedra adecuada la altura no supera cuatro metros fundación., la ycual debe total ser mayor que los la socavación). El ancho de la base, debe estar en el orden del 60% de la altura total.

h

0,60 h


5.4.6. Espigones

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Son estructuras que se introducen en el cauce a manera de obstáculos, a partir del terreno Estr uc tura s de Dre naje - slide pdf.c om

estable de la orilla, formando un ángulo con la corriente.

Los espigones se construyen fácilmente 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 protección de la margen de un río cuando: • • • •

El cauce es ancho y la otra orilla puede ser erosionada sin producir daños. Físicamente es posible construir los espigones, ya que es necesario trabajar dentro del río. Otra solución es muy costosa. Para proteger una estructura en particular.

Los puntos más importantes a considerar en el diseño de espigones son: • • • • • •

Localización en planta. Longitud del espigón Separación entre espigones Pendiente de la superficie (corona). Angulo de orientación con respecto a la orilla Material de construcción.

•

Socavación del cauce y en el extremo del espigón. Nivel variable


Definición de términos

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La longitud total de un espigón es la suma de la denominada longitud de anclaje ( Tramo 5/13/2018


dentro de la orilla ) y la A longitud de trabajo ( dentro del cauce activo ). 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: Línea que sigue la máxima profundidad del canal

Thalweg


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Para poder localizar en planta los espigones, se debe disponer de un plano topográfico de la planta del río a una escala cónsona con el trabajo a realizar. 5/13/2018


Lo primero que se requiere es trazar en dicho plano el nuevo eje del río, es decir, la nueva posición que se desea obtener una vez que éste sea rectificado o el eje existente si solo se van a proteger las orillas existentes. Una vez que esto ha sido realizado se conocerá el radio o radios de curvatura y la longitud de los tramos rectos. Los espigones se iniciarán en las márgenes y llegarán hasta el eje En ríos de “planicie, corren sobre material longitud rectos entre espigones estar comprendida entre aluvional, 0 < ar
Como se indicó anteriormente la longitud total de un espigón 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 diseño 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 máxima longitud del espigón será 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 ríos muy amplios, una longitud mínima de 15 m. Queda a criterio del proyectista el eliminar la longitud de anclaje, sin embargo, esto podría traer como consecuencia la socavación de la margen y el fracaso de la obra. Separación entre espigones

La separación se midede enaguas la orillaarriba. entre los puntos de arranque de cada uno y depende de la longitud del espigón


β: 9 @ 11 °

sen α

sen ( α + β )

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Sp = LT cos

α

+ LT

Sp = LT tag β

sen β

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Con los valores anteriores se encuentra la relación: 4,0 LT

≤

Sp

≤

6,3 LT

Desde el punto de vista económico, conviene que la separación inicial sea de Sp = 6 LT Separación en curvas. Se recomienda mantener la relación

2,5 LT < Sp < 4 LT

Separación entre espigones cuando la margen es irregular: El procedimiento a seguir es el siguiente: • • • •

•

Trazar en la punta del espigón una tangente a la línea extrema de defensa. Con respecto a esa línea y hacia aguas abajo medir el ángulo β que se haya escogido. Con el ángulo β trazar una línea hasta interceptar la margen. Colocar en el punto de intersección el siguiente espigón con el ángulo de orientación que se establezca y prolongarlo hasta la línea de defensa. Desde ese punto trazar una tangente la línea de defensa y medir nuevamente el ángulo β. Repetir elaprocedimiento. • Se recomienda construir un pequeño espigón aguas arriba del primero. 2° 1° α L L L Thalweg

β

Línea de defensa

α

= 60° y

β =10°

Si el tramo a proteger corresponde a una curva, el primer espigón debe interceptar la línea α” de 60° a de crítica la curva (siguiendo el thalweg) debe tenerentre un ángulo 70°flujo conmas la orilla. Losen espigones siguientes pueden tenery un ángulo 60° y “90°

El tercer espigón se traza al unir las narices del 1° y 2° espigón y se intercepta la orilla.

Cuando los espigones se colocan en la parte cóncava para propósitos de estabilización, un espaciamiento entre 4 y 6 veces la longitud de trabajo es suficiente para deflectar el ataque


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de la corriente principal. 5/13/2018


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 río, la cual puede llegar hasta 0,25. Cuando el propósito del espigón es proteger una margen, se recomienda que la corona tenga una pendiente hacia el centro del río. 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 espigón debe quedar por encima del nivel de estiaje y que sea viable su construcción. Socavación local al pié del espigón

La socavación mayor en un espigón se produce en el extremo que está dentro del río, ya que en ese punto la velocidad del agua es mayor que en el resto de la estructura. Maza propone la siguiente ecuación, la cual se basa en los criterios de Latuischenkov Q1 He = 0,85 Ho 4,17 + Ln -------Q Donde:

e

( 0,0028 α - 0,24 K )

He = profundidad de socavación en el pié del espigón, medida desde la superficie del agua. Ho = profundidad del agua cercana al pié del espigón para caudal de diseño α = ángulo en radianes entre el eje longitudinal del espigón y la dirección del flujo. K = pendiente de la cara de aguas arriba del espigón. Q1 = Gasto teórico que intercepta el espigón Q = caudal de diseño. Material de construcción.

El material de construcción depende de: • Permeabilidad del espigón a construir

Para construir este tipo de espigón, la corriente de agua si está en el sitio, debe ser


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desviada y la fundación se debe excavar hasta llegar a profundidades mayores que las de 5/13/2018


socavación del cauce. En principio es conveniente por razones económicas, construir los espigones con el material más accesible. En los ríos andinos, lo mas económico consiste en utilizar concreto ciclópeo ya que la arena y las piedras se encuentran en el sitio, tal como se muestra en la fotografías.

Fot. Nº 5.4.6.1 Espigón impermeable de concreto ciclópeo 5.4.6.2.- Espigones semipermeables: Estos espigones producen buenos resultados

cuando se requiere proteger la orilla en un tramo de río y se tiene un caudal permanente.

La construcción se facilita por cuanto no es necesario desviar las aguas, ya que se puede trabajar con los caudales normales del río.

Cuando se utiliza este tipo de espigón, se puede abrir en el lecho del cauce, una cajuela no muy profunda donde coloca el material, el cual por efecto de socavación y por empuje del agua, se irá acomodando hasta formar una barrera y un depósito de sedimentos hacia aguas arriba

detrás del espigón se produce una sedimentación de material y un crecimiento posterior de vegetación que ayuda a consolidar la orilla.


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Uno de los materiales mas utilizados este tipo de espigón es eltodo bloque Dolosse, sin embargo pueden construirse a manerapara de enrocados o con gaviones, dependiendo de las características del río y la disponibilidad de material.

Fot. Nº 5.4.6.2. Espigones semipermeables construidos con bloques Dolosse. Puede observarse la disminución 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. experiencia indica quedel los4%. bloques se pueden colocar sueltos en tramos del ríoLacon pendientes hasta Paradolosse pendientes mayores, los bloques deben ser amarrados unos con otros por medio de una guaya a fin de lograr una estructura más difícil de mover y colocarlos lo más trabados posible, aprovechando la forma de ellos. Para colocarlos dentro del río, se puede utilizar una grúa o una retroexcavadora o cualquier otra máquina que pueda levantarlos y desplazarlos En el caso de construir el espigón con rocas, el proceso constructivo se complica ya que es necesario utilizar camiones volteo de gran tamaño y las rocas deben ser volcadas directamente en el sitio.

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


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elementos con una malla de acero, la cual permite el paso del agua pero retiene los 5/13/2018


elementos que llevey el río flotando Esquema N° 5.4.7. ). Estos elementos van de manera progresiva lenta, creando (unVer dique que produce la disminución de la velocidad aguas arriba y por ende facilita la sedimentación de las partículas y por tanto la creación de un banco de material, que al cubrirse de vegetación, va a proteger las orillas. Se recomienda la colocación de los tubos en forma de “Trebolillo “ tal como se indica en el Esquema Nº 5.4.6.3. Esquema Nº 5.4.6.3.

Vista en planta

Malla

La vegetación, en la estabilidad de los taludes actúa de dos maneras: • Cambios en la humedad del suelo.


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•

Mejoramiento de la estabilidad del suelo debido ala presencia de raíces

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5.4.7.1.-Cambios en la humedad del suelo

La ecuación que refleja el flujo a través de un medio poroso

es:

dh K θ h = C ---dt 2

donde: h = altura piezométrica K = Coeficiente de permeabilidad C = pendiente de la curva de humedad-succión En la superficie del terreno, la infiltración (q) deberá ser incorporada en la ecuación: dh K θ h + q = C ---dt 2

La infiltración puede expresarse como: q = p – r -- i pr ==precipitación escorrentía i = intercepción.

5.4.7.2.- Mejoramiento de la estabilidad del suelo debido ala presencia de raices


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La resistencia de un suelo que contiene raíces puede ser considerada como un caso 5/13/2018


especial de tierra reforzada. Considerando un modelo simple en el cual el refuerzo es igual en todas las direcciones (refuerzo isotrópico) se tiene: σr = Ar tr /A

Donde: Ar Área de refuerzo Tr == esfuerzo de tensión A = Área de suelo El resultado es que el refuerzo es equivalente a una cohesión Cr

5.5.- Estructuras de conducción


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5.5.1. Canalización del cauce. 5/13/2018

Las obras de canalización, donde se altera el cauce o se desvía el río, utilizando el material del lecho para la construcción 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 canalización como obra definitiva de conducción, ya que este trabajo, produce la desestabilización del régimen fluvial del río y por ende este volverá a rehacer su cauce estable y destruirá la canalización. Como regla general se recomienda NO canalizar Estr uc tura s de Dre naje - slide pdf.c om

el río ya que esto es trabajo perdido. En los ríos andinos de gran pendiente, se deben retirar del cauce las rocas de gran tamaño que después de un crecida queden en el centro del cauce, ya que posteriormente pueden actuar como deflector dañando 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 combinación de ambos. En ambos casos los canales se calculan considerando flujo uniforme y generalmente revestidos en concreto. El caudal de diseño corresponde a la creciente estimada y la altura total deberá considerar un margen de seguridad para el oleaje. Los canales rectangulares son en general de pequeñas dimensiones, ya que su costo es proporcionalmente mucho mayor que en los canales trapezoidales. La sección típica de un canal trapezoidal se indica en el Esquema Nº 5.5.2.1

Deberá hacerse un estudio de suelos y verificar el peso específico del material natural así como el ángulo de reposo y la capacidad portante del suelo. A falta de información y en


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forma muy general puede considerarse que el terreno tiene: 5/13/2018

Peso específico = 1,8 ton/m3 Angulo de fricción interno = 30º Capacidad del suelo = 1,00 Kg/cm2


Para el concreto se establece: Rcc 28 = 250 Kg/cm 2 Acero = 4.200 Kg/cm2 b2

d

d1

h

b d b1

5.5.2.1.- Cálculo del acero para el canal

En general los canales de concreto llevan acero mínimo, repartido como se indica en el siguiente esquema:


5.5.2.2.- Junta de dilatación

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La junta de dilatación se puede colocar en un canal cada 24 m, de acuerdo con el esquema que se presenta. Estr uc tura s de Dre naje - slide pdf.c om

Planta del canal 24 m

Manguera

Junta

1 @ 2 cms

Dirección del agua

Cabilla 3/8” Junta

Detalle de la junta. Junta 1 @ 2 cms de separación Manguera Cabilla embutida en concreto Pintura 4 cms 10 cms

Son estructuras construidas en concreto armado a manera de escaleras, que permiten descender un caudal de agua en una distancia horizontal corta, sin producir erosión.


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Las torrenteras se utilizan como descargas de alcantarillas o cajones, cuando existe un desnivel apreciable entre la salida y el punto de descarga. Estr uc tura s de Dre naje - slide pdf.c om

El tamaño de la huella (b) y la contrahuella (h) son función del nivel a salvar y del caudal de diseño. Baranda (continua o escalonada)

b h


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Fot. Nº 5.5.3.2 Vista general de torrentera Disipación por caída en régimen subcrítico. yc h

y2

yp

y1 Lc

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

y2

yc

LT

LR

1/6 y2

1,275

0,81

-----h = 1,66 -------h 0,66

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


0,81 75/83

h

h

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LR = 6,9 ( y2 – y1) Se recomienda que la huella tenga una longitud de 1,1 Lc Regimen supercrítico h/yc 1,00 1,50 2,00

N° de Froude = 2 Lc/yo LR/ yo 2,80 9,40 3,20 9,00 3,50 8,50

Y2 /y1 1.90 1,70 1,40

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

N° de Froude = 3 Lc/yo LR/ yo 3,4 18,4 4,0 17,2 4,4 15,8

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

5.6.- Estructuras de protección, drenaje y conducción no convencionales. http://slide pdf.c om/re a de r/full/e str uc tura s-de -dre naje

Son estructuras que no se utilizan en forma sistemática, por ejemplo caídas verticales,

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utilizando alcantarillas como bajantes, o construyéndolas en pantallas de concreto proyectado como parte de ellas. Estr uc tura s de Dre naje - slide pdf.c om

5.6.1. Caídas. En algunas oportunidades, como en el caso de una pantalla anclada,

ubicada en un punto bajo de la vía 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 metálica colocada verticalmente la cual actúa como bajante se ancla muro mediante abrazaderas que pueden sery cabillas. En launparte baja yseque construye unaaltanquilla abierta que disipa la energía del agua 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 construcción de una torrentera o un tobogán, 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.


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


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Puente peatonal sobre el río Chama en el sector Nube de Agua Vista durante una pequeña crecida


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Puente en el sector La Mucuy. Mérida


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Falla de terraplén de acceso en puente la Pedregosa


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Puente San Pedro. T-001

Tabla Nº 5.2.3.5.

Profundidad Mínima y Máxima en metros, de la rasante de tubos de concreto en zanja sin entibado


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Ø mm 250 300 380 450 500 600 700 750 800 900 1050 1200 1350 1500 1650 1800 1950 2100

CLASE 1

De

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

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

2250 2400 2550 2700


CLASE 2

De

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

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

CLASE 3

De

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

CLASE 4

Hasta De

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

Hasta

CLASE 5

De

CLASE 6

Hasta De


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

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

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

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

2,75 2,90 3,05 3,25

5,00 5,17 5,40 5,60

2,75 2,90 3,05 3,25

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

Hasta De

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

CLASE 7

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

Hasta

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

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

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Estructuras de Drenaje

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